计算机技术在机械制造领域的应用

摘要：近年来，信息技术的快速发展和社会生产效率的强烈提升需求促成了计算机技术在机械制造加工领域的广泛应用，本文将把机械制造分为设计、测试、生产三个过程，分别论述计算机技术在这三个过程中的具体应用。

关键词：机械制造、计算机技术、应用

中图分类号： TD404 文献标识码： A

随着计算机软硬件技术的快速发展，其在机械工程中的应用日益广泛，计算机技术的应用大大提高了机械制造各个环节的生产效率。

一.机械设计

在机械设计领域，计算机辅助设计技术（Computer Aided Design，CAD）正发挥着越来越重要的作用，已经实现了对设计各环节的全面支持。

计算机辅助设计技术主要有计算机绘图（几何实体造型）、标准件库与调用、标注—标准和规范的引用 、零件的设计计算。这里着重介绍其基本功能，计算机绘图技术。计算机绘图是指利用计算机图形系统绘制出符合要求的二维工程图样或建立起三维模型的方法和技术。在详细设计阶段，利用计算机绘图技术可以进行图形绘制、尺寸标注、技术条件标注等全部绘图工作。在现代产品设计中，还利用计算机绘图直接构建出零件或整个产品的三维模型。与传统的手工绘图相比，计算机绘图不仅具有速度快、精度高的特点，而且通过对大批量电子版图形进行有效的管理，可以方便快捷地对图形进行检索、修改和重用，在实际生产设计中计算机绘图技术应用十分广泛。常用的绘图软件有UG、Pro/E、Solidworks、I-deas、Outocad 、CAXA等。

二.分析测试

在机械产品的分析测试环节，常用的计算机技术是计算机辅助工程技术 (Computer Aided Engineering，CAE)。

计算机辅助工程指用计算机辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学性能，以及优化结构性能等，主要包括有限元分析和优化设计。

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，主要分析强度（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）等。其核心思想是结构的离散化，即将实际结构离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。其基本过程是将一个形状复杂的连续体的求解区域分解为有限的形状简单的子区域，即将一个连续体简化为由有限个单元组合的等效组合体；通过将连续体离散化，把求解连续体的场变量问题简化为求解有限的单元节点上的场变量值。此时得到的基本方程是一个代数方程组，而不是原来描述真实连续体场变量的微分方程组，求解后得到近似的数值解。有限元分析中常用的软件有ANSYS、SAP、ADINA、NASTRAN等。

完成有限元分析之后，计算机辅助工程技术的另一个重要环节是优化化设计， 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，借助计算机分析计算，确保产品设计的合理性，降低成本。常用的软件有ISIGHT、OPB—2等。

与传统设计中资源消耗极大的物理样机验证设计过程相比，CAE技术能缩短设计和分析的循环周期，找出产品设计最佳方案，降低材料的消耗或成本，在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题，模拟各种试验方案，减少试验时间和经费。

三.制造生产

在实际的机械生产制造过程中，计算机检测技术和计算机控制技术有着广泛的应用。计算机检测技术主要是利用计算机采集、分析处理、存储机械设备的运行状态数据，完成对设备的在线监控和诊断。计算机控制技术主要是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，这里主要介绍计算机控制技术。

现代生产中，计算机控制技术主要是计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM)，其核心是计算机数值控制，是将计算机应用于制造生产过程的过程或系统。最主要的应用成果就是数控机床，使机械制造加工的精度得到前所未有的提高，同时还实现了多工序自动化加工，提高了资源利用率。在数控机床的基础上，又发展出称为 “加工中心”的多功能机床，能从刀库中自动换刀和自动转换工作位置，能连续完成锐、钻、饺、攻丝等多道工序，这些都是通过程序指令控制运作的，只要改变程序指令就可改变加工过程，数控的这种加工灵活性称之为“柔性”。

进一步的应用是柔性制造系统，柔性制造系统是，指在一台主计算机管理和监控下，

由多台数控机床（包括加工中心）与工件传送、装夹、卸下装置所组成，能够适应多品种、不同批量的一种新型加工系统。它可以在不停机的条件下调整工序、顺序和节拍，实现一种工件向另一种工件的转换，不同工序之间没有固定顺序和节拍, 甚至于可几种工件同时加工。大大缩短了加工周期。柔性制造系统技术结构主要有加工单元、工件流系统和信息管理系统。信息管理系统主要包括计算机和数控系统、切削加工状态监控系统、工件位置和加工精度测量控制系统、故障诊断及适应控制系统等等。

许多柔性制造系统加上运输系统、机器人装配、立体仓库等设备，并由计算机网络进行调度管理，形成产品生产全过程自动化生产单位，即自动化工厂，自动化工厂是计算机技术在生产制造领域的综合应用。

结论：计算机技术在机械制造领域的各个环节都有着重要的应用，尤其体现在计算机辅助设计和计算机控制技术上，使得机械制造业生产方式发生了革命性的变化。而且随着社会的发展，必然要求更高的生产效率，计算机技术在机械制造领域也将会有更广泛、更深入的应用，而我们作为新一代的从业者，也必须具备更扎实、更广泛的计算机专业知识，才能满足行业发展的需要。

参考资料：

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