計算機仿真技術在工程陶瓷加工技術中的應用

作者簡介：王紅娟（1982.1），女，漢族，河南武陟人，工程碩士，講師，從事計算機技術研究

摘 要：在工程陶瓷加工的過程中，由于其工序較多、工藝復雜且牽涉到的內容十分豐富，因此施工進度往往會受到不利的影響，使用傳統加工方法技術水平較低，陶瓷合格率處于較低的水平。將計算機仿真技術應用到工程陶瓷的加工過程中，可以充分發揮計算機仿真技術的優勢，提高工程陶瓷的加工管理水平，本文首先闡述了計算機仿真技術的概念，指出了計算機仿真技術在工程陶瓷技術中運用的特點和意義，最后就計算機仿真技術在工程陶瓷加工技術中的應用提出了自己的意見和建議。

關鍵詞：仿真技術；工程陶瓷；應用

1 前言

隨著我國機械制造和航天工業技術的迅速發展，工程陶瓷技術具備了耐高溫、耐磨損、耐腐蝕和高硬質的特點。因此在上述領域得到了廣泛的應用，充分滿足了現代科學技術對材料性能的需要。工程陶瓷形式多樣，結構復雜，而且產品品質也到達到了較高的水平，這些都對工程陶瓷的加工制造工藝提出了更高的要求。傳統工程產品設計和制造過程相分離，產品從設計到生產定型需要反復的實驗和修改，使用了“經驗+實驗”的制作模式。這對工程陶瓷技術發展造成了較大的阻礙，其產品開發模式和技術亟待進一步的發展和創新。隨著計算機技術的發展，使得工程陶瓷制造技術出現了革命性的變化。采用計算機模擬技術模擬工程陶瓷生產過程，不僅可以驗證陶瓷的生產工藝選擇是否合理，也可以使得其生產工藝得到較大的優化，縮短產品的研發周期，節省了大量的人力物力，使得陶瓷產品的品質得到了較大的提升。

2計算機仿真技術概述

2.1計算機仿真技術的定義

所謂計算機仿真是在控制理論、相似理論、信息處理技術和計算技術等理論基礎之上建立起來的，以計算機和相關的物理效應設備為工具，利用計算機仿真模型試驗真實或者假想的系統，并借助專家經驗和相關領域的數據和資料分析和研究實驗結果，最后做出決策的試驗性科學。也就是說，計算機仿真是以計算機為工具，在仿真理論指導下對相關研究對象進行模擬的技術。

2.2計算機仿真技術的發展

我們縱觀計算機仿真技術的發展歷史可以發現，計算機仿真主要經過了四個發展階段：第一，模型試驗階段。運用了原始的仿真思想，其模型試驗是建立在物理模型基礎上的，其柔性和精度都處于較低的水平；第二，數字化仿真階段。采用計算機計算分析，但是計算結果只能在記錄文件和圖表上表達出來，嚴重缺乏直觀形象性；第三，圖像化仿真階段。使用了立體的圖形圖像技術來表達仿真結果；第四，虛擬仿真技術階段。不僅可以用三維圖形技術對計算結果進行展示，而且采用特殊裝置可以給人身臨其境的感覺。

2.3計算機仿真技術的發展趨勢

未來的計算機仿真技術的發展趨勢主要體現在以下幾個方面：第一，分布式。這既是數據分布發展的必然，也是在分布式計算環境中實時顯示的重要手段；第二，協同式。在高速主干網的不斷普及使用的背景下，計算機仿真可以實現高速協同的效果，使得應用共享得到普及；第三，沉浸式。使用的顯示設備是沉浸式的，用戶對數據的感受變得更加直觀，并可以在結果分析中發揮突出作用；第四，網絡化。網絡技術推動了計算機仿真技術更快的在各個行業普及。

3計算機仿真技術在工程陶瓷技術中運用的特點和意義

3.1計算機仿真技術在工程陶瓷技術中運用特點

由于在工程陶瓷制造中使用了計算機仿真技術，可以快速的對于比較和分析多種工程陶瓷制作方案，大量的設計時間以及人力物力都可以因此被節省下來，所以計算機仿真技術在工程陶瓷加工方面占有十分重要的作用。利用計算機可以進行快速計算的特點，計算機仿真技術在較短的時間內模擬出若干個可操作的工程制造方案，并且還可以以此為基礎，解決工程陶瓷加工中遇到的問題，并且拿出對應的解決方案，從而使得工程陶瓷可以被快速有效的加工出來，為高效率的工程陶瓷制作打下堅實的基礎。同時，運用計算機模擬仿真技術僅僅需要使用計算機軟件就可以完成工程陶瓷的工藝設計及模擬實驗，同樣一個軟件編程可以用來重復計算與模擬實驗，這是實際中的物理實體模型無法比擬的，使用計算機仿真技術可以在工程陶瓷技術制作中降低經濟投入，使得陶瓷工程項目的投入成本得到了有效的控制。最后，使用計算機仿真模擬技術得到的工程陶瓷制造方案，比使用傳統方法設計出來的方案更具可靠性，通過計算機精密計算與分析相關的數據，能夠成功建立仿真模型，且能夠提前分析各種內外因素對工程陶瓷制作工藝的影響，使工程陶瓷的制造可以提前預防及避免可能遇到的風險。由此可見，計算機仿真技術在工程陶瓷技術中的應用范圍極其廣泛，可以發揮至關重要的作用，其強大的作用與實力是其他模擬技術無法比擬的。

3.2計算機仿真技術在工程陶瓷技術中運用的意義

首先，有效提高了工程陶瓷加工的工作效率。當前社會的發展趨勢就是計算機仿真加工設備替代了傳統的加工設備，目前來看，工程陶瓷加工是一個非常復雜的過程，而且對工人的操作技術也提出了較高的要求，一旦操作失誤就會造成嚴重的后果，運用計算機仿真技術可以很好的避免失誤，從而保證了工程陶瓷加工的準確率。

其次，有效避免出現失誤，提高工程陶瓷的加工的準確度。計算機仿真技術在工程陶瓷加工中的應用，在正式的加工工藝實施之前可以通過計算機反復的模擬訓練，通過計算機模型的仿真，能夠有效地檢查出刀工程陶瓷成型正確與否，也能夠檢查出來燒結和機械加工的工序是否正確，所以，模擬仿真技術提高了陶瓷加工的準確度。

最后，有效地保護陶瓷加工設備的延長使用壽命。通過虛擬仿真技術進行制作工藝的演示，能夠有效地避免實際加工操作失誤給陶瓷產品造成的損害，從而有效地延長了加工設備的使用壽命，提高了工程陶瓷加工企業的經濟效益。

4計算機仿真技術在工程陶瓷技術中的運用

4.1計算機仿真技術在工程陶瓷技術中運用的流程

第一，設計建立仿真加工系統。工程陶瓷計算機仿真加工系統的構建是建立在加工設備和與之相對應信息的基礎上的，而且在具體的運用中還要能夠根據實際加工系統的變化進行調整和維護。這個虛擬仿真加工系統的構建是建立在計算機動態加工軟件基礎上的，構建了陶瓷的部件和工件的模型，然后加工組裝成模擬仿真加工設備系統，再利用CAD或者是CAM的數控編程功能生成模型，這樣虛擬仿真加工的模型和信息的準備已經可以提前完成；第二，虛擬仿真加工系統的加工設備建模。這是計算機仿真加工工程陶瓷系統的關鍵模型，也是實際加工設備在虛擬仿真條件下生成的數字化的模型，具體包括了工程陶瓷產品加工設備的幾何模型和運動模型，其中幾何模型就是用CAD系統設計出來的，幾何模型的構建就是根據實際陶瓷產品的尺寸、大小建模，然后把設備裝配起來，形成虛擬的加工設備；運動模型是數控程序下可以進行調整的模型；第三，虛擬仿真加工功能的實現。在建立了數加工設備的模型之后，就要把計算機的仿真加工的功能使用出來，首先要檢查計算機仿真加工程序，確立它們各自的翻譯模塊，然后檢查運動仿真和道具的功能，同時要保證加工工藝符合標準。

4.2 陶瓷燒結過程顯徽組織的模擬

納米材料處于原子和分子的微觀與宏觀之間，具有小尺寸、復雜結構、高集成度和強相互作用的優點，其電、磁、光、熱、力、化學性能全面優于傳統材料，應用前景極為廣闊，因此在工程陶瓷加工中也得到了廣泛的運用，在計算機模擬技術和計算機材料科學飛速發展的背景下，在介觀尺度和宏觀尺度上陶瓷燒結的模型化和數值模擬已經是大勢所趨。陶瓷順粒顯微組織的計算機仿真模擬主要體現在以下幾個方面：（1）計算機模擬陶瓷燒結時晶粒生長；（2）計算機模擬顯微組織致密化的計算機;（3）計算機模擬納米顆粒合成;（4）計算機模擬陶瓷顆粒與接觸面的熱相互作用。其中，對介觀尺度燒結顯微組織演化進行模擬，對于陶瓷燒結的性能預測最為關鍵。

4.3陶瓷燒結過程的演示設計

陶瓷的燒結結果受到了多方因素的影響，其中陶瓷的坯體材料、形狀、厚度、含水量等都是影響燒結效果的重要因素。調節坯體的溫度場可以對上述因素進行很好的調整。這就要求我們用計算機仿真技術模擬陶瓷坯體燒結過程溫度場數值模擬，在陶瓷生產數值模擬中具有舉足輕重的地位。具體來說，我們針對工程陶瓷的加工燒制特點以及技術特性，可以運用計算機建立仿真演示模塊，具體可以用來演示陶瓷燒制過程中的各種影響因素的數據采集、信息查檢，并在三維施工模型上進行動態管理。該演示系統的主要功能是通過上述四個模塊來實施的。借助這些仿真模塊，可以對陶瓷燒制過程中的升溫速度、冷卻速度、最高止火溫度和保濕時間進行仿真和模擬。可以建立有效的模型三維顯示，以便于對相關的細節進行分析與討論，通過信息查詢與檢索的模塊，可以對三維模型圖中點擊某一處進行詳細的查詢，查詢需要的各種信息，用于調查與研究，基于三維模塊，可以有效地將施工場地以陶瓷的三維圖形在屏幕之中動態的演示，同時將各種需要的厚度、材料、形狀、厚度、含水量全部顯示在大屏幕下方的信息框當中，并及時的調整和更新，在應用模型模塊，可以建立人機互動的界面，提高用戶與仿真虛擬的交互體驗，使得用戶使用計算機仿真取得更好的效果。

5結 語

綜上所述，計算機仿真技術在工程陶瓷技術中的廣泛應用有效地提高了陶瓷加工的工作效率，顯著提升了陶瓷制品的質量，對計算機仿真技術的廣泛應用起到了促進的作用。這要求我們在工程陶瓷燒制過程中充分運用虛擬仿真技術，必規范有序的開展各項工作，確保該技術的優勢充分發揮出來，全面提高我國工程陶瓷制作水平。

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