仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

張冠龍

【摘 要】仿真技術(shù)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及其他先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)下形成的一種綜合性技術(shù)。仿真技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，是機(jī)械設(shè)計(jì)制造發(fā)展的必然趨勢(shì)，能夠有效的優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)并提升技術(shù)水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量。仿真技術(shù)是不斷發(fā)展進(jìn)步的先進(jìn)技術(shù)，能夠帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用前景廣闊，本文將對(duì)此展開討論，以供參考。

【關(guān)鍵詞】仿真技術(shù)；機(jī)械設(shè)計(jì)制造；應(yīng)用

一、仿真技術(shù)概述

仿真技術(shù)在工業(yè)、生物和軍事領(lǐng)域應(yīng)用較廣，主要的仿真工具主要有仿真軟件和仿真硬件兩種，計(jì)算機(jī)是仿真硬件中常用的工具設(shè)備，計(jì)算機(jī)類型包括3種：混合計(jì)算機(jī)、數(shù)字計(jì)算機(jī)和模擬計(jì)算機(jī)。此外，其他的仿真硬件還有目標(biāo)仿真器、運(yùn)動(dòng)仿真器、環(huán)境仿真器和負(fù)載仿真器等，這些均屬于物理仿真器。仿真技術(shù)中的仿真軟件通常是指仿真程序包、仿真程序、數(shù)據(jù)庫(kù)和仿真語(yǔ)言等，這些共同組成仿真技術(shù)的軟件系統(tǒng)。

二、仿真過(guò)程的實(shí)現(xiàn)

對(duì)于仿真技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，主要可以分為三個(gè)方面，具體的內(nèi)容如下：第一，建立模型。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造的過(guò)程中，要運(yùn)用仿真技術(shù)，最重要的就是設(shè)計(jì)約束條件以及編輯條件，確定具體的研究目標(biāo)，根據(jù)這些要求來(lái)建立相應(yīng)的仿真系統(tǒng)。系統(tǒng)建立之后，就需要相關(guān)的技術(shù)人員根據(jù)學(xué)科知識(shí)將系統(tǒng)進(jìn)行完善，使其具有數(shù)字化的技術(shù)，這主要是需要系統(tǒng)擁有一個(gè)數(shù)學(xué)模型。一般情況來(lái)講，數(shù)學(xué)模型可以分為兩種，動(dòng)態(tài)和靜態(tài)，主要的影響因素是由于時(shí)間的不同，其中，研究人員將動(dòng)態(tài)的模型又進(jìn)行細(xì)化，分為混合時(shí)間、連續(xù)和離散三種類型。第二，變幻模型。這指的就是將初步的模型通過(guò)數(shù)學(xué)的表達(dá)形式變化為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的樣式，這一過(guò)程是對(duì)計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言和算法最好的應(yīng)用，是仿真的基礎(chǔ)，也就是仿真模型。第三，模型的實(shí)驗(yàn)。這主要是指通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行模式進(jìn)行仿真出來(lái)，最終得到相應(yīng)的仿真成果，從而做好對(duì)模型的建立以及變換兩個(gè)步驟，為以后模型的實(shí)驗(yàn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，只要對(duì)前幾個(gè)步驟進(jìn)行預(yù)期的展開，這幾步的實(shí)現(xiàn)是很簡(jiǎn)單的。尤其是要對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，只需要對(duì)仿真的設(shè)備使用反向驗(yàn)證法以及置信通道法進(jìn)行分析就可以實(shí)現(xiàn)。

三、仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)中的應(yīng)用

3.1在機(jī)械的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用

機(jī)械系統(tǒng)是由各個(gè)機(jī)械部件進(jìn)行完整的整合，然后在機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)作過(guò)程中共同地發(fā)揮作用，使各個(gè)不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)部件可以綜合，達(dá)到性能發(fā)揮的最大化目標(biāo)。因此，在一個(gè)新的產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該提前將仿真技術(shù)進(jìn)行使用，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的優(yōu)化作用，其中包括很多部分，最主要的就是選取最合適的方案，將各零部件進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐浜弦约皩⒏鱾€(gè)零件的功能進(jìn)行最好的發(fā)揮等。就目前情況看，對(duì)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真功能都進(jìn)行開發(fā)，尤其是大型的設(shè)計(jì)軟件，依據(jù)這些設(shè)計(jì)中的性能來(lái)看，一旦需要將運(yùn)動(dòng)學(xué)的內(nèi)容加入到模擬仿真技術(shù)中，只需要進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)就可以實(shí)現(xiàn)，具有十分便利的特點(diǎn)。與此同時(shí)，這些三維的設(shè)計(jì)軟件在對(duì)仿真運(yùn)動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，可以應(yīng)用多角度的方式進(jìn)行觀察，還能對(duì)其結(jié)構(gòu)的干涉情況進(jìn)行檢測(cè)，功能十分強(qiáng)大。

3.2在機(jī)械的裝備設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用

在機(jī)械裝備職中，最重要的零件之一就是齒輪。因此，在設(shè)計(jì)師對(duì)其進(jìn)行制造的過(guò)程中，將齒輪的性能進(jìn)行更好的應(yīng)用仿真實(shí)驗(yàn)就有著很重要的意義。在這一方面，有很多的設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)齒輪的過(guò)程中都進(jìn)行了多方面的研究，最主要的研究方向包括以下幾個(gè)部分：第一，對(duì)于圓弧針齒形星的行動(dòng)軌跡通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)仿真模擬；第二，在仿真和建模的過(guò)程中，主要是通過(guò)visuallisp技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這是對(duì)于齒輪的端面建模，也從不同的角度進(jìn)行相應(yīng)的評(píng)估，然后結(jié)合其性能，分析得出相應(yīng)的結(jié)果；第三，對(duì)影響齒輪的傳動(dòng)接觸點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)的研究，并對(duì)其進(jìn)行分析，從而達(dá)到減少對(duì)正交齒輪的相關(guān)傳送效果影響的目的。除此之外，計(jì)算機(jī)的仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)中還有著極其廣泛的應(yīng)用。例如，在對(duì)齒輪泵的齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，就可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)的仿真技術(shù)對(duì)齒輪的性能進(jìn)行檢測(cè)，從而達(dá)到齒輪泵的性能實(shí)現(xiàn)最大化應(yīng)用，質(zhì)量也在一定程度上得到顯著提高的目的。

3.3在加工研究方面的應(yīng)用

在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，仿真的意義十分重大。因此，很多的研究人員也對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行具體的分析和研究，針對(duì)很多的機(jī)械加工中使用相關(guān)的仿真技術(shù)，可以幫助設(shè)計(jì)人員對(duì)機(jī)理更加深入的了解，也可以在很大程度上對(duì)機(jī)械在加工的過(guò)程中提高相應(yīng)的機(jī)械性能和機(jī)械質(zhì)量，尤其表現(xiàn)在復(fù)雜的機(jī)械加工方面。

四、仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)中的發(fā)展趨勢(shì)

仿真技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，在硬件方面會(huì)朝著數(shù)字仿真運(yùn)算技術(shù)方向發(fā)展，例如，采用超小型機(jī)以及外圍處理器而對(duì)大型的復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)或者裝備系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬和實(shí)時(shí)操作。在軟件方面，會(huì)朝著與人工智能技術(shù)結(jié)合，仿真技術(shù)更是會(huì)增加仿真語(yǔ)言和功能更加齊全的軟件系統(tǒng)，變得更加精確和便捷。機(jī)械設(shè)計(jì)制造借助仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，會(huì)逐漸朝著虛擬制造方向發(fā)展。虛擬制造技術(shù)通過(guò)對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造等過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)一的建模而在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工、配置、檢驗(yàn)、輸送等，是對(duì)整個(gè)機(jī)械加工制造過(guò)程的模擬和仿真，從而優(yōu)化了生產(chǎn)管理及資源規(guī)劃，機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造周期縮短、成本降低、生產(chǎn)效率提高，形成強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)效益。

五、結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展促進(jìn)了仿真技術(shù)的進(jìn)步，仿真技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)是信息技術(shù)、系統(tǒng)論和控制論等，技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中以專業(yè)設(shè)備和計(jì)算機(jī)為工具，通過(guò)建立模型系統(tǒng)的方式，對(duì)規(guī)劃設(shè)想中或?qū)嶋H中的數(shù)據(jù)系統(tǒng)完成動(dòng)態(tài)測(cè)試。此外，仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用能保證數(shù)據(jù)計(jì)算精準(zhǔn)、提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造效率和質(zhì)量，總體應(yīng)用前景和應(yīng)用效果較好

【參考文獻(xiàn)】

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[2] 楊宇哲.仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造過(guò)程中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，（11）：97.