現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計領(lǐng)域虛擬制造技術(shù)融合路徑研究

摘 要：隨著現(xiàn)代化技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械工程設(shè)計也開辟了新的發(fā)展模式。在面對空前的發(fā)展機(jī)遇的同時，機(jī)械工程設(shè)計行業(yè)內(nèi)部之間的競爭也更加的激烈。而想要在這激烈的競爭市場中脫穎而出，必然要做到在可控的成本范圍之內(nèi)獲得最優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品質(zhì)量。通過對虛擬制造技術(shù)的使用，能夠有效的幫助企業(yè)在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時降低成本。因此，對于現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計而言，虛擬制造技術(shù)的效果直接關(guān)系著該行業(yè)的發(fā)展前景。本文就現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計及虛擬制造技術(shù)進(jìn)行簡要的分析，針對現(xiàn)代機(jī)械工程虛擬制造技術(shù)的融合進(jìn)行初步研究。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代機(jī)械；工程設(shè)計；虛擬制造技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.059

0 前言

近些年來，虛擬技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，在機(jī)械工程設(shè)計中獲得了廣泛的使用。在如今的時代，更加注重對產(chǎn)品的設(shè)計的低成本、高效率、高品質(zhì)的要求。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，虛擬制造技術(shù)不僅能夠幫助企業(yè)提升機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量，還能在一定程度上降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，并且產(chǎn)品的生產(chǎn)周期也會進(jìn)行大幅度的縮短，使企業(yè)獲得較大的經(jīng)濟(jì)收益。虛擬技術(shù)的運(yùn)用及發(fā)展受到更多領(lǐng)域的關(guān)注具有廣闊的發(fā)展前景。

1 現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計

機(jī)械設(shè)計的最終目標(biāo)是為了滿足人們現(xiàn)實(shí)生活中所需，體現(xiàn)在實(shí)際運(yùn)用中的功能。讓機(jī)械產(chǎn)品更加的富有創(chuàng)新性和強(qiáng)大的功能，符合現(xiàn)代化科技進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)低成本高效率的優(yōu)勢特征。傳統(tǒng)的機(jī)械工程設(shè)計中，會受到現(xiàn)實(shí)條件的很多因素的影響，并且在很多的方面都會存在一定的約束性。傳統(tǒng)機(jī)械工程設(shè)計過程中，需要通過大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)苛的計算與分析之后才能將數(shù)據(jù)進(jìn)行確定，但是依舊不能較為準(zhǔn)確的保證數(shù)據(jù)的精確程度，在機(jī)械工程設(shè)計中，任何一個微小的數(shù)據(jù)都可能導(dǎo)致整個設(shè)計的癱瘓，所以很容易導(dǎo)致整體的設(shè)計不夠嚴(yán)謹(jǐn)。另外，在傳統(tǒng)的機(jī)械工程設(shè)計中，很多方面的設(shè)計都是通過設(shè)計人員的主觀意識進(jìn)行設(shè)計，憑借自己多年的經(jīng)驗和能力進(jìn)行設(shè)計，所以在對質(zhì)量的高效和生產(chǎn)合理等多個方面都無法達(dá)到較為理想的效果。與傳統(tǒng)的機(jī)械工程設(shè)計不一樣的是，現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計充分利用現(xiàn)代先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)并與之融合，完美的避免了傳統(tǒng)機(jī)械工程設(shè)計中的不足。比如對計算機(jī)技術(shù)的運(yùn)用，在某些數(shù)據(jù)的分析過程中，利用相關(guān)的物理學(xué)和數(shù)學(xué)等方面的科學(xué)知識，利用計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行更加精準(zhǔn)的分析。從較為主觀的傳統(tǒng)機(jī)械工程設(shè)計，逐漸向以現(xiàn)代先進(jìn)科技技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代化機(jī)械工程設(shè)計進(jìn)行轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)代化機(jī)械工程設(shè)計具有較為完整的知識體系，并且涉及到動態(tài)的現(xiàn)代化設(shè)計，更加符合現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程的需求。

2 虛擬制造技術(shù)

（1）虛擬制造技術(shù)的特點(diǎn)。虛擬制造技術(shù)以現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建一個虛擬的環(huán)境，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和研究。并且工作人員可以根據(jù)所建立的模型進(jìn)行虛擬的設(shè)備裝配，在對設(shè)備的裝配過程中，難免會出現(xiàn)一些錯誤，而在虛擬的環(huán)境中，工作人員可以及時的進(jìn)行修改，并且對設(shè)備沒有任何損害，能夠確保在實(shí)際的零件裝配的準(zhǔn)確性。在對機(jī)械的零件進(jìn)行改進(jìn)時，可以在計算機(jī)中進(jìn)行，能夠更加方便的進(jìn)行操作，并且在修改之后能夠自動形成一個新的模型。機(jī)械工程對虛擬技術(shù)的運(yùn)用較大程度的改變在操作過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題，完美的實(shí)現(xiàn)設(shè)計和零件裝配以及后續(xù)檢驗的協(xié)調(diào)統(tǒng)一過程，最大程度的提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，增強(qiáng)產(chǎn)品的競爭力。

（2）虛擬制造技術(shù)的過程。虛擬制造技術(shù)的設(shè)計，主要是以產(chǎn)品的生命周期進(jìn)行展開，設(shè)計人員進(jìn)行設(shè)計時根據(jù)顧客的需求進(jìn)行進(jìn)一步的研究。經(jīng)過詳細(xì)的分析和探討，對產(chǎn)品的所要呈現(xiàn)的功能、性能等方面進(jìn)行更深層次的了解；然后利用虛擬技術(shù)對產(chǎn)品進(jìn)行虛擬設(shè)計和工藝設(shè)計，利用虛擬技術(shù)進(jìn)行加工，構(gòu)建基本模型，在顧客對該模型滿意之后，便可對其進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)，如果顧客并不滿意可以進(jìn)行修改，能夠最大程度的節(jié)約生產(chǎn)的成本。元模型的構(gòu)建需要通過很多方面的理論設(shè)計，并且不斷的進(jìn)行修改和多次的實(shí)驗推理，然后才能實(shí)現(xiàn)計算機(jī)中進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。機(jī)械的零件在設(shè)計的過程中需要有一個較小的專家系統(tǒng)，然后依據(jù)不同零件的不同特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的設(shè)定，根據(jù)這些確定的數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的模型構(gòu)建，形成不同的零件元模型。在元模型構(gòu)建之后，才能進(jìn)行結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建，并且根據(jù)實(shí)際情況，對元模型進(jìn)行分類分級，在經(jīng)過一系列的操作形成最終的產(chǎn)品，產(chǎn)品的模型設(shè)計是整個虛擬設(shè)計制造的主要目的。

3 現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計領(lǐng)域虛擬制造技術(shù)的融合

現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計中對虛擬制造技術(shù)的使用，能夠組成一個全新的技術(shù)，機(jī)械工程設(shè)計中的虛擬樣機(jī)技術(shù)，就是兩者進(jìn)行有效融合的產(chǎn)物，也稱為機(jī)械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)。工程設(shè)計師通過對計算機(jī)技術(shù)的使用，構(gòu)建樣機(jī)的模型，并且對所構(gòu)建的模型進(jìn)行多種的動態(tài)性能分析，然后不斷的進(jìn)行設(shè)計方案的修改，用數(shù)字化的形式來代替?zhèn)鹘y(tǒng)工程設(shè)計。虛擬樣機(jī)技術(shù)，可以極大程度的簡化產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的過程，并且能夠大幅度的縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，減少產(chǎn)品開發(fā)過程中所消耗的人力物力成本，對產(chǎn)品的質(zhì)量和性能方面有著較大程度的提高。

在現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計中，對計算機(jī)仿真技術(shù)、零件的多次加工、工程的順序、所選用的參數(shù)數(shù)據(jù)、零件之間的配合性、連接零件的連接性等各個方面都可以使用虛擬制造技術(shù)，對其構(gòu)建虛擬環(huán)境進(jìn)行模型構(gòu)建。構(gòu)建一個數(shù)字化的虛擬樣機(jī)，設(shè)計嶄新的設(shè)計模式以及管理系統(tǒng)。

機(jī)械虛擬樣機(jī)，是三維CAD系統(tǒng)下的產(chǎn)物。三維CAD系統(tǒng)是一個構(gòu)造模型的工具，能夠?qū)崿F(xiàn)自頂向下以及自底向上等不同的設(shè)計方式，能夠完成對結(jié)構(gòu)的分析，裝配的仿真以及仿真運(yùn)動等多種復(fù)雜的設(shè)計過程，讓整個設(shè)計與實(shí)際設(shè)計相互貼合。該系統(tǒng)能夠有效的與CAE系統(tǒng)進(jìn)行集成，然后進(jìn)行仿真分析，提供需要進(jìn)行加工的數(shù)控信息。

以SolidEdge、Solidworks、UG等為設(shè)計的平臺，構(gòu)建全參數(shù)化的三維實(shí)體模型，并且在此基礎(chǔ)上對關(guān)鍵的零件和有限元進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并且對整機(jī)或者部件機(jī)進(jìn)行運(yùn)動模型的構(gòu)建。通過數(shù)字化虛擬樣機(jī)的建立與實(shí)施，建立一套基于三維CAD的產(chǎn)品開發(fā)體系，完成設(shè)計模式的轉(zhuǎn)變，加快產(chǎn)品推向市場的進(jìn)程。

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作者簡介：何軍慶（1977-），男，江西南昌人，碩士，工程師，研究方向：制藥機(jī)械、制藥工程、機(jī)械工程。