火炮模塊化設計

在國際形勢日趨復雜的今天，我國國防為國家的安全提供了重要保障?；鹋谧鳛橹匾牡孛娉Ｒ?guī)武器，它擔負著保衛(wèi)我國的陸、海、空安全的任務，火炮的先進性是威懾和打敗敵人地面進攻的最有效的手段之一，而要保持火炮的先進性，必須加快新型火炮的研制步伐，縮短火炮的研制周期?！澳K化設計”是歐美國家50年代提出的一種新的設計概念和設計方法。這種方法具有采用互換性的一定功能和聯(lián)接要素的單元進行組合而形成產(chǎn)品的特征，它強調(diào)以功能分析為基礎，以市場預測為先導，把功能不同或功能相同而性能不同的模塊進行組合和互換，形成多種通用、變形的產(chǎn)品，使產(chǎn)品系列具有很大的適應性。這種設計方法的一個明顯的優(yōu)勢就是不僅能滿足用戶多品種的要求，而且縮短設計周期，使企業(yè)在市場競爭中掌握主動權(quán)?！澳K化設計”是一種著重解決產(chǎn)品品種、規(guī)格與設計周期、成本之間的矛盾的設計方法。具體一點,“模塊化設計”是一種使性能不同而具有一定功能或用途的同類部件（或組件）之間的聯(lián)系尺寸（結(jié)合要素）標準化，而部件具有很強的互換性，便于組裝的設計方法。也有很多人認為:在對一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進行功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列功能模塊，通過功能模塊的選擇和組合就可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品，以滿足市場的不同需求，這種設計方法稱為“模塊化設計”。火炮模塊化設計”以其能縮短火炮研制周期、加快火炮研制步伐、便于后勤保障、可以降低火炮研制成本等優(yōu)點而得到發(fā)展。一、 模塊化設計方法與傳統(tǒng)設計方法的關系模塊化設計是以傳統(tǒng)設計為基礎的，傳統(tǒng)設計方法中也蘊含著模塊化設計的思想，但是，模塊化設計的火炮與傳統(tǒng)方法設計的火炮有些區(qū)別:傳統(tǒng)設計是以部件或組件為單位進行設計、生產(chǎn)和管理的,而模塊化設計是以功能模塊為單位進行設計、生產(chǎn)和管理的;按照模塊化設計所劃分的功能單元可能不同于原來的部件或組件，這是因為部件和組件的劃分是以結(jié)構(gòu)完整完整性為依據(jù)的，而模塊則更強調(diào)功能的獨立性。例如:在本課題中，模塊劃分時，把反后坐裝置和火炮通常的后坐部分都劃分在后坐模塊一個模塊中,在設計和生產(chǎn)管理時，把它們作為一個整體來考慮，而傳統(tǒng)的設計則是把反后坐裝置和后坐部分分開來考慮，有時還可能把后坐部分分解為下級組成部件考慮。二、 模塊化設計的過程模塊化設計的過程大致可分為：（1）對用戶提出的要求進行功能分析（市場調(diào)研）；（2）模塊的劃分；（3）模塊的創(chuàng)建；（4）模塊的綜合（總功能及性能的鋇U試）；（5）組合產(chǎn)品。1模塊化設計的準備與規(guī)劃產(chǎn)品模塊化設計的重要目的之一就是以盡可能少種類和數(shù)量的模塊組成盡可能多種類、規(guī)格的產(chǎn)品，即以最小的成本滿足市場的各種不同需求。因此，在進行產(chǎn)品的模塊化設計之前，必須在市場調(diào)研和用戶需求分析的基礎上進行充分的準備和周密的規(guī)劃，合理確定產(chǎn)品型號和主要參數(shù)，合理確定模塊的種類。具體來講,市場調(diào)查的內(nèi)容主要包括：1）市場對不同功能、性能、參數(shù)、造型或價格的同類產(chǎn)品的需求比例及其發(fā)展趨勢。例如:軍方現(xiàn)階段對不同口徑、不同性能的火炮的需求,都決定著模塊化設計中模塊的種類。2） 采用模塊化設計的可行性、優(yōu)越性，以及新設計帶來的成本變化對保持或占領市場的預測。3） 國內(nèi)外同類產(chǎn)品的發(fā)展趨勢，新技術(shù)應用的可能性,新產(chǎn)品開發(fā)中的關鍵技術(shù)及解決的辦法和風險程度等。2模塊的劃分進行模塊化設計，首先必須把產(chǎn)品劃分成若干模塊，再以模塊為基本單元進行設計，模塊必須具有通用性、可互換性和標準化的特點。模塊劃分的合理性模塊化產(chǎn)品的性能、外觀以及模塊的通用程度和成本均有很大影響。模塊的劃分是以功能分析為基礎的，模塊劃分時，既要照顧制造管理方便，具有較大的靈活性，避免模塊組合時產(chǎn)生混亂，又要考慮到該模塊系列將來擴展和向?qū)Ｓ?、變形產(chǎn)品的輻射。劃分的好壞直接影響到模塊系列設計的成功與否。3模塊的創(chuàng)建模塊化設計的關鍵是要設計一組能同時滿足基型設計和變型設計要求的模塊，因此，模塊的創(chuàng)建首先必須通過分析用戶提出的功能要求，進行功能分解與組合，實現(xiàn)從功能到結(jié)構(gòu)概念的過渡。可以說，模塊創(chuàng)建是模塊化設計的核心內(nèi)容，也是決定模塊化設計方案優(yōu)劣的重要過程。任何產(chǎn)品都是由一系列零部件組成，但產(chǎn)品功能與其零部件結(jié)構(gòu)之間有著錯綜復雜的相互關系，從而造成了模塊創(chuàng)建過程的復雜和困難。4模塊的綜合通過選擇具有不同分功能的模塊，評價它們組合的可能性和合理性，進而組合成具有特定的總功能及某些特殊功能或特性的系統(tǒng)或產(chǎn)品的方法稱為模塊的綜合。模塊的綜合既可以用于系統(tǒng)或產(chǎn)品的組合過程，又可以用于模塊系統(tǒng)的設計過程。三、模塊化設計在火炮設計中的應用火炮設計根據(jù)設計的目的不同，一般可以分為兩種類型：全新設計（基型設計）:該設計類型的火炮所需的模塊都要重新設計；改進型設計:該設計類型的火炮只有個別的模塊需要改進，要重新設計，而其它模塊不必重新設計。1模塊化設計在火炮基型設計中的應用基型設計需要考慮到許多結(jié)構(gòu)方面的問題，不僅要把模塊（部件）的各種存在的結(jié)構(gòu)形式包括進去，而且必須考慮到由于設計水平、制造技術(shù)水平的提高等因素而導致比較先進的模塊出現(xiàn)，設計者應該保證這些可能在將來出現(xiàn)的模塊能夠應用在該基型炮或其改進型火炮中。可以把火炮模塊分為起落模塊和炮架模塊，在二級模塊劃分時，起落模塊又可以進一步分為:后坐模塊、搖架模塊和平衡機模塊:炮架模塊又可以進一步分為:基礎支撐模塊、火炮運動模塊和回轉(zhuǎn)模塊。完成模塊劃分之后進行模塊系統(tǒng)的技術(shù)設計，下面就其中一些設計中的細節(jié)及關鍵問題作簡單介紹。1）后坐模塊后坐模塊是火炮中最重要的模塊之一，它一般包括:身管、炮口裝置、炮尾、炮門和反后坐裝置（一般包括駐退機和復進機），把身管口徑的大小作為主參數(shù)，將該模塊按主參數(shù)的大小，劃分區(qū)段，在每一區(qū)段中，后坐模塊又可以設計為以下這些形式:考慮反后坐裝置的形式，可以分為:筒后坐的和桿后坐兩種形式;考慮反后坐裝置的布置形式，可以分為：（1）反后坐裝置對稱地分布在炮身的上方，（2）反后坐裝置對稱地分布在炮身的上下方，⑶反后坐裝置布置在搖架下方，（4）駐退機和復進機兩者合為一體成為駐退復進機。至于炮門的形式，在下級模塊的劃分時再予以考慮。因此,可以把后坐模塊按身管口徑分為六個檔次:20mm--40mm，40mm--70mm70mm--110mm，110mm--160mm，160mm--220mm1，220mm--280mm。這樣,后坐模塊共有48種模塊。2） 平衡機模塊按彈性元件的不同，平衡機可分為彈簧式和氣壓式兩種;按作用力方向的不同，平衡機又可分為拉式和推式兩種。因此，火炮中的平衡機大體可分為以下四種：彈簧推式平衡機、彈簧拉式平衡機、氣體推式平衡機、氣體拉式平衡機。3） 搖架模塊搖架按其形狀可以分為:筒形搖架、槽型搖架和組合搖架。我們將搖架模塊所能承受的最大后坐阻力的大?。ㄖ饕紤]搖架的強度）作為該模塊的主參數(shù)，將該模塊分為六個檔次。這樣，搖架模塊共有18種模塊。4） 回轉(zhuǎn)模塊回轉(zhuǎn)模塊一般包括:上架、高低機、方向機、瞄準機等，按照上架形式的不同，可以把回轉(zhuǎn)模塊分為如下形式:（1）長立軸的上架，（2）短立軸的上架，（3）帶防撬板的上架。我們將回轉(zhuǎn)模塊所能夠承受的最大后坐阻力的大小（主要考慮上架的強度）作為該模塊的主參數(shù)，將該模塊的主參數(shù)分為六個檔次。這樣，回轉(zhuǎn)模塊共有18種模塊。5） 基礎支撐模塊基礎支撐模塊一般包括:下架、大架。按照大架數(shù)目的不同,可以把基礎支撐模塊按照大架的形式分為:（1）單腳型的，（2）兩腳型的，（3）三腳型的等等。我們將基礎支撐模塊能夠承受的最大后坐阻力的大?。ㄖ饕紤]火炮射擊時的靜止性和穩(wěn)定性以及下架、大架的強度等）作為基礎支撐模塊的主參數(shù)，將基礎支撐模塊的主參數(shù)分為六個檔次。這樣，基礎支撐模塊共有18種模塊。6） 火炮運動模塊火炮運動模塊一般包括:運動體和緩沖器?；鹋谶\動模塊按其介質(zhì)可分為：充氣式輪胎和海綿輪胎。其中緩沖器一般都是扭桿式緩沖器。我們將運動模塊所能承載的最大有效重量作為運動模塊的主參數(shù)，將運動模塊的主參數(shù)分為個檔次。這樣，運動模塊模塊共有12種模塊?；鹋谀K化設計（基型設計）的一般過程是:首先對用戶（軍方）的需求進行功能分解，經(jīng)分析后得到內(nèi)彈道參數(shù)、火炮性能參數(shù)和運動參數(shù)，其中，內(nèi)彈道參數(shù)是設計者選擇后坐模塊的依據(jù)，運動參數(shù)是選取火炮運動模塊的依據(jù)，而性能參數(shù)（包括使用性能參數(shù)、射擊性能等）是選取某些與性能參數(shù)有關的模塊的依據(jù)（可以以高低射角為依據(jù)初步選取搖架模塊，以方向射角為依據(jù)初步選取回轉(zhuǎn)模塊），同時也是檢驗火炮性能的依據(jù)參數(shù):在有初步設計結(jié)果出現(xiàn)時，要用性能參數(shù)來衡量設計結(jié)果是否滿足設計要求，如果滿足，則該設計結(jié)果可以成為最終模塊化設計結(jié)果，否則，就需要重新返回到設計的中間過程，根據(jù)不滿足的參數(shù)情況，重新選取某些模塊，如:若火炮（設計結(jié)果）僅僅不滿足射擊時的靜止性，應考慮重新選取基礎支撐模塊;若火炮（設計結(jié)果）同時不滿足方向射角和射擊時的穩(wěn)定性時，需要重新選取回轉(zhuǎn)模塊，等等。2火炮模塊化設計在火炮改進型設計中的應用改進型設計的工作量比全新設計的工作量要小一些，用戶只要改進或更換部分模塊即可（這里假設需要改進的基型火炮己采用了模塊化設計方法），如果模塊數(shù)據(jù)庫中存在有滿足用戶特定功能（模塊改進后應具有的功能）要求的功能模塊，那么，就可以直接進行模塊的綜合了:如果模塊數(shù)據(jù)庫中不存在這