仿真技術(shù)需要基于計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)，通過應(yīng)用多種科學(xué)理論解決隨機(jī)問題。而早期的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，則是通過隨機(jī)數(shù)來求解隨機(jī)問題。近年來，仿真技術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域之間的融合越來越密切，也對工業(yè)發(fā)展起到很大的促進(jìn)作用。因此對仿真技術(shù)進(jìn)行研究，能夠?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)和創(chuàng)造提供更有效的理論依據(jù)。
1 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在機(jī)械制造行業(yè)的特征
1）應(yīng)用范圍特征。仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造當(dāng)中的應(yīng)用，有著鮮明的特征體現(xiàn)，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到制造和測試維護(hù)的整個(gè)過程中，仿真技術(shù)都能貫穿始終。在機(jī)械產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)以及詳細(xì)設(shè)計(jì)和加工制造等環(huán)節(jié)，仿真技術(shù)都能發(fā)揮積極的作用。仿真技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，其范圍上得到了迅速擴(kuò)大，在仿真對象和目的上其研究制造對象動(dòng)力學(xué)以及運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，已經(jīng)向著研究制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行方向發(fā)展，在庫存管理以及產(chǎn)品開發(fā)過程組織等層面都有所涉及。
2）集成化特征。機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中仿真技術(shù)的應(yīng)用，在集成化特征層面表現(xiàn)的比較突出，也就是對仿真技術(shù)的綜合性應(yīng)用，能有效形成可運(yùn)行的產(chǎn)品開發(fā)以及制造環(huán)境。在仿真的類型上是多樣化的，有著面向產(chǎn)品以及制造工藝和生產(chǎn)管理等部分的仿真。這些部分在對仿真技術(shù)的應(yīng)用上都得到了綜合性體現(xiàn)。
3）分布性特征。仿真技術(shù)的應(yīng)用在與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合下，對仿真的分布性特征比較顯著。這是通過制造分布所決定的，由敏捷制造以及虛擬網(wǎng)絡(luò)的支持而實(shí)現(xiàn)的。仿真技術(shù)的應(yīng)用和傳感器以及圖形技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用特征也比較突出，這就對仿真技術(shù)的交互性得到了加強(qiáng)。
2 計(jì)算機(jī)仿真的實(shí)現(xiàn)
計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的順利實(shí)施，需要建立一個(gè)既符合要求又可以呈現(xiàn)客體實(shí)質(zhì)的數(shù)學(xué)模型。在建立模型的過程中，一定要保證建模的度，數(shù)學(xué)模型一旦建立起來，建模的度將直接關(guān)系著計(jì)算機(jī)仿真的精度。
計(jì)算機(jī)仿真主要分成以下幾個(gè)步驟：
1）模型的創(chuàng)建。面對需要研究的問題，首先需要抽象出一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)有效仿真的可靠系統(tǒng)，并對仿真系統(tǒng)加上邊界條件和約束條件。然后，運(yùn)用相關(guān)的知識將準(zhǔn)確的架構(gòu)用數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行闡述。數(shù)學(xué)模型按照和時(shí)間的關(guān)系分成動(dòng)態(tài)模型和靜態(tài)模型，動(dòng)態(tài)模型由連續(xù)性時(shí)間、離散時(shí)間以及混合時(shí)間組成。模型按照狀態(tài)的變化和方式分成連續(xù)性和離散型模型。
2）模型的變換。模型變換是指利用計(jì)算機(jī)來將抽象的數(shù)學(xué)表達(dá)式轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能夠處理的形式，因此對計(jì)算機(jī)的算法和計(jì)算機(jī)的語言提出了較高的要求。這就涉及到計(jì)算機(jī)仿真的關(guān)鍵步驟- 仿真模型的建立。要想順利實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程，首先需要研發(fā)出一套屬于自身的新系統(tǒng)，當(dāng)然也可以使用市面上已經(jīng)存在的仿真軟件來實(shí)施仿真。
3）模型的實(shí)驗(yàn)。將創(chuàng)建好的仿真模型輸入到計(jì)算機(jī)中，通過計(jì)算機(jī)處理就可以得到仿真結(jié)果。這就構(gòu)成一整套仿真實(shí)驗(yàn)。由于仿真是由實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)方案來實(shí)施的，因此后續(xù)仿真是一件非常簡單的工作，但事實(shí)上，還需要對仿真結(jié)果的可靠性進(jìn)行檢驗(yàn)。
3 仿真技術(shù)在齒輪設(shè)計(jì)研究中的應(yīng)用
齒輪是機(jī)械裝備的主要零部件，因此對其進(jìn)行仿真研究具有十分重要的意義。在操作過程中可以使用Visual Lisp 語言來實(shí)現(xiàn)集合角度以及對齒輪齒形的建模進(jìn)行仿真，還可以實(shí)現(xiàn)對圓弧齒行星的仿真，利用計(jì)算來仿真接觸點(diǎn)的相關(guān)參數(shù)以及對齒輪研發(fā)設(shè)計(jì)中的齒輪泵的仿真。
4 仿真技術(shù)在機(jī)械結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用
機(jī)械產(chǎn)品需要大量的機(jī)械零部件進(jìn)行組裝，在對新產(chǎn)品進(jìn)行研發(fā)的過程中，這些零部件首先需要完成預(yù)先的動(dòng)作，檢查結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)之間連接的恰當(dāng)性，探討以更高的設(shè)計(jì)方式來滿足不同機(jī)構(gòu)間的干涉部位，使其更加滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。一般在一些大型的三維設(shè)計(jì)軟件中都有一個(gè)運(yùn)動(dòng)仿真模塊，以便其可以能更好地模擬機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，這也是現(xiàn)在常用的操作軟件。這種軟件能夠自主添加運(yùn)動(dòng)發(fā)生器、彈簧等，因此設(shè)計(jì)人員僅僅靠運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的檢查就可以驗(yàn)證仿真度。
5 仿真技術(shù)在復(fù)雜數(shù)值計(jì)算分析方面的應(yīng)用
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械工程上的應(yīng)用范圍越來越廣，以往很多棘手的問題都可以通過計(jì)算機(jī)仿真來進(jìn)行處理。計(jì)算機(jī)仿真還能使機(jī)械計(jì)算更加簡單化、層次化，節(jié)約計(jì)算時(shí)間，避免在操作過程中的重復(fù)操作，提高計(jì)算的準(zhǔn)確度。機(jī)械產(chǎn)品的基本研發(fā)過程是“概念設(shè)計(jì)階段- 初步設(shè)計(jì)階段- 詳細(xì)階段- 模擬實(shí)驗(yàn)階段- 更改修正階段- 再次修改階段”，直到滿足終的產(chǎn)品要求。對機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，能夠有效縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，減少材料的浪費(fèi)，及時(shí)了解產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度應(yīng)力以及剛度等參數(shù)，根據(jù)計(jì)算來獲得機(jī)械出現(xiàn)疲勞失效的風(fēng)險(xiǎn)因素以及其存在的潛在問題。
6 仿真技術(shù)在復(fù)雜機(jī)械加工研究方面的應(yīng)用
機(jī)械加工是計(jì)算機(jī)操作和制造的生產(chǎn)技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)來發(fā)現(xiàn)深層次機(jī)理，力求為機(jī)械加工提供有效的理論依據(jù)。在數(shù)控加工過程中，可以利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來完成數(shù)據(jù)模塊的加工，并用生成的圖形數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制指令，以及設(shè)置相關(guān)的加工參數(shù)。在磨削加工操作上，數(shù)學(xué)模型的建立是以時(shí)間軸為變化單位來設(shè)置的，以對磨削的行為和指令進(jìn)行預(yù)先評測，通過計(jì)算機(jī)仿真得到終的磨削方案同時(shí)也是磨削過程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、虛擬化加工的必要前提。在銑削加工上，可以先建立銑切削的相關(guān)模型，并利用通用軟化來對銑切削的機(jī)理和條件進(jìn)行仿真。在電火花切割方面，應(yīng)建立加工曲面的計(jì)算機(jī)仿真模型，以便對電火花加工工藝的效果進(jìn)行預(yù)估。
7 結(jié)語
隨著我國科學(xué)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造的發(fā)展過程中，對于整體設(shè)計(jì)和制造業(yè)的要求越來越高。仿真技術(shù)和機(jī)械制造的大范圍結(jié)合，為我國機(jī)械制造帶來了一線生機(jī)，同時(shí)也為可持續(xù)發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。