仿真技術應用于機械設計制造中的策略探尋

劉 楠

（西安理工大學高科學院，陜西 西安 713700）

相較于其他新型的技術類型，仿真技術具有著較強的綜合性，將多種學科的知識內容進行了融合，然后在計算機技術的作用下，進行自身優勢特點的展現。對于仿真技術來講，自身具備三方面的特點，分別是范圍性、分布性以及集成性，在這三方面特點的作用下，使得仿真技術的應用范圍以及應用空間都有了顯著的擴增。在機械設計制造領域中，仿真技術的應用不僅使設計的效果更加優化，也使機械產品的制造成本得以控制，同時對于相關數據的處理分析、設計的方案內容的改進也有著一定的幫助與促進作用。

1 仿真技術

1.1 應用特點

（1）范圍性。對于機械設計制造領域中的仿真技術應用來講，具有著較強的范圍性，不僅貫穿產品設計生產的全部環節，也對機械產品的認證與實驗有著一定的關聯。隨著現在仿真技術應用范圍的逐漸增大，仿真技術也在向著產品設計與制造的其他方面延伸發展。

（2）分布性。仿真技術的應用主要是以網絡與計算機技術作為支撐，因此在應用的過程中具有著一定的分布性。在進行機械產品設計制造的過程中，仿真技術可以進行制造過程的虛擬演示，使理論與實踐進行充分的結合，進而促使機械產品的生產質量具有更強的保證。

（3）集成性。仿真技術在機械設計制造領域中應用的時候，存在著一定的集成性。在進行機械產品設計制造的過程中，仿真技術自身的多樣性、復雜性可以使得制作流程具有仿真性的模擬，進而促使仿真技術在具體的設計制造過程中具有較為全面性的應用。在集成性的影響下，可以促使仿真技術在機械設計制造領域中具有較為優質的發展，同時也能夠使的機械產品的質量得到提升。

1.2 應用優勢

（1）進行設計效果的優化。對于機械產品來講，具體的應用領域較為廣泛，如化工領域、醫療領域、航天領域等就有著較為顯著的應用。在這些領域中，對機械產品的自身性能與特點有著較高的要求，因此在進行產品設計制造的過程中，需要經過多次的檢測與試驗，確保產品的質量能夠達到相應的要求。在機械產品制造的過程中，仿真技術的應用可以使產品生產的具體周期縮減，同時也能夠使得產品設計的效果得到優化，進而使得產品的性能與特點、質量都符合相應的規定要求。

（2）進行制造成本的控制。在進行機械產品研發的過程中，企業需要進行大量人力與資金的投入，促使產品生產的各項流程能夠順利開展，這就使得機械產品制造的成本較高。在這樣的情況下，仿真技術的應用可以在產品研發的過程中進行對應模型的構建，使產品研發的具體流程能夠模擬出來。在仿真技術的作用下，一些重復性較強、復雜性較強的流程都可以交由計算機進行完成，使得整個過程的人力與資金都能夠具有一定程度的控制與節省。

（3）進行數據分析的提升。在現在社會發展的影響下，機械產品的生產變得更加復雜與精密，這也就使得機械產品的設計逐漸趨向于多元化、復雜化，因此產品的數據處理也具有了更高的難度。在進行數據處理分析的時候，如果出現數據上的錯誤，就會使得機械產品的自身性能出現問題，對此在進行數據處理的時候進行仿真技術的應用，既能夠針對性地進行大范圍數據的處理，也能夠使數據處理的準確性得到提升，進而使得產品設計的難度降低。

（4）進行設計方案的改進。在進行機械產品設計制造的過程中，設計方案的確定需要進行多道程序的審核，在實際應用的時候具有著較為復雜的流程，不僅對時間、人力有著較大的消耗，也很難確保方案的可行性。對于這種情況，在仿真技術的作用下，工作人員可以通過計算機進行對應數據信息的整合，然后進行相應模型的構建，使得具體的設計流程具有一定的便捷性，進而促使設計方案的選擇更加具有合理性、經濟性。

2 仿真技術的建模

2.1 進行數學模型的構建

對于機械設計制造來講，在工作的過程中需要進行不同仿真技術的應用，因此需要在工作之前進行計算機系統的準備，并且需要在系統中進行對應參數信息以及技術需求的輸入，促使計算機能夠直接進行使用操作。在計算機系統進行輸入信息整合的過程中，可以在特定的技術作用下進行對應模型的構建，這個構建出的數學模型是仿真技術應用的基礎條件。在進行數學模型構建的時候，需要對模型的具體形態情況進行控制，數學模型的形態種類較為豐富，像動態模型、靜態模型、連續變量模型、離散時間模型等等。

2.2 進行數學模型的轉換

對于數學模型的轉換來講，指的是將原先構建出的數學模型轉變成計算機系統模型，使這個模型可以在計算機系統中進行內容的轉化與正常的運行。在進行模型轉換的時候，需要借助一些系統轉換軟件進行，在軟件的作用下進行模型內部語言信息的轉換，這個過程屬于模型仿真轉換的一個重要步驟。這些用于模型內容轉換的系統轉換軟件，機械設計制造企業可以通過兩種方式獲得，一種是進行已經研發出軟件的購買使用，這種方法可以直接進行軟件的使用，不需要時間上的消耗；另一種是通過自己企業內部的研發部門進行軟件的開發使用，這種方法可以使軟件的使用更加符合自己企業的發展情況。

2.3 進行數學模型的實驗

在數學模型轉換成計算機系統模型之后，需要針對模型的運行情況進行實驗，進而使得模型在仿真運行過程中的數據信息能夠得到收集，促使模型的正常運行具有一定的保障。在模型試驗結束之后，需要按照相關的規定標準對實驗的結果進行分析與評價，使實驗結果的分析報告具有一定的科學性、合理性。如果在進行實驗結果分析的時候，缺乏評價的統一標準，或者是在一些因素的影響下使得試驗結果評價出現困難，對于這種情況，機械設計制造企業就可以通過置信通道法與反向驗證法結合的方式進行實驗結果的評價判斷，促使實驗結果的分析報告具有較強的精準性。

3 仿真技術在機械設計制造中的具體應用

3.1 在機械構件中的應用

隨著社會的發展，機械產品的研發逐漸趨向于小型化與集成化，這種機械產品能夠在很大程度上使得自身的質量以及使用性能得到優化提升，但是在具體生產的過程中，存在著較大的難度，不僅構件的復雜程度有所提升，而且具體的設計難度也在不斷增長。在進行構件設計的時候，設計人員需要以機械產品的具體使用需求情況作為設計的基礎，然后在進行機械產品內部各個零件成分的設計，同時也需要將機械產品的內部結構與定動機之間的匹配狀態維持住，防止這兩者在結合的過程中出現矛盾的現象。對于這種情況，仿真技術的應用可以使設計過程中存在的問題得以控制與解決。在仿真技術的作用下，設計人員可以通過三維機械軟件進行仿真功能的使用，促使構建的設計環境具有較強的仿真性，使得設計人員可以在設計的過程中觀察到構件的具體運行情況，進而確保構件設計的合理性、實用性。

3.2 在數值計算中的應用

隨著現在社會的發展進步，機械產品的更換頻率也在加強，同時對于產品的性能功用也有著越來越高的要求，這就使得機械產品在設計的時候具有著較高的難度，同時設計過程中的計算量也有所增大，造成計算問題的頻發。在這樣的情況下，如果仍舊采用人工的方式進行數值的計算，不僅需要耗費大量的人力資源，也需要進行大量的成本消耗，而且在計算的過程中經常會出現計算錯誤的現象。仿真技術是在計算機信息處理的基礎上進行研發而來，自身具備著較強的數據計算分析能力，在進行數據計算的時候，可以模擬計算機運行的系統，促使數據的計算具有較強的精準性。除此之外，仿真技術也可以替代人工進行復雜數據的計算與處理分析，使復雜的計算流程得以精簡化，進而使數據計算過程中錯誤的概率降低。在現在社會發展的影響下，仿真系統的數據運算情況也在不斷地進行優化改進，不僅在運算速度上具有了較為明顯的提升，也能夠在一定的程度上滿足機械產品設計過程中的復雜繁瑣數據計算的需求。

3.3 在齒輪設計中的應用

對于機械產品的內部結構來講，齒輪屬于一個重要的組成部分，也是整個機械設計制造過程中的關鍵性內容。在傳統的設計方式中，齒輪的設計存在著多方面的問題，像設計效果的不明確、參數信息的不準確、齒輪應用的不合理等等，嚴重影響著機械產品的具體使用。對于這種情況，在進行齒輪設計的時候，可以通過仿真技術的方式進行，進而使齒輪設計的效果得到保障。在仿真技術應用的過程中，設計人員可以進行齒輪斷面情況的選擇，然后在選擇好的基礎上進行齒輪模型的構建，針對模型中的一些參數信息進行適當的調整修改，并且在設計的過程中進行不斷地仿真實驗，促使齒輪的設計過程與設計效果能夠得到最優化處理。在進行齒輪設計的過程中，仿真技術也可以針對齒輪的相關參數進行運算與分析，然后根據分析的結果進行參數的修整，促使齒輪的設計參數能夠得到優化與改進，比如說在進行圓弧針齒輪設計的時候，就可以通過仿真技術進行齒輪傳動接觸點模數以及齒輪具體參數的分析調整。

3.4 在機械加工中的應用

仿真技術在機械加工過程中的應用，主要是在四個環節中進行體現，第一是電火花切割環節，第二是數控加工環節，第三是銑削加工環節，第四是磨削加工環節。在這些環節中，通過仿真技術的應用，不僅能夠使實際加工過程中存在的問題得以解決，也能夠在很大程度上保證實際加工的條件得到最優化處理，促使加工的程度得到加深。

（1）電火花切割環節。對于電火花切割環節來講，主要是以機械產品的整體設計方案作為參考對象，工作人員在相關的仿真軟件中進行對應模型的構建，然后根據模型進行三維圖像的繪制，之后將繪制的圖片進行仿真結果的輸出，最后將輸出的仿真結果與電火花切割的實際結果進行對比分析。通過這個過程中的仿真技術應用，可以使得操作環節中存在的問題得以發現，然后根據存在的問題采取解決措施，進而使得切割的整體質量得到增強。

（2）數控加工環節。在進行數控加工的時候，工作人員會根據機械產品加工的具體工藝進行程序的編制，進而使得數控加工的環節能夠在程序的運作下進行操作。對于數控加工環節的操作來講，系統會根據設定程序的運行準則進行操作行為的規劃，在CNC機床上完成加工環節的各項流程。在具體操作的過程中，工作人員也可以根據實際情況進行對應指令的下達，像圖形的轉換、參數的調整以及一些較為特殊的操作等，進而使得加工的工藝情況得到改變，保證機械產品的加工過程以及加工成品都能夠與仿真過程的產品相一致。

（3）銑削加工環節。對于銑削環節的仿真技術應用來講，主要是在銑削加工工藝操作的基礎上，進行相對應的動力學模型構建，進而使得銑削加工的操作能夠在模型的帶動下進行施展，促使銑削加工的質量得到保證，同時也能夠為后續進行的切削震動加工提供一定的基礎條件。

（4）磨削加工環節。在磨削加工環節中，工作人員可以將加工的具體過程以及操作時間、磨削程度等方面的信息參數輸入到相關的模型系統中，然后在系統中進行系數的調整改動，這樣就可以將磨削加工的仿真結果映襯出來，進而使得加工過程的各項參數信息的最優值體現出來。在這樣的基礎上，工作人員就可以根據參數的左右情況進行實際加工方案的調整與改善，促使磨削加工環節的加工質量得到提升。

4 結束語

對于仿真技術在機械設計制造中的應用來講，文章主要針對四個方面的應用情況進行分析。首先是在機械構件中的應用，通過仿真技術的作用，可以促使機械構件的設計與制造更加具有真實性，在具體使用的時候也能夠具有一定的質量保證；其次是在數值計算中的應用，主要是針對一些復雜的數值進行計算，既能保證數值計算的精準性，也能在一定的程度上減輕人工計算的負擔；再次是在齒輪設計中的應用，通過齒輪模型的構建進行相關參數信息的確定，促使齒輪在正常運轉的過程中能夠具有較強的穩定性、安全性，同時也能夠確保齒輪的參數更加精準有效；最后是在機械加工中的應用，主要是應用在較為復雜的加工環節中，如切割環節、數控環節、銑削環節、磨削環節等，進而使得機械加工更加有保障。