现今，随着机械加工行业的快速发展，为上下游企业也带来了越来越多的商机，从企业利益最大化考虑，如何更好的满足客户需求且改善、提高机械加工业的生产效率并降低生产成本成为上下游行业考虑的关键。随着计算机技术、网络技术、信息技术的高速发展，越来越与工业生产、社会生活、工作学习等方面紧密联系，其中机械制造自动化就是机械生产行业与计算机技术、网络技术、信息技术相结合的产物。那么，今天的机械制造自动化是如何扑捉瞬息万变的市场信息，又如何高效率的生产出高性能、高可靠的机械产品呢？以下两个因素是关键所在：
第一，建立一个全方位的PDM系统，实现产品相关数据、过程和资源的集成化管理；
第二，仿真技术在机械制造自动化中的运用，减少产品研发的人力、物力，节省时间，缩减开支，提高产品的成功率。
1 基于PDM的仿真技术
机械制造自动化发展至今，已经与计算机辅助制造、计算机集成制造等概念相联系，它是制造技术、控制技术、现代管理技术和信息技术的综合。产品的生产过程与零部件信息、结构配置、文件、CAD/CAE/CAPP/CAM电子文档、异构数据、审批信息等各阶段数据紧密联系，由此则需要提供一个平台合理的将各个阶段数据无缝集成，产品数据管理系统（Product Data Management，简称PDM）则应运而生，如图1所示。PDM技术的产生为许多相关技术起到了助推作用，其中包括仿真技术。
图1 PDM与CAX之间的关系
如制造一台物理样机之前，需要先对产品做仿真设计及测试。首先，基于PDM系统实时获取产品的相关信息，如零部件信息、结构配置信息、文件信息、CAD/CAE/CAPP/CAM电子文档信息等，建立该产品的三维数字化模型；接着，从PDM系统获取分析数据，进行静力学、运动学和动力学分析，预测整体性能，并利用分析过程中的反馈信息不断指导设计，更好的完成机械产品仿真设计。一个完善的PDM系统能更好的实现产品仿真，并达到优化设计。
仿真技术对现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的数字模拟，以发现制造中可能出现的问题，在产品实际生产前就采取预防的措施，从而达到产品一次性制造成功、降低成本、缩短产品开发周期、增强产品竞争力的目的。这里，我们主要研究仿真设计系统的开发。
2 仿真设计系统的关键技术
2.1 数据管理
仿真设计系统是一个大型综合系统，涉及的知识面广泛，往往需要实时采集、加工、处理、输出大量的数据，因而仿真设计系统需要一个大型数据库系统的支持，SQL Server数据库管理系统成为我们的首选。SQL Server数据库管理系统具有可靠性、可用性、可编程性、易用性等特点，能够高效、可靠的管理产品设计过程中产生的大量数据，更好的配合前台工作。
ADO.NET是一种广泛使用的数据库接口技术，可以使用ADO.NET类库中的库函数调用公用接口访问数据库的内容，并利用Data Set将数据驻留在内存，供应用程序使用。这样，ADO.NET为SQL Server与CAD仿真组件应用程序方便的搭建数据桥梁，如图2所示。
图2 SQLServer、ADO.NET及仿真组件的关系图
2.2 SolidWorks仿真软件的二次开发
SolidWorks是一种全新的三维机械仿真软件，同其他的CAD软件一样，是针对整个制造业所设计的通用软件，而不是为某个具体行业和企业量身订制的，不能最大程度的满足具体用户的特殊要求，所以，常常要对SolidWorks进行二次开发，实现三维CAD系统的专业化和本土化。
对SolidWorks做二次开发，我们给出两个前提条件：第一，将其置于PDM平台之上，集成CAD/CAE/CAPP/CAM等CAX软件，提供全参数化三维实体造型设计；第二，SolidWorks提供了几百个API函数，为二次开发提供了充分空间。SolidWorks二次开发可以采用OLE技术和COM技术两种方式。利用OLE技术可以开发独立的可执行程序（*.exe），用户可以使用来自两个或多个Windows应用程序的资源来解决复杂的应用系统；基于COM技术可以使用最多的SolidWorks API函数，生成*.dll格式的文件，加载到主架构软件中，形成二次开发软件系统的一个插件。一般情况下，在执行SolidWorks中的大部分操作时，模块内的DLL比模块外的EXE执行速度快许多，因此采用COM技术开发方式比较多。这里，我们使用SolidWorks对机械产品仿真设计进行有效的研发并投入使用。
在世界编程语言排名居前列的C#是一个纯面向对象的程序设计语言，功能强大、易学易用，其编译环境提供了与其他软件系统良好的接口，很适合对SolidWorks进行二次开发。因此，我们采用COM技术，利用C#对机械产品仿真应用系统中的一个零件做SolidWorks仿真模块二次开发。这样需要将SolidWorks API函数库导入C#编译环境，产品研发过程中根据需要选取相应的SolidWorks API函数，完成零件的仿真设计，主要操作包括：零件的建造、修改；零件各特征的建立、修改、删除、压缩等各项控制；零件特征信息的提取，如特征尺寸的设置与提取，特征所在面的信息提取及各种几何和拓扑信息；零件的装配信息；零件工程图纸中的各项信息。接着，在导入函数库的基础上进行程序编码，代码经过编译生成零件仿真组件PartsDLL.dll，将生成的Parts DLL零件仿真组件嵌入仿真应用系统中，由此系统便可以在需要的地方创建Parts DLL中类的对象并进行对象行为的执行，如图3所示。
图3 仿真应用系统中SoildWorks的二次开发
将基于SolidWorks二次开发的仿真应用系统再进一步开发成支持网络的仿真协同设计系统，可以充分地利用异地资源，大大提高设计效率、减少设计成本。
3 锥齿轮的仿真实现
锥齿轮广泛应用于航空、航天和工程机械传动系统中，具有传动平稳、承载能力强等优点，具有很好的应用前景。但其结构复杂，利用传统设计方式很繁琐，而在仿真应用系统中研发锥齿轮可以灵活设计，最大限度的提高造型精度及工作性能。这里我们以锥齿轮为例做仿真实现。
3.1 建立数据库
我们采用SQL Server创建零件数据库Parts.mdf，并在其中创建主要的、常用的零件表，这些表中的字段就是此零件的对应参数，包括序号、名称、形状参数和定位参数。这里我们创建锥齿轮表（即Bevel Gear表），Bevel Gear表的结构如表1所示。
表1 Bevel Gear表的结构
3.2 利用零件仿真模块实现锥齿轮的仿真设计
在建立好数据库的基础上，从Parts DLL仿真组件中提取锥齿轮的仿真设计模块，生成可执行对象，此对象利用ADO.NET中的Data Adapter获取数据库Parts中表Bevel Gear的锥齿轮记录数据，存人Data Set数据集中；然后，可执行对象从数据集中提取需要的数据传递给锥齿轮的相应参数，生成锥齿轮的三维仿真数据模型，由此完成锥齿轮的仿真设计，如图4所示。
图4 锥齿轮三维仿真数据模型
3.3 仿真测试
锥齿轮的性能越佳越能发挥机器的最佳性能，优化设置锥齿轮的传递力矩是辅助整体机器高效运转的关键之一。这样，我们就需要对生成的仿真模型进行仿真测试，如果仿真环境中测试性能不理想，则需要返回仿真设计做分度圆直径、轮轱宽度、花键槽内外直径等参数调整，继而再进行仿真测试，这样循环一直到获取锥齿轮的最优性能参数为止。
4 结束语
仿真设计所产生的大量仿真数据在PDM平台管理下，具有很好的可控性、经济性、无破坏性，不受外界条件的限制，可以多次重复使用，充分发挥了仿真设计的作用；进而提高产品的研发效率、降低产品故障率，所以仿真技术在产品制造方面的应用非常广泛。
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