仿真技術在機械設計制造中的應用

曾廣會，張軍

（海軍潛艇學院，山東 青島 266044）

1 仿真技術

隨著社會經濟技術的快速發展，很多新興技術應運而生。仿真技術是一項綜合性極強的計算機技術，其中包含各種各樣的計算機技術。豐富的計算機技術應用于仿真技術中，達到呈現虛擬效果的目的。正因此，仿真技術的快速發展必然會帶動計算機技術的快速發展，進而推動社會技術的快速發展。機械設計制造行業是我國一個傳統的行業，機械設計制造的水平亦能代表我國工業化的程度。傳統行業更需要新型技術的帶動，仿真技術的發展無疑會推動機械設計制造的發展。因此，在社會經濟快速發展的情況下，分析當前情況下仿真技術在機械設計制造中應用情況，探究仿真技術的發展趨勢，對機械制造業以及工業化的發展有著重要的意義。

仿真技術的工具主要有仿真硬件和仿真軟件。仿真硬件絕大部分是計算機，其中有數字計算機、模擬計算機、目標仿真器、運動仿真器等。后2項都屬于物理仿真器范疇。仿真軟件包括數據庫、仿真程序、仿真語言等，是構成仿真軟件系統的重要部分。仿真技術進行應用需要多種方式方法，主要為連續系統仿真以及離散系統仿真。仿真技術可在能源、動力、化工等相關領域進行應用，仿真技術在機械設計制造中的應用只是一個方面。在機械設計制造中融入仿真技術，可大幅度降低人工勞動強度、操作更加安全、計算結果更加準確、軟硬件的研發費用也可大大降低，研發投入時間上亦減少，有利于機械設計制造效率的提高。仿真技術的加入使得機械設計制造的經濟效益更可觀。

機械設計制造涉及電子工程技術、機械自動化等方面的內容，同時也包括多種學科理論，如控制工程學科、工程力學學科、工程材料理論等。機械設計制造行業是我國傳統行業。在自動化、新興技術不發達時，機械制造的包括范圍比較傳統，主要是對設備及其零件的加工制造過程，根據客戶或者消費者所需參數建立合適的模型，再加上工程力學、控制工程、材料力學等理論，反復測試、試驗機械設計模型是否達到所需要求。而隨著科學技術的發展，高科技的技術如仿真技術不斷加入，自動化將會成為機械設計制造的趨勢。

2 仿真技術在機械設計制造中的應用

仿真技術在機械設計制造中的應用是多方面的，諸如在機械結構設計中應用、齒輪設計中的應用等等。機械結構設計的關鍵是各個結構件的精確運行。仿真技術的加入，可使機械結構設計在設計階段就進行模擬優化實驗，通過對機械結構中的各個結構的模擬組合、運行、調試，使得機械結構設計達到最優化情況，機械系統內的結構及零部件達到理想狀態。機械裝備中至關重要的部件就是齒輪及相關產品，絕大部分機械設備是由齒輪傳動。在機械設計制造過程中，對齒輪的設計制造、使用效果進行模擬顯得尤為重要。利用仿真技術對齒輪的使用情況進行模擬，挖掘齒輪系統在研發設計階段存在的問題，提前發現問題，進行改進，大大降低設計開發成本，有利于促進機械設計制造業的發展。

仿真技術在機械設計制造加工研究中也有廣泛應用。仿真技術可應用于機械數控加工，在機床林間進行編程。仿真技術的作用在于把機械加工產品的數據信息轉變成模擬圖形，機械制造設計人員可根據模擬圖形來調整機械設計相關參數。對于機械磨削加工，機械設計人員可先構建各個階段的磨削模型，進行仿真試驗，進而對機械磨削加工的質量得出相應的評價。機械設計加工人員通過對各個機械磨削加工方案、加工參數的評價進行分析，使得機械設計制造加工的質量進一步提高，亦有利于改進機械設計制造加工技術。

仿真技術中由于計算機的加入，使得很多數據分析簡單化。計算得簡單化與準確化是計算機技術的明顯優勢。因此，在機械設計制造加工過程中，仿真技術可以進行相對復雜數據簡化計算，這樣機械設計制造的效率提高，數據計算的準確度上升。機械加工是機械設計制造最為基礎的工作，而且是至關重要的環節。機械加工的水平可以直接影響機械設計制造產品的質量。運用仿真技術，機械設計制造的深層次功能被挖掘出來，仿真模型可以提前建立，我們可以對某些復雜、深層次的機械加工的質量、過程進度進行分析與評估，復雜的機械設計制造的質量也會提高。

3 仿真技術的前景分析

3.1 仿真技術與互聯網聯系更為緊密

現階段，網絡技術的發展十分迅速，任何行業技術都需要與互聯網相結合，才能與時俱進。互聯網勢必會將仿真技術推向一個新的高潮，機械制造業也會與互聯網相結合。在經濟全球化的形式下，互聯網的加入更使得各行業無國界交流，各國機械設計制造相互溝通、互相學習，機械設計制造產品的適應性更強。

3.2 機械制造產品小型化

在當前形式下，機械設計制造產品應朝著小型化發展。機械設計制造產品體積小，可以減少空間使用面積，單位空間的使用率上升。機械設備的體積減小，特定生產工藝的效率會大幅度提升。例如，在某些需要用到機械設備的生產工藝過程中，機械設備小型化，生產工藝流程在空間內的密集化程度提高，所消耗的能源亦會降低，這樣單位體積生產工藝的效率就會明顯提高。在醫療過程中同樣也需要機械設備的體積越小越好，而且機械設備的精準度必須保證，這些有利于機械設計制造的發展。

3.3 仿真技術的智能化程度提高

智能化發展、人工智能是近幾年來十分熱點的話題，它是計算機技術的一個方面。人工智能在機械設計制造中是指，一種能在機械設計過程中產生類似與人類思維想法的智能機器，它可以自主地對機械設計制造進行修飾，是以人的思維為基礎，對之產生模擬的過程。但是人工智能并不能取代人的思維。未來，各種新型智能化技術都將加入到機械設計制造中，人們對智能化的需求也會越來越高。若仿真技術跟不上智能化發展的趨勢，會在機械設計制造方面被淘汰。

4 仿真技術對機械設計制造的推動作用

4.1 優化機械設計制造的方案

機械設計制造人員利用計算機技術進行數據的分析與整合，機械設計制造產品的模型也會很快建立起來，機械設計制造的流程也得以掌握，可以做多種機械設計制造方案，通過對各種方案參數模擬過程進行對比，得出效果理想、經濟最省的方案。在仿真技術沒有應用的階段，對方案的得出是極為復雜的，全都依賴人工得出數據結果而且三維立體效果不強，費時費力，還得不出理想效果。人工對比分析機械設計制造方案，不能進行極細化分析，很多都是粗略的、大概的分析，甚至很多工程忽略，機械設計方案的問題暴露不出來。

4.2 數據分析數量明顯增加

隨著人們對機械設也計制造的要求的提高，機械設計總體復雜程度不斷提高，機械設計的個性化要求也不斷發展，設計種類也趨于多樣化。種類繁多、個性化、復雜化的要求加大了機械設計制造所需處理數據量。機械設計制造需要對產品特性在設計階段進行預估，這樣可以大大降低機械設計的問題。在大量數據需要處理的情況下，機械設計制造中應用仿真技術的優越性更加突出，在模型建立測試后即可定下理想方案。

4.3 節約設計成本

仿真技術具有建立二維、三維模型的功能，可進行機械制造過程的模擬。在現階段技術、產品研發需要投入大量資金，需要滿足行業個性化發展的需求。機械設計制造運用的人工越多相對來說所需費用越高，仿真技術可以使大量的繁瑣的重復性的簡單工作都讓計算機來實現，讓人從這些機械化的工作中解放出來。機械模型的建立在計算機中實現，這樣可以降低以前建造實體模型的費用。仿真技術可以縮短研發機械制造產品的時間，提高研發效率，進而節約機械設計成本。

4.4 機械設計效果顯著

航天、醫療、軍事、化工等方面需要的機械設計制造產品的質量要求很高，在實際過程中，任何一個機械設計產品的完成都需要無數次的反復認證，計算機的高運算性能保證了機械設計制造的質量。

5 結語

機械設計制造的發展與仿真技術水平密切相關，在計算機技術快速發展的今天，機械設計制造人員要加快仿真技術與機械設計制造過程的結合。仿真技術通過對機械設計制造過程的模擬，使機械設計制造人員提前掌握機械設計制造的相關信息，對機械結構的參數進行分析，得出最優化的機械設計制造方案。仿真技術的發展會降低機械設計制造的研發成本，給機械設計制造業帶來可觀的經濟效益。因此，研究仿真技術如何更好地在機械設計制造過程中發揮作用是今后重要的研究課題。