機械設計制造過程中仿真技術的應用研究

許 健，顧曉洋

（江蘇長江智能制造研究院有限責任公司，江蘇常州 213000）

0 引言

計算機仿真是以實際系統為對象，以模型理論為基礎，以計算機為工具，根據研究目標建立并運行模型，對研究對象進行認識與改造的過程。在機械設計制造中應用計算機仿真技術，有利于設計人員提前了解機械產品運行情況，及時發現其中存在的問題，從而能夠在設計層面實現問題解決，使機械產品設計日臻完善，為后續的機械產品順利生產加工奠定堅實的基礎，降低整體機械產品設計加工成本的同時，還能夠提供機械產品設計加工的效率與質量水平，推動機械產品設計與加工產業實現更好的發展。

1 仿真技術應用于機械設計制造特征

1.1 分布性特征

在當前機械設計制造應用計算機仿真技術的過程中，由于其與計算機網絡連接越來越緊密，使仿真技術在機械設計制造中分布性特點越來越明顯。仿真技術的實施，已經離不開計算機網絡的支持，因此在后續進行計算機仿真技術應用時[1]，還需要相關技術人員加強對計算機網絡技術的認知與了解，充分借助其優勢，促使計算機仿真技術在機械設計制造中發揮更大作用價值。

1.2 集成化特征

隨著仿真技術的不斷發展，其應用領域越來越廣泛，技術類型也更加多變。在將該技術應用于機械設計制造過程中，本身體現了非常鮮明的集成化特征，即機械設計與制造集成了多種計算機仿真技術及其他相關技術內容，更好地推動了自身工作的開展，使機械制造設計效率與質量水平均得到顯著提升。

1.3 范圍廣特征

機械設計制造本身包含有諸多內容，而在不同設計制造環節，均有著計算機仿真技術應用的身影。比如在仿真技術的幫助下，能夠有效提高機械產品設計、生產制作及后期測試的效率，確保相應的工作穩定順利開展，為技術人員帶來了極大的便利。

2 仿真過程的實現

2.1 創建仿真模型

在實際運用計算機仿真技術時，需要結合實際需要，設置好約束條件，并以此為依據，搭建一個科學合理的計算機仿真系統。隨后還需要應用專業理論知識，將該系統采用數學公式表達出來，由此成功創建一個計算機仿真模型。

2.2 仿真模型變換

在完成仿真模型創建后，還需要在計算機語言的幫助下，利用相關的數學表達式，將模型轉換成計算機能夠處理的形式。在具體實現過程中，可以結合自身實際需要，建立一個新系統，但耗費成本較高。也可以總結仿真需求，直接運用現有的仿真軟件，完成仿真模型的轉換。

2.3 模型仿真實驗

在實際開展模型仿真實驗時，需要運用計算機，輸入各種模型參數，在仿真軟件的幫助下，可以從中獲得相應的仿真結果，上述便是仿真實驗的過程。而在這一過程中，需要嚴格按照相應實驗方案，做好仿真步驟的落實[2]。針對獲得的仿真結果，需要采用置信通道法，或者反向驗證法，來驗證仿真結果的準確性與合理性，由此得出相應結論。

3 機械設計制造中仿真技術的應用

3.1 機械結構設計

通常機械產品本身結構均非常復雜，由多種零部件共同組成。在實際開展機械設計與制造的過程中，需要充分考慮不同零件的組合構成，確保在設計層面能夠通過不同零件組合設計，確保其通過零件之間的相互作用，實現機械產品相應的功能。上述工作的開展，離不開仿真技術的支持[2]。通過應用計算機仿真技術設置的虛擬平臺，完成機械產品零部件的組合設計，并使其能夠在虛擬平臺中運行，便于設計人員及時發現其中存在的問題。除此之外，在進行計算機仿真的過程中，設計人員還可以改變相關的仿真模型參數，完成機械產品設計內容的調整。同時還能夠添加一些附加裝置，如運動發射器、彈簧等，便于設計人員更好地開展模擬仿真工作，提高機械產品設計與制造的質量。

3.2 齒輪設計

在機械產品中，齒輪是核心裝置，也是產品設計制造重點關注的內容。因此在產品設計制造中應用仿真技術時，同樣需要提高對齒輪設計的關注程度。例如在具體實踐方面，可以應用Visual LISP 語言，從幾何層面入手，實現對齒輪齒形的建模與仿真，提高齒輪設計質量水平；可以應用計算機仿真技術，加強對齒輪傳動接觸點相關參數的研究分析，便于設計師更好地了解齒輪傳動的種種細節，對提高機械產品設計制造整體質量水平而言有著較為積極的影響意義。

3.3 機械復雜加工

在機械設計制造的過程中，機械加工是一項非常關鍵的步驟。該項步驟能否順利實施，將會對最終機械產品實際應用效果有著非常直接的影響。在當前，機械產品在設計加工方面正向著大型化、智能化和全自動化方向發展，因此機械設計也越來越復雜精密。通過加強仿真技術的應用，能夠幫助設計人員深入的分析這些復雜的機械原理，同時還能夠滿足高復雜化的機械加工的工藝技術和質量要求。

例如，在實際進行機械打磨削減的過程中，通過應用仿真技術，可以實時分析磨削時間數據信息，針對其中一些重要的參數，還可以完成模型的構建，最后再對建模進行仿真分析，結合分析的結果，實現對機械產品加工磨削的時間合理預測，最終幫助設計師確定最佳的打磨時間，對機械產品磨削質量提升有著非常積極的影響意義。

3.4 復雜數值計算

隨著我國工業化水平不斷提升，機械設備也越來越精密化。受此影響，在實際進行機械設計與制造時，面對的各種參數數值也越來越復雜。針對這些復雜數值的計算，需要應用計算機仿真技術以及其他配套技術，才能提高計算的效率與準確性，推動機械產品設計制造實現更好的發展。例如在進行機械設計制造時，可以在數控系統的幫助下，通過結合實際需求，提前做好運行參數的設置。隨后會經過復雜的技術轉換后，由此形成針對性的控制運行指令，提高產品設計中制造質量水平[3]。另一方面，針對機械磨削產品品質的預測，則需要應用計算機仿真技術，完成對應數學模型的搭建，實現對磨削過程的模擬。并結合模擬結果，做好機械運行參數的調整，最終提高機械產品磨削水平。還可以應用計算機仿真模型，將磨削功率設置為變化量，加強模擬仿真分析，以此獲得最佳的磨削方案，為后續的機械加工生產提供良好的支持。

4 仿真技術在機械設計制造中的發展趨勢

4.1 仿真技術網絡化

當前互聯網技術已經滲透進各行各業之中，為行業生產與業務生產帶來了全新的發展變革機遇。在機械設計制造行業之中，互聯網信息技術發揮著非常重要的作用。計算機仿真技術本身便與計算機網絡信息有著非常密切的聯系，未來機械仿真技術在機械設計制造與應用的過程中會逐步趨于網絡化，在計算機網絡的幫助下，使仿真技術能夠收集更多更廣泛的數據信息，從根本上提高機械設計制造質量水平。與此同時，針對計算機仿真技術在機械設計制造中的應用，還可以利用計算機網絡技術實現遠程化網絡控制，進一步提高效率，使計算仿真結果得到更進一步的優化。因此在未來，計算機仿真技術也會搭載網絡化平臺，進一步擴大自己的應用范圍，提高網絡控制的效果，發揮出更大的作用價值，從而提高我國機械制造產品的適應性。仿真技術與網絡技術聯系更加緊密，已經是未來重要的發展趨勢之一。

4.2 機械產品小型化

傳統的機械產品體量較大，太過笨重，已經無法滿足當前實際生產需求。因此在機械產品設計制造的過程中，更加注重產品輕量化、小型化設計，力求在減小產品體積的同時，盡可能賦予機械產品更多功能。受此影響，仿真技術在機械產生設計制造中應用時，也會利用自身的優勢，助力機械產品設計制造朝著小型化方向不斷發展。在當前，機械產品小型化已經成為一種趨勢，產品體積小可以減少空間的占用，同時還能夠擴展產品的應用領域。但隨著機械產品體積變小，針對其生產加工工藝必然也提出了更為嚴格的要求。

為避免產品功能受到不利影響，在計算機仿真技術的應用中也會更加地精密化，自動化水平也會更高。一方面，能夠促使機械設計生產效率有效提升；另一方面，則是在計算機系統的幫助下，實現對機械產品仿真過程的自動化精密控制，促使機械產品朝著小型化方向不斷發展。

4.3 仿真技術智能化

透過現象看本質，仿真技術主要是模擬產品的生產運行過程，提前從設計層面發現其中存在的問題，從而避免在落實階段問題爆發，帶來更大的損失。由此我們能夠認識到，仿真技術本身便是以人類思維為基礎，因此在未來仿真技術在計算機生產制造發展的過程中，必然也會操作智能化方向發展。在未來，人們對于機械產品功能提出了更高要求，如果不能提高機械的智能化以及制造的效率，將會被市場所淘汰。仿真技術也必須要跟上智能化發展的步伐，才能在機械設計制造中發揮出更大作用價值。同時在信息化技術、智能化技術飛速發展的今天，仿真技術將會加強對這些先進信息技術的應用，注重優化整個仿真模擬的流程，盡可能降低人為的干擾，進一步提高自身的智能化水平[4]。特別是隨著工業制造產品不斷優化升級，很多機械產品裝置需要越來越多精密類型零部件支持。面對這一現象，只有不斷推動計算機仿真技術飛速發展進步，提高自身智能化水平，才能更好地滿足高端產品制造的要求?；诖?，在未來發展中，自動化焊接技術將會朝著自動化、智能化方向不斷的進行發展，融入更多先進的自動化操作技術以及智能化技術，在機械設計制造中發揮出更大作用價值。

5 結語

機械設計制造是較為系統復雜的過程，為降低整體設計制造成本、提高設計制造效率，必須要注重加強計算機仿真技術的應用。通過明確設計要求，做好參數設置，對機械產品進行仿真運行，提前發現存在的問題，有效提高機械產品設計的質量水平，降低整體產品生產加工的成本，推動機械產品生產加工制造產業發展。