一、模块化设计思想概述
目前，在许多行业中（特别是在机床设计、夹具设计领域中），无论从技术上还是从经济上，模块化设计的原理和方法都取得了丰硕的成果。这一概念已经用到了各个领域，在制造业中模块化得到广泛的应用，运用模块化对产品进行生产和管理，不但可以节省人力物力，更重要的是提高生产效率，满足客户的需求，适应生产的发展。
在当今这个追求创新、高效、个性的时代，问题变的越来越复杂，要求问题的处理速度，处理质量也越来越高，那么应该怎样又快又好的解决这个难题呢?作为解决复杂系统问题的有效工具，模块化理论在社会实践中被广泛的应用。至今，模块化理论在计算机信息、汽车制造等领域有较多的应用，相信随着时代的进步，模块化应用于企业经营管理、机构设计等方面必将成为管理学发展的必然趋势。现就从模块化的概念、模块化设计 、模块化生产和模块化管理等几个方面解读一下模块化的理论与应用。
1. 模块化的概念
模块化概念是指在减速器设计过程中对整个减速器结构进行分解，形成若干个各自独立而又相互联系的分系统，即模块。这些模块中包含（减速器的几个模块）等部分，模块的形式可以是减速器的某一大部件，也可以是整个减速器的一部分，还可以是减速器的某些附属设备,目前模块化概念在各类机械产品设计中已得到了普遍的应用，其优点如下：
(1) 减速器组成简单化。只需将各个模块接口组装在一起，即可构成整体减速器；
(2) 缩短产品的设计和制造周期。有利于降低产品成本，提高产品质量，大大提高了企业的生产效率。
(3) 互换性能强。相同类型的减速器对应部分的模块可以互换；
(4) 易于维修保养。在结构出现缺陷或设备出现故障时，只需将所在的模块拆下来进行处理 而不需对整车进行作业。
在机械产品中所谓模块就是一组具有同一功能和结合要素，但性能和结构不同，却能互换的单元。模块化设计是将产品上同一功能的单元设计成具有不同性能，可以互换的模块，选用不同的模块即可组成不同类型，不同规格的产品。
在机械生产中，若仍采用传统的单一产品设计方法是远远满足不了市场多样的需求的，会被激烈的市场竞争所淘汰，产品的综合设技术经济效益也很难得以提高，产品质量也很难达到消费者的满意程度。采用模块化设计不失为解决上述问题的最佳选择。
2. 模块化设计
所谓模块化设计，简单的说就是将产品的某些要素组合在一起，构成一个具有特定功能的子系统，将这个子系统作为通用性的模块与其他产品要素进行多种组合，构成新的系统，产生多种不同功能或相同功能、不同性能的系列产品。
模块化产品设计方法的原理是，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构成不同的顾客定制的产品，以满足市场的不同需求。这是相似性原理在产品功能和结构上的应用，是一种实现标准化与多样化的有机结合及多品种、小批量与效率的有效统一的标准化方法。模块化设计有下列四种方法：
（1）横系列模块化设计
所谓横系列模块设计是在不改变产品主要参数的基础上，利用模块发展变型产品横系列模块化设计方法最普遍、最简单，它常是在基型品种上更换或添加模块，形成新的变型品种。
（2）纵系列模块化设计
纵系列模块化设计是指对不同主要参数的基型产品进行模块化设计，设计比较。纵系列模块系统中产品功能及原理方案相同，结构相似，但随着主要参数的变化，不仅尺寸规格改变，而且动力参数也相应变化。因此当主要参数变化较大时，必须对纵系列产品划分合理区段，同一区段模块通用。
（3）全系列模块化设计
全系列模块化设计中包含了纵系列与横系列两种模块化设计。
（4）跨系列模块化设计
跨系列模块系统中具有相近动力参数的不同类型产品，跨系列模块化设计有两种模块化方式：一种是在相同的基础件结构上选用不同模块组成跨系列产品；另一种是在基础件不同的跨系列产品中具有同一功能的零部件选用相同功能模块。
3.模块化设计的特点
（1）加速了产品设计和制造的周期
（2）缩短产品的设计和制造周期
（3）有利于降低产品成本，提高产品质量
（4）互换性强，维护方便
（5）性能稳定可靠
4. 模块化生产
模块化生产作为一种生产方式具有悠久的历史，人类在一百多年前就已开始采用这种生产方式，由于该生产方式通过将生产流程分为一系列既独立存在，又相互联系的子模块，从而使得制造复杂产品变得容易。例如在当今的汽车、电子产品以及其他结构复杂、技术含量高的领域，模块化生产得到了充分的应用。这些厂家通常是通过在不同的地点，不同的厂家生产不同的零部件，然后总装在一起。这种生产方式的好处在于大企业不但改变了自己“大而全”的生产方式，减少了企业员工数量，提高了生产效率，并且通过寻找不同的子模块，可以从中挑选价格最低的，大大降低了生产成本，并且由于子模块的专业化生产，使得产品质量得到保障，产品的创新速度进一步提高。
二、设计流程
减速器是机器的动力模块与执行模块之间的独立机械传动装置，它起到降低转速和增大转矩的作用。减速器的组成主要有传动零件、轴承、连轴器、轴承盖、箱体等。
通过对减速器功能的分析，建立模块化设计系统的流程图，如图所示： 三、功能模块图
模块化设计方法的关键是进行模块划分，在进行模块划分时，要以产品的功能分析为基础，并考虑制造和管理过程的便利性，因此需对系统进行仔细的功能和结构分析。
结合减速器的特点将减速器的模块划分如图所示： 四、设计方法及过程
减速器模块化的具体设计过程包括：确定相似比---基型设计---系列设计
1. 确定相似比
根据市场要求和用户使用要求来确定减速器系列的系列型谱及主要参数，根据市场调查并参照有关减速器产品样本的技术数据，结合我国现行的通用减速器产品的标准，确定各级减速器中心距和传动比Φ均为1.12，即采用R20系列。
2. 基型设计
基型设计是在系列减速器的中档选择某一最具代表性的减速器，进行精心设计，以确定最佳的基型（原理方案、参数、材料、尺寸等），基型的参数、尺寸应尽量选用标准值。
2.1 齿轮模块设计
在设计各级传动中的齿轮的技术参数时，应尽可能提高各系列的箱体中齿轮的互换程度。以单级减速器的传动齿轮副为基本模块，二、三、四级齿轮传动模块从单级齿轮模块中选取。
对于机座号相同的齿轮箱，二级的低速级也是三级的低速级，三级的后两级也是四级的后两级。以尽量减少齿轮模块的种类提高模块化程度，实现批量生产。
2.2 轴的模块设计
轴的模块化设计主要根据与其装配关系的零部件确定。在中心距相同而传动比不同的情况下，尽可能选用结构尺寸相同的轴，至少保证齿轮、轴承、端盖、密封等安装处的直径和长度均应相同，以保证轴承、端盖和密封等模块的通用性。
2.3 箱体模块设计
将箱体设计成长方体，各个端面均可以固定。平行轴和直角轴的三四级均可用一种箱体模块。在平行轴系列设计中当只有三级传动时，箱体的高速级孔可不必镗出或用堵头封住。当需要用直交轴时，将侧面镗孔作为高速级，不装齿轮的多余空用端盖加封。由于减速器末级的中心距决定了箱体的尺寸和承载大小，在结构设计时以末级齿轮为基础往前推其他功能模块。
2.4 校核计算
完成结构设计后，要进行必要的校核计算，如轴的强度校核、轴承寿命的计算、箱体的强度、刚度分析等。
2.5 干涉检验
完成基型各模块的结构设计后，要检查干涉情况。
3. 系列设计
已知基型的参数、尺寸和相似比后，在基型设计的基础上，通过相似原理，根据基型扩大计算公式和缩小公式求出该系列中其他减速器的参数和尺寸，较快的完成全部系列设计，并要检查各模块是否便于加工、装配、维修，以及是否符合规定的范围如不符合则应进行修改，直到符合要求为止。
五、模块化设计总结
企业采用模块化设计技术进行减速器设计，能够大大缩短产品设计和试制周期，提高产品的性能和质量，加速响应市场变化，使产品更具有市场竞争力，产品品种具有更大的适应性，以满足用户的不同使用特性和企业的生产批量要求。同时有利于减速器的维修、升级和再利用，进而提高了产品的综合经济效率。
减速器模块化设计的主要缺点是超性能设计，例如在进行轴和箱体的设计时，不能应为较少的差异就另行设计，而应尽可能采用较少种类的模块。这样在节后设计上出现了超性能设计，而且随着生产批量的增大，这种超性能设计所带来的经济损失也越大，即使对某些零件采用分段设计业难以避免这一问题的存在。所以在设计时要认真权衡有模块化设计所带来的经济利益与由此而造成的经济损失之间的利弊。
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