模块化设计范文6篇

模块化设计范文第一篇

目前国内展示行业，一方面规模不断扩大，参展行业企业逐年增加，促进了会展设计公司的增加。另一方面参展企业对展会的重视程度不断提高，展览投入不断增加。然而相对应的，国内的展示设计观念、展具制造生产、展台搭建服务，还处于相对落后的程度，这与展示行业迅速发展极不相称。同时目前展会中多数展商的展台都是一次性的，由于这些展台材料的限制，不能很好的被回收利用，会造成对环境及自然的危害。在当前全社会提倡低碳环保的大时代背景下，需积极探索和研究低排放、低能耗、高资源利用率的新型绿色展示设计方法和材料。

二、国内展示模块化设计研究还处于起步阶段

目前，在国内特装展位的展示设计领域，还在大量使用木结构展台。木结构在设计制作上具有容易修改、随意性大的特点，使得设计师的各种创意容易实现。但是展览结束后，无法重复使用木结构变成一堆垃圾废料造成对展览现场环境及资源的极大浪费。模块化展示设计是一种使用模块铝型材展具代替木结构的设计方案。以桁架，八棱柱等铝制展览器材产品为代表的模块化展览器材是从上世纪九十年代初开始使用于中国的展览业。此后，篷房、地台以及后来的轻便展示器材也纷纷出现在展示材料市场中。目前在世界范围内此类产品的品牌和厂家都屈指可数。主要集中在德国等欧洲会展业发展成熟的国家。主要有瑞士的（SYMA）司马系列、比利时的（beMatrix）系列、德国的（Octanorm）奥克坦姆系列。这些展览系统都有各自的设计思路和特点。

中国标准展览器材的设计生产是从对国外产品简单仿制开始的。纵观多年以来国内展览器材生产，没有任何一个成熟的模块化展览系统器材产品是由中国公司拥有自主知识产权的，这显然与中国会展市场的规模不相符。目前国内展览器材生产商也逐渐意识到原创设计的重要性，走上了对原有仿制产品的更新升级设计上来，但是关键产品的原创设计和展具序列的系统性开发设计与国际一流品牌还有相当大的差距。究其原因，一方面国内模块化展具设计在设计理论研究方面还处于起步阶段；另一方面从事该领域设计研究的人才也比较缺乏。

三、对展示模块化设计的思考

展示设计内容包含广泛，大到博物馆设计，小到商品POP陈列。在展示周期最短、资源消耗最大的商业性行业展会展台设计领域，展具的可重复使用模块化设计研究将成为主要方向和切入点。针对目前研究展示标准化模块设计现状、途径和方法，需要解决以下几方面问题：

1.减低展台设计碳排放和提高展示材料的重复使用率问题

展会中绝大多数的垃圾是在展台搭建和拆除时产生的。目前大型展会服务中都有一项独立的展会垃圾处理费向参展商收取。避免或减少产生废弃物和垃圾不仅是时代赋予的社会责任也成为每个展商必须考虑的经济因素。这也是对模块化展具进行研究的主要动因。

2.解决设计个性表达与模块统一标准化矛盾的问题

虽然模块化的系统组件有大量的标准件组成，但并不是说由此组建的展台的视觉形式很刻板，缺乏个性和想象力。关键的点在于展具模块的组合的可变性。如何使标准模块化展台造型具有个性化视觉表达的功能，是研究的重点。

3.缩短展台设计周期和提高展台搭建的效率问题

展台搭建商和参展商都希望使用一种快捷的方式来设计呈现和搭建施工展台项目。如何满足客户的诉求，提高模块系统组件的安装快捷性和可塑性，节约大量的人力，从而节约大量时间和预算，是模块化展具研究的重点。

4.提升展台搭建和使用中的安全性问题

符合安全标准时展台设计的首要条件，使用模块系统展具组件是展台安全搭建的一种主要解决方案。现代展会中的展台设计进入了一个高标准搭建的时代。不管是双层的复式展台还是大跨度展示墙，展台每个部件和部件之间联接的强度以及各种力量之间的稳定与平衡都必须提供很高标准的安全。而模块系统组件在解决展台的结构平衡和牢固方面，因为标准件的使用，展台的稳定安全性达到程度。

模块化设计范文第二篇

[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）

[2] 机械设计制造及其自动化的设计及发展[J].毛达望.河北农机.2017（02）

模块化设计范文第三篇

关键词：cad模块化 功能 思维 设计

对于一个产品设计者，面对繁琐的图纸和设计，通过一种方法把自己的想法更精确更迅速更有效率地在图纸中表现出来具有重要有意义。而cad模块化功能和思维就为我们带来了这个快捷有效的方法。

一﹑cad模块化功能

cad模块化功能是指，把所要整体移动的部分块化，之后选中其中任一部分即可把整体全部选中。操作方法为：选中图纸中想要作为一个整体的所有元素，单击鼠标右键，复制，在一空白处点击右键，粘贴为块。所粘贴的部分就是一个模块。

二﹑cad模块化思维设计概念

模块化思维是一种思想方法，许多国内外专家对此做过研究并取得重大成果，但这些研究在理论上对模块化思维还没有一个权威性定义。通俗理解：综合考虑系统对象，把系统按功能分解成不同用途和性能的模块，并使之接口标准化，选择不同的模块迅速组成各种要求的系统的一种方法。

cad模块化思维设计，即综合考虑图纸中各个组成部分，根据自己的设计要求，利用cad模块化功能，将各部分化为若干块，然后进行组合设计。

所选择的模块应具有以下特征：

1. 相对独立的特定功能：可以对模块单独进行设计，修改，储备；

2. 具有互换性：模块配合部位的结构形状和尺寸必须标准化；

3. 具有通用性：不仅实现横系列，纵系列通用，而且实现跨系列通用。

三﹑cad模块化思维应用

根据cad模块化思维，我们对产品设计的认识也将发生改变。按照传统理论，产品有部件组成，部件有组件构成，组件有零件构成，因而要绘出一个设计产品就得绘出产品大量的专用零部件。而按cad模块化思维，产品设计由模块组成，模块即为构成产品设计的单元，通过模块的不同组合形成多样化的产品。

在产品设计中利用cad模块化设计思维就可以用一组特定的模块在一定范围内组成多种不同功能或同样功能不同性能的产品设计，极大减少绘图时间和任务量。如图1所示为普通车床cad模块化设计示意图（图中只给出部分模块简图，具体细节已隐藏） 该车床按主轴箱﹑进给箱﹑夹紧机构﹑刀架﹑尾架等不同功能分成11组功能单元（11个模块组）。相同功能单元，不再是单一部分，而是具有不同用途和不同结构，但功能和结合要素相同的一系列可以互换的模块。从图1可知，设计中只需更换合适的模块，就可以组合成多种不同用途的车床，以满足设计者要求。

用cad模块化原理实现产品设计多样化的方式：

1. 用通用模块加接口结构组成新的产品设计；

2. 以通用模块为主加局部专用模块构成新的产品设计；

3. 设计新的功能模块加上部分通用模块构成新产品。

四﹑总结

cad模块化思维设计能帮助设计人员节约设计时间，同时为企业研发多类型产品提供了一种既高效又灵活的策略。对一般制图者来说，这也是一种提高制图效率的技巧。

参考文献：

[1]张庆涛，李长春.Auto CAD 2008 基础教程[M].北京：北京大学出版社.2009

[2]宽严林.模块化设计.北京：机械工业出版社.1993

模块化设计范文第四篇

【关键词】油田地面工程；输油泵；模块化设计

一、引言

针对油田地面工程快速发展的现状，结合计算机行业、汽车制造业、船舶制造业等行业的模块化应用情况，油田专家提出将油田地面工程模块化建设，以节省工程投资和设备运行费用。输油泵是油田地面工程的重要设施，其设计制造可依据国内相关标准规范的技术要求，通过多年的行业发展，输油泵的设计、建造和运行积累了丰富经验，各类型的输油泵实现标准化、系列化制造。这些都为输油泵模块化设计奠定了基础。

二、模块化设计

模块化设计是在传统设计基础上发展起来的一种新的设计思想，它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。[1]模块化设计作为一种新技术被广泛应用于汽车制造、电子产品、航天、航空等设计领域。

油田地面工程建设模块化设计是针对油田地面工程中具有独立功能、可组合、可替换的站场、区域等物理单元进行模块化设计、建造，以便在重复、类似的工程项目中组合、复用、预制，以达到节约投资、缩短工期、提高工程质量的目的。

三、输油泵模块化设计

油田地面工程输油泵主要包括油、气、水混输，含水原油的输送和净化原油的输送。[2] 输油泵作为一个工艺单元，由输油泵、进出口管路及管道附件、流量计，配套的自控设备和电力设备组成。

（一）模块划分

输油泵模块化设计的前提是对输油泵的应用进行归纳，针对不同的环境条件、输送介质和工艺流程，按照输油泵设计的相关标准规范对输油泵进行系列划分。输油泵具有输量变化大、介质粘度范围广、含有杂质多、运行时间长等特点。油田地面工程常用的输油泵为离心泵和容积泵，离心泵分为单级离心泵和多级离心泵，容积泵分为螺杆泵和往复泵。

输油泵的基本功能是为工作介质提供输送动力，克服管道摩阻，将介质输送到下游站场或工艺设施。为了便于对输油泵的模块进行分类，我们以输送介质的原油物性为依据。在集输系统中，输油泵的类型分为一般原油输送泵、稠油输送泵和轻油输送泵。一般原油输送泵的介质具有粘度低、凝固点低的特点，常选用离心泵。稠油输送泵的介质具有粘度高、凝固点高，含杂质颗粒，输送温度一般在50～80℃，常选用容积泵。轻油输送泵的介质除了具有密度低、粘度低的特点，还时常含有天然气凝液。

（二）模块工艺设计

1.模块类型

输油泵的模块划分为模块化设计提供依据，我们以某油田稠油输送泵为例，分析如何进行一类输油泵模块的设计工作。该油田集输系统稠油物性见表3.2-1，原油粘温数据见表3.2-2，开发区块产能预测指标见表3.2-3。

根据模块设计的基础数据，按输油泵模块划分方式，确定输油泵的类型。第一个划分依据是原油类型，为稠油输送。第二个划分依据是站场类型，为接转站。第三个划分依据是工艺流程，为增压泵。这样就确定输油泵的模块为稠油接转站增压泵。

2.模块参数

根据模块类型，进行具体的输油泵工艺设计。稠油输送泵选型应考虑原油粘度、含水及含砂的影响，一般宜选用容积泵。[1]为此确定模块的泵型为容积泵。输油泵主要设计参数是泵的排量、扬程（使用容积泵时，为排出压力）和电机功率。根据油田地面集输方式，模块的排量和扬程由原油粘度、接转站设计规模和输油管道水力热力条件确定。根据设计基础数据，接转站设计规模为20×104t/a，原油含水率为80%，输油泵模块流量为118m3/h，排出压力为2.0MPa。按容积泵轴功率计算公式3-1，计算输油泵有效功率为64.3kW。由于输送稠油的粘度大，并含有少量伴生气和杂质颗粒，选用单螺杆泵作为模块的核心设备。

（3-1）[3]

式中 Ne―泵的有效功率，kW；

P―泵的排出压力，MPa；

Q―泵的流量，m3/h。

由于泵制造厂商繁多，每个厂商的制造工艺不同，造成泵的效率、外形尺寸和重量不一致，影响模块复用。泵的选型必须按照模块化设计的要求确定，规定泵主要参数，包括流量、扬程、效率、电机功率、外形尺寸、重量和管口规格等参数。稠油接转站增压泵模块的主要工艺参数见表3.2-4。

3.工艺设计

在选定模块输油泵的类型后，需进行稠油接转站增压泵模块的典型流程设计。容积泵必须设计旁路回流阀调节流量。泵体上不带安全阀的容积泵，在靠近泵出口管段上必须安装安全阀。[2]模块工艺流程包括进出口管线上的截断阀、过滤器、温度压力仪表、安全阀和止回阀等阀门仪表，及旁路回流流程。模块化设计需确定模块内管道、管件和阀门的制造标准，可执行GB国家标准、HG化工标准或SH石化标准。

根据模块的工艺流程，可以确定模块的典型管道安装形式。将输油泵及其管道附件安装在橇座上，对模块进行工厂加工、橇装化制造，并在类似站场进行复用。为便于模块的组合复用，模块化设计需要考虑模块的制造、运输和安装，模块尺寸不应超过规定尺寸。根据公路运输的相关规定，要求运输车货尺寸（长×宽×高）不能超过18.1×2.5×4.0m。[4]稠油接转站增压泵模块尺寸为11.5×1.7×1.5m。对于单螺杆泵模块化设计，还应考虑模块的日常维护，在泵出口留有拆卸短接，保证螺杆的更换空间。

（三）模块配套设计

为保证模块的完整性，模块化设计不仅包含工艺设计，还包括输油泵的结构、电力、自控等配套设计。

结构设计将输油泵、进出口管道及附件通过螺栓和管道支架固定在橇座上。根据模块运输和吊装时的受力情况，确定橇座的结构形式。稠油接转站增压泵模块橇座采用碳素钢焊接而成，在支架固定处设置垫板，并在橇座四周设置吊钩板，便于模块吊装。

电力设计在模块上设置输油泵电机的动力电缆接线和防爆操作柱，对输油泵进行现场启停控制。为降低能耗，输油泵采用变频控制，电机运行状态反馈至控制系统，并在控制室实现远程自动启、停泵。

自控设计根据原油物性和模块操作压力、温度，对输油泵模块内的压力表、温度计进行选型。温度检测仪表采用变送器直接安装在传感器上的一体化温度变送器。压力变送器选用带就地表头指示的智能压力变送器。针对单螺杆泵的运行特性，输油泵设置泵体干运行保护，对输油泵的转速、温度、压力进行检测，实现高温、高压报警停泵。

四、输油泵模块应用

近些年，国内各大油田都对输油泵的模块化设计进行了探索，根据油田自身生产建设需求，确定输油泵的标准化、系列化，为输油泵的模块化设计奠定基础。大庆油田针对低渗透油田地面建设特点，对转油站、注水站、联合站中的工艺模块采用个性化设计和共性化设计相结合的方式，建立各类输油泵的模块化图集，根据实际需要调用相关模块完成站场设计，提高设计效率。[5]长庆油田为适应大规模开发需要，对增压站的模块形式、设备选型、配管安装和建设标准进行了全面优化和统一，确定不同规模和工艺的8种增压泵模块。[6]胜利油田针对东部油田、西部油田和海上油田不同的集输现状，确定多个系列增压泵模块，编制相关技术规格书、设计模块和设备材料清单。各油田在输油泵模块化设计方面均取得了初步成效，随着油田建设的发展和工程设计技术水平的提高，模块化设计将达到一定规模，更好的服务于油田建设。

五、结论及建议

工程设计人员经过近些年的探索，已初步摸索出模块化设计的思路，优化输油泵模块工艺流程、设备选型、配管安装和结构、自控、电力等设计。分析输油泵的设计建造过程，满足模块组合、复用、预制的要求，提高输油泵模块化技术水平。通过采用输油泵模块化设计，有效提高设计进度，利于输油泵模块化采购，节约投资。同时，缩短整个工程的建设周期，保证工程质量，提高油田开发的经济效益。

输油泵模块化设计刚刚起步，由于各油田生产情况和泵制造厂商不同，输油泵模块只能在油田内部相似区块间使用。工程设计人员应加强交流，整合模块系列，完善模块设计，提高其通用性，使其具有更强的复用性。

参考文献：

[1]（美）卡丽斯・鲍德温，设计规划（模块化的力量第1卷），中信出版社，2006.03。

[2]中华人民共和国国家标准，油气集输设计规范 GB50350-2005，原油泵输，中国计划出版社，2005.08。

[3]《油田油气集输设计技术手册》编写组，油田油气集输设计技术手册上册，石油工业出版社，1994.12，第六章第一节，457-458。

[4]中华人民共和国国家标准，道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值 GB1589-2004，车辆外廓尺寸要求，中国标准出版社，2004.04。

[5]马海燕，大庆低渗透油田标准化设计，规划设计， 2012.01，第31卷第1期。

模块化设计范文第五篇

关键词：机械产品；模块化；设计

一、模块的定义

模块是可组合成系统的、具有某种确定功能和接口结构的、典型的通用独立单元。定义成模块的零部件应具有以下几个典型特点：

（一）功能的独立性：给定输入和输出，能够独立的完成一定的功能；

（二）结构的独立性：应该具有独立的物理组成和外观结构；

（三）接口的标准化：标准的接口保证了模块的互换性，以便与其他模块进行组合。

对于工程机械产品，模块可以是机械结构件、也可以是液压或电气单元、控制软件，如混泥土泵车可以定义为臂架、转塔、泵送系统等模块。同时模块亦可以根据其复杂程度及在实施过程中的制造、装配、物流等实际情况进行进一步的下级模块划分，也就是模块可以有层级概念，比如说混泥土泵车的臂架定义为一级模块，往下还可以细分为单节臂架模块、臂架油缸模块、连杆模块等二级模块。从而可通过不同长度的单节臂架模块组合成满足不同客户需求的不同臂架高度的泵车。

二、模块设计的内涵及特点

（一）模块化设计内涵

设计任务可以从多个层面共同进行，并且这一特征是传统设计方法中所不具备的。先对产品的框架进行设计，在逐层开展内容完善，这样机械设计任务开展形式拥有更多的选择，并且不会出现设计形式混乱的情况。机械设计需要将参数完善记录，方便对设计图形进行审核，完全达到安全标准才能够投入到生产环节中。通常情况下是同横向与纵向两方面来探讨设计形式，将数据依次填写到框架中，对比分析是否存在误差。设计期间结合使用需求可以随时对模块进行改变，确保工作任务能够高效开展。

（二）设计的特点

1、便于维修。模块化设计理念与传统设计方法相比较，拥有很多新的特点。首先是使用阶段发生故障更便于维修，修理任务也可以在局部进行，节省时间的同时在维修效率上也有明显提升。各模块均可灵活拆卸，故障严重时，通过调试很难使之恢复正常，此时直接将木块更换，快速完成维修任务。由此可见，无论是设计还是使用，该种设计理念都有很多突破，解决了机械设备使用中遇到的问题。

2、简化包装设计。包装是设计工作中的重要内容，同时也十分复杂。要根据设备的外形对包装进行设计，保护运输安全也要合理利用空间，这些标准很难同时实现，但通过模块化设计，包装环节更简单便于实施。传统包装方法中，工作人员要根据不用零件的设计形式探讨包装方案，对基层工作人员相关专业知识要求严格，并且在包装过程中会浪费大量时间，并不利于机械生产加工高效进行。应用模块化设计理念后，包装工程中所面对的产品也都是划分后的，并不需要基层工作人员了解机械设计原理，对控制成本支出及提升生产效率都有很大的帮助。加强模块化设计理念应用后，工作人员可以更高效的完成包装任务，为机械设备使用阶段提供便捷性。

3、模块化包装的成本低。应用模块化设计方法后，在机械生产包装流程中有明显的简化，同时成本支出也得到有效控制。传统的设计理念中，存在很多不确定因素，因此预算的成本支出也很容易发生变化，在工作任务开展过程中，包装所用材料通过计算可以得到准确结果。这样管理人员更明确不必要的成本支出，严格控制资金使用，这也是模块化设计理念中节约成本的依据。虽然资金支出得到了控制，但产品使用质量并不会因此受到影响。

（三）模块化划分原则

模块化的设计就是要以少数的模块组成极可能多的产品，同时产品具有高度的稳定性、精度，并且结构简单，成本低廉。所以在设计之初应对模块进行详细的划分。当前并没有标准化的模块划分原则，根据侧重点的不同可进行不同模块的划分。从模块本身的概念来看，模块就是可组成系统的、具有某种特定功能和结构的、典型的通用独立单元。通过对产品功能的结构，建立总功能、子功能、功能单元之间的联系，为模块的划分建立基础。单从这方面讲，应满足下述原则：首先应保持模块功能和结构具有一定的完整性和独立性；其次应确保模块接口要素便于联系和分离；第三应保持模块之间的相关尽可能少，同时模块内部间应为强耦合；遵照典型性和通用性的原则。

（四）模块化设计方法在机械设计中的应用

当前具有多种设计方法，首选从功能侧重方面来说，主要的流程是需求分析、功能分解、探索式集成和评估。首选对客户的需求进行分析，将顾客的需求配置到产品中，以满足客户需求为主。根据客户需求分析确定产品要求，再次过程中应准备多种功能目标，满足客户的首要需求。在确定产品各个不同层次的功能后，对产品进行分解，分解成基本功能和物理元素，同时对功能及物理元素进行集成。然后对综合指标及可行性进行分析，最后实施设计。

另一种是基于结构特征的设计。这一方法要求先对零部件的形状特征进行分析，并规划减少零部件的种类，达到优化成本和提高产品质量的目的。在次过程中需对标准化模块参数进行分析，减少可变参数的数量，以方便模块建模。根据分析结构首先建立零部件主模型，利用关键参数描述零部件外形和各尺寸之间的关系。设计过程中在基本模块模型中输入数值，自动形成变形模块。其中零部件几何模型和对应的事物特性表是零部件的重要组成部分。通过变形模块的加入，最终形成产品的结构，产品主结构可描述为一个可配置、包括所有标准构建的模块化产品系统的组成。

三、结语

在技术迭代步伐愈来愈快的背景下，模块化设计显然与市场发展趋势相契合。模块化设计不仅满足了用户的个性化需求，同时还提升了产品生产效率及质量水平，为行业整体发展奠定了基础，使工业设计水平迈向了更高的阶层。

参考文献：

[1]梁伟勇.机械产品的可拓模块化设计方法研究与应用[D].南京航空航天大学，2014.

[2]金鑫.机械产品参数驱动模块化设计技术研究[D].国防科学技术大学，2013.

模块化设计范文第六篇

如前所述，不同手套机机型上，同一功能模块可能在机械结构与控制电路上并不相同，这样针对不同手套机需要开发不同的控制系统。为此本研究针对市场已有机械结构，将手套机控制系统的硬件、软件模块化，同时引入Linux操作系统，从而实现快速组合的通用型控制系统开发要求。嵌入式Linux一般由引导程序、Linux内核、文件系统和应用程序组成［5］。基于Linux的手套机嵌入式控制系统，应对Linux内核、文件系统和应用程序进行相应调整。在Linux内核中，加入了6个模块对应的驱动。在文件系统中，编写启动脚/etc/init．d/rcS，通过菜单选择，完成对手套机设备的启动检测。最后加载应用程序，即手套机主程序。对每个模块，将采用Linux驱动经典结构:驱动—总线—设备。驱动、设备分别向总线注册，而且驱动(或设备)注册时会调用相应设备(或驱动)注册，其实质为总线依据设备结构体成员name，驱动结构体成员id_table是否匹配来决定是否调用驱动结构体成员probe来完成注册［6］。将手套机模块化后—即在底层对驱动和设备进行分离，对手套机启动脚本编写。对于各种手套机控制结构，仅需修改或添加设备文件，而不会对应用层主程序产生影响。

2手套机模块化驱动程序

手套机模块化驱动程序是模块化手套机控制系统设计中重要组成部分。正是因为同种模块的多种设备实现了同样控制动作，使得基于Linux手套机控制系统每个模块驱动文件与设备的分离，不仅驱动文件对现有多种设备文件具有通用性，而且对将来产生的新设备起到了兼容，同时底层驱动与应用层主控程序分离，减少了软件上的修改，也是手套机启动脚本可以对设备进行选择的基础。Linux驱动一般分为3类:字符设备、块设备、网络设备［7-8］。手套机控制系统中系统环境的网络设备网卡(DM9000AEP)，块设备nand(K9F2GO8)芯片厂商出厂时已有驱动，仅做移植修改就可，无需编写。对于6个模块，均为字符型设备，独立编写。以驱动对应设备多寡为标准，现将6个模块分2部分，手机套各模块与抽象后Linux驱动设备对应关系如表1所示。2．1多设备模块该部分驱动与设备关系是一对二，故可采用plat-form总线。platform总线是Linux驱动经典结构的代表，即驱动—总线—设备模型。简而言之，该结构可将同类型设备的共性，即实现功能编写于驱动文件，而将各设备的向异性，及硬件属性，编写于设备文件中。platform总线可依据设备platform_device成员name，驱动platform_drive成员id_table是否匹配来决定是否调用驱动platform_drive成员probe来完成注册［9］。2．2．1设备文件的注册在platform设备文件xxx．c中(xxx即为表中Linux设备名一与Linux设备名二)，platform通过设备注册函数platform_device_register()完成platform_de-vice数据结构xxx_dev，resource数据结构xxx_resource［］注册，其中主要成员为:start=Physical_address，end=SIZ:依手套机控制电路原理图进行设置，主要是电磁铁，电磁阀物理的地址，以及微动开关的中断号设置。name="xxx":设备与驱动匹配标志，其将决定调用哪个驱动。platform_data=is_xxx:同模块不同设备区分标志，为便于驱动的编写。对于虚拟的设备needle_machine_dev．c(即单色纱线导纱机构)，仅赋值name，platform_data完成格式统一。2．2．2驱动文件的注册在platform驱动文yyy．c中(yyy即为表中linux驱动名)中，其核心为完成数组yyy__table［］，函数yyy_probe()注册。以纱线模块为例的分析，数组yyy__ta-ble［］原型为:staticstructplatform_device_idyyy_table［］={{．name="xxx"，}，{}，};是驱动所支持设备id数组，对于纱线模块，其驱动文件yarn_drv．c将含有staticstructplatform_device_idneedle_drv_table［］={{．name="needle_electromagnet_dev"，}，{．name="needle_machine_dev"，}，{}，};从而匹配yarn_electromagnet_dev．c，yarn_machine_dev．c设备文件中platform_device成员name。yarn_drv．c驱动文件中probe()将用platform_get_resource()获得所注册设备硬件信息(即yarn_electro-magnet_dev_resource［］，yarn_machine_dev_resource［］之一)，而在file_operations成员ioctl()函数将依据probe()获得的硬件情况，编写统一控制的函数。从而yarn_drv．c驱动使不同纱线模块设备的实现了相同的功能。ioctl设备控制函数原型为:staticintioctl(structinode*inodep，structfile*filp，un-signed，intcmd，unsignedlongarg)设备文件注册中platform_data=is_xxx在ioctl()函数中区分了不同设备，手套机驱动中Ioctrl()实现的命令1、命令2如表2、表3所示。2．2单设备模块对于这3个模块，由于驱动与设备一一对应(如表4所示)，可采用传统字符驱动编写流程［10］，单个文件将设备和驱动一次性注册，带来程序的简洁性，但并不合适手套机的模块化的思想，例:信号检测模块中接近开关采用新的结构，有可能导致信号检测模块的软件部分改变，以及手套机主程序的改变，即导致手套机整个系统的改变。故考虑对新结构的兼容性，依然采用如第一部分所述设备—总线—驱动模型。综上所述，6个模块均采用Linux驱动经典结构:驱动—总线—设备［11］，以达到同一个驱动实现不同设备的操作，亦可对将来新设备结构兼容，从而实现手套机控制系统的模块化。2．3手套机选针电磁铁驱动实现对于电磁铁选针结构的手套机，因其多达92路的选针电磁铁，故而其总的功耗需求量比较大。针对这种情况，对相关的源代码进行编写时，应对选针电磁铁的吸合时间进行合理的控制，以达到降低功耗的目的，同时也延长选针电磁铁的使用寿命。选针电磁铁的流程图如图3所示。

3手套机设备检测启动程序

正是由于手套机控制系统的的模块化，使得手套机设备检测启动程序可以在人工干预的情况下，进行对设备文件进行选择性的加载，使手套机控制系统具有智能化的特点。Linux内核启动时，如不添加/etc/inittab文件，默认情况下将会分析/etc/init．d/rcS，其中rcS为shell文件，在该文件中可以完成对Linux应用层的初始化［12］，手套机硬件自检测启动程序流程如图4所示。除系统环境所移植的驱动采用固态加载(即与内核统一编译，Linux内启动，其将自动加载)外，6个模块均采用动态加载方式(命令行模式insmodxxx．ko)，分3步加载。3．1单设备文件加载信号检测模块、显示界面模块、按键模块的设备文件及驱动文件加载，其中显示界面模块、按键模块将参与第二部分设备文件选。3．2多设备文件加载要控制人员根据手套机的结构对选针模块、软轴控制模块、纱线模块设备进行二选一，依次运行needle_dev_selsect．c，flexible_dev_selsect．c，yarn_dev_sel-sect．c进行设备选择，同时在子shell脚本中/glove_selsect．sh记录设备选择。3个模块的设备选择完毕，以“(/glove_selsect．sh)”启动子shell脚本，进行设备文件加载。以纱线模块的yarn_dev_selsect．c为例，流程图如图5所示。3．3主程序glove．c调用在底层中已完成设备与驱动的隔离，启动文件已将所需设备加载，故glove．c主程序仅对手套机6个模块对应驱动调用，其所做完全与具体设备无关，从而实现手套机的模块化，手套机与主程序流程图如图6所示。

4结束语

随着手套机的机电一体化水平的提高，手套机的一些子控制系统由传统的机械型转化为机电结合型，而且电控比重越来越大，甚至有超过机械部分的趋势。虽然电控型有着结构简单、操作灵活等优点，但传统的机械型有着稳定的优点，故两种类型各自占据市场的一定比例。本研究将手套机的主要部分模块化，使现有常见的不同子控制系统的手套机可以使用统一的主控程序。基于Linux系统，本研究设计了模块化手套机控制系统;基于总线—设备—驱动结构，该系统将传统的手套机控制部分划归为6个模块，并针对每个模块编写通用的驱动，实现多种同类设备控制。通过对手套机的模块化，使应用层手套机主程序与底层分离，减少因手套机机械结构的变动带来软件上的修改。该设计已实现模块化手套机控制系统的基本功能。利用该设计所提出的模块化思想，可对手套机新、旧子系统在软件上的兼容性问题提供良好的解决办法;使手套机不再因为部分子系统的改变而带来整个软件系统的改变。