許 健，顧曉洋

（江蘇長(zhǎng)江智能制造研究院有限責(zé)任公司，江蘇常州 213000）

0 引言

計(jì)算機(jī)仿真是以實(shí)際系統(tǒng)為對(duì)象，以模型理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)為工具，根據(jù)研究目標(biāo)建立并運(yùn)行模型，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行認(rèn)識(shí)與改造的過(guò)程。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，有利于設(shè)計(jì)人員提前了解機(jī)械產(chǎn)品運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的問(wèn)題，從而能夠在設(shè)計(jì)層面實(shí)現(xiàn)問(wèn)題解決，使機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)日臻完善，為后續(xù)的機(jī)械產(chǎn)品順利生產(chǎn)加工奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，降低整體機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)加工成本的同時(shí)，還能夠提供機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)加工的效率與質(zhì)量水平，推動(dòng)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)與加工產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)更好的發(fā)展。

1 仿真技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造特征

1.1 分布性特征

在當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)制造應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的過(guò)程中，由于其與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接越來(lái)越緊密，使仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中分布性特點(diǎn)越來(lái)越明顯。仿真技術(shù)的實(shí)施，已經(jīng)離不開(kāi)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的支持，因此在后續(xù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用時(shí)[1]，還需要相關(guān)技術(shù)人員加強(qiáng)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的認(rèn)知與了解，充分借助其優(yōu)勢(shì)，促使計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中發(fā)揮更大作用價(jià)值。

1.2 集成化特征

隨著仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，技術(shù)類(lèi)型也更加多變。在將該技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，本身體現(xiàn)了非常鮮明的集成化特征，即機(jī)械設(shè)計(jì)與制造集成了多種計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)及其他相關(guān)技術(shù)內(nèi)容，更好地推動(dòng)了自身工作的開(kāi)展，使機(jī)械制造設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量水平均得到顯著提升。

1.3 范圍廣特征

機(jī)械設(shè)計(jì)制造本身包含有諸多內(nèi)容，而在不同設(shè)計(jì)制造環(huán)節(jié)，均有著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用的身影。比如在仿真技術(shù)的幫助下，能夠有效提高機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制作及后期測(cè)試的效率，確保相應(yīng)的工作穩(wěn)定順利開(kāi)展，為技術(shù)人員帶來(lái)了極大的便利。

2 仿真過(guò)程的實(shí)現(xiàn)

2.1 創(chuàng)建仿真模型

在實(shí)際運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)時(shí)，需要結(jié)合實(shí)際需要，設(shè)置好約束條件，并以此為依據(jù)，搭建一個(gè)科學(xué)合理的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)。隨后還需要應(yīng)用專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)，將該系統(tǒng)采用數(shù)學(xué)公式表達(dá)出來(lái)，由此成功創(chuàng)建一個(gè)計(jì)算機(jī)仿真模型。

2.2 仿真模型變換

在完成仿真模型創(chuàng)建后，還需要在計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的幫助下，利用相關(guān)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，將模型轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠處理的形式。在具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，可以結(jié)合自身實(shí)際需要，建立一個(gè)新系統(tǒng)，但耗費(fèi)成本較高。也可以總結(jié)仿真需求，直接運(yùn)用現(xiàn)有的仿真軟件，完成仿真模型的轉(zhuǎn)換。

2.3 模型仿真實(shí)驗(yàn)

在實(shí)際開(kāi)展模型仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要運(yùn)用計(jì)算機(jī)，輸入各種模型參數(shù)，在仿真軟件的幫助下，可以從中獲得相應(yīng)的仿真結(jié)果，上述便是仿真實(shí)驗(yàn)的過(guò)程。而在這一過(guò)程中，需要嚴(yán)格按照相應(yīng)實(shí)驗(yàn)方案，做好仿真步驟的落實(shí)[2]。針對(duì)獲得的仿真結(jié)果，需要采用置信通道法，或者反向驗(yàn)證法，來(lái)驗(yàn)證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性與合理性，由此得出相應(yīng)結(jié)論。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)制造中仿真技術(shù)的應(yīng)用

3.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通常機(jī)械產(chǎn)品本身結(jié)構(gòu)均非常復(fù)雜，由多種零部件共同組成。在實(shí)際開(kāi)展機(jī)械設(shè)計(jì)與制造的過(guò)程中，需要充分考慮不同零件的組合構(gòu)成，確保在設(shè)計(jì)層面能夠通過(guò)不同零件組合設(shè)計(jì)，確保其通過(guò)零件之間的相互作用，實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品相應(yīng)的功能。上述工作的開(kāi)展，離不開(kāi)仿真技術(shù)的支持[2]。通過(guò)應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)設(shè)置的虛擬平臺(tái)，完成機(jī)械產(chǎn)品零部件的組合設(shè)計(jì)，并使其能夠在虛擬平臺(tái)中運(yùn)行，便于設(shè)計(jì)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的問(wèn)題。除此之外，在進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員還可以改變相關(guān)的仿真模型參數(shù)，完成機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)內(nèi)容的調(diào)整。同時(shí)還能夠添加一些附加裝置，如運(yùn)動(dòng)發(fā)射器、彈簧等，便于設(shè)計(jì)人員更好地開(kāi)展模擬仿真工作，提高機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的質(zhì)量。

3.2 齒輪設(shè)計(jì)

在機(jī)械產(chǎn)品中，齒輪是核心裝置，也是產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。因此在產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用仿真技術(shù)時(shí)，同樣需要提高對(duì)齒輪設(shè)計(jì)的關(guān)注程度。例如在具體實(shí)踐方面，可以應(yīng)用Visual LISP 語(yǔ)言，從幾何層面入手，實(shí)現(xiàn)對(duì)齒輪齒形的建模與仿真，提高齒輪設(shè)計(jì)質(zhì)量水平；可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)齒輪傳動(dòng)接觸點(diǎn)相關(guān)參數(shù)的研究分析，便于設(shè)計(jì)師更好地了解齒輪傳動(dòng)的種種細(xì)節(jié)，對(duì)提高機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造整體質(zhì)量水平而言有著較為積極的影響意義。

3.3 機(jī)械復(fù)雜加工

在機(jī)械設(shè)計(jì)制造的過(guò)程中，機(jī)械加工是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的步驟。該項(xiàng)步驟能否順利實(shí)施，將會(huì)對(duì)最終機(jī)械產(chǎn)品實(shí)際應(yīng)用效果有著非常直接的影響。在當(dāng)前，機(jī)械產(chǎn)品在設(shè)計(jì)加工方面正向著大型化、智能化和全自動(dòng)化方向發(fā)展，因此機(jī)械設(shè)計(jì)也越來(lái)越復(fù)雜精密。通過(guò)加強(qiáng)仿真技術(shù)的應(yīng)用，能夠幫助設(shè)計(jì)人員深入的分析這些復(fù)雜的機(jī)械原理，同時(shí)還能夠滿(mǎn)足高復(fù)雜化的機(jī)械加工的工藝技術(shù)和質(zhì)量要求。

例如，在實(shí)際進(jìn)行機(jī)械打磨削減的過(guò)程中，通過(guò)應(yīng)用仿真技術(shù)，可以實(shí)時(shí)分析磨削時(shí)間數(shù)據(jù)信息，針對(duì)其中一些重要的參數(shù)，還可以完成模型的構(gòu)建，最后再對(duì)建模進(jìn)行仿真分析，結(jié)合分析的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品加工磨削的時(shí)間合理預(yù)測(cè)，最終幫助設(shè)計(jì)師確定最佳的打磨時(shí)間，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品磨削質(zhì)量提升有著非常積極的影響意義。

3.4 復(fù)雜數(shù)值計(jì)算

隨著我國(guó)工業(yè)化水平不斷提升，機(jī)械設(shè)備也越來(lái)越精密化。受此影響，在實(shí)際進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)與制造時(shí)，面對(duì)的各種參數(shù)數(shù)值也越來(lái)越復(fù)雜。針對(duì)這些復(fù)雜數(shù)值的計(jì)算，需要應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)以及其他配套技術(shù)，才能提高計(jì)算的效率與準(zhǔn)確性，推動(dòng)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造實(shí)現(xiàn)更好的發(fā)展。例如在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)制造時(shí)，可以在數(shù)控系統(tǒng)的幫助下，通過(guò)結(jié)合實(shí)際需求，提前做好運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置。隨后會(huì)經(jīng)過(guò)復(fù)雜的技術(shù)轉(zhuǎn)換后，由此形成針對(duì)性的控制運(yùn)行指令，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)中制造質(zhì)量水平[3]。另一方面，針對(duì)機(jī)械磨削產(chǎn)品品質(zhì)的預(yù)測(cè)，則需要應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，完成對(duì)應(yīng)數(shù)學(xué)模型的搭建，實(shí)現(xiàn)對(duì)磨削過(guò)程的模擬。并結(jié)合模擬結(jié)果，做好機(jī)械運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整，最終提高機(jī)械產(chǎn)品磨削水平。還可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真模型，將磨削功率設(shè)置為變化量，加強(qiáng)模擬仿真分析，以此獲得最佳的磨削方案，為后續(xù)的機(jī)械加工生產(chǎn)提供良好的支持。

4 仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 仿真技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化

當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)滲透進(jìn)各行各業(yè)之中，為行業(yè)生產(chǎn)與業(yè)務(wù)生產(chǎn)帶來(lái)了全新的發(fā)展變革機(jī)遇。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)之中，互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)發(fā)揮著非常重要的作用。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)本身便與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息有著非常密切的聯(lián)系，未來(lái)機(jī)械仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造與應(yīng)用的過(guò)程中會(huì)逐步趨于網(wǎng)絡(luò)化，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的幫助下，使仿真技術(shù)能夠收集更多更廣泛的數(shù)據(jù)信息，從根本上提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造質(zhì)量水平。與此同時(shí)，針對(duì)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用，還可以利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程化網(wǎng)絡(luò)控制，進(jìn)一步提高效率，使計(jì)算仿真結(jié)果得到更進(jìn)一步的優(yōu)化。因此在未來(lái)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)也會(huì)搭載網(wǎng)絡(luò)化平臺(tái)，進(jìn)一步擴(kuò)大自己的應(yīng)用范圍，提高網(wǎng)絡(luò)控制的效果，發(fā)揮出更大的作用價(jià)值，從而提高我國(guó)機(jī)械制造產(chǎn)品的適應(yīng)性。仿真技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)聯(lián)系更加緊密，已經(jīng)是未來(lái)重要的發(fā)展趨勢(shì)之一。

4.2 機(jī)械產(chǎn)品小型化

傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品體量較大，太過(guò)笨重，已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前實(shí)際生產(chǎn)需求。因此在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的過(guò)程中，更加注重產(chǎn)品輕量化、小型化設(shè)計(jì)，力求在減小產(chǎn)品體積的同時(shí)，盡可能賦予機(jī)械產(chǎn)品更多功能。受此影響，仿真技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)生設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用時(shí)，也會(huì)利用自身的優(yōu)勢(shì)，助力機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造朝著小型化方向不斷發(fā)展。在當(dāng)前，機(jī)械產(chǎn)品小型化已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，產(chǎn)品體積小可以減少空間的占用，同時(shí)還能夠擴(kuò)展產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。但隨著機(jī)械產(chǎn)品體積變小，針對(duì)其生產(chǎn)加工工藝必然也提出了更為嚴(yán)格的要求。

為避免產(chǎn)品功能受到不利影響，在計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用中也會(huì)更加地精密化，自動(dòng)化水平也會(huì)更高。一方面，能夠促使機(jī)械設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率有效提升；另一方面，則是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的幫助下，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品仿真過(guò)程的自動(dòng)化精密控制，促使機(jī)械產(chǎn)品朝著小型化方向不斷發(fā)展。

4.3 仿真技術(shù)智能化

透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，仿真技術(shù)主要是模擬產(chǎn)品的生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程，提前從設(shè)計(jì)層面發(fā)現(xiàn)其中存在的問(wèn)題，從而避免在落實(shí)階段問(wèn)題爆發(fā)，帶來(lái)更大的損失。由此我們能夠認(rèn)識(shí)到，仿真技術(shù)本身便是以人類(lèi)思維為基礎(chǔ)，因此在未來(lái)仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)生產(chǎn)制造發(fā)展的過(guò)程中，必然也會(huì)操作智能化方向發(fā)展。在未來(lái)，人們對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品功能提出了更高要求，如果不能提高機(jī)械的智能化以及制造的效率，將會(huì)被市場(chǎng)所淘汰。仿真技術(shù)也必須要跟上智能化發(fā)展的步伐，才能在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中發(fā)揮出更大作用價(jià)值。同時(shí)在信息化技術(shù)、智能化技術(shù)飛速發(fā)展的今天，仿真技術(shù)將會(huì)加強(qiáng)對(duì)這些先進(jìn)信息技術(shù)的應(yīng)用，注重優(yōu)化整個(gè)仿真模擬的流程，盡可能降低人為的干擾，進(jìn)一步提高自身的智能化水平[4]。特別是隨著工業(yè)制造產(chǎn)品不斷優(yōu)化升級(jí)，很多機(jī)械產(chǎn)品裝置需要越來(lái)越多精密類(lèi)型零部件支持。面對(duì)這一現(xiàn)象，只有不斷推動(dòng)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)飛速發(fā)展進(jìn)步，提高自身智能化水平，才能更好地滿(mǎn)足高端產(chǎn)品制造的要求?；诖耍谖磥?lái)發(fā)展中，自動(dòng)化焊接技術(shù)將會(huì)朝著自動(dòng)化、智能化方向不斷的進(jìn)行發(fā)展，融入更多先進(jìn)的自動(dòng)化操作技術(shù)以及智能化技術(shù)，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中發(fā)揮出更大作用價(jià)值。

5 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械設(shè)計(jì)制造是較為系統(tǒng)復(fù)雜的過(guò)程，為降低整體設(shè)計(jì)制造成本、提高設(shè)計(jì)制造效率，必須要注重加強(qiáng)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用。通過(guò)明確設(shè)計(jì)要求，做好參數(shù)設(shè)置，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行仿真運(yùn)行，提前發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題，有效提高機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量水平，降低整體產(chǎn)品生產(chǎn)加工的成本，推動(dòng)機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)加工制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展。