模块化设计技术十篇

模块化设计技术篇1

摘要：

随着我国社会经济的快速发展，科学技术水平的日益提高，我国制造业发展水平也日益凸出，其中，飞机制造水平已经取得了长足的发展。飞机装配型架作为飞机制造水平的关键指标，在整个飞机研制过程中起着相当重要的作用，其设计结构决定了工装制造的周期与费用，进而影响着飞机研制的成本和周期，同时也对产品装配的准确度与协调性起着决定性作用，最终影响飞机制造的整体质量。

关键词：

飞机装配；型架设计；模块化设计

飞机装配主要是通过将产品零件结合相关的设计要求和技术指标进行组装，最终形成装配件和整机的过程，其产品尺寸、零件数量及形状复杂程度等影响着飞机的制造工作量，所以对机装配技术的提高越来越得到飞机制造商的广泛关注。由机零件制造和装配精度都有很高的要求，制造和装配过程中的难度很大，装配型架作为飞机装配必要的工艺装备，在保证飞机质量稳定性和可靠性等方面需要进行严格的要求，飞机制造质量与装配型架的设计和制造过程息息相关，而且是把握产品质量的唯一尺度，直接影响着产品制造和装配的精度，所以本文对飞机装配型架模块化设计相关技术的研究分析具有重要的现实意义[1][2]。

1传统型架的设计方法

对于传统型架的设计方法，通常可以分为设计前期准备工作、方案设计、详细设计和最终设计等四个阶段。工装设计人员还应结合以往的设计经验和具体要求对工装的强度和刚度进行校核，在保证工装功能的同时还要尽可能的节约材料，确保产品装配的协调性。对于前期准备工作，主要包括熟悉产品图纸等设计资料，了解工艺方案和装配方案，考虑是否采用标准工装和模线样板作为协调依据，以保证产品的制造精度和互换协调性。在装配型架结构方面通常采用刚性结构，每套型架只用于一个装配对象，所以飞机制造过程中装配型架的数量很多。型架上安装有多个定位器，以保证产品装配的精度和结构的稳定性。通常而言，飞机的研制周期需要占飞机研制周期的一半以上，因而，装配型架对缩短整个产品的研制周期具有重要意义[3]。在产品设计完成后，都希望飞机生产用工装能够快速投入使用，而对于型架的结构数据，又需要标准样件和模线样板协调。传统的型架设计通常在产品设计完成后才进行，采用串行的设计制造方法，大大延长了整个工装的研制周期。

2现代装配型架设计的新技术

随着科技的快速发展，市场竞争的日益激烈，各国在航空制造领域都取得了快速的发展，传统的型架设计方法在成本、质量、周期、环保、服务等方面已经无法满足市场发展的要求，设计师通过不断研究新的设计方法和工具来提高工装技术水平，减少制造周期和成本，其中，并行设计方法使得产品设计的工艺性得到了很大提高，也大大缩短了工装设计周期，智能设计系统和有限元分析使零件和组合件的设计达到了很高的精度，优化了装配型架的结构。

2.1飞机结构和工装的并行设计方法

工装和产品并行设计的一个基本思路是改变传统的工装结构，将其划分为独立于产品设计数据或只需要基本数据的标准结构和依赖于最终产品数据的专用结构两部分[4]。装配型架的标准结构部分主要有立柱、底座、辅助支撑等，标准结构尺寸相对较大，需用专用大型加工设备，制造周期长。专用部分主要有卡板、接头定位件等，专用件一般尺寸较小，设计、制造周期短，不需要专门的大型专用设备。因此，在产品设计的初期就可以进行工装标准结构件的设计与制造，当产品最终版本发放后，只需设计制造专用结构就可以进行型架装配了。

2.2装配型架的柔性设计方法

柔性装配工装是基于产品数字量尺寸协调体系的、可重组的模块化、自动化装配工装系统。提高工艺装备“柔性”的方式有三种，一是拼装型架方式，用标准化、系列化的型架元件来拼装型架，实现工装快速设计与制造；二是可卸定位件方式，即型架骨架基本不变，而分布于骨架上的定位器做成可拆卸的，当产品对象发生变化时，只需要更换定位器；三是通过数字化技术、模块化结构和自动控制技术，使工装具有快速重构调整的能力，一台工装可以用于多个产品的装配[5]。柔性工装的快速重构功能使飞机工装的设计制造等准备周期大大缩短，同时其“一架多用”的功能大幅减少工装数量及占地面积，具有很好的经济效益。

2.3装配型架的内定位装配设计方法

所谓内定位装配设计方法，指的是在刚性较好的骨架零件上预先制出坐标定位孔，装配时在装配型架中以骨架零件上的坐标定位孔按相应定位器进行定位的一种方法。装配型架结构设计可以大量采用孔定位件。在刚性好的结构件上，直接利用结构孔定位或者事先在结构件上留取工艺孔。此外，型架的整体结构可以采用多支点可调支撑形式，以便将地基的不均匀变形对装配型架精度的影响限制在局部范围内。这是一种“以动制动”的制约方式，型架结构也变得轻巧，焊接框架的截面尺寸普遍减小。另外，采用多支点可调支撑给吊装、搬运带来很大的方便。

2.4装配型架的数字化设计方法

装配型架的数字化包括数字化设计、数字化制造和数字化检测。型架的数字化设计是指在三维环境下，进行型架结构的零组件设计和数字化预装配。数字化制造是应用数字化设计的工装模型，采用数字化加工设备，对工装的关键特征型面、互换协调交点等进行加工和装配。数字化检测则是采用数字化测量设备对型架进行检验测量[6]。装配工装采用数字化设计，是依据产品外形数模和结构模型，利用设计软件在计算机上进行工装三维模型的数字化定义，应用有限元软件进行工装刚度强度校核，应用仿真软件对产品装配过程进行模拟，从而避免工装结构刚性不足或刚性过剩，消除工装结构与产品的干涉以及装配不协调问题。

2.5装配型架的模块化设计方法

型架的模块化设计是基于工装设计的各种数据库的建立和完善，包括标准件库，工艺数据库，工装典型结构库，参数化模型等。模块化设计对提高工装设计效率是一条简单而有效的途径。此外，针对所使用的设计软件开发辅助设计工具，将设计师从繁琐的操作和重复劳动中解放出来，对提高设计效率也是非常有效的。在数据库的开发过程中，应充分考虑目前工装设计的主流平台，使不同的系统能够互相无缝连接。

参考文献:

[1]李庆利.飞机装配型架快速设计技术研究与实现[D].南京:南京航空航天大学,2012.

[2]刘平,魏莹,邱燕平.现代飞机装配型架设计新技术[J].洪都科技,2007(3):17-21.

[3]邹仁珍.飞机装配型架设计约束求解技术研究与实现[D].南京:南京航空航天大学,2009.

[4]丛培源.数字化测量技术在型架装配中的应用研究[D].杭州:浙江大学,2015.

[5]张云华.飞机壁板装配柔性工装设计与优化技术研究[D].沈阳:沈阳航空航天大学,2014.

模块化设计技术篇2

【关键词】能力本位 应用化工技术 课程体系 模块化设计

一、高职课程体系整合的原则

1.培养高技能人才的原则

高职教育课程体系的整合主要体现在对课程目标确立、课程内容选择、课程模式设计及课程评价等方面。以就业为导向的课程体系的整合必须在深入了解市场,准确把握市场对高技能人才在知识、能力、素质等方面的具体要求后,从传统的学科式课程模式框架中走出来,真正做到从行业实际需求出发,达到高技能人才培养的要求。

2.课程知识和技术多元整合的原则

高技能人才需要具备较强的综合职业技能,要运用多元整合的策略思想,形成以应用性、技能性为特色的高职课程内容体系。贯彻多元整合的策略思想,要求打破原有课程、学科之间的壁垒和界限,以技术应用能力的培养为核心,以目标培养的实际需要作为内容取舍和结构组合的标准,分析相关的知识要素和技能要素,对课程内容做纵向和横向的整合,不求学科体系的完整,强调课程内容的应用性、必需的基础性和课程内容的综合性。

3.课程体系整体优化的原则

实现整体优化首先要明确知识、能力、素质之间的比例关系。要根据人才培养目标的要求找到三者之间最佳的结构平衡点,使学生的知识、能力、素质得到协调发展。协调课程与课程之间的关系。不同的课程对培养目标所起的作用不同,要明确核心课程、支持课程、基础课程、特色课程之间的关系,并体现在课程体系中。

4.理论教学“必须、够用”的原则

高职的理论教学特别强调理论要为实践服务。以指导实践,提高技术应用能力为目的,坚持理论教学以"必须、够用"为原则,有利于学生用科学的技术理论指导实践和实践操作。因此,课程体系应对理论教学进行大胆改革和重组,取消与专业实际技能培养关系不大、理论性过强的课程,对一些与专业相关的课程进行内容的调整与合并,增设反映新技术的技能课程和过程性课程。

5.重视特色课程的原则

高职的人才培养要为区域经济服务,课程体系的特色主要体现在与区域经济的结合上。区域经济结构不同,产业布局不同,经济发展水平不同,对人才的类型要求、专业要求也不同。满足区域经济发展对人才的特定要求,创建特色课程,构建产学结合的课程体系是值得探索的主要途径。

6.适应职业结构与岗位的变化的原则

高职课程体系具有一定的弹性和灵活的调节机制,能对整个社会的经济、科技的发展与市场需要做出快速反映,根据实际需要及时在内容上吐故纳新、在结构上调整组合、在评价上动态反应。知识经济促进了科技的进步和社会产业结构的调整,造成了职业结构和劳动岗位内容的不断变化,而且这种变化的速度愈来愈快。高职课程体系及时反映这种变化,具有自我调整自我更新的能力。

根据以上原则,我们认为“宽基础、活模块”的课程体系适合以全面素质与综合职业能力的培养为核心,以岗位技能训练为特色的高职教育要求。“宽基础、活模块”的两段结构,呈现出与其他课程模式不同的结构特征。宽基础部分作为横向的课程集群,其学习内容不针对某一特定工种,而是针对一个职业内的一群相关岗位所必须的学识和能力,将工作性质相通的若干个岗位集合为一个群,着眼于一个职业岗位群所需要的通用知识的获得和通用职业能力的训练及学习能力获得。“宽基础”阶段侧重于全面素质与关键能力的培养,着眼于奠定发展后劲的基础。“宽基础”对全面推进素质教育,树立以能力为本位的新观念,增强学生的发展后劲具有极大的促进作用。活模块部分作为纵向课程集群,强调针对特定的岗位对从业者的具体要求和从业能力,追求教学内容与特定岗位需要的一致性。其任务为:一是岗位专项技能的训练,使学习者具备顶岗能力:二是在专项技能训练的过程中兼有提升学习能力的功能。“活模块”阶段注重专项能力、综合能力、适应市场变化的跨岗能力及个性特长的培养,着眼于就业适应性的培养,立足于市场经济和人才的需求。

二、通过社会需求分析确定能力本位的应用化工技术专业模块化课程体系的结构

德州职业技术学院应用化工技术专业从2005年开始筹建,2006年招生。专业设立之初我们对山东省及周边地区多家企业进行调研,发现电池行业由于能源危机的影响焕然一新,它集技术、资金、劳动密集于一身发展迅速。

通过电子邮件的方式发放调查表,就应用化工技术专业学生的知识和技能与就业状况的关系进行调查。初步结论是:文化素养和专业基础理论有利于学生的自身发展和自主创业,专业技能的高低和宽窄决定学生的就业质量和就业面。高职教育不仅要让学生掌握一定的文化知识,更重要的是要培养学生的专业技能。在实际教学中,我们感觉到模块化课程的教学体系能从整体上有针对性的培养学生的专业技能,并且富有成效。因此,创建以能力为本位的应用化工技术专业模块化课程体系是培养高职学生专业技能的有效途径,这也正是高职教育区别于其他各类普通高等教育的重要标志。我们还重点调查了毕业生的就业层面,它们主要涵盖在这样一些领域:企业的产品生产、质量检测、分析化验、技术开发、技术管理以及产品的营销和售后技术服务等。我们把这两项调查结果与模块化课程体系的建设挂钩,具体做法是:从学生的就业领域和就业岗位出发建立与就业岗位对应的能力模块,再根据能力模块的内涵来决定课程模块的数量和内涵以及每门课程及每个课程模块的培养目标。这样构建课程模块有利于我们集中时间和精力有针对性地传授知识和培养学生的能力。

三、课程体系整合方案

高技能人才培养的核心问题是课程的设置与体系的整合问题。因此,我们以高职课程改革为突破口,依据高职课程体系构建的原则,构建了以职业技能为核心的“宽基础、活模块”结构的高职课程体系。这一课程体系由职业公共课模块、职业能力课模块、集中实践模块、人文选修模块组成。

1.职业公共课模块

主要为大学生提供必备的科学、人文、身心等方面的基础知识,重视培育学生的人文素养和科学素养,是职业高校区别职业中专的重要标志之一。主要包括高等数学、大学英语、思想政治理论课、体育等课程。该模块以“必须、够用”为原则。

2.职业能力课模块

首先针对职业所需,确立核心课程。核心课覆盖该专业对应职业岗位群需要的最基本、最主要的知识和技术,教学上侧重于技术方法的讲授。保证学生有足够的时间和条件学好这些课程,掌握本专业必备的知识和技术。围绕着职业能力核心课程,开设专业技术、职业考证、职业方向等课程

(1)专业技术模块

各专业除了核心层以外需要开设的专业技术课。这是对核心技术课程所需专业知识的强化、拓宽和补充,以使学生进一步深入理解本专业的核心技术课,强化技术操作,以熟练和丰富技术操作经验。

(2)职业考证模块

职业考证模块保证职业资格的获取,落实双证书制度。这一模块重视职业技能的考核,将职业考证的相关课程尽可能融入培养计划之中。该模块课程由经验丰富的教师指导,从而有利于学生取得相应的职业资格证书这是强化培养学生的动手能力、操作技能的课程,重在职业基本技能。

(3)职业方向模块

职业方向课模块以当前职业岗位的需求为依据,每个专业设立3个左右的专业方向,在第四学期按照学生的学习兴趣和基础对他们进行分流。此模块侧重对学生进行有针对性的专项培训,以适应多层次岗位的需要。

3.集中实践模块

这一模块的课程强调实训、职训等实用性操作训练,以满足第一线应用技术人才的实际需要。

4.人文选修模块

以人文课程为主,兼有科技、管理、文体类等课程,为学生多方面个性发展提供帮助。

四、“宽基础、活模块”课程体系的特点与应用效果

“宽基础、活模块”结构的课程体系特点是:这种课程结构模式灵活性大、针对性强,可以通过调整不同模块的组合,及时实现专业方向的调整,满足各种教学计划需要,并保持自身的完整性与稳定性,灵活地实现教学内容的新陈代谢,使教学要求与社会的发展变化基本上保持同步。各模块均紧紧围绕职业技能这个核心,体现出:“职业技术核心”、“动手能力优先”和“注重人文和科技素养”的高职课程的设计原则,贯彻了从高职学生发展实际出发,“以学生为主体”的教育理念。新的课程体系是在适应地区经济社会发展需求的前提下,按照用人单位对毕业生的技能要求,设计合理的岗位技能或行业技能的培养目标。这一目标由一组相近的专业岗位综合技能课程或若干个相应的岗位证书课程所组成,这些课程包括相应的实训课,以及参与实际生产或社会服务、实际运作的实战训练,从而使学生在毕业后实现与企业零对接的要求。

参考文献:

[1]王歧奖.课程结构与教学模式整合研究[J].教育科学研究, 2002, (4).

[2]张尧学.全国高职高专教育产学研结合经验交流会论文集[C].北京:高等教育出版社, 2003.

[3]晓明.整体性课程结构观与优化课程结构的新思路[J].教育理论与实践, 2004, (5).

[4]黄尧孝.构建高等职业教育课程体系的理论思考[J].职教论坛, 2005, (5).

[5]郑晓梅.论高等职业教育课程目标的价值取向[J].职业技术教育, 2003, (19).

[6]卢学红.高职课程体系改革的目标与思路[ J].职教论坛, 2004, (1).

模块化设计技术篇3

关键词：模块化；机械设计；数控加工中心；应用

引言：随着我国经济发展水平的日益提高，我国数控加工技术得到了突飞猛进的发展，在对数控加工技术进行分析时，模块化机械设计是必不可少的。根据系统功能的不同，在进行设计时可以分解成若干个模块。而通过对不同的模块进行组合后，可以产生不同规格和品种的产品，这也是模块化设计的主要内容。

在对机械产品进行设计制造时，需要与成组技术和计算机技术等相关技术进行必要的结合，然后对同一功能的单元进行有效的设计，从而可以设计出可互换且性能不同的模块。这样一来，就可以形成不同规格的产品，利于产品的重新生产和应用。这也对机械设计的发展及其创新有着非常好的促进作用。

本文就对模块化的设计的相关问题进行分析，然后对模块的划分以及模块化的技术的应用进行了相关的阐述，然后对模块化机械设计在数控加工中心的应用体会及发展趋势进行必要的分析。

1.模块化的概念分析

模块化设计需要考虑很多的问题，首先其要保证设计的灵活性，要重视管理与制造的便利性，从而能够更为有效地控制设计制造过程，避免出现混乱。另外，在设计时还要考虑模块系列的扩展及变型产品的辐射。正因为如此，在设计过程中一定要对结构要素和功能要素加以考虑。用科学合理的方式来划分具体内容，被划分的模块要具有完整性和独立性的特点，这样才更加有利于模块借口的分离和联接，想要做到这一点，就要有效控制模块的数量，确保模块结构的规范性让所有模块之间的联系更加简单、稳定、

值得一提的是，在进行模块化设计时，一定要重视模块的组合，要重视相同模块的互换以及不同功能模块的组合等，这些内容往往体现在接口上，因此人们对模块的规范化和标准化提出更高的要求。

在模块化设计过程中，要先对设计的产品进行分析，拟定出产品的系列频谱，然后通过对产品的结构和功能进行分析，确定重要的参数，然后对产品的模块进行更为合理的划分，使模块的结构更为有效

2.模块化设计技术在数控加工中心的应用体会及发展趋势

基于我国数控加工技术的发展以及模块化设计的日益完善，对模块化设计技术在数控加工中心的应用进行分析，可以更好地明白模块化设计的重要内容和发展趋势，从而为我国数控技术的发展提供有利的依据同时也可以进一步完善模块化设计技术。

2.1.模块化设计技术在数控加工中心的应用体会

2.1.1.数控立式车床模块的划分

在对模块划分时，一定要充分考虑车床的模块化要求和结构形式，要对独立的功能单元进行分析并将其作为模块来让分解功能单元更为独立，形成更为有效的搭配和拼组形式，让整个操作过程更加简便和多变，进而为车床生产提供更为有效的支持。不仅如此，还要让部件模块形成一个更为完整的整体，保证装配质量。此外，还要进一步促进部件不同性能及用途的更好发挥，让功能更加细化。这样一来，就可以让整个组合方式更为灵活。值得一提的是，在对模块进行划分时，一定要对机床大件的模块化设计进行足够的重视，要有效规划大件的结合要素，从而让分离和联接更为简易、高效。另外，在对模块设计时还要留有空间，为新技术的引入打下基础。

2.1.2.车床的模块划分

分解总功能，其功能与实现功能的模块具有一定的对应关系。如通过单一模

块促使某一功能的实现；多个模块共同促使某一功能的实现；某一个模块促使多

个功能的实现；其分别为一一对应关系、单对多的关系、多对单的关系。

依据模块与功能的映射关系，对数控立式车床的结构型式及特点进行考虑，通过模块划分原则的运用，可对通用的模块进行划分。其可分为监测模块、辅助模块、支承模块、执行模块以及传动模块，同时还能够继续进行细化和分解。分析同一功能的模块，其结构与用途存在着差异而，而相同接口结构模块的形成，

在结构模块的组合过程中，可以促使不同性能与用途的数控立式车床产品的设计

和制造。

2.2.模块化设计技术在数控加工中心的应用的发展趋势

通过上述分析可以知道，模块化设计技术在数控加工中心的应用的发展趋势

会朝着规格化、通用化、标准化程度发展，未来在对模块化进行设计时，要更为重视产品的规格，要让整个设计生产更为统一，形成一个统一的标准，从而使生产更为高效。更进一步来讲，整个设计生产更为统一可以使模块的互换变得更为可能，其机械化设计与制造水平也会得到进一步提高。

另外，模块化设计技术在数控加工中心的应用会更加重视简便化，这样就可以让部件模块形成一个更为完整的整体，保证装配质量，让功能更加细化。这样一来，就可以让整个组合方式更为灵活，让分离和联接更为简易、高效。此外，未来的模块化发展过程中，产品的精度和性能也会朝着更为稳定的方向发展，这样就可以让生产成本得以降低，提升生产的效益和效率。

结论：总之，在对模块化产品进行设计应用时，一定要重视对产品的精度和性能的提升，让产品更为精细，让其性能更加稳定，这样就可以让产品生产更为低廉，使机械产品的结构更为简单。另外，当产品的设计规格更为标准化和通用化时，可以更好地提升模块的互换性能，进而让机械化设计和数控车床生产水平得到很好地提高。

参考文献：

[1] 张丽，林世婷.基于模块化技术的袋装机设计方案评价系统[J].中国制造业信息化，2007（19）.

模块化设计技术篇4

关键词：模块化设计；功能模块；机械设计；应用

Abstract: This paper analyses the close relationship between the modular design and modern technology, and module dividing vertical CNC lathe to illustrate the application of the modular design method in the mechanical design.

Key words: modular design; function module; mechanical design; application

中图分类号：TG518 文献标识码：A文章编号：

1、 模块的划分与模块化设计方式

1.1模块划分、接口标准化与组合性和可互换性

模块划分的好坏直接影响到模块系列设计的成功与否。既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）模块间的接合要素便于联接与分离；（4）模块的划分不能影响系统的主要功能。

模块划分原则是：（1）力求以少数模块组成尽可能多的产品；（2）在满足要求的基础上使产品精度高、性能稳定、结构简单、成本低廉；（3）模块结构应尽量简单、规范，模块间的联系也应尽可能简单。

模块化设计所依赖的是模块的组合，即结合面，又称为接口。显然，为了保证不同功能模块的组合和相同功能模块的互换，模块应具有可组合性和可互换性两个特征。这两个特征主要体现在接口上，必须提高模块标准化、通用化、规格化的程度。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；在计算机行业中，由于采用了标准的总线结构，来自不同国家和地区厂家的模块，不断进行精心改进和研究，促使计算机技术达到空前的发展。

1.2模块化设计方式和模块化系统

1.2.1 模块化设计的主要方式

（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。

1.2.2模块化系统的划分与功能介绍

按产品中模块使用多少，模块化系统可分为纯模块化系统和混合系统———由模块和非模块组成的模块化系统，机械模块化系统多是这种类型。按模块组合可能性多少，模块化系统可分为：闭式系统，设计时主要考虑到所有可能的方案；开式系统，设计时主要考虑模块组合变化规则。模块要实现一定功能，整个产品系列功能和相应的模块类型如图1 所示。

基本功能是系统中基本的、经常的、重复的、不可缺少的功能，在系统中基本不变的功能。相应模块称为基本模块。

辅助功能主要指实现安装和联接所需的功能。相应模块称为辅助模块。

特殊功能是表征系统中某种或某几种产品特殊的、使之更完善或有所扩展的功能。相应模块称为特殊模块。

图1 模块化产品系统中功能和模块类型

适应功能是为了和其它系统或边界条件相适应所需要的可临时改变的功能。相应模块称为适应模块。

用户专用功能指某些不能预知的、由用户特别指定的功能，该功能由于其不确定性和极少重复，由非模块化单元实现。

2、模块化设计的步骤

模块化设计分为两个不同层次，第一个层次为系列模块化产品研制过程，如图2所示。第二个层次为单个产品的模块化设计，如图3 所示。总的说来，模块化设计遵循一般技术系统的设计步骤，但比后者更复杂，花费更高，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：

图2模块化产品设计过程 图3模块化系列产品研制过程

（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）确定参数范围和主参数；

（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。

3 模块化与其它现代技术的结合

3.1 模块化与成组技术在对事物的处理上的共同特点

模块化与成组技术都是针对现代生产的多样化提出的。成组技术主要以零件在形状、工艺上具有的相似性为其理论依据，研究并利用有关事物的相似性，把相似的问题归类成组，通过对相似零件的标准化和规范化处理，以达到“使小批量的产品具有流水作业的生产方式”的目的。而模块化技术也是追求“小批量的系统（产品），中批量的子系统（模块），大批量的元素（零件）”的效果，也利用机床部件在功能上的相似性，把那些具有相似功能的部件经过统一、归并和简化而形成模块。两者在对事物的处理上有以下共同点：集中处理具有相似性和重复性的事务；把具有一定相似性和重复性的事物标准化、规范化；信息的重复使用。成组技术在结合计算机技术的条件下，在工艺设计和制造中取得了很大的进展。模块化技术也将具有这个特点。

3.2 模块化与柔性制造技术

柔性制造技术以生产多样化、快节奏为目标，强调系统对生产反应的灵活性和自身的多变性和可变性。模块化正好为实现柔性技术这一要求提供了现实依据，模块化技术在利用通用模块解决机床共性之后，集中精力解决个性问题，并用“以最少的模块组合成最多的机床”这一指导思想来实现多样化的要求，当以机床为生产工具时，则利用其模块的特性，一机多用，一模多用，通过机床模块的重新组合，达到系统的柔性要求。应用模块化技术，从硬件上实现系统的柔性是目前国内外制造业的一个重要研究方向。

3.3模块化与计算机辅助技术

将计算机辅助技术（CAD、CAPP、CAM）和数据库技术引入模块化技术，在一定程度上替代人类完成大量人工无法完成的复杂计算和重复性工作，且在稳定性、一致性、条理性等到方面超过了人类。另一方面，通过模块化方法，把复杂系统分解成相对简单的子系统，对各子系统应用计算机技术，可充分发挥计算机的强大功能。

4 模块化设计技术的应用

数控立式车床的模块划分是指对机床进行功能分析与结构分析，合理划分具有某一或某些功能的结构单元。因此，模块划分合理与否是模块化设计成败的关键。

4.1 数控立式车床模块划分原则

根据现有立式车床的结构形式和模块化要求，模块划分原则可总结如下：以独立的功能单元作为模块，即对于已分解的功能单元在结构上尽可能做到独立化，这样的模块易于拼组和搭配，便于构成多种变形产品；以部件作为模块，这样的模块具有完整性，容易保证装配质量；以组件作为模块，功能分解细化后，还可进一步将部件中的某些组件模块化，通过更换或取舍组件或一些零件，可以使部件具有不同用途和性能。这比更换整个部件要经济灵活。在模块划分过程中，还要重视机床大件（基础件）的模块化，大件的结合要素要规范，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。

4.2 数控立式车床的功能分解

在进行模块划分时，必须从数控立式车床的总功能出发，把总功能分解成相对独立的分功能，分功能继续分解至不宜再分时就构成功能元，功能元是组成总功能或分功能的最基本单元，常与一定的功能模块相对应。在进行总功能分解时，应考虑用户的要求和实现总功能所必需的分功能，由于用户条件各不相同，所确定的机床规格及性能也会不同，其模块的组成也会有很大的差异。对于单柱数控立式车床CK 系列来说，其总功能为车削，可以车削内外圆柱、内外圆锥、沟槽、平面、螺纹以及各种旋转曲面体。而对单柱数控车铣加工中心CX系列来说，除了上述的车削外，还必须具备有铣镗功能，这些功能可以按传动功能、执行功能、支承功能、辅助功能和监测等分功能进一步分解。

4.3 数控立式车床的模块划分

通过对总功能进行分解，可以看出某一或某些功能与实现某一或某些功能的模块存在对应关系。其中有单一模块实现某一功能，即一一对应关系；某一功能由多个模块来实现，即单对多的关系；某些多个功能由一个模块来实现，即多对单的关系。如图4所示。

模块化设计技术篇5

关键词：模块化设计 瓷片自动包装线 陶瓷装备制造业

0 引言

目前陶瓷企业瓷砖的包装已经有了自动包装生产线，然而对于瓷片（相对与瓷砖尺寸规格较小，材质特性易碎、易吸水）的包装仍然以手工包装为主，我国瓷片包装行业的人工包装，劳动强度大，生产效率低，包装成本高。

为了使陶瓷装备企业在市场竞争中处于有利地位，提高产品竞争能力，缩短研发周期与制造周期，减少制造成本，抢占市场。传统的包装机械设计方法已经不能适应多品种、小批量、高柔性、低成本的要求。模块化设计可以很好地解决产品品种、规格与设计制造周期以及生产成本之间的矛盾[1]。

1 模块化设计思想、步骤及关键技术

1.1 模块化设计思想

模块化设计是20世纪80年代初开始在我国受到重视，并逐步得到应用，形成了一种现代设计方法，它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产品，以满足市场的不同需求的一种设计和制造方法。

1.2 设计步骤

模块化设计以功能分析和模块划分为核心，根据市场调研结果对整个系列进行系列型谱制定，本质上是系列产品的研制过程，再根据用户的具体要求对模块进行选择和组合，并加以必要的设计计算和校核计算。总的说来，模块化设计的一般过程如图1所示。

1.3 关键技术

1.3.1 模块标准化

它是指模块结构标准化，尤其是模块接口标准化。模块化设计所依赖的是模块的组合。为了保证不同功能模块的组合和相同功能模块的互换，模块应具有可组合性和可互换性两个特征，而这两个特征主要体现在接口上。据统计，整机阻尼的70%，刚度的60%决定于接口[2]，但是对于大部分包装机械来说，因为进行包装作业时的工艺力一般较小，所以对阻尼和刚度上的考虑不占重要位置，而更加注重提高其标准化、通用化、规格化的程度。

1.3.2 模块划分

模块化设计的原则是力求以较少的模块组成较多的产品，并在满足要求的基础上使产品精度高、性能稳定、结构简单、成本低廉，且模块结构应尽量简单、规范，模块间的联系尽可能简单。因此，如何科学地划分模块是很有讲究的。模块划分太少不能体现模块化设计的优势；模块划分越细，通用化程度越高，同时由于模块数量的剧增，装配成本也在增加[3]。模块数量与成本和工作量的关系如图2。

从图中可以看出模块划分过粗或过细都会使成本和工作量增加，只有模块划分数为M时，产品开发的总成本最小。模块划分既要照顾制造管理方便，具有较大的灵活性，避免组合时产生混乱，又要考虑到该模块系列将来的扩展和面向专用、变型产品的演变。

2 设计实例

下面是模块设计应用于瓷片包装线的设计实例。

通过广泛的市场调研，最终以规格为300X450X10的瓷片作研究对象，用模块化设计方法设计瓷片自动打包线。首先了解人工瓷片包装线的组成部分，分析研究其各个部分的工作过程，将人工包装的各个工序进行功能分析，较全面的概括瓷片包装线所应具备的各项功能，并通过查阅大量资料，从产品外观

形态、功能分组、生产制造等诸多因素的情况下对瓷片自动包装线进行分解、合并，最终将瓷片自动包装线划分为前输送模块、对齐及包角模块、放隔板模块、水平捆扎模块、对齐及旋转模块、推箱模块、套袋模块、四工位假箱模块、套箱模块、接箱模块、封箱等组成部分。图3表示的是一条瓷片自动包装线的示意图。其工序过程就可由已划分的功能模块组合完成。这条生产线具有自动进行对齐，放包角，放隔板，套袋，套箱，封箱等功能，设备结构简单、紧凑，可靠、平稳，方便检修、维护，减轻劳动强度。

上述瓷片自动包装线划分的基本模块，还可以根据客户的不同需要，选择不同模块组合成不同功能的瓷片自动包装线。然后再设计传动系统，将机、电、光、气等技术进行功能组合，用PLC（可编程逻辑控制器）进行整线控制。

最后对划分的模块进行编码，编成图册，利用solidworks软件将所有模块输入计算机，建立瓷片自动打包线模块库。设计新产品时，可借助零件编码图册检索，避免重新设计已有或相似零件，提高产品的系列化、 通用化和标准化水平。

模块化设计在电子设备中应用广泛，其在计算机中的应用已趋于成熟，在汽车、飞机、造船、工业汽轮机等众多行业也有广泛应用。但在国内陶瓷装备行业，设计以着眼于单一产品为主，模块化设计尚不成熟，瓷片自动打包线在新型模块的研制，模块的科学划分、模块与模块间部件的标准化等方面还需要经一步研究。

3 前景展望

在设计时应大量采用标准的模块相互组合进行新产品的开发工作，再集中力量快速完成非标部分的设计，要充分利用三维设计技术来进行模块化设计，用产品数据管理（PDM）技术将这些模块合理有序的储存到数据库中。随着电子技术和计算机仿真设计的技术发展 ，采用虚拟设计、 虚拟制造 ，根据市场需求以及客户的实际要求尽量采用模块库中的模块 ，进行产品的模块化设计，再按照实际生产时的数据指标和可能发生的故障输入电脑 ，通过电脑模拟生产过程，估算出生产能力及次品率，以及各工作环节的匹配情况，生产瓶颈等，对生产全过程进行仿真。并可根据客户的意见作出调整直到满意为止。

虚拟化设计技术与模块化设计技术的融合将产生一种新的设计方法体系即：虚拟模块化设计。

4 结语

采用模块化设计方法设计瓷片自动打包线，缩短了研发周期，节约了设计和制造成本，实现了瓷片自动打包线功能多样性的要求，提高了企业竞争力，满足了复杂多变的市场需要。模块化设计可使设计人员集中精力设计新型模块，避免同样功能模块的重复开发。

参考文献：

[1]张兴国，刘明. 工业机器人组合式模块化结构设计研究[J].制造业自动化，2008（7）：30-32，74.

模块化设计技术篇6

【关键词】KBE；主梁设计计算；装配草图

0.前言

本以通用桥式起重机的主梁为研究对象，根据主梁金属结构的系列化和标准化特点，在KEB环境中，以VB为开发语言，SolidWorks为开发平台，采用参数化设计技术、装配草图技术、工程图调整技术，实现了主梁的设计计算、详细设计、工程图绘制和工艺表制作的集成一体化，开发了主梁参数化设计系统。

1.知识工程（KBE）

主梁KBE知识库在选择合适知识建模工具的基础上，采用参数化设计技术、装配草图技术、工程图调整技术，利用编程语言，将设计标准、手册、专家经验进行计算机化、格式化和标准化，生成主梁计算模块、详细设计模块、工程图调整模块和工艺信息模块，并应用数据库技术对这些模块知识进行有效地集成和管理，最终实现主梁KBE知识库的建立。

2.主梁参数化设计系统开发

2.1 主梁参数化设计流程

根据企业设计现状与实际需求，将桥式起重机主梁参数化设计系统开发分为以下几个步骤：①分析主梁结构，归纳总结，对主梁进行模块划分；②依据主梁的模块划分，建立不同类型的主梁零部件三维主模型、工程图模板；③依据起重机设计规范、起重机设计手册、设计经验等，建立主梁简化计算模块；④确定主梁的驱动、从动参数与关联规则等，完成主梁详细设计模块的程序；⑤根据主模型，完成模型驱动模块的程序；⑥完成工程图调整模块的程序，更新工程图；⑦针对主梁的制造的工艺流程，建立主梁信息表模块；⑧将主梁设计知识、工艺要求、主模型融合在一起，建立系统所需的KBE知识库。该系统利用VB、Excel、数据库，在SolidWorks上进行二次开发的。

2.2关键技术

2.2.1主梁简化计算

主梁是桥架的主要受力部件，它在垂直载荷作用下，按简支梁计算。主梁计算十分复杂和繁琐，为了方便、快速地计算主梁，根据《起重机设计规范》、《起重机设计手册》，利用Execl编制了一个主梁简化计算模块。除了验算对主梁的强度要求外，还应检验主梁的整体稳定性、局部稳定性和刚度是否满足要求。其中局部稳定性主要考虑主梁翼缘板和腹板的局部稳定和加强问题。当起重机的工作等级为A6—A8时，还要对计算点④、⑤在载荷组合I情况下进行疲劳计算。当满足上诉所有要求时，表明设计师设计的主梁符合工程要求。

2.2.2零部件建模方法

为满足对零部件参数化驱动的要求，同时建立的模型必须包含产品的全部信息，因此零部件建模的模型要符合以下几点：

（1）建模的每一步应尽量简单，这样修改模型方便简单，并不易出错。

（2）零部件间有相互关联的尺寸，尽量使用方程式建立联系。

（3）零部件的草图必须完全定义，同时草图之间要相互独立，从而保证零件的正确更新和自身的独立性。

（4）尽量利用零部件草图与上一级的装配体草图建立定位关系，这样可避免由个别的零部件错位而造成的装配体紊乱问题。

（5）为了方便模型的管理，利用自定义属性对零部件模型所需信息的添加。

2.3装配布局草图

传统的装配方式有两种：自顶向下设计法和自底向上设计法。自顶向下设计法先从装配体开始设计，根据产品功能和初步方案，设计出初略的装配，然后对零件进行详细设计的过程。自底向上设计法是先设计好各个零部件，再根据设计要求，设计并装配成产品的过程。

这两种方法各有优缺点，本文采用自顶向下和自底向上相结合的设计方式，采用装配布局草图技术，首先利用自顶向下完成产品的初步设计，再自底向上完成零部件的详细设计，最后自顶向下的完成产品的所有零部件模型。在装配与设计过程中，所有零件之间的定位，都是采用零件自身的建模草图和三个基准面与装配布局草图的几何要素进行定位。这样的装配方式可以尽可能的避免因零部件更新或发生错误而造成整个装配体的混乱，同时可以充分利用计算机的优良性能，提高设计效率。

2.4系统功能模块

2.4.1主梁计算模块

主梁计算模块是根据输入的主要参数，如额定起重量、跨度、工作等级、小车估计重量、起重机运行速度，利用《起重机设计规范》、《起重机设计手册》、经验公式等，计算主梁所需的截面尺寸，及强度、刚度、稳定性问题。当起重机的工作等级为A6-A8时，还需计算疲劳强度。为了使设计人员更好更快地完成对主梁的计算，利用Excel和Access技术，将起重机设计知识融合在其中，完成人机交互式界面。这样设计师只要在Excel表中修改参数，就能实现主梁的快速计算。

2.4.2详细设计模块

在主梁计算模块中，只计算了主梁的主要截面尺寸是否符合设计要求，细节尺寸并没有给出，如吊攀尺寸、主梁端部弯板尺寸等。详细设计模块的主要功能是根据主要尺寸，利用VB和Access建立人机交互见面，完成主梁全部零部件的详细设计工作，所有参数根据与三维模型的约束规则存入数据库。

2.4.3模型驱动模块

模型驱动模块的主要功能就是在主梁三维模型的基础上，调用SolidWorks API函数，从数据库中读取参数，驱动主梁装配布局草图和零部件的约束关系，从而实现主梁零部件的驱动更新。

2.4.4工程图调整模块

当主梁主模型驱动更新后，其对应生成的工程图会发生紊乱，如视图比例不合理、视图漂移、尺寸标注悬空等。为使工程图整洁，符合实际生产的要求，需建立工程图调整模块来完成图纸的调整与美化。

2.4.5工艺信息模块

主梁的制造需要不同部门的协作，如采购部门需要采购主梁中的标注件；外协部门需要知道主梁中的那些零件本厂不制造，需要合作单位制造；金工车间需要知道主梁零部件的落料毛坯尺寸。工艺信息模块的功能就是生成各种工艺信息表，来满足各部门对完成主梁制造的不同需求。

3.实例应用

对系统进行运行演示。启动主梁参数化设计系统，运行主梁计算模块，输入基本参数，主梁进行简化计算，并将参数保存到数据库中。运行详细设计模块，选择主梁类型，在人机交互界面中完成主梁的详细设计。系统运行模型驱动程序，生成三维模型。运行工程图调整程序，对工程图进行调整优化。最后完成工艺信息表的生产，确认无误后，退出设计系统。

4.总结

本文以VB为开发工具，SolidWorks 2010为开发平台，对桥式起重机主梁进行研究，利用，在知识工程（KBE）的环境下，采用参数化设计技术、装配草图技术、工程图调整技术，最终开发完成了主梁参数化设计系统。大大提高了主梁设计速度和设计质量，节约了设计成本，增强了企业的竞争力。

模块化设计技术篇7

【关键词】大规模定制设计；模块化；离心分离机

随着计算机技术的快速发展，CAD技术同模块化设计在离心机械得到了充分应用，使得机械设备制造市场竞争越来越激烈，多样化、个性化的客户需求为离心分离机实施大规模定制奠定了市场基础。

1 国内离心机械发展现状

我国的离心机分离行业发展同国外相比还处于落后状态，近年来，随着社会生产力的快速发展，通过对引进国外技术的消化和吸收，我国的离心分离机技术也得到了发展，主要表现：一是已经形成一个集科研、制造和设计于一体的体系；二是学术界对该领域有了专项学术组织；三是理论与应用有了较好的结合；四是已具备初步的设备生产制造能力，如，三足、上悬、活塞、螺旋、离心卸料；振动、进动卸料、刮刀及虹吸刮刀等离心机；五是自动控制技术同计算机技术有了较好结合；六是制定了相关的技术标准。

2 大规模定制设计的定义

大规模定制（MC）是新的市场环境中出现的生产模式，是一种集企业、用户、供应商、员工和环境于一体，在系统思想指导下，运用全局优化的观点，根据用户需求，充分利用企业自身的各种资源、技术、方法和优势，为用户大批量生产低成本、高质量的定制产品和服务的生产方式。大规模定制设计（DFMC）主要目的在于如何能够将有市场需求的单个产品设计提升到产品族设计。其中，在产品族设计中，模块化技术尤为关键。

2.1 模块化产品族设计

模块化产品族体系和不同作用域之间的映射关系相类似，通过客户域，能准确找到客户需求和客户种类；通过功能域，能将产品功能特征化以满足客户特定需求；通过物理域，可验证产品的设计参数是否合格过关；通过过程域，过程变量能较好地计算出产品成本。所以，产品族模块化技术作为一项系统化工程，将贯穿于产品整个生命周期，为企业能大量生产出满足特定用户个性化需求的产品给予保障。

2.2 模块化产品族体系组成

模块化设计中所用模块须具备互相结合且派生出复杂产品的特征，模块组合中的每个单元都必须具备有一项或者更多项功能，模块之间组合成新产品时应具备更强的功能。所以，模块化产品族体系中充分地显示出了产品的分析功能，以及子模块所具备的分解职能。产品族通常都是来自于同一平台中系列产品族中的每个产品变量。其中，每个产品变量都具备满足客户需求的特性和功能，由于这些产品变量都在共享某些共同的客户需求价值、结构和技术，所以，它们构成了产品族平台。通常情况下，构建模块化产品族体系有三个主要条件：公共基、差异使能和配置机制。

2.3 模块化的不同层次

模块化产品族体系主要分为三个层次，，自顶向下存在着三种不同的层次。它们分别是：系统层、模块层和组件层。系统层是由多个不同模块组合而成的装配系统，通常情况下，系统层的接口越多，其模块化程度就越低。模块层是由组件层中的多个种类不同组件构建而成的，如：电气、机械、液压和以及化学类。组件层模块化程度级别最低的层级，它通常都是由一些标准化零配件组合而成。

3 大规模定制设计在离心机设计中的应用实例

3.1 离心分离机械概述

离心机所采用的分离技术同其它类型，如：机械、化学、热分离、电分离等技术相比较而言，有着设备体积小；停留时间短；不需要助滤剂；密闭性高；放大简单；过程连续；处理能力强；分离过程容易控制、调节等特点。由于离心机的以上特点，离心分离技术受到了工业制造业普遍关注。当前，在资源保护开发、环保工程、生物技术工程、国防工业、石油化工、医药、食品、纺织、汽车以及造船等诸多工业领域内得到了广泛应用。不同行业间的多样化、个性化、规模化的客户需求为离心机械大规模定制奠定了良好的市场需求。随着工业制造业新技术、新工艺的快速发展，尤其是在医药生物工程技术的推动下，离心机分离技术的高参数、全自动、多功能、自动化系统和新材料等呈现出新的发展势头。

综上所述，离心分离机械主要分为三大类型，主要有：过滤型离心机、沉降（分离）型离心机和组合型离心机。其中，过滤型离心机可分为：三足式、平板式、上悬式、刮刀卸料式、活塞推料式、锥篮式、翻袋卸料式、旁滤式等；沉降（分离）型离心机可分为：螺旋卸料式、三足沉降式、平板沉降式、管式分离机式、碟式分离机式；组合型离心机可分为：螺旋卸料沉降过滤组合式离心机、柱锥复合式活塞推料式离心机、碟片螺旋式分离机。

国外对大规模定制设计在离心分离机械中应用研究、开发时间较早，如：德国KRAUSS— MAFFEI公司的竖篮离心机、推料式离心机等产品，相比之下，我国内的大规模定制模块化设计工作起步较晚，在某些领域研究尚处于空白。

3.2 实例介绍

以刮刀下部卸料离心机为例，对大规模定制在离心机设计应用中进行阐述。

刮刀下部卸料离心机的主要类型有四种：SG三足式手动刮刀下部卸料离心机、SGZ三足式全自动刮刀下部卸料离心机，PG平板式手动刮刀下部卸料离心机和PGZ平板式全自动刮刀下部卸料离心机。刮刀下部卸料离心机产品的结构（图1），刮刀下部卸料离心机模块化的结构层次（图2）。

4 结束语

综上所述，大规模定制设计技术的出现推动了机械制造商的产品设计逐步趋向多样化、个性化的设计策略。大规模定制设计在提供多种产品满足客户需求的同时又大幅度的降低制造企业的生产成本。所以，离心分离机械为客户提供更高程度的个性化产品定制服务和设备时，应当继续保持大规模定制设计应用所具备的产品低成本竞争优势，保持低成本所追求的规模经济。

参考文献：

[1]俞雷霖，俞如友.GMP离心机和离心分离技术的进展[J].中国医药工业杂志，2005（12）.

[2]俞雷霖，俞如友.适用于GMP的新型离心机研制[J].医药工程设计，1997（03）.

[3]俞如友. 离心分离设备的进展及无基础离心机[J].医药工程设计，1993（03）.

模块化设计技术篇8

Abstract： This paper introduces that product style design specialty adheres to the education concept of combination of learning with working in Wuhan Institute of Shipbuilding Technology， through long-term exploration and practice， they constructed "6+1" modularization curriculum system based on the working process of the complete and professional core ability training. The curriculum system broke the traditional subject system， the actual working process is closely blended with the education teaching process， and it strives to develop skilled design talents who are "good at technology， art and market".

关键词：产品造型；模块化；课程体系

Key words： product style；modularization；curriculum system

中图分类号：G423 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）30-0250-02

0 引言

课程体系是保障教学质量的关键，教育部《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》中指出，课程建设与改革是提高教学质量的核心，也是教学改革的重点与难点。高等职业院校要积极与行业企业合作开发课程，根据技术领域和职业岗位（群）的任职要求，参照相关的职业资格标准，改革课程体系和教学内容。提高教学质量的最终目的在于提高人才培养质量，目前高职产品造型设计专业人才培养质量与市场需求仍然存在着较大的差距，而导致这种差距的关键原因就是课程体系。结合当今职业教育特点与我院多年来的办学经验，借鉴国内外职教界先进的教学模式，我们坚持以就业为导向，打破传统教学的学科体系，构建了基于工作过程的“6+1”模块化课程新体系，推进教学改革，提高人才培养质量。

1 模块化课程体系的内涵

模块化课程体系是以职业能力为主线，以课程的教育教学、管理功能为基础，充分考虑课程编排与实施的要求，将课程内容按职业能力、知识与素质的要求分解为合理的课程模块。模块化课程体系将针对职业或岗位群所需的知识、能力与素质，建立科学的模块化课程体系实施计划，以能力为主线对教学内容进行整合与优化，将学生需要掌握的学习内容编排为若干个既相互独立又关联的课程模块。

模块化课程体系构建应遵循的原则是：①理论教学“必须、够用”原则，打破原有学科体系，以过程性知识为主，陈述性知识为辅，理论为实践服务，提高技术应用能力为目的。②课程体系整体优化的原则，坚持“三面向一提高”的要求，即面向社会需求、面向学生基础、面向教育规律，提高人才培养质量。③人本性原则，符合初学者认知规律与专业方向的选择性学习，模块之间既相互独立又能灵活组合与衔接，并且都具有明确的目标与要求，随着市场需求易于更新。④模块是基于工作过程的，以就业为导向。模块的教学内容应与职业岗位的实际工作内容相符，应按照实际工作过程来实施，具有较强的实用性。

2 模块化课程体系开发思路

基于完整工作过程、职业核心能力培养与模块化课程体系的开发思路，我们首先参照相关职业资格标准（国内首部《工业产品造型设计师职业标准》已由上海市职业鉴定中心开发问世），主要采用了实地访谈、问卷、研讨等方式，调查区域行业企业人才需求状况，重点走访了校企合作单位与应往届毕业生的就业单位，调查并分析企业的工作流程、部门和岗位设置情况。在企业与学校召开专题研讨会，邀请企业负责人、设计人员、课程专家、专业教师等课程开发人员深入分析产品造型设计专业面向的典型岗位及主要工作任务、相关工作过程的核心职业能力。根据市场需求进一步明确专业定位，归纳对应的职业行动能力、确定典型的工作任务及其工作过程、确定典型的企业工作流程。

工业产品造型设计职业等级一般由低到高分为三级：助理设计师、设计师、高级设计师。工业设计类职业人员主要从事工业产品，如汽车、家电、医疗器械、家具、服装、首饰、旅游纪念品等外观造型、新产品开发设计等创意活动。通过造型、色彩、表面装饰和材料的运用而赋予产品以新的形态和新的品质，并能从事与产品相关广告、包装、环境设计与市场策划等活动，实现工程技术与美学艺术和谐统一。其工作范畴虽然广泛，但无论何种产品，在设计过程中仍表现出一定的规律性。因此，尽管不同的设计内容具有不同的解决方式，不同产品的主要设计过程却都具有大致相同的工作流程（如图1）。一般来说，产品设计工作流程主要分以下四个阶段：设计准备阶段、概念设计阶段、深入设计与完善阶段、设计方案评估与实施阶段。

根据调研结果，课程开发团队针对典型岗位的工作任务进行分解，列举出工业产品造型设计人员需具备的专业能力、知识与素质。最后提炼出六大职业核心能力，分别为产品创意设计、设计表达、2D/3D软件应用、商品设计、美学素养、技术与实务。确定了职业核心能力模块及该模块应具备的专业技能和知识。进一步确定该模块应开设的主干课程，确定课程的开设顺序，确定核心能力模块所对应的职业能力和职业资格证书。将相关课程进行整合，强调素质、技能和核心能力的培养，构建基于完整工作过程的“6+1”模块化主干课程体系。该课程体系坚持工学结合的职业教育理念，将企业的设计过程与教育教学过程紧密融合在一起，从一定程度上有效避免了培养目标和市场需求的脱节。

3 “6+1”模块化主干课程体系

通过能力结构分析，明晰了毕业生应具备的知识、能力与素质。在满足学生基本素质、通用能力、职业基础能力与专业核心能力培养的需求前提下，我们构建了“6+1”模块化主干课程体系。

3.1 “6+1”中的“6”——即六项职业核心能力模块 六项职业核心能力分别为：产品创意设计、设计表达、2D/3D软件应用、商品设计、美学素养、技术与实务。这六项核心能力模块既相互融合，又具有相对独立性。六项核心能力的融合是基于完整工作过程的，有利于培养市场所需的综合性、多元化的产品设计人才。而相对独立的每一个核心能力模块又能够使学生在由低到高的每个学习阶段都能获得一项社会生产活动中所需要的单项职业技能，增强学生的就业信心，培养他们的学习兴趣。

在六项核心能力中2D/3D软件应用模块处于较特殊的地位，它本属于设计表达方式之一，在这里单独列举出来是由于软件应用技术水平长期以来是用人单位对从事产品造型工作的高职毕业生的首要要求。同时通过2D/3D软件应用模块的深入学习，不仅可以培养专门的设计绘图人员与3D虚拟数字建模师，而且作为重要的设计表达方式，2D/3D软件应用模块还与其他五项核心能力模块的课程群进行了融合，共同培养满足企业需求的动手能力强的“擅艺术、懂技术、重市场”的高素质技术技能型人才。2D/3D软件应用模块主要包括Photoshop、coreldraw、Illustrator二维软件课程，以及Rhino、Pro/e等三维软件课程.

产品创意设计模块注重培养学生创新思维能力，是六项核心能力中最为关键的，也是企业挑选优秀毕业生时最重视的职业核心能力，通过模块的学习学生能够针对明确的市场目标提出设计定位，确定设计理念；能从用户（或特殊用户）角度对现有产品进行使用性分析，以确定现有产品存在的问题或发掘新的需求；能运用以人为中心的设计理念分析并将创新理念整合于设计之中。模块课程群主要包括：工业产品造型设计、人机工程学、消费电子产品设计、创意商品设计、家具设计等课程。其中，消费电子产品设计、创意商品设计与家具设计课程为工学结合课程，学生可根据个人的兴趣与发展方向自主选择学习。

设计表达能力模块主要培养学生具备较强的视觉表达与沟通交流的能力，其中还包括语言表达、文字表达、图形表达、手工制作四方面技能，模块课程群包括创新设计思维与快速表达、创意图形设计、模型制作、专业英语等课程。

美学素养能力模块主要培养学生具备良好的形象思维能力与美感直觉，具有相应的文化素质、美学鉴赏能力和人文理念。主要包括：设计素描、专业水粉、造型基础、色彩设计、工业设计史等课程。

技术与实务能力模块主要培养学生的设计执行与会实施能力，使学生了解产品基本的生产流程，能够对工艺进行可行性分析，能与相关技术人员协调实施设计方案，体验团队协作的重要性。主要包括：设计材料与加工工艺、塑料模技术、机加工实训、毕业设计、顶岗实习等课程。这项模块教学的最大特点在于是采用两名教师同时进行教学的方式，如设计材料与加工艺、塑料模技术课程的教学主要由制造类实训教师与艺术设计教师结合项目同时教学，顶岗实习则由校内指导教师与企业实践师傅共同负责。

商品设计能力模块主要培养学生的商业思维，要求学生具备敏锐的商品意识。重视调查市场与研究需求，在设计后期能够完成产品包装与展示的整套商品设计，实现设计作品—产品—商品—用品的完整过程。模块主要包括消费者心理学、市场营销与策划、品牌设计、版式设计、包装设计与展示设计等课程。

3.2 “6+1”中的“1”——即一项工学结合的单项职业技能培训 针对每一项核心能力模块都搭配有一项工学结合的单项职业技能培训，培训主要是通过工学结合的形式，可以视实际情况在校外实习基地进行现场教学，也可以在校内一体化教学接受企业委托或者直接参与社会投标。培训不仅能够使学生在实践过程中积累宝贵的实务经验与设计成果。还可以快速衔接与整合模块内的课程内容，逐步形成与之对应的专项职业技能。6个单项技能培训与6项核心能力模块一一对应，单项技能培训项目之间也是可融合的，具有基于工作过程的完整性，可以构成一项整体的综合培训。同时它也具有相对独立性，即每项单项技能培训结束，学生亦能够解决在工作中遇到的实际问题，完成相应的工作任务，使学生能产生一种成就感。例如：学生在2D/3D软件应用能力模块学习结束，通过软件应用专项职业技能强化培训，基本能够胜任制图员工作。再如当产品创意设计模块学习结束，通过产品外观专项职业技能的综合培训，学生也能够从容应对产品外观设计相关工作。

参考文献：

[1]蒋洁.高职以就业为导向的模块化课程体系的构建[J].中国成人教育，2008.

模块化设计技术篇9

关键词：机电一体化；主干课程；控制模块；上位机模块

作者简介：杨洪（1976-），男，江苏苏州人，苏州市职业大学机电工程系，讲师。（江苏　苏州　215104）

中图分类号：G712?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）31-0100-02

机电一体化技术是机械技术与电子技术的有机结合。近年来，随着微电子技术、计算机技术及其工业通信技术的发展，机与电的联系更加紧密，机电一体化技术有了长足的进步。高职院校的机电一体化专业，应从实际就业岗位需求出发，着重于培养具有较强实践技术的应用型人才。苏州市职业大学（以下简称“我校”）机电一体化专业目前的专业培养方案中，课程设置侧重于PLC，单片机所占比重不高。在教学计划的安排上，先导课程与后续课程间的衔接也存在不足，学生对于机电一体化技术的理解就是机与电的简单结合。本文以机电一体化项目开发为起点，提出了以单片机为核心的专业主干课程改革思路，对原来的课程设置作了调整，并加入了一些尚未开设的课程，合理安排进度，使学生在有效掌握专业知识的基础上，加强其实践应用能力的培养，进一步提高其专业技能和职业素养，在提高就业竞争力的同时，也能在就业层次上有所提升。

一、明确培养目标，调整课程体系

地方高职院校首先要为地方的经济建设培养人才，因此，课程体系的确立也应从地方经济发展的角度出发，以便合理设置。苏州地区经济的支柱产业是制造业，而机电一体化技术是制造业的支柱，因此机电一体化专业的人才应当为地区制造业的发展服务。但是随着近年来产业的升级，苏州地区的制造业向着高端、精密的方向发展，这就要求高职院校机电一体化专业的学生，在掌握机电一体化专业理论和技术的基础上，能够使用、调试、诊断和维护高端精密制造设备。因此高职院校的机电一体化专业应随之对课程体系进行调整，以适应当前人才市场的需求。

我校机电一体化专业目前的课程体系与实际岗位知识能力需求之间出现了一定的偏差，因此有必要对课程体系进行调整：以单片机控制系统的设计开发为主线，构建以电为主、以机为辅的课程体系。以电为主，是指合理选择和安排机电一体化专业所需的电子类课程，通过合理安排相应的实践环节，强化学生对电子类课程知识的理解能力，着重培养学生分析问题、动手解决问题的能力；以机为辅，是指机电一体化专业的学生，在掌握电子类课程的基础上，能够对其操作控制的对象——机械部分有所了解，既要能理解其基本的动作原理，又要能够对其基本的结构进行剖析，这样才能更有利于实现对机械装置的控制，真正做到机与电的有机结合。同时，运用单片机技术实现机电一体化设备的操作控制，还必须掌握基本的、能够在单片机中有效运行的控制方法，以进一步提升学生的综合职业素养。

二、以项目开发为目标，合理选择主干课程

机电一体化专业的主干课程是根据机电一体化专业的人才培养目标而确立的。以单片机为核心的机电一体化设备，主要由机械受控模块、测量模块、驱动模块、单片机模块、通信模块、接口模块和上位机模块组成，如图1所示。因此，机电一体化专业主干课程应围绕项目开发的每个环节所应具备的知识能力进行选择。[1]

1.第一环节：机械受控模块的分析

机电一体化专业的课程体系主张以机为辅，因此机械结构的设计，不作为机电一体化专业的主体教学内容。但对于机电一体化项目的开发来讲，机械模块是整个系统的受控对象，因此，要实现对机械模块的控制，必须对其结构和动作原理能够充分理解，才能有助于下一步设计工作的展开。这就对相关课程的设置提出了相应的要求。在这一阶段，应开设“机械制图与AUTOCAD”、“机械设计基础”，辅以“机械产品精度设计与测量”等课程。“机械制图与AUTOCAD”使学生认识基本的机械零件，并在此基础上掌握基本的AUTOCAD的应用能力；而“机械设计基础”则可使学生了解机械系统基本的结构、动作原理和设计方法。

2.第二环节：驱动模块和测量模块的设计

（1）驱动模块。驱动模块的作用是为机械受控模块提供驱动力。在机电设备中，液压和气压驱动、电机驱动是常用的驱动方式。机电一体化设备的开发中，在对机械受控模块进行分析的基础上，要为其选择合适的驱动方式。这一部分的支持课程有“液压与气动传动”、“电机与拖动”，并选择“电气控制与PLC”作为辅助课程，该课程以讲授电气控制技术为主，附带讲授PLC的相关应用知识。

（2）测量模块。测量模块是用来测量机电设备中的相关物理量，以实现对机械受控模块的监测或控制。相关的课程主要是“测试技术”，要求学生掌握传感器的基本原理及选择应用、信号调理电路的设计和信号的变换。

在驱动模块和测量模块的设计中，涉及了电力电子相关技术，因此，完成与之相关的设计内容前，应安排前期课程“电路分析”、“电子技术”，这两门专业基础课程是后续电子电气类课程的基础，因此可以将Proteus软件引入到教学过程中来。Proteus软件是由英国Labcenter公司开发的系统仿真与开发平台。该软件提供了丰富的元件库，并为大多数的元器件提供相应的仿真模型，在完成系统原理图构建的基础上，配合动态元器件，能实现系统的交互式仿真，完成虚拟的实验。Proteus软件应用到课堂教学和实践教学中，[2]能形象地演示学习内容，有助于激发学生的学习兴趣，使其能更好地掌握相关的教学内容。Proteus软件更为突出的特点是能支持微处理器结合其编程软件实现系统的联合调试。

模块化设计技术篇10

关键字：矿山 机电 设备 维修 CAD系统

一、矿山机电设备维修问题研究

矿山电机设备在运转过程中，常会出现零部件损坏问题而影响设备的精度、性能和生产效率，设备长期运行也会产生磨损，缩短使用寿命，所以设备维修是必须的，是设备工作中不可或缺的一部分。

根据矿山电机设备的损坏程度不同，对应的维修方式主要有预防维修、故障维修、生产维修。预防性维修是一种在故障前的有计划，有目标的预防性修理。故障维修主要针对设故障或性能问题进行的事后维修。生产维修主要是根据设备对生产的影响程度着重提高设备生产效率以改善经济效益的目标性维修。机电设备大修要依据年编制计划以及设备使用状态和技术鉴定情况，以保证设备使用效果。

二、CAD模型

矿山机电设备维修的CAD系统主要包括管理设备与零件图纸的设备图纸管理系统，用于维修的计算机设备零件图纸，设备维修CAD技术，二维图纸绘图设计，CAD二次开发。该模型主要包括以下几个模块：系统模块，管理模块，专用模块。CAD模型的基本框架为：第一层是矿山机电设备维修的CAD系统，第二层是设备图纸管理模块，其下即为数据输入、数据修改、图纸查询、数据备份、数据删除、系统维护、打印输出以及退出系统等单个功能模块；第三层专用模块包括矿山机电设备图库、电气元件图库、液压元件图库、易损件参数化设计、标准件参数化设计、图纸初始化环境设计以及公差尺寸标注等二次开发模块。

系统模块包括用户环境、系统功能、系统运行四个方面。用户环境主要由计算机、绘图仪以及打印机构成的硬件部分和Windows以及CAD软件部分组成。各模块又具备相应的系统功能，如图纸管理模块提供了图纸信息的输入、查询、修改、备份、删除和系统维护等功能，二次开发模块提供了图纸初始化环境设计，标准件、易损件参数化设计，电气符号、液压符号库、尺寸公差标注等功能，还建立了相应的图库。而系统的运行主要依照系统框架，从系统模块到设备管理的各功能模块，再到专用CAD的各功能模块，进行全方位的系统维护。

设备图纸管理模块是通过程序设计结合数据库建立起的具有强大系统功能以及较好的通用性和可扩容性的功能模块。一般我们把Access数据库功能作对象指引，并结合设备情况和计算机特点进行编码。该模块设计主要通过在程序设计过程中实现动态链接，在程序运行中循环分析数据控件，以扩充数据库。在设计过程中尤其要把我查询模块这个核心关节，在查询模块选择零件所属的类别与规格并显示与零件图纸相关的重要信息，再判断图纸图形文件是否存在来确定是否需要进入AutoCAD调出该图或直接绘图，最后退出并重新激活系统菜单。在设计查询界面时一般采用模拟人工管理的方法，使用户可以通过输入条件即可获取完整的设备或零件信息，从而提高查询速度。本模块的接口设计主要是图纸管理系统与AutoCAD的接口，该接口须具备快速切换、自动调用图纸文件功能，同时由程序提供的SHELL函数启动并执行文件。

专用模块主要是通过AutoCAD的语言功能增改软件指令，建立标准件和图库，并针对矿山机电设备维修情况，提高维修设计与绘图效率，达到较好的经济效益和生产效益。该模块主要分为五大功能模块，不同模块在开发过程中采用了不同的技术。

一是机械制图模块主要采用了基本的幻灯片和菜单技术进行图纸初始化环境设计、明细表和文字编辑，并设计了样板文件，严格把握标题栏、比例以及粗糙度，以方便图层管理。

二是标准件参数化设计采用了Autolisp语言和菜单技术，此设计主要是为了适应零件设计更换的需要通过建立非标准件设计对话框以实现对标准件（包括）螺栓、螺母、螺钉、垫圈、弹簧、轴承、销、孔、键以及常用图形的参数化设计管理。

三是易损件参数化设计，主要通过开发重要设备易损件参数化设计绘图，实现对易损件的管理，如联轴器、链轮、透盖等。

四是建立物理符号库，尤其注意电气和液压两方面，一般我们要根据矿山内电气与电路装置以及系统特点，采用菜单技术、幻灯片、图块插入等方法系统开发了电气与液压符号库，方便随时调用和维修需要。

五是公差尺寸标注，在矿山设备维修过程中，需要修改并绘制零件图，查询有关尺寸公差是必不可少的环节，依据国家“公差与配合”标准建立相应数据库，采用Autolisp、DCL 语言，开发了符合国家标准的公差标注功能模块。

三、CAD系统在矿山机电设备维修应用

矿山机电设备在运行过程中参数繁多，且都直接反应设备的运行状态和故障发生的可能性，利用CAD系统建立一个数学模型来精确反应出设备的正常状态与发生故障时的参数间的对应关系，对负责监测的计算机系统以及重大故障诊断和维修有重大的作用。

数学模型诊断技术实质是一种将传感技术和动态测试技术结合起来，以信号处理和建模为手段的数学化技术措施，该技术利用测量机电设备的特征参数，然后进行分析和处理判断，分析特征值的改变以此判断故障的位置。这为CAD系统模型的应用奠定基础，对机电设备的可靠性和维修性进行基础性研究，便于我们系统地分析机电设备故障机理、模式及其影响力，CAD系统强大的数据库提供了机电设备的设计、生产、使用、维护等相关记录，可以使维修人员对维修数据进行具体分析、整理，及时对矿山机电设备的薄弱环节进行系统分析，使得矿山机电设备的可靠性和维修性得到合理改善和提高，有效提高了矿山机电设备的开机率，保证矿山机电设备的寿命延长使用。

在应用的过程中，还可以完善机电设备维修管理制度，形成科学的管理体系，制定符合国标的工作系统，包括设备管理人员的工作标准、维护技术标准、维护修理的各种定额标准、经济以及各种技术的管理标准等，也加强了矿山机电设备使用和维护管理。

结语：

CAD技术在矿山机电设备维修中的应用，不仅使得维修图纸全部实现了计算机绘图，而且提高了设计图纸质量，还提高了维修速度，最重要的是在策略上提高了经济效益和生产效率。

参考文献：