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模塊化設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

時(shí)間:2022-11-22 21:20:45 論文范文 我要投稿
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模塊化設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

  通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)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(gè)性化需求的基礎(chǔ)上提高產(chǎn)品的使用率。以下是小編為大家推薦的相關(guān)論文范文,希望能幫到大家,更多精彩內(nèi)容可瀏覽(www.oh100.com/bylw)。

  摘要:在機(jī)械設(shè)計(jì)中利用模塊化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法可以實(shí)現(xiàn)規(guī);⑴炕、個(gè)性化的生產(chǎn),企業(yè)可以通過(guò)對(duì)某些零件進(jìn)行改進(jìn)后快速生產(chǎn)出新的產(chǎn)品。文章首先對(duì)模塊化設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹,然后對(duì)模塊化設(shè)計(jì)的基本原則進(jìn)行了介紹,分析了模塊設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和過(guò)程,最后對(duì)包裝機(jī)械模塊化設(shè)計(jì)的實(shí)施進(jìn)行了探討。

  關(guān)鍵詞:機(jī)械設(shè)計(jì);模塊化設(shè)計(jì);包裝機(jī)械;產(chǎn)品模塊;模塊庫(kù)

  隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,用戶群體逐漸從集中式逐漸過(guò)渡到了個(gè)體戶,傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)模式和生產(chǎn)方式。企業(yè)在更新設(shè)備時(shí),如果對(duì)所有的設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)更新必然會(huì)造成成本的巨額消耗。為了降低成本,可以將機(jī)械劃分成類(lèi)型不同的模塊,并根據(jù)實(shí)際的需求對(duì)模塊進(jìn)行更換,從而降低設(shè)計(jì)成本,提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

  1模塊化設(shè)計(jì)的基本情況

  早在20世紀(jì)中期,模塊化設(shè)計(jì)理論已在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家得到了一定的應(yīng)用,受到了各大廠家的認(rèn)可。所謂模塊化設(shè)計(jì)主要指的是針對(duì)不同規(guī)格但具備同樣功能或者同一型號(hào)而功能不同產(chǎn)品的有效分析,最終設(shè)計(jì)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(lèi)型,以迎合市場(chǎng)的相關(guān)需求。隨著時(shí)代的發(fā)展,傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會(huì)發(fā)展之所需,只有創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念,優(yōu)化設(shè)計(jì)方案才是有效舉措。

  2模塊化劃分原則

  模塊化設(shè)計(jì)的基本原則是用最少的模塊數(shù)量通過(guò)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(jì)能夠最大限度地節(jié)省施工成本。因此在設(shè)計(jì)初期相關(guān)人員應(yīng)對(duì)模塊類(lèi)型進(jìn)行細(xì)分。然而縱觀當(dāng)前我國(guó)在該方面的研究還處于起步階段,對(duì)模塊的劃分標(biāo)準(zhǔn)仍沒(méi)有一個(gè)確定依據(jù),當(dāng)前所劃分的依據(jù)主要是按照側(cè)重點(diǎn)之間的差異對(duì)模塊進(jìn)行分類(lèi)的。一般而言,模塊是能組成系統(tǒng)的、獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元,通過(guò)對(duì)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(lèi)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(gè)模塊單元應(yīng)具備一定的獨(dú)立性;二是各模塊接口之間要進(jìn)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(jì)特點(diǎn)和過(guò)程

  3.1模塊設(shè)計(jì)特點(diǎn)

  模塊設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)列舉如下:

  3.1.1產(chǎn)品定義的完整化。設(shè)計(jì)人員通過(guò)對(duì)市場(chǎng)相關(guān)產(chǎn)品功能的調(diào)查分析進(jìn)行科學(xué)有效的設(shè)計(jì),通過(guò)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(jì)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(jì)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(jì)周期。根據(jù)每個(gè)用戶的相關(guān)需求,選取有效的模塊對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),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(jì)中所使用到的相關(guān)設(shè)備都是經(jīng)過(guò)嚴(yán)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(guò)模塊化設(shè)計(jì)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(gè)性化需求的基礎(chǔ)上提高產(chǎn)品的使用率。

  3.1.4實(shí)現(xiàn)知識(shí)管理和集成設(shè)計(jì)。模塊化設(shè)計(jì)過(guò)程不是一蹴而就的,它是一項(xiàng)系統(tǒng)而龐雜的工程,也是對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范過(guò)程,構(gòu)建模塊接口與產(chǎn)品知識(shí)信息是模塊規(guī)劃得以有效實(shí)施的根本保障。產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)貫穿設(shè)計(jì)與管理的整個(gè)階段中,通過(guò)對(duì)產(chǎn)品知識(shí)的科學(xué)管理,可為設(shè)計(jì)人員提供一定的便捷,促使其對(duì)模塊不斷優(yōu)化與改進(jìn),增強(qiáng)生產(chǎn)的實(shí)效性。

  3.2模塊設(shè)計(jì)過(guò)程

  一般而言,模塊設(shè)計(jì)分為兩大板塊進(jìn)行:一是系列模塊產(chǎn)品研制階段,此階段主要是按照市場(chǎng)的相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)整個(gè)研制階段進(jìn)行模塊的有效設(shè)計(jì);二是單個(gè)產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì),本階段主要是根據(jù)用戶自身的實(shí)際需求對(duì)模塊進(jìn)行選擇,從而設(shè)計(jì)出符合要求的產(chǎn)品。系列產(chǎn)品與單個(gè)產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)過(guò)程見(jiàn)圖1所示。通過(guò)對(duì)圖1的分析得知第一層次是模塊化設(shè)計(jì)的主要過(guò)程也是最為關(guān)鍵的階段,其中模塊的劃分又是整個(gè)階段中的核心環(huán)節(jié),采取科學(xué)、合理的劃分方式對(duì)模塊化的優(yōu)化設(shè)計(jì)可起到一定的促進(jìn)作用,從而有效防止模塊組合時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)亂等不良現(xiàn)象的發(fā)生。待第一層設(shè)計(jì)完成后設(shè)計(jì)人員需對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行全面檢查,滿足相關(guān)要求后即可開(kāi)始第二層次的設(shè)計(jì)。

  4包裝機(jī)械的模塊化設(shè)計(jì)探討分析

  4.1包裝機(jī)械的基本特征

  包裝機(jī)械與其他機(jī)械存在一定的差異,是一種特殊類(lèi)型的機(jī)械,而且據(jù)調(diào)查大多數(shù)包裝機(jī)械都存在這樣一種特點(diǎn)即機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣化,具有較好的靈活性與柔性。隨著時(shí)代在變遷,包裝機(jī)械的更新速度也在不斷加快,因此整臺(tái)包裝機(jī)械采用模塊化設(shè)計(jì)方案可大大降低包裝機(jī)械的研發(fā)周期,增加產(chǎn)品的類(lèi)型,從而適應(yīng)瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)需求。用于完成包裝過(guò)程的機(jī)械類(lèi)型有充填機(jī)械、標(biāo)簽機(jī)械、干燥機(jī)械等11類(lèi)。對(duì)于同種類(lèi)型的包裝機(jī),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(jì)量方式之間存在一定的出入,在實(shí)際包裝中應(yīng)根據(jù)包裝機(jī)的相關(guān)特點(diǎn)采取合理的方式進(jìn)行包裝施工。

  4.2基于功能層次的包裝機(jī)械模塊劃分

  由于包裝機(jī)械具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣等特征,在進(jìn)行模塊劃分過(guò)程中,應(yīng)以包裝機(jī)械中的主要部件為主進(jìn)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(dá)方式存在不同時(shí),而從功能表達(dá)空間到結(jié)構(gòu)表達(dá)空間的映射,則充分說(shuō)明兩個(gè)空間具有一定的函數(shù)關(guān)系。功能域?qū)a(chǎn)品的實(shí)際特征進(jìn)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(diǎn)判斷其是否可以作為模塊。對(duì)于不同類(lèi)型的包裝機(jī)械,在模塊設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)機(jī)械的功能差異對(duì)其進(jìn)行逐層細(xì)分,在細(xì)分中要注意劃分層次要根據(jù)不同型號(hào)的包裝機(jī)械采取合理的分層方式,若分層過(guò)多則映射到結(jié)構(gòu)部件的粒度大小在模塊間的接口標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際需求不相吻合。但若層次過(guò)少則模塊化設(shè)計(jì)的有效性也不能充分體現(xiàn)出來(lái)。通常情況下普通的包裝機(jī)械分為兩層左右即可,而特殊的包裝機(jī)械則可適當(dāng)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(gè)層次的映射結(jié)果投射到部件上,以明確模塊所屬的類(lèi)型以及劃分細(xì)則。

  4.3包裝機(jī)械模塊庫(kù)的有效建立

  經(jīng)過(guò)綜合權(quán)衡后產(chǎn)品模塊劃分完成后,進(jìn)一步對(duì)模塊的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),從而形成系統(tǒng)全面的模塊庫(kù)。包裝機(jī)械模塊庫(kù)的有效建立可在一定程度上使用標(biāo)準(zhǔn)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(kù)能夠重復(fù)使用,在模塊設(shè)計(jì)中要采用一些先進(jìn)的技術(shù)理念,比如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等優(yōu)化設(shè)計(jì)理念,創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案,并將模塊組織存儲(chǔ)到指定的數(shù)據(jù)庫(kù)中。近些年來(lái),隨著科技發(fā)展浪潮的不斷推進(jìn),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(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用,虛擬概念也由此應(yīng)運(yùn)而生,按照不同客戶對(duì)產(chǎn)品的相關(guān)需求調(diào)用模塊庫(kù)中事先存儲(chǔ)的各種虛擬設(shè)計(jì)方案,然后將實(shí)際生產(chǎn)中所使用到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理后輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,計(jì)算機(jī)三維模型即可模仿真實(shí)的工作場(chǎng)景進(jìn)行操作,并能根據(jù)客戶所提出的建議進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷,直到達(dá)到客戶的認(rèn)可度。

  5結(jié)語(yǔ)

  綜上所述,模塊化設(shè)計(jì)可以提升零部件產(chǎn)品的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化程度,可以使這些通用件和標(biāo)準(zhǔn)件保持生產(chǎn)量。降低設(shè)計(jì)成本,適應(yīng)市場(chǎng)多變的基本要求,同時(shí)模塊化設(shè)計(jì)還可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械創(chuàng)新,促進(jìn)我國(guó)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展。

  作者:許軍 單位:廣東工業(yè)大學(xué)

  參考文獻(xiàn):

  [1]浦玉祥,蘇軍,谷傳文.機(jī)械的模塊化設(shè)計(jì)在包裝領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].包裝與食品機(jī)械,2002,20(6).

  [2]高衛(wèi)國(guó),徐燕申,陳永亮,等.廣義模塊化設(shè)計(jì)原理與方法[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2007,43(6).

  [3]胡亞輝,徐燕申,鐘偉弘,等.面向廣義模塊化設(shè)計(jì)/制造的產(chǎn)品族動(dòng)態(tài)模型研究[J].機(jī)床與液壓,2006,(11).


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