数字化仿真技术在机械设计与制造中的应用探究

数字化仿真技术在机械设计与制造中的应用探究

吴忠胜

身份证号：422324198109183212

摘要：目前，我国科学技术不断发展，尤其是计算机技术的发展，推动了各行各业的发展。目前，机械产品小型化成为机械设计与制造未来发展的必然趋势。小型机械通过减少产品体积控制空间占比，拓展了产品应用领域。但是，机械产品体积变小，提高了对产品加工工艺的要求。因此，专业人员将计算机技术应用于机械设计与制造，开发各种仿真软件，利用仿真技术促进机械设计与制造向网络化方向发展。

关键词：数字化仿真技术；机械设计与制造；应用

引言

随着科技的不断进步和发展，数字化仿真技术已经成为了机械设计和制造领域中不可或缺的工具。数字化仿真技术通过计算机模拟和仿真，可以帮助工程师更快速、高效和准确地完成设计和制造的任务，进而提高了生产效率和产品质量。在机械制造中，数字化仿真技术可以帮助工程师们进行数控加工、材料加工和装配仿真等方面的仿真分析，从而提高生产效率和产品质量。本文详细论述数字化仿真技术在机械设计和制造中的应用，并探讨其未来的发展趋势和前景。

1数字化仿真技术的特征

1.1统一定义模型

在传统的机械设计制造中，即使设计的是同一个机械产品，在定义模型上也会有所不同，而机械结构本身就较为复杂，进一步增加了机械产品设计的复杂性。数字化仿真技术采用的是通用标准，利用专门的计算机辅助软件进行产品设计，在这些设计软件中对模型进行设计与分析，可以理顺设计流程、简化设计环节、直观呈现设计成果，给予设计者更多的思考时间。在数字化仿真设计阶段，机械产品设计过程直观呈现、设计操作全程记录，保留设计痕迹，可以作为后续设计质量溯源的依据，同时在设计过程中直接对产品模型进行调整、改进与协调，确保了设计的可行性。

1.2实现协同设计

参与机械设计制造的可能是多个人或者多个团队，各参与主体之间分工协作、各司其职。数字化仿真技术的运用，为机械设计制造并行设计提供了技术支撑，在每一个设计制造环节，均可实现多人、多团队协同设计，利用网络信息技术的便利，建立不同团队成员之间的信息沟通渠道，使设计不受空间与时间限制，进而提高了设计的效率，设计出高质量的机械数字模型。比如，在模型分析阶段，设计人员、制造人员和生产管理人员等，可以基于数字模型协同分析机械产品设计的制造性、完整性，然后直接在模型上进行设计与更改，设计效率更高。

1.3无需实物模型

机械设计制造使用数字化仿真技术可直接在应用软件上搭建机械产品设计的三维立体数字模型，模型高度还原了机械产品的实物，直接呈现在设计者的面前，无须制造实物模型。在机械产品设计优化与深化工作中，直接在数字模型上进行数据的调整，当调整其中一项数据时，其他与之关联的数据自动进行调整，设计的自动化、智能化程度非常高，减少了设计优化对实物的依赖，形成对机械设计制造成本的有效控制。

2数字化仿真技术在机械设计与制造中的应用

2.1结构仿真

结构仿真是机械设计中最基本和最重要的仿真应用之一，用于评估机械产品的结构强度、刚度和疲劳寿命等性能，保证产品在使用过程中不会出现损坏、变形、破裂等安全隐患。其中主要包括静力学分析、动力学分析和模态分析等几个方面。静力学分析是指对机械产品在静态荷载作用下的应力和变形进行仿真分析，评估机械产品结构强度和稳定性。静力学分析一般包括静载荷分析、应力分析、变形分析等，从而预测和评估其强度和稳定性，优化设计方案。动力学分析主要是对机械产品在动态荷载作用下的振动响应和应力分布进行仿真分析，对机械产品结构的动态响应特性和疲劳寿命进行评估。动力学分析一般包括动载荷分析、振动响应分析、疲劳寿命分析等。模态分析是对机械产品的自由振动特性进行仿真分析，评估机械产品固有频率、模态形状和振动模式等特性，利用结构仿真软件对机械产品的结构进行模态分析，可以预测和评估其自由振动特性，优化机械设计方案。

2.2数值计算

随着时代的发展，人们对机械设计与制造的产品性能提出了更高的要求。机械产品在设计过程中计算量大，若仍然使用人工进行数值模拟，不但会耗费大量的人力物力，增加成本，而且计算时往往会出现一些错误。仿真技术是在计算机信息处理的基础上进行开发，具有很强的数据计算分析能力，能够利用计算机的运算能力进行仿真，使得数据计算更加精确。另外，仿真技术可以代替人工进行复杂数据的计算和处理，简化复杂的计算过程，减少数据计算的出错概率。当前，仿真技术的数据计算性能不断优化与改进，不仅可以显著提高操作速度，而且可以满足机械设计与制造的复杂数据计算需求。

2.3齿轮设计

齿轮是整个机械生产过程中的重要组成部分。在传统的设计模式中，齿轮的设计存在许多问题，如设计效果不明确、参数信息不精确、齿轮应用不合理等。采用仿真技术，可实现对齿轮的设计。在应用仿真技术时，设计者可以选择齿轮端面，并根据需要选取相应的参数信息，适当调整模型中的某些参数，通过不断的仿真试验，实现齿轮的最优设计。在进行齿轮设计时，仿真技术还可以计算和分析齿轮的相关参数，并通过计算结果调整参数，从而促进齿轮设计参数的优化和改进。

2.4数字化制造技术的运用

一是建立涵盖设计、生产和制造环节的智能制造技术体系结构。在使用数字化制造技术之前，应该先构建数字化架构。在基础技术方面，建立数字化制造所需的数据库、数控设备和软件应用。单元技术和数字化设计利用计算机辅助设计软件设计机械产品的标准化模型，利用MES系统进行生产信息管理，利用ERP系统进行生产资源计划和动员，为信息化制造管理打下良好的基础;集成技术集成了与机械制造相关的各种系统，实现制造设备和系统之间的信息共享。二是数字化设计技术，建立机械产品三维参数化实例库，用于构建产品模块体系，根据机械产品的设计参数，对机械产品的制造工艺进行分析，提高制造技术的可行性;设计信息交互技术是机械产品设计者与客户之间的信息交互平台。平台云自动存储机械产品的功能配置、物理特性等数据，能够自动适应数据连接，保证平台数据的实时动态更新，让客户随时掌握设计进度和产品设计参数。三是数字化制造技术。在机械产品的制造过程中，数字化制造技术实时自动采集制造过程中产生的数据和信息，并进行数据流和跟踪，为机械产品的调度提供信息和数据支持。采用技术集成方案，收集生产各环节产生的数据信息，通过对数据的统计分析进行工艺规划设计，实现机械产品的智能化、流线型生产。

结语

综上所述，随着数字化设计技术在机械领域的深入应用，有利于推动机械设计制造业的高质量、智能化发展。未来，随着机械装备结构和功能需求类型的多样化和复杂化，企业应进一步缩短机械产品的设计周期，节约开发成本，保证产品质量和可靠性，充分发挥现代数字化设计制造技术的先天优势，树立先进的制造理念，全面提升中国机械设计制造的智能化水平。为我国社会经济高质量发展贡献力量。

参考文献

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