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篇(1)

[關鍵詞]槍械設計 模塊化設計 技巧

中圖分類號：T231 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）11-0262-01

前言

一把好槍被世人喜愛，AK47市場占有量達到幾億支，歷經幾十年經久不衰，好評如潮，成為槍械設計的經典，可以說設計決定了AK47的外觀樣式、性能指標、使用壽命，更賦予了AK47強大的的產品競爭力。

傳統的設計方法我們用起來得心應手，但有很多不足，設計繁雜、任務量大、設計時間長、沒有統一的設計思想和標準。因此，在設計其他產品時，只能借鑒不能借用，在計算機設計軟件應用以來，特別是三維建模軟件的應用，催生出了新的設計理論和方法，模塊化設計由此誕生。

一、模塊化設計

1.什么是模塊化

是程序的編寫不是開始就逐條錄入計算機語句和指令，而是首先用主程序、子程序、子過程等框架把軟件的主要結構和流程描述出來，并定義和調試好各個框架之間的輸入、輸出鏈接關系。逐步求精的結果是得到一系列以功能塊為單位的算法描述。以功能塊為單位進行程序設計，實現其求解算法的方法稱為模塊化。

2.什么是模塊化設計 是指在對一定范圍內的不同功能或相同功能不同性能、不同格的產品進行功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以構成不同的產品，以滿足市場的不同需求的設計方法。

3.模塊化設計特征：

相對獨立性，可以對模塊單獨進行設計、制造、調試、修改和存儲，這便于由不同的專業化企業分別進行生產；

互換性，模塊接口部位的結構、尺寸和參數標準化，容易實現模塊間的互換，從而使模塊滿足更大數量的不同產品的需要；

通用性，有利于實現橫系列、縱系列產品間的模塊的通用，實現跨系列產品間的模塊的通用。

二、模塊化設計的應用

1.怎樣劃分模塊

產品模塊化設計中，理論劃分可歸納如下：

（1）自頂向下分類：包括系統級模塊、產品級模塊、部件級模塊、零件級模塊；

（2）功能及加工和組合要求分類：包括基本模塊、通用模塊、專用模塊；

（3）接口組合要求分類：包括內部接口模塊、外部接口模塊等。

模塊的內涵有多大，邊界到哪里沒有定式，模塊單元的劃分是傳統機械設計中的部件劃分，這些部件雖然是獨立的模塊，但也有各自不擾的功能，方便組合和拆卸；一個零件可以是一個模塊，部件模塊內可以有若干個零件模塊，以此類推。

2.傳統機械設計中的總成、部件、零件等模塊化分舉例

以貨車為例，原來劃分為：發動機總成、變速箱總成、底盤總成（二類底盤）、駕駛室總成、貨箱總成等，現在可以把每一個總成叫做一個模塊，將五個模塊組合以后成為更大的系統模塊――貨車模塊。

發動機（總成）模塊由燃油系統、散熱系統、系統、進氣系統、排氣系統、點火系統、配氣機構、曲柄連桿機構等組成，每一個系統或機構又是一個系統級模塊，里面包含著總成級的模塊；以燃油系統為例，燃油（系統）模塊包括油箱、輸油管、燃油濾清器、高壓油泵、噴油嘴等把每一個總成單元都視為模塊，這些模塊都是由不同的零件級模塊組成的，表現出不同的性能指標、輸入、輸出接口、體積大小、安裝形式等，該特性是獨有的，可以通過零件模塊尺寸參數的調整，進而調整總成單元模塊的特性。

變速箱（總成）模塊、 底盤（總成）模塊、 駕駛室（總成）模塊、 貨箱（總成）模塊也一樣，不在重述。

3.模塊模型庫

一臺貨車設計完成，也是完成了各層級的模塊化設計。每個模塊都是參數化模型，包含特征單元、尺寸公差、零件屬性、材料信息等。按照模塊的屬性，層級、信息量大小歸檔到不同的模塊模型庫，在以后的設計中就可以借閱、參考、使用。

三、槍械模塊化設計

注：只就設計而設計，不涉及開發程序文件規定的相關程序。

盡量采用橫向系列模塊化設計，不改變產品主要參數的情況下，利用模塊改變產品，也可以在同一類型產品中，對不同規格的產品重新設計。

在槍械設計時，要求設計師在充分地研究和理解設計任務書中的戰術技術指標的基礎上，再結合現有同類產品的戰術技術指標，提出槍械的總體設計方案。在總體方案下，逐一確定各模塊參數的順序一般如下：

1.根據戰術技術指標確定槍管長度，保證有效射程及殺傷力。槍管在輕武器體積中占比非常大，又是精度、射程、殺傷力的決定因素，決定槍的體積、造型和人機功效等。

2.自動機方式（在彈種確定的情況下）是決定整槍體積的又一個重要因素，自動機是槍械的核心部件，從后坐拋殼、到復進推上膛、閉鎖終止，運動空間大，和其他部件相關聯多，自身的體積、重量、形狀是槍械性能指標的重要依據，自動機方式確定之后，整槍體積的三分之二確認完成。

下面機構參數的確認省略

3.供彈機構的確定

4.擊發機構的確定

5.機匣結構的確定

6.槍托、護木的確定

7.其他零部件的確定。

這些是總體設計方案的細化，明確了各個機構類型、結構形式，也是為在模塊模型庫中選擇模塊設定條件。

四、槍械模塊化設計中總裝圖的繪制及模塊的選用

1.根據總體設計方案創建平面布置圖，根據GJB（或CIP、SAAMI）標準、人機功效的要求，先標注出槍管火線的中心線及后斷面位置，還要精確標注閉鎖間隙尺寸，再用圖框大致標示各總成模塊的位置、外觀輪廓。

2.在三維建模軟件中，按總體設計方案平面布置圖各總成模塊的位置，在模塊模型庫中選用并插入相應模塊，利用模塊的輸出、輸入接口加以配合設置。

3.在裝配體模式下，設定自動機軸線與槍管軸線同軸，自動機模塊底窩前斷面與槍管后端面依據閉鎖間隙定位。自動機根據子彈的物理結構尺寸，修改自動機機構參數尺寸，同時修改自動機工作循環圖，從新分配自動機能量，以保證后坐拋殼、推上膛、閉鎖等動作可靠完成，并進行射擊頻率的評估。

4.在裝配體模式下，對供彈機構模塊進行調整。根據供彈機構中子彈與槍管后斷面、子彈與自動機相對位置關系，初步確定供彈機構模塊接口位置。

下面機構模塊都是按各機構接口的配合關系定位的，在此省略，不在復述。

5.擊發機構的確定

6.機匣結構的確定

7.槍托、護木的確定

8.其他零部件的確定。

五、槍械模塊化設計中機構模塊的調整

模塊可以在整槍的裝配體中調整，那樣準確率較高，但效率很低，一是計算機運行較慢，二是任務沒有分解，分工不明確，沒有發揮團隊力量；模塊從裝配體中提出來，在各自的模塊環境中運行，依據總體的配合條件調整、修改，比較快捷，但容易產生誤差和干涉，需多次到整槍的裝配體中檢查。

模塊的調整不是一次性的，貫穿槍械設計開發、試驗調試的始終。

六、結論

模塊化設計優點很多，經多次嘗試，就會熟能生巧。通過加、減、換、改相應模塊以構成新的產品，并滿足裝備產品的功能指說囊求。為開發具有多種功能的不同產品，不必對每種產品施以單獨設計，而是精心設計出多種模塊，經過不同方式的組合來構成不同產品，以解決產品品種、規格與設計制造周期、成本之間的矛盾。

模塊的劃分和創建以及組合是模塊化設計的重要部分，其最終的目的就是用最少數的模塊組合成盡可能多的產品。模塊化的設計，有著多樣化的特點，在一定程度上滿足了客戶的不同需求，使設計效率和質量得到了有效的提升，在槍械的設計加入模塊化設計，可以使槍械的設計得到有效的提高，也使槍械的整體性能得到提升。

參考文獻

[1] 芻議機械設計中材料的選擇和應用[J].吳宗燁.技術與市場.2016（11）

篇(2)

如前所述，不同手套機機型上，同一功能模塊可能在機械結構與控制電路上并不相同，這樣針對不同手套機需要開發不同的控制系統。為此本研究針對市場已有機械結構，將手套機控制系統的硬件、軟件模塊化，同時引入Linux操作系統，從而實現快速組合的通用型控制系統開發要求。嵌入式Linux一般由引導程序、Linux內核、文件系統和應用程序組成［5］。基于Linux的手套機嵌入式控制系統，應對Linux內核、文件系統和應用程序進行相應調整。在Linux內核中，加入了6個模塊對應的驅動。在文件系統中，編寫啟動腳/etc/init．d/rcS，通過菜單選擇，完成對手套機設備的啟動檢測。最后加載應用程序，即手套機主程序。對每個模塊，將采用Linux驅動經典結構:驅動—總線—設備。驅動、設備分別向總線注冊，而且驅動(或設備)注冊時會調用相應設備(或驅動)注冊，其實質為總線依據設備結構體成員name，驅動結構體成員id_table是否匹配來決定是否調用驅動結構體成員probe來完成注冊［6］。將手套機模塊化后—即在底層對驅動和設備進行分離，對手套機啟動腳本編寫。對于各種手套機控制結構，僅需修改或添加設備文件，而不會對應用層主程序產生影響。

2手套機模塊化驅動程序

手套機模塊化驅動程序是模塊化手套機控制系統設計中重要組成部分。正是因為同種模塊的多種設備實現了同樣控制動作，使得基于Linux手套機控制系統每個模塊驅動文件與設備的分離，不僅驅動文件對現有多種設備文件具有通用性，而且對將來產生的新設備起到了兼容，同時底層驅動與應用層主控程序分離，減少了軟件上的修改，也是手套機啟動腳本可以對設備進行選擇的基礎。Linux驅動一般分為3類:字符設備、塊設備、網絡設備［7-8］。手套機控制系統中系統環境的網絡設備網卡(DM9000AEP)，塊設備nand(K9F2GO8)芯片廠商出廠時已有驅動，僅做移植修改就可，無需編寫。對于6個模塊，均為字符型設備，獨立編寫。以驅動對應設備多寡為標準，現將6個模塊分2部分，手機套各模塊與抽象后Linux驅動設備對應關系如表1所示。2．1多設備模塊該部分驅動與設備關系是一對二，故可采用plat-form總線。platform總線是Linux驅動經典結構的代表，即驅動—總線—設備模型。簡而言之，該結構可將同類型設備的共性，即實現功能編寫于驅動文件，而將各設備的向異性，及硬件屬性，編寫于設備文件中。platform總線可依據設備platform_device成員name，驅動platform_drive成員id_table是否匹配來決定是否調用驅動platform_drive成員probe來完成注冊［9］。2．2．1設備文件的注冊在platform設備文件xxx．c中(xxx即為表中Linux設備名一與Linux設備名二)，platform通過設備注冊函數platform_device_register()完成platform_de-vice數據結構xxx_dev，resource數據結構xxx_resource［］注冊，其中主要成員為:start=Physical_address，end=SIZ:依手套機控制電路原理圖進行設置，主要是電磁鐵，電磁閥物理的地址，以及微動開關的中斷號設置。name="xxx":設備與驅動匹配標志，其將決定調用哪個驅動。platform_data=is_xxx:同模塊不同設備區分標志，為便于驅動的編寫。對于虛擬的設備needle_machine_dev．c(即單色紗線導紗機構)，僅賦值name，platform_data完成格式統一。2．2．2驅動文件的注冊在platform驅動文yyy．c中(yyy即為表中linux驅動名)中，其核心為完成數組yyy__table［］，函數yyy_probe()注冊。以紗線模塊為例的分析，數組yyy__ta-ble［］原型為:staticstructplatform_device_idyyy_table［］={{．name="xxx"，}，{}，};是驅動所支持設備id數組，對于紗線模塊，其驅動文件yarn_drv．c將含有staticstructplatform_device_idneedle_drv_table［］={{．name="needle_electromagnet_dev"，}，{．name="needle_machine_dev"，}，{}，};從而匹配yarn_electromagnet_dev．c，yarn_machine_dev．c設備文件中platform_device成員name。yarn_drv．c驅動文件中probe()將用platform_get_resource()獲得所注冊設備硬件信息(即yarn_electro-magnet_dev_resource［］，yarn_machine_dev_resource［］之一)，而在file_operations成員ioctl()函數將依據probe()獲得的硬件情況，編寫統一控制的函數。從而yarn_drv．c驅動使不同紗線模塊設備的實現了相同的功能。ioctl設備控制函數原型為:staticintioctl(structinode*inodep，structfile*filp，un-signed，intcmd，unsignedlongarg)設備文件注冊中platform_data=is_xxx在ioctl()函數中區分了不同設備，手套機驅動中Ioctrl()實現的命令1、命令2如表2、表3所示。2．2單設備模塊對于這3個模塊，由于驅動與設備一一對應(如表4所示)，可采用傳統字符驅動編寫流程［10］，單個文件將設備和驅動一次性注冊，帶來程序的簡潔性，但并不合適手套機的模塊化的思想，例:信號檢測模塊中接近開關采用新的結構，有可能導致信號檢測模塊的軟件部分改變，以及手套機主程序的改變，即導致手套機整個系統的改變。故考慮對新結構的兼容性，依然采用如第一部分所述設備—總線—驅動模型。綜上所述，6個模塊均采用Linux驅動經典結構:驅動—總線—設備［11］，以達到同一個驅動實現不同設備的操作，亦可對將來新設備結構兼容，從而實現手套機控制系統的模塊化。2．3手套機選針電磁鐵驅動實現對于電磁鐵選針結構的手套機，因其多達92路的選針電磁鐵，故而其總的功耗需求量比較大。針對這種情況，對相關的源代碼進行編寫時，應對選針電磁鐵的吸合時間進行合理的控制，以達到降低功耗的目的，同時也延長選針電磁鐵的使用壽命。選針電磁鐵的流程圖如圖3所示。

3手套機設備檢測啟動程序

正是由于手套機控制系統的的模塊化，使得手套機設備檢測啟動程序可以在人工干預的情況下，進行對設備文件進行選擇性的加載，使手套機控制系統具有智能化的特點。Linux內核啟動時，如不添加/etc/inittab文件，默認情況下將會分析/etc/init．d/rcS，其中rcS為shell文件，在該文件中可以完成對Linux應用層的初始化［12］，手套機硬件自檢測啟動程序流程如圖4所示。除系統環境所移植的驅動采用固態加載(即與內核統一編譯，Linux內啟動，其將自動加載)外，6個模塊均采用動態加載方式(命令行模式insmodxxx．ko)，分3步加載。3．1單設備文件加載信號檢測模塊、顯示界面模塊、按鍵模塊的設備文件及驅動文件加載，其中顯示界面模塊、按鍵模塊將參與第二部分設備文件選。3．2多設備文件加載要控制人員根據手套機的結構對選針模塊、軟軸控制模塊、紗線模塊設備進行二選一，依次運行needle_dev_selsect．c，flexible_dev_selsect．c，yarn_dev_sel-sect．c進行設備選擇，同時在子shell腳本中/glove_selsect．sh記錄設備選擇。3個模塊的設備選擇完畢，以“(/glove_selsect．sh)”啟動子shell腳本，進行設備文件加載。以紗線模塊的yarn_dev_selsect．c為例，流程圖如圖5所示。3．3主程序glove．c調用在底層中已完成設備與驅動的隔離，啟動文件已將所需設備加載，故glove．c主程序僅對手套機6個模塊對應驅動調用，其所做完全與具體設備無關，從而實現手套機的模塊化，手套機與主程序流程圖如圖6所示。

4結束語

篇(3)

【關鍵詞】模塊化設計 點鈔機 傳感檢測模塊 卡扣連接

一、前言

點鈔機是重要的金融機具之一。近年來我國點鈔機行業穩步發展，點鈔機制造企業在100家左右，大部分在廣州、浙江、上海、遼寧等省市，而規模以上的企業不到20家，其余均為中小型企業[1]。當前，我國點鈔機市場已經逐步飽和，點鈔機制造企業存在利潤水平低，關鍵技術和核心技術缺乏，“價格戰、渠道戰”盛行等問題[1]。近期我國勞動力成本顯著上漲，作為勞動密集型行業，點鈔機制造企業生產支出也不斷上升，迫切需要采用新技術和新方法降低勞動力需求和人工成本。

另一方面，已有的點鈔機結構設計都采用傳統方法，其捻鈔機構、出鈔機構、接鈔機構都是由相對獨立的不同部件組成，并通過螺栓或螺釘與點鈔機機架連接，利用電機驅動和同步帶或繩輪實現傳動；點鈔機的各類檢測傳感器分散安裝于點鈔機不同位置，接線盒和固定安裝步驟繁瑣；不同點鈔機的零部件經常不通用，b配位置不同，互換性差。這種結構設計和布局造成點鈔機加工裝配工作量大，難度高，對安裝工人的熟練程度和技術要求較高，而目前點鈔機制造企業普遍工人流動性大，造成點鈔機質量無法進一步提高。因此，有必要對當前點鈔機結構設計和布局進行優化，以達到提高產品可靠性、降低裝配工作量和技術要求的目標。

二、模塊化設計方法和設計步驟

“模塊化設計”是指在對一類相同功能的設備或產品進行功能分析的基礎上，給出組成改設備或產品的一系列功能模塊的劃分結果，可以通過選擇模塊或者通過模塊組合實現構成不同產品的目標，從而滿足市場和用戶的不同需求[2，3]。

基于模塊化設計的點鈔機產品是由一組特定的模塊在一定范圍內，組成多種不同功能或相同功能不同性能的點鈔機，其中模塊是指具有一定的功能的要素結合。采用模塊化方法設計點鈔機，可以使得點鈔機由一些相對獨立的標準化模塊集合而成，而不是由分散的零部件組成。這些標準化模塊具有良好互換性，從而有效簡化點鈔機的結構，在點鈔機流水線生產中實現裝配標準化和通用化，有效降低生產成本并提高點鈔機質量。

一般情況下，模塊化設計方法采用自頂向下的思路，以功能分析、模塊劃分作為關鍵，其步驟如下：

（1）市場調研和用戶需求分析；

（2）產品功能分析和確定產品系列；

（3）確定產品參數；

（4）給定產品模塊化設計類型，劃分模塊；

（5）完成產品各模塊結構設計；

（6）編寫技術文件；

（7）產品試制、模塊組裝和設計改進。

模塊化設計過程當中應當充分考慮應用成組技術，即以零件在形狀、工藝上的相似性作為依據，并把相似的問題和部件歸類成組，通過對相似零件、部件或子系統的標準化和規范化處理，使批量較小的產品也具備流水作業生產的條件。通過成組技術，使得模塊化設計的產品更加規范化和通用化，可以極大簡化生產裝配工序，降低生產作業復雜度。

三、點鈔機的模塊設計

點鈔機的模塊劃分必須注意其中的模塊要實現一定功能，明確整個產品系列的功能和相應模塊，其式點鈔機類型作為示例如圖1所示。劃分模塊的依據是模塊化設計方法思想核心，其中應當考慮模塊組合變化規則。模塊劃分的正確性是點鈔機結構設計合理性的關鍵。

從臺式點鈔機的現有結構樣式和功能要求出發，遵循的模塊劃分原則是：盡可能以獨立的功能單元或者部件、組件為模塊，模塊在結構上盡可能獨立化，使得模塊本體容易制造，模塊之間盡可能方便裝配和定位或連接，從而簡化點鈔機整機的裝配和構成多種點鈔機變形產品。

在劃分臺式點鈔機的模塊的時候，應當從點鈔機總功能出發，分解成獨立的分功能。如有必要，分功能則可以進一步劃分為子功能。如圖2所示，由于點鈔機本身不是十分復雜，其模塊的劃分依據主要按照分功能進行歸類。與傳統臺式點鈔機不同是的，本文提出的模塊化點鈔機設計中的磁檢測、紅外檢測和熒光檢測等檢測功能，由統一的傳感檢測模塊完成。除體積較大的冠字號圖像傳感器之外，所有的檢測傳感器和相關處理電路均集成安裝于傳感檢測模塊內部和表面，傳感檢測模塊通過精確合理的卡位和卡扣固定在點鈔機機架上。這種設計方式可以有效簡化點鈔機生產當中的裝配工作量，降低對裝配工人的技術要求，并提高傳感器裝配位置精度，提高點鈔機產品質量。

除傳感檢測模塊之外，臺式點鈔機的其余模塊，例如電源模塊、接鈔模塊、冠字號檢測模塊、導鈔模塊、顯示按鍵模塊等，設計中也盡可能在裝配前完成模塊自身的組裝后，多利用卡接類卡扣連接，實現模塊與模塊之間或者模塊與機架之間的固定連接。目前已有的點鈔機中，卡扣連接仍然很少使用，主要還是通過螺栓螺釘連接。本文引入的卡扣連接已經成為機電產品裝配中重要連接方式，這種方式不需要增加連接零件并且具有裝配簡單等優點；卡扣連接在汽車、打印機、電腦等眾多產品中已經逐漸取代螺釘成為最主要的連接方法[4]，將來也必然成為點鈔機的主要連接方式。

四、結論

結合卡扣連接的模塊化設計是我國點鈔機制造企業產品升級的必由之路，為點鈔機設計和生產裝配的簡單化、標準化以及通用化提供保障。簡單方便的卡扣連接，以及易于裝配的組件式模塊有利于點鈔機企業提高產品產量和質量，降低人工成本，有利于我國點鈔機制造企業競爭力的提高。

參考文獻

[1]王同軸.對點鈔機行業發展的幾點思考――以蒼南為例[J].蒼南縣金融設備行業協會論壇，2013，http：///Association Journal View.asp SortID=27&ID=123.

[2]蔡業彬.模塊化設計方法及其在機械設計中的應用[J].機械設計與制造，2005，（8）：154-156.

篇(4)

關鍵詞：工程機械 模塊化 模塊重組

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（a）-0046-02

在市場風云變幻的今天，企業是否能夠快速生產出高性價比的產品來滿足顧客的需要成為企業立足壯大的關鍵所在。而模塊化設計允許企業通過重組等手段快速形成新產品而為越來越多的企業所關注。通過對一定范圍內不同功能或相同功能不同性能、不同規格的產品進行功能分析的基礎上，創建并設計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合構成不同的產品，以滿足不同需求，這種方法就稱為模塊化設計。

機械工程作為現代工業技術發展的基礎和支撐，為科學技術、社會發展、人民生活和國防建設等提供了必要的產品裝備。本世紀初的幾年，依靠國家基礎建設投資、房地產業、倉儲物流裝卸等行業，我國工程機械行業總體規模得到了空前發展。但隨著2008年全球性金融危機的蔓延、4萬億投資引發的通貨膨脹、2011年來，投資、消費和出口的全面下滑，經濟二次探底、近兩年國內房地產業的下滑等，使得工程機械產品遭受冷遇。新的經濟形勢對工程機械裝備提出了全面和苛刻的要求：高性能、高機動性、高可靠性、良好的維修性和經濟性等。而模塊化設計方法的應用為上述問題的解決和改善提供了良好的思路。

1 工程機械產品模塊化流程

現有模塊化設計的方法基本上可分為兩類：一是按照功能劃分，這種劃分方式主要從系統的觀點出發，將整個產品系統劃分為相對獨立的功能單元，通過對模塊的不同選擇和組合構成不同的產品；二是按照產品或零部件的形狀結構劃分，這種劃分方式主要用于產品比較簡單，但個別零部件形狀結構較復雜的產品。

現代工程機械產品大多是一個由若干裝置、零部件，按照一定的機構或結構形式組成的具有某種功能的機械系統。因此，工程機械產品具有整體性、相關性、層次性和可分性的特征，這就使按照功能分解或形狀結構劃分對產品實施模塊化設計成為可能。工程機械的模塊化研究和開發，主要有兩種情形：

（1）新產品系列的模塊化設計；

（2）已有產品系列的適應性模塊化設計；

對于新產品而言，系統性比較強，從整個產品角度著手，以功能分解為主的模塊化設計方法比較合適；而對于已有產品而言，更多考慮的是零部件的變型改造設計，因此以形狀特征為主的模塊化設計方法更適合。

對新產品系列進行以功能分解為主的模塊化設計，優點是進行了充分的市場調查和顧客需求分析，從整個產品著手，系統性更強，提供了整套的方案評估方法，對設計的優劣可以進行有效分析；缺點是對產品功能進行了重點的分解分析，而缺乏對產品結構方面的考慮，有一定的局限性。新產品系列模塊化設計的流程如圖1所示。

對已有產品系列的適應性模塊化設計，優點是有針對性的對產品零部件的結構充分分析，完成模塊的變型改造設計，快速形成新的產品以滿足需求；缺點是針對性的變型改造設計使用范圍較窄。已有產品系列的適應性模塊化設計流程如圖2所示。

2 國際知名工程機械產品的模塊化應用

近年來，工程機械裝備逐漸朝向一機多用、作業功能多樣化的方向發展，擴大了工程機械的應用領域。如液壓挖掘機同一主機，通過配備不同的作業模塊（如挖掘、裝載、壓實、剪切和破碎等）就可以完成多樣化作業。在國際知名工程機械公司中均可見到模塊化設計的“身影”。如世界最大的塔機制造商―― 利勃海爾，構建了利勃海爾模塊化系統，使其生產的塔機作為標準配置，可以以多種方式進行組合和擴展；世界最大的土方工程機械和建筑機械廠商―― 卡特彼勒，設計出平地機模塊化后輪軸、輪式裝載機模塊化散熱器、履帶式推土機模塊化動力傳動系統等；還有如寶峨、德馬格、馬尼托瓦克等公司，均利用模塊化設計發揮其產品的最大潛能。其中，馬尼托瓦克起重集團的所有產品在設計時均采用了模塊化的概念，通過新單元的增加快速擴展了其產品功能。

3 結語

對工程機械產品進行模塊化設計，通過分析評價模塊劃分過程，面向不同客戶組合模塊實現產品創新，使企業獲得面向客戶的競爭優勢；通過模塊的升級換代逐步使產品升級換代，快速響應客戶需求，對變化的市場和機遇做出敏捷的反應；縮短設計、制造周期，降低成本；模塊間明確的功能分割，使得發生故障后易于判斷，縮短了故障診斷時間，提高用戶滿意度；以模塊為單位進行維修，顯著改善維修條件，加快維修速度，提高服務質量等。

現如今，模塊化設計已經在武器裝備（方艙、雷達、航空電子設備等）、建筑、機械（數控機床、模具、減速機等）、電力、船舶、電工電子（微機、通信設備、電動控制儀表等）行業中得到廣泛的應用，并取得了顯著效益。我國要有工程機械的制造大國向工程機械制造強國轉變，模塊化設計不失為一個很好的思路和方法。

參考文獻

[1] 賈延林.模塊化設計[M].機械工業出版社，1993.

[2] 施進發，梁錫昌.機械模塊學理論[J].中國機械工程，1997（6）：53-55.

篇(5)

關鍵詞：模塊化設計；功能模塊；機械設計；應用

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

中圖分類號：TG518 文獻標識碼：A文章編號：

1、 模塊的劃分與模塊化設計方式

1.1模塊劃分、接口標準化與組合性和可互換性

模塊劃分的好壞直接影響到模塊系列設計的成功與否。既要照顧制造和管理方便，避免組合時產生混亂，具有較大的靈活性，又要考慮到模塊系列將來的擴展和向專用、變型產品的輻射。因此必須對系統進行仔細的、系統的功能分析和結構分析，模塊劃分時要注意：（1）模塊在整個系統中的作用及其更換的可能性和必要性；（2）保持模塊在功能及結構方面有一定的獨立性和完整性；（3）模塊間的接合要素便于聯接與分離；（4）模塊的劃分不能影響系統的主要功能。

模塊劃分原則是：（1）力求以少數模塊組成盡可能多的產品；（2）在滿足要求的基礎上使產品精度高、性能穩定、結構簡單、成本低廉；（3）模塊結構應盡量簡單、規范，模塊間的聯系也應盡可能簡單。

模塊化設計所依賴的是模塊的組合，即結合面，又稱為接口。顯然，為了保證不同功能模塊的組合和相同功能模塊的互換，模塊應具有可組合性和可互換性兩個特征。這兩個特征主要體現在接口上，必須提高模塊標準化、通用化、規格化的程度。例如，對裝配而言，具有相同功能、不同性能的單元一定要具有相同的安裝基面和相同的安裝尺寸，才能保證模塊的有效組合；在計算機行業中，由于采用了標準的總線結構，來自不同國家和地區廠家的模塊，不斷進行精心改進和研究，促使計算機技術達到空前的發展。

1.2模塊化設計方式和模塊化系統

1.2.1 模塊化設計的主要方式

（1）橫向系列模塊化設計。不改變產品主參數，利用模塊發展變形產品。這種方式易實現，應用廣。

（2）縱向系列模塊化設計。在同一類型中對不同規格的基型產品進行設計。

（3）橫向系列和跨系列綜合模塊化設計。除發展橫系列產品之外，改變某些模塊還能得到其它系列產品者，便屬于橫向系列和跨系列模塊化設計了。

（4）全系列模塊化設計。全系列包括縱向系列和橫向系列。

（5）全系列和跨系列模塊化設計。在全系列基礎上用于結構比較類似的跨產品的模塊化設計。

1.2.2模塊化系統的劃分與功能介紹

按產品中模塊使用多少，模塊化系統可分為純模塊化系統和混合系統———由模塊和非模塊組成的模塊化系統，機械模塊化系統多是這種類型。按模塊組合可能性多少，模塊化系統可分為：閉式系統，設計時主要考慮到所有可能的方案；開式系統，設計時主要考慮模塊組合變化規則。模塊要實現一定功能，整個產品系列功能和相應的模塊類型如圖1 所示。

基本功能是系統中基本的、經常的、重復的、不可缺少的功能，在系統中基本不變的功能。相應模塊稱為基本模塊。

輔助功能主要指實現安裝和聯接所需的功能。相應模塊稱為輔助模塊。

特殊功能是表征系統中某種或某幾種產品特殊的、使之更完善或有所擴展的功能。相應模塊稱為特殊模塊。

圖1 模塊化產品系統中功能和模塊類型

適應功能是為了和其它系統或邊界條件相適應所需要的可臨時改變的功能。相應模塊稱為適應模塊。

用戶專用功能指某些不能預知的、由用戶特別指定的功能，該功能由于其不確定性和極少重復，由非模塊化單元實現。

2、模塊化設計的步驟

模塊化設計分為兩個不同層次，第一個層次為系列模塊化產品研制過程，如圖2所示。第二個層次為單個產品的模塊化設計，如圖3 所示。總的說來，模塊化設計遵循一般技術系統的設計步驟，但比后者更復雜，花費更高，要每個零部件都能實現更多的部分功能。模塊化設計的主要步驟如下：

圖2模塊化產品設計過程 圖3模塊化系列產品研制過程

（1）市場調查與分析，模塊化設計成功的前提；

（2）進行產品功能分析，擬定產品系列型譜；

（3）確定參數范圍和主參數；

（4）確定模塊化設計類型，劃分模塊；

（5）模塊結構設計，形成模塊庫；

（6）編寫技術文件。

3 模塊化與其它現代技術的結合

3.1 模塊化與成組技術在對事物的處理上的共同特點

模塊化與成組技術都是針對現代生產的多樣化提出的。成組技術主要以零件在形狀、工藝上具有的相似性為其理論依據，研究并利用有關事物的相似性，把相似的問題歸類成組，通過對相似零件的標準化和規范化處理，以達到“使小批量的產品具有流水作業的生產方式”的目的。而模塊化技術也是追求“小批量的系統（產品），中批量的子系統（模塊），大批量的元素（零件）”的效果，也利用機床部件在功能上的相似性，把那些具有相似功能的部件經過統一、歸并和簡化而形成模塊。兩者在對事物的處理上有以下共同點：集中處理具有相似性和重復性的事務；把具有一定相似性和重復性的事物標準化、規范化；信息的重復使用。成組技術在結合計算機技術的條件下，在工藝設計和制造中取得了很大的進展。模塊化技術也將具有這個特點。

3.2 模塊化與柔性制造技術

柔性制造技術以生產多樣化、快節奏為目標，強調系統對生產反應的靈活性和自身的多變性和可變性。模塊化正好為實現柔性技術這一要求提供了現實依據，模塊化技術在利用通用模塊解決機床共性之后，集中精力解決個性問題，并用“以最少的模塊組合成最多的機床”這一指導思想來實現多樣化的要求，當以機床為生產工具時，則利用其模塊的特性，一機多用，一模多用，通過機床模塊的重新組合，達到系統的柔性要求。應用模塊化技術，從硬件上實現系統的柔性是目前國內外制造業的一個重要研究方向。

3.3模塊化與計算機輔助技術

將計算機輔助技術（CAD、CAPP、CAM）和數據庫技術引入模塊化技術，在一定程度上替代人類完成大量人工無法完成的復雜計算和重復性工作，且在穩定性、一致性、條理性等到方面超過了人類。另一方面，通過模塊化方法，把復雜系統分解成相對簡單的子系統，對各子系統應用計算機技術，可充分發揮計算機的強大功能。

4 模塊化設計技術的應用

數控立式車床的模塊劃分是指對機床進行功能分析與結構分析，合理劃分具有某一或某些功能的結構單元。因此，模塊劃分合理與否是模塊化設計成敗的關鍵。

4.1 數控立式車床模塊劃分原則

根據現有立式車床的結構形式和模塊化要求，模塊劃分原則可總結如下：以獨立的功能單元作為模塊，即對于已分解的功能單元在結構上盡可能做到獨立化，這樣的模塊易于拼組和搭配，便于構成多種變形產品；以部件作為模塊，這樣的模塊具有完整性，容易保證裝配質量；以組件作為模塊，功能分解細化后，還可進一步將部件中的某些組件模塊化，通過更換或取舍組件或一些零件，可以使部件具有不同用途和性能。這比更換整個部件要經濟靈活。在模塊劃分過程中，還要重視機床大件（基礎件）的模塊化，大件的結合要素要規范，便于聯接與分離。同時，要考慮在模塊中留有一定的發展空間，以便引入新技術時不會阻礙模塊的結構。

4.2 數控立式車床的功能分解

在進行模塊劃分時，必須從數控立式車床的總功能出發，把總功能分解成相對獨立的分功能，分功能繼續分解至不宜再分時就構成功能元，功能元是組成總功能或分功能的最基本單元，常與一定的功能模塊相對應。在進行總功能分解時，應考慮用戶的要求和實現總功能所必需的分功能，由于用戶條件各不相同，所確定的機床規格及性能也會不同，其模塊的組成也會有很大的差異。對于單柱數控立式車床CK 系列來說，其總功能為車削，可以車削內外圓柱、內外圓錐、溝槽、平面、螺紋以及各種旋轉曲面體。而對單柱數控車銑加工中心CX系列來說，除了上述的車削外，還必須具備有銑鏜功能，這些功能可以按傳動功能、執行功能、支承功能、輔助功能和監測等分功能進一步分解。

4.3 數控立式車床的模塊劃分

通過對總功能進行分解，可以看出某一或某些功能與實現某一或某些功能的模塊存在對應關系。其中有單一模塊實現某一功能，即一一對應關系；某一功能由多個模塊來實現，即單對多的關系；某些多個功能由一個模塊來實現，即多對單的關系。如圖4所示。

篇(6)

關鍵詞：模塊化；展具設計；運用

中圖分類號：TU238.2 文獻標識碼：A 文章編號：1005-5312（2015）29-0285-01

一、模塊化設計與展具概念

模塊化設計主要是指將產品功能作為基礎，將產品總功能分解為多個可互換、獨立的基礎單元模塊，并結合用戶具體設計需求，對功能模塊進行選擇及綜合、快速設計出具有不同系列、性能及用途的新產品，最終解決產品品種、規格與設計周期、成本之間矛盾。展具主要是指展示活動的一部分，是展品陳列的重要物質基礎，其具有可安置、維護及承托等功能。

二、模塊化在展具設計中的應用

（一）展具地臺系統模塊化設計

模塊化地臺系統主要由臺板與支撐件構成，具有承重、走線及搭建等功能。目前，展會設計常常使用特裝地臺，存在一定安全隱患。而模塊化地臺系統以獨立模塊為基礎，解決了傳統模式的接口不嚴等弊端，承重性能較高，且節省了施工成本。在具體實踐中，應確定地臺尺寸，對獨立模塊的設計應安排好與其他展具之間的接口，為日后使用提供方便，同時，地臺模塊之間應保留走線縫隙，避免在展臺搭建好電線外漏情況，提升展具設計美觀性①。如播音公司在北京國際展覽中心搭建的展臺，采取鋁合金龍骨地臺鋪設，然后安裝木板，不僅在短短兩個小時內完成了180平米的鋪設任務，且展板能夠重復使用，與產品可重用設計理念要求相契合。

（二）展具結構模塊化設計

隨著會展需求逐漸朝著多元化方向發展，展具結構模塊化類型也呈現多樣化。鋁制八通展具作為一種現代展示結構，采取八向連接，節點通過鎖頭的卡緊結構實現，避免原有展示器材連接點復雜性缺陷，為展具拆裝提供方便，且采取的鋁制材料，能夠多次使用，與綠色環保理念相符合。另外，相比較標準展位與異型展位來看，八通結構更具靈活性，能夠滿足企業多樣化宣傳要求，更好地展現企業形象及文化。

方柱形結構是使用最廣的一種鋁合金展具。由于該類型展具具有簡潔、大方等特點，受到廣泛關注。目前，常見的方柱形結構規格有40毫米、60毫米等五種規格。該類型展具能夠增強展位現代氣息，且安裝較為便捷，能夠避免由于木梁支撐造成的浪費。同時，利用鉸鏈旋轉等特點，能夠設計出多個展位造型。由于展會行業中，照明通常要大于普通照明，對安全度要求較高，采取該結構能夠提高安全性。

玻璃幕墻類作為模塊化設計的一部分，一般結合建筑物功能、美觀等需求進行針對性設計②。玻璃幕墻設計為設計師提供了更多創新空間，主要是由于其具有鋼結構的穩固性、玻璃輕盈性等特點，但是，在建設之初，應加強對卡盤承重性能進行多次測試，提高安全性。

（三）配件及拼板類模塊化設計

抓手結構是展具模塊化設計中的重點，通常情況下，可以作為模塊化配件使用，需要結合主體支撐展具的類別進行設計，以配合展布，提高整個展位美觀度。

展板是展具中數量較多的一部分，對其進行模塊化設計能夠提升展位整體設計效果的同時，突出企業形象，吸引人們注意力。根據模數要求，展板尺寸一般為60厘米*90厘米、60厘米*180厘米等規格?，F代展示版面的設計更加強調材料質感、顏色等方面，以此來給人們留下深刻的印象。根據模塊化設計要求，常用展示板結構可以選擇懸吊、落地、棚架等多種形式。

（四）展示柜模塊化設計

無論是在標準展柜、還是特裝展位中，展示柜隨處可見。作為一種展示道路，展示架具有輕便、節省空間等特點。雖然，就展示柜本身來看，其作為產品平臺使用，并不需要完全的模塊化設計，但是，對其插槽進行模塊化設計仍然值得關注，可以將插槽模塊化設計引入到展具設計當中?，F階段，模塊化接待臺已經成為一些發達國家展示公司研究的重要方向，其能夠協調模塊單元與接口標準化之間的關系，提高整體設計合理性，滿足會展展具設計要求，下圖為簡單的模塊設計單元。

三、結論

目前，會展展具設計存在很多不足，而設計模塊集中化展具，通過運用模塊的拼接與搭建，能夠展示企業形象及產品功能等。因此，在展具設計過程中，設計師應堅持合理原則，立足于展示需求，從展具整體入手，將模塊化設計理念滲透至展具設計全過程，提高展具設計整體效果的同時，節省建設成本，從而使展具在展示過程中的積極作用得到最大程度發揮。

注釋：

篇(7)

【關鍵詞】減速電機；模塊；設計

減速電機根據其應用的特點分析：自身具有節省空間、方便使用的優點，它屬于一種減速傳動裝置和電動機集成一體的機電產品，因此也被稱為帶電機的減速機。減速機的應用范圍比較廣，目前已被廣泛的應用到鋼鐵冶金、其中運輸、物料搬運、機場港口、流水作業以及環保處理行業中，因此這就需要在減速機電的模塊化設計中要不斷的研究，擴大國內外市場。

1.減速機電的現狀

減速機電是一種動力機模塊和傳動裝置模塊的組合，因此在使用的過程中動力機模塊是一種電動機，傳動裝置模塊是減速機，最終在二者結合使用中，形成了減速電機。因此在設計中，主要是由不同的模塊組合而成的。根據去自身的性能以及材料，因此本文重點研究了減速電機的模塊化設計。其中減速電機的模塊主要是由13種減速機模塊，4中連接模塊。10種電機模塊以及5中附加模塊組成的，其中在減速機電模塊設計中，主要是根據減速機電形態矩陣最終形成的：其中具體的模塊分為：底腳安裝圓柱齒輪減速機、法蘭安裝圓柱齒輪減速機、懸掛安裝圓柱齒輪減速機、底腳安裝圓錐-圓柱齒輪減速機、法蘭安裝圓錐-圓柱齒輪減速機、空心出軸圓錐-圓柱齒輪減速機、蝸桿減速機、底腳安裝圓柱齒輪-蝸桿減速機、法蘭安裝圓柱齒輪-蝸桿減速機、空心出軸圓柱齒輪-蝸桿減速機、底腳安裝行星齒輪減速機、法蘭安裝行星齒輪減速機、擺線針輪減速機；在連接模塊中包括：聯軸器、連接法蘭、齒輪副；在電機模塊中包括：中小型三相異步電動機、變級多速三相異步電動機、變頻調速三相異步電動機、電磁調速三相異步電動機、隔爆型三相異步電動機、微型三相異步電動機、單相異步電動機、直流電動機、微型特種電動機等。根據其功能可以分為：箱體模塊，端蓋模塊，出軸模塊，齒輪副模塊以及輸入軸模塊和附件模塊，但是在目前我國減速模塊設計中，采用的是優先數的原則，目前的現狀是：在全國實行統一設計YCJ齒輪減速電機，在技術指標，安裝尺寸以及外形尺寸中進行具體的規定，在技術中規定中心高、輸出軸直徑以及長度、安裝孔徑以及孔距，然后對具體的值進行調整，最終符合模塊化設計的原則，因此這就總結出在設計的同時，采用的是：“零件標準化，部件通用化以及產品系列化”的設計理念。

2.減速機電設計的研究

根據目前的現狀分析，在我國減速機電基本上是中小企業，在設計中是根據外國產品的模型制造的，在安裝尺寸中以國外產品作為標本，但是在內部結構參數設計中，呈現的是參差不齊的狀況，但是隨著市場競爭在不斷的加劇，以及競爭力在不斷的提高，這就要求減速機電制造商積極的推行新的理念，在設計中不斷提高技術理念。本文對模塊化設計進行的科學的研究，模塊設計的具體措施是：

2.1加強減速機電設計的技術標準

首先要堅持執行與國際同步的技術標準，并且要結合我國仿照設計的實踐經驗，在技術中根據具體的標準具體進行，例如在進行箱體的設計中需要用高強度的鑄件積木式組合進行，在數控中心采用的是中心鏜孔，在減速機電設計中對于齒輪設計，采用的是優質合金的鋼鍛件，并且在完成了切齒之后需要進行滲碳淬火磨齒，最終確定具體的精度，但是在出軸的優質合金鋼鍛件中，先要進行調質和車削后進行磨削，而滾動軸承選用的是優質的材料，同樣緊固件采用的是高強度等級，并且要嚴格的按照國家的標準具體實施。

2.2模塊化設計的準備

模塊化設計中需要不斷的優化方案，這就需要技術人員做保障，并且積累大量的減速機電產品圖紙，在模塊化設計時，需要對多有的機電產品圖紙進行整理，修改以及優化組合，確保設計的順利進行，例如在具體的設計中，在箱體各軸承孔間的中心距標準化中，為了確保優先數，在具體的設計中就需要盡可能的滿足中心規格數，將其減少到最合理范圍內。在各個齒輪中需要進行統一合成于一張圖紙中，最終根據減速機電模塊以及機電模塊之間的接口來在合理的規范中進行，確保接口參數的標準化以及合理化，將其形成的公比按照相應的標準排列。

2.3模塊的優化設計

減速機電的模塊優化設計中，需要打破傳統的設計理念，積極的推廣在更大范圍中進行模塊化設計，在目前來看我國在減速機電模塊設計中由于減速電機制造商的規模比較小，基本上是中小企業或者是微型企業，因此在制造的過程中就會出現產品系列雷同，質量出現了不同樣式，最終呈現出總體的設計現狀比較落后，因此根據這種減速機電模塊化設計中需要在有限的系列型范圍內，要推行新的設計方案，采用同行的模塊組合成整機的產品，在最小的設計理念中提高產品的技術含量，同時需要將減速機電推行專業化的發展方向，在設計中不斷的優化方案，例如在齒輪廠就應該為整機提供齒輪模塊設計，在鑄造廠就要為整個減速機電提供箱體的模塊，具體的設計過程中，需要專業人員根據詳細的圖紙來進行組合，最終達到優化組合的效果，將模塊化之間的接口形成一定的行業標準，提高了技術質量與創新效果。

3.總結

通過分析減速機電模塊設計的現狀從中提出了模塊化設計的發展方向，這就需要在結合市場規范標準的同時，要做好機電產品圖紙設計，并且需要保障專業人員在技術中要規范、科學，結合減速機電的模塊設計原理在確保了各個接口的參數在復合標準中合理進行，這樣最終就形成了統一的制造標準，為提高我國減速機電的設計做出有效的改進，在規范市場的同時，可以不斷的進行創新，為產品的更新提高更高的技術含量。 [科]

【參考文獻】

[1]謝起成，胡海勝，王宇翔.齒輪減速機電的模塊化設計問題[J].機電工程，2013（35）.

[2]李時許，徐建明，石建麗，萬志強.順槽用破碎機的模塊化設計研究與應用[J].礦山機械，2012（25）.