計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械工程中應(yīng)用研究

李現(xiàn)廣

摘要近年來(lái)，在科技快速發(fā)展的推動(dòng)下，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了普及和發(fā)展，并且在各個(gè)領(lǐng)域之內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。機(jī)械工程作為一項(xiàng)相對(duì)復(fù)雜并且操作性極強(qiáng)的工程，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)將會(huì)提升工作效率。本文對(duì)機(jī)械制造業(yè)的現(xiàn)狀以及計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞機(jī)械工程；計(jì)算機(jī)技術(shù)；應(yīng)用

計(jì)算機(jī)技術(shù)作為一項(xiàng)新技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)生活產(chǎn)生了非常大的影響，甚至改變了人們的生活生產(chǎn)現(xiàn)狀。對(duì)于計(jì)算機(jī)在機(jī)械工程領(lǐng)域中的應(yīng)用已經(jīng)是非常普及的狀況，無(wú)論是計(jì)算機(jī)軟件還是計(jì)算機(jī)硬件對(duì)機(jī)械制造業(yè)都產(chǎn)生非常重要的影響，提升了機(jī)械制造業(yè)的質(zhì)量和效率。

1機(jī)械制造業(yè)的現(xiàn)狀

目前，我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的水平相對(duì)來(lái)說(shuō)比較低，這就會(huì)影響制造業(yè)中對(duì)機(jī)械的操作以及生產(chǎn)的效率。在機(jī)械制造業(yè)中設(shè)備是整個(gè)工程開(kāi)展的基礎(chǔ)和保障，一方面要保證對(duì)機(jī)械設(shè)備的熟練操作，另一方面要保證對(duì)整個(gè)機(jī)械的進(jìn)行有效的運(yùn)行管理。因此，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)全面的提升機(jī)械工程的生產(chǎn)效率和管理水平。

1.1機(jī)械設(shè)備的更新

對(duì)于機(jī)械工程中設(shè)備的更新?lián)Q代是至關(guān)重要的，但是設(shè)備的更新需要投入大量的資金，這就增加了機(jī)械工程的資金投入，很多單位因?yàn)橘Y金的原因不能及時(shí)進(jìn)行設(shè)備更新，仍然使用老舊設(shè)備，降低了生產(chǎn)質(zhì)量和效率，甚至?xí)绊懫髽I(yè)的正常生產(chǎn)。

1.2機(jī)械設(shè)備的養(yǎng)護(hù)

機(jī)械設(shè)備不能夠長(zhǎng)期運(yùn)行，要進(jìn)行定期養(yǎng)護(hù)和維修。但是很多企業(yè)卻忽視了這一點(diǎn)，很多企業(yè)機(jī)械出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)行，機(jī)械也得不到相應(yīng)的保養(yǎng)，加快了機(jī)械的損壞程度，降低機(jī)械的使用效率，縮短了機(jī)械的使用壽命，嚴(yán)重影響機(jī)械工程的質(zhì)量和效益。

1.3機(jī)械設(shè)備的維修

對(duì)于機(jī)械的維修和機(jī)械的養(yǎng)護(hù)是一樣的，都是需要平常定期開(kāi)展的。如果機(jī)械出現(xiàn)問(wèn)題不能得到及時(shí)維修，一方面會(huì)影響機(jī)械的正常運(yùn)行，另一方面就會(huì)影響機(jī)械工程的正常開(kāi)展。實(shí)際情況中很多企業(yè)為了降低機(jī)械維修的費(fèi)用，從而減少機(jī)械維修的次數(shù)，嚴(yán)重影響了機(jī)械工程的效率。

2機(jī)械設(shè)計(jì)中的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用

2.1CAD技術(shù)的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）：這項(xiàng)技術(shù)主要是通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)應(yīng)用CSD軟件完成機(jī)械工程中的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)以及工程中各個(gè)部分的設(shè)計(jì)工作。1）CAD的基本應(yīng)用主要包括：通過(guò)計(jì)算機(jī)與CAD軟件技術(shù)的結(jié)合，將工程中的各種設(shè)計(jì)工作實(shí)現(xiàn)一種立體呈現(xiàn)的方式，同時(shí)能夠更加標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的完成零件的選取。通過(guò)CAD技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了機(jī)械工程系統(tǒng)化的零件設(shè)計(jì)和管理體系。2）CAD與設(shè)計(jì)方法的集成應(yīng)用包括：基于模塊化設(shè)計(jì)方法的CAD、基于DFX設(shè)計(jì)方法的CAD、基于優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的CAD、基于可靠性設(shè)計(jì)方法的CAD、支持白頂向下方式的CAD、智能CAD、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計(jì)CAD通常用到相關(guān)軟件有：AutoCAD、CAXA、Pro/E、Solidworks、I-deas、UG等。

2.2CAE技術(shù)的應(yīng)用

CAE技術(shù)就是指計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)，這個(gè)技術(shù)應(yīng)用是以三維實(shí)體建模為整個(gè)分析的指導(dǎo)線路，在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)候就要進(jìn)行應(yīng)用，將實(shí)際產(chǎn)品的需求點(diǎn)與設(shè)計(jì)通過(guò)CAE進(jìn)行對(duì)照和評(píng)價(jià)，通過(guò)對(duì)比和分析從而得到產(chǎn)品使用的最合適的一個(gè)方案。CAE技術(shù)一般包括有限元分析法、優(yōu)化設(shè)計(jì)、仿真技術(shù)、試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析等。

1）有限元分析。這個(gè)分析技術(shù)主要是通過(guò)優(yōu)先于軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，主要是對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)中的各個(gè)元素進(jìn)行分析，如機(jī)械結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、自身的應(yīng)變力、結(jié)構(gòu)自身的頻率以及振動(dòng)時(shí)候的模態(tài)和機(jī)械結(jié)構(gòu)的熱態(tài)特性。通過(guò)網(wǎng)格劃分和對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)在有限元軟件中的邊界的確定來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的建模。在有限元分析的過(guò)程中一般采用的軟件主要有ANSYS、SAP、ADINA、NASTRAN等

2）優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)通過(guò)使用的軟件主要有ISIGHT、OPB-2兩種軟件。優(yōu)化設(shè)計(jì)是一種對(duì)機(jī)械設(shè)備性能的計(jì)算方法，首先是要選定機(jī)械設(shè)備哪一個(gè)或者哪幾個(gè)性能作為最優(yōu)目標(biāo)，選定之后通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的軟件進(jìn)行函數(shù)的建立，然后進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。

3）計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)就是根據(jù)機(jī)械設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行建立一個(gè)仿真模型，把這個(gè)模型通過(guò)代碼編制的形式輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)與仿真模型的結(jié)合來(lái)對(duì)機(jī)械設(shè)備的實(shí)際操作過(guò)程中的各個(gè)因素進(jìn)行監(jiān)測(cè)。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在具體實(shí)施時(shí)需要將實(shí)際的機(jī)械設(shè)備中的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)模型形式的分析和解釋，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)形成仿真程序進(jìn)行實(shí)際的使用，主要是包括以下幾個(gè)步驟：（1）建立數(shù)學(xué)模型；（2）建立仿真模型；（3）編制仿真程序；（4）進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)；（5）結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析；（6）仿真工作總結(jié)。

在機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)和檢測(cè)過(guò)程中運(yùn)用仿真技術(shù)主要是通過(guò)MATLAB、ADAMS等軟件實(shí)現(xiàn)的，在這個(gè)過(guò)程中關(guān)鍵的一點(diǎn)就是能夠通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算方法建立合適的數(shù)學(xué)模型然后通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行編制形成仿真技術(shù)模型，從而應(yīng)用到實(shí)際的機(jī)械設(shè)備的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和實(shí)際運(yùn)行監(jiān)測(cè)中。

4）試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析。試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析主要是通過(guò)CAE技術(shù)然后對(duì)整個(gè)的機(jī)械設(shè)備運(yùn)行系統(tǒng)或者對(duì)某一部分的機(jī)械設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要是對(duì)其動(dòng)態(tài)特性或者是振動(dòng)特性通過(guò)數(shù)學(xué)語(yǔ)言進(jìn)行描述，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)的目的。如果監(jiān)測(cè)的對(duì)象不同使用的數(shù)學(xué)模型也是不一樣的，得到的檢測(cè)數(shù)據(jù)也是不一樣的。具體在機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）評(píng)價(jià)實(shí)際結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性；（2）在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的預(yù)估及優(yōu)化設(shè)計(jì)；（3）診斷及預(yù)報(bào)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的故障；（4）控制結(jié)構(gòu)的輻射噪聲；（5）識(shí)別結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的載荷。

3機(jī)械加工制造中的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用

在機(jī)械加工制造過(guò)程中主要是應(yīng)用CAM技術(shù)也就是計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備從生產(chǎn)準(zhǔn)備到整個(gè)加工制造工作的完成過(guò)程中設(shè)計(jì)、管理、控制的工作。

CAM技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械加工制造的各個(gè)方面以及加工制造的整個(gè)流程當(dāng)中，從加工制造的工藝流程到后期裝配機(jī)器的程序編寫(xiě)方面都為機(jī)械加工制造提供可靠的支持。對(duì)于工程流程方面來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的加工制造就是對(duì)零件加工的應(yīng)用的方法、加工的順序和技術(shù)通過(guò)熟練的操作人員來(lái)實(shí)現(xiàn)。在應(yīng)用CAM技術(shù)后就是講這些操作數(shù)據(jù)通過(guò)模型直接輸入到計(jì)算機(jī)上，通過(guò)操作人員對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝流程的開(kāi)展。通過(guò)使用CAM技術(shù)對(duì)于操作人員來(lái)說(shuō)不用掌握非常熟練的技藝也能完成整個(gè)的操作流程，這樣大大減少了人力的投入。機(jī)械加工制造中的數(shù)控?cái)?shù)據(jù)編輯也是一樣的，將已經(jīng)建立好的模型輸入到Nc機(jī)床上，形成另加的加工制造的編輯。對(duì)于裝配機(jī)器的程序編寫(xiě)是區(qū)別于傳統(tǒng)的機(jī)床應(yīng)用的，如果企業(yè)使用的裝配機(jī)器，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序編寫(xiě)，從而簡(jiǎn)便操作流程，提升操作效率。

4計(jì)算機(jī)的監(jiān)控檢測(cè)

在機(jī)械設(shè)備開(kāi)展工作的狀態(tài)下對(duì)于一些微小的故障和錯(cuò)誤情況是很難發(fā)現(xiàn)的，如果需要避免這些故障和錯(cuò)誤就需要使用計(jì)算機(jī)的監(jiān)控檢測(cè)，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而來(lái)保證整個(gè)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的無(wú)紕漏無(wú)差錯(cuò)情況。

5結(jié)論

綜上所述，伴隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化水平的不斷提高，計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械工程計(jì)算當(dāng)中的應(yīng)用也越來(lái)越普及。因此，分析機(jī)械工程中計(jì)算機(jī)應(yīng)用對(duì)于優(yōu)化和創(chuàng)新機(jī)械工程中每個(gè)作業(yè)流程意義深遠(yuǎn)。