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機械仿真設計范文1
1.1模型的創建
針對要研究的目標或問題，首先需要抽象出一個能達到仿真目的的可靠系統，并且要給其加上邊界條件和約束條件。然后，運用相關學科的知識把這個系統通過數學表達式準確地闡述出來，闡述的內容就是計算機仿真的核心———數學模型。數學模型根據時間的關系可劃分為靜態模型和動態模型，而動態模型又分為連續時間、離散時間和混合時間三種；模型分為連續變量系統模型和離散事件系統模型是以系統的狀態描述和變化方式為依據的。
1.2模型的變換
模型的變換就是把抽象出來的數學表達式轉換成計算機能夠處理的形式，這需要運用適當的算法和計算機語言，這種形式所表達的內容就是進行計算機仿真的關鍵———仿真模型。實現這個過程，既可以根據自身需要研發一個新的系統，也可以把當下市面上已有的仿真軟件拿來直接運用。
1.3模型的實驗
將創建的仿真模型輸入電腦中，運行仿真模型會獲取一系列的仿真結果，這就是模型的仿真實驗。由于是按照先期設計的實驗方案來運行的，所以仿真實驗是一件很簡單的事情。但是，仿真的結果又應該按照什么標準來衡量呢？這就需要具體辯析仿真結果的可靠性，檢驗仿真結果可靠性主要有兩種方法（置信通道法和仿真過程的反向驗證法）。
2.1在齒輪設計研究中的應用
齒輪是機械裝備的主要基礎零部件，研究它的計算機仿真是很有意義的。如運用VisualLisp語言可以從幾何角度研究齒輪任何端面齒形的建模和傳動仿真；圓弧針齒行星傳動的動力學研究也能運用電腦仿真技術；利用計算機仿真研究了影響正交面齒輪傳動接觸點的主要參數（包括主動齒輪與刀具齒數差、齒數比、模數等）；在齒輪泵的齒輪研發設計中也很好的應用了計算機仿真。
2.2在機械結構件設計方面的應用
機械產品要由大量的機構組裝起來實現設定好的工藝動作，在進行新產品研發時，這些機構是否能正確地實現所設定的動作，機構與機構之間的運動是否配合得當，機構間是否存在干涉和干涉的部位，怎樣選擇各種機構組合方案來更好地滿足設計標準，這些問題都需要借助計算機仿真來解決。大型的三維機械設計軟件都會提供一個機構運動仿真的功能模塊，在虛擬環境中設計好的裝配體可以模擬演示機構的運動，是一種直觀方便的工具軟件。這種軟件可以依據裝配的關系自行主動來計算機構中的運動副，并能自動增添附加的運動發生器、鉸鏈和彈簧；要進行運動學的仿真只需要設定主運動件就可以了，還能從任何角度來觀察，軟件還能對機構的運動干涉進行檢查，設計人員可以很方便地進行檢查驗證。
2.3在復雜數值計算分析方面的應用
隨著計算機技術在機械工程中的應用越來越廣泛，以往許多由于條件限制無法進行計算分析的復雜問題，都可以通過計算機仿真得到滿意的解決；另外，計算機輔助使大量復雜的工程計算分析簡單化、層次化，節省了大量的時間，避免了低水平的重復勞動，使計算分析更快、更準確，在新產品研發的設計、分析等方面發揮了重要的作用。機械產品開發的基本過程是概念設計→初步設計→詳細設計→試驗→修正設計→再試驗，直到滿足產品的要求標準，仿真技術的引入最大限度的減少了材料的浪費和縮短了耗時。對機械產品的動力學模型進行計算機仿真技術分析，可以獲得產品結構的強度應力、剛度應變和變形、動態特性固有頻率、振動模態、熱態特性溫度場、熱變形等參數，根據計算分析能得到容易導致機械出現疲勞失效的風險因素以及其它潛在的問題。（本文來自于《科技創新與應用》雜志。《科技創新與應用》雜志簡介詳見。）
2.4在復雜機械加工研究方面的應用
機械仿真設計范文2
關鍵詞：模塊化 包裝機械 仿真與優化
市場經濟拓寬了發展規模，人們生活水平得到改善，促進了食品包裝機械包裝技術的發展[1]。包裝工業支撐了國民經濟的發展，包裝機械是包裝工業不可缺少的一部分，在開發及完善包裝產品方面扮演了重要的作用。設計的合理性與制造中的金屬材料用量、生產效率有很大關系。模塊化設計開發出各種功能的產品，無需單獨設計各種產品，僅需設計各模塊即可，按照各種方式把這些模塊組合在一起，處理產品規格與產品制造期間、成本間的問題。 優化包裝機械的性能，高效生產包裝機械?；诖?，研究了模塊化包裝機械的設計仿真與優化。
一、模塊化下的典型包裝機運動機理分析與優化
（一）Adams下的包裝機械運動仿真
Adams具備了多種模型的數據接口，用來植入CAD軟件模型，Parasolid就是其中一種格式，其擴展名為*.X_T。該格式的應用，實現數據模型的交換。使用Parasolid格式，把簡化的紙箱成型模塊模型存入Adams工作目錄中，以英文字母命名，當名稱中還有漢字抑或特殊字符，植入的Adams 會不正確[2]。為確保植入的Adams模型協調坐標軸，便于進行移動與添加約束，需要將斜齒輪中的2條軸線加入Pro/E中，相應平行匹配相應的坐標軸。影響斜齒輪傳動機構動力學性能的因素，包括制造誤差、接觸變形、軸受力變形。為更容易研究，假如齒輪傳動剛體模型如下所示：①機構均為剛性，溫度與機構變形不會產生影響；②機構間裝配誤差零時，可不考慮零件制造誤差。
仿真分析輸入的齒輪傳動虛擬樣機模型時，零部件質量、轉動慣量是分析的對象。轉換幾何模型數據時，但數據文件中有體積信息，將Adams植入零部件后，自動計算零部件的轉動慣量與質量。抑或使用手工定義零部件的材料類型，由Adams結合不同零部件的幾何尺寸，自動求解出零部件轉動慣量與質量。模型數據被植入Adams后，在Pro/E中，已經構建起來的所有零件中的物理屬性參數與裝配約束關系等全部不見，考慮到實際情況，在Adams中還要手動加入零件屬性與約束關系。假設定斜齒輪屬性與其余零件屬性如下表：
下面將對應約束添加到模型中，完零件屬性、約束與載荷添加完畢后，仿真分析模塊，包裝機紙箱成型模塊在斜齒輪的傳動下促使上升機構做上下運動，2種不同的紙箱成型機構采用Adams，實施分析。構件運動分析結果得知，不同的螺距，上升件質心位移與質心受力大小也不一樣。也就是螺距選擇影響上升件運動的平穩性。
（二）模塊化包裝機的仿真與優化
參照包裝機紙箱成型模塊動力學分析，分析了下面五種方案結果，如下表所示：
從上表中能夠看出，螺距增大的同時，上升件質心的相對位移波動變大，上升件質心的相對速度波動變大；方案1，位移、速度短時間內達至最小值，快速使機構平穩。下面對螺距為 5mm，轉速為 240mm/min 紙箱成型模塊進行進一步的分析，上升件受力和角加速度，無大范圍變化，受力均勻，提示，結構參數選擇是合理的。
二、模塊化包裝機靜動態特性優化分析
ANSYS結構動力主要用于兩方面問題的解決：一是分析結構動力響應特征，對結構振動中動力響應與動位移大小、變化規律進行計算；二是找到結構固有頻率與主振型，深入了解了結構振動特性，以更好地使用。
（一）模塊化包裝機靜動態優化方案
前期對包裝機機架模塊進行分析，尤其動態分析，機架模塊的性能還有提升空間。先要保障機架模塊正常工作，提出了兩種完善方案：方案1，直接對機架結構進行調整；方案2，基于既有結構，增加衡量與斜梁。
（二）模塊化包裝機靜動態優化
加固處理機架，具體操作步驟是，將橫梁添加在機架上端，主要是為了提升機架靜態性能，如剛度與強度等。方案一前五階頻率圖、方案二前五階頻率圖分別如下：
結束語：
研究了裝機紙箱成型模塊，采用Adams軟件，實施了動力學仿真分析?；诖?，分析了模塊運動主要影響因素，然后對其進行參數化仿真，最終確定了模塊參數優化的方案，分析了影響模塊的其他因素，結果證明這種方案是正確的，最終得出，使用適合的機構參數，使包裝機模塊機構具有較高的可靠性與運行平穩性。ANSYS軟件應用于包裝機的機架模塊動靜態分析中。有限元分析下，獲得了機架模塊機構的不足之處，對機架靜動態性能，給出了2種優化方案，增加了結構衡梁與斜梁的方案，明顯提升了機架強度與剛度的靜態性能，產生了良好的動態性能。通過重新設計的方案有助于提升機架動態性能。 本研究有有一定局限性，后續模塊化包裝機械的設計仿真與優化的研究還需深入。
參考文獻：
機械仿真設計范文3
關鍵詞： 四軸碼垛機械臂； OpenGL； DSP； MFC
中圖分類號： TN876?34； TM417 文獻標識碼： A 文章編號： 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
人工碼垛存在效率較低，浪費大量人力資源，機械地重復性勞動損害身體健康等缺點。碼垛機器人技術集許多學科于一體，包括機械、信息、電子、計算機科學、智能技術等[1]，它在提高勞動生產效率、解決勞動力不足、降低工人勞動強度、改善生產環境、降低生產成本等方面具有重要意義。
本文主要研究了關節型四軸碼垛機械臂，利用MFC應用程序平臺設計了一款四軸碼垛機械臂的控制軟件，通過OpenGL三維函數庫繪制碼垛機械臂的三維圖形。軟件有友好的交互界面，操作者通過輸入碼垛的基本信息，如碼垛層數、每層的碼垛方式、碼垛數量、物塊大小信息、碼盤放置位置等數據，軟件就會設計好機械臂的運動路徑和操作方式，并以三維動畫的形式對碼垛過程進行演示，讓操作者方便地了解機械臂的運行情況，并做出判斷是否需要修改數據。同時軟件還可以把每個關節轉動的角度以串口傳輸的方式傳遞給機械臂的控制器DSP，控制碼垛機械臂上的5個舵機旋轉，完成碼垛過程。5個舵機分別控制了機械臂底座、下臂、上臂、腕部的旋轉以及末端夾持器的開合。
1 四軸碼垛機械臂仿真控制軟件設計
為了用戶能夠方便地操作軟件，仿真控制軟件在設計時采用了多個界面輸入的操作方式。軟件模擬了一個四軸碼垛機械臂碼垛的過程，通過設定碼垛的參數和碼放的方式，軟件規劃出碼垛路徑，把貨物從流水線上按碼垛路徑碼放到托盤上。 軟件共分為五個部分：定義工作區域、定義工作臺、設定碼垛方式、設定運動路徑和動畫演示。
1.1 功能選擇界面
功能選擇界面是基于對話框資源創建的，5個功能選項分別調用了5個按鈕控件。四軸碼垛機械臂仿真控制軟件共調用了13個對話框資源，通過這些對話框資源使得軟件變得友好、易操作。對話框是重要的用戶界面元素之一，是用戶交互的重要手段。對話框在創建后可以通過控件編輯器添加各種控件，包括編輯框、滑動條、靜態文本、按鈕等，這些控件在程序運行過程中可用于捕捉用戶的輸入信息或數據，每個控件都可以添加消息響應函數，便于優化用戶體驗。這些控件的使用使得仿真控制軟件界面更加方便操作，不再需要程序設計人員進行操作，或對操作人員進行復雜的培訓，經過簡單的說明介紹，普通用戶也可以方便的使用。
1.2 物體拖拽功能實現
在設定工作臺界面中實現了物塊拖拽的功能。為了確定物塊在碼盤上的起始位置，可以將流水線上的物塊模型用鼠標左鍵拖拽到碼盤上，再利用碼垛設置對話框對碼盤起始點進行微調。 物塊拖拽功能實際上就是物塊隨著鼠標的移動而重畫的過程。主要在函數OnMouseMove（UINT nFlags， CPoint point）中實現，當鼠標移動時程序就會調用這個函數 。函數有兩個參數值，nFlags代表各種虛擬按鍵是否按下 ，此參數可以是任何下列值：
MK_CONTROL 當CTRL鍵按下時；
MK_LBUTTON當鼠標左鍵按下時；
MK_MBUTTON當鼠標中鍵按下時；
MK_RBUTTON當鼠標右鍵按下時；
MK_SHIFT當SHIFT按下時。
另一個參數point，是鼠標的坐標，point.x代表[x]方向坐標，point.y代表[y]方向坐標，這個坐標是鼠標距離截獲該消息的窗口左上角的位置，是一個相對位置而不是在屏幕像素上的絕對位置，因此在使用時要注意將坐標位置和像素進行轉換。在程序中獲得鼠標的坐標信息以后，在畫圖函數OnPaint（）中對物塊圖形進行重繪，就會顯示出物塊被鼠標拖拽的效果。
1.3 設定碼垛方式界面
碼垛方式界面設計圖如圖2所示，分為左右兩部分。左側界面的下方是托盤的俯視圖，上方是層數、旋轉角度編輯框，以及預覽添加按鈕。右側界面是托盤的前視圖。在左側頁面上的層數編輯框單擊下拉菜單，從第一層到最高層，選擇需要碼垛的層數，這里的碼垛層數信息是由定義工作區界面設定的，每設置完一層的碼垛信息后就順序選擇下一層。然后雙擊界面左側托盤上方的示例物塊，第一個物塊就會自動出現在“設置工作區域”界面在托盤上設置好的初始位置上，在托盤上單擊鼠標右鍵，在出現的對話框里選擇需要碼放物塊的個數，即長×寬的個數，并可以選擇正向碼放還是旋轉90°后縱向碼放，選擇好后單擊確定鍵，相應個數的物塊就會出現在托盤里。想要在這一層繼續碼放物塊的話，就一直按住鼠標左鍵把示例物塊拖拽到托盤上任何想要擺放的位置，然后放開鼠標左鍵并單擊右鍵，在出現的對話框里選擇要碼放物塊的個數。重復操作上面的信息直至確定好一層要碼放的物塊，最后單擊添加按鈕，該層碼放的所有物塊會以前視圖的方式添加到右側頁面的托盤里。選擇下一個碼垛的層數，重復之前的操作，直至完成所有層數的物塊設置。單擊預覽按鈕，右側界面的托盤上會出現碼放整齊的每一層的物塊的擺放方式，操作者可以直觀地觀測到產品碼放后的方式，方便操作者進行修改或下一步操作。
圖2為兩層碼垛的操作，第一層放置了6個物塊，其中2[×]2個物塊正向碼放，2[×]1個物塊旋轉90°縱向碼放，第二層放置了4個物塊，以2[×]2的方式正向碼放。在單擊預覽按鈕后，右側屏幕顯示了兩層碼垛的示意圖。
設定碼垛方式界面對對話框窗口進行分割。當用戶需要同時對窗口的不同部分進行編輯時常常會用到切分窗口。切分窗口分為動態切分窗口和靜態切分窗口，本文選擇的是靜態切分窗口的方式。 窗口分割的程序寫在窗口創建函數OnCreate（）中，調用CreateStatic（）函數產生靜態切分。調用 CreateView（）函數產生每個視圖窗口。
1.4 設定運動路徑界面
在前面的設計中，流水線的位置和高度、碼盤的位置和高度以及物塊擺放的位置、物塊碼放的方式和順序已經確定，但碼垛機械臂的運動路徑還沒有確定。設定運動路徑界面就是為了確定四軸碼垛機械臂碼放產品的運動過程。設定運動路徑界面設置圖如圖3所示。機械臂碼垛過程共有六個運動步驟，如下所示：
（1） 四軸碼垛機械臂運動到流水線上物塊的位置，打開末端夾持器，然后閉合夾持器從流水線拾取物塊。
（2） 四軸碼垛機械臂用末端夾持器抬起物塊，運動到流水線正上方某位置，停頓1 s。
（3） 四軸碼垛機械臂用末端夾持器抓住物塊，從流水線上方移動到物塊要碼放在碼盤位置的正上方，停頓1 s。
（4） 四軸碼垛機械臂移動到托盤要碼放物塊的位置，打開末端夾持器把物塊放到托盤上。
（5） 四軸碼垛機械臂打開夾持器空載到托盤正上方，閉合末端夾持器。
（6） 四軸碼垛機械臂空載移動到流水線正上方。完成一次碼垛流程，然后重復這六個運動步驟。
設定運動路徑界面的左側有一個路徑示意圖，示意的就是四軸碼垛機械臂碼垛過程所經歷的6個位置，按照1?2?3?4?5?6?1的順序循環反復。位置1是流水線上物塊的位置，位置2和位置6是流水線的上方，位置3和位置5在舵盤的上方，位置4是舵盤上物塊要擺放的位置。根據前三個功能界面的設置，位置1和位置4的坐標已經確定，通過設定運動路徑界面可以確定其他四個位置的[y]方向坐標，[x]方向坐標和[z]方向坐標，默認和位置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，但距離可以設定。設定方式在界面的左側，有四個編輯框分別對應著位置2，3，5，6的[y]方向坐標，仿真控制軟件默認設置距離為1個單位，通過編輯框右側的+，-按鈕可以對幾個位置的[y]坐標進行增加或降低的修改。修改完成后退出界面，確定了四軸碼垛機械臂的完整碼垛路徑。
2 四軸碼垛機械臂硬件設計
2.1 DSP程序的編譯
DSP控制程序主要涉及定時器中斷和串口通信兩部分。舵機的控制信號是周期為20 ms，頻率為50 Hz的PWM波，占空比在2.5%～12.5%之間。飛思卡爾mc56f8013型DSP擁有6路PWM通道，但可以輸出PWM波的最小頻率值高于50 Hz，因此選擇定時器中斷的方式產生PWM波。 首先設定一個10 μs的定時器，定時器中斷2 000次就是10 μs×2 000=20 ms，也就是舵機控制信號的一個周期。當定時器中斷的前1 000次，控制輸出端口輸出高電平，定時器中斷的后1 000次，輸出端口輸出低電平時，就產生了一個占空比為50%的PWM波，當改變輸出高電平和輸出低電平的中斷次數時，PWM波的占空比也隨之改變，舵機就會輸出不同的角度，從而帶動四軸碼垛機械臂轉動。當高電平的中斷次數為50次時，此時的占空比為[502 000=]2.5%，舵機轉動0°；當高電平的中斷次數為250次時，占空比為[2502 000=]12.5%，舵機轉動180°。
在CodeWarrior平臺的專家處理模塊添加定時器的嵌入豆，定義定時器的時間為10 μs。添加5個I/O接口的嵌入豆，用于輸出5路PWM波控制舵機。添加一個串口通信的嵌入豆，接收四軸碼垛機械臂控制軟件發送的串口數據，這些串口數據已經在軟件編程中轉化成高電平的定時器中斷次數，方便了DSP的編程操作。
定時器中斷程序的流程圖如圖4所示。
2.2 硬件電路設計
控制器采用ms56f8013最小系統，系統包含了程序傳輸、串口通信、電流驅動等基本模塊。
其中舵機電路原理圖如圖5所示。圖中所示的是一個舵機與DSP的連接圖，舵機的控制信號線與DSP的輸出端口相連結，端口輸出PWM控制信號。為了保證為舵機提供足夠大的功率，舵機和DSP分開供電。
實驗時采用雙路穩壓穩流電源為舵機和DSP分別供電。DSP最小系統上有電壓轉換功能，把5 V電壓轉成3.3 V為DSP芯片供電。舵機的供電電壓可選擇在4.8～6 V之間，系統選擇5.5 V為舵機供電。
3 系統測試
在實際運行四軸碼垛機械臂時，首先通過下載器把在CodeWarrior IDE中編譯的DSP程序下載到DSP中，程序下載成功后，把計算機和DSP通過RS 232串口連接線連接起來，實現上位機和下位機的串口通信。舵機的三條線分別是電源線、地線和控制信號線，DSP的端口1到端口5分別輸出五個舵機的控制信號PWM波形，把舵機的控制信號線和DSP相應的端口連接起來，實現DSP對執行器舵機的控制。DSP和舵機分別供電，把地線相連接。上位機和下位機連接好后，開始對系統運行情況進行測試。測試內容是四軸碼垛機械臂把一個物塊從流水線的位置碼放到托盤位置，即軟件測試中第一個物塊的碼放情況。由1.4小節可知，四軸碼垛機械臂碼放一次物塊要經過6個位置，仿真控制軟件計算出的底座、下臂、上臂舵機在6個位置所旋轉的角度如表1所示。折線圖如圖6所示。
四軸碼垛機械臂在運行過程中的底座舵機控制信號圖如圖7所示。
由舵機原理可知，高電平的時長為0.5 ms時輸出角度為0°，高電平時長為1 ms時輸出角度為45°，高電平時長為2.5 ms時輸出角度為180°。圖7是機械臂底座舵機運行在位置3，4，5時的控制信號圖，此時舵機的旋轉角度大約為90°，信號頻率為50 Hz，符合舵機的控制要求。
由測試可得，四軸碼垛機械臂的DSP可以通過RS 232串口通信模塊接收控制軟件傳遞的舵機角度數據，同時DSP可以對舵機進行控制，使舵機能夠按照仿真控制軟件計算的角度旋轉，實現關節型四軸碼垛機械臂的碼垛功能。
4 結 論
工業機器人碼垛技術越來越受到人們的重視，它在提高生產效率、降低事故發生概率、改善生產環境等方面都有重要作用，本文完成了四軸碼垛機械臂仿真控制軟件的設計。軟件可以根據用戶輸入的產品信息、位置信息、碼垛方式信息等規劃好機械臂的運動路線，利用三維動畫的方式顯示機械臂碼垛的實時過程。軟件通過串口通信模塊把機械臂碼垛過程中各個關節的角度值傳遞給DSP。機械臂系統采用DSP作為控制器，舵機作為機械臂的執行機構，用DSP控制舵機運動，實現四軸碼垛機械臂實物的碼垛過程。
四軸碼垛機械臂控制系統基本實現了預期功能，可以通過軟件對機械臂系統進行控制和三維動畫仿真，并且實現了機械臂實物的碼垛過程?？梢栽诜抡婵刂栖浖袑崿F多種機械臂的整合。后期改進可以把對其他類型機械臂的控制和仿真添加到軟件中，實現一款軟件對多種工業機器人的控制，使得軟件的利用率更高，使用更方便，同時也降低開發成本。
參考文獻
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機械仿真設計范文4
關鍵詞：機械加工設備；布局方案；仿真技術
前言：對于機械加工設備布局來說，主要有兩種布局設計方式，一種是手工設計方式，這種方式依靠經驗和手工推演計算，科學性有待商榷，一出現低效率和片面性問題，另外一種則是利用計算機輔助進行設計，通過企業的CAD/ERP/CAM等信息數據接口提取數據和分析數據，從而對機械加工時設備進行布局和仿真。通過仿真結果來評估機械加工設備和生產能力，從而為機械加工設備的布局以及加工生產調度計劃制定提供依據。基于以上，本文簡要分析了機械加工設備布局方法及其仿真技術。
1機械加工設備布局設計
1.1設計步驟分析
機械設備布局規劃設計的步驟主要有四個階段：①初步設計階段：指的是對車間布局面積、零件年產量、工藝數據等相關企業信息進行收集，制定生產工藝的總體過程和綱領；②詳細設計階段：主要指的是對初步設計中的問題進行分析，完成機械設備布局的設計流程[1]；③建模仿真階段：指的是對機械設備、布局、工藝等數據進行模型的建立和仿真過程；④優化評價階段：指的是對機械設備布局結果和仿真分析進行科學的鑒定和評價。
1.2建模過程
用編碼對機械設備的長、寬、高、位置坐標、加工能力以及所屬車間等一般屬性進行表示，用特殊符號對必須緊鄰、必須遠離等機械設備之間的約束關系進行標示。綜合考慮影響機械設備布局的參數，選擇合適的機械設備車間物流類型和布置類型，例如工藝布置類型、成組布置類型、產品布置類型等。
1.3多目標優化
對影響企業生產和工藝規程的零件年產量、批量等參數進行研究。不同零件工藝想進成都以及不同工藝對應機械設備的加工時間都有著一定的差異性，通過數學建模的算法來計算出不同條件下對應的機械設備布局。布局優化目標是提升機械設備的利用效率、減少零件搬運距離、降低等待時間。
在優化的過程中，如何保證系統滿足加工規則的基礎上實現目標要求的滿足是關鍵，計算機輔助機械設備布局可以通過仿真的方式來實現對機械設備生產線反饋信息優化，從而對機械設備布局進行調整和核對，使其滿足系統目標函數。
1.4機械設備加工規則
在機械設備仿真過程中要滿足一定的加工規則：①一個機械設備在同一時間只能夠加工一個零件；②在選擇加工順序的過程中，要根據工藝路線選擇對應設備來確定加工順序，或者按照設備編號進行加工[2]；③零件工序和時間提前輸入設定，在允許范圍內可以對機械加工設備的加工能力進行調整；④預先確定零件進入加工生產線的時間。
2方案設計與實現
2.1機械加工設備布局流程
用模型來表達復雜的加工過程，去除不必要的細節，對實際生產模型實現簡化，之后建立仿真模型，進行仿真過程，輸出仿真結果。
首先，對數據庫中初始化機械加工設備布局位置值進行訪問和獲取，以此為基礎對車間已有生產線的初始化布局進行繪制。采用物理距離最短、加工時間最少的優化目標制定布局的類型和作業計劃，即對加工過程中操作狀態進行規范化和標準化。
生產車間機械加工設備的布置形式可以分為兩種，一種是線性布置方式，一種是網狀布置方式。一般來說，機械設備布局主要采用線性布置方式，線性布局方案有很多種，例如蛇形模型布局方案、直線模型布局方案等。從本質上來講，布局優化過程是復雜的組合優化過程。
2.2離散事件仿真技術
在計算機輔助機械設備進行布局的過程中，不僅需要設計布局，還需要對布局進行仿真和檢驗，機械設備布局仿真能夠對結果進行預測和分析，等夠為實際的加工生產過程提供重要的參考標準，例如生產時間、設備利用率、瓶頸工序等都可以通過仿真來獲取。
在仿真的過程中，需要對實際的機械加工設備加工生產過程進行模擬，這就要建立機械設備、車間、工藝以及人員的數據表。對于機械加工來說，其生產線屬于典型的離散事件，這就需要采用離散事件仿真的方法來對整個機械加工設備布局進行模擬仿真，離散事件仿真技術能夠讓生產線的加工任務在機械加工設備上流動加工?？梢圆捎媚M時鐘進行仿真，當機械加工設備完成一道工序之后，模擬時鐘就會向前推進一個單位，加工任務的完成相當于一個事件，建立仿真程序，輸入仿真參數和數據，對仿真程序進行初始化，定時器T=0，當有加工任務存在時，定時器T計時開始，之后進行加工仿真[3]。
2.3仿真方案技術實現
在相關平臺中建立數據表，用關鍵字將數據表聯系起來，采用ADOi數進行數據交互，仿真有著動態性的特點，需要及時刷新來顯示具體的仿真效果，采用GDI來繪制圖形。
面向對象建立CJob、CTask等仿真類，其中CTask與工藝表對應，CWorker與工人類對應，將CTask對象添加到CJob的數據鏈表中，此時完成仿真任務的建立。仿真類對象有著可重用性、可修改性和可集成性的特點，其屬于模塊性質，以機械加工設備、零件以及事件等的建立為基礎，通過幾何圖形的二維特征或三維特征來對仿真事件的發生對象進行描繪，用不同顏色來對事件的狀態進行區分，從而實現仿真方案技術的實現。
結論：綜上所述，本文簡要分析了機械加工設備的布局方法以及仿真技術，探討了機械加工設備布局設計流程和具體的方法，研究了仿真技術方案的實現，旨在為相關研究提供參考。
參考文獻
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機械仿真設計范文5
1概念
1)機械設備狀態監測與診斷技術是識別機械設備運行狀態的一門新的科學技術,它主要研究機械設備在運行中狀態的變化,以及在診斷信息中的反應。
2)機械設備狀態監測與診斷技術包括了對機械設備的診斷、預測及運行時的監測3個方面。
3)機械設備狀態監測與診斷技術是通過監測狀態信號,對它所監測出來的信號進行分析處理,從而診斷和識別機械設備的運行狀態,進一步預測機械設備將來的狀態,確定需要控制機械設備措施的一門新技術。
2控制機械設備狀態監測工作的幾個措施
1)定時監測。定期定時的為使用中的機械設備進行監測。
2)跟蹤監測。跟蹤監測數據異常的機械設備,了解機械設備生產工作狀態的變化,如果發現機械設備狀態有變化的趨勢,就應該馬上組織維修。
3)驗收監測。監測維修后的機械設備,通過監測的數據進行分析判斷已經維修后的機械設備的使用狀態,與專業的維修人員一起商討維修后的機械設備是不是還能夠正常使用或者淘汰。
4)其他監測。在平常對機械設備進行檢查時,一些不太主要的機械設備如果也監測出來問題,可以對機械設備進行檢測,并且分析判斷,解決小問題,避免將來促成大問題。
3機械狀態監測與診斷技術的發展路程
1)監測出機械設備運行時的狀態,結合多位專業人員進行分析,通過縝密研究后,最終確定出可能存在的機械設備的故障或者隱患。
2)測量儀器的出現,為機械設備狀態監測及診斷技術的發展起到了一定的推進作用,用測量儀器測量出機械設備運行時的參數數據,通過計算比較,最后確定出故障的原因,或者通過對一些參數進行多次的測量比較,根據機械設備工作的狀態確定出是否會出現故障或者隱患。
3)計算機硬件、軟件的快速發展與開發。計算機機械設備管理模式已經逐漸的代替了原來老式的管理,機械狀態監測與診斷技術也逐漸的發展到了計算機時代。有些專業的機械設備狀態監測儀器不僅僅只具有測量、記錄參數的功能,甚至還能夠對監測出來的信號數據進行簡單的分析處理。只要將機械設備監測出來的參數輸入計算機內,電腦就能對這些監測出的數據作出簡單分析,還能夠顯示出相關的一些圖譜,甚至還可以通過計算機的專業系統對檢測儀器所測出來的數據參數進行綜合的評價。
4)計算機網絡技術的普及,使機械設備狀態監測及診斷技術方面的研究進入到更深更專業的階段,研究工作從機械設備監測診斷系統的開發研制進入到診斷方法的研究;監測診斷手段由震動工藝參數的監測擴大到能量損耗的監測診斷;研究對象由旋轉機械擴展到發動機、工程施工機械以及生產線;時空范圍由當地監測診斷擴大到異地監測,即監測診斷網絡。
4發展趨勢
4.1不斷引入機械設備監測與診斷_的新技術
1)硬件方面:功能強化—便攜式數采增加整周期采樣、雙通道;提高機械設備監測與診斷技術的可靠性;性能提高——高速多通道并行,DSP器件。
2)軟件方面:功能更加豐富完善、準確有效;信號數據分析處理技術的成果逐漸轉為實際化;計算技術中對分布式方法的運用。
4.2計算機系統中對機械設備的診斷功能不斷完善
1)診斷分析數據的確定系統:針對有關的機械設備及參數,給出若干可能故障的說明和分析依據,最后由操作者或分析人員來確定結論。
2)診斷技術的輔助系統:在給出分析處理結果和故障特征提示的情況下,利用人機集合的方式進行故障分析與判斷。
3)診斷技術中的專家系統:利用知識庫和推理機,由計算機自主(配合一定的人機交互)完成故障分析與診斷,并提出相應的處理措施。
4.3機械設備的管理功能占據了非常重要地位
機械設備中的遠程監測是診斷技術、計算機網絡與信息、決策支持技術與數據庫相結合的產物,它也是建立在分布式或集中式機械設備監測系統之上的。它所應用的技術主要有:獲取機械設備的故障信息、互聯網和數據傳輸技術。而想要使信號采集、信號分析處理和診斷技術在網絡上遠程控制操作,就一定要解決下面的問題:網絡環境下運行的遠程機械設備信號采集;分析信號處理軟件的設計;現場對機械設備監測的數據處理;網絡的測試數據、診斷分析方法和共享軟件。由此看出,機械設備監測與診斷技術中遠程協作診斷已經過試驗實現,但是,因為在機械設備監測與診斷技術領域中的信息還沒有統一,協作手段和機制還不夠完善,離建設機械設備監測與診斷醫院的目標還有著很大的距離。在不久的將來,我們也應該吸取國外同行的一些實踐經驗和教訓,學習機械設備監測與診斷技術領域的最前沿的科學研究技術。通過我們自己的努力,在機械設備監測與診斷技術領域中做出一些成績,讓這門新理念技術有更加寬闊的前景。
5機械設備狀態監測與診斷技術的應用意義
5.1有利于提高人們機械設備的管理水平
把機械設備管理好,不僅是保證企業機械設備再生產的必要條件,而且還能夠提高企業經濟效益,推動國民經濟持續、穩定、協調的發展。因此,通過機械設備狀態監測與診斷技術的應用,實現對機械設備的狀態維修,是提高我們對機械設備管理水平的重要條件。
5.2減少機械設備的事故危害性,避免重大機械設備事故的發生
現代機械設備的結構很是復雜,自動化的程度也越來越高,功能也越來越完善。機械設備出現重大故障或者發生安全事故所帶來的影響程度,有時不僅會給企業造成經濟損失,甚至還會出現重大的安全事故。
5.3可以間接產生社會效益和經濟效益
生產停機、停工帶來的單位損失越來越大。實施機械設備監測與診斷技術不僅減低了機械設備的周期費用,也間接地提高了以生產經濟型為目標的設備管理水平。機械設備監測與診斷技術是現代機械設備管理的一個主要組成部分,機械設備狀態監測和診斷技術是機械設備管理與維修不可缺少的技術思想。尤其當今社會的市場競爭日益激烈,機械設備維修成本的控制和成本降低是企業應該挖掘的途徑之一。所以,機械設備應用狀態監測與診斷技術,讓預知維修取代傳統落后的定期維修和定期預防是歷史進步的必然。
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[關鍵詞]機械設備 故障診斷 診斷方法 處理方法
中圖分類號：TM734 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）01-0019-02
引言
機械設備的生產與使用，是促進我國工業生產水平不斷提升的基A，比如鋼鐵生產企業、工程建設企業，都需要使用大量的機械設備，這些機械設備的造價較高，使用過程中可以對各種問題進行及時處理，使得工業生產、工程建設效率得到提升，從而提高社會經濟水平。以鋼鐵生產為例，在鋼鐵企業生產過程中，機械設備的使用率逐年上升，鋼鐵企業采購了很多大型機械生產設備，可以實現規?；⑴炕a，同時很多鋼鐵企業的生產設備也逐漸實現智能化，生產技術人員通過對設備進行設置，就可以完成自動控制與管理，減少技術人員的工作強度。機械設備是企業生產過程中的重要工具，加強對機械設備的管理，無疑是提高企業生產水平的重要途徑，有利于企業實現現代化發展，為企業取得良好的經濟效益。當前很多工業生產企業的作業過程是一個封閉式、系統化、模式化、流水化的作業過程，整個生產系統的運行包括很多道工序，各道工序之間應該要實現良好的銜接，如果其中的一道工序出現問題，某個設備出現故障，則會導致整個生產順序被擾亂，生產效率受到影響，帶來嚴重的經濟損失。還是以鋼鐵生產企業為例，鋼鐵生產過程包括煉鐵、煉鋼、熱軋、冷軋四個主要工序，每一道工序都需要不同的機械設備，生產過程中的設備種類繁多，因此必須要加強對各種設備的使用情況的檢測，一旦發現故障問題，要及時進行處理，確保設備正常，提高設備的使用效率。
一、機械設備的診斷技術發展情況
機械設備是對各種工作進行完成的重要工具，機械設備的診斷技術是掌握設備運行過程中的異常狀態與故障之間的關系，從而預測未來的技術，當前關于機械設備的診斷技術的研究越來越多，主要是對設備的運行狀態進行監測，當機械在正常運行的時候具有一個狀態，設備產生故障的時候再進行運行，又會產生另一種狀態，針對這兩種狀態要進行分析和對比，從而找出機械設備的故障所在。機械設備故障診斷技術是利用對機械設備運行過程中的狀態信號進行處理，結合診斷對象的歷史狀態，來識別機械設備及其零部件的實時技術狀態的技術形式，根據所得到的結果，還能對未來機械設備的發展趨勢進行預測?？傮w來講，機械設備的診斷技術的發展經過了四個階段的發展：
第一，在十九世紀，機械已經出現在工業生產中，發達國家的工業革命使得機械化生產開始普及，當時機械設備診斷技術不高，當機械設備出現問題的時候不能及時發現，等到故障十分明顯的時候才能被察覺，一般是采取事后維修的方式對故障進行處理。
第二，從上世紀二十年大到五十年代，機械設備的復雜程度有了很大的提高，因此機械設備出現故障的可能性增大，對此，很多企業在機械設備使用過程中設置了定期維修的模式，在這個時期內，機械故障診斷技術已經開始萌芽。
第三，上世紀六十年代到七十年代時期，計算機技術、數據處理技術、通信技術等先進的技術得到快速發展，這些技術在機械領域的應用，使得機械設備的維修變得更加方便、及時，很多維修人員可以按照科學的方式對機械設備的狀態進行掌握，并且及時對故障進行維修。
第四，上世紀八十年代開始，人工智能技術以及專家系統、神經網絡技術的研究和應用，使得機械設備的維修又進入都一個全新的時代，在機械設備的使用過程中，診斷技術的智能化水平不斷提高，使得機械設備的診斷變得更加智能化、自動化，而且提高了設備故障的診斷效率和維修效率。
二、機械設備的故障診斷方式和故障分類
（一）機械設備的故障診斷方式
機械設備故障診斷包括兩種方式，第一，簡易診斷技術，主要依靠技術人員的經驗來判斷，技術人員要對設備運行過程中的狀態進行快速地概況和評價，同時，技術人員要對設備有詳細的了解，對其歷史維修情況等進行掌握，從而當機械設備出現異常情況的時候能夠第一時間確定設備的基本故障類型。簡易診斷技術主要是通過人的視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺，或者借助一些簡單的工具和儀器，按照預先設計的方式對設備上的一些固定點位進行檢測，使得設備上的一些缺陷或者安全隱患能夠被及早發現，并且得到及時處理。第二，精密診斷技術。精密診斷技術指的是由專業技術人員借助專業精密的儀器對機械設備進行診斷的技術，這是在簡易診斷基礎上實施的更加細致的診斷和分析，從而能夠對故障的類型進行明確，確定故障的位置、原因、程度以及發展趨勢。采用精密儀器進行診斷，必須要使用相應的儀器設備，對故障檢測準確率的提升有一定幫助，但同時也存在由于儀器設備誤差問題帶來的檢測誤差。（見圖1）
（二）機械設備的故障分類
無論是哪一種機械，其故障的分類都可以歸結為以下兩類：
第一，劣化故障。當機械設備使用一段時間之后，設備中的很多元器件都可能會出現老化現象，一些零件會發生磨損、疲勞、腐蝕等現象，尤其是一些金屬材料組織，其改變過程是不可逆的，當這些元器件出現問題的時候，就會使得機械設備的功能受到影響和阻礙，最終引起更加嚴重的故障。
第二，人為故障。機械設備的操作應該要配備專業的技術人員，在設備操作運行過程中，一方面由于技術人員的專業素養不高，加上責任心缺乏，工作態度不端正，因此導致機械設備管理工作不到位，出現的很多問題不能及時進行處理，導致問題不斷擴大，最后產生大范圍地故障。比如技術人員在使用機械的時候超載、超速以及違反其他的規定，造成嚴重的故障。
另外，按照不同的分類方式也可以將故障分成不同的種類，比如按照故障的持續時間，可以分為臨時故障、持久性故障，臨時故障為持續時間較短的故障，持久性故障為持續時間較長，直至機械設備不能工作為止。按照故障形成的速度，可以將其分為突發性故障、漸發性故障，突發性故障指的是突然發生的故障，而漸發性故障則指的是在機械設備工作過程中漸漸產生的故障。按照故障的性質分類，可以分為功能故障、參數故障等，前者指的是由于機械設備的功能受損的故障，而后者指的是機械設備的參數異常故障，參數異常也會造成機械設備的功能受到影響。無論是何種分類方式，都應該要以故障的處理為先導，及時對故障進行確定，并且采取相應的技術措施對故障進行解決，確保設備能夠盡快恢復到正常工作的狀態，提高設備的工作效率。
三、鋼鐵機械設備的診斷與處理方法
本文以鋼鐵生產機械設備為例，對機械設備的診斷和處理方法進行分析，旨在加深對機械設備的故障的及時處理。（見圖2）
（一）鋼鐵冶煉機械設備故障診斷技術分析
在鋼鐵冶煉過程中，由于生產規模較大、生產強度高，因此一般都會采用機械設備進行生產，在鋼鐵冶煉過程中使用的設備種類很多，大多是傳動設備、液壓設備，比如各種原材料和鋼鐵成品的輸送裝置、鋼鐵檢測裝置、液壓設備、傳動設備等。在每一個環節，使用的設備類別不相同，設備性能的好壞也會直接影響鋼鐵冶煉過程的效率和質量。在鋼鐵冶煉過程中，應該要定期對這些設備進行檢測，及時進行保養和維護，確保每個環節的設備都處于正常工作的狀態。鋼鐵生產企業的環境比較惡劣，涉及的設備也比較多，在診斷過程中應該要建立其完善的設備診斷系統，該系統的工作原理是根據機械設備的振動特點對設備的工作狀態進行了解，同時要收集機械設備工作過程中的溫度、壓力、轉速等各種詳細參數數據，通過對這些數據的準確分析，從而得到機械設備的工作運行情況以及可能發生的故障與損壞，并且及時作出反應和處理。具體來講，鋼鐵生產機械設備的故障診斷系統的中心是算機系統，該系統中包括三個獨立的模塊，分別是信息采集模塊、數據檢測模塊以及數據處理模塊。主要過程有以下幾個步驟：
第一，通過傳感器將機械設備的工作情況信號反饋到計算機系統，其中包括設備的機械振動情況、工作溫度情況、設備壓力情況等。
第二，提取特征信號。不同的傳感器采集到的信號數據不相同，傳感器應該要講信號信息傳遞到主機系統中，比如速度傳感器主要采集的是機械工作的速度信號，溫度傳感器采集的主要是機械工作時的溫度信號，對于不同的信號，要傳到不同的系統分區中。
第三，對信號進行處理。對于傳感器收集到的各種信號，應該要及時進行提取和處理，故障診斷系統要及時對信號進行對比，比如當診斷系統接收到溫度信號的時候，發現溫度過高，則說明機械設備出現過熱現象。過熱現象一般都發生在設備的發動機、變速器、制動器、軸承等部位。如果機械設備是正常的，則無論工作時間多長，這些部位的溫度都應該是正常的，不會過高，當傳感器傳來的溫度信號過高時則說明這些部位可能出現故障，當發現過熱現象時要進一步對過熱的位置進行確定，可以停止機械工作，對這些可能出現過熱現象的部位進行逐一檢查，當發現是變速器或軸承出現過熱現象時，可以觀察是否由于缺少油所致。對于傳感器反饋回來的任何一個信號都不能忽視，要及時進行分析和處理。
第四，將提取到的信號進行故障處理。通過前面步驟的故障分析，可以對設備當前的工作情況、工作狀態進行分析，并且及時做出相應的應對措施，對設備的故障進行及時處理。
（二）鋼鐵冶煉設備常見故障的處理措施
對于鋼鐵生產過程中的設備，其故障大多是通過設備的振動異常情況來判斷的，當設備出現振動異常情況時，則說明是設備的機械部分出現故障，對于鋼設備而言，常見的故障及其處理方式為以下幾個方面：
第一，轉子不平衡的故障處理分析。當機械設備的轉子在轉動過程中，轉子上的每個質點都會產生離心力，如果轉子的轉動過程不平衡，則每個質點的離心力是不能相互抵消的，因此導致離心力不平衡。通常情況下轉子的不平衡是通過頻譜圖來顯示的，對于新設備而言，應該要綜合考慮各種因素，比如出現異常振動的是剛性轉子，則應該要對轉子的最大轉速進行確定，并且對轉子的轉速進行對比，得出具體的診斷結論。并且要區分出具體的相位，當轉子的相位與頻率保持一致，則可以判定是基礎共振，如果機械設備上的各個質點的離心振幅有差速，則可能由于轉子不平衡造成的，對此可以加強對轉子的轉速控制，使得轉子保持相對平衡。
第二，齒輪的故障處理分析。對于齒輪的故障，一般都采用頻域診斷或者時域診斷，這兩種方式都可以對齒輪的工作狀態進行診斷，齒輪的工作狀態決定了齒輪面之間的轉動力會隨著齒輪的轉動情況而不斷發生變化，而且齒輪的剛度是不斷發生變化的。不管設備上的齒輪是不是處于正常的工作狀態，其振動都是不能避免的，在圖譜上會出現邊頻帶。頻譜圖
和波形圖都能夠反映出設備的振動情況，因此可以根據圖譜的異常情況對齒輪的故障進行發現，如果圖譜的波動情況過大，則說明齒輪可能出現缺齒現象，要及時對齒輪進行拆卸檢查，如果確實是出現缺齒現象，要更換齒輪，防止出現其他故障和安全事故。
第三，滾動軸承的故障處理分析。在機械設備的正常工作過程中，軸承產生的振動對其本身并不會造成損害，在設備的不同部位發生的震動，其聲音是不相同的，因此可以借助聲音來判斷損傷的部位。對軸承故障情況進行檢測和處理，一般有兩種方式，首先要對脈沖信號進行接收，根據軸承出現腐蝕或者損壞的情況，其產生的脈沖信號不同的原理，對具體的脈沖信號進行分析。在軸承表面上產生的損壞或者裂痕會使得脈沖信號產生不同的頻率，一般通過聽覺就可以進行初步判斷。另一種是通過諧振信號來判斷軸承的故障。這種方法一般是根據元器件本身固有的頻率進行判斷的，任何一種元件自身都會存在一個固定的振動頻率，在運行過程中，軸承如果出現故障，則其振動頻率會發生改變，導致其運行過程中出現振動沖擊，并且引起其他零件的振動，在傳感器上反映出來的就是信號的異常。針對異常的信號，可以確定軸承出現了故障，對此要積極加強對軸承的維修，如果維修之后還是有異常情況，則要考慮更換一個新的軸承。
第四，裂紋故障。裂紋故障屬于物理故障，在機械設備的使用過程中常常會有零件損壞，出現裂紋，而且裂紋會不斷擴大，在設備的老化過程中，各種元件的磨損、斷裂、腐蝕等形態都會產生裂紋，對于這種故障的檢驗，一般是通過維修人員觀察完成的，當裂紋不明顯的時候一般不會對機械性能產生影響，但是如果不及時對裂紋問題進行控制，則裂紋會不斷擴大，最終會導致機械設備的性能受到影響，對此，應該要積極加強對機械設備的觀察，為了防止嚴重的裂紋產生較大的安全隱患，技術人員應該要定期對設備的元件進行觀察，而且觀察過程中要細致，如果發現設備元件中出現裂紋，則應該要及時對裂紋進行修復，如果不能修復，則要及時更換元件，防止出現更加嚴重的安全隱患。
結語
綜上所述，在工業生產過程中，機械設備是必要的工具，機械設備使用過程中往往會出現設備老化、人為故障等多種問題，當出現故障問題的時候應該要及時對故障進行診斷，對故障的類型進行確定，并且找到故障的具置，對故障進行排除和解決，提高機械設備的工作性能。此外，在機械設備運行過程中，應該要定期對設備進行檢查，要設定完善的檢測機制，對機械設備的檢查結果進行記錄，形成檔案，便于后續觀察。定期檢查可以確保設備能夠處于正常的工作狀態，減少設備使用過程中的安全隱患。
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