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摘要：随着现代社会的进步发展以及市场经济体制的不断完善，我国的机械制造行业也得到了迅速的发展，机械产品在人们的工作生活中也得以普及。面对市场的巨大需求，如何进一步提高机械产品设计的可靠性以及产品生产质量与效率也成为现代机械制造行业的重要研究任务。而模块化设计里面的出现真正赋予了产品多元化特征，多种互换模块部件的组合生产更是极大的满足了客户的多样性需求，使得零件以及接口的标准化程度得到了提高，从而为现代制造行业的发展注入了新的动力。基于此，本文就机械产品模块化设计策略进行了分析。
关键词：机械产品；模块化设计；策略
0引言
机械产品的设计与制造是现代制造行业的重要内容，尤其是机械产品的设计工作直接关系到后续的制造环节，因此必须要借助模块化设计方式来优化机械产品的设计工作，以便解决好决产品品种以及设计制造周期的矛盾问题，同时也能缓解成本之间的矛盾，在保证产品生产质量与效率的基础上最大程度上降低企业的生产成本以及后续产品的维修成本等。
1机械产品模块化
机械产品模块化具有以下特点：一是可分性，即外部可分和内部可分，其中外部可分性能够将模块化的层次性充分的展现出来，而内部可分性展现的则是产品的价值；二是可变性，即外部可变性和内部可变性，其中内部可变性是产品在进行生产时获取特殊属性不同子集，而外部可变性则为一些定制化的属性；三是功能性，即机械产品系统能够达到某种产品的功能要求；四是整体性，即一个机械产品是由每个不同的子模块和和功能性不同的子系统组成的一个完整系统；五是关联性，即子模块和子系统，个体之间有着一定的关联性，不仅是互补的作用，同时也是相互限制的关系。除此以外，还需要考虑模块化平台的适应性，模块化平台的构建过程中需要考虑功能模型以及理想模型和系统实现模型的建立。通过上述也可以明确模块化产品在生产中也需要经过一定的过程才得以实现。
2模块化产品优势分析
2.1模块化结构具有互换性。互换性是机械设计和制造中最重要的要求之一，互换性高的机械产品在日后的维护工作中也更简单，不仅简化维修程序，还降低了维修成本。在模块化设计方式的支持下，机械产品的互换性程度大大提高，一旦发现机械产品发生故障，就可以直接将故障部位替换下来，不需要考虑其是否适用的问题，而且各个模块之间可以灵活拆卸，各类故障的解决都比较简单、快速，对实际生产影响不大，企业的经济效益也不会受到较大的影响。
2.2适用于大批量加工。在机械产品的加工过程中，每个模块在设计和加工时其功能就已经被确定下来，并且分别可以实现某些特定功能，通过专业人员的试制并确认无误后就可以进入到大批量生产中。在试制过程中，还可以根据具体的要求来优化模块化产品，确保其功能、结构等满足实际要求。可以说在模块化设计的支持下，大批量加工大大减少了返工的概率，每个产品的精度也得以保证。
2.3为新产品开发提供可能。当前的市场竞争环境比较激烈，其对产品的需求除了基本的功能以外也对创新有了较高的要求，而产品创新能力也成为一个企业的核心竞争力指标之一，只有产品新颖、功能优化、质量优良的产品才能够在市场海量的产品中占据一席之地，因此传统的机械加工方法已经无法使用当前的产品生产工作，必须要采用模块化设计的方法，其能够在充分分析产品功能特点的基础上对其每一个部件都进行优化，并剔除多余的部件，优化生产工序，在该设计方式下生产的产品，其功能和质量都得到了保证，经济效益优良。
2.4减少产品设计研发周期。一个完整的机械产品需要大量的零件和结构的组合才能够完成，通过模块化设计可以按照其实际需要进行精准性的生产，即使是在机械产品结构或性能进行更新的时候仅需要修改某一结构的内容即可，避免导致整个产品失效，因此可以减少产品设计研发周期，降低企业购置设备的成本。
2.5简化包装设计。简化包装设计也是模块化设计的优势之一，传统的包装设计工作比较复杂，通常需要相关设计人员综合分析设备外形特点，根据其几何特征进行外包装的设计，不仅需要保证运输安全。还需要尽可能的缩小包装，确保空间的合理利用，但是由于机械产品的不同导致这一要求比较难以实现。通过模块化设计也可以降低包装设计环节的难度，而且进行模块划分的产品所要进行的包装工作难度也大大下降。
3机械产品模块化设计策略
通常认为，模块化设计是在不同规格产品功能分析的基础上，划分出一套具备不同功能特点的结构模块，并让这些模块得以通用化。通过多个模块的不同组合也能够最大程度上满足产品多元化的需要，并使得产品的结构以及性能更加的协调。具体来说，机械产品模块化设计策略如下：
3.1模块化可行性分析。在进行模块化设计工作之前首先就需要对其可行性进行分析，具体是结合产品的功能、生产需求、市场要求等各个因素分析此次设计中的技术难点、开发周期、预算等方面，明确设计目标，制定科学的设计方案，继而对此次模块化设计的生产效益等进行有效的评估，确保此次设计过程的科学、高效。
3.2模块划分。模块划分工作是机械产品设计中的重要环节，也是模块化设计的前提条件。在模块化设计中，模块划分需要满足以下条件，即运用更少的模块来完成功能性更多、更加完备的产品，并且需要保证所生产的产品能够最大程度上满足机械产品的质量和精度需求。目前，模块的划分主要包括功能模块和结构模块两大类，其中功能模块主要由基本模块、辅助模块、特殊模块等组成，结构模块以产品零件为基础划分标准模块，要求简化零件加工步骤，提高装配质量。通过上述划分方法，可以有效的确保模块划分的可行性，满足适用性、继承性等各个指标。如果是在较为复杂的机械产品设计过程中还可以结合多种划分手法来完成模块划分工作。
3.3重点关注功能分解的设计方式。功能分解设计方式在实际应用中主要就是结合客户的要求、产品功能性需求等方面以及产品本身的概念拆分、集成等层面进行科学的设计，其强调的是客户的主体作用，以满足客户的实际需要为基本要求。因此，在设计过程中应该加强与客户的共同交流，寻求客户的建议，确保产品功能、质量等方面满足客户的实际要求。
3.4将结构特征作为基础的设计方式。以机械产品的结构特征为主要依据进行设计工作能够最大程度上保证机械产品的功能性、产品精度保持优良水准，因此在机械产品的模块化设计过程中也比较常见。在该设计方式的应用过程中，需要相关技术人员详细分析机械产品零件的具体特点，在满足其功能性需要的基础上尽可能的利用较少零件来制作产品，不仅可以降低成本的支出，还能够降低复杂工艺的整体占比，提高机械产品的生产效率与生产质量。然后按照几何形状来寻找与其类似的零件，在明确零件的规格需要和功能性需求的基础上进行标准化模块的设计，不断提高模块化的机械产品的适应能力以及应用范围。除此以外，在模块化设计过程中也需要重视起模型的应用，通过按照产品规格以及功能要求所构建起的模型能够降低施工工序，实现大批量的生产，同时还能够保证生产产品的精度。
3.5案例分析：汽车装配工艺模块化设计。①装配中的前端模块设计。前端模块的设计中主要就是要确保其中的前端框架、散热器、前保险杠、进出水管等装配科学，以便提高起着的装配质量。目前来看，传统的汽车前端设计采用的是近似于框架式的结构，并且利用焊接连接的方式将不同的构件连接起来，这一方式使得装配成本大大提高，也不利于提高汽车的装配质量。基于此，通过汽车前端模块设计的有效使用并利用开口结构作为前端设计方式可以采用一体化的形式将汽车前端模块置于车身上，不仅可以为散热器、前机盖锁等提供装配空间，还能降低维修成本。②装配中的车门模块化工艺设计。加强车门模块化装配设计可以有效避免汽车使用中车身被划伤的同时提高整体的装配质量，延长汽车的使用寿命在车门模块化工艺设计的过程中，也需要考虑车门拆装及后期维修方面的各种要求，确保所有线束之间连接的规范合理性。
4现代设计背景下模块化设计的发展趋势
在现代的机械设计工作中，CAD、CAE以及CAM等技术的应用越加普遍，其能够实现虚拟环境中对产品进行设计和性能分析工作，进一步优化了设计过程，使得产品质量大大提高，而在机械产品的模块化设计工作中，上述先进技术手段的应用也能够迅速的完成设计工作，提高产品精度，因此在现代设计背景下，模块化设计工作的开展也更加先进。
4.1大规模定制。在企业生产的过程中，其会考虑到顾客的要求利用生产技术和管理方法在同一时间段内集中生产大量的同一规格要求的产品，这种大规模的定制可以更好的参与到市场竞争环节中，提高企业的经济效益，但是目前不少企业由于规模、技术、设备等方面的限制，在这种大规模定制的过程中还存在生产效率低、生产成本高等方面的问题。而在模块化设计理念的支持下，可以通过可续的模块划分以及设计方式实现产品的大规模生产，生产期间可以有效保证其生产精度与生产效率，并且解决了机械产品结构繁琐、功能复杂等问题。
4.2快速设计快速设计理念的出现使得市场的需求。得到了满足，产品投入的时间大大缩短，在该理念的支持下，产品的生产质量与生产效率也得到了保障。模块化设计方式的应用是实现快速设计的基础，其在实际应用中可以将各个功能模块提前设计好，实际生产中只需要按照客户的需求进行组合连接即可，然后就可以投入到生产之中，完成快速设计、快速生产的目标。随着计算机辅助设计以及制造技术的发展应用，快速设计在我国企业的生产中也越来越常见，但是其智能化设计与发达国家相比还有一定的差距，需要相关研究人员能够加大开发力度，深入挖掘计算机辅助设计和制造的优势，进一步促进快速设计生产理念的普及应用。
4.3与虚拟设计与虚拟制造技术相结合。在计算机技术的推动下，虚拟设计和虚拟制造技术在机械产品设计中的应用也越来越广泛，借助于计算机，可以在虚拟的环境下进行产品的模型设计，并利用CAE和CAM技术进行评估，然后经过仿真模拟来发现其中的设计问题或者生产问题，这样就可以规避其在实际生产中可能会出现的问题，减少零件的损坏、返工等问题，保证产品生产质量的同时还能够减少材料的浪费，降低生产成本。
5结语
综上所述，现代生产技术的普及应用有力的推动了现代生产企业的生产效率，而机械产品的模块化设计更是提高了产品的精度与效率，利用基于结构特征的设计方法和侧重功能分解的设计方法进行机械产品生产工作也是行业进步的表现之一。随着先进信息技术的进步发展，模块化设计过程中也应当融合现代设计方式，从而提高模块化设计的技术水平。
参考文献：
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[3]孙锐，刘晓飞，董萍，张炜.产品模块化设计新方法研究[J].制造业自动化，2016（05）：98-101.
作者:王晓兵 单位:湖北大学知行学院
