仿真技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計制造中的策略探尋

劉 楠

（西安理工大學(xué)高科學(xué)院，陜西 西安 713700）

相較于其他新型的技術(shù)類型，仿真技術(shù)具有著較強(qiáng)的綜合性，將多種學(xué)科的知識內(nèi)容進(jìn)行了融合，然后在計算機(jī)技術(shù)的作用下，進(jìn)行自身優(yōu)勢特點(diǎn)的展現(xiàn)。對于仿真技術(shù)來講，自身具備三方面的特點(diǎn)，分別是范圍性、分布性以及集成性，在這三方面特點(diǎn)的作用下，使得仿真技術(shù)的應(yīng)用范圍以及應(yīng)用空間都有了顯著的擴(kuò)增。在機(jī)械設(shè)計制造領(lǐng)域中，仿真技術(shù)的應(yīng)用不僅使設(shè)計的效果更加優(yōu)化，也使機(jī)械產(chǎn)品的制造成本得以控制，同時對于相關(guān)數(shù)據(jù)的處理分析、設(shè)計的方案內(nèi)容的改進(jìn)也有著一定的幫助與促進(jìn)作用。

1 仿真技術(shù)

1.1 應(yīng)用特點(diǎn)

（1）范圍性。對于機(jī)械設(shè)計制造領(lǐng)域中的仿真技術(shù)應(yīng)用來講，具有著較強(qiáng)的范圍性，不僅貫穿產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)的全部環(huán)節(jié)，也對機(jī)械產(chǎn)品的認(rèn)證與實(shí)驗有著一定的關(guān)聯(lián)。隨著現(xiàn)在仿真技術(shù)應(yīng)用范圍的逐漸增大，仿真技術(shù)也在向著產(chǎn)品設(shè)計與制造的其他方面延伸發(fā)展。

（2）分布性。仿真技術(shù)的應(yīng)用主要是以網(wǎng)絡(luò)與計算機(jī)技術(shù)作為支撐，因此在應(yīng)用的過程中具有著一定的分布性。在進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計制造的過程中，仿真技術(shù)可以進(jìn)行制造過程的虛擬演示，使理論與實(shí)踐進(jìn)行充分的結(jié)合，進(jìn)而促使機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量具有更強(qiáng)的保證。

（3）集成性。仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計制造領(lǐng)域中應(yīng)用的時候，存在著一定的集成性。在進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計制造的過程中，仿真技術(shù)自身的多樣性、復(fù)雜性可以使得制作流程具有仿真性的模擬，進(jìn)而促使仿真技術(shù)在具體的設(shè)計制造過程中具有較為全面性的應(yīng)用。在集成性的影響下，可以促使仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計制造領(lǐng)域中具有較為優(yōu)質(zhì)的發(fā)展，同時也能夠使的機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量得到提升。

1.2 應(yīng)用優(yōu)勢

（1）進(jìn)行設(shè)計效果的優(yōu)化。對于機(jī)械產(chǎn)品來講，具體的應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，如化工領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域、航天領(lǐng)域等就有著較為顯著的應(yīng)用。在這些領(lǐng)域中，對機(jī)械產(chǎn)品的自身性能與特點(diǎn)有著較高的要求，因此在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計制造的過程中，需要經(jīng)過多次的檢測與試驗，確保產(chǎn)品的質(zhì)量能夠達(dá)到相應(yīng)的要求。在機(jī)械產(chǎn)品制造的過程中，仿真技術(shù)的應(yīng)用可以使產(chǎn)品生產(chǎn)的具體周期縮減，同時也能夠使得產(chǎn)品設(shè)計的效果得到優(yōu)化，進(jìn)而使得產(chǎn)品的性能與特點(diǎn)、質(zhì)量都符合相應(yīng)的規(guī)定要求。

（2）進(jìn)行制造成本的控制。在進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)的過程中，企業(yè)需要進(jìn)行大量人力與資金的投入，促使產(chǎn)品生產(chǎn)的各項流程能夠順利開展，這就使得機(jī)械產(chǎn)品制造的成本較高。在這樣的情況下，仿真技術(shù)的應(yīng)用可以在產(chǎn)品研發(fā)的過程中進(jìn)行對應(yīng)模型的構(gòu)建，使產(chǎn)品研發(fā)的具體流程能夠模擬出來。在仿真技術(shù)的作用下，一些重復(fù)性較強(qiáng)、復(fù)雜性較強(qiáng)的流程都可以交由計算機(jī)進(jìn)行完成，使得整個過程的人力與資金都能夠具有一定程度的控制與節(jié)省。

（3）進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的提升。在現(xiàn)在社會發(fā)展的影響下，機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)變得更加復(fù)雜與精密，這也就使得機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計逐漸趨向于多元化、復(fù)雜化，因此產(chǎn)品的數(shù)據(jù)處理也具有了更高的難度。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析的時候，如果出現(xiàn)數(shù)據(jù)上的錯誤，就會使得機(jī)械產(chǎn)品的自身性能出現(xiàn)問題，對此在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的時候進(jìn)行仿真技術(shù)的應(yīng)用，既能夠針對性地進(jìn)行大范圍數(shù)據(jù)的處理，也能夠使數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性得到提升，進(jìn)而使得產(chǎn)品設(shè)計的難度降低。

（4）進(jìn)行設(shè)計方案的改進(jìn)。在進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計制造的過程中，設(shè)計方案的確定需要進(jìn)行多道程序的審核，在實(shí)際應(yīng)用的時候具有著較為復(fù)雜的流程，不僅對時間、人力有著較大的消耗，也很難確保方案的可行性。對于這種情況，在仿真技術(shù)的作用下，工作人員可以通過計算機(jī)進(jìn)行對應(yīng)數(shù)據(jù)信息的整合，然后進(jìn)行相應(yīng)模型的構(gòu)建，使得具體的設(shè)計流程具有一定的便捷性，進(jìn)而促使設(shè)計方案的選擇更加具有合理性、經(jīng)濟(jì)性。

2 仿真技術(shù)的建模

2.1 進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建

對于機(jī)械設(shè)計制造來講，在工作的過程中需要進(jìn)行不同仿真技術(shù)的應(yīng)用，因此需要在工作之前進(jìn)行計算機(jī)系統(tǒng)的準(zhǔn)備，并且需要在系統(tǒng)中進(jìn)行對應(yīng)參數(shù)信息以及技術(shù)需求的輸入，促使計算機(jī)能夠直接進(jìn)行使用操作。在計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行輸入信息整合的過程中，可以在特定的技術(shù)作用下進(jìn)行對應(yīng)模型的構(gòu)建，這個構(gòu)建出的數(shù)學(xué)模型是仿真技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)條件。在進(jìn)行數(shù)學(xué)模型構(gòu)建的時候，需要對模型的具體形態(tài)情況進(jìn)行控制，數(shù)學(xué)模型的形態(tài)種類較為豐富，像動態(tài)模型、靜態(tài)模型、連續(xù)變量模型、離散時間模型等等。

2.2 進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的轉(zhuǎn)換

對于數(shù)學(xué)模型的轉(zhuǎn)換來講，指的是將原先構(gòu)建出的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)變成計算機(jī)系統(tǒng)模型，使這個模型可以在計算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行內(nèi)容的轉(zhuǎn)化與正常的運(yùn)行。在進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換的時候，需要借助一些系統(tǒng)轉(zhuǎn)換軟件進(jìn)行，在軟件的作用下進(jìn)行模型內(nèi)部語言信息的轉(zhuǎn)換，這個過程屬于模型仿真轉(zhuǎn)換的一個重要步驟。這些用于模型內(nèi)容轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換軟件，機(jī)械設(shè)計制造企業(yè)可以通過兩種方式獲得，一種是進(jìn)行已經(jīng)研發(fā)出軟件的購買使用，這種方法可以直接進(jìn)行軟件的使用，不需要時間上的消耗；另一種是通過自己企業(yè)內(nèi)部的研發(fā)部門進(jìn)行軟件的開發(fā)使用，這種方法可以使軟件的使用更加符合自己企業(yè)的發(fā)展情況。

2.3 進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的實(shí)驗

在數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成計算機(jī)系統(tǒng)模型之后，需要針對模型的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)驗，進(jìn)而使得模型在仿真運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)信息能夠得到收集，促使模型的正常運(yùn)行具有一定的保障。在模型試驗結(jié)束之后，需要按照相關(guān)的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)對實(shí)驗的結(jié)果進(jìn)行分析與評價，使實(shí)驗結(jié)果的分析報告具有一定的科學(xué)性、合理性。如果在進(jìn)行實(shí)驗結(jié)果分析的時候，缺乏評價的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，或者是在一些因素的影響下使得試驗結(jié)果評價出現(xiàn)困難，對于這種情況，機(jī)械設(shè)計制造企業(yè)就可以通過置信通道法與反向驗證法結(jié)合的方式進(jìn)行實(shí)驗結(jié)果的評價判斷，促使實(shí)驗結(jié)果的分析報告具有較強(qiáng)的精準(zhǔn)性。

3 仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計制造中的具體應(yīng)用

3.1 在機(jī)械構(gòu)件中的應(yīng)用

隨著社會的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的研發(fā)逐漸趨向于小型化與集成化，這種機(jī)械產(chǎn)品能夠在很大程度上使得自身的質(zhì)量以及使用性能得到優(yōu)化提升，但是在具體生產(chǎn)的過程中，存在著較大的難度，不僅構(gòu)件的復(fù)雜程度有所提升，而且具體的設(shè)計難度也在不斷增長。在進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計的時候，設(shè)計人員需要以機(jī)械產(chǎn)品的具體使用需求情況作為設(shè)計的基礎(chǔ)，然后在進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品內(nèi)部各個零件成分的設(shè)計，同時也需要將機(jī)械產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與定動機(jī)之間的匹配狀態(tài)維持住，防止這兩者在結(jié)合的過程中出現(xiàn)矛盾的現(xiàn)象。對于這種情況，仿真技術(shù)的應(yīng)用可以使設(shè)計過程中存在的問題得以控制與解決。在仿真技術(shù)的作用下，設(shè)計人員可以通過三維機(jī)械軟件進(jìn)行仿真功能的使用，促使構(gòu)建的設(shè)計環(huán)境具有較強(qiáng)的仿真性，使得設(shè)計人員可以在設(shè)計的過程中觀察到構(gòu)件的具體運(yùn)行情況，進(jìn)而確保構(gòu)件設(shè)計的合理性、實(shí)用性。

3.2 在數(shù)值計算中的應(yīng)用

隨著現(xiàn)在社會的發(fā)展進(jìn)步，機(jī)械產(chǎn)品的更換頻率也在加強(qiáng)，同時對于產(chǎn)品的性能功用也有著越來越高的要求，這就使得機(jī)械產(chǎn)品在設(shè)計的時候具有著較高的難度，同時設(shè)計過程中的計算量也有所增大，造成計算問題的頻發(fā)。在這樣的情況下，如果仍舊采用人工的方式進(jìn)行數(shù)值的計算，不僅需要耗費(fèi)大量的人力資源，也需要進(jìn)行大量的成本消耗，而且在計算的過程中經(jīng)常會出現(xiàn)計算錯誤的現(xiàn)象。仿真技術(shù)是在計算機(jī)信息處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行研發(fā)而來，自身具備著較強(qiáng)的數(shù)據(jù)計算分析能力，在進(jìn)行數(shù)據(jù)計算的時候，可以模擬計算機(jī)運(yùn)行的系統(tǒng)，促使數(shù)據(jù)的計算具有較強(qiáng)的精準(zhǔn)性。除此之外，仿真技術(shù)也可以替代人工進(jìn)行復(fù)雜數(shù)據(jù)的計算與處理分析，使復(fù)雜的計算流程得以精簡化，進(jìn)而使數(shù)據(jù)計算過程中錯誤的概率降低。在現(xiàn)在社會發(fā)展的影響下，仿真系統(tǒng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算情況也在不斷地進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，不僅在運(yùn)算速度上具有了較為明顯的提升，也能夠在一定的程度上滿足機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計過程中的復(fù)雜繁瑣數(shù)據(jù)計算的需求。

3.3 在齒輪設(shè)計中的應(yīng)用

對于機(jī)械產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來講，齒輪屬于一個重要的組成部分，也是整個機(jī)械設(shè)計制造過程中的關(guān)鍵性內(nèi)容。在傳統(tǒng)的設(shè)計方式中，齒輪的設(shè)計存在著多方面的問題，像設(shè)計效果的不明確、參數(shù)信息的不準(zhǔn)確、齒輪應(yīng)用的不合理等等，嚴(yán)重影響著機(jī)械產(chǎn)品的具體使用。對于這種情況，在進(jìn)行齒輪設(shè)計的時候，可以通過仿真技術(shù)的方式進(jìn)行，進(jìn)而使齒輪設(shè)計的效果得到保障。在仿真技術(shù)應(yīng)用的過程中，設(shè)計人員可以進(jìn)行齒輪斷面情況的選擇，然后在選擇好的基礎(chǔ)上進(jìn)行齒輪模型的構(gòu)建，針對模型中的一些參數(shù)信息進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整修改，并且在設(shè)計的過程中進(jìn)行不斷地仿真實(shí)驗，促使齒輪的設(shè)計過程與設(shè)計效果能夠得到最優(yōu)化處理。在進(jìn)行齒輪設(shè)計的過程中，仿真技術(shù)也可以針對齒輪的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算與分析，然后根據(jù)分析的結(jié)果進(jìn)行參數(shù)的修整，促使齒輪的設(shè)計參數(shù)能夠得到優(yōu)化與改進(jìn)，比如說在進(jìn)行圓弧針齒輪設(shè)計的時候，就可以通過仿真技術(shù)進(jìn)行齒輪傳動接觸點(diǎn)模數(shù)以及齒輪具體參數(shù)的分析調(diào)整。

3.4 在機(jī)械加工中的應(yīng)用

仿真技術(shù)在機(jī)械加工過程中的應(yīng)用，主要是在四個環(huán)節(jié)中進(jìn)行體現(xiàn)，第一是電火花切割環(huán)節(jié)，第二是數(shù)控加工環(huán)節(jié)，第三是銑削加工環(huán)節(jié)，第四是磨削加工環(huán)節(jié)。在這些環(huán)節(jié)中，通過仿真技術(shù)的應(yīng)用，不僅能夠使實(shí)際加工過程中存在的問題得以解決，也能夠在很大程度上保證實(shí)際加工的條件得到最優(yōu)化處理，促使加工的程度得到加深。

（1）電火花切割環(huán)節(jié)。對于電火花切割環(huán)節(jié)來講，主要是以機(jī)械產(chǎn)品的整體設(shè)計方案作為參考對象，工作人員在相關(guān)的仿真軟件中進(jìn)行對應(yīng)模型的構(gòu)建，然后根據(jù)模型進(jìn)行三維圖像的繪制，之后將繪制的圖片進(jìn)行仿真結(jié)果的輸出，最后將輸出的仿真結(jié)果與電火花切割的實(shí)際結(jié)果進(jìn)行對比分析。通過這個過程中的仿真技術(shù)應(yīng)用，可以使得操作環(huán)節(jié)中存在的問題得以發(fā)現(xiàn)，然后根據(jù)存在的問題采取解決措施，進(jìn)而使得切割的整體質(zhì)量得到增強(qiáng)。

（2）數(shù)控加工環(huán)節(jié)。在進(jìn)行數(shù)控加工的時候，工作人員會根據(jù)機(jī)械產(chǎn)品加工的具體工藝進(jìn)行程序的編制，進(jìn)而使得數(shù)控加工的環(huán)節(jié)能夠在程序的運(yùn)作下進(jìn)行操作。對于數(shù)控加工環(huán)節(jié)的操作來講，系統(tǒng)會根據(jù)設(shè)定程序的運(yùn)行準(zhǔn)則進(jìn)行操作行為的規(guī)劃，在CNC機(jī)床上完成加工環(huán)節(jié)的各項流程。在具體操作的過程中，工作人員也可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行對應(yīng)指令的下達(dá)，像圖形的轉(zhuǎn)換、參數(shù)的調(diào)整以及一些較為特殊的操作等，進(jìn)而使得加工的工藝情況得到改變，保證機(jī)械產(chǎn)品的加工過程以及加工成品都能夠與仿真過程的產(chǎn)品相一致。

（3）銑削加工環(huán)節(jié)。對于銑削環(huán)節(jié)的仿真技術(shù)應(yīng)用來講，主要是在銑削加工工藝操作的基礎(chǔ)上，進(jìn)行相對應(yīng)的動力學(xué)模型構(gòu)建，進(jìn)而使得銑削加工的操作能夠在模型的帶動下進(jìn)行施展，促使銑削加工的質(zhì)量得到保證，同時也能夠為后續(xù)進(jìn)行的切削震動加工提供一定的基礎(chǔ)條件。

（4）磨削加工環(huán)節(jié)。在磨削加工環(huán)節(jié)中，工作人員可以將加工的具體過程以及操作時間、磨削程度等方面的信息參數(shù)輸入到相關(guān)的模型系統(tǒng)中，然后在系統(tǒng)中進(jìn)行系數(shù)的調(diào)整改動，這樣就可以將磨削加工的仿真結(jié)果映襯出來，進(jìn)而使得加工過程的各項參數(shù)信息的最優(yōu)值體現(xiàn)出來。在這樣的基礎(chǔ)上，工作人員就可以根據(jù)參數(shù)的左右情況進(jìn)行實(shí)際加工方案的調(diào)整與改善，促使磨削加工環(huán)節(jié)的加工質(zhì)量得到提升。

4 結(jié)束語

對于仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計制造中的應(yīng)用來講，文章主要針對四個方面的應(yīng)用情況進(jìn)行分析。首先是在機(jī)械構(gòu)件中的應(yīng)用，通過仿真技術(shù)的作用，可以促使機(jī)械構(gòu)件的設(shè)計與制造更加具有真實(shí)性，在具體使用的時候也能夠具有一定的質(zhì)量保證；其次是在數(shù)值計算中的應(yīng)用，主要是針對一些復(fù)雜的數(shù)值進(jìn)行計算，既能保證數(shù)值計算的精準(zhǔn)性，也能在一定的程度上減輕人工計算的負(fù)擔(dān)；再次是在齒輪設(shè)計中的應(yīng)用，通過齒輪模型的構(gòu)建進(jìn)行相關(guān)參數(shù)信息的確定，促使齒輪在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中能夠具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性、安全性，同時也能夠確保齒輪的參數(shù)更加精準(zhǔn)有效；最后是在機(jī)械加工中的應(yīng)用，主要是應(yīng)用在較為復(fù)雜的加工環(huán)節(jié)中，如切割環(huán)節(jié)、數(shù)控環(huán)節(jié)、銑削環(huán)節(jié)、磨削環(huán)節(jié)等，進(jìn)而使得機(jī)械加工更加有保障。