曾廣會(huì)，張軍

（海軍潛艇學(xué)院，山東 青島 266044）

1 仿真技術(shù)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的快速發(fā)展，很多新興技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。仿真技術(shù)是一項(xiàng)綜合性極強(qiáng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，其中包含各種各樣的計(jì)算機(jī)技術(shù)。豐富的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于仿真技術(shù)中，達(dá)到呈現(xiàn)虛擬效果的目的。正因此，仿真技術(shù)的快速發(fā)展必然會(huì)帶動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，進(jìn)而推動(dòng)社會(huì)技術(shù)的快速發(fā)展。機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)是我國(guó)一個(gè)傳統(tǒng)的行業(yè)，機(jī)械設(shè)計(jì)制造的水平亦能代表我國(guó)工業(yè)化的程度。傳統(tǒng)行業(yè)更需要新型技術(shù)的帶動(dòng)，仿真技術(shù)的發(fā)展無(wú)疑會(huì)推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造的發(fā)展。因此，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的情況下，分析當(dāng)前情況下仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用情況，探究仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)機(jī)械制造業(yè)以及工業(yè)化的發(fā)展有著重要的意義。

仿真技術(shù)的工具主要有仿真硬件和仿真軟件。仿真硬件絕大部分是計(jì)算機(jī)，其中有數(shù)字計(jì)算機(jī)、模擬計(jì)算機(jī)、目標(biāo)仿真器、運(yùn)動(dòng)仿真器等。后2項(xiàng)都屬于物理仿真器范疇。仿真軟件包括數(shù)據(jù)庫(kù)、仿真程序、仿真語(yǔ)言等，是構(gòu)成仿真軟件系統(tǒng)的重要部分。仿真技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用需要多種方式方法，主要為連續(xù)系統(tǒng)仿真以及離散系統(tǒng)仿真。仿真技術(shù)可在能源、動(dòng)力、化工等相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用只是一個(gè)方面。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中融入仿真技術(shù)，可大幅度降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度、操作更加安全、計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確、軟硬件的研發(fā)費(fèi)用也可大大降低，研發(fā)投入時(shí)間上亦減少，有利于機(jī)械設(shè)計(jì)制造效率的提高。仿真技術(shù)的加入使得機(jī)械設(shè)計(jì)制造的經(jīng)濟(jì)效益更可觀。

機(jī)械設(shè)計(jì)制造涉及電子工程技術(shù)、機(jī)械自動(dòng)化等方面的內(nèi)容，同時(shí)也包括多種學(xué)科理論，如控制工程學(xué)科、工程力學(xué)學(xué)科、工程材料理論等。機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)是我國(guó)傳統(tǒng)行業(yè)。在自動(dòng)化、新興技術(shù)不發(fā)達(dá)時(shí)，機(jī)械制造的包括范圍比較傳統(tǒng)，主要是對(duì)設(shè)備及其零件的加工制造過(guò)程，根據(jù)客戶或者消費(fèi)者所需參數(shù)建立合適的模型，再加上工程力學(xué)、控制工程、材料力學(xué)等理論，反復(fù)測(cè)試、試驗(yàn)機(jī)械設(shè)計(jì)模型是否達(dá)到所需要求。而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高科技的技術(shù)如仿真技術(shù)不斷加入，自動(dòng)化將會(huì)成為機(jī)械設(shè)計(jì)制造的趨勢(shì)。

2 仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用是多方面的，諸如在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用、齒輪設(shè)計(jì)中的應(yīng)用等等。機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是各個(gè)結(jié)構(gòu)件的精確運(yùn)行。仿真技術(shù)的加入，可使機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行模擬優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)中的各個(gè)結(jié)構(gòu)的模擬組合、運(yùn)行、調(diào)試，使得機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)化情況，機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)的結(jié)構(gòu)及零部件達(dá)到理想狀態(tài)。機(jī)械裝備中至關(guān)重要的部件就是齒輪及相關(guān)產(chǎn)品，絕大部分機(jī)械設(shè)備是由齒輪傳動(dòng)。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，對(duì)齒輪的設(shè)計(jì)制造、使用效果進(jìn)行模擬顯得尤為重要。利用仿真技術(shù)對(duì)齒輪的使用情況進(jìn)行模擬，挖掘齒輪系統(tǒng)在研發(fā)設(shè)計(jì)階段存在的問(wèn)題，提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)行改進(jìn)，大大降低設(shè)計(jì)開發(fā)成本，有利于促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)的發(fā)展。

仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造加工研究中也有廣泛應(yīng)用。仿真技術(shù)可應(yīng)用于機(jī)械數(shù)控加工，在機(jī)床林間進(jìn)行編程。仿真技術(shù)的作用在于把機(jī)械加工產(chǎn)品的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)變成模擬圖形，機(jī)械制造設(shè)計(jì)人員可根據(jù)模擬圖形來(lái)調(diào)整機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)。對(duì)于機(jī)械磨削加工，機(jī)械設(shè)計(jì)人員可先構(gòu)建各個(gè)階段的磨削模型，進(jìn)行仿真試驗(yàn)，進(jìn)而對(duì)機(jī)械磨削加工的質(zhì)量得出相應(yīng)的評(píng)價(jià)。機(jī)械設(shè)計(jì)加工人員通過(guò)對(duì)各個(gè)機(jī)械磨削加工方案、加工參數(shù)的評(píng)價(jià)進(jìn)行分析，使得機(jī)械設(shè)計(jì)制造加工的質(zhì)量進(jìn)一步提高，亦有利于改進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造加工技術(shù)。

仿真技術(shù)中由于計(jì)算機(jī)的加入，使得很多數(shù)據(jù)分析簡(jiǎn)單化。計(jì)算得簡(jiǎn)單化與準(zhǔn)確化是計(jì)算機(jī)技術(shù)的明顯優(yōu)勢(shì)。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造加工過(guò)程中，仿真技術(shù)可以進(jìn)行相對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化計(jì)算，這樣機(jī)械設(shè)計(jì)制造的效率提高，數(shù)據(jù)計(jì)算的準(zhǔn)確度上升。機(jī)械加工是機(jī)械設(shè)計(jì)制造最為基礎(chǔ)的工作，而且是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。機(jī)械加工的水平可以直接影響機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品的質(zhì)量。運(yùn)用仿真技術(shù)，機(jī)械設(shè)計(jì)制造的深層次功能被挖掘出來(lái)，仿真模型可以提前建立，我們可以對(duì)某些復(fù)雜、深層次的機(jī)械加工的質(zhì)量、過(guò)程進(jìn)度進(jìn)行分析與評(píng)估，復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計(jì)制造的質(zhì)量也會(huì)提高。

3 仿真技術(shù)的前景分析

3.1 仿真技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系更為緊密

現(xiàn)階段，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展十分迅速，任何行業(yè)技術(shù)都需要與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，才能與時(shí)俱進(jìn)。互聯(lián)網(wǎng)勢(shì)必會(huì)將仿真技術(shù)推向一個(gè)新的高潮，機(jī)械制造業(yè)也會(huì)與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合。在經(jīng)濟(jì)全球化的形式下，互聯(lián)網(wǎng)的加入更使得各行業(yè)無(wú)國(guó)界交流，各國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造相互溝通、互相學(xué)習(xí)，機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品的適應(yīng)性更強(qiáng)。

3.2 機(jī)械制造產(chǎn)品小型化

在當(dāng)前形式下，機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品應(yīng)朝著小型化發(fā)展。機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品體積小，可以減少空間使用面積，單位空間的使用率上升。機(jī)械設(shè)備的體積減小，特定生產(chǎn)工藝的效率會(huì)大幅度提升。例如，在某些需要用到機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)工藝過(guò)程中，機(jī)械設(shè)備小型化，生產(chǎn)工藝流程在空間內(nèi)的密集化程度提高，所消耗的能源亦會(huì)降低，這樣單位體積生產(chǎn)工藝的效率就會(huì)明顯提高。在醫(yī)療過(guò)程中同樣也需要機(jī)械設(shè)備的體積越小越好，而且機(jī)械設(shè)備的精準(zhǔn)度必須保證，這些有利于機(jī)械設(shè)計(jì)制造的發(fā)展。

3.3 仿真技術(shù)的智能化程度提高

智能化發(fā)展、人工智能是近幾年來(lái)十分熱點(diǎn)的話題，它是計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)方面。人工智能在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中是指，一種能在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中產(chǎn)生類似與人類思維想法的智能機(jī)器，它可以自主地對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造進(jìn)行修飾，是以人的思維為基礎(chǔ)，對(duì)之產(chǎn)生模擬的過(guò)程。但是人工智能并不能取代人的思維。未來(lái)，各種新型智能化技術(shù)都將加入到機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，人們對(duì)智能化的需求也會(huì)越來(lái)越高。若仿真技術(shù)跟不上智能化發(fā)展的趨勢(shì)，會(huì)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造方面被淘汰。

4 仿真技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造的推動(dòng)作用

4.1 優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)制造的方案

機(jī)械設(shè)計(jì)制造人員利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析與整合，機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品的模型也會(huì)很快建立起來(lái)，機(jī)械設(shè)計(jì)制造的流程也得以掌握，可以做多種機(jī)械設(shè)計(jì)制造方案，通過(guò)對(duì)各種方案參數(shù)模擬過(guò)程進(jìn)行對(duì)比，得出效果理想、經(jīng)濟(jì)最省的方案。在仿真技術(shù)沒(méi)有應(yīng)用的階段，對(duì)方案的得出是極為復(fù)雜的，全都依賴人工得出數(shù)據(jù)結(jié)果而且三維立體效果不強(qiáng)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還得不出理想效果。人工對(duì)比分析機(jī)械設(shè)計(jì)制造方案，不能進(jìn)行極細(xì)化分析，很多都是粗略的、大概的分析，甚至很多工程忽略，機(jī)械設(shè)計(jì)方案的問(wèn)題暴露不出來(lái)。

4.2 數(shù)據(jù)分析數(shù)量明顯增加

隨著人們對(duì)機(jī)械設(shè)也計(jì)制造的要求的提高，機(jī)械設(shè)計(jì)總體復(fù)雜程度不斷提高，機(jī)械設(shè)計(jì)的個(gè)性化要求也不斷發(fā)展，設(shè)計(jì)種類也趨于多樣化。種類繁多、個(gè)性化、復(fù)雜化的要求加大了機(jī)械設(shè)計(jì)制造所需處理數(shù)據(jù)量。機(jī)械設(shè)計(jì)制造需要對(duì)產(chǎn)品特性在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行預(yù)估，這樣可以大大降低機(jī)械設(shè)計(jì)的問(wèn)題。在大量數(shù)據(jù)需要處理的情況下，機(jī)械設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用仿真技術(shù)的優(yōu)越性更加突出，在模型建立測(cè)試后即可定下理想方案。

4.3 節(jié)約設(shè)計(jì)成本

仿真技術(shù)具有建立二維、三維模型的功能，可進(jìn)行機(jī)械制造過(guò)程的模擬。在現(xiàn)階段技術(shù)、產(chǎn)品研發(fā)需要投入大量資金，需要滿足行業(yè)個(gè)性化發(fā)展的需求。機(jī)械設(shè)計(jì)制造運(yùn)用的人工越多相對(duì)來(lái)說(shuō)所需費(fèi)用越高，仿真技術(shù)可以使大量的繁瑣的重復(fù)性的簡(jiǎn)單工作都讓計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，讓人從這些機(jī)械化的工作中解放出來(lái)。機(jī)械模型的建立在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)，這樣可以降低以前建造實(shí)體模型的費(fèi)用。仿真技術(shù)可以縮短研發(fā)機(jī)械制造產(chǎn)品的時(shí)間，提高研發(fā)效率，進(jìn)而節(jié)約機(jī)械設(shè)計(jì)成本。

4.4 機(jī)械設(shè)計(jì)效果顯著

航天、醫(yī)療、軍事、化工等方面需要的機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品的質(zhì)量要求很高，在實(shí)際過(guò)程中，任何一個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的完成都需要無(wú)數(shù)次的反復(fù)認(rèn)證，計(jì)算機(jī)的高運(yùn)算性能保證了機(jī)械設(shè)計(jì)制造的質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械設(shè)計(jì)制造的發(fā)展與仿真技術(shù)水平密切相關(guān)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展的今天，機(jī)械設(shè)計(jì)制造人員要加快仿真技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)制造過(guò)程的結(jié)合。仿真技術(shù)通過(guò)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造過(guò)程的模擬，使機(jī)械設(shè)計(jì)制造人員提前掌握機(jī)械設(shè)計(jì)制造的相關(guān)信息，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的參數(shù)進(jìn)行分析，得出最優(yōu)化的機(jī)械設(shè)計(jì)制造方案。仿真技術(shù)的發(fā)展會(huì)降低機(jī)械設(shè)計(jì)制造的研發(fā)成本，給機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。因此，研究仿真技術(shù)如何更好地在機(jī)械設(shè)計(jì)制造過(guò)程中發(fā)揮作用是今后重要的研究課題。