機械設計制造中仿真技術的應用

陳遠偉

（達州職業技術學院，四川 達州 635001）

機械設計制造主要包括機電產品研發設計和工業裝備的制造運行等。近年來，隨著科學技術的不斷發展，作為工業生產領域的重要內容之一，機械設計制造技術逐漸在我國各大領域普及 ，不但成為社會發展的主流方向，還更好地滿足了社會的科學發展需求。在總體控制過程中，機械設計制造需要運用信息技術、計算機科學和自動控制技術等，針對不同工業設備的機械部件組成，解決機械設計制造中的各種問題。而仿真技術的出現，則給我國機械設計制造業帶來了更多的發展新機遇。仿真技術是計算機技術的衍生物，隨著網絡技術和信息處理技術的發展進步，為了處理各種問題，可通過仿真技術將多種科學化的理念融合在一起，突破了傳統的機械設計制造理念，通過仿真環境，根據機械設計制造的實際要求，在數據統計分析和模型建立中，用戶可以更好地發現并解決問題，對于機械設計制造業具有非常重要的意義。

1 仿真技術綜述

仿真技術又稱為虛擬樣機技術，是憑借虛擬系統，通過解讀運行原理、信息運用、控制技術和系統運用等，以信息技術和計算機技術為依據，借助專用儀器和計算機設備，實驗了解運行動態成本的技術。當前，仿真技術被廣泛地運用于很多行業中，機械設計制造業也不例外。將仿真技術應用到機械設計制造業中，不但能提升設計品質，還能帶來質量更好的機械設備，提升制造水平。目前，伴隨著仿真技術應用范圍的拓展，在機械設計制造過程中，通過圖形，借助虛擬網絡模式，可以充分展示出仿真技術的相關理論以及設計制造的整個過程，提升機械設備設計和制造的品質。另外，仿真技術領域的一個最為突出的特征就是集成化。集成化具備復雜性和多元化的特色，通過輕松地對制造技術和產品特征進行仿真模擬，給機械設計制造帶來了很大的便捷性。這不但極大地推動了仿真技術的升級，還使其得到了全方位的應用[1]。

在機械設計制造業中，仿真技術主要擁有以下特征。一方面，仿真技術存在應用范圍特征。仿真技術的應用范圍十分廣泛，在機械產品測試和使用中，仿真技術被灌入產品的全生命周期，不但對具體加工過程具有一定的影響，還對機械產品的概念設計具有一定的影響，并且其制造過程中的動力學特征極為明顯。另一方面，仿真技術具有分布性的特征。仿真技術和機械制造之間具有緊密的連接關系，仿真技術和計算機技術相融合，借助虛擬網絡，可以構建其所使用的圖形。因此，在機械設計制造中，仿真技術具有明顯的分布特征，可以在無形之中提升仿真技術的交互性。另外，仿真技術具有集成化特征，仿真類型多元化顯著，利用仿真技術可以構建出更為良好的產品制造環境，有利于進一步開發產品環境。

2 仿真技術應用于機械設計制造中的價值所在

2.1 仿真技術的應用價值

在我國，機械設計制造業擁有多年的發展歷史，其不斷推動著我國經濟水平更加成熟化、多元化發展，還對全球經濟格局有著重要的影響。隨著全球消費體系重新洗牌，經濟全球化不斷深入發展，社會向著更加多元化及各異化方向發展。在工業、生物和軍事等領域中，仿真技術得到了廣泛的應用。仿真技術能夠解決實際技術應用水平需要耗費大量資金這一問題，尤其是軟件及模型的廣泛應用，已經成為目前眾多工作者的運行載體，增強了機械設計的應用效果，能夠精確分析機械運行效果，增強計算機對數據及基本參數的處理效果，提升機械設計及機械運行效率。并且，仿真技術具有更為可靠的安全性，使用靈活，可以有效縮減各類資金的投入，同時不存在任何破壞性。目前，制造損耗的時間不斷下降，重復使用仿真技術，可以促使機械系統設計變得更加多元化，避免企業受地區以及氣候條件等因素的影響。仿真技術的應用以現實設計需求為基準，通過構建合理的計算機模型，可以探究其各類參數性能，開展仿真實驗工作，更好地制定制造方案，避免數據信息呈現不斷擴張的趨勢。另外，相關工作人員根據設計方案，可以在不同假設條件下，通過構建和其匹配的虛擬樣機，完成虛擬實驗工作任務。但仿真技術的工作難度比較大，在機械設計制造業中，不管是設計方案還是改善方案，仿真技術都可以從根源上提升研發質量和工作效率，確保其計算結果的精確性，并進一步減小研發資金壓力。在機械設計制造業中應用仿真技術，能通過虛擬軟件技術，模擬運用不同的施工方案，在完成假設性的虛擬實驗后，選擇合適的施工方案設計，以達到提升工作效率的目的。仿真技術的應用能夠確保研發品質，提升計算機的運行精準度，從而降低企業的資金投入，促進機械設計制造業的可持續發展[2]。

2.2 仿真過程的實現

一方面，在構建模型中，需要提前設定好編輯條件以及限制條件，然后根據系統要求標準、研究目標，構建仿真運行系統。同時，設計人員要根據相對應的學科知識，在初步構建仿真系統之后，開展數字化表示等各項工作。一般情況下，在不同的時間中，模型可以為兩種類型，即動態模型和靜態模型，其中動態模型可以進一步劃分為離散持續以及混合的時間。另一方面，抽象的模型可以用數字表達轉換成計算機來處理，計算機仿真基礎可以直接將已經具有的仿真軟件投入該時間過程中，通過將自身的需求設定好對應的新系統，以仿真模型計算機方程為基礎完成模型變換。另外，在完成模型創建工作之后，為了確保企業實際的運行狀態，需要在計算機中及時輸入信息，對模型進行實驗，從而獲得較為豐富的仿真數值結果。并且為了減小模型實驗的工作難度，應以預期設計實驗方案為基準，權衡好仿真的結果以及各項規范，確保仿真結果驗證的可靠程度。

3 機械設計制造中仿真技術的應用

3.1 結構設計中的應用

在機械設備中應用仿真技術，應建立一個完善的運行系統，通過綜合多種不同的零件及結構，促使機械設備相互作用。但在機械設備投入使用時，為了充分發揮零件結構的運行作用，所有零件結構都是統一協調、相互配合的。工作人員一定要提前運用仿真技術進行模擬，才能找出機械設備中的不足和缺陷，并通過選擇最佳的使用方案，確保各個零件之間相互配合，每個機械設備的零件穩定發揮各自功能，確保一切系統順利投入使用。目前，為了更好地利用仿真技術的功能性，我國主要運用三維設計理念，通過增添不同的設計理念、使用性能，根據不同的運行技術，模擬化展現結構運動。仿真運動學的應用可以增加軟件的運行便捷度，使用之前需要提前設定專業主流運動軟件，這是仿真技術應用的最大優勢之一[3]。另外，運用三維設計理念模擬仿真運行過程，工作人員可以隨時觀察運行性能，從多個角度探查實際的運動結果，不但能夠檢測出不同的運行性能，還能及時根據工作者的不同理念運動，使用性能強大。

3.2 齒輪設計中的應用

在仿真技術的應用中，根據某些圓弧形的運動軌跡統計，利用計算機的計算功能，能夠模擬出星星的實際運行軌跡，更好地實現仿真的模擬。并且，在模型的實際構建過程中，為了實現這個目的，也可以利用仿真技術。對齒輪運行表面軌跡建立模型，需要實地對技術的應用程度進行分析，從不同的角度評估運行效果。對于仿真模擬出的效果，可以使用性能為基礎，融合不同的技術手段進行分析。完成這些步驟之后，為了研究內部的深入影響因素，分析傳動的接觸點，可以根據實際的運行參數，確定正交齒輪的相關運行參數，從而實現工程的應用目標，確定實際傳送效果。

3.3 計算復雜數值中的應用

機械設計制造就是運用機械進行加工操作。進入21世紀以來，隨著計算機技術的不斷發展，為了實現深層次的挖掘原理，計算機技術的有效融合，不但夯實了理論基礎，還極大地提升了機械的運行性能。如在實際加工過程中，數控技術的應用可以讓系統自行計算，通過應用計算機技術，產生數據信息和圖形內容，充分發揮計算機技術的輔助操作性能，并通過預先設置好的運行參數，經過技術轉換后形成控制運行指令，確保產品正常生產。在實際加工過程中，為了對實際磨削產品品質有一個初步預測，需要預先運用仿真技術建立相應的數學模型，對磨削過程進行模擬之后，調整機械的運行參數，確保產品品質合格。由此可見，仿真技術能夠為磨削加工環節的虛擬化、最優化、自動化提供支撐。同時，經過計算機仿真模型創建，以變進給過程磨削功率的變化量為基礎，獲得最優磨削方案用于具體的加工環節中[4-5]。而以分析銑切削振動的條件和原理，創建銑切削環節的動力學模型，運用數字仿真技術，開發出切削振動仿真的通用型軟件。創建多軸聯動加工復雜曲面的計算機仿真模型，從電火花切割層面來說，可以針對電火花生產工藝的實施效果進行評價，實現參數的最優化。

3.4 數據處理中的應用

目前，機械設計制造整體構造的煩瑣程度不斷提升，所需完成的系統設計種類多元，發展速度快，產品設計環節需要統計與分析大量的數據，嚴重影響了機械設計制造的試驗分析。機械設計制造旨在針對企業、行業生產指標與工業產量，按照企業、行業的發展狀況進行設計。從工業設計層面上來說，在數據量不斷增多的情況下，使用仿真技術針對機械設備的部件組成與運作機理實施優化分析，可以在全面掌握各種參數性能的情況下，融合計算機系統，從最初的設計階段預先制定設計方案，當虛擬樣機創建完成之后，就能完成虛擬試驗。將仿真技術應用到機械設計制造過程中，可以在強大的信息系統的支持下，對大量模型數據進行處理，從而推動產品研發，確保數據計算結果的精準性。