机械设计制造中数字化技术的运用

摘要：随着我国经济的飞速发展，国内的机械业也随之不断发展起来。在机械制造智能化、自动化、数字化发展的背景下，机械设计制造领域大量运用数字化技术，如计算机辅助设计软件、异地协同设计系统、虚拟设计及制造技术等，在提升机械设计制造质量与效率的同时，节约了机械产品的研发成本，有助于机械设计制造领域的高质量发展。因此，文章分析了机械设计制造中数字化技术的特点，归纳了常用的数字化技术，并提出了数字化技术具体的应用方法，以促进数字化技术在机械设计制造中应用的持续深化，推动提升数字化技术的运用成效。

关键词：机械设计制造；数字化技术；运用 引言

随着世界科技与经济的快速发展，尤其是电子信息技术的广泛应用，给传统的机械设计带来了性变革，计算机技术和信息技术极大地推动了机械设计的智能化和信息化发展。基于现代机械设计基本理论与方法，提出机械设计数字化建模技术，并系统论述了机械数字化设计中常用的计算机软件与仿真技术。研究结果以期为全面提升我国机械设计与制造技术效率提供技术参考与借鉴。

1数字化技术的内涵

机械设计制造领域内的数字化技术，是以计算机为载体，以信息技术、互联网及软件应用为支撑，对机械进行设计与制造的技术，可以实现机械的数字化设计与数字化制造，贯穿机械产品开发整个过程。数字化技术在机械产品设计、分析、装配、制造等全过程的应用，需要借助构建的机械产品数字模型，从设计开始至制造结束进行全过程的模拟，还可以进行机械产品制造阶段的生产材料和生产成本计算、生产计划制定，以及机械制造过程的风险分析等，从而制定最佳的生产方案，在提高设计可行性的同时，缩短机械设计制造研发周期，加快机械产品上市的速度，最终为机械生产制造企业创造最大的经济效益。

2我国机械设计制造现状分析

近几年，我国机械设计制造水平在产品开发能力及生产制造能力方面都取得了重大突破与进步，产品创新能力也有所提升，但与国外发达国家相比仍有诸多不足之处。当下我国机械制造产业现状特点大体体现在以下几方面：一是数字化设计制造技术水平不足，机械产品设计与数字化技术未能深度融合，并且还缺乏自主创新能力；二是机械设计产品功能缺乏创新性，导致在实际应用过程中表现乏力。随着智能化产业转型升级发展的不断推进，今后机械设计制造需要进一步加强产品设计，优化产品功能，相信智能化、数字化技术将会是机械制造产业发展的重要方向，充分利用数字化、智能化技术引领机械产业的快速发展，着力发挥数字化技术的优势，为我国社会经济发展保驾护航。历史经验教训已告诉我们，传统粗放型、低端技术的发展模式不适用于现代化机械制造产业实际需求，为此，要全面发挥现代数字化设计制造技术的优势，确保国产机械产品向着智能化方向发展。

3机械设计制造中数字化技术的运用 3.1计算机辅助设计软件

在机械设计制造领域常用的计算机辅助软件主要有计算机辅助设计软件CAD，可完成机械设计制造的图形变换与实体造型，软件提供的功能有特征计算、几何造型、绘图，以及数据的存储、检索与处理等；计算机辅助工程软件CASE，支持规约、设计、实现、测试、建模、过程管理等，支持机械产品开发的全过程；计算机辅助工艺过程设计软件CAPP，主要用于设计零件机械加工工艺过程，补齐手工工艺设计的短板，主要的功能模块有控制模块、零件信息输入模块、工艺过程设计模块、工序决策模块、NC加工指令生成模块、加工过程动态仿真模块等，从零件的毛坯阶段开始至零件制造结束进行工艺过程的设计及加工过程的模拟，确保机械零件制造工艺的可行性；计算机辅助制造软件CAM，主要功能包括高速加工、数控编程、多轴加工、仿真验证等，用于机械产品生产设备管理控制，实现快速高效的加工流程。

3.2虚拟样机技术

虚拟样机技术是将CAD建模技术、计算机支持的协同工作(CSCW)技术、用户界面设计、基于知识的推理技术、设计过程管理和文档化技术、虚拟现实技术集成起来，形成一个基于计算机、桌面化的分布式环境以支持产品设计过程中的并行工程方法。

虚拟样机能够反映实际产品的特性，如机械产品外观、空间关系，以及运动学和动力学特性。利用虚拟环境在可视化方面的优势及可交互式探索虚拟物体功能，对产品进行几何、功能、制造等许多方面交互的建模与分析。虚拟样机技术在CAD模型的基础上，把虚拟技术与仿真方法相结合，为产品的研发提供了一个全新的设计方法。

3.3并行设计技术

并行设计技术是在机械产品设计的初始阶段，针对机械产品设计、分析、制造、装配、检验、质量等进行综合性的考虑，对机械产品进行并行、集成和一体化的设计，可以缩短产品开发的周期。并行设计技术与异地协同设计系统有着相同之处，但并行设计技术进行的是产品全生命周期的设计，参与设计的主体有多个学科小组与多个相关部门，实现方案论证与需求分析、方案设计的协同，方案设计与工程分析、技术设计及设计反馈的协同推进，以及技术设计与施工设计、工艺规划、制造装配、加工反馈等的并行。技术运用的关键点是并行设计过程建模、机械产品数据的集成、建立产品的数字模型。机械产品设计涉及多个领域与多个部门，需基于计算机网络建立网络协同作业组，以及建立集成化的机械产品模型，满足协同合作对产品动态修改的需要。

3.4有限元分析技术

有限元分析(FEA，FiniteElementAnalysis)利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟。有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解，其将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件)，从而得到问题的解。因为实际问题被较简单的问题所代替，所以这个解不是准确解，而是近似解。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限

元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。

3.5三维数字化技术

三维数字化技术为机械产品设计工作带来了极大的便利，传统的二维设计技术智能构造产品零部件的平面效果，直观性不强，利用UG等三维建模软件可构建机械产品的三维立体效果图，可展示出产品的实际整体效果，有利于提升工作效率。UG软件是目前应用较广泛的一款三维建模软件，其中曲面拟合造型与三维实体造型技术不再局限于基本的曲线设计，可对产品的造型及尺寸灵活调整，针对各曲面机械零件利用不同视图轮廓线，完成曲面造型，最后，再进行细节方面的精细化处理，具有高度的灵活性和自主性。另外，实体造型技术还能够全方位、多角度地观察产品的造型，并反映出机械产品的特性，可辅助技术人员进行更复杂、系统化的机械产品设计，并且还能够帮助设计人员更细致地观察和调整设计产品的功能、质量与零件属性。

结束语

综上所述，随着数字化设计技术在机械领域的深度应用，有利于推动机械设计制造产业的高质量、智能化发展。数字化技术目前在机械设计与制造领域得到了良好的运用，渗透至设计与制造的各个环节，需要加强对其在机械制造中运用的分析，以持续提升数字化机械设计制造水平，树立先进的制造理念，全面提升我国机械设计制造的智能化水平，为我国社会经济高质量发展贡献绵薄之力，助力于机械制造领域的数字化转型升级。

参考文献

[1]白雪洁,李琳,宋培.数字化改造能否推动中国行业技术升级?[J].上海经济研究,2021(10):62-76.

[2]康婷.基于数字化技术的服装智能设计方法研究[D].无锡:江南大学,2022. [3]赵琳瑞.制造企业数字化转型对技术创新能力的影响研究[D].哈尔滨:哈尔滨理工大学,2022.