李慧姝
（太原重工股份有限公司技术中心，山西 太原 030024）
【摘 要】工业4.0是未来制造业的发展方向，能够实现制造过程的智能化，从而实现分散化和个性化制造。工业4.0不仅仅要求工厂实现智能化，对产品设计也提出了更高的要求。从满足工业4.0制造需求的角度，对如何在产品设计阶段采用模块化和参数化设计进行了阐述，将设计和制造融合，有力支持工业4.0的实现。
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关键词 模块化；参数化；设计；工业4.0
作者简介：李慧姝（1981—），女，工学硕士，工程师，主要研究方向为三维参数化、模块化设计。
0 引言
随着自动化和信息化的发展，各国都在加快推进新的工业技术和工业革命。德国是以工业为主导的制造强国，一直引领制造技术的发展。进入21世纪以来，德国政府提出了工业4.0战略计划，旨在提升制造过程的智能化，建立一个高度灵活的个性化与数字化产品与服务的生产模式，将传统的生产模式由集中式向分散式转变[1]。工业4.0被看作是德国提升制造业的有力方式，也代表着全球制造业未来的发展方向。
工业4.0的目的之一是实现产品和服务的个性化，使客户尽早的参与到产品的设计过程中，从而提供符合客户定制要求的产品。工业4.0的实现，离不开对产品设计环节的优化。本文探讨如何采用模块化参数化产品设计方法，助力工业4.0的实现，从而低成本、高效率地生产出满足客户要求的产品。
1 工业4.0模式下的产品模块化参数化设计方法
工业4.0的目标是实现销售无人化和生产无人化，从而建立一个高度灵活和个性化的产品服务与生产模式。在设计阶段，产品模块化和参数化设计是支持工业4.0实现的两个关键技术，以下分别对这两个关键技术进行阐述。
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。模块化设计的关键是模块划分，模块划分原则是保持各模块在功能和结构方面的独立性和完整性，各模块间的接口要素便于联接和分离，模块与模块之间的关联尽量少[2]。根据产品划分的每个模块下还可以进一步划分相应的子模块，直至能够在同一个制造单元完成生产。例如履带起重机结构可以分为上车部分和下车部分，其中上车部分由臂架系统、转台、配重组成，下车部分由车架和行走装置组成。行走装置又可以划分为4轮1带，即驱动轮、导向轮、托链轮、支重轮和履带板[3]。模块化设计示意如图1所示。
通过模块化设计，得到产品的主要模块和模块之间的接口。模块通过接口实现互相连接，模块接口的设计对几何形状、材料、尺寸、精度等均有要求。
产品设计模块划分之后，应用参数化设计手段对模块化的零件进行设计。模型尺寸不再用确定的数值来表示，而是通过参数表示，并建立尺寸之间的关联关系和尺寸约束，实现参数联动。设计尺寸改变时，只需改变对应的参数值，而且系统能够自动改变所有与其相关的尺寸。参数化设计具体流程如图2所示。
在实际应用中，通过计算机辅助设计工具，建立零件三维实体化模型，并将模型传输到数控机床，实现自动加工。通过参数化的设计，可以大大加快零件设计速度，尤其是零件变形设计速度。参数化设计模型可以方便的生成数控代码，实现参数化制造，便于工装设备共用，实现快速制造。模块化及参数化设计涉及的关键方法及技术归纳如表1所示。
2 结束语
工业4.0将引起产品制造模式的革命性变化，将传统的集中生产模式转变为离散式生产模式，制造模式将更加灵活多变。本文阐述了应用模块化和参数化设计方法助力工业4.0实现的方法和实现路径，为工业4.0的研究提供了新思路。
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参考文献
［１］常杉.工业4.0:智能化工厂与生产[J].化工管理,2013,50(1):1-5.
［２］祁卓娅.机械产品模块化设计方法研究[M].机械科学研究院,2006.
［３］曹旭阳,王乾,王剑松,等.媛履带起重机模块化参数化设计技术[J].起重运输机械,2009,10:28-31.
［４］李群力.桥式起重机整机三维参数化快速设计系统的研究与开发[D].中北大学,2014.
［责任编辑：汤静］
