簡析仿真技術(shù)在機械設(shè)計制造中的應(yīng)用

鄭小慧

（新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453000）

我國的機械設(shè)計制造行業(yè)隨著中國工業(yè)經(jīng)濟的崛起而迎來前所未有的發(fā)展機遇，各項技術(shù)在不斷精進(jìn)，尤其是先進(jìn)的仿真技術(shù)的應(yīng)用程度不斷加強。但仍然有些技術(shù)理論有待探討，機械制造企業(yè)必須重點關(guān)注現(xiàn)有仿真技術(shù)應(yīng)用的各項問題，仿真技術(shù)應(yīng)用水平間接影響著機械設(shè)計制造的成果。唯有提高應(yīng)用技術(shù)的水平、完善技術(shù)的使用，才能使機械制造企業(yè)帶來更好的完工質(zhì)量和效率。

1 仿真技術(shù)的內(nèi)容概述

（1）仿真技術(shù)以系統(tǒng)、信息應(yīng)用以及控制、運行技術(shù)為主要基礎(chǔ)，是多種信息及計算機技術(shù)的綜合融合應(yīng)用。仿真技術(shù)使用專門的儀器和計算機設(shè)備為運行的工具，采用信息模型進(jìn)行技術(shù)的系統(tǒng)模型構(gòu)建來模擬運行技術(shù)成果。

（2）仿真技術(shù)大多使用的計算機的各項軟件作為技術(shù)的工具使用，如仿真硬件中就以模擬、數(shù)字計算機等作為載體進(jìn)行技術(shù)的應(yīng)用，同時仿真硬件也包括目標(biāo)和運動仿真器。而仿真軟件也是仿真技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)中的一大工具，其中包含了仿真程序、語言以及數(shù)據(jù)庫。因為仿真技術(shù)的使用需要較大的系統(tǒng)進(jìn)行運行，其使用的軟件、硬件工具較多，計算機的應(yīng)用更是必不可少。同時，技術(shù)的應(yīng)用方式也較多，在機械制造領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、動力能源領(lǐng)域都要用不同的方式獲得相應(yīng)的應(yīng)用，其應(yīng)用方式中包括連續(xù)與離散系統(tǒng)仿真。在機械設(shè)計制造中，仿真技術(shù)的應(yīng)用作為制造機械的工具之一，能夠在制造中大量的減少制造人工的成本輸出，增加工人作業(yè)的效率，并能夠大幅度保障機械制造途中的安全管理，更能獲得精確的機械計算成果，從而降低機械制造過程中帶來的成本費用，優(yōu)化研發(fā)支出，為機械設(shè)計制造帶來較高的經(jīng)濟效益和工作效率水平。

2 仿真技術(shù)建模的三個步驟

（1）建立數(shù)學(xué)模型。在不同的機械制造工作中需要使用不同仿真技術(shù)的硬件和軟件系統(tǒng)，要準(zhǔn)備好相應(yīng)的計算機系統(tǒng)并進(jìn)行技術(shù)條件和參考值的輸入。將選擇的軟件硬件計算機系統(tǒng)整合，通過一定的專業(yè)技術(shù)將其建立成一套數(shù)學(xué)模型。這是進(jìn)行仿真技術(shù)計算應(yīng)用的基礎(chǔ)。數(shù)學(xué)模型建立時可分為幾種形態(tài)的模型，為動態(tài)、靜態(tài)模型以及連續(xù)變量系統(tǒng)模型、離散時間系統(tǒng)模型。動態(tài)模型又包括混合時間、連續(xù)時間以及離散時間模型。

（2）變換數(shù)學(xué)模型。變換數(shù)學(xué)模型的意思就是將建立的數(shù)學(xué)模型變換成為計算機系統(tǒng)模型，讓數(shù)學(xué)模型可以放在計算機硬件軟件中進(jìn)行語言的轉(zhuǎn)化和運行。這就要使用到現(xiàn)下先進(jìn)的變換系統(tǒng)軟件，將模型語言進(jìn)行變換，這是整體仿真過程的變換步驟。各個機械制造企業(yè)可以購買已經(jīng)研發(fā)出的仿真軟件技術(shù)，也可以建立研發(fā)部門進(jìn)行仿真軟件的開發(fā)，獲得更加符合自己使用情況的系統(tǒng)軟件。

（3）最終模型實驗。將模擬模型進(jìn)行計算機語言轉(zhuǎn)換后，將模型在計算機中設(shè)置計算運行的模型，觀察獲得的仿真運行的數(shù)據(jù)計算結(jié)果，進(jìn)行全面的仿真實驗。當(dāng)獲得實驗的數(shù)據(jù)結(jié)果時，需要進(jìn)一步比對并按照相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)精細(xì)評估評價，獲得實驗結(jié)果的最終效果報告。當(dāng)下評估實驗結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)沒有統(tǒng)一的規(guī)范，有時受到各項影響因素而導(dǎo)致評估出現(xiàn)難題，此時想要保障實驗結(jié)果的有效，機械制造企業(yè)可以應(yīng)用當(dāng)下常用的置信通道法以及反向驗證法，進(jìn)行實驗成果的評估，獲得更加準(zhǔn)確的結(jié)果報告。

3 仿真技術(shù)應(yīng)用于機械設(shè)計制造的特點

（1）應(yīng)用范圍大。我國的仿真技術(shù)在許多工業(yè)、汽車、化工、飛機等領(lǐng)域都具有相當(dāng)成功的應(yīng)用成就，仿真技術(shù)在各項制造領(lǐng)域都得到了高效率的應(yīng)用。在機械設(shè)計制造中，仿真技術(shù)也在設(shè)計制造的各個環(huán)節(jié)都獲得大范圍的應(yīng)用，如設(shè)計、測試、評估、模擬運行中，為機械制造帶來了設(shè)計效率的提升也為企業(yè)帶來了更加先進(jìn)優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品制造服務(wù)，機械生產(chǎn)產(chǎn)品更加符合人民的生活使用需要。

（2）分布性。在機械制造企業(yè)中，技術(shù)工人在計算機中進(jìn)行仿真技術(shù)的模擬運行，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對機械設(shè)計和制造的過程進(jìn)行模型搭建和運行模擬，將設(shè)計過程清晰直觀的展示，理論與實際相結(jié)合，能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計的遺漏點。

（3）集成化。仿真技術(shù)在機械制造應(yīng)用的過程中，往往有著復(fù)雜多樣的技術(shù)要求，其在模型模擬中需要較多的步驟顯現(xiàn)，同時模擬運行的計算較為繁雜，但在計算運行中，能夠用較全面的方式對機械的制造成果進(jìn)行模型演示，在各個設(shè)計環(huán)節(jié)都能夠高效的應(yīng)用仿真技術(shù)。這就體現(xiàn)了仿真技術(shù)的較強的集成化特點。這個特點能夠在機械制造中獲得良性的發(fā)展促進(jìn)作用，讓機械成品質(zhì)量得到進(jìn)一步的升級。

4 仿真技術(shù)在機械設(shè)計制造中的具體應(yīng)用

仿真技術(shù)的應(yīng)用水平高低是決定機械制造設(shè)計能否成功的一大重要因素。機械制造企業(yè)可從關(guān)注以下幾個仿真技術(shù)的要點，對機械設(shè)計制造進(jìn)行有效的應(yīng)用優(yōu)化。

（1）仿真技術(shù)在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用。在企業(yè)進(jìn)行機械設(shè)計中需要運用到不同的制造系統(tǒng)，而各個系統(tǒng)又是多種結(jié)構(gòu)組成的成果。在進(jìn)行機械設(shè)計的工作時，相關(guān)技術(shù)人員都必須對設(shè)計出的最終成品進(jìn)行模擬模型建模，在通過模擬運行后獲得遺漏點的發(fā)現(xiàn)，及時改進(jìn)，再以此對機械制造系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計，以及對零部件進(jìn)行相應(yīng)的制造工藝配置優(yōu)化。最后才能獲得最佳的機械設(shè)計優(yōu)化方案。在利用仿真技術(shù)模擬時，企業(yè)技術(shù)人員常用的軟件為大型三維設(shè)計軟件，它能夠?qū)C械設(shè)計的結(jié)構(gòu)精細(xì)運行的模擬，用多個運行因素進(jìn)行結(jié)合，觀測機械設(shè)計的結(jié)構(gòu)運行效率和受干擾情況，從而進(jìn)行調(diào)整。

（2）仿真技術(shù)在機械加工中的應(yīng)用。仿真技術(shù)在計算機運行中能對機械的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，得出最佳的加工方案，為機械的加工設(shè)計方案提供有效的數(shù)據(jù)依據(jù)和模擬成果。數(shù)控機床加工中，可以在仿真技術(shù)的應(yīng)用下，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，在計算機中進(jìn)行模型的優(yōu)化加工，獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)生產(chǎn)指令，其能夠?qū)庸さ慕Y(jié)果進(jìn)行預(yù)測，并發(fā)送出相關(guān)的加工行為指令。在機械加工中應(yīng)用仿真技術(shù)，往往需要先建立一個有效的信息數(shù)據(jù)仿真模型，預(yù)估加工方案的效果，加以合理的調(diào)整改造。

（3）仿真技術(shù)在機械復(fù)雜數(shù)值計算分析中的應(yīng)用。機械設(shè)計制制造從開始工作到完成，需要歷經(jīng)許多的設(shè)計環(huán)節(jié)，需要進(jìn)行較多的結(jié)構(gòu)設(shè)置和零件設(shè)置工作，同時相關(guān)的機械制造方案實驗和評估工作也較為繁雜。在不斷的模擬評估評價和調(diào)整優(yōu)化中，達(dá)到最終的機械成品。同時最終得出的數(shù)值也可以進(jìn)行方便的反算驗證，及時發(fā)現(xiàn)制造中的數(shù)據(jù)參數(shù)問題。

（4）仿真技術(shù)在大型機械設(shè)備設(shè)計。對于機械制造企業(yè)而言，要設(shè)計制造一個大型的機械設(shè)備，往往需要龐大的計算量和工程量，并且耗費大量的人力、物力資源。同時在設(shè)計制造大型機械的途中，常常會由于計算過于復(fù)雜而導(dǎo)致設(shè)計出錯問題的發(fā)生。而通過引用仿真技術(shù)就能夠在大型機械設(shè)計制造的過程中，帶來良好的建設(shè)方案，對各項零件、建設(shè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的方案預(yù)估監(jiān)測，為機械生產(chǎn)的成品帶來優(yōu)質(zhì)的質(zhì)量保障。并且仿真技術(shù)能夠?qū)τ嫏C械的裝備情況進(jìn)行全方位的監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)不必要的資源浪費，減少人工的工作量，節(jié)約企業(yè)經(jīng)濟資源，帶來良好的運行效益。

5 結(jié) 語

技術(shù)問題是各個機械設(shè)計制造企業(yè)的重點關(guān)注對象，“想要前行，技術(shù)先行”早在中國工業(yè)經(jīng)濟飛速的發(fā)展中得到應(yīng)驗。但制造企業(yè)的各項仿真技術(shù)仍然有著很大一段的提升空間和發(fā)展?jié)摿?。仿真技術(shù)的應(yīng)用水平間接決定著整體機械制造產(chǎn)品的質(zhì)量，只有不斷精進(jìn)仿真技術(shù)應(yīng)用水平，減少機械制造的資源浪費和差錯率，才 能讓企業(yè)的機械制造水平更加安全穩(wěn)定的發(fā)展。