仿真技术在机械设计制造中的优势及具体应用探讨

王益强 宋艳来

1.山东青岛农业大学后勤保障处 山东 青岛 266109

2.山东青岛农业大学基建处 山东 青岛 266109

前言

作为一种虚拟样机技术，仿真技术是以计算机为载体，利用专门的软件建立模型，然后以不同动态数据和钥匙进行分析，降低制造出现失误的几率，从而实现时间、成本的有效节约，并且显著提高设备的安全性和稳定性。为了更多发挥出这项技术的作用，对其展开深入探讨，具有一定的现实意义。

一、机械设计制造中仿真技术具有的优势

(一)改良设计制造方案。传统机械设计多依靠人工，此种模式难以取得理想的设计效率，并且，许多企业为了缩短设计周期、节约成本，制定的机械产品设计方案较少，同时普遍存在方案三维立体效果差、产品细节设计不到位等情况，且不能及时发现和解决一些设计问题。设计人员通过应用仿真技术，能利用仿真系统间大量基础性设计完成，导入相关数据内容、产品设计思路明确，且能在短时间内完成机械产品设计方案的编制，对比分析多套产品设计方案，拓宽设计思路，有效处理各项设计细节[1]。此外，在仿真过程中能对产品的性能缺陷和质量做真实反应，有着较为理想的三维设计效果。

(二)提升数据分析精度和效率。仿真技术能够辅助人工完成数据运算分析及采集等工作，使众多的数据在短时间内得到有效处理，进而使机械产品设计更具效率，同时，避免人为因素影响到机械设计质量，使机械产品个性化设计制造需求得到更好满足。另外，在机械产品数据处理量越大、结构越加复杂的情况，也将愈加凸显仿真技术在复杂数值计算方面的价值。

(三)节约设计成本。现如今，机械产品呈现出结构小型化、精密化、复杂化的趋势，这就要求企业组建一支专业庞大的设计团队，但依托传统设计模式机械设计成本和人工成本都较高。例如非标自动化设备，此类设备没有统一标准，需要设计人员多次进行基础性设计工作，比如设定设计参数、计算复杂数值等，如此则会延长产品设计周期，使设计成本进一步提升。而通过应用仿真技术，则能帮助设计人员将大量基础工作在短时间内完成，比如调整标准、计算数值、采集信息等[2]。此外，通过应用该技术能够结合工作需求进行二维或三维模型地建立，以仿真模型代替实体模型，如此一来既节约了物料成本，又精简了设计团队，最大程度降低机械设计和人工总成本。

二、仿真技术在机械设计制造中的具体应用

(一)结构设计中的应用。在设计机械的过程中会用到许多的制造系统，而每个系统又是由多种结构组成，并且，为了及时发现成品存在的遗漏点，都需要相关人员对设计出的最终成品进行建模，然后着手优化机械制造系统中的结构。目前部分仿真软件，能够对构成设备的各部件做虚拟接合，然后在虚拟界面直观反映出设备构建的组合情况。如此一来，则能较大程度避免构件组合出现互相碰撞或是缺乏科学性等情况，使设备构件组合得到不断优化。

(二)装备设计中的应用。在机械设备设计中齿轮设计是十分关键的部分，而借助仿真技术我们能够更好地完成齿轮设计。首先，通过此技术可以对齿轮的行动轨迹做仿真模拟；其次，能对齿轮端面做全面评估；三是，可对齿轮的传动接触点进行阐述研究。完成上述步骤后，我们可从多个角度观察齿轮的具体情况，从而得到想要的结果，以免齿轮影响到机械设备的性能。比如，应用仿真技术展开齿轮设计，能够有效检测齿轮的性能，保证齿轮可以具有更良好的性能，使机械设备质量得以提升。

(三)加工设计中的应用。生产出所需功能的机械设备，是机械设计制造的根本目的，从机械设计到成品的制造期间历经的步骤有很多，且较为复杂，特别是在设计大型机械的时候会有着更严苛的要求，为了降低此过程的复杂程度，我们可利用仿真技术。例如，在生产数控机床的时候，我们可先借助仿真技术对零部件运行情况进行模拟，在获得模拟的相关数据后，再运用设备完成加工，如此能使产品的合格率及加工精度得到有效提升，使机床加工能力得到较大程度改善[3]。又或是，在切削加工中应用仿真技术进行模型构建，预测产品在不同加工情况下的状态，进而选出最优的方案。

(四)辅助复杂数据的计算。在如今机械加工设计制造领域中，以仿真技术为代表的一系列计算机技术扮演着愈加重要的角色，机械设计缺少计算机技术辅助，在遇到复杂问题的时候将会面临重重阻碍。依托计算机技术与仿真技术的良好辅助，则能够很大程度简化复杂问题及数据的计算，更快捷、高效完成计算工作，使设计与研发的时间得以缩短。尤其是在设计与研发新产品的时候，更能凸显出仿真技术的优势，经过一系列实验和设计后，保证产品指标能与设备运行需求相符合。在新产品研发过程中应用仿真技术，能使实验阶段中各种材料的消耗情况得到大大减少，且也有助于加工制造企业研发压力的缓解。同时，仿真技术与动力学模型配合使用，可以对产品多方面数据做全面获取，如结构的刚度、强度及热态特性等，又或是配合计算机的分析与计算，能够使一些可能出现的机械安全隐患和运行风险等得到良好规避。

结语

总之，仿真技术不会因地区与环境的改变而出现改变，将仿真技术合理应用到机械设计制造领域，能够使传统机械设计制造模式存在诸多难题得到有效解决，节约制造成本，改善工作情况，使行业获得更为广阔的发展前景。文章重点从结构设计、装备设计、加工设计及复杂数据计算等层面探讨了仿真技术，希望能一定丰富该领域研究，为相关人员提供一定参考，从而推动我国机械设计制造行业稳定发展。