机械工程中计算机技术应用探究
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机械工程中计算机技术应用探究
【摘要】随着计算机技术突飞猛进的发展，其应用已渗透到机械工程的每一领域并发挥不可替代的作用。
文章分别从机械工程的设计、生产制造、机械设备等领域详细介绍了计算机在其中的应用。
【关键词】机械工程；计算机；应用
在信息时代的今天，计算机技术应用已经渗透到化工机械行业的每一个领域。
计算机软、硬件的每一个进步都极大地影响着机械行业的技术进展，尤其在机械工程的科研领域，计算机已占据着不可替代的重要地位，机械工程活动对计算机的依赖还会越来越显著。
因此，探究机械工程中计算机应用具有重要的意义。
1.机械设计中的计算机技术应用
1.1 CAD技术的应用
计算机辅助设计（CAD）：是指工程技术人员以计算机为辅助工具来完成产品设计过程中的各项工作，如草图绘制、零件设计、工装设计、工程分析等。
①CAD的基本应用主要包括：利用计算机辅助设计软件绘制几何实体造型，进行标准件库选取调用，标注标准和规范的引用，进行零件的设计计算，将制图工具变为设计工具，以及将通用的设计工具平台转变为专用的设计系统等等。
②CAD与设计方法的集成应用包括：
基于模块化设计方法的CAD、基于DFX设计方法的CAD、基于优化设计方法的CAD、基于可靠性设计方法的CAD、支持自顶向下方式的CAD、智能CAD、网络协同设计CAD通常用到相关软件有：AutoCAD、CAXA 、Pro/E、Solidworks、I-deas、UG等。
1.2 CAE技术的应用
计算机辅助工程（Computer Aided Engineering，CAE）分析是在三维实体建模的基础上，从产品的方案设计阶段开始，按照实际使用的条件进行仿真和结构分析，按照性能要求进行设计和综合评价，以便从多个设计方案中选择最佳方案。
通常包括有限元分析法、优化设计、仿真技术、试验模态分析等。
1.2.1有限元分析
有限元分析：是指使用有限元软件对机械结构进行性能分析。
包括强度（应力）、刚度（应变和变形）、动态特性（固有频率、振动模态）、热态特性（温度场、热变形）。
有限元建模：网格划分、边界条件的确定。
常用有限元分析软件有：ANSYS、SAP、ADINA、NASTRAN等。
1.2.2优化设计
优化化设计：指运用优化设计算法，以机械的某项或多项性能指标最优为目标，求解其设计参数。
利用该技术核心操作就是一要选定优化目标，构造目标函数；二要确定设计参数和约束条件。
常用的优化设计软件有：ISIGHT、OPB—2。
1.2.3计算机仿真技术的应用
计算机仿真又称数学仿真，即建立系统（或过程）的可以计算的数学模型（仿真模型），并据此编制成仿真程序放入计算机迸行仿真试验，掌握实际系统（或过程）在各种内外因素变化下性能的变化规律。
计算机访真的基本方法是将实际系统抽象描述为数学模型，再转化成计算机求解的仿真模型，然后编制程序，上机运行，进行仿真实验并显示结果。
具体步骤如下：
（1）建立数学模型（2）建立仿真模型（3）编制仿真程序（4）进行仿真实验（5）结果统计分析（6）仿真工作总结。
在机械设计中利用该技术主要是通过建立真实系统的计算机模型，分析实际系统的行为特征。
包括：运动学仿真、动力学仿真、装配关系仿真、其它性能的仿真、过程和系统状态仿真等。
在机械设计中利用该技术的关键之处在于能够建立出真实系统的计算机模型，包括数学模型（形式化描述）和仿真模型（仿真算法）。
常用仿真软件有：MATLAB、ADAMS等。
1.2.4试验模态分析
试验模态分析通常指“对系统或部分的一个实验过程，其目的是获得其动态或振动特性的数学描述”。
对于不同的应用，其数学描述或模型也是不同的，在一种情况下可以是对固有频率和阻尼系数的估计，而在另一种情况下又可以是质量-弹簧-阻尼系统的模型建立。
利用CAE技术在机械工程中进行试验模态分析应用主要在以下几个方面：
（1）评价实际结构系统的动态特性。
（2）在新产品设计中进行结构动态特性的预估及优化设计。
（3）诊断及预报结构系统的故障。
（4）控制结构的辐射噪声。
（5）识别结构系统的载荷。
2.在机械制造中的计算机技术应用
2.1 CAM技术的应用
计算机辅助制造（CAM）：是指借助计算机来完成从生产准备到产品制造出来的过程中的各项活动，如计算机辅助数控加工编程、制造过程控制、质量检测与分析等。
在机械制造中主要是利用计算机辅助编制CNC（计算机数字的控制）机床的零件加工程序。
所谓数控加工程序编制，就是指根据零件的图形尺寸、工艺过程、工艺参数、机床的运动以刀具位移等内容，按照数控机床的编程格式和能识训的语言记录在程序单上，再按规定把程序单制备成控制介质（程序信息载体），如程序穿孔纸带或磁盘，变成数控系统能读取的信息，再通过输入设备送入数控装置进行试切，若不合格则修改程序，直至合格为止。
数控程序编程的具体步骤如下：（l）分析零件图样（2）确定工艺过程（3）数值计算（4）编写程序单（5）制作程序载体（6）程序校验及首件试切。
2.2 CAPP技术的应用
计算机辅助工艺规程设计（CAPP）：是指工艺人员借助于计算机，根据产品制造工艺要求，交互地或自动地确定产品加工方法和方案，如加工方法选择、工艺路线确定、工序设计等。
在机械制造中主要是利用计算机辅助制定零件的加工工艺过程，具体包括：零件信息的描述、毛坯选择、工艺过程拟定（工艺方案分析）、工艺参数计算、工艺文件的生成。
应用CAPP系统，不仅可以大大提高工艺规程的生成速度和质量，而且对CAPP系统操作人员对工艺规程设计熟练程度的要求可以较低，即工艺经验较少的工艺人员也能借助CAPP系统设计出高质量的工艺规程。
此外，在机械设备中也有计算机技术应用。
主要在体现在利用计算机技术对设备进行检测和控制两大方面。
2.2.1计算机检测技术
在机械设备中计算机检测技术是指利用计算机采集、分析处理、存储机械设备的运行状态数据。
其主要的用途是对设备的在线监控和诊断。
2.2.2计算机控制
在机械设备中计算机控制是指利用计算机作为控制器对机械设备的运行过程和运行状态进行自动控制。
具体包括：程序控制、顺序控制、恒值控制、最优控制、自适应控制、计算机直接控制、计算机监督控制、计算机分级控制、计算
机分布式控制等。
总之，计算机技术的发展，推动了机械工程各个领域的革命；分析机械工程中计算机应用对于优化和创新机械工程中每个作业流程意义深远。
【参考文献】
[1]郭仁生.机械工程设计分析和MATLAB应用（第3版）.北京：机械工业出版社，2012，1.。
