1　前言

　　隨著國內近年來汽車工業的發展，機械產品品種和規格的更新速度不斷加快，要求交貨及時，以傳統的組合機床或專用機床進行大批量生產已無法滿足發展的需要，現代設計思想便應運而生。模塊化設計思想產生以來，國內外對其研究和應用均有許多進展^［1］。日本的Y.Ito,Y.Yoshida^［2］等提出分級模塊的概念和用GT碼來描述機床結構。德國P.Dietz^［3］研究了解決不同尺寸模塊之間的組合問題。前蘇聯的D.Vragoo^［4］和Y.Saito^［5］研究了機床總體布局中的模塊編碼問題。國內陳敏賢^［6］等對機床模塊化設計與計算機技術的結合進行了理論探討。華中理工大學的胡維剛^［7］等開發了機床模塊化設計智能知識系統。針對制造業面臨的競爭激烈、動態多變的市場，以應標競爭為主要目的，模塊化設計數控機床結構運動仿真系統(簡稱SDSS)^［8］將模塊化設計思想用于機床的工程設計中，將模塊化機床的工程設計、工業設計和運動仿真納入一個完整的計算機輔助設計系統。其中集成是關鍵，而系統建模定義了系統在整個生命周期中的所有數據，保證了集成的順利實現。
　　近年來，特征技術的研究非常活躍，無論是基于特征的CAD，基于特征的CAPP，還是基于特征的產品建模系統，都以特征為基本信息單元和操作單元。特征已成為設計和制造過程的通訊媒介，也是CAD/CAM集成的重要元素。國內90年代造型技術的研究主要集中在三維實體造型和特征造型方面，如實體造型中的幾何約束問題^［9］、基于特征的三維參數化造型^［10］等。SDSS系統采用特征建模。
　　為使讀者具有一個整體概念，給出SDSS系統工作流程圖，如圖1所示。系統采用AutoCAD提供的開發工具ADS和Borland C＋＋，Turbo C以及3DS為底層支持軟件。

圖一 系統工作流程

2　機床模塊的劃分

　　機床的模塊化設計包含兩個過程，一是如何根據設計要求進行功能抽象、合理創建模塊的過程，二是如何根據設計要求合理選擇一組模塊、產生機床拼裝方案的過程。其中模塊的創建問題是模塊化設計的核心，而模塊的劃分則是首先需要解決的問題。
2.1　機床模塊的劃分原則
　　進行模塊化設計，首先必須把產品劃分成若干模塊，再以模塊為基本單元進行設計。模塊必須具有可互換性、通用性和標準化的特點。因此，模塊劃分的合理性對模塊化產品的性能、外觀以及模塊的通用化程度和成本均有很大影響。本文的模塊劃分是以功能分解為基礎的，機床的功能分解細化到何種程度是模塊劃分的關鍵。若將零件級確定為最基層模塊，通用性則高，卻失去模塊設計的意義；而功能綜合程度過高，又會影響模塊拼裝時的柔性。本文借鑒同行的研究，參考組合機床的部件劃分原則，并結合工廠實際，確定模塊劃分原則如下：
　　(1)獨立性原則。包括相對于其它模塊的功能獨立和結構獨立，有助于模塊系列化發展，以實現縱系列機床設計。其中拼裝結合面的連接方式和連接要素應實現標準化和系列化，以保證模塊間拼裝的可能性和互換性。
　　(2)部件原則。組合機床的拆分主要遵循部件原則，以保證結構的相對獨立。
　　(3)組件原則。對功能綜合程度過高的部件進一步進行功能分解，將組件模塊化。
　　(4)基礎件原則。基礎件功能和結構比較獨立，例如床身、立柱等，其材質大都為鑄件或焊接件，生產加工周期長，影響產品迅速改型。采用同一類型的聯接為基礎，建立接口標準化、通用化的基礎件模塊，可以在較低成本的前提下最經濟地配生出各式各樣的產品。
2.2　基于功能分解的數控機床的模塊劃分
　　產品充其量是功能的載體，顧客購買的實質上是一種或多種功能，因此，功能分析是工程設計的一種重要手段^［10］，也是模塊化設計的基礎。功能分析法是通過分析用戶對產品的要求而確定總功能，然后對總功能進行分解，按分級方法直到最后分解出功能元。根據解法原理對功能元求解，得到功能元的原理解，即最基礎模塊。功能元的原理解通過選擇、變異形成其上一級的分功能的原理解的備選方案，將其進行合理組合，尋求整體方案最優。其中形態學矩陣是表達以上工作的一種較為清晰