仿真技术在机械设计制造过程中的应用

吴昊斐

(武汉智能装备工业技术研究院有限公司，湖北 武汉 430000)

1 机械制造技术和仿真技术简要说明

1.1 仿真技术基本信息说明

仿真技术的便利性使其在多个行业领域中得到了广泛地应用，当前仿真技术运行过程中主要应用的工具有很多，根据工具的性质可以分为硬件与软件2大方面。仿真硬件指导的主要是计算机，包含数字计算机、模拟计算机等多种计算机在内。除计算机外，以目标仿真器、运动仿真器为代表的物理仿真器也属于仿真硬件的组成部分。而运动软件则是指仿真语言、程序和数据库在内等多个部分，构建起仿真技术的软件系统。实际应用仿真技术的过程中，想要完成目标系统模型的建立，通常还会增加必要的实验措施。主要的实验措施以离散事件系统仿真和连续系统仿真为代表，在越发成熟完善的信息技术支持下，仿真技术在电力、航空航天、化工和机械制造等多个行业中崭露头角。现阶段仿真技术的应用，能够有效地降低机械加工指导行业在硬件研发和制造方面的时间与资金消耗，同时也为机械加工制造企业带来了可观的收入。

1.2 机械制造与设计

机械的设计与制造与仿真技术的共同之处在于二者都有着较强的复杂性，机械的设计与制造同样需要包括机械自动化、电子工程、数字化设计等多方面学科和技术的支持。除上述几个方面之外，机械制造技术、控制工程、工程材料和工程力学等；理论知识也是机械设计制造必须要掌握的内容。不断发展的科学技术对机械设计与制造的发展提供了助力，传统的机械设计制造主要对象是工业器械、设备零件等。制造前需要建立出制造模型，并通过大量的科学实验确保模型的科学性，现阶段国内的机械加工制造行业正在仿真技术和其它先进技术的推动下逐步实现自动化的转型。

2 仿真技术作用特点分析

2.1 作用范围广泛

仿真技术自出现开始就呈现出了高速发展的趋势，现如今已经在众多行业领域中发挥了重要作用。而在机械设计制造中的应用，则涵盖了机械产品从设计到制造再到最终测试的全过程。广泛的应用范围是仿真技术能够在机械设计制造过程中影响重大的关键特点之一，对产品质量、制造效率和技术水平都有着积极的影响，确保最终出厂产品能够更好地满足市场对质量的需求。现阶段的仿真技术应用范围还在扩大，更加强调仿真对象和目的的明确，实现在研究制造系统中的有效应用。

2.2 集成化属性

仿真技术在机械加工制造行业中的应用同时也呈现出了明显的集成化属性。仿真技术本身是多种技术的综合呈现，具有较高的复杂性，其实能够模拟不同类型产品和不同种类的制造工业。集成化的属性也使得仿真技术在机械加工制造中能够发挥更重要的作用，对机械加工制造行业的发展有着积极的意义。

2.3 分布特性

在网络技术和计算机技术的扶持下，仿真技术的分布特性得到了进一步地扩大。分析仿真技术的运行过程不难看到，仿真技术作用的发挥需要虚拟网络和制造的支持，运行过程中还需要配合理论与图形。分布特性强化了仿真技术在机械设计加工中的影响，更好地保障设备的质量。

3 具体应用探究

3.1 在机械结构设计中的作用

本文研究的机械系统实际上是机械结构的结合体，系统的运行需要多个系统的正常运行与和谐配合，确保机械系统能够发挥预期的作用。基于机械系统的实际作用需求，在设计阶段就要借助仿真技术的作用，对设备设计模型进行试验、调整和完善。这个过程中还包括着众多环节，最为关键的就是方案的建立和科学性的验证，通过调整设计方案确保设备零件搭配的合理性，确保不同零件能够在合适的位置上发挥作用。研究当下仿真技术在机械加工设计中的应用，其运动仿真设计功能对于机械结构的设计有着良好的辅助作用。尤其是部分大型三维设计软件的应用，配合运动仿真设计，能够更快捷高效地完成目标设备的设计和调试。

3.2 在齿轮设计中的作用

在机械设备中最不可忽视的一个组成部分就是齿轮和相关产品。大多数机械设备的传动部分，必须要齿轮的配合与正常运行才能够达到传动目标。也就是说，齿轮的设计、制造和应用在机械设计制造的整体中有着不可忽视的重要影响。仿真技术的引进和应用，能够借助虚拟模拟的形式检查机械设计中齿轮设计实际配合效果，根据机械作用需求对设计方案进行调整和完善。现有的仿真技术已经可以支持齿轮端面模型的设计及仿真操作，从不同层面对齿轮的有效性进行判断。除此之外，仿真技术在机械设计和制造中齿轮方面的应用，还可以通过使用计算机设备来计算圆弧针齿运行轨迹，进而达到仿真模拟齿轮运行及作用的目标。仿真技术还可以支持齿轮传动接触点参与的研究和分析。挖掘并充分发挥缝针技术在机械齿轮设计和制造中的价值，对于机械齿轮性能、质量的提升有着积极的意义，对机械加工制造行业的可持续发展也有着积极的意义。

3.3 在加工研究中的作用

仿真技术在机械设备的设计阶段和制造阶段中的重要作用已经在上文进行了详细地表述，鉴于其作用技术人员也在这一方面投入了大量的精力进行研究。根据待设计机械设备类型的不同，有针对性地选择仿真技术，能够强化技术人员对仿真技术运行原理和机械设计的认识，对机械加工阶段产品性能和质量提升也有着正面的影响。特备是面对复杂机械设备的设计和加工时，仿真技术选择的合理性影响也将更为显著。

3.4 辅助复杂数据的计算

以仿真技术为代表的一系列计算机技术在当前的机械加工设计制造中都发挥着重要的作用，缺少计算机技术辅助的机械设计在面对复杂问题时往往会受到较大的限制。通过仿真技术和计算机技术的辅助，复杂问题和数据的计算将会得到大幅度地简化，降低计算的难度，节省设计和研发的时间，计算结果的精准性也会得到有效地提升。特别是新产品的设计和研发阶段，仿真技术能够发挥的优势也更为显著，经过一系列的设计与实验之后，确保产品的指标能够满足设备的运行需求。仿真技术在新产品研发中的应用，大幅度降低了实验阶段对各种材料的损耗，也缓解了加工制造企业研发压力。配合动力学模型使用仿真技术，能够全面获取产品结构强度、刚度、热态特性等多方面的数据。配合计算机技术的计算和分析，可以有效地规避部分可能出现的机械运行风险、安全隐患等。

4 仿真技术在机械加工制造行业发展前景探析

仿真技术在计算机技术的支持下始终呈现快速的发展趋势，其中仿真硬件已经出现了数值化仿真运算的发展方向。主要表现在通过外围处理器与超小型机的配合，实现复杂的或者是大型机械系统的仿真模拟与操作。而在仿真软件角度，未来的仿真技术会与人工智能技术进一步融合，软件系统将会更加全面、完善、精确、便捷。通过对仿真技术和虚拟现实技术的应用，机械加工制造行业未来的发展方面必然会向虚拟制造的方向靠拢。所谓虚拟制造就是借助技术的方式，在计算机上完成产品从设计到指导的整体流程，仿真的对象从机械设备扩大到整个机械加工制造的过程，能够有效地调配生产资源，提高生产管理的效果。同时还有助于机械设备加工制造周期的压缩、成本控制和制造效率的提升，对未来加工制造企业的经济发展有着重要的意义。

5 总结

仿真设计在机械加工制造行业中的应用，给行业的发展带来了新的活力，更好地满足行业智能化、自动化的发展需求。相比于传统的研发方式，仿真设计能够更好地应对机械系统研发过程中的复杂问题，有效地压缩机械设备从设计到研发的周期，为机械加工行业创造巨大的经济收益。技术人员需要紧跟技术的发展步伐，及时掌握仿真技术的最新动态并将其合理地应用在机械系统和设备的研发过程中。仿真技术不仅能够提升机械加工制造行业的产品质量和效率，对于行业健康可持续发展的建立也有着积极的意义，还需要技术人员更深入地开发和研究。