仿真技术在机械设计制造中的应用 研究

孔令宁

（新乡职业技术学院，河南 新乡 453000）

与其他技术相比，仿真技术具有较强的综合性，也涵盖许多计算机技术。仿真技术中包含的计算机技术能够展现出虚拟化的效果，还能够明显缩减成本，提升机械设计制造水平，推动计算机技术的快速发展，真正实现我国机械制造行业的可持续发展。

1 概述仿真技术与机械设计制造

1.1 仿真技术

仿真技术具有较强的便利性，在社会多个行业和领域中应用广泛。仿真技术在实际运行中包含多个应用工具，依据工具的不同性质能够将其划分为硬件和软件。仿真硬件是以计算机为主，多种计算机都包含在内，比如数字计算机、模拟计算机等[1]。不只是计算机，还有很多物理仿真器也是仿真硬件的重要组成部分，比如目标仿真器、运动仿真器等。而仿真软件包括很多部分，主要有仿真语言、数据库等。在应用仿真技术时，为了构建目标系统模型，往往会采取有效的实验策略，如离散事件系统仿真、连续系统仿真等。在先进的信息技术的大力支持下，很多行业都开始应用仿真技术，包括航空航天行业、化工行业等。目前，通过合理应用仿真技术，可以减少机械加工制造行业在研发与制造硬件中所花费的时间及资金，为机械加工制造企业创造更多的经济效益。

1.2 机械设计制造

机械设计制造和仿真技术有很多相同之处，都相当复杂。机械设计制造也必须得到不同学科和不同技术的大力支持，比如电子工程以及机械自动化等。科技的日益进步，为机械设计制造的稳定发展打下了良好的基础。传统机械设计对象以设备零件和工业器械等为主，在进行制造前必须构建模型，还要进行多个科学实验以保证模型的合理性。目前，我国机械加工制造行业以信息技术以及其他技术为基础，在朝着自动化的方向不断发展。

2 仿真技术在机械设计制造中应用的重要优势

2.1 减少制造成本

在产品研究和开发中，企业必须投入很多资金以及人力，以满足工作的全方位推进。利用仿真技术能够建立二维模型和三维模型，对机械设计制造的全过程进行模拟。仿真技术还可以利用计算机完成烦琐复杂的工作，使工作人员从沉重的工作中彻底解脱出来。并且，机械模式建构也能够通过计算机来真正实现。合理应用仿真技术可以减少实体模型的建造成本，提高产品研究和开发水平，加快产品研究和开发速度，减少设计制造成本。

2.2 精准分析数据

近年来，在我国社会各行各业发展速度不断加快的背景下，机械产品越来越复杂，也越来越精密，对机械设计的复杂化以及多元化等提出了更高的要求，也给机械设计的数据处理带来了很大的难度。在机械设计制造过程中，设计人员必须分析大量数据，一旦出现错误，就会降低产品性能。而仿真技术可以对大量数据进行精准合理的分析，降低设计难度，帮助设计人员设计出完善且全面的设计方案。

2.3 完善设计方案

在传统的机械设计制造中，制定设计制造方案的过程相当复杂，需要人工分析数据，这样既浪费时间和精力，又很难获得合理的设计方案。并且不能将每个细节精细化，不能全面分析每个过程，易导致产品质量降低，产品性能减弱[2]。而若将仿真技术科学地应用于机械设计制造中，设计人员就能够利用计算机来整合和分析数据，构建产品的三维模型，设计流程非常便捷，还可以对比分析不同的设计方案，选择最佳、最适合的设计方案。

3 仿真技术在机械设计制造中的具体应用

3.1 在齿轮设计中的应用

齿轮是机械设备中必不可少的构成部分之一。许多机械设备的传动部分需要保证齿轮的稳定运行和高效配合，才可以真正实现传动目标。换言之，齿轮的设计、制造以及应用，直接影响机械设计制造的总体。通过合理应用仿真技术，可以利用仿真模拟对机械设计过程中齿轮的配合效果进行检查，结合对机械作用的实际需求来不断优化设计方案。当前的仿真技术可以用于齿轮端面模型设计和仿真操作，从各个层面、各个角度来准确判断齿轮是否具备有效性。此外，在机械设计制造的齿轮设计中应用仿真技术，也能借助计算机设备对圆弧针齿运行轨迹进行准确计算，以实现仿真模拟齿轮运行的根本目标（如图1 所示）。认真挖掘且全面发挥仿真技术在机械齿轮设计制造中的重要作用，可以显著提高机械齿轮质量，为促进机械加工制造行业的稳定发展打下良好的基础。

图1 仿真技术在齿轮中应用

3.2 在机械结构设计中的应用

当前，机械制造行业普遍应用仿真技术，主要包括结构设计、齿轮设计等。机械制造过程最为关键的是让机械结构的所有部件在内部正常运行。利用仿真技术在机械运行前对其运行内容进行模拟优化实验，调试与完善所有运行过程，以更好地完善结构设计，使机械结构更加精准[3]。大规模机械设计与制造过程需要重视不同零碎件之间的有效衔接与相互配合，如果出现偏差，就会导致机械故障，对于机械制造行业来说，这是难以攻克的重大难题。但是计算机仿真技术能够在机械安装前展开模拟实验，模拟机械设计制造过程，有利于充分了解机械内部不同构件之间的衔接准确度和结合过程。仿真技术的模拟性能够充分展现机械内部的整体构造，帮助人们发现不同构件之间彼此碰撞和组合可能缺乏合理性等问题，然后进行模拟调整与完善，这样可以显著提升设计人员的检测水平，帮助他们更快做好自身的工作。

3.3 在数值计算中的应用

在机械设计制造领域中广泛应用计算机技术，能够使复杂数据的计算具有更高的可行性和准确性。在数值计算中应用计算机技术，要基于计算机技术中编程的发展[4]。就机械制造行业而言，必须保证准确度，它对机械制造质量有着极其重要的影响，一旦出现误差，就会导致机械出现磨损的情况，进而导致机械的使用期限缩短。计算机仿真技术可以利用既定的程序语言对复杂数据实施简洁运算，这样除了可以明显降低人工成本，也可以使计算结果的误差尽量控制在最小值，提高计算结果的准确性。

3.4 在机械加工设计中的应用

对于机械设备而言，加工是主要内容，加工质量的优劣直接关乎机械设备后期是否可以正常运行。在该情况下，应用仿真技术来加工，可以加强机械性能，提升机械质量，特别是在比较复杂的机械加工过程中，应用仿真技术可以提升加工水平。例如将仿真技术应用在机械数控加工中，借助程序编写零部件，将其转变成图形信息，再结合图形的实际情况进行加工。在切削加工中，也可以应用仿真技术来建模处理，利用仿真模型可以预测各个切削时间的机械质量以及机械性能，进而完善切削步骤，使加工质量得到大幅提升[5]。在仿真技术日益发展的背景下，今后的机械加工过程可以逐步完善加工方法，提升加工精度，加强机械设备的实际性能。特别是在大规模的机械设备加工设计中，由于有相当多的零部件，加工周期很长，但通过合理应用仿真技术，可以减少加工时间或者避免返工的情况出现，保证加工质量。

4 仿真技术在机械加工制造行业中的发展前景

计算机技术的迅速发展，带动着仿真技术高速发展。尤其是一些仿真硬件，已经凸显出数字化仿真运算趋势，具体表现在利用超小型机和外围处理器来相互配合，对一些大型机械系统进行仿真模拟以及操作。就仿真软件来讲，今后仿真技术将与人工智能技术相结合，软件系统将具有更高的精确性以及全面性。通过合理应用虚拟现实技术以及仿真技术，今后机械加工制造行业的发展方向势必侧重于虚拟制造。简单来说，虚拟制造是指利用先进的技术，在计算机上进行产品设计以及产品制造，仿真对象不再仅仅是机械设备，而是逐渐延伸到机械加工制造全过程，可以对生产资源进行合理调配，显著提升生产管理水平[6]。此外，有利于减少机械设备加工制造周期、加强成本控制以及提高制造水平，为今后我国加工制造企业经济的稳定发展打下了良好的基础。

5 结语

总而言之，在机械加工制造中科学地应用仿真技术，将活力源源不断地注入企业发展中，可以真正满足行业自动化以及智能化的实际发展需求。相对于以往的研发方法，仿真技术能够将机械系统研发中的许多复杂问题有效解决，减少机械设备设计和研发的周期，推动机械加工行业经济迅速发展。技术人员必须与时俱进，及时了解仿真技术的最新信息，并在机械系统设备的研发中科学地应用。仿真技术除了可以使机械加工制造行业的产品效率得到显著提高，也可以进一步促进行业稳定发展。