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机械仿真设计范文1
1.1模型的创建
针对要研究的目标或问题，首先需要抽象出一个能达到仿真目的的可靠系统，并且要给其加上边界条件和约束条件。然后，运用相关学科的知识把这个系统通过数学表达式准确地阐述出来，阐述的内容就是计算机仿真的核心———数学模型。数学模型根据时间的关系可划分为静态模型和动态模型，而动态模型又分为连续时间、离散时间和混合时间三种；模型分为连续变量系统模型和离散事件系统模型是以系统的状态描述和变化方式为依据的。
1.2模型的变换
模型的变换就是把抽象出来的数学表达式转换成计算机能够处理的形式，这需要运用适当的算法和计算机语言，这种形式所表达的内容就是进行计算机仿真的关键———仿真模型。实现这个过程，既可以根据自身需要研发一个新的系统，也可以把当下市面上已有的仿真软件拿来直接运用。
1.3模型的实验
将创建的仿真模型输入电脑中，运行仿真模型会获取一系列的仿真结果，这就是模型的仿真实验。由于是按照先期设计的实验方案来运行的，所以仿真实验是一件很简单的事情。但是，仿真的结果又应该按照什么标准来衡量呢？这就需要具体辩析仿真结果的可靠性，检验仿真结果可靠性主要有两种方法（置信通道法和仿真过程的反向验证法）。
2.1在齿轮设计研究中的应用
齿轮是机械装备的主要基础零部件，研究它的计算机仿真是很有意义的。如运用VisualLisp语言可以从几何角度研究齿轮任何端面齿形的建模和传动仿真；圆弧针齿行星传动的动力学研究也能运用电脑仿真技术；利用计算机仿真研究了影响正交面齿轮传动接触点的主要参数（包括主动齿轮与刀具齿数差、齿数比、模数等）；在齿轮泵的齿轮研发设计中也很好的应用了计算机仿真。
2.2在机械结构件设计方面的应用
机械产品要由大量的机构组装起来实现设定好的工艺动作，在进行新产品研发时，这些机构是否能正确地实现所设定的动作，机构与机构之间的运动是否配合得当，机构间是否存在干涉和干涉的部位，怎样选择各种机构组合方案来更好地满足设计标准，这些问题都需要借助计算机仿真来解决。大型的三维机械设计软件都会提供一个机构运动仿真的功能模块，在虚拟环境中设计好的装配体可以模拟演示机构的运动，是一种直观方便的工具软件。这种软件可以依据装配的关系自行主动来计算机构中的运动副，并能自动增添附加的运动发生器、铰链和弹簧；要进行运动学的仿真只需要设定主运动件就可以了，还能从任何角度来观察，软件还能对机构的运动干涉进行检查，设计人员可以很方便地进行检查验证。
2.3在复杂数值计算分析方面的应用
随着计算机技术在机械工程中的应用越来越广泛，以往许多由于条件限制无法进行计算分析的复杂问题，都可以通过计算机仿真得到满意的解决；另外，计算机辅助使大量复杂的工程计算分析简单化、层次化，节省了大量的时间，避免了低水平的重复劳动，使计算分析更快、更准确，在新产品研发的设计、分析等方面发挥了重要的作用。机械产品开发的基本过程是概念设计→初步设计→详细设计→试验→修正设计→再试验，直到满足产品的要求标准，仿真技术的引入最大限度的减少了材料的浪费和缩短了耗时。对机械产品的动力学模型进行计算机仿真技术分析，可以获得产品结构的强度应力、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、热变形等参数，根据计算分析能得到容易导致机械出现疲劳失效的风险因素以及其它潜在的问题。（本文来自于《科技创新与应用》杂志。《科技创新与应用》杂志简介详见。）
2.4在复杂机械加工研究方面的应用
机械仿真设计范文2
关键词：模块化 包装机械 仿真与优化
市场经济拓宽了发展规模，人们生活水平得到改善，促进了食品包装机械包装技术的发展[1]。包装工业支撑了国民经济的发展，包装机械是包装工业不可缺少的一部分，在开发及完善包装产品方面扮演了重要的作用。设计的合理性与制造中的金属材料用量、生产效率有很大关系。模块化设计开发出各种功能的产品，无需单独设计各种产品，仅需设计各模块即可，按照各种方式把这些模块组合在一起，处理产品规格与产品制造期间、成本间的问题。 优化包装机械的性能，高效生产包装机械。基于此，研究了模块化包装机械的设计仿真与优化。
一、模块化下的典型包装机运动机理分析与优化
（一）Adams下的包装机械运动仿真
Adams具备了多种模型的数据接口，用来植入CAD软件模型，Parasolid就是其中一种格式，其扩展名为*.X_T。该格式的应用，实现数据模型的交换。使用Parasolid格式，把简化的纸箱成型模块模型存入Adams工作目录中，以英文字母命名，当名称中还有汉字抑或特殊字符，植入的Adams 会不正确[2]。为确保植入的Adams模型协调坐标轴，便于进行移动与添加约束，需要将斜齿轮中的2条轴线加入Pro/E中，相应平行匹配相应的坐标轴。影响斜齿轮传动机构动力学性能的因素，包括制造误差、接触变形、轴受力变形。为更容易研究，假如齿轮传动刚体模型如下所示：①机构均为刚性，温度与机构变形不会产生影响；②机构间装配误差零时，可不考虑零件制造误差。
仿真分析输入的齿轮传动虚拟样机模型时，零部件质量、转动惯量是分析的对象。转换几何模型数据时，但数据文件中有体积信息，将Adams植入零部件后，自动计算零部件的转动惯量与质量。抑或使用手工定义零部件的材料类型，由Adams结合不同零部件的几何尺寸，自动求解出零部件转动惯量与质量。模型数据被植入Adams后，在Pro/E中，已经构建起来的所有零件中的物理属性参数与装配约束关系等全部不见，考虑到实际情况，在Adams中还要手动加入零件属性与约束关系。假设定斜齿轮属性与其余零件属性如下表：
下面将对应约束添加到模型中，完零件属性、约束与载荷添加完毕后，仿真分析模块，包装机纸箱成型模块在斜齿轮的传动下促使上升机构做上下运动，2种不同的纸箱成型机构采用Adams，实施分析。构件运动分析结果得知，不同的螺距，上升件质心位移与质心受力大小也不一样。也就是螺距选择影响上升件运动的平稳性。
（二）模块化包装机的仿真与优化
参照包装机纸箱成型模块动力学分析，分析了下面五种方案结果，如下表所示：
从上表中能够看出，螺距增大的同时，上升件质心的相对位移波动变大，上升件质心的相对速度波动变大；方案1，位移、速度短时间内达至最小值，快速使机构平稳。下面对螺距为 5mm，转速为 240mm/min 纸箱成型模块进行进一步的分析，上升件受力和角加速度，无大范围变化，受力均匀，提示，结构参数选择是合理的。
二、模块化包装机静动态特性优化分析
ANSYS结构动力主要用于两方面问题的解决：一是分析结构动力响应特征，对结构振动中动力响应与动位移大小、变化规律进行计算；二是找到结构固有频率与主振型，深入了解了结构振动特性，以更好地使用。
（一）模块化包装机静动态优化方案
前期对包装机机架模块进行分析，尤其动态分析，机架模块的性能还有提升空间。先要保障机架模块正常工作，提出了两种完善方案：方案1，直接对机架结构进行调整；方案2，基于既有结构，增加衡量与斜梁。
（二）模块化包装机静动态优化
加固处理机架，具体操作步骤是，将横梁添加在机架上端，主要是为了提升机架静态性能，如刚度与强度等。方案一前五阶频率图、方案二前五阶频率图分别如下：
结束语：
研究了装机纸箱成型模块，采用Adams软件，实施了动力学仿真分析。基于此，分析了模块运动主要影响因素，然后对其进行参数化仿真，最终确定了模块参数优化的方案，分析了影响模块的其他因素，结果证明这种方案是正确的，最终得出，使用适合的机构参数，使包装机模块机构具有较高的可靠性与运行平稳性。ANSYS软件应用于包装机的机架模块动静态分析中。有限元分析下，获得了机架模块机构的不足之处，对机架静动态性能，给出了2种优化方案，增加了结构衡梁与斜梁的方案，明显提升了机架强度与刚度的静态性能，产生了良好的动态性能。通过重新设计的方案有助于提升机架动态性能。 本研究有有一定局限性，后续模块化包装机械的设计仿真与优化的研究还需深入。
参考文献：
机械仿真设计范文3
关键词： 四轴码垛机械臂； OpenGL； DSP； MFC
中图分类号： TN876?34； TM417 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）19?0174?05
Abstract： With the rapid development of technology， the production capacity of enterprises is increased substantially. The traditional manual palletizing can′t meet the logistics demand of enterprises， so the palletizing robot technology comes into being. The efficient palletizing can save logistics time and improve working efficiency greatly. The simulation control software of four?axis palletizing robot arm is used to control a small four?axis palletizing robot arm with joints. The servo is taken as the actuator of four?axis palletizing robot arm， and DSP is taken as the controller to control the servo moving. The simulation control software is used to calculate the angle of servo moving in palletizing process according to the planning route， and pass the angle data to DSP through the serial ports. The DSP can control servo running and drive the palletizing robot arm for palletizing function realization.
Keywords： four?axis palletizing robot arm； OpenGL； DSP； MFC
0 引 言
人工码垛存在效率较低，浪费大量人力资源，机械地重复性劳动损害身体健康等缺点。码垛机器人技术集许多学科于一体，包括机械、信息、电子、计算机科学、智能技术等[1]，它在提高劳动生产效率、解决劳动力不足、降低工人劳动强度、改善生产环境、降低生产成本等方面具有重要意义。
本文主要研究了关节型四轴码垛机械臂，利用MFC应用程序平台设计了一款四轴码垛机械臂的控制软件，通过OpenGL三维函数库绘制码垛机械臂的三维图形。软件有友好的交互界面，操作者通过输入码垛的基本信息，如码垛层数、每层的码垛方式、码垛数量、物块大小信息、码盘放置位置等数据，软件就会设计好机械臂的运动路径和操作方式，并以三维动画的形式对码垛过程进行演示，让操作者方便地了解机械臂的运行情况，并做出判断是否需要修改数据。同时软件还可以把每个关节转动的角度以串口传输的方式传递给机械臂的控制器DSP，控制码垛机械臂上的5个舵机旋转，完成码垛过程。5个舵机分别控制了机械臂底座、下臂、上臂、腕部的旋转以及末端夹持器的开合。
1 四轴码垛机械臂仿真控制软件设计
为了用户能够方便地操作软件，仿真控制软件在设计时采用了多个界面输入的操作方式。软件模拟了一个四轴码垛机械臂码垛的过程，通过设定码垛的参数和码放的方式，软件规划出码垛路径，把货物从流水线上按码垛路径码放到托盘上。 软件共分为五个部分：定义工作区域、定义工作台、设定码垛方式、设定运动路径和动画演示。
1.1 功能选择界面
功能选择界面是基于对话框资源创建的，5个功能选项分别调用了5个按钮控件。四轴码垛机械臂仿真控制软件共调用了13个对话框资源，通过这些对话框资源使得软件变得友好、易操作。对话框是重要的用户界面元素之一，是用户交互的重要手段。对话框在创建后可以通过控件编辑器添加各种控件，包括编辑框、滑动条、静态文本、按钮等，这些控件在程序运行过程中可用于捕捉用户的输入信息或数据，每个控件都可以添加消息响应函数，便于优化用户体验。这些控件的使用使得仿真控制软件界面更加方便操作，不再需要程序设计人员进行操作，或对操作人员进行复杂的培训，经过简单的说明介绍，普通用户也可以方便的使用。
1.2 物体拖拽功能实现
在设定工作台界面中实现了物块拖拽的功能。为了确定物块在码盘上的起始位置，可以将流水线上的物块模型用鼠标左键拖拽到码盘上，再利用码垛设置对话框对码盘起始点进行微调。 物块拖拽功能实际上就是物块随着鼠标的移动而重画的过程。主要在函数OnMouseMove（UINT nFlags， CPoint point）中实现，当鼠标移动时程序就会调用这个函数 。函数有两个参数值，nFlags代表各种虚拟按键是否按下 ，此参数可以是任何下列值：
MK_CONTROL 当CTRL键按下时；
MK_LBUTTON当鼠标左键按下时；
MK_MBUTTON当鼠标中键按下时；
MK_RBUTTON当鼠标右键按下时；
MK_SHIFT当SHIFT按下时。
另一个参数point，是鼠标的坐标，point.x代表[x]方向坐标，point.y代表[y]方向坐标，这个坐标是鼠标距离截获该消息的窗口左上角的位置，是一个相对位置而不是在屏幕像素上的绝对位置，因此在使用时要注意将坐标位置和像素进行转换。在程序中获得鼠标的坐标信息以后，在画图函数OnPaint（）中对物块图形进行重绘，就会显示出物块被鼠标拖拽的效果。
1.3 设定码垛方式界面
码垛方式界面设计图如图2所示，分为左右两部分。左侧界面的下方是托盘的俯视图，上方是层数、旋转角度编辑框，以及预览添加按钮。右侧界面是托盘的前视图。在左侧页面上的层数编辑框单击下拉菜单，从第一层到最高层，选择需要码垛的层数，这里的码垛层数信息是由定义工作区界面设定的，每设置完一层的码垛信息后就顺序选择下一层。然后双击界面左侧托盘上方的示例物块，第一个物块就会自动出现在“设置工作区域”界面在托盘上设置好的初始位置上，在托盘上单击鼠标右键，在出现的对话框里选择需要码放物块的个数，即长×宽的个数，并可以选择正向码放还是旋转90°后纵向码放，选择好后单击确定键，相应个数的物块就会出现在托盘里。想要在这一层继续码放物块的话，就一直按住鼠标左键把示例物块拖拽到托盘上任何想要摆放的位置，然后放开鼠标左键并单击右键，在出现的对话框里选择要码放物块的个数。重复操作上面的信息直至确定好一层要码放的物块，最后单击添加按钮，该层码放的所有物块会以前视图的方式添加到右侧页面的托盘里。选择下一个码垛的层数，重复之前的操作，直至完成所有层数的物块设置。单击预览按钮，右侧界面的托盘上会出现码放整齐的每一层的物块的摆放方式，操作者可以直观地观测到产品码放后的方式，方便操作者进行修改或下一步操作。
图2为两层码垛的操作，第一层放置了6个物块，其中2[×]2个物块正向码放，2[×]1个物块旋转90°纵向码放，第二层放置了4个物块，以2[×]2的方式正向码放。在单击预览按钮后，右侧屏幕显示了两层码垛的示意图。
设定码垛方式界面对对话框窗口进行分割。当用户需要同时对窗口的不同部分进行编辑时常常会用到切分窗口。切分窗口分为动态切分窗口和静态切分窗口，本文选择的是静态切分窗口的方式。 窗口分割的程序写在窗口创建函数OnCreate（）中，调用CreateStatic（）函数产生静态切分。调用 CreateView（）函数产生每个视图窗口。
1.4 设定运动路径界面
在前面的设计中，流水线的位置和高度、码盘的位置和高度以及物块摆放的位置、物块码放的方式和顺序已经确定，但码垛机械臂的运动路径还没有确定。设定运动路径界面就是为了确定四轴码垛机械臂码放产品的运动过程。设定运动路径界面设置图如图3所示。机械臂码垛过程共有六个运动步骤，如下所示：
（1） 四轴码垛机械臂运动到流水线上物块的位置，打开末端夹持器，然后闭合夹持器从流水线拾取物块。
（2） 四轴码垛机械臂用末端夹持器抬起物块，运动到流水线正上方某位置，停顿1 s。
（3） 四轴码垛机械臂用末端夹持器抓住物块，从流水线上方移动到物块要码放在码盘位置的正上方，停顿1 s。
（4） 四轴码垛机械臂移动到托盘要码放物块的位置，打开末端夹持器把物块放到托盘上。
（5） 四轴码垛机械臂打开夹持器空载到托盘正上方，闭合末端夹持器。
（6） 四轴码垛机械臂空载移动到流水线正上方。完成一次码垛流程，然后重复这六个运动步骤。
设定运动路径界面的左侧有一个路径示意图，示意的就是四轴码垛机械臂码垛过程所经历的6个位置，按照1?2?3?4?5?6?1的顺序循环反复。位置1是流水线上物块的位置，位置2和位置6是流水线的上方，位置3和位置5在舵盘的上方，位置4是舵盘上物块要摆放的位置。根据前三个功能界面的设置，位置1和位置4的坐标已经确定，通过设定运动路径界面可以确定其他四个位置的[y]方向坐标，[x]方向坐标和[z]方向坐标，默认和位置1或位置4相同，即位置3，5在位置1的正上方，位置2，6在位置4的正上方，但距离可以设定。设定方式在界面的左侧，有四个编辑框分别对应着位置2，3，5，6的[y]方向坐标，仿真控制软件默认设置距离为1个单位，通过编辑框右侧的+，-按钮可以对几个位置的[y]坐标进行增加或降低的修改。修改完成后退出界面，确定了四轴码垛机械臂的完整码垛路径。
2 四轴码垛机械臂硬件设计
2.1 DSP程序的编译
DSP控制程序主要涉及定时器中断和串口通信两部分。舵机的控制信号是周期为20 ms，频率为50 Hz的PWM波，占空比在2.5%～12.5%之间。飞思卡尔mc56f8013型DSP拥有6路PWM通道，但可以输出PWM波的最小频率值高于50 Hz，因此选择定时器中断的方式产生PWM波。 首先设定一个10 μs的定时器，定时器中断2 000次就是10 μs×2 000=20 ms，也就是舵机控制信号的一个周期。当定时器中断的前1 000次，控制输出端口输出高电平，定时器中断的后1 000次，输出端口输出低电平时，就产生了一个占空比为50%的PWM波，当改变输出高电平和输出低电平的中断次数时，PWM波的占空比也随之改变，舵机就会输出不同的角度，从而带动四轴码垛机械臂转动。当高电平的中断次数为50次时，此时的占空比为[502 000=]2.5%，舵机转动0°；当高电平的中断次数为250次时，占空比为[2502 000=]12.5%，舵机转动180°。
在CodeWarrior平台的专家处理模块添加定时器的嵌入豆，定义定时器的时间为10 μs。添加5个I/O接口的嵌入豆，用于输出5路PWM波控制舵机。添加一个串口通信的嵌入豆，接收四轴码垛机械臂控制软件发送的串口数据，这些串口数据已经在软件编程中转化成高电平的定时器中断次数，方便了DSP的编程操作。
定时器中断程序的流程图如图4所示。
2.2 硬件电路设计
控制器采用ms56f8013最小系统，系统包含了程序传输、串口通信、电流驱动等基本模块。
其中舵机电路原理图如图5所示。图中所示的是一个舵机与DSP的连接图，舵机的控制信号线与DSP的输出端口相连结，端口输出PWM控制信号。为了保证为舵机提供足够大的功率，舵机和DSP分开供电。
实验时采用双路稳压稳流电源为舵机和DSP分别供电。DSP最小系统上有电压转换功能，把5 V电压转成3.3 V为DSP芯片供电。舵机的供电电压可选择在4.8～6 V之间，系统选择5.5 V为舵机供电。
3 系统测试
在实际运行四轴码垛机械臂时，首先通过下载器把在CodeWarrior IDE中编译的DSP程序下载到DSP中，程序下载成功后，把计算机和DSP通过RS 232串口连接线连接起来，实现上位机和下位机的串口通信。舵机的三条线分别是电源线、地线和控制信号线，DSP的端口1到端口5分别输出五个舵机的控制信号PWM波形，把舵机的控制信号线和DSP相应的端口连接起来，实现DSP对执行器舵机的控制。DSP和舵机分别供电，把地线相连接。上位机和下位机连接好后，开始对系统运行情况进行测试。测试内容是四轴码垛机械臂把一个物块从流水线的位置码放到托盘位置，即软件测试中第一个物块的码放情况。由1.4小节可知，四轴码垛机械臂码放一次物块要经过6个位置，仿真控制软件计算出的底座、下臂、上臂舵机在6个位置所旋转的角度如表1所示。折线图如图6所示。
四轴码垛机械臂在运行过程中的底座舵机控制信号图如图7所示。
由舵机原理可知，高电平的时长为0.5 ms时输出角度为0°，高电平时长为1 ms时输出角度为45°，高电平时长为2.5 ms时输出角度为180°。图7是机械臂底座舵机运行在位置3，4，5时的控制信号图，此时舵机的旋转角度大约为90°，信号频率为50 Hz，符合舵机的控制要求。
由测试可得，四轴码垛机械臂的DSP可以通过RS 232串口通信模块接收控制软件传递的舵机角度数据，同时DSP可以对舵机进行控制，使舵机能够按照仿真控制软件计算的角度旋转，实现关节型四轴码垛机械臂的码垛功能。
4 结 论
工业机器人码垛技术越来越受到人们的重视，它在提高生产效率、降低事故发生概率、改善生产环境等方面都有重要作用，本文完成了四轴码垛机械臂仿真控制软件的设计。软件可以根据用户输入的产品信息、位置信息、码垛方式信息等规划好机械臂的运动路线，利用三维动画的方式显示机械臂码垛的实时过程。软件通过串口通信模块把机械臂码垛过程中各个关节的角度值传递给DSP。机械臂系统采用DSP作为控制器，舵机作为机械臂的执行机构，用DSP控制舵机运动，实现四轴码垛机械臂实物的码垛过程。
四轴码垛机械臂控制系统基本实现了预期功能，可以通过软件对机械臂系统进行控制和三维动画仿真，并且实现了机械臂实物的码垛过程。可以在仿真控制软件中实现多种机械臂的整合。后期改进可以把对其他类型机械臂的控制和仿真添加到软件中，实现一款软件对多种工业机器人的控制，使得软件的利用率更高，使用更方便，同时也降低开发成本。
参考文献
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机械仿真设计范文4
关键词：机械加工设备；布局方案；仿真技术
前言：对于机械加工设备布局来说，主要有两种布局设计方式，一种是手工设计方式，这种方式依靠经验和手工推演计算，科学性有待商榷，一出现低效率和片面性问题，另外一种则是利用计算机辅助进行设计，通过企业的CAD/ERP/CAM等信息数据接口提取数据和分析数据，从而对机械加工时设备进行布局和仿真。通过仿真结果来评估机械加工设备和生产能力，从而为机械加工设备的布局以及加工生产调度计划制定提供依据。基于以上，本文简要分析了机械加工设备布局方法及其仿真技术。
1机械加工设备布局设计
1.1设计步骤分析
机械设备布局规划设计的步骤主要有四个阶段：①初步设计阶段：指的是对车间布局面积、零件年产量、工艺数据等相关企业信息进行收集，制定生产工艺的总体过程和纲领；②详细设计阶段：主要指的是对初步设计中的问题进行分析，完成机械设备布局的设计流程[1]；③建模仿真阶段：指的是对机械设备、布局、工艺等数据进行模型的建立和仿真过程；④优化评价阶段：指的是对机械设备布局结果和仿真分析进行科学的鉴定和评价。
1.2建模过程
用编码对机械设备的长、宽、高、位置坐标、加工能力以及所属车间等一般属性进行表示，用特殊符号对必须紧邻、必须远离等机械设备之间的约束关系进行标示。综合考虑影响机械设备布局的参数，选择合适的机械设备车间物流类型和布置类型，例如工艺布置类型、成组布置类型、产品布置类型等。
1.3多目标优化
对影响企业生产和工艺规程的零件年产量、批量等参数进行研究。不同零件工艺想进成都以及不同工艺对应机械设备的加工时间都有着一定的差异性，通过数学建模的算法来计算出不同条件下对应的机械设备布局。布局优化目标是提升机械设备的利用效率、减少零件搬运距离、降低等待时间。
在优化的过程中，如何保证系统满足加工规则的基础上实现目标要求的满足是关键，计算机辅助机械设备布局可以通过仿真的方式来实现对机械设备生产线反馈信息优化，从而对机械设备布局进行调整和核对，使其满足系统目标函数。
1.4机械设备加工规则
在机械设备仿真过程中要满足一定的加工规则：①一个机械设备在同一时间只能够加工一个零件；②在选择加工顺序的过程中，要根据工艺路线选择对应设备来确定加工顺序，或者按照设备编号进行加工[2]；③零件工序和时间提前输入设定，在允许范围内可以对机械加工设备的加工能力进行调整；④预先确定零件进入加工生产线的时间。
2方案设计与实现
2.1机械加工设备布局流程
用模型来表达复杂的加工过程，去除不必要的细节，对实际生产模型实现简化，之后建立仿真模型，进行仿真过程，输出仿真结果。
首先，对数据库中初始化机械加工设备布局位置值进行访问和获取，以此为基础对车间已有生产线的初始化布局进行绘制。采用物理距离最短、加工时间最少的优化目标制定布局的类型和作业计划，即对加工过程中操作状态进行规范化和标准化。
生产车间机械加工设备的布置形式可以分为两种，一种是线性布置方式，一种是网状布置方式。一般来说，机械设备布局主要采用线性布置方式，线性布局方案有很多种，例如蛇形模型布局方案、直线模型布局方案等。从本质上来讲，布局优化过程是复杂的组合优化过程。
2.2离散事件仿真技术
在计算机辅助机械设备进行布局的过程中，不仅需要设计布局，还需要对布局进行仿真和检验，机械设备布局仿真能够对结果进行预测和分析，等够为实际的加工生产过程提供重要的参考标准，例如生产时间、设备利用率、瓶颈工序等都可以通过仿真来获取。
在仿真的过程中，需要对实际的机械加工设备加工生产过程进行模拟，这就要建立机械设备、车间、工艺以及人员的数据表。对于机械加工来说，其生产线属于典型的离散事件，这就需要采用离散事件仿真的方法来对整个机械加工设备布局进行模拟仿真，离散事件仿真技术能够让生产线的加工任务在机械加工设备上流动加工。可以采用模拟时钟进行仿真，当机械加工设备完成一道工序之后，模拟时钟就会向前推进一个单位，加工任务的完成相当于一个事件，建立仿真程序，输入仿真参数和数据，对仿真程序进行初始化，定时器T=0，当有加工任务存在时，定时器T计时开始，之后进行加工仿真[3]。
2.3仿真方案技术实现
在相关平台中建立数据表，用关键字将数据表联系起来，采用ADOi数进行数据交互，仿真有着动态性的特点，需要及时刷新来显示具体的仿真效果，采用GDI来绘制图形。
面向对象建立CJob、CTask等仿真类，其中CTask与工艺表对应，CWorker与工人类对应，将CTask对象添加到CJob的数据链表中，此时完成仿真任务的建立。仿真类对象有着可重用性、可修改性和可集成性的特点，其属于模块性质，以机械加工设备、零件以及事件等的建立为基础，通过几何图形的二维特征或三维特征来对仿真事件的发生对象进行描绘，用不同颜色来对事件的状态进行区分，从而实现仿真方案技术的实现。
结论：综上所述，本文简要分析了机械加工设备的布局方法以及仿真技术，探讨了机械加工设备布局设计流程和具体的方法，研究了仿真技术方案的实现，旨在为相关研究提供参考。
参考文献
[1] 刘弟新. 机械加工设备布局方法及其仿真技术研究[D].大连理工大学，2006.
机械仿真设计范文5
1概念
1)机械设备状态监测与诊断技术是识别机械设备运行状态的一门新的科学技术,它主要研究机械设备在运行中状态的变化,以及在诊断信息中的反应。
2)机械设备状态监测与诊断技术包括了对机械设备的诊断、预测及运行时的监测3个方面。
3)机械设备状态监测与诊断技术是通过监测状态信号,对它所监测出来的信号进行分析处理,从而诊断和识别机械设备的运行状态,进一步预测机械设备将来的状态,确定需要控制机械设备措施的一门新技术。
2控制机械设备状态监测工作的几个措施
1)定时监测。定期定时的为使用中的机械设备进行监测。
2)跟踪监测。跟踪监测数据异常的机械设备,了解机械设备生产工作状态的变化,如果发现机械设备状态有变化的趋势,就应该马上组织维修。
3)验收监测。监测维修后的机械设备,通过监测的数据进行分析判断已经维修后的机械设备的使用状态,与专业的维修人员一起商讨维修后的机械设备是不是还能够正常使用或者淘汰。
4)其他监测。在平常对机械设备进行检查时,一些不太主要的机械设备如果也监测出来问题,可以对机械设备进行检测,并且分析判断,解决小问题,避免将来促成大问题。
3机械状态监测与诊断技术的发展路程
1)监测出机械设备运行时的状态,结合多位专业人员进行分析,通过缜密研究后,最终确定出可能存在的机械设备的故障或者隐患。
2)测量仪器的出现,为机械设备状态监测及诊断技术的发展起到了一定的推进作用,用测量仪器测量出机械设备运行时的参数数据,通过计算比较,最后确定出故障的原因,或者通过对一些参数进行多次的测量比较,根据机械设备工作的状态确定出是否会出现故障或者隐患。
3)计算机硬件、软件的快速发展与开发。计算机机械设备管理模式已经逐渐的代替了原来老式的管理,机械状态监测与诊断技术也逐渐的发展到了计算机时代。有些专业的机械设备状态监测仪器不仅仅只具有测量、记录参数的功能,甚至还能够对监测出来的信号数据进行简单的分析处理。只要将机械设备监测出来的参数输入计算机内,电脑就能对这些监测出的数据作出简单分析,还能够显示出相关的一些图谱,甚至还可以通过计算机的专业系统对检测仪器所测出来的数据参数进行综合的评价。
4)计算机网络技术的普及,使机械设备状态监测及诊断技术方面的研究进入到更深更专业的阶段,研究工作从机械设备监测诊断系统的开发研制进入到诊断方法的研究;监测诊断手段由震动工艺参数的监测扩大到能量损耗的监测诊断;研究对象由旋转机械扩展到发动机、工程施工机械以及生产线;时空范围由当地监测诊断扩大到异地监测,即监测诊断网络。
4发展趋势
4.1不断引入机械设备监测与诊断_的新技术
1)硬件方面:功能强化—便携式数采增加整周期采样、双通道;提高机械设备监测与诊断技术的可靠性;性能提高——高速多通道并行,DSP器件。
2)软件方面:功能更加丰富完善、准确有效;信号数据分析处理技术的成果逐渐转为实际化;计算技术中对分布式方法的运用。
4.2计算机系统中对机械设备的诊断功能不断完善
1)诊断分析数据的确定系统:针对有关的机械设备及参数,给出若干可能故障的说明和分析依据,最后由操作者或分析人员来确定结论。
2)诊断技术的辅助系统:在给出分析处理结果和故障特征提示的情况下,利用人机集合的方式进行故障分析与判断。
3)诊断技术中的专家系统:利用知识库和推理机,由计算机自主(配合一定的人机交互)完成故障分析与诊断,并提出相应的处理措施。
4.3机械设备的管理功能占据了非常重要地位
机械设备中的远程监测是诊断技术、计算机网络与信息、决策支持技术与数据库相结合的产物,它也是建立在分布式或集中式机械设备监测系统之上的。它所应用的技术主要有:获取机械设备的故障信息、互联网和数据传输技术。而想要使信号采集、信号分析处理和诊断技术在网络上远程控制操作,就一定要解决下面的问题:网络环境下运行的远程机械设备信号采集;分析信号处理软件的设计;现场对机械设备监测的数据处理;网络的测试数据、诊断分析方法和共享软件。由此看出,机械设备监测与诊断技术中远程协作诊断已经过试验实现,但是,因为在机械设备监测与诊断技术领域中的信息还没有统一,协作手段和机制还不够完善,离建设机械设备监测与诊断医院的目标还有着很大的距离。在不久的将来,我们也应该吸取国外同行的一些实践经验和教训,学习机械设备监测与诊断技术领域的最前沿的科学研究技术。通过我们自己的努力,在机械设备监测与诊断技术领域中做出一些成绩,让这门新理念技术有更加宽阔的前景。
5机械设备状态监测与诊断技术的应用意义
5.1有利于提高人们机械设备的管理水平
把机械设备管理好,不仅是保证企业机械设备再生产的必要条件,而且还能够提高企业经济效益,推动国民经济持续、稳定、协调的发展。因此,通过机械设备状态监测与诊断技术的应用,实现对机械设备的状态维修,是提高我们对机械设备管理水平的重要条件。
5.2减少机械设备的事故危害性,避免重大机械设备事故的发生
现代机械设备的结构很是复杂,自动化的程度也越来越高,功能也越来越完善。机械设备出现重大故障或者发生安全事故所带来的影响程度,有时不仅会给企业造成经济损失,甚至还会出现重大的安全事故。
5.3可以间接产生社会效益和经济效益
生产停机、停工带来的单位损失越来越大。实施机械设备监测与诊断技术不仅减低了机械设备的周期费用,也间接地提高了以生产经济型为目标的设备管理水平。机械设备监测与诊断技术是现代机械设备管理的一个主要组成部分,机械设备状态监测和诊断技术是机械设备管理与维修不可缺少的技术思想。尤其当今社会的市场竞争日益激烈,机械设备维修成本的控制和成本降低是企业应该挖掘的途径之一。所以,机械设备应用状态监测与诊断技术,让预知维修取代传统落后的定期维修和定期预防是历史进步的必然。
机械仿真设计范文6
关键词：机械设备 机械故障 诊断方法
中图分类号：TH17 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）01（c）-0000-00
1 机械设备诊断技术研究现状
随着科学技术的不断攀升，我国制造业的不断发展，机械设备在现代工业生产中的地位也是在逐步提升，对工业的影响也是越来越大。机械设备正在朝着自动化、智能化、高速化、复杂化、大型化以及大功率化方向发展，设备之间的关联程度、各组分的集成化越来越强，其中某一零件的失效可能导致整个系统的瘫痪。这些故障不仅对生产和机械设备造成损坏，而且还会严重影响公司的经济效益，甚至造成人员伤亡。故保证机械设备稳定、可靠、安全的运行是非常重要的，对设备进行可靠、准确的故障诊断具有重要意义。自动化机械设备因其结构的复杂性、组件的关联性以及自身的耦合性，发生的故障往往是并发故障，不同故障特征相互混杂呈现出随机性、复杂性和耦合性等征兆，并非简单的故障叠加，难以用准确的数学模型加以模拟，传统的模式分类很难将其故障分开。因此，在传统的基础上继续开发，挖掘新的诊断技术，例如人们把模糊分析、计算机技术、人工智能技术、识别技术、神经网络、灰色理论、支持向量机、集成技术等应用于机械系统，形成多种新的机械故障诊断方法。主要的诊断技术有：温度诊断技术、振动诊断技术、铁谱分析技术、无损检测技术以及人工智能检测技术。
2 机械设备诊断方法
2.1 温度诊断技术
机械在运行的过程中会产生热量，导致设备局部温度升高。机械对于温度相当敏感，高温可能导致机械设备不能正常运行以及机械部件的损坏，于是及时疏散热量是保证机械设备正常稳定运行的重要保障。随着温度传感器的普及使用以及检测技术的发展，温度监测比较容易进行，于是则有了温度诊断方法。温度表征了机械电气故障的产生，同时也是引发设备故障的因素。根据设备周围环境的温度变化以及自身的温度检测，可以识别系统的运行状态。温度检测技术大体上分为两种：非接触式温度检测技术和接触式温度检测技术。非接触式温度检测技术是不直接接触被检测物体的检测技术，往往元件具有危险性或者腐蚀性；接触式温度检测技术是接触被测物体的检测技术，往往是连续检测或者不易观察的部位。根据不同的检测原理，研发出了不同的检测仪器，如红外仪、影像仪等。温度检测是最常用的检测方法之一。
2.2 振动诊断技术
机械运行伴随着机械振动，机械振动信号承载了设备运行状态信息，从分析机械的振动特征和振动参数可以知道设备运行的异常，是表征机械设备是否出现故障的标志。我国在振动理论的研究方面有雄厚的理论基础，检测振动设备完善。振动诊断技术主要是通过采集机械设备的振动信号，分析振动动态特性，如固有频率、振幅、圆周率、振型、传递函数等，通过比较正常机械或结构的振动特性和异常的机械设备或结构的一同，来判定设备是否出现故障。振动检测技术涉及多个领域，如信号处理、传感技术等，因此需要诊断技术人员的要求较高。随着计算机技术和自动控制技术的不断提升，振动检测技术也向着高精度、智能化的方向发展。
2.3油液分析技术
机械设备的运行离不开液压系统和系统，液压系统是机械运行的动力。简而言之，机械运行离不开供油系统。反过来，供油系统中油的质量的好坏表征了机械设备运行的状态信息。油液分析技术又称为设备磨损工况监测技术，是一种新型的设备维护技术，它利用油液所携带的设备工况信息来对设备的当前工作状况以及未来工作状况作出判断，从而为设备的正确维护提供了有效的依据，达到预防性维修的目的。油液分析技术主要检测一下三个方面：油液本身的物理和化学性质的变化、油液中设备磨损颗粒的分布以及油液中外侵物质的构成以及分布。油液质量表征了机械设备的磨损程度，是一种间接的检测技术。
2.4 无损检测技术
无损检测技术是一种新型的检测技术，主要特点是不破坏被检测对象对其缺陷进行检测。它利用了机械发生故障时，某一缺陷引起的物理性质发生变化的原理，分析检测信号，观察特征值，对其进行缺陷检测。在机械设备检测上主要的检测方法有：超声波无损探伤、射线探伤、磁力探伤、渗透探伤、激光全息检测技术等。主要检测机械部件的物理缺陷，如钢管裂纹、材料内砂眼和气泡、焊接后裂纹等。无损检测技术由于其安全便捷的特点，具有广阔的应用前景。
2.5 人工智能技术
2.5.1 专家系统（Expert System，ES）
专家系统是集成了各种诊断信息、处理方法和经验，能像专家一样模拟人的思维的一种软件系统。知识库和推理机是专家系统的核心组分，知识库用于存放信息，推理机是根据在现场采集到的信息，作出相应的推理判断，给出机械设备是否存在故障信息。基于专家系统的诊断方法的主要特征为可以方便的把操作人员的诊断经验用规则表示出来，知识可以用符号来表示，适合用来模拟人的逻辑思维过程，同时，在已知的基本规则下，不需要大量知识，还能允许在知识库中增加、删除及修改某些规则，从而确保专家系统的有效性和实时性。
2.5.2 人工神经网络（Artificial Neural Network，ANN）
人工神经网络是模拟的生物激励系统，将一系列输入通过神经网络产生输出。这里输出、输入都是标准化的量，输出是输入的非线性函数，其值可由连接各神经元的权重改变，以获得期望的输出值，即所谓的训练过程。基于数值计算方法的神经网络，将已有数据和已知系统模式作样本，通过学习获得两者的映射关系，实现了对人类经验思维的模拟。在机械故障诊断中的应用方式有：从模式识别角度应用神经网络作为分类器进行机械故障诊断；从预测角度应用神经网络作为动态预测模型进行故障预测；利用神经网络极强的非线性动态跟踪能力进行基于结构映射的机械故障诊断；从知识处理角度建立基于神经网络的诊断专家系统等。
3 结束语
本文探讨了机械设备故障诊断的方法，并对各种诊断方法作出了阐述。先进的诊断方法能明显提高机械设备故障的诊断水平，保证机械设备的正常、稳定的运行，保证企业的经济效益。新型诊断方法的出现也推动着诊断技术朝着更高的方向发展。
参考文献
[1] 熊诗波. 大型复杂机械系统的状态监测和故障诊断[J]. 振动、测试与诊断. 2000
