机械设计的三维模拟与仿真设计分析

摘 要：本文在机械设计概念和特点的基础上，结合机械设计中三维模拟与仿真的重要性，分析了我国机械设计等三维模拟与仿真中存在的问题，最后从提高人员自身素质和硬件性能两个方面，对机械设计的三维模拟与仿真的应用措施，进行了深入的研究，希望能够给实际的机械设计工作，提供一定的参考。

关键词：机械设计；三维模拟；仿真设计

中图分类号：TP391.72

受到特殊的历史因素影响，我国经济和科技的起步较晚，与西方一些发达国家相比，还存在较大的差距，虽然经过了改革开放三十多年的发展，我国已经成为了世界第二大经济体，整体的经济实力有了很大的提高，在这种背景下，机械设计等软件的使用，在我国的机械等设计中，已经非常普遍。

1 机械设计简析

1.1 机械设计的概念。机械设备的生产和使用，是随着近代自然科学的发展，出现的一种设备，通过机械设备的使用，可以极大的提高生产等工作的效率，经过了两次工业革命后，西方国家首先进入了机械时代，而我国的工业发展的时间较短，虽然根据我国的实际情况，引入了西方国家一些先进的机械设备和技术，在很大程度上提高了我国机械化的程度。但是通过实际的调查发现，目前我国使用的机械设备，大多都是由国外的公司生产的，导致这种现象的主要原因，就是我国机械设计的水平较低，通常情况下，一种机械设备的设计，都是根据实际使用的需要，在机械设计完成后，如何将设计加工成实际的设备，也是一个重要的问题。现在机械设备的完成，主要借助先进的计算机软件来完成，目前市面上有很多机械设计的软件，如常见的CAD等，经过了多年的使用，在应用的过程中，不断的对软件进行完善，因此现在的机械设计软件，通常都具有丰富的功能，会集成多个功能模块，极大的提供了机械设计的效率。

1.2 机械设计的发展。传统的机械设计，主要在纸上完成，而图纸的绘画，需要较长的时间，将设计的图纸，加工成实际的设备，也需要比较复杂的过程，随着计算机的普及应用，人们开发了机械设计的软件，在很大程度上提高了设计的效率，而且在传统的纸质机械设计中，通常都是二维平面图的设计，很难进行三维模型的设计。而CAD等机械设计软件的出现，很好的解决了这个问题，尤其是经过了多年的使用，机械设计软件已经非常完善，自带了很多插件，这些插件中有很多现有基础的机械模型，在实际的设计中，如果用到这些模型，可以直接调取即可，因此现在的图纸制作中，只需要将基础的元素组合到一起。而且在设计工作完成后，可以直接将设计的内容导出，作为生产加工的图纸使用，目前西方的很多发达国家，都采用这样的机械设计方式，随着我国工业水平的提高，在实际的机械设计中，我国也开始大量的使用计算机来进行辅助设计，取得了很好的效果，但是受到人员自身素质和计算机性能等因素的影响，现代化机械设计的水平还比较低。

2 机械设计的三维模拟与仿真中存在的问题

2.1 三维模拟与仿真的重要性。在实际的机械设计完成后，如何将设计的图纸，生产加工成实际的设备，是一个重要的问题，在传统的机械设计中，受到当时技术水平的限制，主要采用手工的方式进行生产，因此将图纸交给加工人员，按照图纸的内容生产即可，随着机械设备的使用，尤其是自动化技术的出现，现在的机械加工中，基本实现了生产线的自动化运行，将设计的内容输入到相应的控制系统中，就可以直接加工出相应的产品。而辅助设计软件的出现，不但简化了机械设计的过程，设计完成的图纸，可以直接导入到控制设备中，进行相应的生产加工，但是受到各方面因素的影响，在实际的机械设计中，进程会存在一些不合理等问题，这些问题会在一定程度上影响机械设备的生产，如果问题比较严重，会导致无法生产设计的机械。在这种背景下，机械设计完成之后，对设计的内容进行详细的检验非常重要，如果能够在计算机的基础上，虚拟出一个真实的加工环境，对设计的内容进行模拟和仿真，就可以验证设计是否存在问题，如果没有发现问题，那么加工就不会出现问题，由此可以看出，三维模拟与仿真对于机械设计工作来说，具有非常重要的作用。

2.2 三维模拟与仿真中存在的问题。通过实际的调查发现，考虑到三维模拟与仿真的重要性，现在的机械设计软件，大多集成了模拟与仿真的功能，甚至出现了很多专门仿真的软件，可以虚拟出不同的加工环境，操作人员能够对仿真环境随意的进行修改，最大程度上接近实际的生产情况，一些仿真软件还将常见的生产线模型，直接添加到软件中。由于模拟与仿真的特点，可以很好的验证机械设计是否存在不合理的现象，因此人们非常重视三维模拟与仿真技术，但是受到我国技术水平的限制，三维模拟与仿真的应用情况较差，首先就是人员自身的素质较低，在实际的仿真过程中，需要技术人员设置大量的参数，如果人员没有足够的专业知识，显然无法很好的对各种参数进行设置。其次就是计算机等硬件设备的性能较差，出于设计成本的考虑，我国的机械设计中，通常都是采用市面上常见的计算机等设备，在大型的模拟和仿真中，需要计算机进行大量的计算，如果硬件的性能比较低，就需要较长的等待时间，甚至无法完成复杂的仿真，这种现象在很大程度上影响了我国机械设计的三维模拟和仿真的应用。

3 机械设计的三维模拟与仿真的应用措施

3.1 提高操作人员自身的素质。在实际的机械设计中，无论是传统的纸质绘图还是现在的设计软件，都需要人员来进行操作，虽然经过了多年的发现，现在的机械设计软件已经非常完善，集成了多种基础模型，只需要将基础的模型，组合到一起，就可以完成设计工作，但是在模拟和仿真的环节中，需要虚拟出一个真实的环境，设置实际生产的各种参数。如果操作人员的自身素质较差，对实际生产的情况没有足够的了解，那么必然无法虚拟出一个真实的环境，要想很好的解决这个问题，必须保证操作人员的素质，在实际的人员招聘中，应该尽量提高相应的标准，可以设置一个考试环节，对人员的实践能力进行考察，最大程度上保证人员的专业素质。对于现有的工作人员，可以采用培训的方式，使其学习到先进的机械设计理念，对常用的机械设计软件等，进行深入的了解，考虑到三维模拟和仿真的特殊性，还可以让操作人员到生产车间实习，对企业实际的生产情况进行了解，这样才能够确保虚拟出来的环境，最大程度上接近实际情况。

3.2 提高硬件设备的性能。在机械设计的三维模拟与仿真中，需要大量的计算，如果计算机的性能较低，无法满足实际的需要，那么就无法完成相应的仿真。虽然设计图纸的复杂情况，与计算机的性能无关，但是模拟和仿真的效率，主要取决于硬件设备的性能，如果硬件性能足够好，就可以立刻得到仿真的结果，不需要等待的时间。考虑到信息技术发展的速度较快，计算机等硬件设备更新换代非常频繁，要想保证硬件的先进性，必须不断的更换设备，会在很大程度上提高机械设计的成本，因此在实际的硬件设备选择中，可以根据实际的需要，在计划成本的基础上，针对性的选择一个最佳的计算机，这样可以很好的平衡性能和成本之间的关系。对于不同的机械设计来说，对计算机等硬件设备性能的需要，也存在一定的差异，大型复杂机械设计的模拟和仿真，显然需要大量的计算工作，对性能的需求也比较高，而一些简单机械设计的模拟和仿真，大部分计算机的性能，都可以满足实际应用的需要，因此在实际的硬件设备选择上，机械设计的实际情况非常重要。

4 结束语

通过全文的分析可以知道，机械设备的使用可以极大的提高生产效率，因此人们非常之重视机械设计的工作，在计算机的基础上，人们开发了CAD等机械设计软件，极大的提高了设计的效率，但是在设计完成之后，设计经常会存在一些不合理的问题，如果直接进行生产加工，很容易导致生产出现问题，因此在机械设计完成后，通常会进行模拟和仿真，利用先进的仿真软件等，虚拟出一个真实的加工环境，对设计的内容进行检验，这样能够很快的找到设计中的问题。

参考文献：

[1]高辉，陈再良.基于Pro/E的四连杆机构运动仿真设计[J].苏州大学学报，2010（03）.

作者简介：李智华（1970.11-），女，河南郑州人，本科，讲师，研究方向：机械设计。

作者单位：郑州职业技术学院，郑州 450121