机械设计制造过程中仿真技术的应用研究

2023-01-14顾晓洋

设备管理与维修 2022年14期

许健，顾晓洋

（江苏长江智能制造研究院有限责任公司，江苏常州 213000）

0 引言

计算机仿真是以实际系统为对象，以模型理论为基础，以计算机为工具，根据研究目标建立并运行模型，对研究对象进行认识与改造的过程。在机械设计制造中应用计算机仿真技术，有利于设计人员提前了解机械产品运行情况，及时发现其中存在的问题，从而能够在设计层面实现问题解决，使机械产品设计日臻完善，为后续的机械产品顺利生产加工奠定坚实的基础，降低整体机械产品设计加工成本的同时，还能够提供机械产品设计加工的效率与质量水平，推动机械产品设计与加工产业实现更好的发展。

1 仿真技术应用于机械设计制造特征

1.1 分布性特征

在当前机械设计制造应用计算机仿真技术的过程中，由于其与计算机网络连接越来越紧密，使仿真技术在机械设计制造中分布性特点越来越明显。仿真技术的实施，已经离不开计算机网络的支持，因此在后续进行计算机仿真技术应用时[1]，还需要相关技术人员加强对计算机网络技术的认知与了解，充分借助其优势，促使计算机仿真技术在机械设计制造中发挥更大作用价值。

1.2 集成化特征

随着仿真技术的不断发展，其应用领域越来越广泛，技术类型也更加多变。在将该技术应用于机械设计制造过程中，本身体现了非常鲜明的集成化特征，即机械设计与制造集成了多种计算机仿真技术及其他相关技术内容，更好地推动了自身工作的开展，使机械制造设计效率与质量水平均得到显著提升。

1.3 范围广特征

机械设计制造本身包含有诸多内容，而在不同设计制造环节，均有着计算机仿真技术应用的身影。比如在仿真技术的帮助下，能够有效提高机械产品设计、生产制作及后期测试的效率，确保相应的工作稳定顺利开展，为技术人员带来了极大的便利。

2 仿真过程的实现

2.1 创建仿真模型

在实际运用计算机仿真技术时，需要结合实际需要，设置好约束条件，并以此为依据，搭建一个科学合理的计算机仿真系统。随后还需要应用专业理论知识，将该系统采用数学公式表达出来，由此成功创建一个计算机仿真模型。

2.2 仿真模型变换

在完成仿真模型创建后，还需要在计算机语言的帮助下，利用相关的数学表达式，将模型转换成计算机能够处理的形式。在具体实现过程中，可以结合自身实际需要，建立一个新系统，但耗费成本较高。也可以总结仿真需求，直接运用现有的仿真软件，完成仿真模型的转换。

2.3 模型仿真实验

在实际开展模型仿真实验时，需要运用计算机，输入各种模型参数，在仿真软件的帮助下，可以从中获得相应的仿真结果，上述便是仿真实验的过程。而在这一过程中，需要严格按照相应实验方案，做好仿真步骤的落实[2]。针对获得的仿真结果，需要采用置信通道法，或者反向验证法，来验证仿真结果的准确性与合理性，由此得出相应结论。

3 机械设计制造中仿真技术的应用

3.1 机械结构设计

通常机械产品本身结构均非常复杂，由多种零部件共同组成。在实际开展机械设计与制造的过程中，需要充分考虑不同零件的组合构成，确保在设计层面能够通过不同零件组合设计，确保其通过零件之间的相互作用，实现机械产品相应的功能。上述工作的开展，离不开仿真技术的支持[2]。通过应用计算机仿真技术设置的虚拟平台，完成机械产品零部件的组合设计，并使其能够在虚拟平台中运行，便于设计人员及时发现其中存在的问题。除此之外，在进行计算机仿真的过程中，设计人员还可以改变相关的仿真模型参数，完成机械产品设计内容的调整。同时还能够添加一些附加装置，如运动发射器、弹簧等，便于设计人员更好地开展模拟仿真工作，提高机械产品设计与制造的质量。

3.2 齿轮设计

在机械产品中，齿轮是核心装置，也是产品设计制造重点关注的内容。因此在产品设计制造中应用仿真技术时，同样需要提高对齿轮设计的关注程度。例如在具体实践方面，可以应用Visual LISP 语言，从几何层面入手，实现对齿轮齿形的建模与仿真，提高齿轮设计质量水平；可以应用计算机仿真技术，加强对齿轮传动接触点相关参数的研究分析，便于设计师更好地了解齿轮传动的种种细节，对提高机械产品设计制造整体质量水平而言有着较为积极的影响意义。

3.3 机械复杂加工

在机械设计制造的过程中，机械加工是一项非常关键的步骤。该项步骤能否顺利实施，将会对最终机械产品实际应用效果有着非常直接的影响。在当前，机械产品在设计加工方面正向着大型化、智能化和全自动化方向发展，因此机械设计也越来越复杂精密。通过加强仿真技术的应用，能够帮助设计人员深入的分析这些复杂的机械原理，同时还能够满足高复杂化的机械加工的工艺技术和质量要求。

例如，在实际进行机械打磨削减的过程中，通过应用仿真技术，可以实时分析磨削时间数据信息，针对其中一些重要的参数，还可以完成模型的构建，最后再对建模进行仿真分析，结合分析的结果，实现对机械产品加工磨削的时间合理预测，最终帮助设计师确定最佳的打磨时间，对机械产品磨削质量提升有着非常积极的影响意义。

3.4 复杂数值计算

随着我国工业化水平不断提升，机械设备也越来越精密化。受此影响，在实际进行机械设计与制造时，面对的各种参数数值也越来越复杂。针对这些复杂数值的计算，需要应用计算机仿真技术以及其他配套技术，才能提高计算的效率与准确性，推动机械产品设计制造实现更好的发展。例如在进行机械设计制造时，可以在数控系统的帮助下，通过结合实际需求，提前做好运行参数的设置。随后会经过复杂的技术转换后，由此形成针对性的控制运行指令，提高产品设计中制造质量水平[3]。另一方面，针对机械磨削产品品质的预测，则需要应用计算机仿真技术，完成对应数学模型的搭建，实现对磨削过程的模拟。并结合模拟结果，做好机械运行参数的调整，最终提高机械产品磨削水平。还可以应用计算机仿真模型，将磨削功率设置为变化量，加强模拟仿真分析，以此获得最佳的磨削方案，为后续的机械加工生产提供良好的支持。

4 仿真技术在机械设计制造中的发展趋势

4.1 仿真技术网络化

当前互联网技术已经渗透进各行各业之中，为行业生产与业务生产带来了全新的发展变革机遇。在机械设计制造行业之中，互联网信息技术发挥着非常重要的作用。计算机仿真技术本身便与计算机网络信息有着非常密切的联系，未来机械仿真技术在机械设计制造与应用的过程中会逐步趋于网络化，在计算机网络的帮助下，使仿真技术能够收集更多更广泛的数据信息，从根本上提高机械设计制造质量水平。与此同时，针对计算机仿真技术在机械设计制造中的应用，还可以利用计算机网络技术实现远程化网络控制，进一步提高效率，使计算仿真结果得到更进一步的优化。因此在未来，计算机仿真技术也会搭载网络化平台，进一步扩大自己的应用范围，提高网络控制的效果，发挥出更大的作用价值，从而提高我国机械制造产品的适应性。仿真技术与网络技术联系更加紧密，已经是未来重要的发展趋势之一。

4.2 机械产品小型化

传统的机械产品体量较大，太过笨重，已经无法满足当前实际生产需求。因此在机械产品设计制造的过程中，更加注重产品轻量化、小型化设计，力求在减小产品体积的同时，尽可能赋予机械产品更多功能。受此影响，仿真技术在机械产生设计制造中应用时，也会利用自身的优势，助力机械产品设计制造朝着小型化方向不断发展。在当前，机械产品小型化已经成为一种趋势，产品体积小可以减少空间的占用，同时还能够扩展产品的应用领域。但随着机械产品体积变小，针对其生产加工工艺必然也提出了更为严格的要求。

为避免产品功能受到不利影响，在计算机仿真技术的应用中也会更加地精密化，自动化水平也会更高。一方面，能够促使机械设计生产效率有效提升；另一方面，则是在计算机系统的帮助下，实现对机械产品仿真过程的自动化精密控制，促使机械产品朝着小型化方向不断发展。

4.3 仿真技术智能化

透过现象看本质，仿真技术主要是模拟产品的生产运行过程，提前从设计层面发现其中存在的问题，从而避免在落实阶段问题爆发，带来更大的损失。由此我们能够认识到，仿真技术本身便是以人类思维为基础，因此在未来仿真技术在计算机生产制造发展的过程中，必然也会操作智能化方向发展。在未来，人们对于机械产品功能提出了更高要求，如果不能提高机械的智能化以及制造的效率，将会被市场所淘汰。仿真技术也必须要跟上智能化发展的步伐，才能在机械设计制造中发挥出更大作用价值。同时在信息化技术、智能化技术飞速发展的今天，仿真技术将会加强对这些先进信息技术的应用，注重优化整个仿真模拟的流程，尽可能降低人为的干扰，进一步提高自身的智能化水平[4]。特别是随着工业制造产品不断优化升级，很多机械产品装置需要越来越多精密类型零部件支持。面对这一现象，只有不断推动计算机仿真技术飞速发展进步，提高自身智能化水平，才能更好地满足高端产品制造的要求。基于此，在未来发展中，自动化焊接技术将会朝着自动化、智能化方向不断的进行发展，融入更多先进的自动化操作技术以及智能化技术，在机械设计制造中发挥出更大作用价值。