機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的虛擬制造技術(shù)探討

邢建國(guó)

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(jì)也開(kāi)辟了新的發(fā)展模式。在面對(duì)空前的發(fā)展機(jī)遇的同時(shí)，機(jī)械工程設(shè)計(jì)行業(yè)內(nèi)部之間的競(jìng)爭(zhēng)也更加的激烈。而想要在這激烈的競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)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(guò)對(duì)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(shí)降低成本。因此，對(duì)于現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)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(jì)及虛擬制造技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析，針對(duì)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(jì)；虛擬制造技術(shù)

引言

機(jī)械工程的設(shè)計(jì)應(yīng)用，主要嚴(yán)格按照使用的要求，針對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行原理、運(yùn)行方式、能力及力傳遞路徑、整體架構(gòu)、潤(rùn)滑法、零部件尺寸及形狀等各方面入手，科學(xué)地構(gòu)思、計(jì)算及分析，讓它轉(zhuǎn)化成具體的設(shè)計(jì)模型，作為機(jī)械制造加工全過(guò)程的核心依據(jù)。在一定程度上，可以說(shuō)機(jī)械工程的設(shè)計(jì)是機(jī)械制造活動(dòng)順利開(kāi)展的根本保障與依據(jù)，直接影響著機(jī)械制造綜合質(zhì)量與效率。伴隨著當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)的持續(xù)發(fā)展，對(duì)機(jī)械工程的設(shè)計(jì)水平也提出了較高的要求，廣大設(shè)計(jì)工程師必須予以高度重視，并積極探索著最佳的機(jī)械工程的設(shè)計(jì)工作突破路徑。虛擬制造科學(xué)技術(shù)，對(duì)于機(jī)械工程的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)便是最佳的突破手段及路徑，它可為機(jī)械工程的設(shè)計(jì)提供最得力的技術(shù)支持與保障。那么，為了能夠更好的將虛擬制造科學(xué)技術(shù)運(yùn)用至機(jī)械工程的設(shè)計(jì)專項(xiàng)工作當(dāng)中，便需要廣大設(shè)計(jì)工程師結(jié)合以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)虛擬制造科學(xué)技術(shù)開(kāi)展細(xì)致地分析與研究工作，并充分的將虛擬制造科學(xué)技術(shù)與機(jī)械工程的設(shè)計(jì)融合在一起，以提高機(jī)械工程的設(shè)計(jì)專業(yè)水平，為機(jī)械工程的設(shè)計(jì)領(lǐng)域在新時(shí)期背景下的良性發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)

機(jī)械設(shè)計(jì)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(shì)特征。傳統(tǒng)的機(jī)械工程設(shè)計(jì)中，會(huì)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(huì)存在一定的約束性。傳統(tǒng)機(jī)械工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要通過(guò)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)苛的計(jì)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(jì)中，任何一個(gè)微小的數(shù)據(jù)都可能導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)的癱瘓，所以很容易導(dǎo)致整體的設(shè)計(jì)不夠嚴(yán)謹(jǐn)。另外，在傳統(tǒng)的機(jī)械工程設(shè)計(jì)中，很多方面的設(shè)計(jì)都是通過(guò)設(shè)計(jì)人員的主觀意識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，憑借自己多年的經(jīng)驗(yàn)和能力進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以在對(duì)質(zhì)量的高效和生產(chǎn)合理等多個(gè)方面都無(wú)法達(dá)到較為理想的效果。與傳統(tǒng)的機(jī)械工程設(shè)計(jì)不一樣的是，現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)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(jì)中的不足。比如對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的運(yùn)用，在某些數(shù)據(jù)的分析過(guò)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(shí)，利用計(jì)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(jì)，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(jì)進(jìn)行轉(zhuǎn)變。現(xiàn)代化機(jī)械工程設(shè)計(jì)具有較為完整的知識(shí)體系，并且涉及到動(dòng)態(tài)的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)，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)

2.1仿真技術(shù)

仿真指的是通過(guò)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的抽象化與簡(jiǎn)潔化最終形成的系統(tǒng)模型，并且在仿真技術(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用，最終得到相應(yīng)的系統(tǒng)性性能分析，仿真主要是由系統(tǒng)模型為主體的研究方法，它對(duì)實(shí)際的生產(chǎn)系統(tǒng)沒(méi)有直接的干擾作用，并且仿真系統(tǒng)可以合理地運(yùn)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，將現(xiàn)實(shí)中需要長(zhǎng)時(shí)間完成的工作，可以在短時(shí)間內(nèi)迅速地完成，大大縮短了生產(chǎn)決策的時(shí)間，避免了人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi)，計(jì)算機(jī)技術(shù)還可以對(duì)模型進(jìn)行仿真修復(fù)，最終找到最佳的方案，利用三維仿真軟件和PC工作站可實(shí)現(xiàn)桌面的虛擬效果，操作者可以坐在電腦前對(duì)模型進(jìn)行360度無(wú)死角的實(shí)時(shí)觀察，可以通過(guò)鼠標(biāo)、軌跡球等控制端來(lái)調(diào)整觀察的角度，通過(guò)此類投入式現(xiàn)實(shí)虛擬技術(shù)，不止可以實(shí)現(xiàn)單純的運(yùn)動(dòng)仿真、干涉檢查等三維觀察的基本功能，而且能給設(shè)計(jì)者創(chuàng)造身臨其境的感覺(jué)，啟發(fā)設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造性思維，為多人技術(shù)討論、技術(shù)規(guī)劃等創(chuàng)造更加廣闊的空間與真實(shí)的環(huán)境。

2.2設(shè)計(jì)模型

以往傳統(tǒng)模式的內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力模型設(shè)計(jì)，通常是由設(shè)計(jì)師手繪制圖而完成設(shè)計(jì)工作的，若客戶改變?cè)O(shè)計(jì)意向，則設(shè)計(jì)師需將最初設(shè)計(jì)圖紙全部推翻重新繪制設(shè)計(jì)圖紙及模型，不僅耗時(shí)耗力，且必將會(huì)影響到整體的工作效率與質(zhì)量。那么，在虛擬制造科學(xué)技術(shù)之下，其最為有利的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)便在于它可結(jié)合客戶實(shí)際要求，僅需更改已設(shè)計(jì)完成的內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力模型，無(wú)從完全將最初設(shè)計(jì)圖紙全部推翻，并重新繪制設(shè)計(jì)圖紙及模型。如此一來(lái)，不僅并不會(huì)對(duì)整體的工作效率與質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，且還會(huì)提高客戶的滿意度。故對(duì)于機(jī)械工程的設(shè)計(jì)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，虛擬制造科學(xué)技術(shù)具有較強(qiáng)的靈活性，這是該項(xiàng)技術(shù)較為明顯的優(yōu)勢(shì)。此外，通過(guò)虛擬制造科學(xué)技術(shù)在機(jī)械工程的設(shè)計(jì)領(lǐng)域中融合應(yīng)用，還可虛擬加工所設(shè)計(jì)的內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力模型，加工操作后便可對(duì)產(chǎn)品開(kāi)展仿真測(cè)試。可以說(shuō)，這種融合了虛擬制造科學(xué)技術(shù)的機(jī)械工程設(shè)計(jì)操作模式，為產(chǎn)品制造提供科學(xué)的信息數(shù)據(jù)及參考依據(jù)，不僅有助于提高機(jī)械工程的設(shè)計(jì)水平，還可提高內(nèi)燃機(jī)機(jī)械制造效率。

2.3虛擬裝配技術(shù)

虛擬裝配技術(shù)是將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合在一起，通過(guò)仿真模型在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行機(jī)械的仿真裝配實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的工藝規(guī)劃、裝配、調(diào)試以及加工制造，它是將現(xiàn)實(shí)中的裝配過(guò)程采用計(jì)算機(jī)的方式呈現(xiàn)出來(lái)，虛擬裝配是在計(jì)算機(jī)虛擬的環(huán)境中，合理地利用現(xiàn)實(shí)技術(shù)將設(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品采用三維模型的方式進(jìn)行預(yù)裝配，使產(chǎn)品的性能與功能都達(dá)到最佳狀態(tài)，如發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的性能與功能不符合設(shè)計(jì)的要求，則需要進(jìn)行詳細(xì)的分析、評(píng)價(jià)、規(guī)劃、仿真等改善產(chǎn)品的裝配與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，最大限度地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的可裝配性與經(jīng)濟(jì)性，根據(jù)多年的機(jī)械裝配經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)品的裝配費(fèi)用占到機(jī)械產(chǎn)品總費(fèi)用的30%--50%之多，有時(shí)甚至出現(xiàn)更高的現(xiàn)象，提高了機(jī)械企業(yè)的生產(chǎn)成本，虛擬裝配技術(shù)不同于傳統(tǒng)的裝配技術(shù)，它是一種新型的產(chǎn)品研發(fā)模式，其主要的作用就是建立虛擬產(chǎn)品模型和虛擬裝配環(huán)境，并將其合理地應(yīng)用到產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，有效地對(duì)產(chǎn)品的性能與可裝配性進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)，以達(dá)到縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期、降低機(jī)械產(chǎn)品裝配的成本、提高機(jī)械企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益的目的。

結(jié)語(yǔ)

內(nèi)燃機(jī)，它屬于動(dòng)力機(jī)械的一種，主要通過(guò)在機(jī)器設(shè)備內(nèi)部燃燒燃料把排放出來(lái)的熱能科學(xué)轉(zhuǎn)換成動(dòng)力的一種熱力式發(fā)動(dòng)機(jī)，在汽車、輪船、摩托車等機(jī)械制造領(lǐng)域中所廣泛應(yīng)用。在機(jī)械工程的設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，在實(shí)施內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力設(shè)計(jì)期間，對(duì)于設(shè)計(jì)技術(shù)的專業(yè)要求相對(duì)較高。為了能夠進(jìn)一步提高機(jī)械工程的設(shè)計(jì)水平，就需廣大設(shè)計(jì)師能夠提高對(duì)虛擬制造該項(xiàng)科學(xué)技術(shù)的重視程度，并積極投身于技術(shù)實(shí)踐探索當(dāng)中，積累更多的設(shè)計(jì)技術(shù)操作經(jīng)驗(yàn)，充分發(fā)揮虛擬制造該項(xiàng)科學(xué)技術(shù)融合應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，不斷提高機(jī)械工程的設(shè)計(jì)工作專業(yè)水平，設(shè)計(jì)出最符合客戶需求的內(nèi)燃機(jī)等相關(guān)機(jī)械設(shè)備，也為后期的機(jī)械制造加工提供便利條件，讓機(jī)械工程的設(shè)計(jì)領(lǐng)域能夠翻開(kāi)新的發(fā)展篇章，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：博思特能源裝備（天津）股份有限公司）