模块化设计精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇模块化设计范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

篇(1)

[关键词]枪械设计 模块化设计 技巧

中图分类号：T231 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）11-0262-01

前言

一把好枪被世人喜爱，AK47市场占有量达到几亿支，历经几十年经久不衰，好评如潮，成为枪械设计的经典，可以说设计决定了AK47的外观样式、性能指标、使用寿命，更赋予了AK47强大的的产品竞争力。

传统的设计方法我们用起来得心应手，但有很多不足，设计繁杂、任务量大、设计时间长、没有统一的设计思想和标准。因此，在设计其他产品时，只能借鉴不能借用，在计算机设计软件应用以来，特别是三维建模软件的应用，催生出了新的设计理论和方法，模块化设计由此诞生。

一、模块化设计

1.什么是模块化

是程序的编写不是开始就逐条录入计算机语句和指令，而是首先用主程序、子程序、子过程等框架把软件的主要结构和流程描述出来，并定义和调试好各个框架之间的输入、输出链接关系。逐步求精的结果是得到一系列以功能块为单位的算法描述。以功能块为单位进行程序设计，实现其求解算法的方法称为模块化。

2.什么是模块化设计 是指在对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品，以满足市场的不同需求的设计方法。

3.模块化设计特征：

相对独立性，可以对模块单独进行设计、制造、调试、修改和存储，这便于由不同的专业化企业分别进行生产；

互换性，模块接口部位的结构、尺寸和参数标准化，容易实现模块间的互换，从而使模块满足更大数量的不同产品的需要；

通用性，有利于实现横系列、纵系列产品间的模块的通用，实现跨系列产品间的模块的通用。

二、模块化设计的应用

1.怎样划分模块

产品模块化设计中，理论划分可归纳如下：

（1）自顶向下分类：包括系统级模块、产品级模块、部件级模块、零件级模块；

（2）功能及加工和组合要求分类：包括基本模块、通用模块、专用模块；

（3）接口组合要求分类：包括内部接口模块、外部接口模块等。

模块的内涵有多大，边界到哪里没有定式，模块单元的划分是传统机械设计中的部件划分，这些部件虽然是独立的模块，但也有各自不扰的功能，方便组合和拆卸；一个零件可以是一个模块，部件模块内可以有若干个零件模块，以此类推。

2.传统机械设计中的总成、部件、零件等模块化分举例

以货车为例，原来划分为：发动机总成、变速箱总成、底盘总成（二类底盘）、驾驶室总成、货箱总成等，现在可以把每一个总成叫做一个模块，将五个模块组合以后成为更大的系统模块――货车模块。

发动机（总成）模块由燃油系统、散热系统、系统、进气系统、排气系统、点火系统、配气机构、曲柄连杆机构等组成，每一个系统或机构又是一个系统级模块，里面包含着总成级的模块；以燃油系统为例，燃油（系统）模块包括油箱、输油管、燃油滤清器、高压油泵、喷油嘴等把每一个总成单元都视为模块，这些模块都是由不同的零件级模块组成的，表现出不同的性能指标、输入、输出接口、体积大小、安装形式等，该特性是独有的，可以通过零件模块尺寸参数的调整，进而调整总成单元模块的特性。

变速箱（总成）模块、 底盘（总成）模块、 驾驶室（总成）模块、 货箱（总成）模块也一样，不在重述。

3.模块模型库

一台货车设计完成，也是完成了各层级的模块化设计。每个模块都是参数化模型，包含特征单元、尺寸公差、零件属性、材料信息等。按照模块的属性，层级、信息量大小归档到不同的模块模型库，在以后的设计中就可以借阅、参考、使用。

三、枪械模块化设计

注：只就设计而设计，不涉及开发程序文件规定的相关程序。

尽量采用横向系列模块化设计，不改变产品主要参数的情况下，利用模块改变产品，也可以在同一类型产品中，对不同规格的产品重新设计。

在枪械设计时，要求设计师在充分地研究和理解设计任务书中的战术技术指标的基础上，再结合现有同类产品的战术技术指标，提出枪械的总体设计方案。在总体方案下，逐一确定各模块参数的顺序一般如下：

1.根据战术技术指标确定枪管长度，保证有效射程及杀伤力。枪管在轻武器体积中占比非常大，又是精度、射程、杀伤力的决定因素，决定枪的体积、造型和人机功效等。

2.自动机方式（在弹种确定的情况下）是决定整枪体积的又一个重要因素，自动机是枪械的核心部件，从后坐抛壳、到复进推上膛、闭锁终止，运动空间大，和其他部件相关联多，自身的体积、重量、形状是枪械性能指标的重要依据，自动机方式确定之后，整枪体积的三分之二确认完成。

下面机构参数的确认省略

3.供弹机构的确定

4.击发机构的确定

5.机匣结构的确定

6.枪托、护木的确定

7.其他零部件的确定。

这些是总体设计方案的细化，明确了各个机构类型、结构形式，也是为在模块模型库中选择模块设定条件。

四、枪械模块化设计中总装图的绘制及模块的选用

1.根据总体设计方案创建平面布置图，根据GJB（或CIP、SAAMI）标准、人机功效的要求，先标注出枪管火线的中心线及后断面位置，还要精确标注闭锁间隙尺寸，再用图框大致标示各总成模块的位置、外观轮廓。

2.在三维建模软件中，按总体设计方案平面布置图各总成模块的位置，在模块模型库中选用并插入相应模块，利用模块的输出、输入接口加以配合设置。

3.在装配体模式下，设定自动机轴线与枪管轴线同轴，自动机模块底窝前断面与枪管后端面依据闭锁间隙定位。自动机根据子弹的物理结构尺寸，修改自动机机构参数尺寸，同时修改自动机工作循环图，从新分配自动机能量，以保证后坐抛壳、推上膛、闭锁等动作可靠完成，并进行射击频率的评估。

4.在装配体模式下，对供弹机构模块进行调整。根据供弹机构中子弹与枪管后断面、子弹与自动机相对位置关系，初步确定供弹机构模块接口位置。

下面机构模块都是按各机构接口的配合关系定位的，在此省略，不在复述。

5.击发机构的确定

6.机匣结构的确定

7.枪托、护木的确定

8.其他零部件的确定。

五、枪械模块化设计中机构模块的调整

模块可以在整枪的装配体中调整，那样准确率较高，但效率很低，一是计算机运行较慢，二是任务没有分解，分工不明确，没有发挥团队力量；模块从装配体中提出来，在各自的模块环境中运行，依据总体的配合条件调整、修改，比较快捷，但容易产生误差和干涉，需多次到整枪的装配体中检查。

模块的调整不是一次性的，贯穿枪械设计开发、试验调试的始终。

六、结论

模块化设计优点很多，经多次尝试，就会熟能生巧。通过加、减、换、改相应模块以构成新的产品，并满足装备产品的功能指说囊求。为开发具有多种功能的不同产品，不必对每种产品施以单独设计，而是精心设计出多种模块，经过不同方式的组合来构成不同产品，以解决产品品种、规格与设计制造周期、成本之间的矛盾。

模块的划分和创建以及组合是模块化设计的重要部分，其最终的目的就是用最少数的模块组合成尽可能多的产品。模块化的设计，有着多样化的特点，在一定程度上满足了客户的不同需求，使设计效率和质量得到了有效的提升，在枪械的设计加入模块化设计，可以使枪械的设计得到有效的提高，也使枪械的整体性能得到提升。

参考文献

[1] 刍议机械设计中材料的选择和应用[J].吴宗烨.技术与市场.2016（11）

篇(2)

如前所述，不同手套机机型上，同一功能模块可能在机械结构与控制电路上并不相同，这样针对不同手套机需要开发不同的控制系统。为此本研究针对市场已有机械结构，将手套机控制系统的硬件、软件模块化，同时引入Linux操作系统，从而实现快速组合的通用型控制系统开发要求。嵌入式Linux一般由引导程序、Linux内核、文件系统和应用程序组成［5］。基于Linux的手套机嵌入式控制系统，应对Linux内核、文件系统和应用程序进行相应调整。在Linux内核中，加入了6个模块对应的驱动。在文件系统中，编写启动脚/etc/init．d/rcS，通过菜单选择，完成对手套机设备的启动检测。最后加载应用程序，即手套机主程序。对每个模块，将采用Linux驱动经典结构:驱动—总线—设备。驱动、设备分别向总线注册，而且驱动(或设备)注册时会调用相应设备(或驱动)注册，其实质为总线依据设备结构体成员name，驱动结构体成员id_table是否匹配来决定是否调用驱动结构体成员probe来完成注册［6］。将手套机模块化后—即在底层对驱动和设备进行分离，对手套机启动脚本编写。对于各种手套机控制结构，仅需修改或添加设备文件，而不会对应用层主程序产生影响。

2手套机模块化驱动程序

手套机模块化驱动程序是模块化手套机控制系统设计中重要组成部分。正是因为同种模块的多种设备实现了同样控制动作，使得基于Linux手套机控制系统每个模块驱动文件与设备的分离，不仅驱动文件对现有多种设备文件具有通用性，而且对将来产生的新设备起到了兼容，同时底层驱动与应用层主控程序分离，减少了软件上的修改，也是手套机启动脚本可以对设备进行选择的基础。Linux驱动一般分为3类:字符设备、块设备、网络设备［7-8］。手套机控制系统中系统环境的网络设备网卡(DM9000AEP)，块设备nand(K9F2GO8)芯片厂商出厂时已有驱动，仅做移植修改就可，无需编写。对于6个模块，均为字符型设备，独立编写。以驱动对应设备多寡为标准，现将6个模块分2部分，手机套各模块与抽象后Linux驱动设备对应关系如表1所示。2．1多设备模块该部分驱动与设备关系是一对二，故可采用plat-form总线。platform总线是Linux驱动经典结构的代表，即驱动—总线—设备模型。简而言之，该结构可将同类型设备的共性，即实现功能编写于驱动文件，而将各设备的向异性，及硬件属性，编写于设备文件中。platform总线可依据设备platform_device成员name，驱动platform_drive成员id_table是否匹配来决定是否调用驱动platform_drive成员probe来完成注册［9］。2．2．1设备文件的注册在platform设备文件xxx．c中(xxx即为表中Linux设备名一与Linux设备名二)，platform通过设备注册函数platform_device_register()完成platform_de-vice数据结构xxx_dev，resource数据结构xxx_resource［］注册，其中主要成员为:start=Physical_address，end=SIZ:依手套机控制电路原理图进行设置，主要是电磁铁，电磁阀物理的地址，以及微动开关的中断号设置。name="xxx":设备与驱动匹配标志，其将决定调用哪个驱动。platform_data=is_xxx:同模块不同设备区分标志，为便于驱动的编写。对于虚拟的设备needle_machine_dev．c(即单色纱线导纱机构)，仅赋值name，platform_data完成格式统一。2．2．2驱动文件的注册在platform驱动文yyy．c中(yyy即为表中linux驱动名)中，其核心为完成数组yyy__table［］，函数yyy_probe()注册。以纱线模块为例的分析，数组yyy__ta-ble［］原型为:staticstructplatform_device_idyyy_table［］={{．name="xxx"，}，{}，};是驱动所支持设备id数组，对于纱线模块，其驱动文件yarn_drv．c将含有staticstructplatform_device_idneedle_drv_table［］={{．name="needle_electromagnet_dev"，}，{．name="needle_machine_dev"，}，{}，};从而匹配yarn_electromagnet_dev．c，yarn_machine_dev．c设备文件中platform_device成员name。yarn_drv．c驱动文件中probe()将用platform_get_resource()获得所注册设备硬件信息(即yarn_electro-magnet_dev_resource［］，yarn_machine_dev_resource［］之一)，而在file_operations成员ioctl()函数将依据probe()获得的硬件情况，编写统一控制的函数。从而yarn_drv．c驱动使不同纱线模块设备的实现了相同的功能。ioctl设备控制函数原型为:staticintioctl(structinode*inodep，structfile*filp，un-signed，intcmd，unsignedlongarg)设备文件注册中platform_data=is_xxx在ioctl()函数中区分了不同设备，手套机驱动中Ioctrl()实现的命令1、命令2如表2、表3所示。2．2单设备模块对于这3个模块，由于驱动与设备一一对应(如表4所示)，可采用传统字符驱动编写流程［10］，单个文件将设备和驱动一次性注册，带来程序的简洁性，但并不合适手套机的模块化的思想，例:信号检测模块中接近开关采用新的结构，有可能导致信号检测模块的软件部分改变，以及手套机主程序的改变，即导致手套机整个系统的改变。故考虑对新结构的兼容性，依然采用如第一部分所述设备—总线—驱动模型。综上所述，6个模块均采用Linux驱动经典结构:驱动—总线—设备［11］，以达到同一个驱动实现不同设备的操作，亦可对将来新设备结构兼容，从而实现手套机控制系统的模块化。2．3手套机选针电磁铁驱动实现对于电磁铁选针结构的手套机，因其多达92路的选针电磁铁，故而其总的功耗需求量比较大。针对这种情况，对相关的源代码进行编写时，应对选针电磁铁的吸合时间进行合理的控制，以达到降低功耗的目的，同时也延长选针电磁铁的使用寿命。选针电磁铁的流程图如图3所示。

3手套机设备检测启动程序

正是由于手套机控制系统的的模块化，使得手套机设备检测启动程序可以在人工干预的情况下，进行对设备文件进行选择性的加载，使手套机控制系统具有智能化的特点。Linux内核启动时，如不添加/etc/inittab文件，默认情况下将会分析/etc/init．d/rcS，其中rcS为shell文件，在该文件中可以完成对Linux应用层的初始化［12］，手套机硬件自检测启动程序流程如图4所示。除系统环境所移植的驱动采用固态加载(即与内核统一编译，Linux内启动，其将自动加载)外，6个模块均采用动态加载方式(命令行模式insmodxxx．ko)，分3步加载。3．1单设备文件加载信号检测模块、显示界面模块、按键模块的设备文件及驱动文件加载，其中显示界面模块、按键模块将参与第二部分设备文件选。3．2多设备文件加载要控制人员根据手套机的结构对选针模块、软轴控制模块、纱线模块设备进行二选一，依次运行needle_dev_selsect．c，flexible_dev_selsect．c，yarn_dev_sel-sect．c进行设备选择，同时在子shell脚本中/glove_selsect．sh记录设备选择。3个模块的设备选择完毕，以“(/glove_selsect．sh)”启动子shell脚本，进行设备文件加载。以纱线模块的yarn_dev_selsect．c为例，流程图如图5所示。3．3主程序glove．c调用在底层中已完成设备与驱动的隔离，启动文件已将所需设备加载，故glove．c主程序仅对手套机6个模块对应驱动调用，其所做完全与具体设备无关，从而实现手套机的模块化，手套机与主程序流程图如图6所示。

4结束语

篇(3)

【关键词】模块化设计 点钞机 传感检测模块 卡扣连接

一、前言

点钞机是重要的金融机具之一。近年来我国点钞机行业稳步发展，点钞机制造企业在100家左右，大部分在广州、浙江、上海、辽宁等省市，而规模以上的企业不到20家，其余均为中小型企业[1]。当前，我国点钞机市场已经逐步饱和，点钞机制造企业存在利润水平低，关键技术和核心技术缺乏，“价格战、渠道战”盛行等问题[1]。近期我国劳动力成本显著上涨，作为劳动密集型行业，点钞机制造企业生产支出也不断上升，迫切需要采用新技术和新方法降低劳动力需求和人工成本。

另一方面，已有的点钞机结构设计都采用传统方法，其捻钞机构、出钞机构、接钞机构都是由相对独立的不同部件组成，并通过螺栓或螺钉与点钞机机架连接，利用电机驱动和同步带或绳轮实现传动；点钞机的各类检测传感器分散安装于点钞机不同位置，接线盒和固定安装步骤繁琐；不同点钞机的零部件经常不通用，b配位置不同，互换性差。这种结构设计和布局造成点钞机加工装配工作量大，难度高，对安装工人的熟练程度和技术要求较高，而目前点钞机制造企业普遍工人流动性大，造成点钞机质量无法进一步提高。因此，有必要对当前点钞机结构设计和布局进行优化，以达到提高产品可靠性、降低装配工作量和技术要求的目标。

二、模块化设计方法和设计步骤

“模块化设计”是指在对一类相同功能的设备或产品进行功能分析的基础上，给出组成改设备或产品的一系列功能模块的划分结果，可以通过选择模块或者通过模块组合实现构成不同产品的目标，从而满足市场和用户的不同需求[2，3]。

基于模块化设计的点钞机产品是由一组特定的模块在一定范围内，组成多种不同功能或相同功能不同性能的点钞机，其中模块是指具有一定的功能的要素结合。采用模块化方法设计点钞机，可以使得点钞机由一些相对独立的标准化模块集合而成，而不是由分散的零部件组成。这些标准化模块具有良好互换性，从而有效简化点钞机的结构，在点钞机流水线生产中实现装配标准化和通用化，有效降低生产成本并提高点钞机质量。

一般情况下，模块化设计方法采用自顶向下的思路，以功能分析、模块划分作为关键，其步骤如下：

（1）市场调研和用户需求分析；

（2）产品功能分析和确定产品系列；

（3）确定产品参数；

（4）给定产品模块化设计类型，划分模块；

（5）完成产品各模块结构设计；

（6）编写技术文件；

（7）产品试制、模块组装和设计改进。

模块化设计过程当中应当充分考虑应用成组技术，即以零件在形状、工艺上的相似性作为依据，并把相似的问题和部件归类成组，通过对相似零件、部件或子系统的标准化和规范化处理，使批量较小的产品也具备流水作业生产的条件。通过成组技术，使得模块化设计的产品更加规范化和通用化，可以极大简化生产装配工序，降低生产作业复杂度。

三、点钞机的模块设计

点钞机的模块划分必须注意其中的模块要实现一定功能，明确整个产品系列的功能和相应模块，其式点钞机类型作为示例如图1所示。划分模块的依据是模块化设计方法思想核心，其中应当考虑模块组合变化规则。模块划分的正确性是点钞机结构设计合理性的关键。

从台式点钞机的现有结构样式和功能要求出发，遵循的模块划分原则是：尽可能以独立的功能单元或者部件、组件为模块，模块在结构上尽可能独立化，使得模块本体容易制造，模块之间尽可能方便装配和定位或连接，从而简化点钞机整机的装配和构成多种点钞机变形产品。

在划分台式点钞机的模块的时候，应当从点钞机总功能出发，分解成独立的分功能。如有必要，分功能则可以进一步划分为子功能。如图2所示，由于点钞机本身不是十分复杂，其模块的划分依据主要按照分功能进行归类。与传统台式点钞机不同是的，本文提出的模块化点钞机设计中的磁检测、红外检测和荧光检测等检测功能，由统一的传感检测模块完成。除体积较大的冠字号图像传感器之外，所有的检测传感器和相关处理电路均集成安装于传感检测模块内部和表面，传感检测模块通过精确合理的卡位和卡扣固定在点钞机机架上。这种设计方式可以有效简化点钞机生产当中的装配工作量，降低对装配工人的技术要求，并提高传感器装配位置精度，提高点钞机产品质量。

除传感检测模块之外，台式点钞机的其余模块，例如电源模块、接钞模块、冠字号检测模块、导钞模块、显示按键模块等，设计中也尽可能在装配前完成模块自身的组装后，多利用卡接类卡扣连接，实现模块与模块之间或者模块与机架之间的固定连接。目前已有的点钞机中，卡扣连接仍然很少使用，主要还是通过螺栓螺钉连接。本文引入的卡扣连接已经成为机电产品装配中重要连接方式，这种方式不需要增加连接零件并且具有装配简单等优点；卡扣连接在汽车、打印机、电脑等众多产品中已经逐渐取代螺钉成为最主要的连接方法[4]，将来也必然成为点钞机的主要连接方式。

四、结论

结合卡扣连接的模块化设计是我国点钞机制造企业产品升级的必由之路，为点钞机设计和生产装配的简单化、标准化以及通用化提供保障。简单方便的卡扣连接，以及易于装配的组件式模块有利于点钞机企业提高产品产量和质量，降低人工成本，有利于我国点钞机制造企业竞争力的提高。

参考文献

[1]王同轴.对点钞机行业发展的几点思考――以苍南为例[J].苍南县金融设备行业协会论坛，2013，http：///Association Journal View.asp SortID=27&ID=123.

[2]蔡业彬.模块化设计方法及其在机械设计中的应用[J].机械设计与制造，2005，（8）：154-156.

篇(4)

关键词：工程机械 模块化 模块重组

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（a）-0046-02

在市场风云变幻的今天，企业是否能够快速生产出高性价比的产品来满足顾客的需要成为企业立足壮大的关键所在。而模块化设计允许企业通过重组等手段快速形成新产品而为越来越多的企业所关注。通过对一定范围内不同功能或相同功能不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，创建并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合构成不同的产品，以满足不同需求，这种方法就称为模块化设计。

机械工程作为现代工业技术发展的基础和支撑，为科学技术、社会发展、人民生活和国防建设等提供了必要的产品装备。本世纪初的几年，依靠国家基础建设投资、房地产业、仓储物流装卸等行业，我国工程机械行业总体规模得到了空前发展。但随着2008年全球性金融危机的蔓延、4万亿投资引发的通货膨胀、2011年来，投资、消费和出口的全面下滑，经济二次探底、近两年国内房地产业的下滑等，使得工程机械产品遭受冷遇。新的经济形势对工程机械装备提出了全面和苛刻的要求：高性能、高机动性、高可靠性、良好的维修性和经济性等。而模块化设计方法的应用为上述问题的解决和改善提供了良好的思路。

1 工程机械产品模块化流程

现有模块化设计的方法基本上可分为两类：一是按照功能划分，这种划分方式主要从系统的观点出发，将整个产品系统划分为相对独立的功能单元，通过对模块的不同选择和组合构成不同的产品；二是按照产品或零部件的形状结构划分，这种划分方式主要用于产品比较简单，但个别零部件形状结构较复杂的产品。

现代工程机械产品大多是一个由若干装置、零部件，按照一定的机构或结构形式组成的具有某种功能的机械系统。因此，工程机械产品具有整体性、相关性、层次性和可分性的特征，这就使按照功能分解或形状结构划分对产品实施模块化设计成为可能。工程机械的模块化研究和开发，主要有两种情形：

（1）新产品系列的模块化设计；

（2）已有产品系列的适应性模块化设计；

对于新产品而言，系统性比较强，从整个产品角度着手，以功能分解为主的模块化设计方法比较合适；而对于已有产品而言，更多考虑的是零部件的变型改造设计，因此以形状特征为主的模块化设计方法更适合。

对新产品系列进行以功能分解为主的模块化设计，优点是进行了充分的市场调查和顾客需求分析，从整个产品着手，系统性更强，提供了整套的方案评估方法，对设计的优劣可以进行有效分析；缺点是对产品功能进行了重点的分解分析，而缺乏对产品结构方面的考虑，有一定的局限性。新产品系列模块化设计的流程如图1所示。

对已有产品系列的适应性模块化设计，优点是有针对性的对产品零部件的结构充分分析，完成模块的变型改造设计，快速形成新的产品以满足需求；缺点是针对性的变型改造设计使用范围较窄。已有产品系列的适应性模块化设计流程如图2所示。

2 国际知名工程机械产品的模块化应用

近年来，工程机械装备逐渐朝向一机多用、作业功能多样化的方向发展，扩大了工程机械的应用领域。如液压挖掘机同一主机，通过配备不同的作业模块（如挖掘、装载、压实、剪切和破碎等）就可以完成多样化作业。在国际知名工程机械公司中均可见到模块化设计的“身影”。如世界最大的塔机制造商―― 利勃海尔，构建了利勃海尔模块化系统，使其生产的塔机作为标准配置，可以以多种方式进行组合和扩展；世界最大的土方工程机械和建筑机械厂商―― 卡特彼勒，设计出平地机模块化后轮轴、轮式装载机模块化散热器、履带式推土机模块化动力传动系统等；还有如宝峨、德马格、马尼托瓦克等公司，均利用模块化设计发挥其产品的最大潜能。其中，马尼托瓦克起重集团的所有产品在设计时均采用了模块化的概念，通过新单元的增加快速扩展了其产品功能。

3 结语

对工程机械产品进行模块化设计，通过分析评价模块划分过程，面向不同客户组合模块实现产品创新，使企业获得面向客户的竞争优势；通过模块的升级换代逐步使产品升级换代，快速响应客户需求，对变化的市场和机遇做出敏捷的反应；缩短设计、制造周期，降低成本；模块间明确的功能分割，使得发生故障后易于判断，缩短了故障诊断时间，提高用户满意度；以模块为单位进行维修，显著改善维修条件，加快维修速度，提高服务质量等。

现如今，模块化设计已经在武器装备（方舱、雷达、航空电子设备等）、建筑、机械（数控机床、模具、减速机等）、电力、船舶、电工电子（微机、通信设备、电动控制仪表等）行业中得到广泛的应用，并取得了显著效益。我国要有工程机械的制造大国向工程机械制造强国转变，模块化设计不失为一个很好的思路和方法。

参考文献

[1] 贾延林.模块化设计[M].机械工业出版社，1993.

[2] 施进发，梁锡昌.机械模块学理论[J].中国机械工程，1997（6）：53-55.

篇(5)

关键词：模块化设计；功能模块；机械设计；应用

Abstract: This paper analyses the close relationship between the modular design and modern technology, and module dividing vertical CNC lathe to illustrate the application of the modular design method in the mechanical design.

Key words: modular design; function module; mechanical design; 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。

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关键词：模块化；展具设计；运用

中图分类号：TU238.2 文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2015）29-0285-01

一、模块化设计与展具概念

模块化设计主要是指将产品功能作为基础，将产品总功能分解为多个可互换、独立的基础单元模块，并结合用户具体设计需求，对功能模块进行选择及综合、快速设计出具有不同系列、性能及用途的新产品，最终解决产品品种、规格与设计周期、成本之间矛盾。展具主要是指展示活动的一部分，是展品陈列的重要物质基础，其具有可安置、维护及承托等功能。

二、模块化在展具设计中的应用

（一）展具地台系统模块化设计

模块化地台系统主要由台板与支撑件构成，具有承重、走线及搭建等功能。目前，展会设计常常使用特装地台，存在一定安全隐患。而模块化地台系统以独立模块为基础，解决了传统模式的接口不严等弊端，承重性能较高，且节省了施工成本。在具体实践中，应确定地台尺寸，对独立模块的设计应安排好与其他展具之间的接口，为日后使用提供方便，同时，地台模块之间应保留走线缝隙，避免在展台搭建好电线外漏情况，提升展具设计美观性①。如播音公司在北京国际展览中心搭建的展台，采取铝合金龙骨地台铺设，然后安装木板，不仅在短短两个小时内完成了180平米的铺设任务，且展板能够重复使用，与产品可重用设计理念要求相契合。

（二）展具结构模块化设计

随着会展需求逐渐朝着多元化方向发展，展具结构模块化类型也呈现多样化。铝制八通展具作为一种现代展示结构，采取八向连接，节点通过锁头的卡紧结构实现，避免原有展示器材连接点复杂性缺陷，为展具拆装提供方便，且采取的铝制材料，能够多次使用，与绿色环保理念相符合。另外，相比较标准展位与异型展位来看，八通结构更具灵活性，能够满足企业多样化宣传要求，更好地展现企业形象及文化。

方柱形结构是使用最广的一种铝合金展具。由于该类型展具具有简洁、大方等特点，受到广泛关注。目前，常见的方柱形结构规格有40毫米、60毫米等五种规格。该类型展具能够增强展位现代气息，且安装较为便捷，能够避免由于木梁支撑造成的浪费。同时，利用铰链旋转等特点，能够设计出多个展位造型。由于展会行业中，照明通常要大于普通照明，对安全度要求较高，采取该结构能够提高安全性。

玻璃幕墙类作为模块化设计的一部分，一般结合建筑物功能、美观等需求进行针对性设计②。玻璃幕墙设计为设计师提供了更多创新空间，主要是由于其具有钢结构的稳固性、玻璃轻盈性等特点，但是，在建设之初，应加强对卡盘承重性能进行多次测试，提高安全性。

（三）配件及拼板类模块化设计

抓手结构是展具模块化设计中的重点，通常情况下，可以作为模块化配件使用，需要结合主体支撑展具的类别进行设计，以配合展布，提高整个展位美观度。

展板是展具中数量较多的一部分，对其进行模块化设计能够提升展位整体设计效果的同时，突出企业形象，吸引人们注意力。根据模数要求，展板尺寸一般为60厘米*90厘米、60厘米*180厘米等规格。现代展示版面的设计更加强调材料质感、颜色等方面，以此来给人们留下深刻的印象。根据模块化设计要求，常用展示板结构可以选择悬吊、落地、棚架等多种形式。

（四）展示柜模块化设计

无论是在标准展柜、还是特装展位中，展示柜随处可见。作为一种展示道路，展示架具有轻便、节省空间等特点。虽然，就展示柜本身来看，其作为产品平台使用，并不需要完全的模块化设计，但是，对其插槽进行模块化设计仍然值得关注，可以将插槽模块化设计引入到展具设计当中。现阶段，模块化接待台已经成为一些发达国家展示公司研究的重要方向，其能够协调模块单元与接口标准化之间的关系，提高整体设计合理性，满足会展展具设计要求，下图为简单的模块设计单元。

三、结论

目前，会展展具设计存在很多不足，而设计模块集中化展具，通过运用模块的拼接与搭建，能够展示企业形象及产品功能等。因此，在展具设计过程中，设计师应坚持合理原则，立足于展示需求，从展具整体入手，将模块化设计理念渗透至展具设计全过程，提高展具设计整体效果的同时，节省建设成本，从而使展具在展示过程中的积极作用得到最大程度发挥。

注释：

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【关键词】减速电机；模块；设计

减速电机根据其应用的特点分析：自身具有节省空间、方便使用的优点，它属于一种减速传动装置和电动机集成一体的机电产品，因此也被称为带电机的减速机。减速机的应用范围比较广，目前已被广泛的应用到钢铁冶金、其中运输、物料搬运、机场港口、流水作业以及环保处理行业中，因此这就需要在减速机电的模块化设计中要不断的研究，扩大国内外市场。

1.减速机电的现状

减速机电是一种动力机模块和传动装置模块的组合，因此在使用的过程中动力机模块是一种电动机，传动装置模块是减速机，最终在二者结合使用中，形成了减速电机。因此在设计中，主要是由不同的模块组合而成的。根据去自身的性能以及材料，因此本文重点研究了减速电机的模块化设计。其中减速电机的模块主要是由13种减速机模块，4中连接模块。10种电机模块以及5中附加模块组成的，其中在减速机电模块设计中，主要是根据减速机电形态矩阵最终形成的：其中具体的模块分为：底脚安装圆柱齿轮减速机、法兰安装圆柱齿轮减速机、悬挂安装圆柱齿轮减速机、底脚安装圆锥-圆柱齿轮减速机、法兰安装圆锥-圆柱齿轮减速机、空心出轴圆锥-圆柱齿轮减速机、蜗杆减速机、底脚安装圆柱齿轮-蜗杆减速机、法兰安装圆柱齿轮-蜗杆减速机、空心出轴圆柱齿轮-蜗杆减速机、底脚安装行星齿轮减速机、法兰安装行星齿轮减速机、摆线针轮减速机；在连接模块中包括：联轴器、连接法兰、齿轮副；在电机模块中包括：中小型三相异步电动机、变级多速三相异步电动机、变频调速三相异步电动机、电磁调速三相异步电动机、隔爆型三相异步电动机、微型三相异步电动机、单相异步电动机、直流电动机、微型特种电动机等。根据其功能可以分为：箱体模块，端盖模块，出轴模块，齿轮副模块以及输入轴模块和附件模块，但是在目前我国减速模块设计中，采用的是优先数的原则，目前的现状是：在全国实行统一设计YCJ齿轮减速电机，在技术指标，安装尺寸以及外形尺寸中进行具体的规定，在技术中规定中心高、输出轴直径以及长度、安装孔径以及孔距，然后对具体的值进行调整，最终符合模块化设计的原则，因此这就总结出在设计的同时，采用的是：“零件标准化，部件通用化以及产品系列化”的设计理念。

2.减速机电设计的研究

根据目前的现状分析，在我国减速机电基本上是中小企业，在设计中是根据外国产品的模型制造的，在安装尺寸中以国外产品作为标本，但是在内部结构参数设计中，呈现的是参差不齐的状况，但是随着市场竞争在不断的加剧，以及竞争力在不断的提高，这就要求减速机电制造商积极的推行新的理念，在设计中不断提高技术理念。本文对模块化设计进行的科学的研究，模块设计的具体措施是：

2.1加强减速机电设计的技术标准

首先要坚持执行与国际同步的技术标准，并且要结合我国仿照设计的实践经验，在技术中根据具体的标准具体进行，例如在进行箱体的设计中需要用高强度的铸件积木式组合进行，在数控中心采用的是中心镗孔，在减速机电设计中对于齿轮设计，采用的是优质合金的钢锻件，并且在完成了切齿之后需要进行渗碳淬火磨齿，最终确定具体的精度，但是在出轴的优质合金钢锻件中，先要进行调质和车削后进行磨削，而滚动轴承选用的是优质的材料，同样紧固件采用的是高强度等级，并且要严格的按照国家的标准具体实施。

2.2模块化设计的准备

模块化设计中需要不断的优化方案，这就需要技术人员做保障，并且积累大量的减速机电产品图纸，在模块化设计时，需要对多有的机电产品图纸进行整理，修改以及优化组合，确保设计的顺利进行，例如在具体的设计中，在箱体各轴承孔间的中心距标准化中，为了确保优先数，在具体的设计中就需要尽可能的满足中心规格数，将其减少到最合理范围内。在各个齿轮中需要进行统一合成于一张图纸中，最终根据减速机电模块以及机电模块之间的接口来在合理的规范中进行，确保接口参数的标准化以及合理化，将其形成的公比按照相应的标准排列。

2.3模块的优化设计

减速机电的模块优化设计中，需要打破传统的设计理念，积极的推广在更大范围中进行模块化设计，在目前来看我国在减速机电模块设计中由于减速电机制造商的规模比较小，基本上是中小企业或者是微型企业，因此在制造的过程中就会出现产品系列雷同，质量出现了不同样式，最终呈现出总体的设计现状比较落后，因此根据这种减速机电模块化设计中需要在有限的系列型范围内，要推行新的设计方案，采用同行的模块组合成整机的产品，在最小的设计理念中提高产品的技术含量，同时需要将减速机电推行专业化的发展方向，在设计中不断的优化方案，例如在齿轮厂就应该为整机提供齿轮模块设计，在铸造厂就要为整个减速机电提供箱体的模块，具体的设计过程中，需要专业人员根据详细的图纸来进行组合，最终达到优化组合的效果，将模块化之间的接口形成一定的行业标准，提高了技术质量与创新效果。

3.总结

通过分析减速机电模块设计的现状从中提出了模块化设计的发展方向，这就需要在结合市场规范标准的同时，要做好机电产品图纸设计，并且需要保障专业人员在技术中要规范、科学，结合减速机电的模块设计原理在确保了各个接口的参数在复合标准中合理进行，这样最终就形成了统一的制造标准，为提高我国减速机电的设计做出有效的改进，在规范市场的同时，可以不断的进行创新，为产品的更新提高更高的技术含量。 [科]

【参考文献】

[1]谢起成，胡海胜，王宇翔.齿轮减速机电的模块化设计问题[J].机电工程，2013（35）.

[2]李时许，徐建明，石建丽，万志强.顺槽用破碎机的模块化设计研究与应用[J].矿山机械，2012（25）.