馮永勝 鄒家柱

摘 要：伴隨著目前的經(jīng)濟社會和科學(xué)技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，現(xiàn)代機械產(chǎn)品設(shè)計開始朝著高智能化、集成化、精細(xì)化、信息化、虛擬數(shù)字化等方向創(chuàng)新發(fā)展。近幾年，隨著計算機仿真技術(shù)在機械設(shè)計當(dāng)中的廣泛深入的應(yīng)用，一些機械產(chǎn)品的虛擬樣機相繼建立。通過對這些虛擬樣機進行多性能的仿真試驗，可以更加具體、詳細(xì)、直觀地展示機械產(chǎn)品的某些動態(tài)和靜態(tài)的性能，在這個背景下可以更為準(zhǔn)確的、快速的發(fā)現(xiàn)一些潛在的故障、問題和缺陷并及時的進行有針對性的解決和處理，減少甚至完全的避免機械設(shè)計出現(xiàn)重大的失誤造成的返工，從而減少機械產(chǎn)品的投資和開發(fā)的時間金錢成本，在一定程度上大大降低產(chǎn)品開發(fā)的風(fēng)險隱患，進一步的提升和優(yōu)化了機械設(shè)計的整體水平，大大提高機械設(shè)計的質(zhì)量和效率。本文對機械設(shè)計過程中的計算機仿真技術(shù)進行了深入細(xì)致的研究和分析。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計;仿真過程;計算機技術(shù)

引言：

機械制造行業(yè)的發(fā)展在進一步的促進我國經(jīng)濟社會發(fā)展和人民群眾生活水平提高等方面發(fā)揮了重要積極的作用。各類機械產(chǎn)品已被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)當(dāng)中，從人們?nèi)粘Ｉ钪兴玫降母鞣N電器產(chǎn)品、外出時的各種交通工具，到飛機、輪船甚至衛(wèi)星導(dǎo)彈等高端工業(yè)產(chǎn)品都有他的身影。伴隨著科技的不斷進步和計算機技術(shù)的深刻變革、飛速創(chuàng)新，機械產(chǎn)品設(shè)計已由傳統(tǒng)的設(shè)計階段轉(zhuǎn)向以計算機仿真技術(shù)為核心的更高層次、更高水平的設(shè)計階段。本文通過三維立體建模軟件、運動動力學(xué)分析軟件、有限元分析軟件等三個方面介紹了計算機技術(shù)在機械設(shè)計仿真過程中的應(yīng)用，并且以此為基礎(chǔ)簡述了開展機械設(shè)計計算機仿真設(shè)計的意義。

1機械設(shè)計制造中仿真技術(shù)的主要特征

1.1分布性特征

通過把計算機技術(shù)和仿真軟件技術(shù)的充分結(jié)合，進一步的突出了仿真技術(shù)在機械制造領(lǐng)域所表現(xiàn)出來的積極意義。因為更高水平的機械設(shè)計制造業(yè)離不開仿真技術(shù)的應(yīng)用，而計算機仿真技術(shù)的應(yīng)用實際上是從虛擬網(wǎng)絡(luò)這個領(lǐng)域中衍生出來的一種新的技術(shù)類別，它使機械的設(shè)計者可以在不同的地方共同的進行機械產(chǎn)品研發(fā)和設(shè)計，并能對產(chǎn)品的各種參數(shù)進行共同的研究完善、修改和模擬，使計算機仿真技術(shù)可以表現(xiàn)出強烈的分布特征。

1.2適用范圍廣

計算機仿真技術(shù)的應(yīng)用對進一步的提高和促進機械設(shè)計行業(yè)的快速、穩(wěn)定、可持續(xù)的發(fā)展具有十分關(guān)鍵和重要的意義。仿真技術(shù)的應(yīng)用在機械產(chǎn)品行業(yè)當(dāng)中，不管是從最初的產(chǎn)品設(shè)計還是到最后的產(chǎn)品測試環(huán)節(jié)，都具有十分重要的積極作用。特別是在機械產(chǎn)品設(shè)計階段，計算機仿真軟件可將機械設(shè)備的各類參數(shù)轉(zhuǎn)換成三維立體的仿真模型，使設(shè)計人員可以更清晰、更直觀的看到產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。機械產(chǎn)品的試驗階段采用計算機模擬技術(shù)，將產(chǎn)品的測試數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件系統(tǒng)中，進而計算模擬出產(chǎn)品實際工作中的性能表現(xiàn)。計算機仿真技術(shù)在當(dāng)今已被廣泛地應(yīng)用于實際機械產(chǎn)品的設(shè)計和研發(fā)的過程中，以模擬機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)應(yīng)力。我司在壓鑄行業(yè)中，通過計算機軟件進行有限元靜力學(xué)分析，疲勞壽命分析，開鎖模機構(gòu)運動特性分析，模流分析，溫度場仿真分析等已有廣泛的應(yīng)用。

1.3集成化特征

集成特性是機械設(shè)計和制造仿真技術(shù)的最主要特點。利用計算機仿真技術(shù)，可以在機械設(shè)計與制造中虛擬地建立產(chǎn)品開發(fā)與制造過程。此外，由于模擬技術(shù)的實現(xiàn)方式多種多樣，因此計算機模擬技術(shù)也表現(xiàn)出很強的多樣性[1]。

2機械設(shè)計仿真過程的計算機技術(shù)體現(xiàn)

為把計算機模擬技術(shù)應(yīng)用到機械產(chǎn)品的設(shè)計中，需要通過計算機模擬軟件進行。計算機模擬系統(tǒng)是一種綜合知識密集型的高科技的信息產(chǎn)品，它是充分的融合了計算機數(shù)學(xué)、計算力學(xué)、工程管理學(xué)和現(xiàn)代計算機技術(shù)。所以，要在機械產(chǎn)品的設(shè)計仿真過程中充分的體現(xiàn)先進的計算機技術(shù)，就要求相關(guān)的產(chǎn)品設(shè)計人員必須對計算機仿真軟件有較充分的把握和理解，也要有較高的技術(shù)分析能力。

2.1三維實體造型軟件

目前市場上流通的三維實體造型軟件有Pro/E、Solidworks、UG等等，與傳統(tǒng)二維CAD軟件相比，三維實體造型軟件更加致力于對產(chǎn)品完整的表達(dá)的各種生產(chǎn)管理信息以及相關(guān)的技術(shù)。在進行機械設(shè)計過程當(dāng)中，應(yīng)該將各種軟件進行對比，并且根據(jù)實際應(yīng)用的情況，選擇不同的軟件進行三維造型以及建模技術(shù)[2]。

2.2運動以及動力學(xué)分析軟件

為了能夠建立較為復(fù)雜的機械系統(tǒng)的虛擬樣機，除了對樣機進行三維建模，還需要運用專業(yè)的動力學(xué)仿真軟件來進行動力學(xué)仿真?，F(xiàn)階段，較為流行的軟件有美國MSC公司制造的ADAMS軟件，它是能夠?qū)⒔！⑶蠼庖约翱梢暬夹g(shù)結(jié)合為一體的CAE軟件，能夠?qū)Χ喾N機械設(shè)計方案進行快速分析與比較，輔助設(shè)計人員快速獲得綜合的最優(yōu)方案。

2.3有限元分析軟件

有限元分析軟件是工程技術(shù)人員需要掌握的一門重要技能，其中ANSYS是一種廣泛應(yīng)用的有限元分析軟件，它能夠在協(xié)同環(huán)境的構(gòu)架下，對各種CAD軟件的零件模型進行直接讀入，從而完成動力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)分析及多目標(biāo)的自動化等等[3]。

3發(fā)展機械設(shè)計計算機仿真技術(shù)的意義

3.1節(jié)省經(jīng)費，保證機械設(shè)計質(zhì)量

伴隨著當(dāng)今經(jīng)濟社會的不斷進步、發(fā)展和企業(yè)的不斷壯大，機械產(chǎn)品的設(shè)計也逐漸的進行創(chuàng)新，當(dāng)然也面臨著一系列的問題集中地表現(xiàn)在了傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品設(shè)計落后、機械設(shè)計創(chuàng)新的經(jīng)費保障不足的問題，在新的信息化背景下利用先進的計算機仿真技術(shù)可以有效的處理和彌補這方面的不足。采用計算機仿真系統(tǒng)可以建立一個可視化的虛擬實驗環(huán)境，對機械的模型進行不斷的組合、裝配、拆裝等實驗，達(dá)到較高水平的實際試驗的檢測的效果。我司大型壓鑄機研發(fā)，樣機試制材料投入動則幾百萬，費用投入巨大，如采用計算機模擬仿真設(shè)計開發(fā)，只需前期投入幾十萬的材料測試成本，后期可通過計算機模擬開發(fā)，大幅減少試錯成本。通過實施計算機模擬實驗，解決了傳統(tǒng)的機械設(shè)計階段的重復(fù)實驗對硬件設(shè)備的依賴性，從而保證了機械產(chǎn)品的設(shè)計的質(zhì)量和水平，大大降低了這個階段的成本經(jīng)費投入。

3.2先進機械設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用

計算機仿真技術(shù)已在機械設(shè)計領(lǐng)域中得到了十分廣泛的應(yīng)用。利用計算機技術(shù)建立了機械產(chǎn)品的仿真模型，并對其靜態(tài)和動態(tài)特性進行了較高水平、全面真實的仿真分析。在仿真分析結(jié)果的基礎(chǔ)上再次進行研究分析，可以很好的完善和改進機械設(shè)計方案，大大提高了機械產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量和效率。根據(jù)相關(guān)專業(yè)預(yù)測，傳統(tǒng)的機械設(shè)計方法將在未來的一段時間內(nèi)被全新的計算機數(shù)字仿真技術(shù)所替代。所以說將計算機仿真技術(shù)積極主動的引入到機械設(shè)計領(lǐng)域，可以能更好地適應(yīng)未來的行業(yè)發(fā)展和市場發(fā)展的根本需要。

結(jié)語：

進入新世紀(jì)以來，各種高新技術(shù)得到了十分迅速的發(fā)展。計算機仿真技術(shù)在機械產(chǎn)品的設(shè)計和制造領(lǐng)域得到了十分廣泛的應(yīng)用，使機械產(chǎn)品的設(shè)計逐步從傳統(tǒng)的單一系統(tǒng)發(fā)展到更加豐富、更為科學(xué)、更為開放、更為復(fù)雜的信息化系統(tǒng)。從機械產(chǎn)品概念的形成和設(shè)計，計算機仿真技術(shù)在機械產(chǎn)品的設(shè)計過程中的應(yīng)用可以說已經(jīng)全部的覆蓋了機械制造的整個過程，目前也正在隨著技術(shù)創(chuàng)新向多領(lǐng)域、多維度、智能化、高度集成化的方向深入的發(fā)展，總的來說，計算機仿真機械設(shè)計在新的社會背景下的機械設(shè)計中具有不可替代、十分重要的作用。

參考文獻：

[1]楊佳.基于計算機仿真技術(shù)的機械設(shè)計制造研究[J].河南科技，2019（25）：70-72.

[2]王正鐸.淺析仿真技術(shù)在機械設(shè)計與制造中的應(yīng)用[J].電子元器件與信息技術(shù)，2019（03）：95-98.

[3]肖韶光.機械設(shè)計仿真過程的計算機技術(shù)體現(xiàn)分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2013（25）：69.