仿真技術(shù)在機械設(shè)計制造過程中的應(yīng)用

吳昊斐

(武漢智能裝備工業(yè)技術(shù)研究院有限公司，湖北 武漢 430000)

1 機械制造技術(shù)和仿真技術(shù)簡要說明

1.1 仿真技術(shù)基本信息說明

仿真技術(shù)的便利性使其在多個行業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛地應(yīng)用，當(dāng)前仿真技術(shù)運行過程中主要應(yīng)用的工具有很多，根據(jù)工具的性質(zhì)可以分為硬件與軟件2大方面。仿真硬件指導(dǎo)的主要是計算機，包含數(shù)字計算機、模擬計算機等多種計算機在內(nèi)。除計算機外，以目標(biāo)仿真器、運動仿真器為代表的物理仿真器也屬于仿真硬件的組成部分。而運動軟件則是指仿真語言、程序和數(shù)據(jù)庫在內(nèi)等多個部分，構(gòu)建起仿真技術(shù)的軟件系統(tǒng)。實際應(yīng)用仿真技術(shù)的過程中，想要完成目標(biāo)系統(tǒng)模型的建立，通常還會增加必要的實驗措施。主要的實驗措施以離散事件系統(tǒng)仿真和連續(xù)系統(tǒng)仿真為代表，在越發(fā)成熟完善的信息技術(shù)支持下，仿真技術(shù)在電力、航空航天、化工和機械制造等多個行業(yè)中嶄露頭角?，F(xiàn)階段仿真技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效地降低機械加工指導(dǎo)行業(yè)在硬件研發(fā)和制造方面的時間與資金消耗，同時也為機械加工制造企業(yè)帶來了可觀的收入。

1.2 機械制造與設(shè)計

機械的設(shè)計與制造與仿真技術(shù)的共同之處在于二者都有著較強的復(fù)雜性，機械的設(shè)計與制造同樣需要包括機械自動化、電子工程、數(shù)字化設(shè)計等多方面學(xué)科和技術(shù)的支持。除上述幾個方面之外，機械制造技術(shù)、控制工程、工程材料和工程力學(xué)等；理論知識也是機械設(shè)計制造必須要掌握的內(nèi)容。不斷發(fā)展的科學(xué)技術(shù)對機械設(shè)計與制造的發(fā)展提供了助力，傳統(tǒng)的機械設(shè)計制造主要對象是工業(yè)器械、設(shè)備零件等。制造前需要建立出制造模型，并通過大量的科學(xué)實驗確保模型的科學(xué)性，現(xiàn)階段國內(nèi)的機械加工制造行業(yè)正在仿真技術(shù)和其它先進(jìn)技術(shù)的推動下逐步實現(xiàn)自動化的轉(zhuǎn)型。

2 仿真技術(shù)作用特點分析

2.1 作用范圍廣泛

仿真技術(shù)自出現(xiàn)開始就呈現(xiàn)出了高速發(fā)展的趨勢，現(xiàn)如今已經(jīng)在眾多行業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮了重要作用。而在機械設(shè)計制造中的應(yīng)用，則涵蓋了機械產(chǎn)品從設(shè)計到制造再到最終測試的全過程。廣泛的應(yīng)用范圍是仿真技術(shù)能夠在機械設(shè)計制造過程中影響重大的關(guān)鍵特點之一，對產(chǎn)品質(zhì)量、制造效率和技術(shù)水平都有著積極的影響，確保最終出廠產(chǎn)品能夠更好地滿足市場對質(zhì)量的需求。現(xiàn)階段的仿真技術(shù)應(yīng)用范圍還在擴大，更加強調(diào)仿真對象和目的的明確，實現(xiàn)在研究制造系統(tǒng)中的有效應(yīng)用。

2.2 集成化屬性

仿真技術(shù)在機械加工制造行業(yè)中的應(yīng)用同時也呈現(xiàn)出了明顯的集成化屬性。仿真技術(shù)本身是多種技術(shù)的綜合呈現(xiàn)，具有較高的復(fù)雜性，其實能夠模擬不同類型產(chǎn)品和不同種類的制造工業(yè)。集成化的屬性也使得仿真技術(shù)在機械加工制造中能夠發(fā)揮更重要的作用，對機械加工制造行業(yè)的發(fā)展有著積極的意義。

2.3 分布特性

在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機技術(shù)的扶持下，仿真技術(shù)的分布特性得到了進(jìn)一步地擴大。分析仿真技術(shù)的運行過程不難看到，仿真技術(shù)作用的發(fā)揮需要虛擬網(wǎng)絡(luò)和制造的支持，運行過程中還需要配合理論與圖形。分布特性強化了仿真技術(shù)在機械設(shè)計加工中的影響，更好地保障設(shè)備的質(zhì)量。

3 具體應(yīng)用探究

3.1 在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的作用

本文研究的機械系統(tǒng)實際上是機械結(jié)構(gòu)的結(jié)合體，系統(tǒng)的運行需要多個系統(tǒng)的正常運行與和諧配合，確保機械系統(tǒng)能夠發(fā)揮預(yù)期的作用?；跈C械系統(tǒng)的實際作用需求，在設(shè)計階段就要借助仿真技術(shù)的作用，對設(shè)備設(shè)計模型進(jìn)行試驗、調(diào)整和完善。這個過程中還包括著眾多環(huán)節(jié)，最為關(guān)鍵的就是方案的建立和科學(xué)性的驗證，通過調(diào)整設(shè)計方案確保設(shè)備零件搭配的合理性，確保不同零件能夠在合適的位置上發(fā)揮作用。研究當(dāng)下仿真技術(shù)在機械加工設(shè)計中的應(yīng)用，其運動仿真設(shè)計功能對于機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計有著良好的輔助作用。尤其是部分大型三維設(shè)計軟件的應(yīng)用，配合運動仿真設(shè)計，能夠更快捷高效地完成目標(biāo)設(shè)備的設(shè)計和調(diào)試。

3.2 在齒輪設(shè)計中的作用

在機械設(shè)備中最不可忽視的一個組成部分就是齒輪和相關(guān)產(chǎn)品。大多數(shù)機械設(shè)備的傳動部分，必須要齒輪的配合與正常運行才能夠達(dá)到傳動目標(biāo)。也就是說，齒輪的設(shè)計、制造和應(yīng)用在機械設(shè)計制造的整體中有著不可忽視的重要影響。仿真技術(shù)的引進(jìn)和應(yīng)用，能夠借助虛擬模擬的形式檢查機械設(shè)計中齒輪設(shè)計實際配合效果，根據(jù)機械作用需求對設(shè)計方案進(jìn)行調(diào)整和完善?，F(xiàn)有的仿真技術(shù)已經(jīng)可以支持齒輪端面模型的設(shè)計及仿真操作，從不同層面對齒輪的有效性進(jìn)行判斷。除此之外，仿真技術(shù)在機械設(shè)計和制造中齒輪方面的應(yīng)用，還可以通過使用計算機設(shè)備來計算圓弧針齒運行軌跡，進(jìn)而達(dá)到仿真模擬齒輪運行及作用的目標(biāo)。仿真技術(shù)還可以支持齒輪傳動接觸點參與的研究和分析。挖掘并充分發(fā)揮縫針技術(shù)在機械齒輪設(shè)計和制造中的價值，對于機械齒輪性能、質(zhì)量的提升有著積極的意義，對機械加工制造行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展也有著積極的意義。

3.3 在加工研究中的作用

仿真技術(shù)在機械設(shè)備的設(shè)計階段和制造階段中的重要作用已經(jīng)在上文進(jìn)行了詳細(xì)地表述，鑒于其作用技術(shù)人員也在這一方面投入了大量的精力進(jìn)行研究。根據(jù)待設(shè)計機械設(shè)備類型的不同，有針對性地選擇仿真技術(shù)，能夠強化技術(shù)人員對仿真技術(shù)運行原理和機械設(shè)計的認(rèn)識，對機械加工階段產(chǎn)品性能和質(zhì)量提升也有著正面的影響。特備是面對復(fù)雜機械設(shè)備的設(shè)計和加工時，仿真技術(shù)選擇的合理性影響也將更為顯著。

3.4 輔助復(fù)雜數(shù)據(jù)的計算

以仿真技術(shù)為代表的一系列計算機技術(shù)在當(dāng)前的機械加工設(shè)計制造中都發(fā)揮著重要的作用，缺少計算機技術(shù)輔助的機械設(shè)計在面對復(fù)雜問題時往往會受到較大的限制。通過仿真技術(shù)和計算機技術(shù)的輔助，復(fù)雜問題和數(shù)據(jù)的計算將會得到大幅度地簡化，降低計算的難度，節(jié)省設(shè)計和研發(fā)的時間，計算結(jié)果的精準(zhǔn)性也會得到有效地提升。特別是新產(chǎn)品的設(shè)計和研發(fā)階段，仿真技術(shù)能夠發(fā)揮的優(yōu)勢也更為顯著，經(jīng)過一系列的設(shè)計與實驗之后，確保產(chǎn)品的指標(biāo)能夠滿足設(shè)備的運行需求。仿真技術(shù)在新產(chǎn)品研發(fā)中的應(yīng)用，大幅度降低了實驗階段對各種材料的損耗，也緩解了加工制造企業(yè)研發(fā)壓力。配合動力學(xué)模型使用仿真技術(shù)，能夠全面獲取產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強度、剛度、熱態(tài)特性等多方面的數(shù)據(jù)。配合計算機技術(shù)的計算和分析，可以有效地規(guī)避部分可能出現(xiàn)的機械運行風(fēng)險、安全隱患等。

4 仿真技術(shù)在機械加工制造行業(yè)發(fā)展前景探析

仿真技術(shù)在計算機技術(shù)的支持下始終呈現(xiàn)快速的發(fā)展趨勢，其中仿真硬件已經(jīng)出現(xiàn)了數(shù)值化仿真運算的發(fā)展方向。主要表現(xiàn)在通過外圍處理器與超小型機的配合，實現(xiàn)復(fù)雜的或者是大型機械系統(tǒng)的仿真模擬與操作。而在仿真軟件角度，未來的仿真技術(shù)會與人工智能技術(shù)進(jìn)一步融合，軟件系統(tǒng)將會更加全面、完善、精確、便捷。通過對仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，機械加工制造行業(yè)未來的發(fā)展方面必然會向虛擬制造的方向靠攏。所謂虛擬制造就是借助技術(shù)的方式，在計算機上完成產(chǎn)品從設(shè)計到指導(dǎo)的整體流程，仿真的對象從機械設(shè)備擴大到整個機械加工制造的過程，能夠有效地調(diào)配生產(chǎn)資源，提高生產(chǎn)管理的效果。同時還有助于機械設(shè)備加工制造周期的壓縮、成本控制和制造效率的提升，對未來加工制造企業(yè)的經(jīng)濟發(fā)展有著重要的意義。

5 總結(jié)

仿真設(shè)計在機械加工制造行業(yè)中的應(yīng)用，給行業(yè)的發(fā)展帶來了新的活力，更好地滿足行業(yè)智能化、自動化的發(fā)展需求。相比于傳統(tǒng)的研發(fā)方式，仿真設(shè)計能夠更好地應(yīng)對機械系統(tǒng)研發(fā)過程中的復(fù)雜問題，有效地壓縮機械設(shè)備從設(shè)計到研發(fā)的周期，為機械加工行業(yè)創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟收益。技術(shù)人員需要緊跟技術(shù)的發(fā)展步伐，及時掌握仿真技術(shù)的最新動態(tài)并將其合理地應(yīng)用在機械系統(tǒng)和設(shè)備的研發(fā)過程中。仿真技術(shù)不僅能夠提升機械加工制造行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和效率，對于行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的建立也有著積極的意義，還需要技術(shù)人員更深入地開發(fā)和研究。