试谈计算机仿真在机械制造及制约工程中应用

论文导读：
【摘要】随着计算机技术的发展，计算机仿真在工业制造和制约系统中得到了广泛的应用。本文首先对计算机仿真的基本原理和特点做分析，然后介绍了目前常用的计算机仿真软件，并对他们的特点进行对比，最后分析了计算机仿真在机械制造及制约工程中个的重要应用。
【关键词】计算机仿真 机械制造 制约工程 应用

一、计算机仿真简介

计算机仿真是应用电子计算机对系统的结构、功能和行为以及参与系统制约的人的思维过程和行为进行动态性比较逼真的模仿。它是一种描述性技术，是一种定量分析策略。通过建立某一过程和某一系统的模式，来描述该过程或该系统，然后用一系列有目的、有条件的计算机仿真实验来刻画系统的特征，从而得出数量指标，为决策者提供有关这一过程或系统得定量分析结果，作为决策的理论依据。计算机仿真是用计算机科学和技术的成果建立被仿真的系统的模型，并在某些实验条件下对模型进行动态实验的一门综合性技术。它具有高效、安全、受环境条件的约束较少、可转变时间比例尺等优点，已成为分析、设计、运转、评价、培训系统（尤其是复杂系统）的重要工具。
仿真是对现实系统的某一层次抽象属性的模仿。人们利用这样的模型进行试验，从中得到所需的信息，然后帮助人们对现实世界的某一层次的理由做出决策。仿真是一个相对概念，任何逼真的仿真都只能是对真实系统某些属性的逼近。仿真是有层次的，既要针对所欲处理的客观系统的理由，又要针对提出处理者的需求层次，否则很难评价一个仿真系统的优劣。

二、常用的计算机仿真软件介绍

(一)MATLAB

MATLAB是美国MathWorks公司开发的一种功能极其强大的高技术计算机语言和内容极其丰富的软件库，它适合于工程各领域的分析设计与复杂计算的软件，该软件包括基本部分和专业扩展两大部分.扩展部分称为工具箱，用于解决某一方面的专业理由。它以矩阵和向量的运算以及运算结果的可视化为基础，把广泛应用于各个学科领域的数值分析、矩阵计算、函数生成、信号处理、图形及图像处理、建模与仿真等诸多强大功能集成在一个便于用户使用的交互式环境中，为使用者提供了一个高效的编程工具及丰富的算法资源。对于信号处理和图像处理等数字处理领域，MATLAB 更是得天独厚，它丰富的M文件和强大的绘图可视功能为使用者带来了极大的方便， 被广泛的应用于信号与图像处理、制约系统设计、通信、系统仿真等诸多领域，尤其对初学者可起到事半功倍之效。

(二)AUTOCAD

CAD（Computer Aided Design）的含义是指计算机辅助设计，是计算机技术的一个重要的应用领域。AutoCAD则是美国Autodesk企业开发的一个交互式绘图软件，是用于二维及三维设计、绘图的系统工具，用户可以使用它来创建、浏览、管理、打印、输出、共享设计图形。AutoCAD是目前世界上应用最广的CAD软件，市场占有率位居世界第一。AutoCAD软件具有如下特点：
（1）具有完善的图形绘制功能。
（2）有强大的图形编辑功能。
（3）可以采用多种方式进行二次开发或用户。
（4）可以进行多种图形格式的转换，具有较强的数据交换能力。
（5）支持多种硬件设备。
（6）支持多种操作平台。
（7）具有通用性、易用性，适用于各类用户。虽然AutoCAD本身的功能集已经足以协助用户完成各种设计工作，但用户还可以通过Autodesk以及数千家软件开发商开发的五千多种应用软件把AutoCAD改造成为满足各专业领域的专用设计工具。这些领域中包括建筑、机械、测绘、电子以及航空航天等。

(三)CATIA

CATIA是CAD/CAE/CAM一体化软件，位居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子/电器、消费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域，其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争力和生产力的提高。CATIA提供方便的解决方案，迎合所有工业领域的大、中、小型企业需要。包括：从大型的波音747飞机、火箭发动机到化妆品的包装盒，几乎涵盖了所有的制造业产品。CATIA可为数字化企业建立一个针对产品整个开发过程的工作环境。在这个环境中，可以对产品开发过程的各个方面进行仿真，并能够实现工程人员和非工程人员之间的电子通信。产品整个开发过程包括概念设计、详细设计、工程分析、成品定义和制造乃至成品在整个生命周期中的使用和维护。

三、计算机仿真在机械制造及制约工程中的应用

机械加工过程，是机械行业进行生产的基础。利用计算机仿真，有助于发现其机理，为提高机械加工性能提供理论支持。如磨削方面，吉林大学的王龙山教授等提出了依赖于时间变化的描述磨削过程的各个数学模型，通过计算机模拟可以预测和估计磨削行为和磨削质量，为磨削过程优化、智能制约、虚拟磨削创造了必要的前提。李国发博士等研究了变进给磨削过程磨削功率的模型，利用计算机仿真得到能够应用于实际磨削过程的最佳磨削方案。还有山东大学机械工程学院的王霖等研究了磨削温度场的计算机仿真系统，实现了对磨削温度场的预测及优化，为研究各加工参数对磨削温度场的影响提供了理论依据。
COOotionTM是用于SolidWorks的最流行的虚拟原型机仿真工具，使您可以确保您的设计在实现前可以正确工作。COOotion完全嵌入在SolidWorks中，是标准虚拟原型机仿真程序包，用于对理解其SolidWorks模型的性能感兴趣的工程师和设计人员。COOotion使工程师能够调整马达/驱动器的尺寸、确定能量消耗情况、设计联动布局、模拟凸轮运动、了解齿轮传动、调整弹簧/减震器的尺寸、确定接触零件的动作方式等。该软件令客户可以大幅降低物理原型机仿真的成本，缩短产品开发时间。
四、总结
机械制造和制约工程是整个工业发展的基础，为国民经济的发展做出重大贡献。随着高科技技术的快速发展和广泛的应用，在传统的机械制造业中应用计算机仿真技术，能够有效提高工业生产、设计的效率，通过仿真，能及时对生产过程进行监控和优化，提高生产力。
参考文献：
[1]李彬轩，徐航，何文华.柴油机实时仿真中燃烧模型的建立[N].内燃机学报，2001，（02）. 全文地址：www.7ctime.com/jsjbylwtm/lw43495.html上一论文：研讨IBM将为美国能源部制造超级计算机