仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用探討

李華冰 張玉路

摘 要：近幾年以來，我國(guó)科學(xué)水平不斷發(fā)展，仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用的越來越廣泛，對(duì)于機(jī)械行業(yè)整體水平的提升具有關(guān)鍵性意義。基于此，本文闡述了仿真技術(shù)的概念和特點(diǎn)，分析了計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)的構(gòu)建過程，論述了仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的具體應(yīng)用，希望可以促進(jìn)仿真技術(shù)在機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：仿真技術(shù);機(jī)械設(shè)計(jì)制造;應(yīng)用

現(xiàn)階段，我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)業(yè)得到了很大發(fā)展，尤其是仿真技術(shù)的加入，不僅提升了整體制造水平，而且有利于改善和提高我國(guó)設(shè)計(jì)制造整體水平。尤其是當(dāng)下計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，給機(jī)械設(shè)計(jì)帶來了極大便利，仿真技術(shù)的加入更是錦上添花，提高了我國(guó)制造業(yè)整體水平與工作效率。網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，工業(yè)領(lǐng)域與其相結(jié)合，不僅對(duì)工業(yè)發(fā)展起到了很大推動(dòng)作用，而且在實(shí)際發(fā)展過程中，為機(jī)械設(shè)計(jì)提供了一定理論支持，促進(jìn)了我國(guó)機(jī)械行業(yè)發(fā)展。

1 仿真技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)制造的概述

網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的來臨，使得計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了廣泛發(fā)展，并且應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)中，對(duì)行業(yè)發(fā)展起到了極大促進(jìn)作用。再加上保證技術(shù)進(jìn)一步改善和更新，給社會(huì)帶來了極大變化。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是一種虛擬樣機(jī)技術(shù)，指的是通過計(jì)算機(jī)，利用專門的軟件進(jìn)行建構(gòu)模型，以不同動(dòng)態(tài)鑰匙和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，免去了大量制造失誤，這樣不僅有利于節(jié)省時(shí)間和空間，而且還有利于節(jié)省大量成本，提高設(shè)備安全性和穩(wěn)定性，對(duì)于設(shè)備改進(jìn)和更新有很大好處。機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程是極其復(fù)雜繁瑣的，如果運(yùn)用原始方式，就必須在每個(gè)環(huán)節(jié)中進(jìn)行各種復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析試驗(yàn);如果在這個(gè)過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，就必須消耗大量時(shí)間進(jìn)行原因?qū)ふ?但是仿真技術(shù)加入后，通過構(gòu)建仿真模型，就可以對(duì)整個(gè)設(shè)備及其系統(tǒng)進(jìn)行分析，這種方式也有利于現(xiàn)實(shí)與虛擬之間的研究和測(cè)試，利于我們對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和檢測(cè)?？傊?，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中的應(yīng)用，不僅降低了成本，而且提高了工作效率與整體設(shè)備質(zhì)量。

2 仿真技術(shù)在機(jī)械制造行業(yè)中的特點(diǎn)

1）分布性特點(diǎn)。仿真技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)有效結(jié)合下，機(jī)械制造業(yè)對(duì)仿真的分布性特點(diǎn)非常明顯。究其原因在于仿真技術(shù)與制造分布密切相關(guān)，仿真技術(shù)是由虛擬網(wǎng)絡(luò)的支持下而建立的。仿真技術(shù)所應(yīng)用的圖形技術(shù)特點(diǎn)和傳感器應(yīng)用特點(diǎn)顯著，因此加強(qiáng)了仿真技術(shù)的交互性。

2）應(yīng)用范圍特點(diǎn)。仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)中的相關(guān)應(yīng)用具有顯著特點(diǎn)，仿真技術(shù)貫穿在設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品中以及測(cè)試和維護(hù)機(jī)械產(chǎn)品過程始終。仿真技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品的概念相關(guān)設(shè)計(jì)和具體加工等過程中均有顯著作用。仿真技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中也具有較為廣泛的應(yīng)用范圍，仿真技術(shù)在機(jī)械制造中具有動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)[3]。

3）集成化特點(diǎn)。機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)中應(yīng)用仿真技術(shù)的最為突出特點(diǎn)之一就是集成化。仿真技術(shù)可形成有效的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境和產(chǎn)品制造環(huán)境，仿真類型具有多元化特點(diǎn)。

3 構(gòu)建計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)

隨著仿真技術(shù)的應(yīng)用范圍越廣，仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)中也發(fā)揮著重要作用。想要構(gòu)建好計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，必須根據(jù)實(shí)際條件搭建仿真模型。據(jù)資料顯示，仿真系統(tǒng)的構(gòu)建與以下學(xué)科體系具有重要聯(lián)系：其一，幾何學(xué);其二，圖形學(xué);其三，數(shù)據(jù)處理學(xué)等。在構(gòu)建計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)過程中單純依靠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無法有效識(shí)別研究對(duì)象，因此，需建立好三維模型。通過三維模型可以決定計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的精確度，在具體構(gòu)建模型過程中，需注意以下幾點(diǎn)內(nèi)容：第一，創(chuàng)建三維模型。選擇一個(gè)可以有效進(jìn)行仿真的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，再加上相關(guān)條件，運(yùn)用相關(guān)知識(shí)來予以數(shù)學(xué)表達(dá)，準(zhǔn)確闡述三維模型的核心。三維模型的核心為數(shù)學(xué)模型，數(shù)學(xué)模型主要分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種模型。第二，變換三維模型。對(duì)于富有抽象表達(dá)形式的數(shù)學(xué)模型來說，需轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)可以處理的一種形式，此過程被稱之為變換模型。相關(guān)工作人員需合理應(yīng)用相關(guān)算法和計(jì)算機(jī)技術(shù)來表達(dá)數(shù)學(xué)模型，如直接采用已有的仿真軟件或者在自身深入研究出仿真軟件。第三，試驗(yàn)三維模型。將已經(jīng)創(chuàng)建好的三維模型輸入到計(jì)算機(jī)之中，通過計(jì)算機(jī)的相關(guān)處理可以得出相應(yīng)結(jié)果。相關(guān)工作人員只需做好三維模型的建立和三維模型的變換工作，在試驗(yàn)三維模型過程中較為簡(jiǎn)單。在此需要注意的是需要對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行合理分析，從而衡量仿真結(jié)果。常用衡量方法有以下兩種：其一，仿真過程的反向驗(yàn)證方法;其二，置信通道方法。

4 仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的具體應(yīng)用

1）仿真技術(shù)在復(fù)雜數(shù)據(jù)分析應(yīng)用。計(jì)算機(jī)技術(shù)在工程機(jī)械中的應(yīng)用范圍越來越廣，很多復(fù)雜問題都可以通過計(jì)算機(jī)來解決。仿真技術(shù)運(yùn)用在機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中，可以將許多復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化、層次化，不僅能夠起到節(jié)約時(shí)間的作用，而且可以避免在操作過程中出現(xiàn)問題，提高設(shè)備工作效率以及準(zhǔn)確度。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到最后確定，都必須依靠保證技術(shù)運(yùn)用，才能夠保證在最短的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出最適合的產(chǎn)品和設(shè)備，減少材料浪費(fèi)，加強(qiáng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及各種參數(shù)，為機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)發(fā)展起到推動(dòng)作用。

2）仿真技術(shù)在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的相關(guān)應(yīng)用。機(jī)械系統(tǒng)是由各種不同的結(jié)構(gòu)組合而成，因此必須精確設(shè)計(jì)各個(gè)結(jié)構(gòu)部件的精確度?，F(xiàn)階段來看，在機(jī)械的具體設(shè)計(jì)過程中，相關(guān)研究人員會(huì)先進(jìn)行優(yōu)化模擬試驗(yàn)，再對(duì)機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)的零部件或者相關(guān)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行組合配置優(yōu)化模擬設(shè)計(jì)，最終選擇出最為理想的設(shè)計(jì)方案。采用仿真技術(shù)時(shí)，可應(yīng)用大型三維設(shè)計(jì)軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)演示。機(jī)械設(shè)計(jì)工作人員可以從多個(gè)角度對(duì)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)加以仔細(xì)觀察，如果出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)受干擾情況時(shí)也可以進(jìn)行有效調(diào)整，功能較多且使用便捷，因此被廣大設(shè)計(jì)人員所青睞。

3）仿真技術(shù)在復(fù)雜機(jī)械加工中的相關(guān)應(yīng)用。計(jì)算機(jī)操作下的生產(chǎn)技術(shù)主要是對(duì)機(jī)械進(jìn)行加工處理，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用可以為機(jī)械加工提供可靠依據(jù)。以數(shù)控機(jī)床加工為例，在計(jì)算機(jī)輔助下，可以對(duì)數(shù)據(jù)模塊予以合理加工，再生成圖形或數(shù)據(jù)來完成指令。以磨削加工為例，建立數(shù)學(xué)模式是以時(shí)間軸為單位，與磨削加工行為或者相關(guān)指令進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)科有效實(shí)現(xiàn)磨削方案。以銑削加工為例，首先建立銑削模型，再利用仿真軟件來對(duì)設(shè)計(jì)銑削機(jī)理和銑削條件。以電火花切割為例，首先需建立曲面計(jì)算機(jī)仿真模式，再預(yù)估電火花工藝效果。

4）仿真技術(shù)在大型機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)過程中的相關(guān)應(yīng)用。對(duì)于大型機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)而言，由于體積大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以包含的零部件非常多，制造過程也較為復(fù)雜。實(shí)際生產(chǎn)大型機(jī)械設(shè)備過程中，設(shè)計(jì)工作人員經(jīng)常在配置零部件的時(shí)候出現(xiàn)問題。究其原因是設(shè)計(jì)工作人員無法一次性配齊零部件，所以導(dǎo)致大型機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障，從而降低生產(chǎn)效率，給企業(yè)帶來一定程度的經(jīng)濟(jì)損失。如果將仿真技術(shù)應(yīng)用在大型機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)中，則能夠提前研究好零部件，提高生產(chǎn)效率且節(jié)約資源。在虛擬環(huán)境下，仿真技術(shù)能夠測(cè)試機(jī)械設(shè)備的裝配狀況，直接檢查機(jī)械設(shè)備的具體運(yùn)行狀況，從而節(jié)約成本，降低二次操作率，提高大型機(jī)械設(shè)備的使用質(zhì)量。

5 結(jié)語

隨著新技術(shù)加入，機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展不斷地加快了腳步，工作效率和工作質(zhì)量大大提升，對(duì)于行業(yè)的整體發(fā)展起著關(guān)鍵性的影響。仿真技術(shù)的應(yīng)用，能夠增強(qiáng)機(jī)械設(shè)計(jì)的精確性，帶動(dòng)機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的整體水平，激發(fā)行業(yè)活力，推動(dòng)行業(yè)創(chuàng)新，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量和成本，促進(jìn)了機(jī)械制造行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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