機械工程設計中的虛擬制造技術探討

邢建國

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

引言

機械工程的設計應用，主要嚴格按照使用的要求，針對機械設備運行原理、運行方式、能力及力傳遞路徑、整體架構、潤滑法、零部件尺寸及形狀等各方面入手，科學地構思、計算及分析，讓它轉化成具體的設計模型，作為機械制造加工全過程的核心依據。在一定程度上，可以說機械工程的設計是機械制造活動順利開展的根本保障與依據，直接影響著機械制造綜合質量與效率。伴隨著當前機械制造業的持續發展，對機械工程的設計水平也提出了較高的要求，廣大設計工程師必須予以高度重視，并積極探索著最佳的機械工程的設計工作突破路徑。虛擬制造科學技術，對于機械工程的設計來說便是最佳的突破手段及路徑，它可為機械工程的設計提供最得力的技術支持與保障。那么，為了能夠更好的將虛擬制造科學技術運用至機械工程的設計專項工作當中，便需要廣大設計工程師結合以往實踐經驗，對虛擬制造科學技術開展細致地分析與研究工作，并充分的將虛擬制造科學技術與機械工程的設計融合在一起，以提高機械工程的設計專業水平，為機械工程的設計領域在新時期背景下的良性發展奠定基礎。

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

2.1仿真技術

仿真指的是通過先進的計算機技術實現系統的抽象化與簡潔化最終形成的系統模型，并且在仿真技術的基礎上對其進行應用，最終得到相應的系統性性能分析，仿真主要是由系統模型為主體的研究方法，它對實際的生產系統沒有直接的干擾作用，并且仿真系統可以合理地運用計算機系統，將現實中需要長時間完成的工作，可以在短時間內迅速地完成，大大縮短了生產決策的時間，避免了人力、物力、財力的浪費，計算機技術還可以對模型進行仿真修復，最終找到最佳的方案，利用三維仿真軟件和PC工作站可實現桌面的虛擬效果，操作者可以坐在電腦前對模型進行360度無死角的實時觀察，可以通過鼠標、軌跡球等控制端來調整觀察的角度，通過此類投入式現實虛擬技術，不止可以實現單純的運動仿真、干涉檢查等三維觀察的基本功能，而且能給設計者創造身臨其境的感覺，啟發設計者的創造性思維，為多人技術討論、技術規劃等創造更加廣闊的空間與真實的環境。

2.2設計模型

以往傳統模式的內燃機動力模型設計，通常是由設計師手繪制圖而完成設計工作的，若客戶改變設計意向，則設計師需將最初設計圖紙全部推翻重新繪制設計圖紙及模型，不僅耗時耗力，且必將會影響到整體的工作效率與質量。那么，在虛擬制造科學技術之下，其最為有利的應用優勢便在于它可結合客戶實際要求，僅需更改已設計完成的內燃機動力模型，無從完全將最初設計圖紙全部推翻，并重新繪制設計圖紙及模型。如此一來，不僅并不會對整體的工作效率與質量產生不利影響，且還會提高客戶的滿意度。故對于機械工程的設計領域來說，虛擬制造科學技術具有較強的靈活性，這是該項技術較為明顯的優勢。此外，通過虛擬制造科學技術在機械工程的設計領域中融合應用，還可虛擬加工所設計的內燃機動力模型，加工操作后便可對產品開展仿真測試。可以說，這種融合了虛擬制造科學技術的機械工程設計操作模式，為產品制造提供科學的信息數據及參考依據，不僅有助于提高機械工程的設計水平，還可提高內燃機機械制造效率。

2.3虛擬裝配技術

虛擬裝配技術是將計算機仿真技術與虛擬現實技術結合在一起，通過仿真模型在計算機上進行機械的仿真裝配實驗，實現產品的工藝規劃、裝配、調試以及加工制造，它是將現實中的裝配過程采用計算機的方式呈現出來，虛擬裝配是在計算機虛擬的環境中，合理地利用現實技術將設計的機械產品采用三維模型的方式進行預裝配，使產品的性能與功能都達到最佳狀態，如發現產品的性能與功能不符合設計的要求，則需要進行詳細的分析、評價、規劃、仿真等改善產品的裝配與設計結構，最大限度地實現產品的可裝配性與經濟性，根據多年的機械裝配經驗，產品的裝配費用占到機械產品總費用的30%--50%之多，有時甚至出現更高的現象，提高了機械企業的生產成本，虛擬裝配技術不同于傳統的裝配技術，它是一種新型的產品研發模式，其主要的作用就是建立虛擬產品模型和虛擬裝配環境，并將其合理地應用到產品的實際生產當中，有效地對產品的性能與可裝配性進行合理的評價，以達到縮短產品的研發周期、降低機械產品裝配的成本、提高機械企業的經濟效益的目的。

結語

內燃機，它屬于動力機械的一種，主要通過在機器設備內部燃燒燃料把排放出來的熱能科學轉換成動力的一種熱力式發動機，在汽車、輪船、摩托車等機械制造領域中所廣泛應用。在機械工程的設計領域中，在實施內燃機動力設計期間，對于設計技術的專業要求相對較高。為了能夠進一步提高機械工程的設計水平，就需廣大設計師能夠提高對虛擬制造該項科學技術的重視程度，并積極投身于技術實踐探索當中，積累更多的設計技術操作經驗，充分發揮虛擬制造該項科學技術融合應用優勢，不斷提高機械工程的設計工作專業水平，設計出最符合客戶需求的內燃機等相關機械設備，也為后期的機械制造加工提供便利條件，讓機械工程的設計領域能夠翻開新的發展篇章，實現可持續發展。

參考文獻

[1]徐佳俊，戴晴華，田文勝.基于虛擬制造技術的大型內燃機機體加工關鍵技術研究[J].內燃機與配件，2018，11（11）：302-304.

[2]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.

（作者單位：博思特能源裝備（天津）股份有限公司）