现代机械工程设计中的虚拟制造技术探讨（2）

来源:用户上传      作者:

　　【摘 要】随着知识经济和工业制造的快速发展，现代化的市场要求产品生产厂商要以最快的速度、最优的品质、最短的研发时间、最低的成本消耗和最佳的服务来满足顾客的需求。传统设计一般是在图纸结合产品的特性和设计的具体要求进行的，在机械设计的过程中需要提前对设计中的设备装配的干扰因素的不确定进行考虑，但是产品在装配中的缺陷只有在产品开发的后期才能暴露出来或者在产品的试制阶段和装配中显现出来。如果设计的零件已经开始投入生产了，那么损失就更加严重了。产品的质量在传统的设计和制造方式上不能得到很好的保证，并且传统设计的工艺比较粗糙、开发的效率低、花费时间比较长、耗费的资金比较大。在变化速度快、持续性发展和不可预测性市场中难以适应。因此，企业的生产活动需要具备高度的柔性和快速的反应，与此同时信息技术的飞速发展保证了机械制造的先进性，信息化的使用对于现代机械工程设计十分重要。
　　【关键词】现代机械工程；设计；虚拟制造技术
　　随着我国现代化社会的发展，人们对机械工程产品的要求越来越高，机械工程面临着巨大的挑战，传统的机械设计技术无法满足现代化社会发展的需求，具有一定局限性和不稳定性，虚拟机械制造技术是一个全新的概念，是信息时代制造技术的重要标志，其主要是在虚拟的环境下对计算机的模型进行虚拟分析的一种计算机设计技术，是以计算机仿真技术、制造系统与加工过程的建模理论、VR技术、分布式计算理论、产品数据管理技术等为理论基础，研究如何在计算机网络环境及虚拟现实环境下，利用制造系统各层次及各环节的数字模型，完成制造系统整个过程的计算机与仿真技术，依靠虚拟制造技术，机械设计人员不需要将所有的零件、部件设备都生产出来，可以运用建立模型的方式，对零部件进行装配，并进行实验与检查，如发现不符合设计要求的情况，可以随时更改模型，直到达到设计要求为止，既节省时间又降低成本。
　　1虚拟制造技术中的关键技术
　　1.1建模技术
　　需要明确虚拟是指通过对计算机语言的应用将现实中的制造系统映射到虛拟的环境中，这个过程设计了一些的建模环节和模型的建立，并对这些建模环节进行抽象化的描述表达。
　　1.2仿真技术
　　仿真技术就是通过对计算机语言的充分利用，从而将复杂的机械生产系统模型化的技术，最终能够获得一个完整系统的系统模型，并且能够通过对仿真技术的应用来加强对模型的应用，达到很好的应用效果，从而形成一个科学全面的性能分析。
　　1.3虚拟现实技术
　　虚拟制造中的虚拟现实技术的优势之处在于可以有效的改善计算机的交互方式，从而提高计算机的可操作性。它主要是通过对计算机图像系统的应用，从而创造出一种三维的交互环境，给人类带来深刻的体验的虚拟制造技术。虚拟现实技术是在对传统的计算机交互方式的一种创新改进，极大的提高了计算机可操作性。除此之外，它也给人类带来了一种对虚拟环境真实的体验，是科学技术的不断发展的成果。
　　2虚拟制造技术在现代机械工程中的应用
　　2.1强大的通用性和功能性
　　力学对虚拟样机技术的建立和发展做出了非常大的贡献，它也是虚拟样机技术发展的前提和基础。虚拟样机技术主要解决的问题是对于复杂状况下的机械系统建模问题。而在实际的过程上，大部分的虚拟样机软件应用的是带约束乘子的微分方程，其核心是每个构建都有六个自由度，并且还要求限制其他多余的自由度，以此來增强其通用性和适用性。
　　2.2简化建模过程
　　对于传统的机械建模来说，它主要分析的是机械系统的运动状况，并在此基础上进行一些动力分析和计算。因此，在分析和计算的过程中要应用到很多的图形的分析处理和公式计算。但是，因为对于系统运动的分析过程较为复杂，还要包括对于图形和公式的分析推导，极容易出现错误。这时就可以充分的体现出虚拟制造技术的优势，虚拟制造技术在建模过程中不需要做这些复杂的工作，只需要相关的工作人员将构建的连接方式通过计算机来输入一项相关的物理参数就可以。
　　2.3增强特种设备的安全性
　　在现代机械工程中应用虚拟制造技术可以在很大程度上提高特种设备的安全性，通过对各种工况进行仿真实验，增强特种设备的可靠性，并且为特种设备的进一步维修改造，制造合理的安全操作规划提供依据。
　　2.4增强特种设备的规范管理
　　通过虚拟制造技术来对一些危险性较大的特种设备进行设计，并将虚拟制造技术与其他的分析研究技术相结合，深入的分析研究特种设备，从而提出更加科学的特种设备设计参数，增强特种设备设计的规范性。
　　3虚拟制造技术在机械工程中发挥的优势
　　3.1强大的通用性和分析处理复杂问题的能力
　　虚拟样机技术建立和发展的基础是分析力学和多体运动力学，该技术的关键是对复杂机械系统进行自动建模。因此，大多数的虚拟样机技术软件主要运用的是带约束乘子的微分代数混合方程。令每个构件都有六个自由度是它的核心，还要要求其对多余的自由度进行限制，实现其具有良好的通用性，达到适用性强的目的。与此同时，虚拟样机技术还对机械系统的详细环节进行考虑，具体指弹性、接触和摩擦等因素。
　　3.2为机械系统建模带来便利
　　传统的机械系统建模中要先建立运动分析，随后在运动分析的基础上进行动力分析，这中间需要许多的图形分析和公式推导。但是图形的分析和公式的推导过程往往比较复杂，并且错误率高。同样的建模过程中设计人员只需要将机械的构成方式和连接方法以及相应的物理参数实施输入，其后的建模和求解只需要计算来完成就可以了，极大地帮助设计人员承担了许多的设计难度。
　　3.3强大的后期处理能力
　　在传统的分析方法上通常得出的是大量的数据，数据的理解还要依靠丰富的经验和理论。但是运用虚拟样机计算软件为复杂性的数据提供了可视化技术，使得设计人员直观地看到机械设计的性能和运动效果。
　　4结语
　　综上所述，虚拟制造技术是现代机械工程设计领域的重要组成部分，也是适应市场经济不断发展的要求，有利于加强对现代工程设计各方面的掌握，以便于对虚拟制造技术的应用工作进行科学合理的规划，提高运用的效果，提高其经济效益与社会效益。
　　参考文献：
　　[1]戴晴华.虚拟制造技术及其在工程机械中的应用[J].中国工程机械学报，2015（02）.
　　[2]黄岳阳.现代机械工程设计中的虚拟制造技术初探 [J].科技展望，2016，26（34）.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14734159.htm