仿真技術(shù)在機械設(shè)計制造過程中的應(yīng)用

胡澤 中國人民解放軍海軍701工廠

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

一、仿真技術(shù)應(yīng)用在機械設(shè)計制造的優(yōu)勢

（一）充分優(yōu)化設(shè)計方案

傳統(tǒng)的機械設(shè)計制造行業(yè)在設(shè)計產(chǎn)品時，很難進行優(yōu)化工作，因為設(shè)計人員需要通過人工試驗獲得數(shù)據(jù)，以及依靠自身的專業(yè)知識、想象來完成設(shè)計方案，整個設(shè)計過程并不直觀，非常耗費設(shè)計者的精力和時間。更重要的是，如果設(shè)計出現(xiàn)錯誤很難得到足夠的提示，最終會造成機械的質(zhì)量問題，增加不必要的損失。通過使用仿真技術(shù)，能充分利用計算機技術(shù)將機械設(shè)計的三維圖形展現(xiàn)出來，幫助設(shè)計人員更好地完成每個環(huán)節(jié)的設(shè)計工作，實現(xiàn)對設(shè)計方案的充分優(yōu)化。

（二）用數(shù)據(jù)分析提升水平

隨著時代發(fā)展，對機械設(shè)計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)可以自動對機械進行模擬，通過建立模型分析機械設(shè)備的性能，以保證產(chǎn)品總體質(zhì)量。同時，設(shè)計人員也能夠利用仿真環(huán)境下所提供的三維數(shù)據(jù)實時判斷機械設(shè)備的設(shè)計效果，軟件會及時發(fā)出提示幫助設(shè)計人員糾正錯誤，最終定制出最為理想的方案[1]。在航天、醫(yī)療、軍事等機械設(shè)計制造的工作中，仿真已經(jīng)成為不可缺少的工作步驟。

（三）節(jié)約設(shè)計成本

通過仿真技術(shù)可以建立機械設(shè)計的二維和三維模型，進行機械制造和運轉(zhuǎn)模擬。模擬下的結(jié)果和真實結(jié)果比較接近，能幫助設(shè)計人員優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化機械設(shè)計方案。在傳統(tǒng)的機械設(shè)計中，試驗所產(chǎn)生的費用非常高，導(dǎo)致設(shè)計周期比較長，增加設(shè)計的成本。仿真技術(shù)可以利用計算機模型計算，完成煩瑣而且重復(fù)性的工作，降低制造實體模型的費用和提升產(chǎn)品的研發(fā)效率，達到節(jié)約設(shè)計成本的目的。

二、仿真技術(shù)在機械設(shè)計制造過程中的應(yīng)用

（一）機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

機械設(shè)計需要保證機械內(nèi)部各個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定運行，通過使用仿真技術(shù)可以在機械實際運轉(zhuǎn)之前對機械進行調(diào)試和實驗，幫助設(shè)計人員迅速完成機械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，保證機械的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的合理性[2]。大型的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，更要注重每一個零件的銜接，避免因為偏差導(dǎo)致嚴重的機械故障，使用仿真技術(shù)，能在機械安裝之前對機械結(jié)構(gòu)的運行情況進行模擬，不僅能給出機械運行后的結(jié)果，設(shè)計人員也可以在模擬過程中觀察機械設(shè)備內(nèi)部的情況，發(fā)現(xiàn)機械的問題，從而做好部件之間的銜接和提升機械的精度。例如展示機械運行中內(nèi)部的各種碰撞和受力情況，設(shè)計人員就可以準(zhǔn)確地進行調(diào)整，提升工作效率和保證便捷性。

（二）齒輪設(shè)計

齒輪是機械中不可缺少的基礎(chǔ)性零件，一些特殊的機械往往會對齒輪也進行獨特的設(shè)計，以滿足機械的運行需求。所以，齒輪設(shè)計工作會投入大量的財力、物力，并且讓設(shè)計人員也要投入大量的精力。由于機械設(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)計不合理，就會影響整個機械設(shè)備的穩(wěn)定運行，不利于保證機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行模擬，優(yōu)化齒輪的設(shè)計。設(shè)計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齒輪和整個設(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)計的科學(xué)性和合理性。仿真軟件也能自動地對所需要的齒輪進行計算，為設(shè)計人員提供建議，減少設(shè)計人員的工作壓力。

（三）復(fù)雜機械加工研究

機械制造的過程中，機械零件的精細加工是十分重要的工作，為了能夠確保機械設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，就需要對機械零件進行嚴格的檢測，防止因為零件質(zhì)量不足導(dǎo)致機械不能正常運轉(zhuǎn)。通過仿真技術(shù)，能夠?qū)α闼闃?gòu)件進行分析和檢測，研究機械內(nèi)部的結(jié)構(gòu)問題，幫助人員進行零件制造方式的調(diào)整。比如在進行磨削加工的工作中，只需要設(shè)計程序就可以自動進行仿真實驗，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)進行檢測，最終得到加工方式的最優(yōu)解。

（四）數(shù)值計算

計算機在機械加工和制造工作中已經(jīng)得到了廣泛的普及，尤其是計算機強大的數(shù)據(jù)計算能力，降低了機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)用計算機的數(shù)值計算能力。例如為了對設(shè)備進行優(yōu)化，就需要有計算機來對磨損等問題進行計算，優(yōu)化機械的結(jié)構(gòu)設(shè)計從而提升壽命。

三、仿真技術(shù)在機械設(shè)計制造中的應(yīng)用前景

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

隨著科技的不斷進步，互聯(lián)網(wǎng)開始遍布人類生活的各個方面，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，通過使用云計算的方式，可以對機械設(shè)計進行遠程計算和分析，提升計算的精度和效率；也可以不斷對仿真軟件的工具箱進行更新，滿足設(shè)計和制造行業(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，使得計算機智能化已經(jīng)成為人們所關(guān)注的話題。由于機械制造行業(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，也能自動完成一些簡單的機械設(shè)計，推動制造業(yè)的發(fā)展。

四、結(jié)束語

仿真技術(shù)在機械設(shè)計和制造中擁有明顯的優(yōu)勢，可以提升設(shè)計的合理性，保證機械的制造效率和質(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械設(shè)計和制造當(dāng)中，不斷滿足行業(yè)和社會的新需求。