機械設(shè)計的三維模擬與仿真設(shè)計分析

摘 要：本文在機械設(shè)計概念和特點的基礎(chǔ)上，結(jié)合機械設(shè)計中三維模擬與仿真的重要性，分析了我國機械設(shè)計等三維模擬與仿真中存在的問題，最后從提高人員自身素質(zhì)和硬件性能兩個方面，對機械設(shè)計的三維模擬與仿真的應(yīng)用措施，進行了深入的研究，希望能夠給實際的機械設(shè)計工作，提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計；三維模擬；仿真設(shè)計

中圖分類號：TP391.72

受到特殊的歷史因素影響，我國經(jīng)濟和科技的起步較晚，與西方一些發(fā)達(dá)國家相比，還存在較大的差距，雖然經(jīng)過了改革開放三十多年的發(fā)展，我國已經(jīng)成為了世界第二大經(jīng)濟體，整體的經(jīng)濟實力有了很大的提高，在這種背景下，機械設(shè)計等軟件的使用，在我國的機械等設(shè)計中，已經(jīng)非常普遍。

1 機械設(shè)計簡析

1.1 機械設(shè)計的概念。機械設(shè)備的生產(chǎn)和使用，是隨著近代自然科學(xué)的發(fā)展，出現(xiàn)的一種設(shè)備，通過機械設(shè)備的使用，可以極大的提高生產(chǎn)等工作的效率，經(jīng)過了兩次工業(yè)革命后，西方國家首先進入了機械時代，而我國的工業(yè)發(fā)展的時間較短，雖然根據(jù)我國的實際情況，引入了西方國家一些先進的機械設(shè)備和技術(shù)，在很大程度上提高了我國機械化的程度。但是通過實際的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前我國使用的機械設(shè)備，大多都是由國外的公司生產(chǎn)的，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要原因，就是我國機械設(shè)計的水平較低，通常情況下，一種機械設(shè)備的設(shè)計，都是根據(jù)實際使用的需要，在機械設(shè)計完成后，如何將設(shè)計加工成實際的設(shè)備，也是一個重要的問題。現(xiàn)在機械設(shè)備的完成，主要借助先進的計算機軟件來完成，目前市面上有很多機械設(shè)計的軟件，如常見的CAD等，經(jīng)過了多年的使用，在應(yīng)用的過程中，不斷的對軟件進行完善，因此現(xiàn)在的機械設(shè)計軟件，通常都具有豐富的功能，會集成多個功能模塊，極大的提供了機械設(shè)計的效率。

1.2 機械設(shè)計的發(fā)展。傳統(tǒng)的機械設(shè)計，主要在紙上完成，而圖紙的繪畫，需要較長的時間，將設(shè)計的圖紙，加工成實際的設(shè)備，也需要比較復(fù)雜的過程，隨著計算機的普及應(yīng)用，人們開發(fā)了機械設(shè)計的軟件，在很大程度上提高了設(shè)計的效率，而且在傳統(tǒng)的紙質(zhì)機械設(shè)計中，通常都是二維平面圖的設(shè)計，很難進行三維模型的設(shè)計。而CAD等機械設(shè)計軟件的出現(xiàn)，很好的解決了這個問題，尤其是經(jīng)過了多年的使用，機械設(shè)計軟件已經(jīng)非常完善，自帶了很多插件，這些插件中有很多現(xiàn)有基礎(chǔ)的機械模型，在實際的設(shè)計中，如果用到這些模型，可以直接調(diào)取即可，因此現(xiàn)在的圖紙制作中，只需要將基礎(chǔ)的元素組合到一起。而且在設(shè)計工作完成后，可以直接將設(shè)計的內(nèi)容導(dǎo)出，作為生產(chǎn)加工的圖紙使用，目前西方的很多發(fā)達(dá)國家，都采用這樣的機械設(shè)計方式，隨著我國工業(yè)水平的提高，在實際的機械設(shè)計中，我國也開始大量的使用計算機來進行輔助設(shè)計，取得了很好的效果，但是受到人員自身素質(zhì)和計算機性能等因素的影響，現(xiàn)代化機械設(shè)計的水平還比較低。

2 機械設(shè)計的三維模擬與仿真中存在的問題

2.1 三維模擬與仿真的重要性。在實際的機械設(shè)計完成后，如何將設(shè)計的圖紙，生產(chǎn)加工成實際的設(shè)備，是一個重要的問題，在傳統(tǒng)的機械設(shè)計中，受到當(dāng)時技術(shù)水平的限制，主要采用手工的方式進行生產(chǎn)，因此將圖紙交給加工人員，按照圖紙的內(nèi)容生產(chǎn)即可，隨著機械設(shè)備的使用，尤其是自動化技術(shù)的出現(xiàn)，現(xiàn)在的機械加工中，基本實現(xiàn)了生產(chǎn)線的自動化運行，將設(shè)計的內(nèi)容輸入到相應(yīng)的控制系統(tǒng)中，就可以直接加工出相應(yīng)的產(chǎn)品。而輔助設(shè)計軟件的出現(xiàn)，不但簡化了機械設(shè)計的過程，設(shè)計完成的圖紙，可以直接導(dǎo)入到控制設(shè)備中，進行相應(yīng)的生產(chǎn)加工，但是受到各方面因素的影響，在實際的機械設(shè)計中，進程會存在一些不合理等問題，這些問題會在一定程度上影響機械設(shè)備的生產(chǎn)，如果問題比較嚴(yán)重，會導(dǎo)致無法生產(chǎn)設(shè)計的機械。在這種背景下，機械設(shè)計完成之后，對設(shè)計的內(nèi)容進行詳細(xì)的檢驗非常重要，如果能夠在計算機的基礎(chǔ)上，虛擬出一個真實的加工環(huán)境，對設(shè)計的內(nèi)容進行模擬和仿真，就可以驗證設(shè)計是否存在問題，如果沒有發(fā)現(xiàn)問題，那么加工就不會出現(xiàn)問題，由此可以看出，三維模擬與仿真對于機械設(shè)計工作來說，具有非常重要的作用。

2.2 三維模擬與仿真中存在的問題。通過實際的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，考慮到三維模擬與仿真的重要性，現(xiàn)在的機械設(shè)計軟件，大多集成了模擬與仿真的功能，甚至出現(xiàn)了很多專門仿真的軟件，可以虛擬出不同的加工環(huán)境，操作人員能夠?qū)Ψ抡姝h(huán)境隨意的進行修改，最大程度上接近實際的生產(chǎn)情況，一些仿真軟件還將常見的生產(chǎn)線模型，直接添加到軟件中。由于模擬與仿真的特點，可以很好的驗證機械設(shè)計是否存在不合理的現(xiàn)象，因此人們非常重視三維模擬與仿真技術(shù)，但是受到我國技術(shù)水平的限制，三維模擬與仿真的應(yīng)用情況較差，首先就是人員自身的素質(zhì)較低，在實際的仿真過程中，需要技術(shù)人員設(shè)置大量的參數(shù)，如果人員沒有足夠的專業(yè)知識，顯然無法很好的對各種參數(shù)進行設(shè)置。其次就是計算機等硬件設(shè)備的性能較差，出于設(shè)計成本的考慮，我國的機械設(shè)計中，通常都是采用市面上常見的計算機等設(shè)備，在大型的模擬和仿真中，需要計算機進行大量的計算，如果硬件的性能比較低，就需要較長的等待時間，甚至無法完成復(fù)雜的仿真，這種現(xiàn)象在很大程度上影響了我國機械設(shè)計的三維模擬和仿真的應(yīng)用。

3 機械設(shè)計的三維模擬與仿真的應(yīng)用措施

3.1 提高操作人員自身的素質(zhì)。在實際的機械設(shè)計中，無論是傳統(tǒng)的紙質(zhì)繪圖還是現(xiàn)在的設(shè)計軟件，都需要人員來進行操作，雖然經(jīng)過了多年的發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在的機械設(shè)計軟件已經(jīng)非常完善，集成了多種基礎(chǔ)模型，只需要將基礎(chǔ)的模型，組合到一起，就可以完成設(shè)計工作，但是在模擬和仿真的環(huán)節(jié)中，需要虛擬出一個真實的環(huán)境，設(shè)置實際生產(chǎn)的各種參數(shù)。如果操作人員的自身素質(zhì)較差，對實際生產(chǎn)的情況沒有足夠的了解，那么必然無法虛擬出一個真實的環(huán)境，要想很好的解決這個問題，必須保證操作人員的素質(zhì)，在實際的人員招聘中，應(yīng)該盡量提高相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，可以設(shè)置一個考試環(huán)節(jié)，對人員的實踐能力進行考察，最大程度上保證人員的專業(yè)素質(zhì)。對于現(xiàn)有的工作人員，可以采用培訓(xùn)的方式，使其學(xué)習(xí)到先進的機械設(shè)計理念，對常用的機械設(shè)計軟件等，進行深入的了解，考慮到三維模擬和仿真的特殊性，還可以讓操作人員到生產(chǎn)車間實習(xí)，對企業(yè)實際的生產(chǎn)情況進行了解，這樣才能夠確保虛擬出來的環(huán)境，最大程度上接近實際情況。

3.2 提高硬件設(shè)備的性能。在機械設(shè)計的三維模擬與仿真中，需要大量的計算，如果計算機的性能較低，無法滿足實際的需要，那么就無法完成相應(yīng)的仿真。雖然設(shè)計圖紙的復(fù)雜情況，與計算機的性能無關(guān)，但是模擬和仿真的效率，主要取決于硬件設(shè)備的性能，如果硬件性能足夠好，就可以立刻得到仿真的結(jié)果，不需要等待的時間?？紤]到信息技術(shù)發(fā)展的速度較快，計算機等硬件設(shè)備更新?lián)Q代非常頻繁，要想保證硬件的先進性，必須不斷的更換設(shè)備，會在很大程度上提高機械設(shè)計的成本，因此在實際的硬件設(shè)備選擇中，可以根據(jù)實際的需要，在計劃成本的基礎(chǔ)上，針對性的選擇一個最佳的計算機，這樣可以很好的平衡性能和成本之間的關(guān)系。對于不同的機械設(shè)計來說，對計算機等硬件設(shè)備性能的需要，也存在一定的差異，大型復(fù)雜機械設(shè)計的模擬和仿真，顯然需要大量的計算工作，對性能的需求也比較高，而一些簡單機械設(shè)計的模擬和仿真，大部分計算機的性能，都可以滿足實際應(yīng)用的需要，因此在實際的硬件設(shè)備選擇上，機械設(shè)計的實際情況非常重要。

4 結(jié)束語

通過全文的分析可以知道，機械設(shè)備的使用可以極大的提高生產(chǎn)效率，因此人們非常之重視機械設(shè)計的工作，在計算機的基礎(chǔ)上，人們開發(fā)了CAD等機械設(shè)計軟件，極大的提高了設(shè)計的效率，但是在設(shè)計完成之后，設(shè)計經(jīng)常會存在一些不合理的問題，如果直接進行生產(chǎn)加工，很容易導(dǎo)致生產(chǎn)出現(xiàn)問題，因此在機械設(shè)計完成后，通常會進行模擬和仿真，利用先進的仿真軟件等，虛擬出一個真實的加工環(huán)境，對設(shè)計的內(nèi)容進行檢驗，這樣能夠很快的找到設(shè)計中的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]高輝，陳再良.基于Pro/E的四連桿機構(gòu)運動仿真設(shè)計[J].蘇州大學(xué)學(xué)報，2010（03）.

作者簡介：李智華（1970.11-），女，河南鄭州人，本科，講師，研究方向：機械設(shè)計。

作者單位：鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，鄭州 450121