模块化设计技术篇1

关键字：矿山机电设备维修CAD系统

一、矿山机电设备维修问题研究

矿山电机设备在运转过程中，常会出现零部件损坏问题而影响设备的精度、性能和生产效率，设备长期运行也会产生磨损，缩短使用寿命，所以设备维修是必须的，是设备工作中不可或缺的一部分。

根据矿山电机设备的损坏程度不同，对应的维修方式主要有预防维修、故障维修、生产维修。预防性维修是一种在故障前的有计划，有目标的预防性修理。故障维修主要针对设故障或性能问题进行的事后维修。生产维修主要是根据设备对生产的影响程度着重提高设备生产效率以改善经济效益的目标性维修。机电设备大修要依据年编制计划以及设备使用状态和技术鉴定情况，以保证设备使用效果。

二、CAD模型

矿山机电设备维修的CAD系统主要包括管理设备与零件图纸的设备图纸管理系统，用于维修的计算机设备零件图纸，设备维修CAD技术，二维图纸绘图设计，CAD二次开发。该模型主要包括以下几个模块：系统模块，管理模块，专用模块。CAD模型的基本框架为：第一层是矿山机电设备维修的CAD系统，第二层是设备图纸管理模块，其下即为数据输入、数据修改、图纸查询、数据备份、数据删除、系统维护、打印输出以及退出系统等单个功能模块；第三层专用模块包括矿山机电设备图库、电气元件图库、液压元件图库、易损件参数化设计、标准件参数化设计、图纸初始化环境设计以及公差尺寸标注等二次开发模块。

系统模块包括用户环境、系统功能、系统运行四个方面。用户环境主要由计算机、绘图仪以及打印机构成的硬件部分和Windows以及CAD软件部分组成。各模块又具备相应的系统功能，如图纸管理模块提供了图纸信息的输入、查询、修改、备份、删除和系统维护等功能，二次开发模块提供了图纸初始化环境设计，标准件、易损件参数化设计，电气符号、液压符号库、尺寸公差标注等功能，还建立了相应的图库。而系统的运行主要依照系统框架，从系统模块到设备管理的各功能模块，再到专用CAD的各功能模块，进行全方位的系统维护。

设备图纸管理模块是通过程序设计结合数据库建立起的具有强大系统功能以及较好的通用性和可扩容性的功能模块。一般我们把Access数据库功能作对象指引，并结合设备情况和计算机特点进行编码。该模块设计主要通过在程序设计过程中实现动态链接，在程序运行中循环分析数据控件，以扩充数据库。在设计过程中尤其要把我查询模块这个核心关节，在查询模块选择零件所属的类别与规格并显示与零件图纸相关的重要信息，再判断图纸图形文件是否存在来确定是否需要进入AutoCAD调出该图或直接绘图，最后退出并重新激活系统菜单。在设计查询界面时一般采用模拟人工管理的方法，使用户可以通过输入条件即可获取完整的设备或零件信息，从而提高查询速度。本模块的接口设计主要是图纸管理系统与AutoCAD的接口，该接口须具备快速切换、自动调用图纸文件功能，同时由程序提供的SHELL函数启动并执行文件。

专用模块主要是通过AutoCAD的语言功能增改软件指令，建立标准件和图库，并针对矿山机电设备维修情况，提高维修设计与绘图效率，达到较好的经济效益和生产效益。该模块主要分为五大功能模块，不同模块在开发过程中采用了不同的技术。

一是机械制图模块主要采用了基本的幻灯片和菜单技术进行图纸初始化环境设计、明细表和文字编辑，并设计了样板文件，严格把握标题栏、比例以及粗糙度，以方便图层管理。

二是标准件参数化设计采用了Autolisp语言和菜单技术，此设计主要是为了适应零件设计更换的需要通过建立非标准件设计对话框以实现对标准件（包括）螺栓、螺母、螺钉、垫圈、弹簧、轴承、销、孔、键以及常用图形的参数化设计管理。

三是易损件参数化设计，主要通过开发重要设备易损件参数化设计绘图，实现对易损件的管理，如联轴器、链轮、透盖等。

四是建立物理符号库，尤其注意电气和液压两方面，一般我们要根据矿山内电气与电路装置以及系统特点，采用菜单技术、幻灯片、图块插入等方法系统开发了电气与液压符号库，方便随时调用和维修需要。

五是公差尺寸标注，在矿山设备维修过程中，需要修改并绘制零件图，查询有关尺寸公差是必不可少的环节，依据国家“公差与配合”标准建立相应数据库，采用Autolisp、DCL语言，开发了符合国家标准的公差标注功能模块。

三、CAD系统在矿山机电设备维修应用

矿山机电设备在运行过程中参数繁多，且都直接反应设备的运行状态和故障发生的可能性，利用CAD系统建立一个数学模型来精确反应出设备的正常状态与发生故障时的参数间的对应关系，对负责监测的计算机系统以及重大故障诊断和维修有重大的作用。

数学模型诊断技术实质是一种将传感技术和动态测试技术结合起来，以信号处理和建模为手段的数学化技术措施，该技术利用测量机电设备的特征参数，然后进行分析和处理判断，分析特征值的改变以此判断故障的位置。这为CAD系统模型的应用奠定基础，对机电设备的可靠性和维修性进行基础性研究，便于我们系统地分析机电设备故障机理、模式及其影响力，CAD系统强大的数据库提供了机电设备的设计、生产、使用、维护等相关记录，可以使维修人员对维修数据进行具体分析、整理，及时对矿山机电设备的薄弱环节进行系统分析，使得矿山机电设备的可靠性和维修性得到合理改善和提高，有效提高了矿山机电设备的开机率，保证矿山机电设备的寿命延长使用。

在应用的过程中，还可以完善机电设备维修管理制度，形成科学的管理体系，制定符合国标的工作系统，包括设备管理人员的工作标准、维护技术标准、维护修理的各种定额标准、经济以及各种技术的管理标准等，也加强了矿山机电设备使用和维护管理。

结语：

CAD技术在矿山机电设备维修中的应用，不仅使得维修图纸全部实现了计算机绘图，而且提高了设计图纸质量，还提高了维修速度，最重要的是在策略上提高了经济效益和生产效率。

参考文献：

模块化设计技术篇2

关键词：模块化；机械设计；数控加工中心；应用

引言：随着我国经济发展水平的日益提高，我国数控加工技术得到了突飞猛进的发展，在对数控加工技术进行分析时，模块化机械设计是必不可少的。根据系统功能的不同，在进行设计时可以分解成若干个模块。而通过对不同的模块进行组合后，可以产生不同规格和品种的产品，这也是模块化设计的主要内容。

在对机械产品进行设计制造时，需要与成组技术和计算机技术等相关技术进行必要的结合，然后对同一功能的单元进行有效的设计，从而可以设计出可互换且性能不同的模块。这样一来，就可以形成不同规格的产品，利于产品的重新生产和应用。这也对机械设计的发展及其创新有着非常好的促进作用。

本文就对模块化的设计的相关问题进行分析，然后对模块的划分以及模块化的技术的应用进行了相关的阐述，然后对模块化机械设计在数控加工中心的应用体会及发展趋势进行必要的分析。

1.模块化的概念分析

模块化设计需要考虑很多的问题，首先其要保证设计的灵活性，要重视管理与制造的便利性，从而能够更为有效地控制设计制造过程，避免出现混乱。另外，在设计时还要考虑模块系列的扩展及变型产品的辐射。正因为如此，在设计过程中一定要对结构要素和功能要素加以考虑。用科学合理的方式来划分具体内容，被划分的模块要具有完整性和独立性的特点，这样才更加有利于模块借口的分离和联接，想要做到这一点，就要有效控制模块的数量，确保模块结构的规范性让所有模块之间的联系更加简单、稳定、

值得一提的是，在进行模块化设计时，一定要重视模块的组合，要重视相同模块的互换以及不同功能模块的组合等，这些内容往往体现在接口上，因此人们对模块的规范化和标准化提出更高的要求。

在模块化设计过程中，要先对设计的产品进行分析，拟定出产品的系列频谱，然后通过对产品的结构和功能进行分析，确定重要的参数，然后对产品的模块进行更为合理的划分，使模块的结构更为有效

2.模块化设计技术在数控加工中心的应用体会及发展趋势

基于我国数控加工技术的发展以及模块化设计的日益完善，对模块化设计技术在数控加工中心的应用进行分析，可以更好地明白模块化设计的重要内容和发展趋势，从而为我国数控技术的发展提供有利的依据同时也可以进一步完善模块化设计技术。

2.1.模块化设计技术在数控加工中心的应用体会

2.1.1.数控立式车床模块的划分

在对模块划分时，一定要充分考虑车床的模块化要求和结构形式，要对独立的功能单元进行分析并将其作为模块来让分解功能单元更为独立，形成更为有效的搭配和拼组形式，让整个操作过程更加简便和多变，进而为车床生产提供更为有效的支持。不仅如此，还要让部件模块形成一个更为完整的整体，保证装配质量。此外，还要进一步促进部件不同性能及用途的更好发挥，让功能更加细化。这样一来，就可以让整个组合方式更为灵活。值得一提的是，在对模块进行划分时，一定要对机床大件的模块化设计进行足够的重视，要有效规划大件的结合要素，从而让分离和联接更为简易、高效。另外，在对模块设计时还要留有空间，为新技术的引入打下基础。

2.1.2.车床的模块划分

分解总功能，其功能与实现功能的模块具有一定的对应关系。如通过单一模

块促使某一功能的实现；多个模块共同促使某一功能的实现；某一个模块促使多

个功能的实现；其分别为一一对应关系、单对多的关系、多对单的关系。

依据模块与功能的映射关系，对数控立式车床的结构型式及特点进行考虑，通过模块划分原则的运用，可对通用的模块进行划分。其可分为监测模块、辅助模块、支承模块、执行模块以及传动模块，同时还能够继续进行细化和分解。分析同一功能的模块，其结构与用途存在着差异而，而相同接口结构模块的形成，

在结构模块的组合过程中，可以促使不同性能与用途的数控立式车床产品的设计

和制造。

2.2.模块化设计技术在数控加工中心的应用的发展趋势

通过上述分析可以知道，模块化设计技术在数控加工中心的应用的发展趋势

会朝着规格化、通用化、标准化程度发展，未来在对模块化进行设计时，要更为重视产品的规格，要让整个设计生产更为统一，形成一个统一的标准，从而使生产更为高效。更进一步来讲，整个设计生产更为统一可以使模块的互换变得更为可能，其机械化设计与制造水平也会得到进一步提高。

另外，模块化设计技术在数控加工中心的应用会更加重视简便化，这样就可以让部件模块形成一个更为完整的整体，保证装配质量，让功能更加细化。这样一来，就可以让整个组合方式更为灵活，让分离和联接更为简易、高效。此外，未来的模块化发展过程中，产品的精度和性能也会朝着更为稳定的方向发展，这样就可以让生产成本得以降低，提升生产的效益和效率。

结论：总之，在对模块化产品进行设计应用时，一定要重视对产品的精度和性能的提升，让产品更为精细，让其性能更加稳定，这样就可以让产品生产更为低廉，使机械产品的结构更为简单。另外，当产品的设计规格更为标准化和通用化时，可以更好地提升模块的互换性能，进而让机械化设计和数控车床生产水平得到很好地提高。

参考文献：

[1]张丽，林世婷.基于模块化技术的袋装机设计方案评价系统[J].中国制造业信息化，2007（19）.

模块化设计技术篇3

【关键词】KBE；主梁设计计算；装配草图

0.前言

本以通用桥式起重机的主梁为研究对象，根据主梁金属结构的系列化和标准化特点，在KEB环境中，以VB为开发语言，SolidWorks为开发平台，采用参数化设计技术、装配草图技术、工程图调整技术，实现了主梁的设计计算、详细设计、工程图绘制和工艺表制作的集成一体化，开发了主梁参数化设计系统。

1.知识工程（KBE）

主梁KBE知识库在选择合适知识建模工具的基础上，采用参数化设计技术、装配草图技术、工程图调整技术，利用编程语言，将设计标准、手册、专家经验进行计算机化、格式化和标准化，生成主梁计算模块、详细设计模块、工程图调整模块和工艺信息模块，并应用数据库技术对这些模块知识进行有效地集成和管理，最终实现主梁KBE知识库的建立。

2.主梁参数化设计系统开发

2.1主梁参数化设计流程

根据企业设计现状与实际需求，将桥式起重机主梁参数化设计系统开发分为以下几个步骤：①分析主梁结构，归纳总结，对主梁进行模块划分；②依据主梁的模块划分，建立不同类型的主梁零部件三维主模型、工程图模板；③依据起重机设计规范、起重机设计手册、设计经验等，建立主梁简化计算模块；④确定主梁的驱动、从动参数与关联规则等，完成主梁详细设计模块的程序；⑤根据主模型，完成模型驱动模块的程序；⑥完成工程图调整模块的程序，更新工程图；⑦针对主梁的制造的工艺流程，建立主梁信息表模块；⑧将主梁设计知识、工艺要求、主模型融合在一起，建立系统所需的KBE知识库。该系统利用VB、Excel、数据库，在SolidWorks上进行二次开发的。

2.2关键技术

2.2.1主梁简化计算

主梁是桥架的主要受力部件，它在垂直载荷作用下，按简支梁计算。主梁计算十分复杂和繁琐，为了方便、快速地计算主梁，根据《起重机设计规范》、《起重机设计手册》，利用Execl编制了一个主梁简化计算模块。除了验算对主梁的强度要求外，还应检验主梁的整体稳定性、局部稳定性和刚度是否满足要求。其中局部稳定性主要考虑主梁翼缘板和腹板的局部稳定和加强问题。当起重机的工作等级为A6—A8时，还要对计算点④、⑤在载荷组合I情况下进行疲劳计算。当满足上诉所有要求时，表明设计师设计的主梁符合工程要求。

2.2.2零部件建模方法

为满足对零部件参数化驱动的要求，同时建立的模型必须包含产品的全部信息，因此零部件建模的模型要符合以下几点：

（1）建模的每一步应尽量简单，这样修改模型方便简单，并不易出错。

（2）零部件间有相互关联的尺寸，尽量使用方程式建立联系。

（3）零部件的草图必须完全定义，同时草图之间要相互独立，从而保证零件的正确更新和自身的独立性。

（4）尽量利用零部件草图与上一级的装配体草图建立定位关系，这样可避免由个别的零部件错位而造成的装配体紊乱问题。

（5）为了方便模型的管理，利用自定义属性对零部件模型所需信息的添加。

2.3装配布局草图

传统的装配方式有两种：自顶向下设计法和自底向上设计法。自顶向下设计法先从装配体开始设计，根据产品功能和初步方案，设计出初略的装配，然后对零件进行详细设计的过程。自底向上设计法是先设计好各个零部件，再根据设计要求，设计并装配成产品的过程。

这两种方法各有优缺点，本文采用自顶向下和自底向上相结合的设计方式，采用装配布局草图技术，首先利用自顶向下完成产品的初步设计，再自底向上完成零部件的详细设计，最后自顶向下的完成产品的所有零部件模型。在装配与设计过程中，所有零件之间的定位，都是采用零件自身的建模草图和三个基准面与装配布局草图的几何要素进行定位。这样的装配方式可以尽可能的避免因零部件更新或发生错误而造成整个装配体的混乱，同时可以充分利用计算机的优良性能，提高设计效率。

2.4系统功能模块

2.4.1主梁计算模块

主梁计算模块是根据输入的主要参数，如额定起重量、跨度、工作等级、小车估计重量、起重机运行速度，利用《起重机设计规范》、《起重机设计手册》、经验公式等，计算主梁所需的截面尺寸，及强度、刚度、稳定性问题。当起重机的工作等级为A6-A8时，还需计算疲劳强度。为了使设计人员更好更快地完成对主梁的计算，利用Excel和Access技术，将起重机设计知识融合在其中，完成人机交互式界面。这样设计师只要在Excel表中修改参数，就能实现主梁的快速计算。

2.4.2详细设计模块

在主梁计算模块中，只计算了主梁的主要截面尺寸是否符合设计要求，细节尺寸并没有给出，如吊攀尺寸、主梁端部弯板尺寸等。详细设计模块的主要功能是根据主要尺寸，利用VB和Access建立人机交互见面，完成主梁全部零部件的详细设计工作，所有参数根据与三维模型的约束规则存入数据库。

2.4.3模型驱动模块

模型驱动模块的主要功能就是在主梁三维模型的基础上，调用SolidWorksAPI函数，从数据库中读取参数，驱动主梁装配布局草图和零部件的约束关系，从而实现主梁零部件的驱动更新。

2.4.4工程图调整模块

当主梁主模型驱动更新后，其对应生成的工程图会发生紊乱，如视图比例不合理、视图漂移、尺寸标注悬空等。为使工程图整洁，符合实际生产的要求，需建立工程图调整模块来完成图纸的调整与美化。

2.4.5工艺信息模块

主梁的制造需要不同部门的协作，如采购部门需要采购主梁中的标注件；外协部门需要知道主梁中的那些零件本厂不制造，需要合作单位制造；金工车间需要知道主梁零部件的落料毛坯尺寸。工艺信息模块的功能就是生成各种工艺信息表，来满足各部门对完成主梁制造的不同需求。

3.实例应用

对系统进行运行演示。启动主梁参数化设计系统，运行主梁计算模块，输入基本参数，主梁进行简化计算，并将参数保存到数据库中。运行详细设计模块，选择主梁类型，在人机交互界面中完成主梁的详细设计。系统运行模型驱动程序，生成三维模型。运行工程图调整程序，对工程图进行调整优化。最后完成工艺信息表的生产，确认无误后，退出设计系统。

4.总结

本文以VB为开发工具，SolidWorks2010为开发平台，对桥式起重机主梁进行研究，利用，在知识工程（KBE）的环境下，采用参数化设计技术、装配草图技术、工程图调整技术，最终开发完成了主梁参数化设计系统。大大提高了主梁设计速度和设计质量，节约了设计成本，增强了企业的竞争力。

模块化设计技术篇4

关键词：机电一体化；主干课程；控制模块；上位机模块

作者简介：杨洪（1976-），男，江苏苏州人，苏州市职业大学机电工程系，讲师。（江苏苏州215104）

中图分类号：G712?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）31-0100-02

机电一体化技术是机械技术与电子技术的有机结合。近年来，随着微电子技术、计算机技术及其工业通信技术的发展，机与电的联系更加紧密，机电一体化技术有了长足的进步。高职院校的机电一体化专业，应从实际就业岗位需求出发，着重于培养具有较强实践技术的应用型人才。苏州市职业大学（以下简称“我校”）机电一体化专业目前的专业培养方案中，课程设置侧重于PLC，单片机所占比重不高。在教学计划的安排上，先导课程与后续课程间的衔接也存在不足，学生对于机电一体化技术的理解就是机与电的简单结合。本文以机电一体化项目开发为起点，提出了以单片机为核心的专业主干课程改革思路，对原来的课程设置作了调整，并加入了一些尚未开设的课程，合理安排进度，使学生在有效掌握专业知识的基础上，加强其实践应用能力的培养，进一步提高其专业技能和职业素养，在提高就业竞争力的同时，也能在就业层次上有所提升。

一、明确培养目标，调整课程体系

地方高职院校首先要为地方的经济建设培养人才，因此，课程体系的确立也应从地方经济发展的角度出发，以便合理设置。苏州地区经济的支柱产业是制造业，而机电一体化技术是制造业的支柱，因此机电一体化专业的人才应当为地区制造业的发展服务。但是随着近年来产业的升级，苏州地区的制造业向着高端、精密的方向发展，这就要求高职院校机电一体化专业的学生，在掌握机电一体化专业理论和技术的基础上，能够使用、调试、诊断和维护高端精密制造设备。因此高职院校的机电一体化专业应随之对课程体系进行调整，以适应当前人才市场的需求。

我校机电一体化专业目前的课程体系与实际岗位知识能力需求之间出现了一定的偏差，因此有必要对课程体系进行调整：以单片机控制系统的设计开发为主线，构建以电为主、以机为辅的课程体系。以电为主，是指合理选择和安排机电一体化专业所需的电子类课程，通过合理安排相应的实践环节，强化学生对电子类课程知识的理解能力，着重培养学生分析问题、动手解决问题的能力；以机为辅，是指机电一体化专业的学生，在掌握电子类课程的基础上，能够对其操作控制的对象——机械部分有所了解，既要能理解其基本的动作原理，又要能够对其基本的结构进行剖析，这样才能更有利于实现对机械装置的控制，真正做到机与电的有机结合。同时，运用单片机技术实现机电一体化设备的操作控制，还必须掌握基本的、能够在单片机中有效运行的控制方法，以进一步提升学生的综合职业素养。

二、以项目开发为目标，合理选择主干课程

机电一体化专业的主干课程是根据机电一体化专业的人才培养目标而确立的。以单片机为核心的机电一体化设备，主要由机械受控模块、测量模块、驱动模块、单片机模块、通信模块、接口模块和上位机模块组成，如图1所示。因此，机电一体化专业主干课程应围绕项目开发的每个环节所应具备的知识能力进行选择。[1]

1.第一环节：机械受控模块的分析

机电一体化专业的课程体系主张以机为辅，因此机械结构的设计，不作为机电一体化专业的主体教学内容。但对于机电一体化项目的开发来讲，机械模块是整个系统的受控对象，因此，要实现对机械模块的控制，必须对其结构和动作原理能够充分理解，才能有助于下一步设计工作的展开。这就对相关课程的设置提出了相应的要求。在这一阶段，应开设“机械制图与AUTOCAD”、“机械设计基础”，辅以“机械产品精度设计与测量”等课程。“机械制图与AUTOCAD”使学生认识基本的机械零件，并在此基础上掌握基本的AUTOCAD的应用能力；而“机械设计基础”则可使学生了解机械系统基本的结构、动作原理和设计方法。

2.第二环节：驱动模块和测量模块的设计

（1）驱动模块。驱动模块的作用是为机械受控模块提供驱动力。在机电设备中，液压和气压驱动、电机驱动是常用的驱动方式。机电一体化设备的开发中，在对机械受控模块进行分析的基础上，要为其选择合适的驱动方式。这一部分的支持课程有“液压与气动传动”、“电机与拖动”，并选择“电气控制与PLC”作为辅助课程，该课程以讲授电气控制技术为主，附带讲授PLC的相关应用知识。

（2）测量模块。测量模块是用来测量机电设备中的相关物理量，以实现对机械受控模块的监测或控制。相关的课程主要是“测试技术”，要求学生掌握传感器的基本原理及选择应用、信号调理电路的设计和信号的变换。

在驱动模块和测量模块的设计中，涉及了电力电子相关技术，因此，完成与之相关的设计内容前，应安排前期课程“电路分析”、“电子技术”，这两门专业基础课程是后续电子电气类课程的基础，因此可以将Proteus软件引入到教学过程中来。Proteus软件是由英国Labcenter公司开发的系统仿真与开发平台。该软件提供了丰富的元件库，并为大多数的元器件提供相应的仿真模型，在完成系统原理图构建的基础上，配合动态元器件，能实现系统的交互式仿真，完成虚拟的实验。Proteus软件应用到课堂教学和实践教学中，[2]能形象地演示学习内容，有助于激发学生的学习兴趣，使其能更好地掌握相关的教学内容。Proteus软件更为突出的特点是能支持微处理器结合其编程软件实现系统的联合调试。

模块化设计技术篇5

【关键词】大规模定制设计；模块化；离心分离机

随着计算机技术的快速发展，CAD技术同模块化设计在离心机械得到了充分应用，使得机械设备制造市场竞争越来越激烈，多样化、个性化的客户需求为离心分离机实施大规模定制奠定了市场基础。

1国内离心机械发展现状

我国的离心机分离行业发展同国外相比还处于落后状态，近年来，随着社会生产力的快速发展，通过对引进国外技术的消化和吸收，我国的离心分离机技术也得到了发展，主要表现：一是已经形成一个集科研、制造和设计于一体的体系；二是学术界对该领域有了专项学术组织；三是理论与应用有了较好的结合；四是已具备初步的设备生产制造能力，如，三足、上悬、活塞、螺旋、离心卸料；振动、进动卸料、刮刀及虹吸刮刀等离心机；五是自动控制技术同计算机技术有了较好结合；六是制定了相关的技术标准。

2大规模定制设计的定义

大规模定制（MC）是新的市场环境中出现的生产模式，是一种集企业、用户、供应商、员工和环境于一体，在系统思想指导下，运用全局优化的观点，根据用户需求，充分利用企业自身的各种资源、技术、方法和优势，为用户大批量生产低成本、高质量的定制产品和服务的生产方式。大规模定制设计（DFMC）主要目的在于如何能够将有市场需求的单个产品设计提升到产品族设计。其中，在产品族设计中，模块化技术尤为关键。

2.1模块化产品族设计

模块化产品族体系和不同作用域之间的映射关系相类似，通过客户域，能准确找到客户需求和客户种类；通过功能域，能将产品功能特征化以满足客户特定需求；通过物理域，可验证产品的设计参数是否合格过关；通过过程域，过程变量能较好地计算出产品成本。所以，产品族模块化技术作为一项系统化工程，将贯穿于产品整个生命周期，为企业能大量生产出满足特定用户个性化需求的产品给予保障。

2.2模块化产品族体系组成

模块化设计中所用模块须具备互相结合且派生出复杂产品的特征，模块组合中的每个单元都必须具备有一项或者更多项功能，模块之间组合成新产品时应具备更强的功能。所以，模块化产品族体系中充分地显示出了产品的分析功能，以及子模块所具备的分解职能。产品族通常都是来自于同一平台中系列产品族中的每个产品变量。其中，每个产品变量都具备满足客户需求的特性和功能，由于这些产品变量都在共享某些共同的客户需求价值、结构和技术，所以，它们构成了产品族平台。通常情况下，构建模块化产品族体系有三个主要条件：公共基、差异使能和配置机制。

2.3模块化的不同层次

模块化产品族体系主要分为三个层次，，自顶向下存在着三种不同的层次。它们分别是：系统层、模块层和组件层。系统层是由多个不同模块组合而成的装配系统，通常情况下，系统层的接口越多，其模块化程度就越低。模块层是由组件层中的多个种类不同组件构建而成的，如：电气、机械、液压和以及化学类。组件层模块化程度级别最低的层级，它通常都是由一些标准化零配件组合而成。

3大规模定制设计在离心机设计中的应用实例

3.1离心分离机械概述

离心机所采用的分离技术同其它类型，如：机械、化学、热分离、电分离等技术相比较而言，有着设备体积小；停留时间短；不需要助滤剂；密闭性高；放大简单；过程连续；处理能力强；分离过程容易控制、调节等特点。由于离心机的以上特点，离心分离技术受到了工业制造业普遍关注。当前，在资源保护开发、环保工程、生物技术工程、国防工业、石油化工、医药、食品、纺织、汽车以及造船等诸多工业领域内得到了广泛应用。不同行业间的多样化、个性化、规模化的客户需求为离心机械大规模定制奠定了良好的市场需求。随着工业制造业新技术、新工艺的快速发展，尤其是在医药生物工程技术的推动下，离心机分离技术的高参数、全自动、多功能、自动化系统和新材料等呈现出新的发展势头。

综上所述，离心分离机械主要分为三大类型，主要有：过滤型离心机、沉降（分离）型离心机和组合型离心机。其中，过滤型离心机可分为：三足式、平板式、上悬式、刮刀卸料式、活塞推料式、锥篮式、翻袋卸料式、旁滤式等；沉降（分离）型离心机可分为：螺旋卸料式、三足沉降式、平板沉降式、管式分离机式、碟式分离机式；组合型离心机可分为：螺旋卸料沉降过滤组合式离心机、柱锥复合式活塞推料式离心机、碟片螺旋式分离机。

国外对大规模定制设计在离心分离机械中应用研究、开发时间较早，如：德国KRAUSS—MAFFEI公司的竖篮离心机、推料式离心机等产品，相比之下，我国内的大规模定制模块化设计工作起步较晚，在某些领域研究尚处于空白。

3.2实例介绍

以刮刀下部卸料离心机为例，对大规模定制在离心机设计应用中进行阐述。

刮刀下部卸料离心机的主要类型有四种：SG三足式手动刮刀下部卸料离心机、SGZ三足式全自动刮刀下部卸料离心机，PG平板式手动刮刀下部卸料离心机和PGZ平板式全自动刮刀下部卸料离心机。刮刀下部卸料离心机产品的结构（图1），刮刀下部卸料离心机模块化的结构层次（图2）。

4结束语

综上所述，大规模定制设计技术的出现推动了机械制造商的产品设计逐步趋向多样化、个性化的设计策略。大规模定制设计在提供多种产品满足客户需求的同时又大幅度的降低制造企业的生产成本。所以，离心分离机械为客户提供更高程度的个性化产品定制服务和设备时，应当继续保持大规模定制设计应用所具备的产品低成本竞争优势，保持低成本所追求的规模经济。

参考文献：

[1]俞雷霖，俞如友.GMP离心机和离心分离技术的进展[J].中国医药工业杂志，2005（12）.

[2]俞雷霖，俞如友.适用于GMP的新型离心机研制[J].医药工程设计，1997（03）.

[3]俞如友.离心分离设备的进展及无基础离心机[J].医药工程设计，1993（03）.

模块化设计技术篇6

关键词：模块化设计；功能模块；机械设计；应用

Abstract:Thispaperanalysesthecloserelationshipbetweenthemodulardesignandmoderntechnology,andmoduledividingverticalCNClathetoillustratetheapplicationofthemodulardesignmethodinthemechanicaldesign.

Keywords:modulardesign;functionmodule;mechanicaldesign;application

中图分类号：TG518文献标识码：A文章编号：

1、模块的划分与模块化设计方式

1.1模块划分、接口标准化与组合性和可互换性

模块划分的好坏直接影响到模块系列设计的成功与否。既要照顾制造和管理方便，避免组合时产生混乱，具有较大的灵活性，又要考虑到模块系列将来的扩展和向专用、变型产品的辐射。因此必须对系统进行仔细的、系统的功能分析和结构分析，模块划分时要注意：（1）模块在整个系统中的作用及其更换的可能性和必要性；（2）保持模块在功能及结构方面有一定的独立性和完整性；（3）模块间的接合要素便于联接与分离；（4）模块的划分不能影响系统的主要功能。

模块划分原则是：（1）力求以少数模块组成尽可能多的产品；（2）在满足要求的基础上使产品精度高、性能稳定、结构简单、成本低廉；（3）模块结构应尽量简单、规范，模块间的联系也应尽可能简单。

模块化设计所依赖的是模块的组合，即结合面，又称为接口。显然，为了保证不同功能模块的组合和相同功能模块的互换，模块应具有可组合性和可互换性两个特征。这两个特征主要体现在接口上，必须提高模块标准化、通用化、规格化的程度。例如，对装配而言，具有相同功能、不同性能的单元一定要具有相同的安装基面和相同的安装尺寸，才能保证模块的有效组合；在计算机行业中，由于采用了标准的总线结构，来自不同国家和地区厂家的模块，不断进行精心改进和研究，促使计算机技术达到空前的发展。

1.2模块化设计方式和模块化系统

1.2.1模块化设计的主要方式

（1）横向系列模块化设计。不改变产品主参数，利用模块发展变形产品。这种方式易实现，应用广。

（2）纵向系列模块化设计。在同一类型中对不同规格的基型产品进行设计。

（3）横向系列和跨系列综合模块化设计。除发展横系列产品之外，改变某些模块还能得到其它系列产品者，便属于横向系列和跨系列模块化设计了。

（4）全系列模块化设计。全系列包括纵向系列和横向系列。

（5）全系列和跨系列模块化设计。在全系列基础上用于结构比较类似的跨产品的模块化设计。

1.2.2模块化系统的划分与功能介绍

按产品中模块使用多少，模块化系统可分为纯模块化系统和混合系统———由模块和非模块组成的模块化系统，机械模块化系统多是这种类型。按模块组合可能性多少，模块化系统可分为：闭式系统，设计时主要考虑到所有可能的方案；开式系统，设计时主要考虑模块组合变化规则。模块要实现一定功能，整个产品系列功能和相应的模块类型如图1所示。

基本功能是系统中基本的、经常的、重复的、不可缺少的功能，在系统中基本不变的功能。相应模块称为基本模块。

辅助功能主要指实现安装和联接所需的功能。相应模块称为辅助模块。

特殊功能是表征系统中某种或某几种产品特殊的、使之更完善或有所扩展的功能。相应模块称为特殊模块。

图1模块化产品系统中功能和模块类型

适应功能是为了和其它系统或边界条件相适应所需要的可临时改变的功能。相应模块称为适应模块。

用户专用功能指某些不能预知的、由用户特别指定的功能，该功能由于其不确定性和极少重复，由非模块化单元实现。

2、模块化设计的步骤

模块化设计分为两个不同层次，第一个层次为系列模块化产品研制过程，如图2所示。第二个层次为单个产品的模块化设计，如图3所示。总的说来，模块化设计遵循一般技术系统的设计步骤，但比后者更复杂，花费更高，要每个零部件都能实现更多的部分功能。模块化设计的主要步骤如下：

图2模块化产品设计过程图3模块化系列产品研制过程

（1）市场调查与分析，模块化设计成功的前提；

（2）进行产品功能分析，拟定产品系列型谱；

（3）确定参数范围和主参数；

（4）确定模块化设计类型，划分模块；

（5）模块结构设计，形成模块库；

（6）编写技术文件。

3模块化与其它现代技术的结合

3.1模块化与成组技术在对事物的处理上的共同特点

模块化与成组技术都是针对现代生产的多样化提出的。成组技术主要以零件在形状、工艺上具有的相似性为其理论依据，研究并利用有关事物的相似性，把相似的问题归类成组，通过对相似零件的标准化和规范化处理，以达到“使小批量的产品具有流水作业的生产方式”的目的。而模块化技术也是追求“小批量的系统（产品），中批量的子系统（模块），大批量的元素（零件）”的效果，也利用机床部件在功能上的相似性，把那些具有相似功能的部件经过统一、归并和简化而形成模块。两者在对事物的处理上有以下共同点：集中处理具有相似性和重复性的事务；把具有一定相似性和重复性的事物标准化、规范化；信息的重复使用。成组技术在结合计算机技术的条件下，在工艺设计和制造中取得了很大的进展。模块化技术也将具有这个特点。

3.2模块化与柔性制造技术

柔性制造技术以生产多样化、快节奏为目标，强调系统对生产反应的灵活性和自身的多变性和可变性。模块化正好为实现柔性技术这一要求提供了现实依据，模块化技术在利用通用模块解决机床共性之后，集中精力解决个性问题，并用“以最少的模块组合成最多的机床”这一指导思想来实现多样化的要求，当以机床为生产工具时，则利用其模块的特性，一机多用，一模多用，通过机床模块的重新组合，达到系统的柔性要求。应用模块化技术，从硬件上实现系统的柔性是目前国内外制造业的一个重要研究方向。

3.3模块化与计算机辅助技术

将计算机辅助技术（CAD、CAPP、CAM）和数据库技术引入模块化技术，在一定程度上替代人类完成大量人工无法完成的复杂计算和重复性工作，且在稳定性、一致性、条理性等到方面超过了人类。另一方面，通过模块化方法，把复杂系统分解成相对简单的子系统，对各子系统应用计算机技术，可充分发挥计算机的强大功能。

4模块化设计技术的应用

数控立式车床的模块划分是指对机床进行功能分析与结构分析，合理划分具有某一或某些功能的结构单元。因此，模块划分合理与否是模块化设计成败的关键。

4.1数控立式车床模块划分原则

根据现有立式车床的结构形式和模块化要求，模块划分原则可总结如下：以独立的功能单元作为模块，即对于已分解的功能单元在结构上尽可能做到独立化，这样的模块易于拼组和搭配，便于构成多种变形产品；以部件作为模块，这样的模块具有完整性，容易保证装配质量；以组件作为模块，功能分解细化后，还可进一步将部件中的某些组件模块化，通过更换或取舍组件或一些零件，可以使部件具有不同用途和性能。这比更换整个部件要经济灵活。在模块划分过程中，还要重视机床大件（基础件）的模块化，大件的结合要素要规范，便于联接与分离。同时，要考虑在模块中留有一定的发展空间，以便引入新技术时不会阻碍模块的结构。

4.2数控立式车床的功能分解

在进行模块划分时，必须从数控立式车床的总功能出发，把总功能分解成相对独立的分功能，分功能继续分解至不宜再分时就构成功能元，功能元是组成总功能或分功能的最基本单元，常与一定的功能模块相对应。在进行总功能分解时，应考虑用户的要求和实现总功能所必需的分功能，由于用户条件各不相同，所确定的机床规格及性能也会不同，其模块的组成也会有很大的差异。对于单柱数控立式车床CK系列来说，其总功能为车削，可以车削内外圆柱、内外圆锥、沟槽、平面、螺纹以及各种旋转曲面体。而对单柱数控车铣加工中心CX系列来说，除了上述的车削外，还必须具备有铣镗功能，这些功能可以按传动功能、执行功能、支承功能、辅助功能和监测等分功能进一步分解。

4.3数控立式车床的模块划分

通过对总功能进行分解，可以看出某一或某些功能与实现某一或某些功能的模块存在对应关系。其中有单一模块实现某一功能，即一一对应关系；某一功能由多个模块来实现，即单对多的关系；某些多个功能由一个模块来实现，即多对单的关系。如图4所示。