浅析计算机技术在机械工程中的重要性

摘　要：本文介绍了在机械工程计算中CAD、CAE、CAM及仿真技术的应用，利用计算机技术，提出一些具有针对性的优化方案，为机械工程设计的改进提供了方向，并且有效地缩减了机械工程等关键部位的的开发周期与制造成本，大大提升了设计的质量。

关键词：仿真技术；计算机技术；机械工程
一、机械工程计算中CAD技术的应用
　　CAD，即计算机辅助设计系统是指在计算机硬件和软件的支撑下，通过对机械工程产品进行描述、造型、系统分析、优化、仿真和图形化处理的研究与应用，使计算机辅助工程技术人员完成产品全部设计过程的一种现代设计技术。
　　CAD中设计者与计算机密切合作，在决定设计策略、信息处理、修改设计以及分析计算方面充分发挥着各自不同的专长。利用计算机存储信息、检索、分析计算、图形与文字处理以及其他重复的验算工作。当前CAD系统的硬件环境主要是工程工作站及个人计算机。工作站是具有高速的科学计算、丰富的图形处理及灵活的窗口与网络管理功能的交互式计算机系统，它一般具有32位或64位字长的中央处理器(CPU)，广泛采用精简指令(RISC)，超标量、超流水线及超长指令技术，具有Unix操作系统和X窗口管理系统，在一个分布式的网络环境下运行。
　　在机械工程计算中利用CAD技术进行二维绘图、图形及符号库、参数化设计、三维造型等，通过CAD进行二维绘图以及三维造型，在许多具有实体建模功能的CAD软件中，都有一些基本体系，例如在CAD的三维实体造型模块中，系统提供了六种基本体系，然后再经过结构分析，分解成若干个基本体并最终进行三维实体造型。
二、机械工程计算中CAE技术的应用
　　CAE，即计算机辅助工程作为一种综合应用计算力学、计算数学、信息科学等相关的综合工程技术机械工程计算中CAE技术的应用是指使用有限元软件对机械结构进行分析，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。在CAE分析的一般流程及其技术应用特带你的基础上，研究几何模型的建立、有限元模型的建立包括网络划分、整机系统的分解与合成、边界及载荷处理等、求解、结果数据分析等系统CAE的应用技术。
　　计算机辅助工程的特点是以机械工程和科学问题为背景，建立甲酸模型并进行计算机仿真分析。一方面，在机械工程计算中CAE技术的应用，使以往许多由于受条件限制无法分析的复杂问题，通过计算机模拟得到满意的解答；另一方面，计算机辅助分析使大量的复杂的机械工程计算分析简单化，使复杂的过程层次化，节省了大量的时间，避免了低水平重复的工作，是工程分析更快、更准确。在产品的设计、分析、新产品的开发等方面发挥了重要的作用，同时CAE这一新兴的数值模拟分析技术在机械工程计算中的应用越来越广泛，技术的发展又推动了许多相关的基础学科和应用科学的进步。在机械产品开发中由概念设计、初步设计、详细设计到试验，再修正设计，再试验，知道满足产品要求，CAE仿真分析技术的引入，最大限度的较少或者缩短了材料的浪费以及耗时环节。一个多参数的工艺或者制造过程的仿真模拟、力能计算和参数优化中，也可以得到对象局部、相互关系和全域的结果。
三、机械工程计算中计算机仿真技术的应用
　　计算机仿真技术又称虚拟样机技术，设计人员在计算机上建立样机模型，对模型进行各种动态性能分析，然后改进样机设计方案，用数字化形式代替传统的实物样机实验的一种新型技术。在机械工程计算中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。计算机仿真技术的关键因素在于建立真实的系统计算机模型，包括数学模型和仿真模型，而且具有经济、可靠、使用、安全、灵活以及可重复使用等优点，目前在机械工程计算中已经成为许多复杂系统进行分析、设计、实验等的必不可少的手段。计算机仿真技术以数学理论为基础，以计算机和各种物理设施为设备工具，利用系统模型对实际的或者设想的系统进行试验仿真研究。计算机仿真技术实现必须具备CAD图形学、几何造型技术、工程数据处理技术以及计算力学等知识。在机械工程设计的初始阶段，工程师需要利用设计自动化工具进行不同的初始设计，并在计算机上表示出模型样机，这样可以方便监测、研究与改进。
四、机械工程计算中CAM技术的应用
　　CAM，即计算机辅助工程分析是指一系列对机械工程产品设计进行各种模拟、仿真、分析和优化技术，是一种利用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的近似数值分析方法。CAE技术主要包括有限元分析、运动学和动力学分析、流体力学分析以及优化设计分析等内容。利用计算机辅助编制CNC机床的零件加工程序。
　　CAM技术在机械工程中的主要作用是数控加工，它与CAD技术相互作用，是密不可分的一个整体，许多CAD系统都有辅助的CAM数控加工模块，用CAD生成的图形信息或者数据，然后通过转换变成控制指令，然后设置加工参数等，由此可见CAD/CAM技术是现代机械工程发展的必然趋势。
　　结语：伴随着我国科学技术现代化水平的不断提高，计算机技术在机械工程计算当中应用也越来越普及，利用计算机技术建立机械工程的动力学模型，然后进行计算机仿真技术分析，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，根据计算分析得到容易导致机械出现疲劳失效的风险以及其它潜在问题。