虛擬制造技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用

李 銳

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450000)

傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的是產(chǎn)品的使用性能，往往在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中比較難以控制，而且裝配和設(shè)計(jì)等方面會(huì)存在較大的缺陷。因此為了保證機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本和能源消，虛擬制造技術(shù)在現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展中顯得尤為重要。

1 虛擬制造技術(shù)及其過(guò)程

1.1 虛擬制造技術(shù)特點(diǎn)

虛擬制造技術(shù)建立比較虛擬的環(huán)境下，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行分析。而且工作人員也可以根據(jù)建立的模型進(jìn)行虛擬裝配，在裝配過(guò)程中發(fā)現(xiàn)其中存在錯(cuò)誤，并及時(shí)進(jìn)行改正，確保造實(shí)際應(yīng)用中零件裝配的精確性。同時(shí)對(duì)零件裝改正時(shí)可以在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行，比較方便，易于操作，并且在更改之后能夠自動(dòng)形成一個(gè)新的模型。虛擬技術(shù)的應(yīng)用改變了因零件裝配出錯(cuò)而導(dǎo)致的質(zhì)量問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)和裝配以及檢驗(yàn)一個(gè)比較協(xié)調(diào)的過(guò)程，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，在現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展中更具競(jìng)爭(zhēng)力。

1.2 虛擬制造技術(shù)過(guò)程分析

虛擬設(shè)計(jì)的模型設(shè)計(jì)，主要是圍繞著產(chǎn)品的生命周期展開(kāi)的，因此設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)主要根據(jù)客戶的要求或是建議。然后進(jìn)行詳細(xì)的分析和探討，進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)產(chǎn)品的主要功能，性能等，最后利用虛擬技術(shù)進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)，再經(jīng)過(guò)虛擬進(jìn)行加工生產(chǎn)，客戶如果滿意就可以實(shí)施實(shí)際生產(chǎn)，如果出現(xiàn)問(wèn)題就要及時(shí)盡心修改。元模型和建模要通過(guò)一系列的理論計(jì)算，循環(huán)修改和實(shí)驗(yàn)推理等的過(guò)程，然后才能實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)中設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)。零件在設(shè)計(jì)過(guò)程中要有一個(gè)小的專(zhuān)家系統(tǒng)，根據(jù)不同零件的特點(diǎn)們進(jìn)行不同特征的數(shù)據(jù)設(shè)定。根據(jù)這些確定的數(shù)據(jù)建立一個(gè)正確的模型，形成一個(gè)零件的元模型。結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)建立在元模型零件基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行實(shí)際機(jī)構(gòu)分類(lèi)分級(jí)，經(jīng)過(guò)一系列的推論實(shí)現(xiàn)獨(dú)立產(chǎn)品。產(chǎn)品模型設(shè)計(jì)是虛擬設(shè)計(jì)中虛擬設(shè)計(jì)制造的計(jì)主要目標(biāo)，通常系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生不同的領(lǐng)域，因此不同的產(chǎn)品類(lèi)型就要建立一個(gè)不同類(lèi)型的模型，保證最高層次產(chǎn)品類(lèi)型模型的實(shí)際作用。

2 現(xiàn)代化機(jī)械工程設(shè)計(jì)

機(jī)械設(shè)計(jì)的主要目的是實(shí)現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用中的使用功能，讓機(jī)械產(chǎn)品具有一定的創(chuàng)新性，實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)大，經(jīng)濟(jì)低廉等的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)機(jī)械工程在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要是受當(dāng)時(shí)條件的影響，在許多方面有局限性。設(shè)計(jì)時(shí)需要要的數(shù)據(jù)要通過(guò)大量的計(jì)算分析之后得以確定，不能體現(xiàn)其精確性，整體設(shè)計(jì)不夠嚴(yán)謹(jǐn)。并且傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)主要依靠的是設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和自己的能力，因此質(zhì)量高效，生產(chǎn)合理等無(wú)法到理想的效果。與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)不同的是現(xiàn)代化機(jī)械工程設(shè)計(jì)充分利用了當(dāng)前社會(huì)科學(xué)發(fā)展的技術(shù)條件，如先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，在一些列分析過(guò)程中運(yùn)用了有關(guān)力學(xué)和數(shù)學(xué)等學(xué)科知識(shí)。從傳統(tǒng)的比較隨意性的設(shè)計(jì)中，逐漸轉(zhuǎn)化為以計(jì)算數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，擁有的知識(shí)體系比較完整，其中涉及到動(dòng)態(tài)現(xiàn)代化設(shè)計(jì)，使機(jī)械設(shè)計(jì)更符合現(xiàn)代化發(fā)展的需要。

3 機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的虛擬制造技術(shù)

機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的虛擬制造技術(shù)機(jī)械虛擬樣機(jī)技術(shù)，也是計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展和提高的輔助技術(shù)，具有重要的意義和作用。機(jī)械工程師可以利用計(jì)算機(jī)，在上面建立一個(gè)樣機(jī)模型，在分析過(guò)程中能對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化應(yīng)用。虛擬樣機(jī)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)用，大大減少了一些列比較繁瑣的計(jì)算過(guò)程，簡(jiǎn)化了其開(kāi)發(fā)過(guò)程，降低了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的成本，提高了產(chǎn)品使用的生命周期和經(jīng)濟(jì)效益。機(jī)械工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，數(shù)字化虛擬樣機(jī)的建立是創(chuàng)新設(shè)計(jì)的體現(xiàn)，數(shù)字化虛擬機(jī)也是一個(gè)企業(yè)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式的轉(zhuǎn)變。虛擬樣機(jī)能在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中完成結(jié)構(gòu)分析，裝配仿真等。能夠通過(guò)CAE系統(tǒng)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行仿真分析。

4 虛擬樣機(jī)技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)

虛擬樣機(jī)技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中具有強(qiáng)大的通用性，能夠?qū)υO(shè)計(jì)過(guò)程中非常復(fù)的問(wèn)題進(jìn)行處理或解決。虛擬樣機(jī)技術(shù)主要是在力學(xué)和動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)上不斷發(fā)展和提高，也是實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化處理的有效途徑和重要手段。大多數(shù)虛擬樣機(jī)都采用的是代數(shù)混合方程方式將復(fù)雜問(wèn)題轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單化，虛擬樣機(jī)中的每個(gè)構(gòu)件多有6個(gè)自由度，并且相互之間約束，能夠?qū)崿F(xiàn)其通用性?xún)?yōu)勢(shì)，方便建立不同類(lèi)型的模型。同時(shí)虛擬樣機(jī)能夠使機(jī)械系統(tǒng)建模更加方便，使軟件更具有強(qiáng)大的后期處理功能。傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)工程要根據(jù)運(yùn)動(dòng)分析，然后建立模型，雖然步驟不多，但是中間涉及到的大量數(shù)據(jù)計(jì)算和圖形分析等過(guò)程比較復(fù)雜，往往會(huì)在經(jīng)意間出現(xiàn)差錯(cuò)，還會(huì)浪費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，才能進(jìn)一步的確保模型的建立的準(zhǔn)確性。但是如果在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用虛擬樣機(jī)技術(shù)，相應(yīng)的在人力物力等方面減少了很多，而且提高了工作效率。在建模之前的數(shù)據(jù)計(jì)算等求解過(guò)程中有是通過(guò)計(jì)算機(jī)完成，不但簡(jiǎn)單，而且精確度高，也使得設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中有更新的思路和想法，讓機(jī)械工程設(shè)計(jì)更具有時(shí)代意義。傳統(tǒng)分析方法主要是利用大量的數(shù)據(jù)，在豐富的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上得出結(jié)果。虛擬樣機(jī)技術(shù)在結(jié)果分析上有了更多的表達(dá)形式，關(guān)于機(jī)械性能和效果顯示也比較直觀，便于工作人員分析和理解，實(shí)現(xiàn)了其強(qiáng)大的技術(shù)功能。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的提高，我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域中的技術(shù)發(fā)展和先進(jìn)工藝技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。虛擬制造技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將會(huì)改變現(xiàn)代化機(jī)械工程設(shè)計(jì)過(guò)程中傳統(tǒng)的制造模式。能在產(chǎn)品制造出來(lái)之前對(duì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的地方進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品性能的預(yù)測(cè)等優(yōu)勢(shì)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率以及制造周期，具有廣闊的發(fā)展前景。

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