高治理

（沈陽(yáng)東軟醫(yī)療系統(tǒng)有限公司， 沈陽(yáng) 110167）

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)機(jī)械產(chǎn)品要求呈現(xiàn)出多品種、小批量、柔性高等特點(diǎn)，模塊化設(shè)計(jì)作為一種新型設(shè)計(jì)理論，很好地解決了市場(chǎng)產(chǎn)品研發(fā)與制造短周期的問(wèn)題，通過(guò)該方法不僅能夠有效增加產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)量，而且對(duì)規(guī)?；a(chǎn)也有較大幫助[1]。當(dāng)前，客戶定制化需求不斷變化，控制柜設(shè)計(jì)也越來(lái)越復(fù)雜，產(chǎn)品更新頻率加快，有必要對(duì)控制柜進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，從而適應(yīng)快速多變的市場(chǎng)環(huán)境。

1 模塊化設(shè)計(jì)與優(yōu)點(diǎn)

模塊化設(shè)計(jì)針對(duì)不同或相同功能及規(guī)格的產(chǎn)品，可以設(shè)計(jì)出一系列功能模塊，建立結(jié)構(gòu)模塊體系，完成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能的重新定義與劃分，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)目標(biāo)[2]。模塊化設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，產(chǎn)品升級(jí)與變更快，可根據(jù)需求將不同模塊快速組合，柔性度高；第二，設(shè)計(jì)效率高，供貨時(shí)間有保證，通過(guò)替換部分模塊就能完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)與更新；第三，產(chǎn)品維護(hù)方便，各個(gè)模塊間可互換通用，若其中一個(gè)模塊需要更換或維修，可以用其他模塊先進(jìn)行替換，降低更換或維護(hù)造成的生產(chǎn)損失。

2 模塊化設(shè)計(jì)思路

2.1 模塊劃分

模塊化設(shè)計(jì)由若干個(gè)模塊組合而成，因此對(duì)模塊穩(wěn)定性與精度要求很高。從一個(gè)產(chǎn)品系統(tǒng)方面分析，每個(gè)組成模塊是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單元，但在結(jié)構(gòu)組成過(guò)程中，要能夠與其他單元通用，且具有互換性。

在模塊劃分時(shí)，應(yīng)首先根據(jù)客戶需求，確定模塊的總功能、子功能，然后劃分出功能模塊以及與功能模塊對(duì)接的機(jī)械模塊。其次，按照產(chǎn)品功能需求，劃分出相對(duì)獨(dú)立模塊單元，繼而對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行選型，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能與工況，并將制定各功能模塊裝配位置。

2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)流程

在劃分出的產(chǎn)品功能模塊基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)相應(yīng)機(jī)械結(jié)構(gòu)，保證兩模塊間接口吻合，且結(jié)構(gòu)相同的零部件可以實(shí)現(xiàn)通用化功能。在整體模塊結(jié)構(gòu)下，劃分出若干個(gè)子模塊，明確新產(chǎn)品模塊組成，控制柜模塊化設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

3 控制柜模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)用

本設(shè)計(jì)控制柜主體框架外形尺寸為800mm×900mm×1400mm，支撐柱規(guī)格為50×40×2-7075鋁合金型材，抗拉強(qiáng)度570MPa，屈服強(qiáng)度505MPa。根據(jù)客戶訂單的需求，對(duì)控制柜模塊進(jìn)行劃分，具體劃分情況如表1所示。

圖1 控制柜功模塊設(shè)計(jì)流程圖

表1 控制柜功能模塊

機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計(jì)需在功能分析模塊基礎(chǔ)上，按照功能結(jié)構(gòu)樹(shù)進(jìn)行模塊劃分，通過(guò)參數(shù)設(shè)計(jì)完成功能結(jié)構(gòu)映射,并建立模塊與產(chǎn)品、模塊與模塊之間的相關(guān)關(guān)系[3]。根據(jù)這一方法，劃分出控制柜的機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊結(jié)構(gòu)功能樹(shù)，如表2所示。

上述各功能模塊所對(duì)應(yīng)的機(jī)械模塊均具有互換性，通用性。

表2 控制柜機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊

控制柜電氣元件以及設(shè)備的安裝情況，可以反映出機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)又取決于各電氣元件的擺放位置。因此，電氣元件分區(qū)域安裝，可避免設(shè)備布局錯(cuò)亂排布問(wèn)題。本設(shè)計(jì)控制柜安裝孔采用壓鉚螺母與十字槽盤(pán)頭組合螺釘，效率高，緊固可靠，其安裝方式如圖2所示，各零件型號(hào)如表3所示。

本設(shè)計(jì)控制柜接地方式采用M6×16銅螺栓的接地排固定接地線，機(jī)柜框架模塊不少于6根線，長(zhǎng)度不超過(guò)200mm，采用2.5DK（B）（B）2單芯電纜[4]。

圖2 緊固件結(jié)構(gòu)示意圖

表3 緊固件幾何尺寸

4 結(jié)論

由于電氣控制柜功能的不斷變化，造成其機(jī)械設(shè)計(jì)復(fù)雜程度不斷提升。通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)方法，可以提升設(shè)計(jì)效率，并實(shí)現(xiàn)其內(nèi)部各模塊化之間通用化，對(duì)其他產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)也具有一定借鑒，為下一步基于計(jì)算機(jī)軟件參數(shù)化設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。