机械设计虚拟仿真系统关键技术分析

机械设计虚拟仿真系统关键技术分析

赵爽

370306198804291523   山东三金玻璃机械有限公司

摘要：随着社会的发展，机械设计制造作为工业生产领域的重要内容，逐渐在各个领域普及使用，推动了社会的发展。机械设计与制造需要用到信息技术和自动控制技术等来解决机械制造中可能出现的问题。仿真技术使得机械设计制造在传统设计制造的基础上融入更多科学理念，能够统计分析机械设计制造过程中的数据，建立模型，更好地发现问题、分析问题和解决问题。因此，仿真技术对机械制造业的发展具有重要意义。

关键词：机械设计；虚拟仿真系统；关键技术

引言

机械设计与制造主要是指机械电子产品的研发设计以及工业设备的生产运作。伴随着科学技术的不断进步，机械设计与制造已成为工业生产中不可或缺的一部分，并逐步被广泛应用于各行各业，对社会的发展起到了积极的促进作用。在机械设计、制造的过程中，运用计算机技术、自动化技术等新兴技术，能够有效地解决其中出现的不同问题。基于仿真技术的运用，可以使传统机械制造、设计中得以渗透多元化的科学理念，进而对制造和设计过程中所产生的各项数据进行科学整理与分析，构建模型，并对此过程中不断出现的新问题进行有效分析与解决。就此而言，仿真技术在我国的机械设计与制造过程中有着极为重要的运用价值。

1仿真技术设计开发过程

在传统机械设计与制造过程中，要提前设计机械系统概念，详细设计图纸，按照图纸进行物理样机的制作，以便工作人员找到样机存在的问题，给出改进方法后制作第二个物理样机，直到样机各方面数据满足行业要求。从目前传统机械设计与制造的应用情况来看，设计与制造过程中存在诸多问题。例如，在部分危险性较高的情况下基本无法使用物理样机进行试验，如飞机安全试验、撞车试验等，且生产物理样机需要耗费大量的时间、精力、成本，严重影响企业的经济效益。但是，从目前企业的实际情况看，机械设计与制造中仍然采用传统计算方法，计算精度和计算效率均较低。使用仿真技术进行机械设计与制造，无须生产任何物理样机。使用计算机技术可完善机械设计与制造的实体系统模型，从动力学、静力学、运动学等方面进行分析，将机械系统整体性能控制在预期范围，并可对比不同系统方案进一步优化方案，加强产品性能，有效降低对物理样机的试验次数。可见，通过仿真技术能缩减机械设计与制造的时间，降低机械设计与制造的成本，将工作人员从繁重的制造工作中解脱，从而将大量精力投入产品优化，有效提升日常农业机械设计效率和质量。目前，在我国农业机械设计方面，最常用ADAMS软件开展农业机械设计。通过仿真技术分析应用软件，用户能分析机械设计与制造存在的各种问题，探究各种接口和开放性程序结构，促进机械设计与制造不断发展。

2仿真技术在机械设计制造中的应用对策

2.1应用于加工设计

在机械产品的设计与生产中，需要遵循一系列的程序与程序。特别是在传统的机械设计与生产过程中，其过程与工序更加繁琐。机械设计与制造的本质就是为了适应多样化的生产与加工需求，从而有效地提升产品的附加值。通过仿真技术可以对复杂的数据进行整理，从而使机械零件的操作更为精确、方便。将仿真技术应用于机械装备的制造，可以减少工人的劳动强度，提高工作效率。比如，在切削加工过程中加入仿真技术，就可以建立一个以时间为单位的数学模型，在不同的工作状态下，对机械装备的性能和质量进行监测；同时，也能对磨削时间进行实时分析。通过对关键参数的分析，明确了该机器的工作过程中所需的时间，为设计者提供了最佳的磨削时机；从而得出最优的技术路线。

2.2应用于大中型机械产品的设计

机械产品的设计涉及范围较广。对于设计师来说，任何体积的机械产品设计都有可能涉及。对于大中型机械产品的设计，则要涉及更复杂的结构。在设计大中型机械产品时，零部件的设计是工作难度较高的一个环节，需要清晰规划什么部位需要什么型号的零件。过去设计大中型机械产品时，零部件装配不合格等问题时有发生。究其原因，主要在于大中型机械零部件繁多，在生产过程中容易出现质量问题，或者在装配时容易发生装配错误，从而影响大中型机械设备的运行效果和整体质量，一定程度上阻碍了机械制造企业的正常生产，造成了经济损失。然而，利用仿真技术服务大中型机械设备的零部件装配，可以较大程度上避免疏漏。例如，运用仿真技术可以及时发现零部件装配出现的问题。完成装配后，还可以对大中型机械设备进行动态运行模拟实验，检验大中型机械设备质量，为企业减少经济损失。

2.3应用于数学建模

首先，利用仿真技术，建立了机械设计与生产的数学模型。但在此之前，需要对电脑进行充分的准备，事先设定好电脑的有关参数，并将技术要求输入电脑。做好了这一切的准备之后，电脑就可以开始工作了。在集成电脑系统的输入资料时，在科技的帮助下，可以对模型进行初步的构建。在此背景下，为了使模拟技术能更好地应用，必须有相应的数学模型。在初步建立数学模型时，要准确地把握模型的形态，并确定所建立的模型类型是动态模型还是静态模型，是连续变量模型还是离散时间模型；在建模过程中，应避免出现数据偏差。其次，利用仿真技术实现了数学模型的转化；数学模型转化就是把原来建立起来的模型转化为计算机系统中的模型。将其转换为电脑系统模式后，可迅速完成各种数据与功能的转换。不过，当模型转化的时候，还需要一些专门的软件来实现。采用专门的软件对数据进行分析和解释，并将内部语言转化为仿真模型。采用这种方式，可以使机械制造企业以较快的速度获得软件产权。在此基础上，对所建立的模型进行实验验证，以保证在仿真技术操作中所生成的各种数据都能够得到有效的记录与采集。就算后续出现失误，只需要查一下数据，就能知道是哪里出了问题。在试验完成后，还要对试验结果进行分析评价，并按照相关的规范来判定试验的科学性和合理性。在评价实验结果时，若发现了有关标准中未提及的内容，或对一些内容的评价难度大，难以达成共识，则机械制造企业可采用置信通道法和反向验证法对实验结果进行再评估，并形成精度更高的分析报告。

2.4应用于齿轮设计

齿轮设计是技术人员十分重视的环节。齿轮在机械设备运行过程中发挥着重要作用。机械设备需要齿轮之间互相配合转动，才能顺利运行。齿轮的质量对机械的运行效率和寿命具有重要影响。将仿真技术应用于齿轮设计，通过模型模拟和数据分析，监测设计图纸是否能满足不同工艺的加工要求。齿轮的模型可以放在不同的环境中进行作业模拟。若模拟过程发现问题，能够及时优化齿轮设计。比如，技术人员可以利用仿真技术模拟齿轮的运行轨迹，进一步研究齿轮转动接触点的设计，提高齿轮的性能和品质。

结语

政府部门要提高对机械仿真技术的重视程度，将仿真技术和机械产品加工相结合，给机械设计与制造行业转型提供技术支撑。传统机械产品体积过大，操作不够灵活，不能满足实际生产要求。因此，在机械产品设计与制造时，要注重产品的小型化设计和轻量化设计，在降低产品体积的同时，赋予产品多样化功能。将仿真技术应用于机械设计与制造时，要合理利用自身优势，促进机械产品设计制造向小型化方向发展。同时，生产制造企业要注重机械自动化加工、生产、设计等的实际情况，加强环保意识，将生产能耗控制在合理范围，优化加工流程，促进机械设计与制造实现智能化。

参考文献

[1]吕中秋，魏波.基于随机森林算法的机械加工过程设备叠加振动检测方法[J].制造业自动化，2022（4）：163-165.