模块化设计在混凝土搅拌站中的应用.pdf

箜 而 发生断裂 ， 该位置与市场上支架出现断裂的位 [2 ] 王望予 汽车设计【 M 】 北 京： 机械工业出 版社， 2 0 0 3 ．皇 此 们 可 ．出 结 妻 兰 翌 毫 嵩 ： ．机 械 与 汽 车 结 构 的 有 限 元 分 析 M ．上 听 裂现象 ， 主要是 由于油箱支架原有结构没有进 一 ： 。 同 关 版 ， 1 7 ． 一一 ‘ 一 弟 形加 强板加 固 ， 经过 颠簸 路面时 ， 支 架拐角焊 [ 5 ] 龚培刚 ．有限元方法及其在汽车工程中的应用【 M】 ． 重 辅 轧积姗醐车i~ ： ( 7 1 0 2 0 期 0 2 。 对利用有 限元法 分析零部件结构强度进行 了 ～ ～ 。 ⋯ ⋯～ 模 块 化 设 计 在 混 凝 土 搅 拌 站 中 的应 用 霾 ( 三一重工股份有限公司) 羹 誊 摘要： 研究模块化设计方法在混凝土搅拌站设计中的应用， 提出先总体后局部， 先主要后次要， 先功能后结构的模块划分顺序， 并建立搅拌站树状图。 采用模块化设计方法 ， 缩短了三一混凝土搅拌站 的设计周期、 安装周期和交货周期， 生产成本大幅下降， 产品的市场竞争能力得到进一步加强。 关键词 ： 模块化 ； 混凝土搅拌站 ； 设计 ； 应用 混凝土搅拌站属于可依客户需求进行个性化 设计 的产品 ， 需要经常进行部件 的变更设计 。 目前 搅拌站生产厂商普通存在产品设计效率低， 安装周 期 长 ， 制造成本偏高等 问题 ， 模块化设计 方法是解 决这一类工程设计难题的利器。该技术的内涵就是 在逻辑或 物理上将系统分解成大量 的相互关 联的 子 系统或模块 f 1 1 ， 当前得到广泛应用 的大批 量定制 技术即是模块化设计技术的推广与延伸[2 - 3 ] 。 作者简介 ： 刘辉( 1 9 8 0 一) ， 男， 湖北黄冈人 ， 硕士， 研究方向： 机械结构设计理论与方法、 逆向工程。 一 3 5— 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 模块化设计方法 模块是组成产品的初级单元 ， 具有二元性。一 方面 ， 模块功能独立并有标 准输人输 出接 口； 另一 方面， 模块又是整个产品的一部分， 这种独立性和 归属性就是所谓的二元性。模块对外表现为低耦 合 ， 对 内表现为高 内聚。模块最重要的特性就是具 有重用性 。 1 ． 1 模块划分的原则 对一个大 型复杂 系统进行模块划分 的基本思 想就是将总功能分解成复杂度较低或处于不同层 次的分功能，并确定各个分功能之间的相互关系， 如图 1 所示 。 图 1 功能分解示意图 在进行工程机械产品设计时 ， 模块 的划分应该 遵循 以下几个原则 ： 1 ) 最小功能原则 ， 即一个模块只有一个功能； 2 ) 便于装箱运输原则 ，即模块最大子部件 的 长、 宽、 高， 一般不超过集装箱的长、 宽、 高尺寸； 3 ) 尺寸系列化原则 ， 即模块族在尺寸上满足系 列化要求 ； 4 ) 接口 一致性原则， 即同一个模块族应该具有 相同的接 口尺寸 ； 5 ) 便于拆装和维修的原则； 6 ) 模块的层次性原则， 即功能各异的模块应该 处于不同的层次 ， 模块的层数是衡量一个系统复杂 程度的重要标志。 1 ． 2 模块划分的顺序 不 同工程机械产品的模块有不 同的划分顺序 。 在混凝土搅拌站的模块化设计中，先整体后局部， 先主要后次要 ， 先功能后结构的划分顺序是行之有 效 的模块划分方法。 先整体后局部指的就是先进行 系统级的模块 划分， 然后根据某一个模块系统的功能划分出更细 一 3 6一 的子模块 、 子子模块等 ， 直 至最后 的模 块不能再细 分 。按照这种逻辑构成的产品结构就犹如一颗树 ， 树根是产品主体， 树干是各个功能模块， 树叶就是 不能再被细分的模块 ， 如图 2所示 。 图 2 产品模块 的树状图 先主要后次要就是先划分对产品功能具有决 定意义的核心模块，然后再划分其它次要的模块 ， 最后是那些辅助陛模块。 先功能后结构就是优先按照功能划分模块， 在 功能模块已经模糊的情况下，再考虑按照结构划分 模块。 每一个功能模块的子集对应于一个物理构件。 2 混凝土搅拌站的模块化分析与设计 混凝土搅拌站的结构组成如图 3 所示 ， 将其进 行功能模块的划分 ， 其树状结构如图 4所示。 -_—． 一 --—一 一 、 ’ - 一 一 -一 -． 一 一 一 、 - — 、 _ ． 一 一 一 、 - ． — ‘ - ． — -． — 、- _— ■ _ I - | 一 啊 ■ ■ ～摹 旦 一 i i 图 3 搅拌站组成示意图 2 ． 1 划分核心模块 混凝土搅拌站主要包括粉料罐 、骨料输送 、 控 制室 、 主楼及配料站等 5 个核心模块和 1 个辅助模 块。除 了控制室以外 ， 另外 4个核心模块之间是互 相独立的， 即耦合度为 0 。 但是模块内部 的关联关系 是错综复杂的， 如粉罐的筒仓和排架之间， 主楼的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 图4 商品混凝土搅拌站树状结构图 搅拌层和计量层 ， 配料站主体和水平皮带机 的关联 关系等。 搅拌站总体的模块划分是按照功能划分的， 而 功能模块的进一步划分有些则是按照结构进行 的 ， 如骨料输送模块的划分。由图 4 可以看出， 骨料输 送模块被分成了皮带机和提升机两个模块 ， 这并不 代表它们是组成骨料输送模块 的必选部件 ， 而是表 示可以采用 两者之 中的任何一个来实现骨料 输送 模块的功能。 2 ． 2 混凝土搅拌站模块化设计举例 以混凝土搅拌站模块化设计中的楼梯模块化 设计为例 ， 楼梯包含了楼梯侧板 、 踏板、 扶手、 楼梯 与平台的连接钢板共 4个子件 ，为了便于运输， 将 侧板 和扶手做成一个部 件( 模块 A) 、 踏板( 模块 B) 和连接钢板( 模块 C ) 保 留， 楼梯的树状 图如 图 5所 示， 图6为楼梯模块分解示意图。 在搅拌站楼梯模块中， 模块 A决定了楼梯的高 度和倾角 ， 模块 B决定 了楼梯 的宽度 ， 模块 C则属 于接 口模块， 是联系楼梯和主楼的纽带。这种模块 图 5 搅拌站楼梯树状图 图 6 楼梯模块 分解 示意图 划分方式可 以使设计者 只对相关 子模块进行改进 即可实现产品的变型设计 。不仅如此 ， 这种片式楼 梯结构很适合使用集装箱在海上运输。 2 ． 3 斜皮带输送机的模块化设计 表 1是模块化设 计之前 的斜皮带输送机 的规 格及数量统计 ， 横向为倾角， 纵向为中心距 ， 交点处 的数值代表该规格斜皮带输送机变型设计 的数量 ， 一 共有 6 8种斜 皮带机 ， 涉及 到 2 1 种规格 ， 这对 于 图纸资料 的 日常维护是一个难点。按照模块化设计 方法对斜皮带机进行改进设计 以后 ，如表 2所示 ， 斜皮带机数量减到 2 8 种， 涉及到 l 4 种规格 ， 而且 2 8 种皮带机主要集中在 2 O 。 倾角的规格中， 这对于 减少产品品种规格具有意义。 一 3 7— 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m I 簟 4 表1 斜皮带 输送机规格及 数量统计表 i H 中 心 距 倾 角 ／(o) 16．5 l8 19 20 21 22 25 26 29 a ／ m 数量肿 =善 2 4 4 2 7 1 2 9 2 2 31 2 3 4 3 4 2 2 3 6 2 3 9 1 5 4 0 4 3 l 2 1 5 2 4 6 1 4 4 8 l 1 5 0 l 表2 模块化设计后的斜皮带输送机规格及数量统计 中心距 倾角／ ( o ) 1 8 2 0 2 2 2 5 2 9 ／ m 数量／ 种 2 4 1 2 9 2 3 1 l 3 4 4 2 3 7 2 3 9 2 l l 43 2 4 1 44 2 4 6 2 4 8 2 通过模块化设计 ， 使我公司搅拌站原有 的一级 部件总数从之前的 2 4 9 种减少到 6 0 种左右，非标 配搅拌站的平均设计时间也从之前的 5 0 d缩短到 2 0 d ， 标配产 品交货期从之前 的 4 5个工作 日缩短到 了3 0 个工作 日之内。实践证明， 混凝土搅拌站进行 模块 化设计 以后 ， 使复杂的产 品变得简单 ， 使 繁琐 的设备安装变得容易快捷，产品成本大大降低， 市 场竞争力得到进一步加强。 一 3 8一 江 ： 浙江大学， 2 0 0 6 ． f 2 1 祁国宁， 顾新建． 大批量定制技术及其应用【 M】 ． 北京 ： 机械工业出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 3 】3 侯亮， 徐燕申． 面向广义模块化设计的产品族规划方法 研究[ J ] ． 中国机械工程， 2 0 0 3 ( 7 ) ： 6 2 — 6 5 ． 【 4 】李福龙 ， 刘安心． 工程装备模块化理论与研究[ J 】 ． 兵工 自动化， 2 0 0 8 ( 3 ) ： 3 6 — 3 8 ． 【 5 】阴向阳， 童秉枢， 李和良， 等． 大批量定制设计研究现状 [ J ] ． 机械科学与技术， 2 0 0 1 ( 1 ) ： 1 9 — 2 1 ． 通信地址 ： 湖南长沙 国家经济技术开发 区三一工业城搅拌 设备研究院( 4 1 0 1 0 0 ) ( 收稿 日期： 2 0 0 9 — 1 0 — 2 8 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m