机械产品数字化设计及关键技术研究

机械产品数字化设计及关键技术研究

李鹏

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摘要：当今，我国经济发展十分迅速，机械设计与制造是工业发展和制造业的基础技术  。随着信息技术和计算机技术的快速发展，传统机械设计方法逐渐被现代设计理论替代，在机械设计与制造过程中融入计算机技术、信息技术等，实现机械设计的数字化与智能化发展，可以全面提升机械设计水平和生产效率，如利用大数据、互联网和人工智能技术等对机械设计产品的材料、尺寸进行智能检测，在生产过程中，利用机械手等自动化设备进行生产与工艺操作，可以提高机械设计与制造效率，提高机械产品的生产质量。

关键词：机械产品；数字化设计；关键技术

引言

数字化设计随着科学技术的发展快速发展、创新，而数字化设计的发展、完善，会反过来推动相关科学的进步。相比传统机械产品，基于数字化设计的机械产品，已迅速占领农业、汽车等行业。数字化设计在设计、生产机械产品的应用，能降低设计的时间，提升设计的精确性，使机械产品能更快地被生产从而产生工业价值；数字化设计推动机械产品向更现代化、自动化、智能化的方向发展，使产品拥有了更好的性能、更多元且充足的生产力，能满足生活、生产中多元的需求。因此，应当积极探索、设计机械制造的数字化设计技术，应用其设计出更科学、高性能的现代机械产品。

1现代制造企业遇到的挑战及解决方法

随着经济全球化与科技发展，产品的更新换代速度越来越快，产品的生命周期变短了，设计、生产，销售的整个周期变短越来越快，整个的环境成为了开放式环境，网络的发展让人们有了更多的选择，并且用户越来越追求个性化，小众产品的销路越来越好，企业的压力越来越大。所以前期的机械设计占据了越来越重要的地位。现在公认的可以提高企业的设计效率的方法就是数字化的设计。数字化的设计是企业向网络化制造发展的基础、是企业整个计算机集成网络中的重要组成环节，可以让原来的纯粹制造型企业转变为智力环保型企业，企业所竞争的也变成了以创新为主要发展点。

2 机械产品数字化设计及关键技术

2.1虚拟仿真技术

在产品三维原型设计基础上，结合先进的计算机成像技术，将图像转为数字模型，进而结合具体设计数据实现虚拟的产品仿真模型。虚拟仿真不仅能展示机械产品结构和尺寸、质量等参数，还能利用仿真技术观察、测试机械产品的各种性，减少设计中的技术等误差，降低产品投入生产、运行时的故障率。另外，虚拟仿真模型不同于一般的三维模型，可以动态演示虚拟产品。虚拟仿真应用于产品设计，也应用于产品制造过程，制造中通过虚拟仿真可实现动态观测、控制生产过程，而设计中可以虚拟呈现产品的具体内容，缩短了产品开发的周期，虚拟仿真技术在产品设计、制造过程中的综合应用，将提高产品的生产效率和质量。

2.2 数字化技术中的数字原型和虚拟现实

虚拟原型: 使用一系列的计算机图像或者二维三维的 CAD图像来表示，并且表现形式用数字模型，用联动的图案或者静图用数字化的技术放在计算机中。在设计完成以后就可以用三维的 CAD 图像来向人们展示所设计出的机械样式，无论是尺寸还是质量，运行状态，运行效果，还可以输入数据来对设计出的机械进行测试，分析。这大大减少了后期可能出现的问题，为设计人员减少了工作量，为企业提高了效率，这就是一个整机的动态演示，虚拟的机械，虚拟的运行过程，虚拟的事故状态。对设计开发的周期来说大大减少，对于做设计产品可能产生的故障提前改进或者采取措施，对于产品的性能潜力进行充分挖掘，对于产品的质量优良巨大的提升，对于设计的产品进入市场也有了充分的预案。虚拟技术的研究范围主要在机械系统运动学和动力学进行检测分析，与虚拟设计相关的虚拟样机可以研究的还有 CAD 的几何建模，FEA 的结构分析、建模来进行驱动分析、还有具体的模型分析、机械控制系统的设计、各种方面的最优化。这项数字化技术的实现还要依靠其他的技术，要结合其他的大型分析软件，通过数据接口来完成他们之间的合作。

2.3UG 曲面拟合造型技术

UG 是目前应用较为广泛的机械产品三维设计软件，具有强大的实体造型、曲面构造和虚拟装配等功能，在机械产品设计完成后还可以进行运动学分析与仿真，对于提高机械产品设计的可靠性与稳定性具有重要意义。UG 软件中提供的二次开发语言模块主要包括 UG/Open GＲIP、UG/Open API，辅助开发模块主要为 UG/Open Menuscript 和 UG/Open Uistyler 高级语言接口。

2.4参数化技术

参数化技术加快了数字化产品设计的发展，该技术实现了从某一特征出发，将所有数据相关联、全尺约束的技术，设计者可利用这一技术修改尺寸驱动设计的零件参数等方面，大大提高了产品设计、生产效率。设计时常用 UG 等软件进行参数化设计，利用 UG 参数化草图、WAVE 技术，以产品的形状、尺寸等基本特征参数为依据构建参数化建模，设计师可以对各部件参数及其数据关联进行调整，如泵体设计、螺栓设计中，能十分灵活、快速地进行参数调整，以完善产品的性能，使其于设计要求、造价等需求较好平衡，具体的实现方法有尺寸约束、电子表格、表达式驱动等。

3机械设计数字化技术的发展趋势

先进科技的制造技术发展方向就是高精尖，虚拟性强，智能化，简便化，数字化的设计也是要靠拢这个方向，其中有很多的技术就在进一步完善中。( 1) 单独的单项技术更加完善，更加智能化。现在的曲面建模技术，实体建模技术，大型的组件设计技术都在慢慢完善。( 2) CAD 的各种技术将慢慢向封装，接口和集成技术发展。( 3) 数字化设计技术与虚拟制造技术的融合。随着数字化技术的发展，虚拟的不只是设计，还有虚拟的生产，虚拟的成品，虚拟的企业，还有虚拟的使用，虚拟的运行。这就是一个完整的周期，在虚拟技术上把握好了进行实际的流程就会减少很多麻烦。( 4) 数字化设计的大网络协同合作。信息化技术的发达可以使得不同的人们合作进行一项机械的数字化设计，这将会把整个流程更加缩短，加强企业的效率。我国是世界的制造大国，而数字化的设计过程将会是我国进入智造大国中，促进企业的规模化，大大降低企业的成本，提高企业的效率。这在经济全球化中竞争日益激烈，个性化的消费越来越多，追求生产产品的效率化的今天有着非同凡响的影响，我们必须加强企业的数字化设计技术的手段。

结语

机械设计与制造对于加快工业发展，实现制造业生产能力的提升具有重要意义。数字化设计主要基于计算机技术，利用数字模拟、仿真和分析等，不断优化和完善机械设计方案，能有效提高机械产品的设计效率与产品可靠性，因此，数字化技术是现代机械设计的重要技术基础。

参考文献

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[3] 李文泽，单玉梅 . 机械产品的数字化设计特点与技术进步 [J]. 民营科技，2018（6）：29.

[4] 段小东，顾立志 . 机械产品的数字化设计特点与技术进展 [J]. 机械工程师，2017（12）：37-40.