仿真技術在機械設計制造中的優(yōu)勢及具體應用探討

王益強 宋艷來

1.山東青島農業(yè)大學后勤保障處 山東 青島 266109

2.山東青島農業(yè)大學基建處 山東 青島 266109

前言

作為一種虛擬樣機技術，仿真技術是以計算機為載體，利用專門的軟件建立模型，然后以不同動態(tài)數(shù)據(jù)和鑰匙進行分析，降低制造出現(xiàn)失誤的幾率，從而實現(xiàn)時間、成本的有效節(jié)約，并且顯著提高設備的安全性和穩(wěn)定性。為了更多發(fā)揮出這項技術的作用，對其展開深入探討，具有一定的現(xiàn)實意義。

一、機械設計制造中仿真技術具有的優(yōu)勢

(一)改良設計制造方案。傳統(tǒng)機械設計多依靠人工，此種模式難以取得理想的設計效率，并且，許多企業(yè)為了縮短設計周期、節(jié)約成本，制定的機械產(chǎn)品設計方案較少，同時普遍存在方案三維立體效果差、產(chǎn)品細節(jié)設計不到位等情況，且不能及時發(fā)現(xiàn)和解決一些設計問題。設計人員通過應用仿真技術，能利用仿真系統(tǒng)間大量基礎性設計完成，導入相關數(shù)據(jù)內容、產(chǎn)品設計思路明確，且能在短時間內完成機械產(chǎn)品設計方案的編制，對比分析多套產(chǎn)品設計方案，拓寬設計思路，有效處理各項設計細節(jié)[1]。此外，在仿真過程中能對產(chǎn)品的性能缺陷和質量做真實反應，有著較為理想的三維設計效果。

(二)提升數(shù)據(jù)分析精度和效率。仿真技術能夠輔助人工完成數(shù)據(jù)運算分析及采集等工作，使眾多的數(shù)據(jù)在短時間內得到有效處理，進而使機械產(chǎn)品設計更具效率，同時，避免人為因素影響到機械設計質量，使機械產(chǎn)品個性化設計制造需求得到更好滿足。另外，在機械產(chǎn)品數(shù)據(jù)處理量越大、結構越加復雜的情況，也將愈加凸顯仿真技術在復雜數(shù)值計算方面的價值。

(三)節(jié)約設計成本?，F(xiàn)如今，機械產(chǎn)品呈現(xiàn)出結構小型化、精密化、復雜化的趨勢，這就要求企業(yè)組建一支專業(yè)龐大的設計團隊，但依托傳統(tǒng)設計模式機械設計成本和人工成本都較高。例如非標自動化設備，此類設備沒有統(tǒng)一標準，需要設計人員多次進行基礎性設計工作，比如設定設計參數(shù)、計算復雜數(shù)值等，如此則會延長產(chǎn)品設計周期，使設計成本進一步提升。而通過應用仿真技術，則能幫助設計人員將大量基礎工作在短時間內完成，比如調整標準、計算數(shù)值、采集信息等[2]。此外，通過應用該技術能夠結合工作需求進行二維或三維模型地建立，以仿真模型代替實體模型，如此一來既節(jié)約了物料成本，又精簡了設計團隊，最大程度降低機械設計和人工總成本。

二、仿真技術在機械設計制造中的具體應用

(一)結構設計中的應用。在設計機械的過程中會用到許多的制造系統(tǒng)，而每個系統(tǒng)又是由多種結構組成，并且，為了及時發(fā)現(xiàn)成品存在的遺漏點，都需要相關人員對設計出的最終成品進行建模，然后著手優(yōu)化機械制造系統(tǒng)中的結構。目前部分仿真軟件，能夠對構成設備的各部件做虛擬接合，然后在虛擬界面直觀反映出設備構建的組合情況。如此一來，則能較大程度避免構件組合出現(xiàn)互相碰撞或是缺乏科學性等情況，使設備構件組合得到不斷優(yōu)化。

(二)裝備設計中的應用。在機械設備設計中齒輪設計是十分關鍵的部分，而借助仿真技術我們能夠更好地完成齒輪設計。首先，通過此技術可以對齒輪的行動軌跡做仿真模擬；其次，能對齒輪端面做全面評估；三是，可對齒輪的傳動接觸點進行闡述研究。完成上述步驟后，我們可從多個角度觀察齒輪的具體情況，從而得到想要的結果，以免齒輪影響到機械設備的性能。比如，應用仿真技術展開齒輪設計，能夠有效檢測齒輪的性能，保證齒輪可以具有更良好的性能，使機械設備質量得以提升。

(三)加工設計中的應用。生產(chǎn)出所需功能的機械設備，是機械設計制造的根本目的，從機械設計到成品的制造期間歷經(jīng)的步驟有很多，且較為復雜，特別是在設計大型機械的時候會有著更嚴苛的要求，為了降低此過程的復雜程度，我們可利用仿真技術。例如，在生產(chǎn)數(shù)控機床的時候，我們可先借助仿真技術對零部件運行情況進行模擬，在獲得模擬的相關數(shù)據(jù)后，再運用設備完成加工，如此能使產(chǎn)品的合格率及加工精度得到有效提升，使機床加工能力得到較大程度改善[3]。又或是，在切削加工中應用仿真技術進行模型構建，預測產(chǎn)品在不同加工情況下的狀態(tài)，進而選出最優(yōu)的方案。

(四)輔助復雜數(shù)據(jù)的計算。在如今機械加工設計制造領域中，以仿真技術為代表的一系列計算機技術扮演著愈加重要的角色，機械設計缺少計算機技術輔助，在遇到復雜問題的時候將會面臨重重阻礙。依托計算機技術與仿真技術的良好輔助，則能夠很大程度簡化復雜問題及數(shù)據(jù)的計算，更快捷、高效完成計算工作，使設計與研發(fā)的時間得以縮短。尤其是在設計與研發(fā)新產(chǎn)品的時候，更能凸顯出仿真技術的優(yōu)勢，經(jīng)過一系列實驗和設計后，保證產(chǎn)品指標能與設備運行需求相符合。在新產(chǎn)品研發(fā)過程中應用仿真技術，能使實驗階段中各種材料的消耗情況得到大大減少，且也有助于加工制造企業(yè)研發(fā)壓力的緩解。同時，仿真技術與動力學模型配合使用，可以對產(chǎn)品多方面數(shù)據(jù)做全面獲取，如結構的剛度、強度及熱態(tài)特性等，又或是配合計算機的分析與計算，能夠使一些可能出現(xiàn)的機械安全隱患和運行風險等得到良好規(guī)避。

結語

總之，仿真技術不會因地區(qū)與環(huán)境的改變而出現(xiàn)改變，將仿真技術合理應用到機械設計制造領域，能夠使傳統(tǒng)機械設計制造模式存在諸多難題得到有效解決，節(jié)約制造成本，改善工作情況，使行業(yè)獲得更為廣闊的發(fā)展前景。文章重點從結構設計、裝備設計、加工設計及復雜數(shù)據(jù)計算等層面探討了仿真技術，希望能一定豐富該領域研究，為相關人員提供一定參考，從而推動我國機械設計制造行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。