仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計制造中的應(yīng)用研究

摘 要：計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展讓以計算機(jī)科技為基礎(chǔ)的現(xiàn)代科技全面進(jìn)步，仿真技術(shù)即為基于計算機(jī)技術(shù)的一項新技術(shù)，其能以部分學(xué)科理論為基礎(chǔ)處理現(xiàn)實問題，更重要的是，仿真技術(shù)并未停止發(fā)展的腳步，仿真軟件創(chuàng)新迭出，正因如此，越來越多的行業(yè)開始主動擁抱仿真技術(shù)。論文重點研究了機(jī)械制造領(lǐng)域內(nèi)仿真技術(shù)的特征，首先對計算機(jī)仿真系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行了簡要分析，隨之對機(jī)械設(shè)計制造實踐中仿真技術(shù)的應(yīng)用概況進(jìn)行了全面闡述，意在促進(jìn)機(jī)械制造領(lǐng)域內(nèi)仿真技術(shù)應(yīng)用，加快機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展。

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

0 引言

目前，以網(wǎng)絡(luò)時代、信息時代、數(shù)字時代為特征的科技時代已基本形成，得益于科技發(fā)展，各行各業(yè)均取得了歷史性突破。機(jī)械設(shè)計制造領(lǐng)域引進(jìn)應(yīng)用計算機(jī)仿真技術(shù)以來，產(chǎn)品智能化、數(shù)字化水平迅速提高，核心競爭力提升效果顯著。而在仿真技術(shù)支撐下，機(jī)械設(shè)計制造迅速跳出傳統(tǒng)設(shè)計理念、理論的窠臼，創(chuàng)新成果迭出，全球各地科研人員也因此而能在差異化時間背景下實現(xiàn)連接。仿真技術(shù)的最大優(yōu)勢在于可以協(xié)助我們將問題及其內(nèi)在原因迅速發(fā)現(xiàn)，找到有效地應(yīng)對策略。

1 機(jī)械制造領(lǐng)域內(nèi)的仿真技術(shù)特征

1.1 集成化

機(jī)械設(shè)計制造領(lǐng)域引進(jìn)應(yīng)用仿真技術(shù)的優(yōu)勢比較明顯，比如集成化可以讓機(jī)械產(chǎn)品更加緊湊，更加靈活，提升機(jī)械設(shè)計制造效率，吸引更多用戶，激發(fā)行業(yè)發(fā)展?jié)摿Γ抡骖愋投嘣瘎t讓這一領(lǐng)域的競爭力空前提升。

1.2 應(yīng)用范圍

仿真技術(shù)具有極為顯著的動力學(xué)特征，因此無論是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計，還是機(jī)械產(chǎn)品的運行測試及后期維護(hù)均充斥著仿真技術(shù)，傳統(tǒng)設(shè)計方法費用費力，效率低下，而引用仿真技術(shù)則顯著改變這種落后現(xiàn)狀，也就是說，現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計與生產(chǎn)的每個環(huán)節(jié)實質(zhì)上都在引用仿真技術(shù)，特別是設(shè)計、維護(hù)等環(huán)節(jié)，仿真技術(shù)已經(jīng)具備基礎(chǔ)性、決定性功能。正因如此，越來越多的企業(yè)開始采用仿真技術(shù)。

1.3 分布性

計算機(jī)技術(shù)是仿真技術(shù)發(fā)展的前提和基礎(chǔ)，仿真技術(shù)引進(jìn)與應(yīng)用同樣離不開虛擬網(wǎng)絡(luò)支持，圖形技術(shù)特征明顯的仿真技術(shù)更具交互性。機(jī)械制造領(lǐng)域內(nèi)現(xiàn)已形成了極為明顯的仿真技術(shù)普及態(tài)勢。制造行業(yè)與仿真技術(shù)之間的密切關(guān)系是這一現(xiàn)象的主要原因。

2 計算機(jī)仿真系統(tǒng)構(gòu)建

機(jī)械設(shè)計制造領(lǐng)域引進(jìn)、應(yīng)用仿真技術(shù)以來，繁榮與發(fā)展速度加快。從仿真系統(tǒng)構(gòu)建角度來看，圖形學(xué)、幾何學(xué)、數(shù)據(jù)處理學(xué)等學(xué)科功能極為關(guān)鍵。計算機(jī)仿真系統(tǒng)構(gòu)建的首要環(huán)節(jié)在于三維模型構(gòu)建，而三維模型可以反向提升計算機(jī)仿真技術(shù)精度。以下即為模型構(gòu)建階段的注意事項：

（1）三維模型創(chuàng)建。首先，完成合適的計算機(jī)系統(tǒng)確立;其次，進(jìn)行其它條件或要素篩選，最后，以關(guān)聯(lián)知識、數(shù)學(xué)表達(dá)式為基礎(chǔ)展示創(chuàng)建成果，以此準(zhǔn)確描述三維模型的核心。三維模型的核心在于動態(tài)模型、靜態(tài)模型組成的數(shù)學(xué)模型。

（2）三維模型變換。抽象、簡潔是數(shù)學(xué)模型的最典型特征。所以應(yīng)把它們向計算機(jī)處理的數(shù)據(jù)或信息轉(zhuǎn)化，此即所謂模型變換。本階段必須按計算機(jī)科技及科學(xué)算法來表達(dá)并展示數(shù)學(xué)模型。

（3）三維模型測試。三維模型測試前應(yīng)向計算機(jī)系統(tǒng)中軌入三維模型，只有如此才能獲得測試結(jié)論。三維模型測試過程本身比較簡單，仿真結(jié)果分析也不復(fù)雜，但此類工作必需基于三維模型構(gòu)建與測試而展開，這是兩個前置性環(huán)節(jié)，缺一不可。目前應(yīng)用比較普遍的三維模型測試方法有兩種，即仿真過程反向驗證法和置信通道法。

3 機(jī)械設(shè)計制造中仿真技術(shù)的應(yīng)用

3.1 數(shù)值計算分析

機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計與研發(fā)程序本質(zhì)上差異不大，任何機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計均應(yīng)遵循以下幾個基本程序，首先，以用戶需求為依據(jù)將產(chǎn)品概念提出;其次，以確定的產(chǎn)品概念為依據(jù)進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)零件設(shè)計;第三，產(chǎn)品生產(chǎn)實驗;最后，調(diào)整、修改設(shè)計成果。機(jī)械產(chǎn)品如果比較復(fù)雜，那么通常會需要更多的時間進(jìn)行研發(fā)，這也是簡單機(jī)械產(chǎn)品與復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品的最大區(qū)別。科技時代以來，計算機(jī)仿真技術(shù)取得長足發(fā)展，復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)也因此而如虎添翼，設(shè)計研發(fā)周期全面縮短，設(shè)計質(zhì)量迅速倍增。運算工程的準(zhǔn)確率與效率在仿真技術(shù)協(xié)助下提升效果同樣令人驚嘆。

3.2 復(fù)雜機(jī)械加工

機(jī)械生產(chǎn)環(huán)節(jié)引進(jìn)應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)后，參數(shù)指標(biāo)控制理想，機(jī)械加工目標(biāo)可以在更短時間內(nèi)高質(zhì)量完成。數(shù)控機(jī)床就是這方面的代表，計算機(jī)技術(shù)進(jìn)入數(shù)控機(jī)床加工領(lǐng)域以來，各種此前難以控制的信息數(shù)據(jù)、指標(biāo)難題均被一一化解，數(shù)據(jù)模塊加工的準(zhǔn)確性讓數(shù)控機(jī)床加工難度越來越小，規(guī)模化生產(chǎn)、個性化生產(chǎn)均已不再是難點。例強(qiáng)磨削加工，以時間軸為建立單位即能對磨削加工指令、過程作出準(zhǔn)確預(yù)測，將標(biāo)準(zhǔn)件加工迅速完成。磨削方案設(shè)計也因計算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用而與實際需要更相吻合。

3.3 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計

機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的多元化特征極為明顯，不同的機(jī)械系統(tǒng)具有差異化內(nèi)部結(jié)果。這也讓各行各業(yè)的各種機(jī)構(gòu)設(shè)計、操作需求與場景成為現(xiàn)實，因此每一種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)部件設(shè)計的針對性更強(qiáng)，加工精度提升目標(biāo)也能因此而順利實現(xiàn)。從目前來看，機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計階段的重點主要就在于模擬試驗優(yōu)化，而優(yōu)化設(shè)計機(jī)械系統(tǒng)的內(nèi)部零部件等工作則在其次，其意就在于提升設(shè)計方案的質(zhì)量，讓其處于最理想狀態(tài)。大型三維設(shè)計軟件現(xiàn)已是引進(jìn)應(yīng)用仿真技術(shù)實踐中的首選軟件，但凡有仿真技術(shù)應(yīng)用需要的科研人員均會將其當(dāng)成第一選擇，之所以如此，主要是因為其可進(jìn)行為機(jī)械運行結(jié)構(gòu)提供有效協(xié)助，可以對運行結(jié)果展開全面的觀察與分析，迅速調(diào)節(jié)各種影響運動因素，確保機(jī)械設(shè)備平穩(wěn)運行，滿足現(xiàn)實工作需要。

3.4 齒輪設(shè)計

機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)一般來說是由各種各樣零部件組成的，因此此類裝備存在著多元化零部件需求，而最主要的一種機(jī)械裝備零部件為齒輪。Visual Lisp語言在仿真齒輪設(shè)計過程中具有決定性作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘇亞卜，常瑞征.淺談仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計制造中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)（全文版），2016（10）：228.

[2]楊磊.仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計制造過程中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（04）：165.

[3]王正鐸.淺析仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計與制造中的應(yīng)用[J].電子元器件與信息技術(shù)，2019（03）：95-98.

作者簡介：李韶山（1998-），男，安徽六安人，本科在讀，研究方向：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化。