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

摘 要：計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展讓以計(jì)算機(jī)科技為基礎(chǔ)的現(xiàn)代科技全面進(jìn)步，仿真技術(shù)即為基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的一項(xiàng)新技術(shù)，其能以部分學(xué)科理論為基礎(chǔ)處理現(xiàn)實(shí)問題，更重要的是，仿真技術(shù)并未停止發(fā)展的腳步，仿真軟件創(chuàng)新迭出，正因如此，越來越多的行業(yè)開始主動(dòng)擁抱仿真技術(shù)。論文重點(diǎn)研究了機(jī)械制造領(lǐng)域內(nèi)仿真技術(shù)的特征，首先對(duì)計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，隨之對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造實(shí)踐中仿真技術(shù)的應(yīng)用概況進(jìn)行了全面闡述，意在促進(jìn)機(jī)械制造領(lǐng)域內(nèi)仿真技術(shù)應(yīng)用，加快機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展。

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

0 引言

目前，以網(wǎng)絡(luò)時(shí)代、信息時(shí)代、數(shù)字時(shí)代為特征的科技時(shí)代已基本形成，得益于科技發(fā)展，各行各業(yè)均取得了歷史性突破。機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域引進(jìn)應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)以來，產(chǎn)品智能化、數(shù)字化水平迅速提高，核心競(jìng)爭(zhēng)力提升效果顯著。而在仿真技術(shù)支撐下，機(jī)械設(shè)計(jì)制造迅速跳出傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念、理論的窠臼，創(chuàng)新成果迭出，全球各地科研人員也因此而能在差異化時(shí)間背景下實(shí)現(xiàn)連接。仿真技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)在于可以協(xié)助我們將問題及其內(nèi)在原因迅速發(fā)現(xiàn)，找到有效地應(yīng)對(duì)策略。

1 機(jī)械制造領(lǐng)域內(nèi)的仿真技術(shù)特征

1.1 集成化

機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域引進(jìn)應(yīng)用仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)比較明顯，比如集成化可以讓機(jī)械產(chǎn)品更加緊湊，更加靈活，提升機(jī)械設(shè)計(jì)制造效率，吸引更多用戶，激發(fā)行業(yè)發(fā)展?jié)摿Γ抡骖愋投嘣瘎t讓這一領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力空前提升。

1.2 應(yīng)用范圍

仿真技術(shù)具有極為顯著的動(dòng)力學(xué)特征，因此無(wú)論是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，還是機(jī)械產(chǎn)品的運(yùn)行測(cè)試及后期維護(hù)均充斥著仿真技術(shù)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法費(fèi)用費(fèi)力，效率低下，而引用仿真技術(shù)則顯著改變這種落后現(xiàn)狀，也就是說，現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的每個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)質(zhì)上都在引用仿真技術(shù)，特別是設(shè)計(jì)、維護(hù)等環(huán)節(jié)，仿真技術(shù)已經(jīng)具備基礎(chǔ)性、決定性功能。正因如此，越來越多的企業(yè)開始采用仿真技術(shù)。

1.3 分布性

計(jì)算機(jī)技術(shù)是仿真技術(shù)發(fā)展的前提和基礎(chǔ)，仿真技術(shù)引進(jìn)與應(yīng)用同樣離不開虛擬網(wǎng)絡(luò)支持，圖形技術(shù)特征明顯的仿真技術(shù)更具交互性。機(jī)械制造領(lǐng)域內(nèi)現(xiàn)已形成了極為明顯的仿真技術(shù)普及態(tài)勢(shì)。制造行業(yè)與仿真技術(shù)之間的密切關(guān)系是這一現(xiàn)象的主要原因。

2 計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)構(gòu)建

機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域引進(jìn)、應(yīng)用仿真技術(shù)以來，繁榮與發(fā)展速度加快。從仿真系統(tǒng)構(gòu)建角度來看，圖形學(xué)、幾何學(xué)、數(shù)據(jù)處理學(xué)等學(xué)科功能極為關(guān)鍵。計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)構(gòu)建的首要環(huán)節(jié)在于三維模型構(gòu)建，而三維模型可以反向提升計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)精度。以下即為模型構(gòu)建階段的注意事項(xiàng)：

（1）三維模型創(chuàng)建。首先，完成合適的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)確立;其次，進(jìn)行其它條件或要素篩選，最后，以關(guān)聯(lián)知識(shí)、數(shù)學(xué)表達(dá)式為基礎(chǔ)展示創(chuàng)建成果，以此準(zhǔn)確描述三維模型的核心。三維模型的核心在于動(dòng)態(tài)模型、靜態(tài)模型組成的數(shù)學(xué)模型。

（2）三維模型變換。抽象、簡(jiǎn)潔是數(shù)學(xué)模型的最典型特征。所以應(yīng)把它們向計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)或信息轉(zhuǎn)化，此即所謂模型變換。本階段必須按計(jì)算機(jī)科技及科學(xué)算法來表達(dá)并展示數(shù)學(xué)模型。

（3）三維模型測(cè)試。三維模型測(cè)試前應(yīng)向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中軌入三維模型，只有如此才能獲得測(cè)試結(jié)論。三維模型測(cè)試過程本身比較簡(jiǎn)單，仿真結(jié)果分析也不復(fù)雜，但此類工作必需基于三維模型構(gòu)建與測(cè)試而展開，這是兩個(gè)前置性環(huán)節(jié)，缺一不可。目前應(yīng)用比較普遍的三維模型測(cè)試方法有兩種，即仿真過程反向驗(yàn)證法和置信通道法。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)制造中仿真技術(shù)的應(yīng)用

3.1 數(shù)值計(jì)算分析

機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與研發(fā)程序本質(zhì)上差異不大，任何機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)均應(yīng)遵循以下幾個(gè)基本程序，首先，以用戶需求為依據(jù)將產(chǎn)品概念提出;其次，以確定的產(chǎn)品概念為依據(jù)進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)零件設(shè)計(jì);第三，產(chǎn)品生產(chǎn)實(shí)驗(yàn);最后，調(diào)整、修改設(shè)計(jì)成果。機(jī)械產(chǎn)品如果比較復(fù)雜，那么通常會(huì)需要更多的時(shí)間進(jìn)行研發(fā)，這也是簡(jiǎn)單機(jī)械產(chǎn)品與復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品的最大區(qū)別?？萍紩r(shí)代以來，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)取得長(zhǎng)足發(fā)展，復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)也因此而如虎添翼，設(shè)計(jì)研發(fā)周期全面縮短，設(shè)計(jì)質(zhì)量迅速倍增。運(yùn)算工程的準(zhǔn)確率與效率在仿真技術(shù)協(xié)助下提升效果同樣令人驚嘆。

3.2 復(fù)雜機(jī)械加工

機(jī)械生產(chǎn)環(huán)節(jié)引進(jìn)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)后，參數(shù)指標(biāo)控制理想，機(jī)械加工目標(biāo)可以在更短時(shí)間內(nèi)高質(zhì)量完成。數(shù)控機(jī)床就是這方面的代表，計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)入數(shù)控機(jī)床加工領(lǐng)域以來，各種此前難以控制的信息數(shù)據(jù)、指標(biāo)難題均被一一化解，數(shù)據(jù)模塊加工的準(zhǔn)確性讓數(shù)控機(jī)床加工難度越來越小，規(guī)?；a(chǎn)、個(gè)性化生產(chǎn)均已不再是難點(diǎn)。例強(qiáng)磨削加工，以時(shí)間軸為建立單位即能對(duì)磨削加工指令、過程作出準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，將標(biāo)準(zhǔn)件加工迅速完成。磨削方案設(shè)計(jì)也因計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用而與實(shí)際需要更相吻合。

3.3 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的多元化特征極為明顯，不同的機(jī)械系統(tǒng)具有差異化內(nèi)部結(jié)果。這也讓各行各業(yè)的各種機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、操作需求與場(chǎng)景成為現(xiàn)實(shí)，因此每一種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)部件設(shè)計(jì)的針對(duì)性更強(qiáng)，加工精度提升目標(biāo)也能因此而順利實(shí)現(xiàn)。從目前來看，機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的重點(diǎn)主要就在于模擬試驗(yàn)優(yōu)化，而優(yōu)化設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)的內(nèi)部零部件等工作則在其次，其意就在于提升設(shè)計(jì)方案的質(zhì)量，讓其處于最理想狀態(tài)。大型三維設(shè)計(jì)軟件現(xiàn)已是引進(jìn)應(yīng)用仿真技術(shù)實(shí)踐中的首選軟件，但凡有仿真技術(shù)應(yīng)用需要的科研人員均會(huì)將其當(dāng)成第一選擇，之所以如此，主要是因?yàn)槠淇蛇M(jìn)行為機(jī)械運(yùn)行結(jié)構(gòu)提供有效協(xié)助，可以對(duì)運(yùn)行結(jié)果展開全面的觀察與分析，迅速調(diào)節(jié)各種影響運(yùn)動(dòng)因素，確保機(jī)械設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行，滿足現(xiàn)實(shí)工作需要。

3.4 齒輪設(shè)計(jì)

機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)一般來說是由各種各樣零部件組成的，因此此類裝備存在著多元化零部件需求，而最主要的一種機(jī)械裝備零部件為齒輪。Visual Lisp語(yǔ)言在仿真齒輪設(shè)計(jì)過程中具有決定性作用。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：李韶山（1998-），男，安徽六安人，本科在讀，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。