仿真技術在機械設計制造中的應用 研究

孔令寧

（新鄉職業技術學院，河南 新鄉 453000）

與其他技術相比，仿真技術具有較強的綜合性，也涵蓋許多計算機技術。仿真技術中包含的計算機技術能夠展現出虛擬化的效果，還能夠明顯縮減成本，提升機械設計制造水平，推動計算機技術的快速發展，真正實現我國機械制造行業的可持續發展。

1 概述仿真技術與機械設計制造

1.1 仿真技術

仿真技術具有較強的便利性，在社會多個行業和領域中應用廣泛。仿真技術在實際運行中包含多個應用工具，依據工具的不同性質能夠將其劃分為硬件和軟件。仿真硬件是以計算機為主，多種計算機都包含在內，比如數字計算機、模擬計算機等[1]。不只是計算機，還有很多物理仿真器也是仿真硬件的重要組成部分，比如目標仿真器、運動仿真器等。而仿真軟件包括很多部分，主要有仿真語言、數據庫等。在應用仿真技術時，為了構建目標系統模型，往往會采取有效的實驗策略，如離散事件系統仿真、連續系統仿真等。在先進的信息技術的大力支持下，很多行業都開始應用仿真技術，包括航空航天行業、化工行業等。目前，通過合理應用仿真技術，可以減少機械加工制造行業在研發與制造硬件中所花費的時間及資金，為機械加工制造企業創造更多的經濟效益。

1.2 機械設計制造

機械設計制造和仿真技術有很多相同之處，都相當復雜。機械設計制造也必須得到不同學科和不同技術的大力支持，比如電子工程以及機械自動化等。科技的日益進步，為機械設計制造的穩定發展打下了良好的基礎。傳統機械設計對象以設備零件和工業器械等為主，在進行制造前必須構建模型，還要進行多個科學實驗以保證模型的合理性。目前，我國機械加工制造行業以信息技術以及其他技術為基礎，在朝著自動化的方向不斷發展。

2 仿真技術在機械設計制造中應用的重要優勢

2.1 減少制造成本

在產品研究和開發中，企業必須投入很多資金以及人力，以滿足工作的全方位推進。利用仿真技術能夠建立二維模型和三維模型，對機械設計制造的全過程進行模擬。仿真技術還可以利用計算機完成煩瑣復雜的工作，使工作人員從沉重的工作中徹底解脫出來。并且，機械模式建構也能夠通過計算機來真正實現。合理應用仿真技術可以減少實體模型的建造成本，提高產品研究和開發水平，加快產品研究和開發速度，減少設計制造成本。

2.2 精準分析數據

近年來，在我國社會各行各業發展速度不斷加快的背景下，機械產品越來越復雜，也越來越精密，對機械設計的復雜化以及多元化等提出了更高的要求，也給機械設計的數據處理帶來了很大的難度。在機械設計制造過程中，設計人員必須分析大量數據，一旦出現錯誤，就會降低產品性能。而仿真技術可以對大量數據進行精準合理的分析，降低設計難度，幫助設計人員設計出完善且全面的設計方案。

2.3 完善設計方案

在傳統的機械設計制造中，制定設計制造方案的過程相當復雜，需要人工分析數據，這樣既浪費時間和精力，又很難獲得合理的設計方案。并且不能將每個細節精細化，不能全面分析每個過程，易導致產品質量降低，產品性能減弱[2]。而若將仿真技術科學地應用于機械設計制造中，設計人員就能夠利用計算機來整合和分析數據，構建產品的三維模型，設計流程非常便捷，還可以對比分析不同的設計方案，選擇最佳、最適合的設計方案。

3 仿真技術在機械設計制造中的具體應用

3.1 在齒輪設計中的應用

齒輪是機械設備中必不可少的構成部分之一。許多機械設備的傳動部分需要保證齒輪的穩定運行和高效配合，才可以真正實現傳動目標。換言之，齒輪的設計、制造以及應用，直接影響機械設計制造的總體。通過合理應用仿真技術，可以利用仿真模擬對機械設計過程中齒輪的配合效果進行檢查，結合對機械作用的實際需求來不斷優化設計方案。當前的仿真技術可以用于齒輪端面模型設計和仿真操作，從各個層面、各個角度來準確判斷齒輪是否具備有效性。此外，在機械設計制造的齒輪設計中應用仿真技術，也能借助計算機設備對圓弧針齒運行軌跡進行準確計算，以實現仿真模擬齒輪運行的根本目標（如圖1 所示）。認真挖掘且全面發揮仿真技術在機械齒輪設計制造中的重要作用，可以顯著提高機械齒輪質量，為促進機械加工制造行業的穩定發展打下良好的基礎。

圖1 仿真技術在齒輪中應用

3.2 在機械結構設計中的應用

當前，機械制造行業普遍應用仿真技術，主要包括結構設計、齒輪設計等。機械制造過程最為關鍵的是讓機械結構的所有部件在內部正常運行。利用仿真技術在機械運行前對其運行內容進行模擬優化實驗，調試與完善所有運行過程，以更好地完善結構設計，使機械結構更加精準[3]。大規模機械設計與制造過程需要重視不同零碎件之間的有效銜接與相互配合，如果出現偏差，就會導致機械故障，對于機械制造行業來說，這是難以攻克的重大難題。但是計算機仿真技術能夠在機械安裝前展開模擬實驗，模擬機械設計制造過程，有利于充分了解機械內部不同構件之間的銜接準確度和結合過程。仿真技術的模擬性能夠充分展現機械內部的整體構造，幫助人們發現不同構件之間彼此碰撞和組合可能缺乏合理性等問題，然后進行模擬調整與完善，這樣可以顯著提升設計人員的檢測水平，幫助他們更快做好自身的工作。

3.3 在數值計算中的應用

在機械設計制造領域中廣泛應用計算機技術，能夠使復雜數據的計算具有更高的可行性和準確性。在數值計算中應用計算機技術，要基于計算機技術中編程的發展[4]。就機械制造行業而言，必須保證準確度，它對機械制造質量有著極其重要的影響，一旦出現誤差，就會導致機械出現磨損的情況，進而導致機械的使用期限縮短。計算機仿真技術可以利用既定的程序語言對復雜數據實施簡潔運算，這樣除了可以明顯降低人工成本，也可以使計算結果的誤差盡量控制在最小值，提高計算結果的準確性。

3.4 在機械加工設計中的應用

對于機械設備而言，加工是主要內容，加工質量的優劣直接關乎機械設備后期是否可以正常運行。在該情況下，應用仿真技術來加工，可以加強機械性能，提升機械質量，特別是在比較復雜的機械加工過程中，應用仿真技術可以提升加工水平。例如將仿真技術應用在機械數控加工中，借助程序編寫零部件，將其轉變成圖形信息，再結合圖形的實際情況進行加工。在切削加工中，也可以應用仿真技術來建模處理，利用仿真模型可以預測各個切削時間的機械質量以及機械性能，進而完善切削步驟，使加工質量得到大幅提升[5]。在仿真技術日益發展的背景下，今后的機械加工過程可以逐步完善加工方法，提升加工精度，加強機械設備的實際性能。特別是在大規模的機械設備加工設計中，由于有相當多的零部件，加工周期很長，但通過合理應用仿真技術，可以減少加工時間或者避免返工的情況出現，保證加工質量。

4 仿真技術在機械加工制造行業中的發展前景

計算機技術的迅速發展，帶動著仿真技術高速發展。尤其是一些仿真硬件，已經凸顯出數字化仿真運算趨勢，具體表現在利用超小型機和外圍處理器來相互配合，對一些大型機械系統進行仿真模擬以及操作。就仿真軟件來講，今后仿真技術將與人工智能技術相結合，軟件系統將具有更高的精確性以及全面性。通過合理應用虛擬現實技術以及仿真技術，今后機械加工制造行業的發展方向勢必側重于虛擬制造。簡單來說，虛擬制造是指利用先進的技術，在計算機上進行產品設計以及產品制造，仿真對象不再僅僅是機械設備，而是逐漸延伸到機械加工制造全過程，可以對生產資源進行合理調配，顯著提升生產管理水平[6]。此外，有利于減少機械設備加工制造周期、加強成本控制以及提高制造水平，為今后我國加工制造企業經濟的穩定發展打下了良好的基礎。

5 結語

總而言之，在機械加工制造中科學地應用仿真技術，將活力源源不斷地注入企業發展中，可以真正滿足行業自動化以及智能化的實際發展需求。相對于以往的研發方法，仿真技術能夠將機械系統研發中的許多復雜問題有效解決，減少機械設備設計和研發的周期，推動機械加工行業經濟迅速發展。技術人員必須與時俱進，及時了解仿真技術的最新信息，并在機械系統設備的研發中科學地應用。仿真技術除了可以使機械加工制造行業的產品效率得到顯著提高，也可以進一步促進行業穩定發展。