摘要：近年来，机械制造业在经济新形势下，其行业发展也面临着新的挑战与新的要求。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。本文探讨了模块化设计对产品优化改进的作用进行了研究。

关键词：机械设计;模块化;产品优化;

一、领域背景及主要内容

中国制造 2025 国家战略的提出，推动我国工业化和信息化的深度融合，对机械制造业的发展提出更高的要求。传统的机械设计生产成本高，维修难度大，更新换代慢，适合于大批量、规格相近的产品加工。采用模块化设计方法进行机械设计，能优化设计过程，提高设计效率，重组产品结构，缩短机械制造周期，在保证生产质量的基础上降低成本，同时满足用户个性化需求 。

1 模块化的基本思想

模块化设计是指将产品要素按照性能和规格进行功能划分，将其规划为一个个的模块，通过对模块进行设计、制作、选择、组合构成新的系统，产生多种不同功能、不同性能的系列产品，具有设计周期短、制造成本低、维修简单等特点。通过模块的选择和组合结构不同的产品，以满足市场不同需求的设计方法。这种模块化的设计思想在机械制造行业中极具应用前景。

二、机械结构模块化设计研究意义与目标

1. 模块化产品优势分析

1.1 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。

1.2 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。

1.3 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，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。

1.4 减少产品设计研发周期

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。

1.5 简化包装设计

传统的包装设计工作比较复杂，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，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。

1.6提升机械产品质量

模块化的机械结构设计有效的利用知识体系与新型技术，降低了产品研发的设计风险，提高了产品自身的生产质量，有力的实现了机械元件功能的分配和隔离，使生产问题的发生和设计改进变得容易。模块的不同组合与多层划分可以满足产品生产的多样化需求，提升机械产品的配置与质量。

1.7降低机械结构成本

采用成熟的机械产品设计模块，可以大大减少由于新产品的投产对生产系统调整的频率，提升新产品的生产效率，降低机械产品制造成本。在数据技术操控下所进行的模块化设计生产，为机械结构的创新与提高提供了可靠的技术保障，也提供了具有创新意义的设计理念。

2.模块化设计对现代设计、先进制造技术和制造系统的影响

2.1 快速设计

产品快速设计是近年来出现的一种新的哲理，产品快速设计的主要目的是缩短产品的设计开发周期，提高产品设计开发质量，以及提高企业对市场的快速响应能力。目前我国机械产品快速设计的研究还处于起步阶段，多数研究只是在原有 CAD/CAM与仿宾技术基础上的改进与扩展。从目前的研究看，模块化设计是实现快速设计的基础使能技术与理想途径。

2.2 大规模定制

大规模定制是企业采用技术和管理手段实现对每个顾客的个性化定制，而成本和时间同大批量生产产品相一致的一种生产模式。其面临的最大挑战是速度和成本。大规模定制是市场竞争的必然产物，目前国内外已有许多企业对其进行了成功的实践。从有关大规模定制设计的论述可以看出，模块化设计是实现大规模定制的基础技术。采用模块化设计，可以大批量生产的成本实现产品的多品种、小批量个性化生产。对于机械产品而言，模块化设计是实现大规模定制的前提和条件。

2.3 虚拟设计与虚拟制造技术

近年来，随着计算机技术、仿真技术、虚拟现实技术的不断发展和市场竞争的日益激烈，虚拟制造与虚拟设计逐渐成为研究的热点。虚拟设计的引入，使模块化设计的全过程均在计算机上完成，从而彻底改变了传统模块化设计手工操作，工作量大，效率低的缺陷。同时，基于模块化设计的虚拟设计与虚拟制造系统的构造更为容易，由于模块化设计通用化、系列化、标准化的特性，使虚拟产品模型的构造及其数据管理更为规范和简单，使虚拟设计系统开发的考虑因素大为减少。

3.机械设计中模块化设计的具体应用

立足于产品功能调查和市场需求分析的基础上，技术人员可以结合模块间的组合展开特定产品的设计。模块化的体系层面可以做出一定的改变，同时也能结合实际促进模块设计理念的升级。总体而言，模块化的设计方式能极大程度上缩减设计周期，同时进一步保证产品的质量。

3.1 模块化设计方法及策略

3.1.1 模块划分

在模块化设计方法的应用过程中需注重科学的选择，通过将产品要素进行整合与规范，并最终设计成产品。在设计工作的开展中，会有很多的功能模块以供选择，通过选择和组合模块，能形成最终的产品以及满足各种的需求。在模块化的设计过程中，需要在模块上进行划分以及在功能上进行分解。

3.1.2 重点关注功能分解的设计方式

模块化产品设计是以客户作为主体，并始终为客户服务的，所以在进行分析过程中必须要时刻向客户进行交流，结合客户的意见来进行，保证产品的满意度，并根据行业领域的现状来进行机械产品的模块化设计。

3.2 模块化设计与新技术的结合

新技术的发展也为模块化设计工作提供了更多创新的可能，在未来模块化设计工作中，设计人员也要做到与时俱进，努力提促进新技术的融入与应用，这也是保证模块化设计现实价值的重要选择。

三、总结

机械设计工作中模块化设计方法的应用是未来机械设计工作的重要方向，是机械设计的有效方法，有利于降低设计难度，提升设计效率。应促进模块化设计在机械设计中的广泛应用，并大力发展。