虛擬制造技術在現(xiàn)代機械工程設計領域中的應用

李 銳

(鄭州鐵路職業(yè)技術學院，河南 鄭州 450000)

傳統(tǒng)機械設計時主要考慮的是產品的使用性能，往往在實際設計過程中比較難以控制，而且裝配和設計等方面會存在較大的缺陷。因此為了保證機械產品的質量問題，提高生產效率，降低生產成本和能源消，虛擬制造技術在現(xiàn)代化社會發(fā)展中顯得尤為重要。

1 虛擬制造技術及其過程

1.1 虛擬制造技術特點

虛擬制造技術建立比較虛擬的環(huán)境下，利用計算機技術對其進行分析。而且工作人員也可以根據(jù)建立的模型進行虛擬裝配，在裝配過程中發(fā)現(xiàn)其中存在錯誤，并及時進行改正，確保造實際應用中零件裝配的精確性。同時對零件裝改正時可以在計算機中進行，比較方便，易于操作，并且在更改之后能夠自動形成一個新的模型。虛擬技術的應用改變了因零件裝配出錯而導致的質量問題，實現(xiàn)了設計和裝配以及檢驗一個比較協(xié)調的過程，提高了產品的質量，在現(xiàn)代化社會發(fā)展中更具競爭力。

1.2 虛擬制造技術過程分析

虛擬設計的模型設計，主要是圍繞著產品的生命周期展開的，因此設計人員在進行設計時主要根據(jù)客戶的要求或是建議。然后進行詳細的分析和探討，進一步的認識產品的主要功能，性能等，最后利用虛擬技術進行虛擬設計和工藝設計，再經過虛擬進行加工生產，客戶如果滿意就可以實施實際生產，如果出現(xiàn)問題就要及時盡心修改。元模型和建模要通過一系列的理論計算，循環(huán)修改和實驗推理等的過程，然后才能實現(xiàn)在計算機中設計和優(yōu)化設計。零件在設計過程中要有一個小的專家系統(tǒng)，根據(jù)不同零件的特點們進行不同特征的數(shù)據(jù)設定。根據(jù)這些確定的數(shù)據(jù)建立一個正確的模型，形成一個零件的元模型。結構模型設計建立在元模型零件基礎上，對其進行實際機構分類分級，經過一系列的推論實現(xiàn)獨立產品。產品模型設計是虛擬設計中虛擬設計制造的計主要目標，通常系統(tǒng)中會產生不同的領域，因此不同的產品類型就要建立一個不同類型的模型，保證最高層次產品類型模型的實際作用。

2 現(xiàn)代化機械工程設計

機械設計的主要目的是實現(xiàn)在實際應用中的使用功能，讓機械產品具有一定的創(chuàng)新性，實現(xiàn)功能強大，經濟低廉等的優(yōu)勢。傳統(tǒng)機械工程在設計過程中主要是受當時條件的影響，在許多方面有局限性。設計時需要要的數(shù)據(jù)要通過大量的計算分析之后得以確定，不能體現(xiàn)其精確性，整體設計不夠嚴謹。并且傳統(tǒng)的機械設計主要依靠的是設計人員的經驗和自己的能力，因此質量高效，生產合理等無法到理想的效果。與傳統(tǒng)機械設計不同的是現(xiàn)代化機械工程設計充分利用了當前社會科學發(fā)展的技術條件，如先進的計算機技術，在一些列分析過程中運用了有關力學和數(shù)學等學科知識。從傳統(tǒng)的比較隨意性的設計中，逐漸轉化為以計算數(shù)據(jù)為基礎的設計，擁有的知識體系比較完整，其中涉及到動態(tài)現(xiàn)代化設計，使機械設計更符合現(xiàn)代化發(fā)展的需要。

3 機械工程設計中的虛擬制造技術

機械工程設計中的虛擬制造技術機械虛擬樣機技術，也是計算機技術不斷發(fā)展和提高的輔助技術，具有重要的意義和作用。機械工程師可以利用計算機，在上面建立一個樣機模型，在分析過程中能對設計方案進行修改，實現(xiàn)數(shù)字化應用。虛擬樣機在機械工程設計過程中的應用，大大減少了一些列比較繁瑣的計算過程，簡化了其開發(fā)過程，降低了產品開發(fā)的成本，提高了產品使用的生命周期和經濟效益。機械工程設計過程中，計算機技術的應用，數(shù)字化虛擬樣機的建立是創(chuàng)新設計的體現(xiàn)，數(shù)字化虛擬機也是一個企業(yè)新產品開發(fā)的基礎，是傳統(tǒng)設計模式的轉變。虛擬樣機能在機械工程設計中完成結構分析，裝配仿真等。能夠通過CAE系統(tǒng)對機械設計過程中進行仿真分析。

4 虛擬樣機技術在機械工程設計中的優(yōu)勢

虛擬樣機技術在機械工程設計中具有強大的通用性，能夠對設計過程中非常復的問題進行處理或解決。虛擬樣機技術主要是在力學和動力學基礎上不斷發(fā)展和提高，也是實現(xiàn)對復雜問題簡單化處理的有效途徑和重要手段。大多數(shù)虛擬樣機都采用的是代數(shù)混合方程方式將復雜問題轉化為簡單化，虛擬樣機中的每個構件多有6個自由度，并且相互之間約束，能夠實現(xiàn)其通用性優(yōu)勢，方便建立不同類型的模型。同時虛擬樣機能夠使機械系統(tǒng)建模更加方便，使軟件更具有強大的后期處理功能。傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)工程要根據(jù)運動分析，然后建立模型，雖然步驟不多，但是中間涉及到的大量數(shù)據(jù)計算和圖形分析等過程比較復雜，往往會在經意間出現(xiàn)差錯，還會浪費大量的人力、物力和財力，才能進一步的確保模型的建立的準確性。但是如果在設計過程中采用虛擬樣機技術，相應的在人力物力等方面減少了很多，而且提高了工作效率。在建模之前的數(shù)據(jù)計算等求解過程中有是通過計算機完成，不但簡單，而且精確度高，也使得設計人員在設計過程中有更新的思路和想法，讓機械工程設計更具有時代意義。傳統(tǒng)分析方法主要是利用大量的數(shù)據(jù)，在豐富的經驗基礎上得出結果。虛擬樣機技術在結果分析上有了更多的表達形式，關于機械性能和效果顯示也比較直觀，便于工作人員分析和理解，實現(xiàn)了其強大的技術功能。

5 結束語

隨著科學技術的提高，我國工業(yè)領域中的技術發(fā)展和先進工藝技術的應用也越來越廣泛。虛擬制造技術的發(fā)展和應用，將會改變現(xiàn)代化機械工程設計過程中傳統(tǒng)的制造模式。能在產品制造出來之前對出現(xiàn)錯誤的地方進行修改，實現(xiàn)對產品性能的預測等優(yōu)勢，提高了產品質量和生產效率以及制造周期，具有廣闊的發(fā)展前景。

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