虚拟制造技术在现代机械工程设计领域中的应用

李 锐

(郑州铁路职业技术学院，河南 郑州 450000)

传统机械设计时主要考虑的是产品的使用性能，往往在实际设计过程中比较难以控制，而且装配和设计等方面会存在较大的缺陷。因此为了保证机械产品的质量问题，提高生产效率，降低生产成本和能源消，虚拟制造技术在现代化社会发展中显得尤为重要。

1 虚拟制造技术及其过程

1.1 虚拟制造技术特点

虚拟制造技术建立比较虚拟的环境下，利用计算机技术对其进行分析。而且工作人员也可以根据建立的模型进行虚拟装配，在装配过程中发现其中存在错误，并及时进行改正，确保造实际应用中零件装配的精确性。同时对零件装改正时可以在计算机中进行，比较方便，易于操作，并且在更改之后能够自动形成一个新的模型。虚拟技术的应用改变了因零件装配出错而导致的质量问题，实现了设计和装配以及检验一个比较协调的过程，提高了产品的质量，在现代化社会发展中更具竞争力。

1.2 虚拟制造技术过程分析

虚拟设计的模型设计，主要是围绕着产品的生命周期展开的，因此设计人员在进行设计时主要根据客户的要求或是建议。然后进行详细的分析和探讨，进一步的认识产品的主要功能，性能等，最后利用虚拟技术进行虚拟设计和工艺设计，再经过虚拟进行加工生产，客户如果满意就可以实施实际生产，如果出现问题就要及时尽心修改。元模型和建模要通过一系列的理论计算，循环修改和实验推理等的过程，然后才能实现在计算机中设计和优化设计。零件在设计过程中要有一个小的专家系统，根据不同零件的特点们进行不同特征的数据设定。根据这些确定的数据建立一个正确的模型，形成一个零件的元模型。结构模型设计建立在元模型零件基础上，对其进行实际机构分类分级，经过一系列的推论实现独立产品。产品模型设计是虚拟设计中虚拟设计制造的计主要目标，通常系统中会产生不同的领域，因此不同的产品类型就要建立一个不同类型的模型，保证最高层次产品类型模型的实际作用。

2 现代化机械工程设计

机械设计的主要目的是实现在实际应用中的使用功能，让机械产品具有一定的创新性，实现功能强大，经济低廉等的优势。传统机械工程在设计过程中主要是受当时条件的影响，在许多方面有局限性。设计时需要要的数据要通过大量的计算分析之后得以确定，不能体现其精确性，整体设计不够严谨。并且传统的机械设计主要依靠的是设计人员的经验和自己的能力，因此质量高效，生产合理等无法到理想的效果。与传统机械设计不同的是现代化机械工程设计充分利用了当前社会科学发展的技术条件，如先进的计算机技术，在一些列分析过程中运用了有关力学和数学等学科知识。从传统的比较随意性的设计中，逐渐转化为以计算数据为基础的设计，拥有的知识体系比较完整，其中涉及到动态现代化设计，使机械设计更符合现代化发展的需要。

3 机械工程设计中的虚拟制造技术

机械工程设计中的虚拟制造技术机械虚拟样机技术，也是计算机技术不断发展和提高的辅助技术，具有重要的意义和作用。机械工程师可以利用计算机，在上面建立一个样机模型，在分析过程中能对设计方案进行修改，实现数字化应用。虚拟样机在机械工程设计过程中的应用，大大减少了一些列比较繁琐的计算过程，简化了其开发过程，降低了产品开发的成本，提高了产品使用的生命周期和经济效益。机械工程设计过程中，计算机技术的应用，数字化虚拟样机的建立是创新设计的体现，数字化虚拟机也是一个企业新产品开发的基础，是传统设计模式的转变。虚拟样机能在机械工程设计中完成结构分析，装配仿真等。能够通过CAE系统对机械设计过程中进行仿真分析。

4 虚拟样机技术在机械工程设计中的优势

虚拟样机技术在机械工程设计中具有强大的通用性，能够对设计过程中非常复的问题进行处理或解决。虚拟样机技术主要是在力学和动力学基础上不断发展和提高，也是实现对复杂问题简单化处理的有效途径和重要手段。大多数虚拟样机都采用的是代数混合方程方式将复杂问题转化为简单化，虚拟样机中的每个构件多有6个自由度，并且相互之间约束，能够实现其通用性优势，方便建立不同类型的模型。同时虚拟样机能够使机械系统建模更加方便，使软件更具有强大的后期处理功能。传统的机械系统工程要根据运动分析，然后建立模型，虽然步骤不多，但是中间涉及到的大量数据计算和图形分析等过程比较复杂，往往会在经意间出现差错，还会浪费大量的人力、物力和财力，才能进一步的确保模型的建立的准确性。但是如果在设计过程中采用虚拟样机技术，相应的在人力物力等方面减少了很多，而且提高了工作效率。在建模之前的数据计算等求解过程中有是通过计算机完成，不但简单，而且精确度高，也使得设计人员在设计过程中有更新的思路和想法，让机械工程设计更具有时代意义。传统分析方法主要是利用大量的数据，在丰富的经验基础上得出结果。虚拟样机技术在结果分析上有了更多的表达形式，关于机械性能和效果显示也比较直观，便于工作人员分析和理解，实现了其强大的技术功能。

5 结束语

随着科学技术的提高，我国工业领域中的技术发展和先进工艺技术的应用也越来越广泛。虚拟制造技术的发展和应用，将会改变现代化机械工程设计过程中传统的制造模式。能在产品制造出来之前对出现错误的地方进行修改，实现对产品性能的预测等优势，提高了产品质量和生产效率以及制造周期，具有广阔的发展前景。

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