仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用分析

程相亮

摘 要：與其他技術(shù)相比，仿真技術(shù)具有較強(qiáng)的綜合性，也涵蓋許多計(jì)算機(jī)技術(shù)。仿真技術(shù)中包含的計(jì)算機(jī)技術(shù)能夠展現(xiàn)出虛擬化的效果，還能夠明顯縮減成本，提升機(jī)械設(shè)計(jì)制造水平，推動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，真正實(shí)現(xiàn)我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本文主要針對(duì)仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：仿真技術(shù);機(jī)械設(shè)計(jì);應(yīng)用

1概述仿真技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)制造

1.1仿真技術(shù)

仿真技術(shù)具有較強(qiáng)的便利性，在社會(huì)多個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。仿真技術(shù)在實(shí)際運(yùn)行中包含多個(gè)應(yīng)用工具，依據(jù)工具的不同性質(zhì)能夠?qū)⑵鋭澐譃橛布蛙浖７抡嬗布且杂?jì)算機(jī)為主，多種計(jì)算機(jī)都包含在內(nèi)，比如數(shù)字計(jì)算機(jī)、模擬計(jì)算機(jī)等。不只是計(jì)算機(jī)，還有很多物理仿真器也是仿真硬件的重要組成部分，比如目標(biāo)仿真器、運(yùn)動(dòng)仿真器等。而仿真軟件包括很多部分，主要有仿真語(yǔ)言、數(shù)據(jù)庫(kù)等。在應(yīng)用仿真技術(shù)時(shí)，為了構(gòu)建目標(biāo)系統(tǒng)模型，往往會(huì)采取有效的實(shí)驗(yàn)策略，如離散事件系統(tǒng)仿真、連續(xù)系統(tǒng)仿真等。在先進(jìn)的信息技術(shù)的大力支持下，很多行業(yè)都開(kāi)始應(yīng)用仿真技術(shù)，包括航空航天行業(yè)、化工行業(yè)等。

1.2機(jī)械設(shè)計(jì)制造

機(jī)械設(shè)計(jì)制造和仿真技術(shù)有很多相同之處，都相當(dāng)復(fù)雜。機(jī)械設(shè)計(jì)制造也必須得到不同學(xué)科和不同技術(shù)的大力支持，比如電子工程以及機(jī)械自動(dòng)化等。科技的日益進(jìn)步，為機(jī)械設(shè)計(jì)制造的穩(wěn)定發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)對(duì)象以設(shè)備零件和工業(yè)器械等為主，在進(jìn)行制造前必須構(gòu)建模型，還要進(jìn)行多個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)以保證模型的合理性。目前，我國(guó)機(jī)械加工制造行業(yè)以信息技術(shù)以及其他技術(shù)為基礎(chǔ)，在朝著自動(dòng)化的方向不斷發(fā)展。

2仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用的重要優(yōu)勢(shì)

2.1減少制造成本

在產(chǎn)品研究和開(kāi)發(fā)中，企業(yè)必須投入很多資金以及人力，以滿(mǎn)足工作的全方位推進(jìn)。利用仿真技術(shù)能夠建立二維模型和三維模型，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造的全過(guò)程進(jìn)行模擬。仿真技術(shù)還可以利用計(jì)算機(jī)完成煩瑣復(fù)雜的工作，使工作人員從沉重的工作中徹底解脫出來(lái)。并且，機(jī)械模式建構(gòu)也能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)真正實(shí)現(xiàn)。合理應(yīng)用仿真技術(shù)可以減少實(shí)體模型的建造成本，提高產(chǎn)品研究和開(kāi)發(fā)水平，加快產(chǎn)品研究和開(kāi)發(fā)速度，減少設(shè)計(jì)制造成本。

2.2精準(zhǔn)分析數(shù)據(jù)

近年來(lái)，在我國(guó)社會(huì)各行各業(yè)發(fā)展速度不斷加快的背景下，機(jī)械產(chǎn)品越來(lái)越復(fù)雜，也越來(lái)越精密，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的復(fù)雜化以及多元化等提出了更高的要求，也給機(jī)械設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)處理帶來(lái)了很大的難度。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員必須分析大量數(shù)據(jù)，一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤，就會(huì)降低產(chǎn)品性能。而仿真技術(shù)可以對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)合理的分析，降低設(shè)計(jì)難度，幫助設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出完善且全面的設(shè)計(jì)方案。

2.3完善設(shè)計(jì)方案

在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，制定設(shè)計(jì)制造方案的過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，需要人工分析數(shù)據(jù)，這樣既浪費(fèi)時(shí)間和精力，又很難獲得合理的設(shè)計(jì)方案。并且不能將每個(gè)細(xì)節(jié)精細(xì)化，不能全面分析每個(gè)過(guò)程，易導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量降低，產(chǎn)品性能減弱。而若將仿真技術(shù)科學(xué)地應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，設(shè)計(jì)人員就能夠利用計(jì)算機(jī)來(lái)整合和分析數(shù)據(jù)，構(gòu)建產(chǎn)品的三維模型，設(shè)計(jì)流程非常便捷，還可以對(duì)比分析不同的設(shè)計(jì)方案，選擇最佳、最適合的設(shè)計(jì)方案。

3 仿真技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用

3.1 仿真技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

多個(gè)零件、部件以及子裝配體通過(guò)螺栓以及焊接進(jìn)行固定的方式融合為一個(gè)整體的便是機(jī)械產(chǎn)品，因此在組裝的過(guò)程中應(yīng)對(duì)每個(gè)零件與部件的精確性以及合理性進(jìn)行保證，從而使組裝出的產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到相關(guān)使用要求。現(xiàn)如今，隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的使用，機(jī)械設(shè)計(jì)制造工作人員在對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中可對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行三維建模，隨后可使用相關(guān)軟件對(duì)模型開(kāi)展多層次的模擬實(shí)驗(yàn)，針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及零部件進(jìn)行改進(jìn)，隨后再次對(duì)完善后的模型開(kāi)展模擬實(shí)驗(yàn)，在經(jīng)過(guò)數(shù)次的模擬實(shí)驗(yàn)以及數(shù)據(jù)對(duì)比后可得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。在對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)的過(guò)程中，可使用UG、Pro/E以及SolidWorks等三維仿真軟件來(lái)對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)械機(jī)構(gòu)進(jìn)行展示。對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)制造人員來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行仿真的過(guò)程中可使用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)三維模型的角度與方向，還可放大三維模型的結(jié)構(gòu)與零部件細(xì)節(jié)，從而對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行掌握。

3.2仿真技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品加工中的應(yīng)用

在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)加工的過(guò)程中，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的使用可極大的提高機(jī)械產(chǎn)品加工工作的效率以及質(zhì)量，從而確保整體生產(chǎn)加工過(guò)程的順利進(jìn)行。比如在對(duì)數(shù)控車(chē)床進(jìn)行使用進(jìn)行零件加工的過(guò)程中，可使用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)加工零件的三維模型進(jìn)行構(gòu)建，隨后根據(jù)產(chǎn)生的三維模型來(lái)制作相應(yīng)的數(shù)控程序以及圖紙，最后將產(chǎn)生的程序向數(shù)控車(chē)床中進(jìn)行導(dǎo)入后便可開(kāi)展零件加工工作。與此同時(shí)，在通過(guò)數(shù)控磨床磨削加工產(chǎn)品的過(guò)程中，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的使用可對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)生過(guò)程中進(jìn)行演示與模擬，從而幫助工作人員對(duì)具體的步驟進(jìn)行觀看，對(duì)程序的流程是否出現(xiàn)錯(cuò)誤進(jìn)行檢驗(yàn)。此外在對(duì)數(shù)控銑床進(jìn)行使用的過(guò)程中，可不斷對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，隨后針對(duì)所產(chǎn)生的三維圖紙對(duì)三維零件模型進(jìn)行創(chuàng)建，并將其導(dǎo)入至仿真軟件后可開(kāi)展仿真工作，檢驗(yàn)銑削原理與步驟等基本內(nèi)容。

3.3仿真技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品復(fù)雜數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用

在對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)針對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)要求以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)將設(shè)計(jì)的零部件進(jìn)行拼裝，最后組裝成整體的產(chǎn)品，在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行多次反復(fù)試驗(yàn)后可針對(duì)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)不斷對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行改進(jìn)與完善，這種工作流程是目前仿真技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的主要程序。一般情況下，機(jī)械產(chǎn)品內(nèi)部如果具有較高的復(fù)雜程度，那么其開(kāi)發(fā)周期也會(huì)相應(yīng)延長(zhǎng)，從而使產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作的難度進(jìn)行提高，而計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的使用可有效對(duì)這種問(wèn)題進(jìn)行改善。在對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，常常會(huì)對(duì)部件受力情況、零件尺寸等進(jìn)行計(jì)算，傳統(tǒng)的人工計(jì)算方式不僅效率較差，同時(shí)還容易出現(xiàn)誤差。而計(jì)算機(jī)輔助軟件的使用可代替人工完成多種復(fù)雜程度較高的運(yùn)算，不僅可對(duì)計(jì)算時(shí)間進(jìn)行減少，還對(duì)計(jì)算準(zhǔn)確性進(jìn)行了提高，可有效對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期進(jìn)行縮短。與此同時(shí)，在機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)的過(guò)程中計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的使用還可對(duì)其開(kāi)展手里分析工作，幫助工作人員對(duì)產(chǎn)品部件的形變尺寸以及受力情況進(jìn)行展示，從而提高機(jī)械產(chǎn)品的科學(xué)性以及合理性。

3.4 仿真技術(shù)在大中型機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，工作人員常常會(huì)遇到內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜以及體積較大的大中型機(jī)械產(chǎn)品。對(duì)于大中型機(jī)械產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要對(duì)許多不同的零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，因此其生產(chǎn)加工工作具有較高難度。傳統(tǒng)的大中型機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)方式常常會(huì)出現(xiàn)零部件裝配問(wèn)題，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要原因是大中型機(jī)械產(chǎn)品的內(nèi)部零部件較多，無(wú)法進(jìn)行一次性裝配，因此對(duì)大中型器械的使用穩(wěn)定性造成了較大影響，甚至導(dǎo)致使用企業(yè)的正常生產(chǎn)工作受到影響，從而帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)損失。而在零配件裝配的過(guò)程中，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的使用可對(duì)零配件的裝配工作進(jìn)行仿真，從而在進(jìn)行裝配時(shí)對(duì)零部件中的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并使用動(dòng)態(tài)模擬的方法來(lái)對(duì)相關(guān)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行觀看，從而對(duì)大中型設(shè)備的產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行保證。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的快速提高，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，因此計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)開(kāi)始廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘Ｉ钆c工作中的各個(gè)領(lǐng)域。對(duì)于我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展來(lái)說(shuō)，機(jī)械制造行業(yè)具有十分重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

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（鄭州飛機(jī)裝備有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450005）