基于模块化设计方法的机械设计研究
摘 要：新时代背景下，随着科学技术的发展，社会生产活动机械化程度越来越高，工业生产中对机械设备的应用越来越普遍。机械设备在社会生产活动中的应用能有效提高生产效率和质量，增强生产力，降低生产成本和劳动强度，为企业创造更多利润。但随着经济的快速发展，各行各业对机械设备需求越来越大，要求越来越高，传统机械设计方法逐渐难以满足市场及行业发展需求。而模块化设计方法在机械设计中的运用，则能降低设计难度，提高设计效率和水平，强化机械设备性能，使各子系统间在保持独立性的同时更好的协调运作。本文将针对模块化设计方法的机械设计展开研究和分析，促进机械设计水平的提高。
关键词：机械设计；设计方法；模块化；模块设计方法
机械设备能代替人工作业完成一系列生产活动，实现生产自动化、机械化，有效提高生产效率和水平，彻底改变了传统生产模式，有效解决了以往生产中设备操作危险性高，操作难度大等一系列问题，降低了劳动强度，减少了生产活动人力物力投入，缩短了生产周期。当前人类已对机械设备产生一定依赖性，这使得机械设计服务对象从个体用户转变向用户群体。而群体用户对机械设计要求更严格，对成本控制更细致。显然传统机械设计方法以难以适应社会对机械设计的要求。而模块化设计方法则为机械设计改革提供了途径，有效提供了机械设计效率，降低了设计成本和设计难度，弥补了传统设计模式不足。
1 模块化设计方法的特点和优势
模块化设计是一种新兴设计理论，最早提出于二十世纪末，初期应用在家具设计领域，二十一世纪初传入中国。在这种设计方法中，通常将设计目标进行模块划分，分成若干模块后在对各个模块进行细化设计。而模块与模块间保持着紧密联系，相互协作，同时又保持一定独立性。当前这种设计方法已被广泛应用到各个领域，尤其是机械设计领域应用非常广泛，已逐渐成为机械设计重要设计方法。在这种设计方式中，通常根本产品设计和制造规律、特有功能划分模块，不同功能、相同功能不同性能、不同规划模块划分方式不同，具体的设计中各模块既可单独设计，也可相互配合。当前较为常用的模块化设计软件如：CAD、ANSYS、Maya、ThinkDesign、Softimage/XSI、Lightwave、Rhinoceros、Tribon等。模块化设计的机械设备故障率低，便于检修，仅需对故障模块进行检修或更换即可，所以能够有效降低运维难度，降低维修成本。另外，模块化设计简化了包装流程，降低了包装难度，可根据需要进行不同接卸组合，完善了模块组建功能。
2 机械设计基本概念和意义
机械设计复杂性和专业性强，是根据使用要求对机械工作原理、结构、运动方式、能量传递方式、零件形状尺寸等相关内容进行构思、分析、计算、描述、设计，从而为机械制造提供依据的过程。机械设备是现代社会生产中不可或缺的重要生产力，推动着经济发展。但现代机械设备，智能化、自动化、精密化程度越来越高，结构越来越复杂，涉及到的电气元件越来越多，设计难度随之提高。在机械设计中要对每个设计要素进行组合，让设计要素组成一个完成的系统，实现机械设备使用功能。具体设计中各要素间具有独立性，但同时也具有层次性，存在有机联系。传统设计方法是通过经验设计法或试验设计法、估算设计法确定设计方案，对设计参数进行分析计算，检验各项性能是否符合要求。整个设计过程多为人工试凑和定性，耗时长，难度大高，且数据上容易出现错误，容错率低。而且是复杂曲面和截面设计中，抽象性非常强，对设计人员专业技能有较高要求，已不适应当前市场发展局势。科学机械设计是机械设备功能得到实现的前提，能提高机械设备性能，使机械设备能处于安全、稳定运行状态，有效降低故障率，规避安全风险和故障风险。
3 基于模块化设计方法的机械设计
通过前文分析不难看出做好机械设计的重要意义，想要使机械设备功能得到实现，满足生产使用需求，必须做好机械设计[1]。而模块化设计方法则为机械设计改革创新提供了途径，机械设计中应积极运用模块化设计方法。
模块化设计模式下的机械设计，要进行模块划分。合理划分模块是进行模块化机械设计的前提条件。设计中模块划分是否科学合理，直接影响设计实施和设计效果。倘若在模块划分方面存在问题，后续模块化设计便难以顺利实施。模块换分中要对：机械生产工艺、工艺流程、子系统功能、模块间的协调进行分析，从而确定模块化设计组合能否进行统一协调工作，避免组合混乱，给生产制造带来不便[2]。此外，要考虑模块组合的灵活性和独立性、整体性，确保主要功能的实现，以便于模块的联接与分离，保证模块划分不对系统主要功能产生影响。具体模块划分中，要对模块数量和结构进行合理控制，从而降低设计难度和设计成本，确保主系统稳定性。另外，要对各模块的接口进行考虑，确保各模块接口标准化、统一化、通用化，从而实现相同功能模块的互换、不同功能模块的有机组合，力求以少数模块组成相对完整的系统，以缩短设计周期，降低设计难度。此外，要对模块更换、更新、维护进行考虑，确保模块的实用性、适用性。
例如：齿轮减速器设计中，模块划分应分为：箱体模块、齿轮模块、轴模块、端盖模块、通用模块等[3]。因此，模块化齿轮减速器由箱体、齿轮、轴、轴承、端盖等所组成。在具体设计中通用模块必须考虑到批量制造问题，所以要以现有制造技术为基础进行设计，从而降低制造难度和成本，确保机械设备生产制造的经济性。
4 结束语
现代生产活动已离不开机械设备的运用，人类社会正常全面走向机械化，人们对机械设备需求量越来越多，对机械设备性能要求越来越高，传统机械设计方式逐渐难以满足市场需求。而从正文的分析可以知道，模块化设计方法能降低设计难度，提高设计效率，降低设计成本，缩短机械设备制造周期，所以机械设计中应积极融入模块化设计方法。
参考文献
[1]张学玲. 基于广义模块化设计的机械结构静、动态特性分析及优化设计[D].天津大学，2014，32：8055-8057.
[2]龚京忠. 基于FPBS的机械系统模块化设计方法与应用研究[D].国防科学技术大学，2014，11（14）：132-135.
[3]王学福. 机械产品模块化可适应设计平台的构建及其实现技术[D].天津大学，2015，13（03）：119-126.