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模塊化設(shè)計在機械設(shè)計中的應(yīng)用論文
摘要：在機械設(shè)計中利用模塊化設(shè)計的設(shè)計方法可以實現(xiàn)規(guī)�；�、批量化、個性化的生產(chǎn)，企業(yè)可以通過對某些零件進行改進后快速生產(chǎn)出新的產(chǎn)品。文章首先對模塊化設(shè)計進行了介紹，然后對模塊化設(shè)計的基本原則進行了介紹，分析了模塊設(shè)計的特點和過程，最后對包裝機械模塊化設(shè)計的實施進行了探討。
關(guān)鍵詞：機械設(shè)計；模塊化設(shè)計；包裝機械；產(chǎn)品模塊；模塊庫
隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，用戶群體逐漸從集中式逐漸過渡到了個體戶，傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)無法滿足當前的經(jīng)濟模式和生產(chǎn)方式。企業(yè)在更新設(shè)備時，如果對所有的設(shè)備進行設(shè)計更新必然會造成成本的巨額消耗。為了降低成本，可以將機械劃分成類型不同的模塊，并根據(jù)實際的需求對模塊進行更換，從而降低設(shè)計成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。
1模塊化設(shè)計的基本情況
早在20世紀中期，模塊化設(shè)計理論已在國外發(fā)達國家得到了一定的應(yīng)用，受到了各大廠家的認可。所謂模塊化設(shè)計主要指的是針對不同規(guī)格但具備同樣功能或者同一型號而功能不同產(chǎn)品的有效分析，最終設(shè)計出一系列的功能模塊產(chǎn)品，借助模塊的組合與有效選擇形成不同的產(chǎn)品類型，以迎合市場的相關(guān)需求。隨著時代的發(fā)展，傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計理念已遠遠不能滿足社會發(fā)展之所需，只有創(chuàng)新設(shè)計理念，優(yōu)化設(shè)計方案才是有效舉措。
2模塊化劃分原則
模塊化設(shè)計的基本原則是用最少的模塊數(shù)量通過一系列組合而形成多樣化的產(chǎn)品，所生產(chǎn)的產(chǎn)品不管是在性能方面還是其他層面都是最優(yōu)化的，而且采取模塊化設(shè)計能夠最大限度地節(jié)省施工成本。因此在設(shè)計初期相關(guān)人員應(yīng)對模塊類型進行細分。然而縱觀當前我國在該方面的研究還處于起步階段，對模塊的劃分標準仍沒有一個確定依據(jù)，當前所劃分的依據(jù)主要是按照側(cè)重點之間的差異對模塊進行分類的。一般而言，模塊是能組成系統(tǒng)的、獨立的結(jié)構(gòu)單元，通過對產(chǎn)品功能的全面了解，構(gòu)建總功能、子功能等結(jié)構(gòu)單元之間的相關(guān)性，從而為模塊的分類提供一定的依據(jù)。模塊劃分應(yīng)遵循以下原則：一是所劃分的單個模塊單元應(yīng)具備一定的獨立性；二是各模塊接口之間要進行有效分離；三是模塊與模塊之間的相關(guān)性應(yīng)盡可能少，這樣某一模塊存在異常不致影響其他模塊的正常使用。
3模塊設(shè)計特點和過程
3.1模塊設(shè)計特點
模塊設(shè)計的主要特點列舉如下：
3.1.1產(chǎn)品定義的完整化。設(shè)計人員通過對市場相關(guān)產(chǎn)品功能的調(diào)查分析進行科學有效的設(shè)計，通過模塊之間的有效組合形成特定的產(chǎn)品。此外，模塊體系是可以變更的，按照不同設(shè)計要求以及相關(guān)技術(shù)層面的提供創(chuàng)新模塊體系，優(yōu)化模塊設(shè)計理念，從而使所生產(chǎn)的產(chǎn)品不管是在結(jié)構(gòu)方面還是功能特性方面都滿足相關(guān)要求。
3.1.2盡可能地減少設(shè)計周期。根據(jù)每個用戶的相關(guān)需求，選取有效的模塊對產(chǎn)品進行優(yōu)化設(shè)計，以使其用最少的投入獲得較多的產(chǎn)出。該方法主要應(yīng)用于小規(guī)模生產(chǎn)的制造廠家。
3.1.3產(chǎn)品性能安全穩(wěn)定、維修便捷，而且施工成本低。模塊化設(shè)計中所使用到的相關(guān)設(shè)備都是經(jīng)過嚴格篩選的，設(shè)備的使用率高，這樣可方便加工制造技術(shù)的有效應(yīng)用，提高產(chǎn)品的功能特性。通過模塊化設(shè)計的應(yīng)用能夠?qū)a(chǎn)品內(nèi)部多樣化盡可能地降低，在滿足用戶個性化需求的基礎(chǔ)上提高產(chǎn)品的使用率。
3.1.4實現(xiàn)知識管理和集成設(shè)計。模塊化設(shè)計過程不是一蹴而就的，它是一項系統(tǒng)而龐雜的工程，也是對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)范過程，構(gòu)建模塊接口與產(chǎn)品知識信息是模塊規(guī)劃得以有效實施的根本保障。產(chǎn)品模塊化設(shè)計應(yīng)貫穿設(shè)計與管理的整個階段中，通過對產(chǎn)品知識的科學管理，可為設(shè)計人員提供一定的便捷，促使其對模塊不斷優(yōu)化與改進，增強生產(chǎn)的實效性。
3.2模塊設(shè)計過程
一般而言，模塊設(shè)計分為兩大板塊進行：一是系列模塊產(chǎn)品研制階段，此階段主要是按照市場的相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)對整個研制階段進行模塊的有效設(shè)計；二是單個產(chǎn)品的模塊化設(shè)計，本階段主要是根據(jù)用戶自身的實際需求對模塊進行選擇，從而設(shè)計出符合要求的產(chǎn)品。系列產(chǎn)品與單個產(chǎn)品的模塊化設(shè)計過程見圖1所示。通過對圖1的分析得知第一層次是模塊化設(shè)計的主要過程也是最為關(guān)鍵的階段，其中模塊的劃分又是整個階段中的核心環(huán)節(jié)，采取科學、合理的劃分方式對模塊化的優(yōu)化設(shè)計可起到一定的促進作用，從而有效防止模塊組合時出現(xiàn)錯亂等不良現(xiàn)象的發(fā)生。待第一層設(shè)計完成后設(shè)計人員需對整個過程進行全面檢查，滿足相關(guān)要求后即可開始第二層次的設(shè)計。
4包裝機械的模塊化設(shè)計探討分析
4.1包裝機械的基本特征
包裝機械與其他機械存在一定的差異，是一種特殊類型的機械，而且據(jù)調(diào)查大多數(shù)包裝機械都存在這樣一種特點即機械結(jié)構(gòu)復雜多樣化，具有較好的靈活性與柔性。隨著時代在變遷，包裝機械的更新速度也在不斷加快，因此整臺包裝機械采用模塊化設(shè)計方案可大大降低包裝機械的研發(fā)周期，增加產(chǎn)品的類型，從而適應(yīng)瞬息萬變的市場需求。用于完成包裝過程的機械類型有充填機械、標簽機械、干燥機械等11類。對于同種類型的包裝機，在組成成分上基本相吻合，不同的是包裝材料的選擇以及計量方式之間存在一定的出入，在實際包裝中應(yīng)根據(jù)包裝機的相關(guān)特點采取合理的方式進行包裝施工。
4.2基于功能層次的包裝機械模塊劃分
由于包裝機械具有結(jié)構(gòu)復雜多樣等特征，在進行模塊劃分過程中，應(yīng)以包裝機械中的主要部件為主進行合理、有效的劃分。按照集合論的相關(guān)特征表述，若功能域與結(jié)構(gòu)域在信息需求與表達方式存在不同時，而從功能表達空間到結(jié)構(gòu)表達空間的映射，則充分說明兩個空間具有一定的函數(shù)關(guān)系。功能域?qū)a(chǎn)品的實際特征進行層層分解，從而形成產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)映射圖，這種結(jié)構(gòu)單元要根據(jù)功能與結(jié)構(gòu)的相關(guān)特點判斷其是否可以作為模塊。對于不同類型的包裝機械，在模塊設(shè)計時要根據(jù)機械的功能差異對其進行逐層細分，在細分中要注意劃分層次要根據(jù)不同型號的包裝機械采取合理的分層方式，若分層過多則映射到結(jié)構(gòu)部件的粒度大小在模塊間的接口標準與實際需求不相吻合。但若層次過少則模塊化設(shè)計的有效性也不能充分體現(xiàn)出來。通常情況下普通的包裝機械分為兩層左右即可，而特殊的包裝機械則可適當增加，待分層模式完成后借助功能結(jié)構(gòu)映射原理，將各個層次的映射結(jié)果投射到部件上，以明確模塊所屬的類型以及劃分細則。
4.3包裝機械模塊庫的有效建立
經(jīng)過綜合權(quán)衡后產(chǎn)品模塊劃分完成后，進一步對模塊的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，從而形成系統(tǒng)全面的模塊庫。包裝機械模塊庫的有效建立可在一定程度上使用標準的模塊與零部件完成新產(chǎn)品的研發(fā)工作。因此為了使所建立的模塊庫能夠重復使用，在模塊設(shè)計中要采用一些先進的技術(shù)理念，比如計算機輔助設(shè)計等優(yōu)化設(shè)計理念，創(chuàng)新設(shè)計方案，并將模塊組織存儲到指定的數(shù)據(jù)庫中。近些年來，隨著科技發(fā)展浪潮的不斷推進，新技術(shù)、新理念層出不窮，電子技術(shù)等新興科技在包裝機械中得到了廣泛的應(yīng)用，虛擬概念也由此應(yīng)運而生，按照不同客戶對產(chǎn)品的相關(guān)需求調(diào)用模塊庫中事先存儲的各種虛擬設(shè)計方案，然后將實際生產(chǎn)中所使用到的數(shù)據(jù)進行整合處理后輸入計算機系統(tǒng)中，計算機三維模型即可模仿真實的工作場景進行操作，并能根據(jù)客戶所提出的建議進行適當?shù)男薷�，直到達到客戶的認可度。
5結(jié)語
綜上所述，模塊化設(shè)計可以提升零部件產(chǎn)品的通用化、標準化程度，可以使這些通用件和標準件保持生產(chǎn)量。降低設(shè)計成本，適應(yīng)市場多變的基本要求，同時模塊化設(shè)計還可以實現(xiàn)機械創(chuàng)新，促進我國機械行業(yè)的發(fā)展。
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