仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中的應(yīng)用

胡澤 中國人民解放軍海軍701工廠

仿真技術(shù)能改變機(jī)械設(shè)計(jì)和制造的方式，并隨著計(jì)算機(jī)等技術(shù)的發(fā)展變得更加全面。所以，需要合理將仿真應(yīng)用在機(jī)械行業(yè)中，推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)和制造水平的提升。

一、仿真技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)制造的優(yōu)勢

（一）充分優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，很難進(jìn)行優(yōu)化工作，因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員需要通過人工試驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)，以及依靠自身的專業(yè)知識、想象來完成設(shè)計(jì)方案，整個(gè)設(shè)計(jì)過程并不直觀，非常耗費(fèi)設(shè)計(jì)者的精力和時(shí)間。更重要的是，如果設(shè)計(jì)出現(xiàn)錯(cuò)誤很難得到足夠的提示，最終會造成機(jī)械的質(zhì)量問題，增加不必要的損失。通過使用仿真技術(shù)，能充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將機(jī)械設(shè)計(jì)的三維圖形展現(xiàn)出來，幫助設(shè)計(jì)人員更好地完成每個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)工作，實(shí)現(xiàn)對設(shè)計(jì)方案的充分優(yōu)化。

（二）用數(shù)據(jù)分析提升水平

隨著時(shí)代發(fā)展，對機(jī)械設(shè)計(jì)的精度也在不斷提升，而保證精度就需要有數(shù)據(jù)分析作為支撐。使用仿真技術(shù)可以自動(dòng)對機(jī)械進(jìn)行模擬，通過建立模型分析機(jī)械設(shè)備的性能，以保證產(chǎn)品總體質(zhì)量。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員也能夠利用仿真環(huán)境下所提供的三維數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)判斷機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)效果，軟件會及時(shí)發(fā)出提示幫助設(shè)計(jì)人員糾正錯(cuò)誤，最終定制出最為理想的方案[1]。在航天、醫(yī)療、軍事等機(jī)械設(shè)計(jì)制造的工作中，仿真已經(jīng)成為不可缺少的工作步驟。

（三）節(jié)約設(shè)計(jì)成本

通過仿真技術(shù)可以建立機(jī)械設(shè)計(jì)的二維和三維模型，進(jìn)行機(jī)械制造和運(yùn)轉(zhuǎn)模擬。模擬下的結(jié)果和真實(shí)結(jié)果比較接近，能幫助設(shè)計(jì)人員優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)方案。在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)中，試驗(yàn)所產(chǎn)生的費(fèi)用非常高，導(dǎo)致設(shè)計(jì)周期比較長，增加設(shè)計(jì)的成本。仿真技術(shù)可以利用計(jì)算機(jī)模型計(jì)算，完成煩瑣而且重復(fù)性的工作，降低制造實(shí)體模型的費(fèi)用和提升產(chǎn)品的研發(fā)效率，達(dá)到節(jié)約設(shè)計(jì)成本的目的。

二、仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中的應(yīng)用

（一）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)械設(shè)計(jì)需要保證機(jī)械內(nèi)部各個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定運(yùn)行，通過使用仿真技術(shù)可以在機(jī)械實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)之前對機(jī)械進(jìn)行調(diào)試和實(shí)驗(yàn)，幫助設(shè)計(jì)人員迅速完成機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，保證機(jī)械的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的合理性[2]。大型的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，更要注重每一個(gè)零件的銜接，避免因?yàn)槠顚?dǎo)致嚴(yán)重的機(jī)械故障，使用仿真技術(shù)，能在機(jī)械安裝之前對機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)行情況進(jìn)行模擬，不僅能給出機(jī)械運(yùn)行后的結(jié)果，設(shè)計(jì)人員也可以在模擬過程中觀察機(jī)械設(shè)備內(nèi)部的情況，發(fā)現(xiàn)機(jī)械的問題，從而做好部件之間的銜接和提升機(jī)械的精度。例如展示機(jī)械運(yùn)行中內(nèi)部的各種碰撞和受力情況，設(shè)計(jì)人員就可以準(zhǔn)確地進(jìn)行調(diào)整，提升工作效率和保證便捷性。

（二）齒輪設(shè)計(jì)

齒輪是機(jī)械中不可缺少的基礎(chǔ)性零件，一些特殊的機(jī)械往往會對齒輪也進(jìn)行獨(dú)特的設(shè)計(jì)，以滿足機(jī)械的運(yùn)行需求。所以，齒輪設(shè)計(jì)工作會投入大量的財(cái)力、物力，并且讓設(shè)計(jì)人員也要投入大量的精力。由于機(jī)械設(shè)備中會有很多規(guī)格不同、大小不同的齒輪，如果齒輪存在精度不足，或者規(guī)格設(shè)計(jì)不合理，就會影響整個(gè)機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，不利于保證機(jī)械的精度和使用壽命。而通過使用仿真技術(shù)，就能對所用到的齒輪進(jìn)行模擬，優(yōu)化齒輪的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員可以觀察仿真軟件中的齒輪工作狀態(tài)，以及針對性地研究某個(gè)齒輪和整個(gè)設(shè)備的契合度，選擇最符合設(shè)備需求的齒輪，提升齒輪設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。仿真軟件也能自動(dòng)地對所需要的齒輪進(jìn)行計(jì)算，為設(shè)計(jì)人員提供建議，減少設(shè)計(jì)人員的工作壓力。

（三）復(fù)雜機(jī)械加工研究

機(jī)械制造的過程中，機(jī)械零件的精細(xì)加工是十分重要的工作，為了能夠確保機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，就需要對機(jī)械零件進(jìn)行嚴(yán)格的檢測，防止因?yàn)榱慵|(zhì)量不足導(dǎo)致機(jī)械不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。通過仿真技術(shù)，能夠?qū)α闼闃?gòu)件進(jìn)行分析和檢測，研究機(jī)械內(nèi)部的結(jié)構(gòu)問題，幫助人員進(jìn)行零件制造方式的調(diào)整。比如在進(jìn)行磨削加工的工作中，只需要設(shè)計(jì)程序就可以自動(dòng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，分析如何控制磨削加工的質(zhì)量和精度，以及提升工作的效率，調(diào)整之后繼續(xù)進(jìn)行檢測，最終得到加工方式的最優(yōu)解。

（四）數(shù)值計(jì)算

計(jì)算機(jī)在機(jī)械加工和制造工作中已經(jīng)得到了廣泛的普及，尤其是計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)計(jì)算能力，降低了機(jī)械加工和制造工作的壓力。通過做好編程工作，能充分地應(yīng)用計(jì)算機(jī)的數(shù)值計(jì)算能力。例如為了對設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，就需要有計(jì)算機(jī)來對磨損等問題進(jìn)行計(jì)算，優(yōu)化機(jī)械的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從而提升壽命。

三、仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用前景

（一）互聯(lián)網(wǎng)將提升仿真技術(shù)的優(yōu)勢

隨著科技的不斷進(jìn)步，互聯(lián)網(wǎng)開始遍布人類生活的各個(gè)方面，在制造業(yè)中也有了越來越重要的地位。仿真技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，能豐富仿真技術(shù)的功能，增加其應(yīng)用場景。例如，通過使用云計(jì)算的方式，可以對機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行遠(yuǎn)程計(jì)算和分析，提升計(jì)算的精度和效率；也可以不斷對仿真軟件的工具箱進(jìn)行更新，滿足設(shè)計(jì)和制造行業(yè)的需求。

（二）仿真技術(shù)智能化

智能技術(shù)是近些年技術(shù)發(fā)展的熱門，使得計(jì)算機(jī)智能化已經(jīng)成為人們所關(guān)注的話題。由于機(jī)械制造行業(yè)相對于其他工作比較煩瑣，所以很容易導(dǎo)致大量的人力、物力消耗，通過使用智能技術(shù)，能代替人完成高重復(fù)性的工作，解放設(shè)計(jì)人員[3]。并且在智能技術(shù)水平不斷提升的背景下，也能自動(dòng)完成一些簡單的機(jī)械設(shè)計(jì)，推動(dòng)制造業(yè)的發(fā)展。

四、結(jié)束語

仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)和制造中擁有明顯的優(yōu)勢，可以提升設(shè)計(jì)的合理性，保證機(jī)械的制造效率和質(zhì)量。隨著未來技術(shù)的發(fā)展，仿真技術(shù)將會更為廣泛地使用在機(jī)械設(shè)計(jì)和制造當(dāng)中，不斷滿足行業(yè)和社會的新需求。