仿真技術在機械設計制造過程中的應用

吳昊斐

(武漢智能裝備工業技術研究院有限公司，湖北 武漢 430000)

1 機械制造技術和仿真技術簡要說明

1.1 仿真技術基本信息說明

仿真技術的便利性使其在多個行業領域中得到了廣泛地應用，當前仿真技術運行過程中主要應用的工具有很多，根據工具的性質可以分為硬件與軟件2大方面。仿真硬件指導的主要是計算機，包含數字計算機、模擬計算機等多種計算機在內。除計算機外，以目標仿真器、運動仿真器為代表的物理仿真器也屬于仿真硬件的組成部分。而運動軟件則是指仿真語言、程序和數據庫在內等多個部分，構建起仿真技術的軟件系統。實際應用仿真技術的過程中，想要完成目標系統模型的建立，通常還會增加必要的實驗措施。主要的實驗措施以離散事件系統仿真和連續系統仿真為代表，在越發成熟完善的信息技術支持下，仿真技術在電力、航空航天、化工和機械制造等多個行業中嶄露頭角。現階段仿真技術的應用，能夠有效地降低機械加工指導行業在硬件研發和制造方面的時間與資金消耗，同時也為機械加工制造企業帶來了可觀的收入。

1.2 機械制造與設計

機械的設計與制造與仿真技術的共同之處在于二者都有著較強的復雜性，機械的設計與制造同樣需要包括機械自動化、電子工程、數字化設計等多方面學科和技術的支持。除上述幾個方面之外，機械制造技術、控制工程、工程材料和工程力學等；理論知識也是機械設計制造必須要掌握的內容。不斷發展的科學技術對機械設計與制造的發展提供了助力，傳統的機械設計制造主要對象是工業器械、設備零件等。制造前需要建立出制造模型，并通過大量的科學實驗確保模型的科學性，現階段國內的機械加工制造行業正在仿真技術和其它先進技術的推動下逐步實現自動化的轉型。

2 仿真技術作用特點分析

2.1 作用范圍廣泛

仿真技術自出現開始就呈現出了高速發展的趨勢，現如今已經在眾多行業領域中發揮了重要作用。而在機械設計制造中的應用，則涵蓋了機械產品從設計到制造再到最終測試的全過程。廣泛的應用范圍是仿真技術能夠在機械設計制造過程中影響重大的關鍵特點之一，對產品質量、制造效率和技術水平都有著積極的影響，確保最終出廠產品能夠更好地滿足市場對質量的需求。現階段的仿真技術應用范圍還在擴大，更加強調仿真對象和目的的明確，實現在研究制造系統中的有效應用。

2.2 集成化屬性

仿真技術在機械加工制造行業中的應用同時也呈現出了明顯的集成化屬性。仿真技術本身是多種技術的綜合呈現，具有較高的復雜性，其實能夠模擬不同類型產品和不同種類的制造工業。集成化的屬性也使得仿真技術在機械加工制造中能夠發揮更重要的作用，對機械加工制造行業的發展有著積極的意義。

2.3 分布特性

在網絡技術和計算機技術的扶持下，仿真技術的分布特性得到了進一步地擴大。分析仿真技術的運行過程不難看到，仿真技術作用的發揮需要虛擬網絡和制造的支持，運行過程中還需要配合理論與圖形。分布特性強化了仿真技術在機械設計加工中的影響，更好地保障設備的質量。

3 具體應用探究

3.1 在機械結構設計中的作用

本文研究的機械系統實際上是機械結構的結合體，系統的運行需要多個系統的正常運行與和諧配合，確保機械系統能夠發揮預期的作用。基于機械系統的實際作用需求，在設計階段就要借助仿真技術的作用，對設備設計模型進行試驗、調整和完善。這個過程中還包括著眾多環節，最為關鍵的就是方案的建立和科學性的驗證，通過調整設計方案確保設備零件搭配的合理性，確保不同零件能夠在合適的位置上發揮作用。研究當下仿真技術在機械加工設計中的應用，其運動仿真設計功能對于機械結構的設計有著良好的輔助作用。尤其是部分大型三維設計軟件的應用，配合運動仿真設計，能夠更快捷高效地完成目標設備的設計和調試。

3.2 在齒輪設計中的作用

在機械設備中最不可忽視的一個組成部分就是齒輪和相關產品。大多數機械設備的傳動部分，必須要齒輪的配合與正常運行才能夠達到傳動目標。也就是說，齒輪的設計、制造和應用在機械設計制造的整體中有著不可忽視的重要影響。仿真技術的引進和應用，能夠借助虛擬模擬的形式檢查機械設計中齒輪設計實際配合效果，根據機械作用需求對設計方案進行調整和完善。現有的仿真技術已經可以支持齒輪端面模型的設計及仿真操作，從不同層面對齒輪的有效性進行判斷。除此之外，仿真技術在機械設計和制造中齒輪方面的應用，還可以通過使用計算機設備來計算圓弧針齒運行軌跡，進而達到仿真模擬齒輪運行及作用的目標。仿真技術還可以支持齒輪傳動接觸點參與的研究和分析。挖掘并充分發揮縫針技術在機械齒輪設計和制造中的價值，對于機械齒輪性能、質量的提升有著積極的意義，對機械加工制造行業的可持續發展也有著積極的意義。

3.3 在加工研究中的作用

仿真技術在機械設備的設計階段和制造階段中的重要作用已經在上文進行了詳細地表述，鑒于其作用技術人員也在這一方面投入了大量的精力進行研究。根據待設計機械設備類型的不同，有針對性地選擇仿真技術，能夠強化技術人員對仿真技術運行原理和機械設計的認識，對機械加工階段產品性能和質量提升也有著正面的影響。特備是面對復雜機械設備的設計和加工時，仿真技術選擇的合理性影響也將更為顯著。

3.4 輔助復雜數據的計算

以仿真技術為代表的一系列計算機技術在當前的機械加工設計制造中都發揮著重要的作用，缺少計算機技術輔助的機械設計在面對復雜問題時往往會受到較大的限制。通過仿真技術和計算機技術的輔助，復雜問題和數據的計算將會得到大幅度地簡化，降低計算的難度，節省設計和研發的時間，計算結果的精準性也會得到有效地提升。特別是新產品的設計和研發階段，仿真技術能夠發揮的優勢也更為顯著，經過一系列的設計與實驗之后，確保產品的指標能夠滿足設備的運行需求。仿真技術在新產品研發中的應用，大幅度降低了實驗階段對各種材料的損耗，也緩解了加工制造企業研發壓力。配合動力學模型使用仿真技術，能夠全面獲取產品結構強度、剛度、熱態特性等多方面的數據。配合計算機技術的計算和分析，可以有效地規避部分可能出現的機械運行風險、安全隱患等。

4 仿真技術在機械加工制造行業發展前景探析

仿真技術在計算機技術的支持下始終呈現快速的發展趨勢，其中仿真硬件已經出現了數值化仿真運算的發展方向。主要表現在通過外圍處理器與超小型機的配合，實現復雜的或者是大型機械系統的仿真模擬與操作。而在仿真軟件角度，未來的仿真技術會與人工智能技術進一步融合，軟件系統將會更加全面、完善、精確、便捷。通過對仿真技術和虛擬現實技術的應用，機械加工制造行業未來的發展方面必然會向虛擬制造的方向靠攏。所謂虛擬制造就是借助技術的方式，在計算機上完成產品從設計到指導的整體流程，仿真的對象從機械設備擴大到整個機械加工制造的過程，能夠有效地調配生產資源，提高生產管理的效果。同時還有助于機械設備加工制造周期的壓縮、成本控制和制造效率的提升，對未來加工制造企業的經濟發展有著重要的意義。

5 總結

仿真設計在機械加工制造行業中的應用，給行業的發展帶來了新的活力，更好地滿足行業智能化、自動化的發展需求。相比于傳統的研發方式，仿真設計能夠更好地應對機械系統研發過程中的復雜問題，有效地壓縮機械設備從設計到研發的周期，為機械加工行業創造巨大的經濟收益。技術人員需要緊跟技術的發展步伐，及時掌握仿真技術的最新動態并將其合理地應用在機械系統和設備的研發過程中。仿真技術不僅能夠提升機械加工制造行業的產品質量和效率，對于行業健康可持續發展的建立也有著積極的意義，還需要技術人員更深入地開發和研究。