火炮模塊化設(shè)計(jì)

在國(guó)際形勢(shì)日趨復(fù)雜的今天，我國(guó)國(guó)防為國(guó)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(dān)負(fù)著保衛(wèi)我國(guó)的陸、海、空安全的任務(wù)，火炮的先進(jìn)性是威懾和打敗敵人地面進(jìn)攻的最有效的手段之一，而要保持火炮的先進(jìn)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(shè)計(jì)”是歐美國(guó)家50年代提出的一種新的設(shè)計(jì)概念和設(shè)計(jì)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(jìn)行組合而形成產(chǎn)品的特征，它強(qiáng)調(diào)以功能分析為基礎(chǔ)，以市場(chǎng)預(yù)測(cè)為先導(dǎo)，把功能不同或功能相同而性能不同的模塊進(jìn)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(yīng)性。這種設(shè)計(jì)方法的一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)就是不僅能滿足用戶多品種的要求，而且縮短設(shè)計(jì)周期，使企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中掌握主動(dòng)權(quán)?！澳K化設(shè)計(jì)”是一種著重解決產(chǎn)品品種、規(guī)格與設(shè)計(jì)周期、成本之間的矛盾的設(shè)計(jì)方法。具體一點(diǎn),“模塊化設(shè)計(jì)”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(biāo)準(zhǔn)化，而部件具有很強(qiáng)的互換性，便于組裝的設(shè)計(jì)方法。也有很多人認(rèn)為:在對(duì)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(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)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(chǎng)的不同需求，這種設(shè)計(jì)方法稱為“模塊化設(shè)計(jì)”?；鹋谀K化設(shè)計(jì)”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(diǎn)而得到發(fā)展。一、 模塊化設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的關(guān)系模塊化設(shè)計(jì)是以傳統(tǒng)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中也蘊(yùn)含著模塊化設(shè)計(jì)的思想，但是，模塊化設(shè)計(jì)的火炮與傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的火炮有些區(qū)別:傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是以部件或組件為單位進(jìn)行設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和管理的,而模塊化設(shè)計(jì)是以功能模塊為單位進(jìn)行設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和管理的;按照模塊化設(shè)計(jì)所劃分的功能單元可能不同于原來(lái)的部件或組件，這是因?yàn)椴考徒M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(qiáng)調(diào)功能的獨(dú)立性。例如:在本課題中，模塊劃分時(shí)，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(gè)模塊中,在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)管理時(shí)，把它們作為一個(gè)整體來(lái)考慮，而傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)則是把反后坐裝置和后坐部分分開來(lái)考慮，有時(shí)還可能把后坐部分分解為下級(jí)組成部件考慮。二、 模塊化設(shè)計(jì)的過程模塊化設(shè)計(jì)的過程大致可分為：（1）對(duì)用戶提出的要求進(jìn)行功能分析（市場(chǎng)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(shè)計(jì)的準(zhǔn)備與規(guī)劃產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)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(chǎng)的各種不同需求。因此，在進(jìn)行產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)之前，必須在市場(chǎng)調(diào)研和用戶需求分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行充分的準(zhǔn)備和周密的規(guī)劃，合理確定產(chǎn)品型號(hào)和主要參數(shù)，合理確定模塊的種類。具體來(lái)講,市場(chǎng)調(diào)查的內(nèi)容主要包括：1）市場(chǎng)對(duì)不同功能、性能、參數(shù)、造型或價(jià)格的同類產(chǎn)品的需求比例及其發(fā)展趨勢(shì)。例如:軍方現(xiàn)階段對(duì)不同口徑、不同性能的火炮的需求,都決定著模塊化設(shè)計(jì)中模塊的種類。2） 采用模塊化設(shè)計(jì)的可行性、優(yōu)越性，以及新設(shè)計(jì)帶來(lái)的成本變化對(duì)保持或占領(lǐng)市場(chǎng)的預(yù)測(cè)。3） 國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)，新技術(shù)應(yīng)用的可能性,新產(chǎn)品開發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)及解決的辦法和風(fēng)險(xiǎn)程度等。2模塊的劃分進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，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(jìn)行設(shè)計(jì)，模塊必須具有通用性、可互換性和標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)。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(chǔ)的，模塊劃分時(shí)，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(shí)產(chǎn)生混亂，又要考慮到該模塊系列將來(lái)擴(kuò)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(shè)計(jì)的成功與否。3模塊的創(chuàng)建模塊化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要設(shè)計(jì)一組能同時(shí)滿足基型設(shè)計(jì)和變型設(shè)計(jì)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(jìn)行功能分解與組合，實(shí)現(xiàn)從功能到結(jié)構(gòu)概念的過渡?？梢哉f(shuō)，模塊創(chuàng)建是模塊化設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，也是決定模塊化設(shè)計(jì)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(cuò)綜復(fù)雜的相互關(guān)系，從而造成了模塊創(chuàng)建過程的復(fù)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(píng)價(jià)它們組合的可能性和合理性，進(jìn)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(shè)計(jì)過程。三、模塊化設(shè)計(jì)在火炮設(shè)計(jì)中的應(yīng)用火炮設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)的目的不同，一般可以分為兩種類型：全新設(shè)計(jì)（基型設(shè)計(jì)）:該設(shè)計(jì)類型的火炮所需的模塊都要重新設(shè)計(jì)；改進(jìn)型設(shè)計(jì):該設(shè)計(jì)類型的火炮只有個(gè)別的模塊需要改進(jìn)，要重新設(shè)計(jì)，而其它模塊不必重新設(shè)計(jì)。1模塊化設(shè)計(jì)在火炮基型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用基型設(shè)計(jì)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(jìn)去，而且必須考慮到由于設(shè)計(jì)水平、制造技術(shù)水平的提高等因素而導(dǎo)致比較先進(jìn)的模塊出現(xiàn)，設(shè)計(jì)者應(yīng)該保證這些可能在將來(lái)出現(xiàn)的模塊能夠應(yīng)用在該基型炮或其改進(jìn)型火炮中?？梢园鸦鹋谀K分為起落模塊和炮架模塊，在二級(jí)模塊劃分時(shí)，起落模塊又可以進(jìn)一步分為:后坐模塊、搖架模塊和平衡機(jī)模塊:炮架模塊又可以進(jìn)一步分為:基礎(chǔ)支撐模塊、火炮運(yùn)動(dòng)模塊和回轉(zhuǎn)模塊。完成模塊劃分之后進(jìn)行模塊系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(jì)，下面就其中一些設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)及關(guān)鍵問題作簡(jiǎn)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(jī)和復(fù)進(jìn)機(jī)），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(shè)計(jì)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(duì)稱地分布在炮身的上方，（2）反后坐裝置對(duì)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(jī)和復(fù)進(jìn)機(jī)兩者合為一體成為駐退復(fù)進(jìn)機(jī)。至于炮門的形式，在下級(jí)模塊的劃分時(shí)再予以考慮。因此,可以把后坐模塊按身管口徑分為六個(gè)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(jī)模塊按彈性元件的不同，平衡機(jī)可分為彈簧式和氣壓式兩種;按作用力方向的不同，平衡機(jī)又可分為拉式和推式兩種。因此，火炮中的平衡機(jī)大體可分為以下四種：彈簧推式平衡機(jī)、彈簧拉式平衡機(jī)、氣體推式平衡機(jī)、氣體拉式平衡機(jī)。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小（主要考慮搖架的強(qiáng)度）作為該模塊的主參數(shù)，將該模塊分為六個(gè)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(jī)、方向機(jī)、瞄準(zhǔn)機(jī)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(zhǎng)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?。ㄖ饕紤]上架的強(qiáng)度）作為該模塊的主參數(shù)，將該模塊的主參數(shù)分為六個(gè)檔次。這樣，回轉(zhuǎn)模塊共有18種模塊。5） 基礎(chǔ)支撐模塊基礎(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(shí)的靜止性和穩(wěn)定性以及下架、大架的強(qiáng)度等）作為基礎(chǔ)支撐模塊的主參數(shù)，將基礎(chǔ)支撐模塊的主參數(shù)分為六個(gè)檔次。這樣，基礎(chǔ)支撐模塊共有18種模塊。6） 火炮運(yùn)動(dòng)模塊火炮運(yùn)動(dòng)模塊一般包括:運(yùn)動(dòng)體和緩沖器?；鹋谶\(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)模塊所能承載的最大有效重量作為運(yùn)動(dòng)模塊的主參數(shù)，將運(yùn)動(dòng)模塊的主參數(shù)分為個(gè)檔次。這樣，運(yùn)動(dòng)模塊模塊共有12種模塊?；鹋谀K化設(shè)計(jì)（基型設(shè)計(jì)）的一般過程是:首先對(duì)用戶（軍方）的需求進(jìn)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(yùn)動(dòng)參數(shù)，其中，內(nèi)彈道參數(shù)是設(shè)計(jì)者選擇后坐模塊的依據(jù)，運(yùn)動(dòng)參數(shù)是選取火炮運(yùn)動(dòng)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(guān)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(shí)也是檢驗(yàn)火炮性能的依據(jù)參數(shù):在有初步設(shè)計(jì)結(jié)果出現(xiàn)時(shí)，要用性能參數(shù)來(lái)衡量設(shè)計(jì)結(jié)果是否滿足設(shè)計(jì)要求，如果滿足，則該設(shè)計(jì)結(jié)果可以成為最終模塊化設(shè)計(jì)結(jié)果，否則，就需要重新返回到設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)結(jié)果）僅僅不滿足射擊時(shí)的靜止性，應(yīng)考慮重新選取基礎(chǔ)支撐模塊;若火炮（設(shè)計(jì)結(jié)果）同時(shí)不滿足方向射角和射擊時(shí)的穩(wěn)定性時(shí)，需要重新選取回轉(zhuǎn)模塊，等等。2火炮模塊化設(shè)計(jì)在火炮改進(jìn)型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用改進(jìn)型設(shè)計(jì)的工作量比全新設(shè)計(jì)的工作量要小一些，用戶只要改進(jìn)或更換部分模塊即可（這里假設(shè)需要改進(jìn)的基型火炮己采用了模塊化設(shè)計(jì)方法），如果模塊數(shù)據(jù)庫(kù)中存在有滿足用戶特定功能（模塊改進(jìn)后應(yīng)具有的功能）要求的功能模塊，那么，就可以直接進(jìn)行模塊的綜合了:如果模塊數(shù)據(jù)庫(kù)中不存在這