現代機械工程設計領域虛擬制造技術融合路徑研究

摘 要：隨著現代化技術的不斷發展，機械工程設計也開辟了新的發展模式。在面對空前的發展機遇的同時，機械工程設計行業內部之間的競爭也更加的激烈。而想要在這激烈的競爭市場中脫穎而出，必然要做到在可控的成本范圍之內獲得最優質的產品質量。通過對虛擬制造技術的使用，能夠有效的幫助企業在提高產品質量的同時降低成本。因此，對于現代機械工程設計而言，虛擬制造技術的效果直接關系著該行業的發展前景。本文就現代機械工程設計及虛擬制造技術進行簡要的分析，針對現代機械工程虛擬制造技術的融合進行初步研究。

關鍵詞：現代機械；工程設計；虛擬制造技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.059

0 前言

近些年來，虛擬技術得到了飛速的發展，在機械工程設計中獲得了廣泛的使用。在如今的時代，更加注重對產品的設計的低成本、高效率、高品質的要求。根據相關數據顯示，虛擬制造技術不僅能夠幫助企業提升機械產品的質量，還能在一定程度上降低企業的生產成本，并且產品的生產周期也會進行大幅度的縮短，使企業獲得較大的經濟收益。虛擬技術的運用及發展受到更多領域的關注具有廣闊的發展前景。

1 現代機械工程設計

機械設計的最終目標是為了滿足人們現實生活中所需，體現在實際運用中的功能。讓機械產品更加的富有創新性和強大的功能，符合現代化科技進程，實現低成本高效率的優勢特征。傳統的機械工程設計中，會受到現實條件的很多因素的影響，并且在很多的方面都會存在一定的約束性。傳統機械工程設計過程中，需要通過大量的數據進行嚴苛的計算與分析之后才能將數據進行確定，但是依舊不能較為準確的保證數據的精確程度，在機械工程設計中，任何一個微小的數據都可能導致整個設計的癱瘓，所以很容易導致整體的設計不夠嚴謹。另外，在傳統的機械工程設計中，很多方面的設計都是通過設計人員的主觀意識進行設計，憑借自己多年的經驗和能力進行設計，所以在對質量的高效和生產合理等多個方面都無法達到較為理想的效果。與傳統的機械工程設計不一樣的是，現代機械工程設計充分利用現代先進的科學技術并與之融合，完美的避免了傳統機械工程設計中的不足。比如對計算機技術的運用，在某些數據的分析過程中，利用相關的物理學和數學等方面的科學知識，利用計算機技術進行更加精準的分析。從較為主觀的傳統機械工程設計，逐漸向以現代先進科技技術為基礎的現代化機械工程設計進行轉變。現代化機械工程設計具有較為完整的知識體系，并且涉及到動態的現代化設計，更加符合現代化發展進程的需求。

2 虛擬制造技術

（1）虛擬制造技術的特點。虛擬制造技術以現代計算機技術為基礎，構建一個虛擬的環境，對數據進行分析和研究。并且工作人員可以根據所建立的模型進行虛擬的設備裝配，在對設備的裝配過程中，難免會出現一些錯誤，而在虛擬的環境中，工作人員可以及時的進行修改，并且對設備沒有任何損害，能夠確保在實際的零件裝配的準確性。在對機械的零件進行改進時，可以在計算機中進行，能夠更加方便的進行操作，并且在修改之后能夠自動形成一個新的模型。機械工程對虛擬技術的運用較大程度的改變在操作過程中出現的質量問題，完美的實現設計和零件裝配以及后續檢驗的協調統一過程，最大程度的提高了產品的質量，增強產品的競爭力。

（2）虛擬制造技術的過程。虛擬制造技術的設計，主要是以產品的生命周期進行展開，設計人員進行設計時根據顧客的需求進行進一步的研究。經過詳細的分析和探討，對產品的所要呈現的功能、性能等方面進行更深層次的了解；然后利用虛擬技術對產品進行虛擬設計和工藝設計，利用虛擬技術進行加工，構建基本模型，在顧客對該模型滿意之后，便可對其進行實際生產，如果顧客并不滿意可以進行修改，能夠最大程度的節約生產的成本。元模型的構建需要通過很多方面的理論設計，并且不斷的進行修改和多次的實驗推理，然后才能實現計算機中進行優化設計。機械的零件在設計的過程中需要有一個較小的專家系統，然后依據不同零件的不同特點進行數據的設定，根據這些確定的數據進行正確的模型構建，形成不同的零件元模型。在元模型構建之后，才能進行結構模型的構建，并且根據實際情況，對元模型進行分類分級，在經過一系列的操作形成最終的產品，產品的模型設計是整個虛擬設計制造的主要目的。

3 現代機械工程設計領域虛擬制造技術的融合

現代機械工程設計中對虛擬制造技術的使用，能夠組成一個全新的技術，機械工程設計中的虛擬樣機技術，就是兩者進行有效融合的產物，也稱為機械系統動態仿真技術。工程設計師通過對計算機技術的使用，構建樣機的模型，并且對所構建的模型進行多種的動態性能分析，然后不斷的進行設計方案的修改，用數字化的形式來代替傳統工程設計。虛擬樣機技術，可以極大程度的簡化產品設計開發的過程，并且能夠大幅度的縮短產品的開發周期，減少產品開發過程中所消耗的人力物力成本，對產品的質量和性能方面有著較大程度的提高。

在現代機械工程設計中，對計算機仿真技術、零件的多次加工、工程的順序、所選用的參數數據、零件之間的配合性、連接零件的連接性等各個方面都可以使用虛擬制造技術，對其構建虛擬環境進行模型構建。構建一個數字化的虛擬樣機，設計嶄新的設計模式以及管理系統。

機械虛擬樣機，是三維CAD系統下的產物。三維CAD系統是一個構造模型的工具，能夠實現自頂向下以及自底向上等不同的設計方式，能夠完成對結構的分析，裝配的仿真以及仿真運動等多種復雜的設計過程，讓整個設計與實際設計相互貼合。該系統能夠有效的與CAE系統進行集成，然后進行仿真分析，提供需要進行加工的數控信息。

以SolidEdge、Solidworks、UG等為設計的平臺，構建全參數化的三維實體模型，并且在此基礎上對關鍵的零件和有限元進行數據分析，并且對整機或者部件機進行運動模型的構建。通過數字化虛擬樣機的建立與實施，建立一套基于三維CAD的產品開發體系，完成設計模式的轉變，加快產品推向市場的進程。

參考文獻：

[1]楊舒然.現代機械工程設計領域虛擬制造技術的運用[J].科技風，2018（06）：153.

[2]王恒宗.我國現代機械制造技術的發展趨勢[J].信息記錄材料，2017，18（11）：5-6.

作者簡介：何軍慶（1977-），男，江西南昌人，碩士，工程師，研究方向：制藥機械、制藥工程、機械工程。