机械设计制造技术与计算机辅助技术的融合路径

机械设计制造技术有着悠久的发展历史，在现如今的数字化时代，计算机技术已在许多领域得到广泛运用，计算机辅助技术凭借自身高效的设计模拟以及精确的数据分析等优势，为机械设计制造带来了创新变革的可能性。市场对于机械产品在质量、性能以及创新方面的要求不断提高，企业必须借助计算机辅助技术来提升自身的设计制造水平。这不但是技术发展的必然趋势，更是推动机械行业持续发展的必然举措。

1 机械设计制造与计算机辅助技术的复合视域

1.1 机械设计制造

机械设计制造领域，需要融合技术知识以及生产实践，设计制造出可满足特定需求的机械系统。在设计阶段，设计者必须综合考虑系统功能、运维以及操作模式等多方面因素，以确保实现机械系统的最优配置。在制造阶段，则重点在于要能将设计蓝图成功转化为实际产品，在此过程中，技术和工艺水平会对机械系统的性能以及可靠性产生直接影响。当前，数控自动化技术与虚拟化技术在该领域的集成应用变得越发重要，这主要依托于计算机辅助技术，对行业发展有着深远的影响。例如数控自动化技术可提高机械加工的精度及效率，而虚拟化技术能提前模拟机械系统运行情况以发现并解决问题，降低实际生产中的风险与成本。

1.2 计算机辅助技术

在机械设计环节，计算机辅助技术可以简化复杂的绘图工作提高设计效率，还可以实现三维可视化建模，直观地对设计结果加以呈现，方便分析和优化。在制造环节，该项技术则能将设计模型转化成数控机床等设备可执行的指令，由此实现自动化生产，以此保证产品的精确度。还能模拟机械制造的全过程，提前找出潜在问题，为设计改进提供依据，驱动机械设计制造的未来发展。

2 计算机辅助技术和机械设计制造的有效融合路径

2.1 精确绘制机械设计图形确保质量

机械设计阶段要高度重视设计图绘制这项工作，设计图的绘制质量直接影响机械制造结果，必须提高绘制质量才能使机械制造结果满足使用要求。在绘制设计图时，设计师可将计算机作为辅助工具，应用计算机高效完成绘制图纸的任务。在绘制过程中，计算机软件会直观显示各项数据参数，该软件内置模拟功能，能够检验设计的图纸是否合理，具有良好的应用机制。若在审核阶段发现设计图纸存在某些问题，设计师必须立即作出修改并针对修改内容进行详细说明，同时要与其他相关单位保持密切的信息沟通。机械制造单位常采用计算机软件完成设计图纸这一任务，由计算机设计而成的图纸往往更加精准，同时使机械制造质量更有保障。

2.2 立体化构建融合平台实现数据高效联动

企业要选型部署适合自身业务架构的集成软件平台，如西门子 NX 系统集成多种功能模块，部署时需要完成软件安装调试、硬件适配及与现有IT 基础设施无缝对接，还应开发定制化接口程序保证各模块间数据实时流通共享。某大型航空航天制造企业构建该平台时，因不同型号飞机零部件有复杂设计精密制造需求，便二次开发定制接口，令 CAD 模型数据能直接导入CAE 软件做气动性能与结构强度分析，结果数据自动反馈设计端让工程师优化调整模型，优化后模型再无缝传输至 CAM 软件生成精准数控加工程序以指导车间机床高精度加工。经此融合平台，该企业飞机零部件制造周期缩短约 35% 、产品合格率提升 28% 、设计到制造转化效率提高 40% ，推动机械设计制造从传统模式向智能化高效化转变，为航空航天复杂零部件快速研制高质量生产支撑。

2.3 深度嵌入智能算法驱动设计精准决策

机械产品设计初期，工程师在 HyperWorks 等仿真平台设定载荷条件、材料属性等参数，该算法经大量迭代计算能模拟材料的不同分布形态，得到满足性能要求的最优结构形态。某工程机械制造商设计新型挖掘机臂时应用此算法，历经 200 多次迭代计算成功让臂体重量减轻 18% ，强度提升15% 。工艺参数优化方面神经网络算法也发挥了重要作用，某精密轴承制造企业建立基于 LSTM 网络的磨削工艺参数优化模型，依靠收集切削速度、进给量、砂轮磨损情况和轴承表面粗糙度等大量历史磨削数据训练模型，模型训练完成后可依输入的不同工况数据精准预测出最优的磨削工艺参数组合，应用后轴承表面粗糙度均方根值从 0.08μm 降至 0.05μm 且加工能耗降低 12% ，实际生产中，该企业在10 台磨床设备应用此算法，有效提升了企业在精密制造领域的竞争实力。

2.4 打造沉浸式虚拟制造环境全景模拟生产

打造沉浸式虚拟制造环境能全方位模拟机械产品生产全流程，企业借助 3DCSI 企业的 FactoryCAD、FactorySim 等软件构建具备虚拟工厂建模、数字孪生体创建以及实时数据映射功能的仿真平台。在虚拟工厂建模阶段，需要对实际工厂厂房布局、设备尺寸与生产线配置等信息详细采集，并以1：1 比例在虚拟平台构建高度逼真工厂模型。某汽车变速器生产企业在数字孪生体创建过程中，将其变速器装配线上机器人、输送带和工装夹具等设备及其控制系统数据全映射到虚拟平台，达成虚拟与物理设备的实时联动。模拟运行阶段，导入生产计划、物料流转信息和设备运行参数等真实工况数据全面仿真生产流程，一次模拟中发现某齿轮啮合工序有干涉问题，便提前调整虚拟夹具设计并优化工艺参数，该平台支持多方案对比分析，曾为新品开发项目提供37 种工艺路线仿真结果，所选最优方案使生产线平衡率从 78% 提至 91% ，产能提升 26% ，产品上市时间提前 45 天，帮助企业于激烈市场竞争中抢占先机。

2.5 打通数字化产品全生命周期管理脉络

企业需要利用Teamcenter等PLM平台，以便整合机械产品从概念设计、详细设计、工艺规划、生产制造再到售后维护全生命周期的数据链条。概念设计阶段，市场部门的需求信息、设计部门的创意构思以及历史成功案例数据等均会汇聚至 PLM 平台，供设计团队全面综合分析和筛选。例如某工业机器人制造商在进行新型六轴机器人设计工作时，借助 PLM 平台着重对市面上20 多种产品相关性能参数、客户反馈以及企业内部过往5 代机器人的优缺点数据实施深度挖掘，以此确定新产品的核心卖点以及设计走向。在详细设计阶段，三维 CAD 模型数据得以实时存储和更新于 PLM 平台，不同专业工程师可进行在线协同设计并开展干涉检查、运动仿真等操作，确保设计质量，工艺部门则依据设计模型在 PLM 平台制定包含每道工序加工参数、工装选用、质量检验标准等在内的详细工艺路线，还与生产部门 ERP、MES 系统集成，实现生产计划精准下达和执行监控。

3 结语

科技的持续发展令计算机辅助技术能够不断创新，这为机械设计制造开辟许多新可能。一方面，智能化设计制造系统要实现自主学习和优化性能，将提升生产灵活性与智能化水平。另一方面，机械创新所带来的融合发展促使机械行业和其他领域交叉融合，能创造出各类新兴产业和多样商业模式，进而给工业发展注入新动力。

参考文献：

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