機(jī)械設(shè)計制造中仿真技術(shù)的應(yīng)用

陳遠(yuǎn)偉

（達(dá)州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 達(dá)州 635001）

機(jī)械設(shè)計制造主要包括機(jī)電產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計和工業(yè)裝備的制造運(yùn)行等。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，作為工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的重要內(nèi)容之一，機(jī)械設(shè)計制造技術(shù)逐漸在我國各大領(lǐng)域普及 ，不但成為社會發(fā)展的主流方向，還更好地滿足了社會的科學(xué)發(fā)展需求。在總體控制過程中，機(jī)械設(shè)計制造需要運(yùn)用信息技術(shù)、計算機(jī)科學(xué)和自動控制技術(shù)等，針對不同工業(yè)設(shè)備的機(jī)械部件組成，解決機(jī)械設(shè)計制造中的各種問題。而仿真技術(shù)的出現(xiàn)，則給我國機(jī)械設(shè)計制造業(yè)帶來了更多的發(fā)展新機(jī)遇。仿真技術(shù)是計算機(jī)技術(shù)的衍生物，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息處理技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，為了處理各種問題，可通過仿真技術(shù)將多種科學(xué)化的理念融合在一起，突破了傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計制造理念，通過仿真環(huán)境，根據(jù)機(jī)械設(shè)計制造的實際要求，在數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和模型建立中，用戶可以更好地發(fā)現(xiàn)并解決問題，對于機(jī)械設(shè)計制造業(yè)具有非常重要的意義。

1 仿真技術(shù)綜述

仿真技術(shù)又稱為虛擬樣機(jī)技術(shù)，是憑借虛擬系統(tǒng)，通過解讀運(yùn)行原理、信息運(yùn)用、控制技術(shù)和系統(tǒng)運(yùn)用等，以信息技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)為依據(jù)，借助專用儀器和計算機(jī)設(shè)備，實驗了解運(yùn)行動態(tài)成本的技術(shù)。當(dāng)前，仿真技術(shù)被廣泛地運(yùn)用于很多行業(yè)中，機(jī)械設(shè)計制造業(yè)也不例外。將仿真技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計制造業(yè)中，不但能提升設(shè)計品質(zhì)，還能帶來質(zhì)量更好的機(jī)械設(shè)備，提升制造水平。目前，伴隨著仿真技術(shù)應(yīng)用范圍的拓展，在機(jī)械設(shè)計制造過程中，通過圖形，借助虛擬網(wǎng)絡(luò)模式，可以充分展示出仿真技術(shù)的相關(guān)理論以及設(shè)計制造的整個過程，提升機(jī)械設(shè)備設(shè)計和制造的品質(zhì)。另外，仿真技術(shù)領(lǐng)域的一個最為突出的特征就是集成化。集成化具備復(fù)雜性和多元化的特色，通過輕松地對制造技術(shù)和產(chǎn)品特征進(jìn)行仿真模擬，給機(jī)械設(shè)計制造帶來了很大的便捷性。這不但極大地推動了仿真技術(shù)的升級，還使其得到了全方位的應(yīng)用[1]。

在機(jī)械設(shè)計制造業(yè)中，仿真技術(shù)主要擁有以下特征。一方面，仿真技術(shù)存在應(yīng)用范圍特征。仿真技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛，在機(jī)械產(chǎn)品測試和使用中，仿真技術(shù)被灌入產(chǎn)品的全生命周期，不但對具體加工過程具有一定的影響，還對機(jī)械產(chǎn)品的概念設(shè)計具有一定的影響，并且其制造過程中的動力學(xué)特征極為明顯。另一方面，仿真技術(shù)具有分布性的特征。仿真技術(shù)和機(jī)械制造之間具有緊密的連接關(guān)系，仿真技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)相融合，借助虛擬網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)建其所使用的圖形。因此，在機(jī)械設(shè)計制造中，仿真技術(shù)具有明顯的分布特征，可以在無形之中提升仿真技術(shù)的交互性。另外，仿真技術(shù)具有集成化特征，仿真類型多元化顯著，利用仿真技術(shù)可以構(gòu)建出更為良好的產(chǎn)品制造環(huán)境，有利于進(jìn)一步開發(fā)產(chǎn)品環(huán)境。

2 仿真技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計制造中的價值所在

2.1 仿真技術(shù)的應(yīng)用價值

在我國，機(jī)械設(shè)計制造業(yè)擁有多年的發(fā)展歷史，其不斷推動著我國經(jīng)濟(jì)水平更加成熟化、多元化發(fā)展，還對全球經(jīng)濟(jì)格局有著重要的影響。隨著全球消費(fèi)體系重新洗牌，經(jīng)濟(jì)全球化不斷深入發(fā)展，社會向著更加多元化及各異化方向發(fā)展。在工業(yè)、生物和軍事等領(lǐng)域中，仿真技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。仿真技術(shù)能夠解決實際技術(shù)應(yīng)用水平需要耗費(fèi)大量資金這一問題，尤其是軟件及模型的廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為目前眾多工作者的運(yùn)行載體，增強(qiáng)了機(jī)械設(shè)計的應(yīng)用效果，能夠精確分析機(jī)械運(yùn)行效果，增強(qiáng)計算機(jī)對數(shù)據(jù)及基本參數(shù)的處理效果，提升機(jī)械設(shè)計及機(jī)械運(yùn)行效率。并且，仿真技術(shù)具有更為可靠的安全性，使用靈活，可以有效縮減各類資金的投入，同時不存在任何破壞性。目前，制造損耗的時間不斷下降，重復(fù)使用仿真技術(shù)，可以促使機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計變得更加多元化，避免企業(yè)受地區(qū)以及氣候條件等因素的影響。仿真技術(shù)的應(yīng)用以現(xiàn)實設(shè)計需求為基準(zhǔn)，通過構(gòu)建合理的計算機(jī)模型，可以探究其各類參數(shù)性能，開展仿真實驗工作，更好地制定制造方案，避免數(shù)據(jù)信息呈現(xiàn)不斷擴(kuò)張的趨勢。另外，相關(guān)工作人員根據(jù)設(shè)計方案，可以在不同假設(shè)條件下，通過構(gòu)建和其匹配的虛擬樣機(jī)，完成虛擬實驗工作任務(wù)。但仿真技術(shù)的工作難度比較大，在機(jī)械設(shè)計制造業(yè)中，不管是設(shè)計方案還是改善方案，仿真技術(shù)都可以從根源上提升研發(fā)質(zhì)量和工作效率，確保其計算結(jié)果的精確性，并進(jìn)一步減小研發(fā)資金壓力。在機(jī)械設(shè)計制造業(yè)中應(yīng)用仿真技術(shù)，能通過虛擬軟件技術(shù)，模擬運(yùn)用不同的施工方案，在完成假設(shè)性的虛擬實驗后，選擇合適的施工方案設(shè)計，以達(dá)到提升工作效率的目的。仿真技術(shù)的應(yīng)用能夠確保研發(fā)品質(zhì)，提升計算機(jī)的運(yùn)行精準(zhǔn)度，從而降低企業(yè)的資金投入，促進(jìn)機(jī)械設(shè)計制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[2]。

2.2 仿真過程的實現(xiàn)

一方面，在構(gòu)建模型中，需要提前設(shè)定好編輯條件以及限制條件，然后根據(jù)系統(tǒng)要求標(biāo)準(zhǔn)、研究目標(biāo)，構(gòu)建仿真運(yùn)行系統(tǒng)。同時，設(shè)計人員要根據(jù)相對應(yīng)的學(xué)科知識，在初步構(gòu)建仿真系統(tǒng)之后，開展數(shù)字化表示等各項工作。一般情況下，在不同的時間中，模型可以為兩種類型，即動態(tài)模型和靜態(tài)模型，其中動態(tài)模型可以進(jìn)一步劃分為離散持續(xù)以及混合的時間。另一方面，抽象的模型可以用數(shù)字表達(dá)轉(zhuǎn)換成計算機(jī)來處理，計算機(jī)仿真基礎(chǔ)可以直接將已經(jīng)具有的仿真軟件投入該時間過程中，通過將自身的需求設(shè)定好對應(yīng)的新系統(tǒng)，以仿真模型計算機(jī)方程為基礎(chǔ)完成模型變換。另外，在完成模型創(chuàng)建工作之后，為了確保企業(yè)實際的運(yùn)行狀態(tài)，需要在計算機(jī)中及時輸入信息，對模型進(jìn)行實驗，從而獲得較為豐富的仿真數(shù)值結(jié)果。并且為了減小模型實驗的工作難度，應(yīng)以預(yù)期設(shè)計實驗方案為基準(zhǔn)，權(quán)衡好仿真的結(jié)果以及各項規(guī)范，確保仿真結(jié)果驗證的可靠程度。

3 機(jī)械設(shè)計制造中仿真技術(shù)的應(yīng)用

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

在機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用仿真技術(shù)，應(yīng)建立一個完善的運(yùn)行系統(tǒng)，通過綜合多種不同的零件及結(jié)構(gòu)，促使機(jī)械設(shè)備相互作用。但在機(jī)械設(shè)備投入使用時，為了充分發(fā)揮零件結(jié)構(gòu)的運(yùn)行作用，所有零件結(jié)構(gòu)都是統(tǒng)一協(xié)調(diào)、相互配合的。工作人員一定要提前運(yùn)用仿真技術(shù)進(jìn)行模擬，才能找出機(jī)械設(shè)備中的不足和缺陷，并通過選擇最佳的使用方案，確保各個零件之間相互配合，每個機(jī)械設(shè)備的零件穩(wěn)定發(fā)揮各自功能，確保一切系統(tǒng)順利投入使用。目前，為了更好地利用仿真技術(shù)的功能性，我國主要運(yùn)用三維設(shè)計理念，通過增添不同的設(shè)計理念、使用性能，根據(jù)不同的運(yùn)行技術(shù)，模擬化展現(xiàn)結(jié)構(gòu)運(yùn)動。仿真運(yùn)動學(xué)的應(yīng)用可以增加軟件的運(yùn)行便捷度，使用之前需要提前設(shè)定專業(yè)主流運(yùn)動軟件，這是仿真技術(shù)應(yīng)用的最大優(yōu)勢之一[3]。另外，運(yùn)用三維設(shè)計理念模擬仿真運(yùn)行過程，工作人員可以隨時觀察運(yùn)行性能，從多個角度探查實際的運(yùn)動結(jié)果，不但能夠檢測出不同的運(yùn)行性能，還能及時根據(jù)工作者的不同理念運(yùn)動，使用性能強(qiáng)大。

3.2 齒輪設(shè)計中的應(yīng)用

在仿真技術(shù)的應(yīng)用中，根據(jù)某些圓弧形的運(yùn)動軌跡統(tǒng)計，利用計算機(jī)的計算功能，能夠模擬出星星的實際運(yùn)行軌跡，更好地實現(xiàn)仿真的模擬。并且，在模型的實際構(gòu)建過程中，為了實現(xiàn)這個目的，也可以利用仿真技術(shù)。對齒輪運(yùn)行表面軌跡建立模型，需要實地對技術(shù)的應(yīng)用程度進(jìn)行分析，從不同的角度評估運(yùn)行效果。對于仿真模擬出的效果，可以使用性能為基礎(chǔ)，融合不同的技術(shù)手段進(jìn)行分析。完成這些步驟之后，為了研究內(nèi)部的深入影響因素，分析傳動的接觸點(diǎn)，可以根據(jù)實際的運(yùn)行參數(shù)，確定正交齒輪的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，從而實現(xiàn)工程的應(yīng)用目標(biāo)，確定實際傳送效果。

3.3 計算復(fù)雜數(shù)值中的應(yīng)用

機(jī)械設(shè)計制造就是運(yùn)用機(jī)械進(jìn)行加工操作。進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，為了實現(xiàn)深層次的挖掘原理，計算機(jī)技術(shù)的有效融合，不但夯實了理論基礎(chǔ)，還極大地提升了機(jī)械的運(yùn)行性能。如在實際加工過程中，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用可以讓系統(tǒng)自行計算，通過應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)，產(chǎn)生數(shù)據(jù)信息和圖形內(nèi)容，充分發(fā)揮計算機(jī)技術(shù)的輔助操作性能，并通過預(yù)先設(shè)置好的運(yùn)行參數(shù)，經(jīng)過技術(shù)轉(zhuǎn)換后形成控制運(yùn)行指令，確保產(chǎn)品正常生產(chǎn)。在實際加工過程中，為了對實際磨削產(chǎn)品品質(zhì)有一個初步預(yù)測，需要預(yù)先運(yùn)用仿真技術(shù)建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，對磨削過程進(jìn)行模擬之后，調(diào)整機(jī)械的運(yùn)行參數(shù)，確保產(chǎn)品品質(zhì)合格。由此可見，仿真技術(shù)能夠為磨削加工環(huán)節(jié)的虛擬化、最優(yōu)化、自動化提供支撐。同時，經(jīng)過計算機(jī)仿真模型創(chuàng)建，以變進(jìn)給過程磨削功率的變化量為基礎(chǔ)，獲得最優(yōu)磨削方案用于具體的加工環(huán)節(jié)中[4-5]。而以分析銑切削振動的條件和原理，創(chuàng)建銑切削環(huán)節(jié)的動力學(xué)模型，運(yùn)用數(shù)字仿真技術(shù)，開發(fā)出切削振動仿真的通用型軟件。創(chuàng)建多軸聯(lián)動加工復(fù)雜曲面的計算機(jī)仿真模型，從電火花切割層面來說，可以針對電火花生產(chǎn)工藝的實施效果進(jìn)行評價，實現(xiàn)參數(shù)的最優(yōu)化。

3.4 數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用

目前，機(jī)械設(shè)計制造整體構(gòu)造的煩瑣程度不斷提升，所需完成的系統(tǒng)設(shè)計種類多元，發(fā)展速度快，產(chǎn)品設(shè)計環(huán)節(jié)需要統(tǒng)計與分析大量的數(shù)據(jù)，嚴(yán)重影響了機(jī)械設(shè)計制造的試驗分析。機(jī)械設(shè)計制造旨在針對企業(yè)、行業(yè)生產(chǎn)指標(biāo)與工業(yè)產(chǎn)量，按照企業(yè)、行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行設(shè)計。從工業(yè)設(shè)計層面上來說，在數(shù)據(jù)量不斷增多的情況下，使用仿真技術(shù)針對機(jī)械設(shè)備的部件組成與運(yùn)作機(jī)理實施優(yōu)化分析，可以在全面掌握各種參數(shù)性能的情況下，融合計算機(jī)系統(tǒng)，從最初的設(shè)計階段預(yù)先制定設(shè)計方案，當(dāng)虛擬樣機(jī)創(chuàng)建完成之后，就能完成虛擬試驗。將仿真技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計制造過程中，可以在強(qiáng)大的信息系統(tǒng)的支持下，對大量模型數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而推動產(chǎn)品研發(fā)，確保數(shù)據(jù)計算結(jié)果的精準(zhǔn)性。