机械设计制造中仿真技术的应用

陈远伟

（达州职业技术学院，四川 达州 635001）

机械设计制造主要包括机电产品研发设计和工业装备的制造运行等。近年来，随着科学技术的不断发展，作为工业生产领域的重要内容之一，机械设计制造技术逐渐在我国各大领域普及 ，不但成为社会发展的主流方向，还更好地满足了社会的科学发展需求。在总体控制过程中，机械设计制造需要运用信息技术、计算机科学和自动控制技术等，针对不同工业设备的机械部件组成，解决机械设计制造中的各种问题。而仿真技术的出现，则给我国机械设计制造业带来了更多的发展新机遇。仿真技术是计算机技术的衍生物，随着网络技术和信息处理技术的发展进步，为了处理各种问题，可通过仿真技术将多种科学化的理念融合在一起，突破了传统的机械设计制造理念，通过仿真环境，根据机械设计制造的实际要求，在数据统计分析和模型建立中，用户可以更好地发现并解决问题，对于机械设计制造业具有非常重要的意义。

1 仿真技术综述

仿真技术又称为虚拟样机技术，是凭借虚拟系统，通过解读运行原理、信息运用、控制技术和系统运用等，以信息技术和计算机技术为依据，借助专用仪器和计算机设备，实验了解运行动态成本的技术。当前，仿真技术被广泛地运用于很多行业中，机械设计制造业也不例外。将仿真技术应用到机械设计制造业中，不但能提升设计品质，还能带来质量更好的机械设备，提升制造水平。目前，伴随着仿真技术应用范围的拓展，在机械设计制造过程中，通过图形，借助虚拟网络模式，可以充分展示出仿真技术的相关理论以及设计制造的整个过程，提升机械设备设计和制造的品质。另外，仿真技术领域的一个最为突出的特征就是集成化。集成化具备复杂性和多元化的特色，通过轻松地对制造技术和产品特征进行仿真模拟，给机械设计制造带来了很大的便捷性。这不但极大地推动了仿真技术的升级，还使其得到了全方位的应用[1]。

在机械设计制造业中，仿真技术主要拥有以下特征。一方面，仿真技术存在应用范围特征。仿真技术的应用范围十分广泛，在机械产品测试和使用中，仿真技术被灌入产品的全生命周期，不但对具体加工过程具有一定的影响，还对机械产品的概念设计具有一定的影响，并且其制造过程中的动力学特征极为明显。另一方面，仿真技术具有分布性的特征。仿真技术和机械制造之间具有紧密的连接关系，仿真技术和计算机技术相融合，借助虚拟网络，可以构建其所使用的图形。因此，在机械设计制造中，仿真技术具有明显的分布特征，可以在无形之中提升仿真技术的交互性。另外，仿真技术具有集成化特征，仿真类型多元化显著，利用仿真技术可以构建出更为良好的产品制造环境，有利于进一步开发产品环境。

2 仿真技术应用于机械设计制造中的价值所在

2.1 仿真技术的应用价值

在我国，机械设计制造业拥有多年的发展历史，其不断推动着我国经济水平更加成熟化、多元化发展，还对全球经济格局有着重要的影响。随着全球消费体系重新洗牌，经济全球化不断深入发展，社会向着更加多元化及各异化方向发展。在工业、生物和军事等领域中，仿真技术得到了广泛的应用。仿真技术能够解决实际技术应用水平需要耗费大量资金这一问题，尤其是软件及模型的广泛应用，已经成为目前众多工作者的运行载体，增强了机械设计的应用效果，能够精确分析机械运行效果，增强计算机对数据及基本参数的处理效果，提升机械设计及机械运行效率。并且，仿真技术具有更为可靠的安全性，使用灵活，可以有效缩减各类资金的投入，同时不存在任何破坏性。目前，制造损耗的时间不断下降，重复使用仿真技术，可以促使机械系统设计变得更加多元化，避免企业受地区以及气候条件等因素的影响。仿真技术的应用以现实设计需求为基准，通过构建合理的计算机模型，可以探究其各类参数性能，开展仿真实验工作，更好地制定制造方案，避免数据信息呈现不断扩张的趋势。另外，相关工作人员根据设计方案，可以在不同假设条件下，通过构建和其匹配的虚拟样机，完成虚拟实验工作任务。但仿真技术的工作难度比较大，在机械设计制造业中，不管是设计方案还是改善方案，仿真技术都可以从根源上提升研发质量和工作效率，确保其计算结果的精确性，并进一步减小研发资金压力。在机械设计制造业中应用仿真技术，能通过虚拟软件技术，模拟运用不同的施工方案，在完成假设性的虚拟实验后，选择合适的施工方案设计，以达到提升工作效率的目的。仿真技术的应用能够确保研发品质，提升计算机的运行精准度，从而降低企业的资金投入，促进机械设计制造业的可持续发展[2]。

2.2 仿真过程的实现

一方面，在构建模型中，需要提前设定好编辑条件以及限制条件，然后根据系统要求标准、研究目标，构建仿真运行系统。同时，设计人员要根据相对应的学科知识，在初步构建仿真系统之后，开展数字化表示等各项工作。一般情况下，在不同的时间中，模型可以为两种类型，即动态模型和静态模型，其中动态模型可以进一步划分为离散持续以及混合的时间。另一方面，抽象的模型可以用数字表达转换成计算机来处理，计算机仿真基础可以直接将已经具有的仿真软件投入该时间过程中，通过将自身的需求设定好对应的新系统，以仿真模型计算机方程为基础完成模型变换。另外，在完成模型创建工作之后，为了确保企业实际的运行状态，需要在计算机中及时输入信息，对模型进行实验，从而获得较为丰富的仿真数值结果。并且为了减小模型实验的工作难度，应以预期设计实验方案为基准，权衡好仿真的结果以及各项规范，确保仿真结果验证的可靠程度。

3 机械设计制造中仿真技术的应用

3.1 结构设计中的应用

在机械设备中应用仿真技术，应建立一个完善的运行系统，通过综合多种不同的零件及结构，促使机械设备相互作用。但在机械设备投入使用时，为了充分发挥零件结构的运行作用，所有零件结构都是统一协调、相互配合的。工作人员一定要提前运用仿真技术进行模拟，才能找出机械设备中的不足和缺陷，并通过选择最佳的使用方案，确保各个零件之间相互配合，每个机械设备的零件稳定发挥各自功能，确保一切系统顺利投入使用。目前，为了更好地利用仿真技术的功能性，我国主要运用三维设计理念，通过增添不同的设计理念、使用性能，根据不同的运行技术，模拟化展现结构运动。仿真运动学的应用可以增加软件的运行便捷度，使用之前需要提前设定专业主流运动软件，这是仿真技术应用的最大优势之一[3]。另外，运用三维设计理念模拟仿真运行过程，工作人员可以随时观察运行性能，从多个角度探查实际的运动结果，不但能够检测出不同的运行性能，还能及时根据工作者的不同理念运动，使用性能强大。

3.2 齿轮设计中的应用

在仿真技术的应用中，根据某些圆弧形的运动轨迹统计，利用计算机的计算功能，能够模拟出星星的实际运行轨迹，更好地实现仿真的模拟。并且，在模型的实际构建过程中，为了实现这个目的，也可以利用仿真技术。对齿轮运行表面轨迹建立模型，需要实地对技术的应用程度进行分析，从不同的角度评估运行效果。对于仿真模拟出的效果，可以使用性能为基础，融合不同的技术手段进行分析。完成这些步骤之后，为了研究内部的深入影响因素，分析传动的接触点，可以根据实际的运行参数，确定正交齿轮的相关运行参数，从而实现工程的应用目标，确定实际传送效果。

3.3 计算复杂数值中的应用

机械设计制造就是运用机械进行加工操作。进入21世纪以来，随着计算机技术的不断发展，为了实现深层次的挖掘原理，计算机技术的有效融合，不但夯实了理论基础，还极大地提升了机械的运行性能。如在实际加工过程中，数控技术的应用可以让系统自行计算，通过应用计算机技术，产生数据信息和图形内容，充分发挥计算机技术的辅助操作性能，并通过预先设置好的运行参数，经过技术转换后形成控制运行指令，确保产品正常生产。在实际加工过程中，为了对实际磨削产品品质有一个初步预测，需要预先运用仿真技术建立相应的数学模型，对磨削过程进行模拟之后，调整机械的运行参数，确保产品品质合格。由此可见，仿真技术能够为磨削加工环节的虚拟化、最优化、自动化提供支撑。同时，经过计算机仿真模型创建，以变进给过程磨削功率的变化量为基础，获得最优磨削方案用于具体的加工环节中[4-5]。而以分析铣切削振动的条件和原理，创建铣切削环节的动力学模型，运用数字仿真技术，开发出切削振动仿真的通用型软件。创建多轴联动加工复杂曲面的计算机仿真模型，从电火花切割层面来说，可以针对电火花生产工艺的实施效果进行评价，实现参数的最优化。

3.4 数据处理中的应用

目前，机械设计制造整体构造的烦琐程度不断提升，所需完成的系统设计种类多元，发展速度快，产品设计环节需要统计与分析大量的数据，严重影响了机械设计制造的试验分析。机械设计制造旨在针对企业、行业生产指标与工业产量，按照企业、行业的发展状况进行设计。从工业设计层面上来说，在数据量不断增多的情况下，使用仿真技术针对机械设备的部件组成与运作机理实施优化分析，可以在全面掌握各种参数性能的情况下，融合计算机系统，从最初的设计阶段预先制定设计方案，当虚拟样机创建完成之后，就能完成虚拟试验。将仿真技术应用到机械设计制造过程中，可以在强大的信息系统的支持下，对大量模型数据进行处理，从而推动产品研发，确保数据计算结果的精准性。