模块化设计范例(3篇)

模块化设计范文

[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）

模块化设计范文

关键词：模块化；嵌入式；系统设计

模块化设计理念是新的思维方式及工作模式，在分析产品构成的时候，能够优化结构，重组、分解系统，可以一定程度上解决复杂的设计问题，明确条理，简化问题，在建筑、电子、机械等领域已经开始广泛应用模块化设计理念。

1模块化嵌入式系统设计的优势

1.1提高了系统设计可靠性

设计嵌入式系统的时候合理应用模块化理念，可以明确划分模块功能，分析系统中整合模块的方式，在刚开始设计的时候，需要切实了解产品性能，防止设计中出现错误。

1.2缩短了设计周期

在设计嵌入式系统的过程中，开发基础是硬件和软件模块化，以达到提高整体效率的目的，保证可以更加合理地完善和改进性能，开发过程中避免重新设计不同产品，降低操作人员重复劳动的可能性[1]。

1.3降低了制造成本

设计模块化系统的时候，存在通用部件，设计嵌入式系统的时候，在不同系统中设计不同功能的模块化电路，达到降低成本的目的。

1.4便于设备的调试和维修

在维修、调试定位模块的时候，需要提高调试速度。在设计冗余产品的时候，需要相对独立的模块，出现个别故障不会在一定程度上影响整体性能，提高产品可靠性。

1.5提高了抗干扰性

嵌入式系统的应用工业产品中，存在相对比较差的工作环境，对电磁波十分敏感，由于在不同电平情况下应用内部功能器件，隔离设计单独模块电磁屏蔽，可以达到提高系统抗干扰能力的目的。

2系统模块划分原则

2.1特殊模块

设计独立模块的时候，可以十分方便地进行换代或者升级产品，特殊性促使在不同系统中很难移植应用。

2.2通用模块

设计嵌入式系统的时候，一般都需要硬件和软件集成模块。蓝牙模块不仅可以进行无线独立通讯，还可以经过少量更改功能和结构就能够应用在不同系统中，如PDA、手机等[2]

2.3接口模块

设计传统机械系统的时候，需要利用硬件物理配合来达到连接模块的目的，嵌入式系统的应用，可以利用电气接口来达到连接硬件的目的，通讯功能利用软件来实现。

3模块化设计思想在打标机中的应用

气动打标机系统主要包括很多领域的知识，如软件、电气、机械等，大部分都是应用在工业产品标识中，由二维运动平台及打标头构成打标机系统。气压方向通过电磁阀来控制，促使打标头具备缩针和出针运动，利用步进电机分别控制X，Y方向的工作平台。工作过程中，打标头利用工作平台移动到符合情况的打标处，工件表面被打标头冲击，存在一定的打标效果。通过2种不同的方式来设计构造系统，模块化设计和整体化设计。模块化设计打标机系统基本方案为：第一，对整个过程进行整体分析。打标机最重要的作用就是依据字库运动轨迹，打标头可以形成字形点，然后利用电磁阀控制出针，从而出现字形。所以，系统可以分为通讯连接部分、电机控制部分、打标头部分。第二，依据设计模块的性能指标和特点，对立开发系统。通过电磁阀上下位机接口和信号口，上下位中合理应用RS232连接通讯，片间数据共享和传递指令应用I2C或SPI实现[3]。设计电机控制模块的时候，应该单独设计控制CPU的电机。主控机CPU发出的数据目标位置通过片间接口模块来进行点对点控制。也就是模块CPU可以完成加减运动、脉冲指令等控制，在制定主控机CPU位置的时候需要利用电机控制。所以，控制电机模块属于黑匣子，具备完整的功能和公开的连接口，不需要分析内部实际情况，就可以点对点方式合理控制不同的系统，具备一定的通用性。总之，应用模块化设计理念时，需要明确单元工作，整体增加可行性的设计方式。依据两方向中相似的控制需求，集成电机模块可以降低负担，从而提高控制性能，并且，应用模块化设计理念，可以为进一步开发、升级产品提供平台。

4模块化嵌入式设计的发展趋势

现阶段，制造行业发展的基本趋势就是模块化设计。依据目前机电一体化设计的实际需求及设计嵌入式系统的根本特点，在以后设计产品的过程中，开始越来越多地应用具备硬件和软件判断、分析、控制功能的智能化模块。主要体现在：（1）紧密结合模块化制造和模块化设计。（2）软件、机械、电子等分立模块逐渐被机电一体集成模块取代。（3）改变制造方式。为了提高质量，降低库存，模块化制造和设计方式逐渐取缔传统大批量生产方式，依据实际情况合理设计多规格、多配置的模块。（4）结合创新设计和1/4设计方式，设计新产品的时候，模块化制造和设计能提供良好的环境，为进一步研究模块化设计提供依据和保障[4]。

5结语

模块化设计范文篇3

（太原重工股份有限公司技术中心，山西太原030024）

【摘要】工业4.0是未来制造业的发展方向，能够实现制造过程的智能化，从而实现分散化和个性化制造。工业4.0不仅仅要求工厂实现智能化，对产品设计也提出了更高的要求。从满足工业4.0制造需求的角度，对如何在产品设计阶段采用模块化和参数化设计进行了阐述，将设计和制造融合，有力支持工业4.0的实现。

关键词模块化；参数化；设计；工业4.0

作者简介：李慧姝（1981—），女，工学硕士，工程师，主要研究方向为三维参数化、模块化设计。

0引言

随着自动化和信息化的发展，各国都在加快推进新的工业技术和工业革命。德国是以工业为主导的制造强国，一直引领制造技术的发展。进入21世纪以来，德国政府提出了工业4.0战略计划，旨在提升制造过程的智能化，建立一个高度灵活的个性化与数字化产品与服务的生产模式，将传统的生产模式由集中式向分散式转变[1]。工业4.0被看作是德国提升制造业的有力方式，也代表着全球制造业未来的发展方向。

工业4.0的目的之一是实现产品和服务的个性化，使客户尽早的参与到产品的设计过程中，从而提供符合客户定制要求的产品。工业4.0的实现，离不开对产品设计环节的优化。本文探讨如何采用模块化参数化产品设计方法，助力工业4.0的实现，从而低成本、高效率地生产出满足客户要求的产品。

1工业4.0模式下的产品模块化参数化设计方法

工业4.0的目标是实现销售无人化和生产无人化，从而建立一个高度灵活和个性化的产品服务与生产模式。在设计阶段，产品模块化和参数化设计是支持工业4.0实现的两个关键技术，以下分别对这两个关键技术进行阐述。

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规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。模块化设计的关键是模块划分，模块划分原则是保持各模块在功能和结构方面的独立性和完整性，各模块间的接口要素便于联接和分离，模块与模块之间的关联尽量少[2]。根据产品划分的每个模块下还可以进一步划分相应的子模块，直至能够在同一个制造单元完成生产。例如履带起重机结构可以分为上车部分和下车部分，其中上车部分由臂架系统、转台、配重组成，下车部分由车架和行走装置组成。行走装置又可以划分为4轮1带，即驱动轮、导向轮、托链轮、支重轮和履带板[3]。模块化设计示意如图1所示。

通过模块化设计，得到产品的主要模块和模块之间的接口。模块通过接口实现互相连接，模块接口的设计对几何形状、材料、尺寸、精度等均有要求。

产品设计模块划分之后，应用参数化设计手段对模块化的零件进行设计。模型尺寸不再用确定的数值来表示，而是通过参数表示，并建立尺寸之间的关联关系和尺寸约束，实现参数联动。设计尺寸改变时，只需改变对应的参数值，而且系统能够自动改变所有与其相关的尺寸。参数化设计具体流程如图2所示。

在实际应用中，通过计算机辅助设计工具，建立零件三维实体化模型，并将模型传输到数控机床，实现自动加工。通过参数化的设计，可以大大加快零件设计速度，尤其是零件变形设计速度。参数化设计模型可以方便的生成数控代码，实现参数化制造，便于工装设备共用，实现快速制造。模块化及参数化设计涉及的关键方法及技术归纳如表1所示。

2结束语

工业4.0将引起产品制造模式的革命性变化，将传统的集中生产模式转变为离散式生产模式，制造模式将更加灵活多变。本文阐述了应用模块化和参数化设计方法助力工业4.0实现的方法和实现路径，为工业4.0的研究提供了新思路。

参考文献

［1］常杉.工业4.0:智能化工厂与生产[J].化工管理,2013,50(1):1-5.

［2］祁卓娅.机械产品模块化设计方法研究[M].机械科学研究院,2006.

［3］曹旭阳,王乾,王剑松,等.媛履带起重机模块化参数化设计技术[J].起重运输机械,2009,10:28-31.