模块化设计及其在盖板包边机设计中的应用

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摘 要：随着科学技术的发展和人们日益提高的对物质和文化的需求，工业产品也日益多样化，用于工业生产的机械设备的模块化设计已逐渐被各国工程技术人员所重视，我所设计的盖板包边机也尝试使用了模块化设计思想，在这里将我的体会与同行分享。

关键词：机械产品；盖板包边机；模块化；设计

模块化系列机械产品的设计是工业发达国家近二十年来一直采用的先进的机械产品设计方法，它将整个机械系统根据功能分解为若干个模块，通过模块的不同组合得到不同品种和不同规格的产品，将产品同一功能的单元设计成具有不同的性能、可以互换的模块，而选用不同的模块，就可以组成不同类型、不同规格的产品。由于采用了模块化系列机械产品的设计，局部可生成批量生产模式，因此产品的加工精度稳定，成本低廉，显然，为了保证模块的互换性，必须提高其标准化，通用化、规格化的程度。例如：在我所工作过的汽车生产厂，就是将整车除车身外的各个部分，如内饰、发动机、变速系统、前轮刹车系统、后轮刹车系统、音响系统、车锁系统、空调系统等制作成标准模块，它们可以组合成十几种基型和变型的产品，以满足不同顾客多样化的追求。本文以盖板包边机为例，介绍模块化系列机械产品设计的原理，模块化设计的分类，模块的划分与组合及模块化设计的步骤。

1.盖板包边机模块化设计的原理

目前很多工厂都将成品摆放于栈板上，上部再加放一个盖板，以便于几个栈板的货物进行叠放或进行整板打带。传统使用的木盖板价格昂贵，造成整体成本增加，对于重量较轻的货物可使用纸质盖板，这样即环保又低成本。为强化纸质盖板并实现美观，则都要对其进行包边，采用人工对盖板进行包边，包边效率低成本高，而且容易出现错误，影响美观。盖板包边机，具体地说是一种为盖板四周进行包边的设备，能对盖板进行半自动化包边生产，特别适合中小企业使用。由于用户的使用要求各不相同，例如，有的客户需要用边条纸经蘸水胶后贴到盖板上；有的客户需要直接用自身单面带胶的边条贴到盖板上；有的客户追求高机速、高生产能力，不让机器间歇性停顿来自动切边条，而是用机器连续包边后，由人工切边条；有的的客户则侧重人工的节省而采用机器自动切边条。盖板包边机的模块化设计，就是对盖板包边机进行功能的分析和划分，进而设计出一系列功能模块，并通过对这些功能模块的选择和组合来构成不同的盖板包边机，以适应市场的需求。

2.盖板包边机模块化设计的分类

模块化设计的主要方式如下：

（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。除发展横向系列产品之外，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。

盖板包边机的模块化设计主要采用横向系列模块化设计方法，即它是在某种规格的基型盖板包边机的基础上，通过增减或变更某些特殊功能的模块，得到所需的不同的变型盖板包边机。显然，由此获得的各种变型盖板包边机的主要参数（尤其是动力参数）相同，不同之处仅在于某些功能、结构和布局。

3.盖板包边机模块的划分与组合

模块划分的好坏直接影响到模块系列设计的成功与否。即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模块间的结合要可便于联接和分离；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。④模块的划分不能影响系统的主要功能。

盖板包边机，模块划分原则为：以独立的功能单元作为模块，这样的模块易于拼组和搭配，便于构成多种变形产品；在模块划分过程中，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，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。

考虑整个盖板包边机的特点和结构形式，运用模块划分原则，可以得到盖板包边机的模块划分，如图1，对于盖板包边机来说，其总功能为用边条给盖板包边，这些功能可以按支承功能、送板功能、边条上胶功能、切边条功能和粘边条功能进一步分解。通过对同一功能模块的分析，可以得到能够互换并具有相同接口的结构模块，根据结构模块的组合得到不同用途和性能的盖板包边机产品。

4.盖板包边机模块化设计的步骤

模块化设计遵循一般技术系统的设计步骤，但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：

（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；

（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。

5.设计结果

本盖板包边机采用模块化设计具有如下优点：

（1）本盖板包边机主机架采用标准板料和标准槽钢用螺丝连接而成，机架制造成本低廉，且便于装拆。

（2）盖板包边机各工作部都为独立的模块，且整体独立拆装，整个机架也按不同的模块沿纵向分段化，各段也可整体独立拆装，且不影响其他部段的工作，便于根据不同的工况需要而增减各工作部，整机的始、末段还可继续向前或向后连接下去，以适应未来发展的需要。

（3）设备不使用边条上胶部时，可使用自身单面带胶的边条进行包边。

（4）设备不使用切边条部时，可在边条连续的状态下持续对盖板进行包边，只要在机器末端放置一个工作台，待包完边的盖板被机器送出到工作台后，人工用美工刀切断包边条即可，在电器控制上采用切换开关，切换至“间断式”时，则每张板边条自动切断包边。切换到“连续式”时，则连续包边，盖板包边后由人工将边条切断。

（5）主电机为减速电机，适于最大产能工况，同时再采用变频器对主电机进行速度控制，以满足用户的不同需要。

（6）成机生产效率高，同样班产能2000张，人员由人工包边的每班6人，降低到机器自动包边的间断式生产每班2人，连续式生产每班3人，机器维护简单，操作方便，节约了人工成本并减轻了工人的劳动强度，在当今人工成本越来越高的背景下具有很大的实用价值和经济价值。

参考文献：

[1]关允成.《模块化设计初探》，1996.1.45～48

[2]施进发.《机械模块学理论》中国机械工程，1997（6）.53～55