仿真技術(shù)在機械設(shè)計與制造中的應(yīng)用

徐大帥

鄭州理工職業(yè)學院 河南省鄭州市 475000

1 引文

機械行業(yè)是傳統(tǒng)的高能耗行業(yè)，如果能夠把仿真技術(shù)運用其中，就能有效提升工作效率，減低制作成本，推動整體行業(yè)朝著智能化和現(xiàn)代化的方向發(fā)展。站在我國經(jīng)濟發(fā)展整體實力的角度，機械設(shè)計行業(yè)和仿真技術(shù)的結(jié)合能夠得到不錯的提升，實現(xiàn)互利雙贏。目前為止，機械制造和設(shè)計的產(chǎn)品已經(jīng)在人們的日常生活中廣泛運用，比如交通工具，電器產(chǎn)品，日用品，這些都屬于機械制造與設(shè)計的范疇，如果能夠把仿真技術(shù)與機械設(shè)計傳統(tǒng)技術(shù)相互結(jié)合，就能推動人民群眾生活質(zhì)量的進一步提升。

2 仿真技術(shù)在機械設(shè)計與制造中的應(yīng)用特征

把仿真技術(shù)運用在機械設(shè)計制造行業(yè)之中具有多方面的特征，傳統(tǒng)的機械設(shè)計制造行業(yè)必須要依靠人腦的構(gòu)思進行手動繪圖，這樣才能讓設(shè)計師的想法呈現(xiàn)在圖紙之上，針對圖紙制作出相應(yīng)的產(chǎn)品。這種傳統(tǒng)的工作方式具有較高的工作能力要求，工作人員會感覺到壓力較大，并且在實際操作的過程中容易出現(xiàn)這樣或那樣的錯誤，降低了工作質(zhì)量和工作效率。同時傳統(tǒng)的機械設(shè)計制造在工作方式上必須要加強準確性檢驗，浪費時間，減低功效，同時還有可能加大成本的支出和投入。近些年來隨著我國現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展和進步，計算機繪圖科技開始廣泛的分布，在多個領(lǐng)域之中運用仿真技術(shù)能夠檢測機械設(shè)計制造產(chǎn)品的合理性，提高應(yīng)用效果，確保設(shè)計的精準程度。同時計算機仿真技術(shù)的使用能夠在多個領(lǐng)域展開跨區(qū)域協(xié)同，對同一款產(chǎn)品展開跨時空的交互設(shè)計，極大的整合了空間資源，推動了機械制造設(shè)計行業(yè)的整體運行與發(fā)展。

當前階段，隨著我國互聯(lián)網(wǎng)科技分支的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等都對人們的生活起到了重要的推動作用，各行各業(yè)的發(fā)展已經(jīng)離不開互聯(lián)網(wǎng)的助力，因此仿真技術(shù)也背靠著互聯(lián)網(wǎng)科技的支持走到了今天?，F(xiàn)如今世界經(jīng)濟格局呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展趨勢，互聯(lián)網(wǎng)科技的普及能夠幫助不同地區(qū)的制造產(chǎn)業(yè)相互交流、相互學習，提高機械產(chǎn)品的適配程度和普適性，而仿真技術(shù)的加入和滲透能夠幫助不同國家、不同地區(qū)的人員展開共同實際操作，對有關(guān)參數(shù)進行共同分析和修改，發(fā)現(xiàn)設(shè)計難點和設(shè)計錯誤可以及時交流，全面提高了機械設(shè)計工作的質(zhì)量與效率。具體而言，仿真技術(shù)在機械設(shè)計制造領(lǐng)域中運用具有以下幾個方面特征：第一個特征是分布性特征。軟件和計算機其他科技相互結(jié)合可以有效的對機械制造的仿真技術(shù)進行分布性體現(xiàn)，這是因為仿真技術(shù)可以運用在虛擬的互聯(lián)網(wǎng)之中，幫助設(shè)計人員展開跨區(qū)域的共同制造與設(shè)計，對產(chǎn)品中的不同參數(shù)展開認真修改，仿真技術(shù)的使用具有較高的分布性特點。

第二個特征是分布范圍比較廣闊，對于機械設(shè)計制造行業(yè)來說，仿真技術(shù)的運用能夠推動整體行業(yè)的進步和發(fā)展，仿真科技的運用并不是即時性的也不是短暫性的，它可以滲透過程始終，貫穿到機械產(chǎn)品的設(shè)計、測試、制造等多個環(huán)節(jié)，聯(lián)通頭尾。在機械產(chǎn)品的設(shè)計與制造中仿真軟件和仿真技術(shù)可以把工作人員的想法切實轉(zhuǎn)換出來，制作成與最終產(chǎn)品相似度比較高的三維模型。設(shè)計人員通過三維模型的觀察和計算能夠仔細察看產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是否合理，在軟件測試的過程之中仿真技術(shù)能夠幫助工作人員進行數(shù)據(jù)導入和參數(shù)設(shè)計，同仿真軟件相互結(jié)合，測試機械產(chǎn)品的多種性能并展開模擬計算。在實際的機械產(chǎn)品設(shè)計與使用的過程之中，仿真技術(shù)的運用范圍較為廣闊，工作人員可以對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)以及受理情況展開實時測算，幫助設(shè)計人員在工作中提高工作效率和工作質(zhì)量。

第三個方面的特征是集成化特點。機械設(shè)計制造行業(yè)運用仿真技術(shù)最為明顯的特征就是集成化特色，仿真技術(shù)和仿真軟件的全面使用能夠通過虛擬的三維方式構(gòu)建機械設(shè)計制造的全過程，包括生產(chǎn)制造過程和產(chǎn)品的研發(fā)過程。除此之外仿真技術(shù)擁有多種類型的實踐方法，因此表現(xiàn)出不一樣的特征是非常正常的。

3 仿真過程的實現(xiàn)步驟

仿真技術(shù)在機械設(shè)計制造領(lǐng)域的運用可以體現(xiàn)在以下三個方面進行實現(xiàn)：第一個方面是建立模型的步驟，在機械設(shè)計制造的過程之中若要提高仿真技術(shù)的普及效率，最重要的就是要對約束條件進行設(shè)計，對有關(guān)的程序進行參數(shù)編輯和設(shè)定，再根據(jù)具體的項目目標以及參數(shù)有針對性地編制相應(yīng)的仿真系統(tǒng)，等待仿真系統(tǒng)建立完畢之后，有關(guān)的科技人員需要根據(jù)有關(guān)定律進行系統(tǒng)完善，讓仿真系統(tǒng)具有數(shù)字化的集成功能，這就需要在整體過程中貫徹數(shù)學模型。一般來說，數(shù)學模型的貫徹可以分為動態(tài)模型和靜態(tài)模型兩種，具體如何選擇要根據(jù)時間的不同來確定。研究人員可以對動態(tài)的模型進行細致劃分，將其分為混合時間、離散時間和連續(xù)時間等三種不同的類型。

第二個方面，仿真技術(shù)的運用實現(xiàn)需要借助變換模型來達到，指的是把初步的模型在數(shù)學表達式的加持之下進行變形和進化，變成計算機可以精準識別的樣子。這一過程運用的是計算機的語言和算法，也打下了仿真技術(shù)的基礎(chǔ)，制造了仿真模型。

第三個方面是模型的實驗過程，對模型的實驗也是實現(xiàn)仿真操作的關(guān)鍵步驟，通過計算機的運行模式對模型進行仿真模擬得到相應(yīng)的仿真效果，建立模型。這一過程能夠為后續(xù)模型的建設(shè)實驗打下基礎(chǔ)，按照預(yù)定的步驟進行展開操作，相對較為簡單。尤其要注意的是，在仿真結(jié)果的后續(xù)檢測過程之中，工作人員可以對設(shè)備進行反向驗證，采用置信通道法查看仿真技術(shù)能否正常操作。

4 仿真技術(shù)在機械設(shè)計與制造中的應(yīng)用價值

我國的機械設(shè)計制造行業(yè)擁有多年的發(fā)展歷程。隨著現(xiàn)代化進程的加快，機械設(shè)計制造水平變得更加成熟，呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展趨勢，我國經(jīng)濟的發(fā)展也對世界經(jīng)濟的格局有重要的推動，目前全球消費體系開始重新大洗牌。伴隨著經(jīng)濟全球化趨勢的不斷深入，社會導向更加多元化，無論是在工業(yè)生產(chǎn)還是在生物科技又或者是在軍事領(lǐng)域等多個方面，仿真技術(shù)都能夠大顯身手，嶄露頭角，發(fā)揮其自身的優(yōu)勢和價值。仿真技術(shù)在多門領(lǐng)域的運用能夠解決實際問題，防止運用其他的技術(shù)消耗大量的成本和資金保證技術(shù)，尤其適合運用在建模和軟件的設(shè)置之中。目前仿真科技已經(jīng)成為眾多工作者的工作載體，能夠顯著提高機械設(shè)計的實際應(yīng)用效果，對機械運行的情況和狀態(tài)展開精準分析，讓計算機數(shù)據(jù)和參數(shù)得到正確的處理，提高機械設(shè)計和運行的整體效能。從另外一個角度而言，仿真技術(shù)可靠性較強，在使用的過程中具有較強的靈活性，不用投入過大的資金和成本，也不會對原有的設(shè)備造成破壞。目前為止制造業(yè)的高耗能情況日益嚴重，為了解決這一情況，做到節(jié)能減排，可以加入仿真技術(shù)進行滲透，促進機械系統(tǒng)和設(shè)計程序變得更加多元化、輕量化，防止企業(yè)受到外界環(huán)境的影響造成經(jīng)濟損失。仿真技術(shù)的運用一定要以現(xiàn)實需求為準則，打造合理的3D 模型，設(shè)計各種類型的參數(shù)調(diào)控及性能，展開仿真實驗工作，加強機械設(shè)計方案的編制和制作，避免數(shù)據(jù)信息體量異常增長。

除此之外，工作人員也可以根據(jù)原有的設(shè)計方案在假設(shè)的條件之下打造與其相匹配的虛擬模型，完成虛擬實驗的工作任務(wù)。但是還要注意仿真技術(shù)在實際運用時具有較大的難度，無論是在機械設(shè)計中還是在機械制造的方案整改中，仿真技術(shù)可以從根源上提高工作質(zhì)量和工作效率，讓機械加工產(chǎn)品更加具有精確化程度，減小了研發(fā)的資金投入。如果能在機械設(shè)計制造領(lǐng)域利用仿真技術(shù)，就可以通過虛擬軟件的模擬，加入不同的施工方案進行選擇，在完成虛擬的假定實驗之后達到全面提高工作效率的整體目的。仿真科技的使用能夠確保機械設(shè)計制造的品質(zhì)達標，全面提升計算機的運行精準程度，降低成本投入，促進機械制造行業(yè)得到穩(wěn)定持續(xù)的發(fā)展與進步。

5 仿真技術(shù)在機械設(shè)計與制造中的應(yīng)用

5.1 在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的運用

把仿真技術(shù)運用在機械設(shè)備的設(shè)計和制造之中必須要依靠完善的系統(tǒng)運行作為保障，把不同的零件及結(jié)構(gòu)綜合起來，完成設(shè)備之間的相互轉(zhuǎn)換。但是機械設(shè)備在投入使用的過程之中一定要確保協(xié)調(diào)性，才能讓各個零件部件相互配合，相得益彰。工作人員要進行仿真技術(shù)的運用時一定要展開提前模擬，試探出機械設(shè)備中是否存在不足之處和缺陷，相互配合，挑選出最佳的使用方案，讓每個零件設(shè)備都能夠各司其職，發(fā)揮出自身的作用，確保系統(tǒng)能夠順利投入到生產(chǎn)中。為了更好的提升仿真技術(shù)的功能性，我國要加強對三維設(shè)計理念的優(yōu)化，增設(shè)不同類型的設(shè)計理念和實用功能，再根據(jù)不同類型的運行技術(shù)對結(jié)構(gòu)運動展開模擬，以仿真運動學為學科基礎(chǔ)，全面提高軟件的運行便捷程度。工作人員要對機械設(shè)備的運行性能展開隨時隨地的觀察，從不同的角度探查結(jié)果對機械設(shè)備的不同運動性能進行檢測，根據(jù)不同的設(shè)計理念提升結(jié)構(gòu)設(shè)計的實用功能。

5.2 在齒輪設(shè)計中的使用

齒輪設(shè)計也是機械設(shè)計制造領(lǐng)域的重要運用環(huán)節(jié)，仿真技術(shù)加入其中可以根據(jù)圓弧形的運動軌跡展開統(tǒng)籌，利用計算機的計算與設(shè)計功能，對星星的實際運動軌跡展開模擬，提升仿真的逼真程度。同時在構(gòu)建仿真模型的過程中，為了達到真實的仿真效果也可以加強仿真技術(shù)的滲透和使用，在齒輪運行的表面建立軌跡模型，對各種類型的技術(shù)應(yīng)用程度展開效果統(tǒng)籌與分析，從多元化的角度評估其運行的效果。工作人員要加強仿真模擬的項目統(tǒng)籌，以實用性為基礎(chǔ)加強不同科技手段的相互融合。在所有的步驟都完成之后，要加強對影響因素的深入探查分析，齒輪傳動的接觸點之所在，根據(jù)實際情況設(shè)計運行參數(shù)，對正交齒輪的運行參數(shù)進行確定，讓工程的設(shè)計目標得以達成。

5.3 在數(shù)值計算中的運用

機械設(shè)計制造領(lǐng)域的數(shù)值計算環(huán)節(jié)非常關(guān)鍵，它關(guān)系到設(shè)計的準確性和實用價值。機械設(shè)計制造本質(zhì)上就是利用機械展開加工和操作，進入到新世紀以來，隨著我國信息科技的分支不斷發(fā)展，為了全面挖掘計算機技術(shù)的原理，實現(xiàn)多種技術(shù)分支的有效融合，有關(guān)工作人員需要夯實基礎(chǔ)，全面提高計算機機械的運行效能。在實際加工與生產(chǎn)的環(huán)節(jié)之中，仿真技術(shù)與數(shù)控技術(shù)的使用能夠?qū)ο到y(tǒng)參數(shù)展開自行匹配和運算，全面開發(fā)計算機科技的潛能，產(chǎn)生各種類型的數(shù)據(jù)信息和圖片內(nèi)容，發(fā)揮計算機輔助技術(shù)的操作功能，對運行參數(shù)進行預(yù)先設(shè)定，加強技術(shù)轉(zhuǎn)換，形成控制運行的指令，讓機械設(shè)計制造的產(chǎn)品能夠正常的生產(chǎn)和運用。在實際的加工環(huán)節(jié)，有關(guān)工作人員可以初步預(yù)測實際產(chǎn)品的品質(zhì)，預(yù)先采用仿真技術(shù)構(gòu)建三維模型。在切削過程完成之后進行參數(shù)的模擬，確保品質(zhì)合格可以投入下一階段的生產(chǎn)，從這里可以看出采用仿真技術(shù)能夠為機械設(shè)計制造領(lǐng)域的精細化作出貢獻，提升虛擬化和自動化的支撐。有關(guān)工作人員可以通過計算機軟件構(gòu)建仿真模型，根據(jù)切削過程的變化量獲得最優(yōu)的切削方案，也可以利用數(shù)字仿真技術(shù)開發(fā)仿真通用型軟件和模型，對參數(shù)實現(xiàn)最優(yōu)化的運用效果。

5.4 運用在數(shù)據(jù)處理工作中

目前機械設(shè)計制造行業(yè)的整體復(fù)雜程度開始不斷的提升，所需要設(shè)計的對象和零件都開始變得多元化，提高了整體設(shè)計的發(fā)展速度。在產(chǎn)品設(shè)計環(huán)節(jié)需要加強大量數(shù)據(jù)的分析和統(tǒng)籌，這一環(huán)節(jié)就有可能會影響到機械設(shè)計制造的實驗準確性，機械設(shè)計要針對行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)標準測算其工業(yè)產(chǎn)量，在按照行業(yè)的不同發(fā)展狀況展開全面的設(shè)計。站在工業(yè)設(shè)計指標的層面上來說，數(shù)據(jù)體量的不斷增多會給仿真技術(shù)的使用帶來難度。仿真技術(shù)需要分析機械的組成部件和運作機理在對各種參數(shù)性能進行全面掌控的情況之下，加強對計算機系統(tǒng)的融合，確定最終的設(shè)計方案，在虛擬創(chuàng)建完成之后，工作人員就可以展開虛擬實驗，把仿真技術(shù)和機械設(shè)計制造領(lǐng)域的全過程相互結(jié)合，在信息技術(shù)分支的配合與推動之下改進數(shù)據(jù)模型，推動產(chǎn)品研發(fā)的過程順利進行，讓數(shù)據(jù)更加精準。

5.5 運用在大型設(shè)備的設(shè)計過程之中

對于大型或中型設(shè)備的設(shè)計和制造而言，這些設(shè)備的體積較大結(jié)構(gòu)相對來說較為復(fù)雜，因此在機械當中包含了大量的零件和部件。制造過程和設(shè)計過程相對來說難度較高，實際上在大型中型機械設(shè)備的生產(chǎn)與設(shè)計過程中，有關(guān)工作人員在配置零部件的時候問題頻出，這一環(huán)節(jié)也是最容易出現(xiàn)故障的環(huán)節(jié)，究其根本原因是工作人員無法快速短時間之內(nèi)配齊所有的零部件，由于零件之間的協(xié)調(diào)性問題和不匹配問題，導致大型機械設(shè)備經(jīng)常容易出現(xiàn)運行的故障，繼而引發(fā)生產(chǎn)效率下降的問題，這一現(xiàn)象如果不加以調(diào)整，將會給企業(yè)的運行帶來一定程度的經(jīng)濟損失。這時如果能夠把仿真技術(shù)和大型機械設(shè)計相互結(jié)合，就能夠緩解這一現(xiàn)狀，工作人員可以對零部件的規(guī)格以及其他的參數(shù)設(shè)置進行提前的研究，全面提高生產(chǎn)的效率，對資源進行節(jié)約，在虛擬的環(huán)境之下，仿真科技能夠檢測機械設(shè)備內(nèi)部的零部件情況以及各個零件之間的裝配情況，對機械設(shè)備的具體運行狀態(tài)進行查看，起到節(jié)約成本的效果，防止誤操作帶來的二次重復(fù)，節(jié)約時間，提升機械設(shè)備的實際使用質(zhì)量。

6 結(jié)語

把仿真技術(shù)運用在機械設(shè)計與制造過程之中具有多方面的優(yōu)勢，仿真技術(shù)的滲透能夠為機械設(shè)計與制造領(lǐng)域帶來諸多的便捷性，提高了整體行業(yè)的發(fā)展速率。工作人員可以把仿真技術(shù)運用在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、齒輪設(shè)計、數(shù)值計算、數(shù)據(jù)處理等不同的工作之中，還可以直接把網(wǎng)站技術(shù)和大型設(shè)備的設(shè)計生產(chǎn)過程相互聯(lián)合，提高其整體的運行效率，推動行業(yè)發(fā)展。