仿真技術(shù)在機械設計制造過(guò)程中的應用

仿真技術(shù)需要基于計算機技術(shù)基礎，通過(guò)應用多種科學(xué)理論解決隨機問(wèn)題。而早期的計算機仿真技術(shù)，則是通過(guò)隨機數來(lái)求解隨機問(wèn)題。近年來(lái)，仿真技術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域之間的融合越來(lái)越密切，也對工業(yè)發(fā)展起到很大的促進(jìn)作用。因此對仿真技術(shù)進(jìn)行研究，能夠為機械設計和創(chuàng )造提供更有效的理論依據。
1 計算機仿真技術(shù)在機械制造行業(yè)的特征
1）應用范圍特征。仿真技術(shù)在機械設計制造當中的應用，有著(zhù)鮮明的特征體現，從產(chǎn)品設計到制造和測試維護的整個(gè)過(guò)程中，仿真技術(shù)都能貫穿始終。在機械產(chǎn)品的概念設計以及詳細設計和加工制造等環(huán)節，仿真技術(shù)都能發(fā)揮積極的作用。仿真技術(shù)在實(shí)際應用中，其范圍上得到了迅速擴大，在仿真對象和目的上其研究制造對象動(dòng)力學(xué)以及運動(dòng)學(xué)特性，已經(jīng)向著(zhù)研究制造系統設計運行方向發(fā)展，在庫存管理以及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程組織等層面都有所涉及。
2）集成化特征。機械設計制造過(guò)程中仿真技術(shù)的應用，在集成化特征層面表現的比較突出，也就是對仿真技術(shù)的綜合性應用，能有效形成可運行的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)以及制造環(huán)境。在仿真的類(lèi)型上是多樣化的，有著(zhù)面向產(chǎn)品以及制造工藝和生產(chǎn)管理等部分的仿真。這些部分在對仿真技術(shù)的應用上都得到了綜合性體現。
3）分布性特征。仿真技術(shù)的應用在與網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的結合下，對仿真的分布性特征比較顯著(zhù)。這是通過(guò)制造分布所決定的，由敏捷制造以及虛擬網(wǎng)絡(luò )的支持而實(shí)現的。仿真技術(shù)的應用和傳感器以及圖形技術(shù)的結合應用特征也比較突出，這就對仿真技術(shù)的交互性得到了加強。
2 計算機仿真的實(shí)現
計算機仿真技術(shù)的順利實(shí)施，需要建立一個(gè)既符合要求又可以呈現客體實(shí)質(zhì)的數學(xué)模型。在建立模型的過(guò)程中，一定要保證建模的度，數學(xué)模型一旦建立起來(lái)，建模的度將直接關(guān)系著(zhù)計算機仿真的精度。
計算機仿真主要分成以下幾個(gè)步驟：
1）模型的創(chuàng )建。面對需要研究的問(wèn)題，首先需要抽象出一個(gè)可以實(shí)現有效仿真的可靠系統，并對仿真系統加上邊界條件和約束條件。然后，運用相關(guān)的知識將準確的架構用數學(xué)表達式進(jìn)行闡述。數學(xué)模型按照和時(shí)間的關(guān)系分成動(dòng)態(tài)模型和靜態(tài)模型，動(dòng)態(tài)模型由連續性時(shí)間、離散時(shí)間以及混合時(shí)間組成。模型按照狀態(tài)的變化和方式分成連續性和離散型模型。
2）模型的變換。模型變換是指利用計算機來(lái)將抽象的數學(xué)表達式轉化為計算機能夠處理的形式，因此對計算機的算法和計算機的語(yǔ)言提出了較高的要求。這就涉及到計算機仿真的關(guān)鍵步驟- 仿真模型的建立。要想順利實(shí)現這個(gè)過(guò)程，首先需要研發(fā)出一套屬于自身的新系統，當然也可以使用市面上已經(jīng)存在的仿真軟件來(lái)實(shí)施仿真。
3）模型的實(shí)驗。將創(chuàng )建好的仿真模型輸入到計算機中，通過(guò)計算機處理就可以得到仿真結果。這就構成一整套仿真實(shí)驗。由于仿真是由實(shí)現的設計方案來(lái)實(shí)施的，因此后續仿真是一件非常簡(jiǎn)單的工作，但事實(shí)上，還需要對仿真結果的可靠性進(jìn)行檢驗。
3 仿真技術(shù)在齒輪設計研究中的應用
齒輪是機械裝備的主要零部件，因此對其進(jìn)行仿真研究具有十分重要的意義。在操作過(guò)程中可以使用Visual Lisp 語(yǔ)言來(lái)實(shí)現集合角度以及對齒輪齒形的建模進(jìn)行仿真，還可以實(shí)現對圓弧齒行星的仿真，利用計算來(lái)仿真接觸點(diǎn)的相關(guān)參數以及對齒輪研發(fā)設計中的齒輪泵的仿真。
4 仿真技術(shù)在機械結構件設計方面的應用
機械產(chǎn)品需要大量的機械零部件進(jìn)行組裝，在對新產(chǎn)品進(jìn)行研發(fā)的過(guò)程中，這些零部件首先需要完成預先的動(dòng)作，檢查結構和結構之間連接的恰當性，探討以更高的設計方式來(lái)滿(mǎn)足不同機構間的干涉部位，使其更加滿(mǎn)足設計標準。一般在一些大型的三維設計軟件中都有一個(gè)運動(dòng)仿真模塊，以便其可以能更好地模擬機械結構的運動(dòng)，這也是現在常用的操作軟件。這種軟件能夠自主添加運動(dòng)發(fā)生器、彈簧等，因此設計人員僅僅靠運動(dòng)機構的檢查就可以驗證仿真度。
5 仿真技術(shù)在復雜數值計算分析方面的應用
隨著(zhù)計算機技術(shù)在機械工程上的應用范圍越來(lái)越廣，以往很多棘手的問(wèn)題都可以通過(guò)計算機仿真來(lái)進(jìn)行處理。計算機仿真還能使機械計算更加簡(jiǎn)單化、層次化，節約計算時(shí)間，避免在操作過(guò)程中的重復操作，提高計算的準確度。機械產(chǎn)品的基本研發(fā)過(guò)程是“概念設計階段- 初步設計階段- 詳細階段- 模擬實(shí)驗階段- 更改修正階段- 再次修改階段”，直到滿(mǎn)足終的產(chǎn)品要求。對機械產(chǎn)品進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，能夠有效縮短設計時(shí)間，減少材料的浪費，及時(shí)了解產(chǎn)品結構的強度應力以及剛度等參數，根據計算來(lái)獲得機械出現疲勞失效的風(fēng)險因素以及其存在的潛在問(wèn)題。
6 仿真技術(shù)在復雜機械加工研究方面的應用
機械加工是計算機操作和制造的生產(chǎn)技術(shù)，利用計算機來(lái)發(fā)現深層次機理，力求為機械加工提供有效的理論依據。在數控加工過(guò)程中，可以利用計算機技術(shù)來(lái)完成數據模塊的加工，并用生成的圖形數據信息轉換為相應的控制指令，以及設置相關(guān)的加工參數。在磨削加工操作上，數學(xué)模型的建立是以時(shí)間軸為變化單位來(lái)設置的，以對磨削的行為和指令進(jìn)行預先評測，通過(guò)計算機仿真得到終的磨削方案同時(shí)也是磨削過(guò)程中實(shí)現自動(dòng)化、虛擬化加工的必要前提。在銑削加工上，可以先建立銑切削的相關(guān)模型，并利用通用軟化來(lái)對銑切削的機理和條件進(jìn)行仿真。在電火花切割方面，應建立加工曲面的計算機仿真模型，以便對電火花加工工藝的效果進(jìn)行預估。
7 結語(yǔ)
隨著(zhù)我國科學(xué)技術(shù)的廣泛應用，在機械設計制造的發(fā)展過(guò)程中，對于整體設計和制造業(yè)的要求越來(lái)越高。仿真技術(shù)和機械制造的大范圍結合，為我國機械制造帶來(lái)了一線(xiàn)生機，同時(shí)也為可持續發(fā)展打下了堅實(shí)的基礎。