機械設(shè)計制造中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)芻議

趙燁菊 曾鵬

摘 要：虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械設(shè)計及制造中的應(yīng)用能有效提升此類工作的開展效率、降低人力成本，為了保障這一技術(shù)能發(fā)揮出預(yù)期作用，本文將首先對這一技術(shù)的定義和特點進行介紹，進而在此基礎(chǔ)之上研究虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械設(shè)計及制造中的應(yīng)用方法。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計；機械制造；虛擬現(xiàn)實技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.026

隨著智能技術(shù)、自動化技術(shù)等的不斷發(fā)展，我國各行業(yè)所對應(yīng)的信息化水平都有了明顯的提升，對于本文所討論的問題來說，由于機械設(shè)計及制造自身具備影響因素相對較多、計算過程較為復(fù)雜、對設(shè)計及制造人員職業(yè)素養(yǎng)要求較高等特點，若不能針對這些內(nèi)容進行控制，那么機械設(shè)計及制造等工作的展開就很有可能難以達(dá)到預(yù)期，對相關(guān)生產(chǎn)廠家的經(jīng)濟效益造成影響。為了改善這樣的狀況，針對虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械設(shè)計及制造中的應(yīng)用進行研究是非常有必要的。除此之外，這一技術(shù)將能更好的輔助設(shè)計人員及機械制造人員對機械的結(jié)構(gòu)和特點進行分析，進而及時對現(xiàn)有設(shè)計方案或制造流程中存在的缺陷做出改進。為了保障這一技術(shù)能發(fā)揮出這樣的作用，本文將在后續(xù)內(nèi)容中提出虛擬現(xiàn)實技術(shù)所對應(yīng)的應(yīng)用策略。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其特點

顧名思義，虛擬現(xiàn)實技術(shù)實質(zhì)上就是對現(xiàn)實場景的模擬過程，而在這一技術(shù)的輔助之下，用戶將能獲得很好的身臨其境的感受，進而完成人機交互過程。在實際應(yīng)用過程中，這一技術(shù)主要具備以下幾方面特點：首先，這一技術(shù)能輔助用戶獲得實時參與的感受。其次，這一技術(shù)具備非常高的交互性，在聲音命令、文字輸入等多種方式的輔助之下，用戶將能高效的主導(dǎo)完成人機交互過程。最后，這一技術(shù)具備沉浸性特征，而這一優(yōu)勢則是其他技術(shù)所沒有的，當(dāng)用戶置身于虛擬現(xiàn)實技術(shù)所創(chuàng)造出的景象之后，自然能深入沉浸到具體情境之中，進而獲得更好的使用體驗。

2 應(yīng)用策略

（1）在產(chǎn)品概念設(shè)計中的應(yīng)用。概念設(shè)計階段是后續(xù)設(shè)計方案確定階段的基礎(chǔ)，而對于機械設(shè)計過程來說，除了保障機械在功能上可以滿足要求之外，設(shè)計人員還應(yīng)保障概念設(shè)計方案能在外觀、色彩、風(fēng)格等方面滿足用戶要求。在這一過程中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用可以很好的引導(dǎo)用戶參與到實際設(shè)計過程之中，促進設(shè)計人員與用戶之間的溝通，進而提升概念設(shè)計階段的工作效率。在這一過程中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用可以分為以下幾方面：

首先，可以由用戶對設(shè)計方案中的外形特征進行調(diào)整。在傳統(tǒng)設(shè)計模式之下，設(shè)計方與用戶之間的交流、溝通通常建立在方案多次修改的基礎(chǔ)之上，而這樣的方式不但費時費力，同時也會導(dǎo)致整體生產(chǎn)周期不斷加長。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的輔助之下，用戶將能自主的對機械外觀、色彩、風(fēng)格等進行調(diào)整，并直接獲得調(diào)整后的方案，直至達(dá)到滿意的設(shè)計效果。

其次，設(shè)計方可以通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)對設(shè)計思路等進行表達(dá)。由于機械設(shè)計需要依賴具備一定專業(yè)素養(yǎng)的人員來完成，而用戶極有可能無法在概念設(shè)計階段理解設(shè)計方所提出的設(shè)計理念，僅依賴設(shè)計圖紙很有可能影響到這一工作的開展效率。通過對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)計方將能更全面的通過三維的形式對機械設(shè)計概念圖進行展示，加快設(shè)計方與用戶之間的交流效率。

（2）在機械設(shè)計中的應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在這一階段中的應(yīng)用主要是指以虛擬的形式對現(xiàn)有設(shè)計方案中存在的技術(shù)缺陷等進行考察，分析虛擬產(chǎn)品是否能達(dá)到用戶要求，進而在此基礎(chǔ)上作出改進，不斷完善設(shè)計方案，確保機械設(shè)計能在功能和質(zhì)量等方面滿足預(yù)期。在實際的虛擬設(shè)計過程中，相關(guān)人員可以結(jié)合以下幾步來完成這一工作：

1）首先利用CAD等軟件完成初步機械設(shè)計方案，在此基礎(chǔ)之上將CAD系統(tǒng)產(chǎn)生的模型轉(zhuǎn)化為虛擬現(xiàn)實軟件支持的格式，進而將這一模型輸入到虛擬現(xiàn)實軟件之中，最后以三維的形式對現(xiàn)有設(shè)計結(jié)果進行展示。上述轉(zhuǎn)換過程也可以通過VR-CAD系統(tǒng)來完成。

2）在完成上述操作的基礎(chǔ)之上，設(shè)計人員應(yīng)能通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)對運動構(gòu)件工作時的協(xié)調(diào)關(guān)系進行考量，若這些構(gòu)件之間存在可靠性較差或不能有效協(xié)調(diào)等問題時，那么設(shè)計人員則應(yīng)進一步針對導(dǎo)致此類狀況出現(xiàn)的原因進行分析，最后結(jié)合分析結(jié)果做出改進。

（3）在機械制造中的應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械制造中的應(yīng)用主要是指通過三維動態(tài)模型對機械產(chǎn)品的工藝特點、加工制造方法等進行模擬，進而分析實際制造過程中可能會出現(xiàn)的問題，及時消除現(xiàn)有生產(chǎn)流程中存在的安全隱患或質(zhì)量問題，避免此類問題導(dǎo)致機械制造效率受到影響。在這一技術(shù)的作用之下，機械故障率及維修成本都將能得到有效降低，進而實現(xiàn)大幅度壓縮機械生產(chǎn)成本的目的，提升此類產(chǎn)品在市場上的競爭力。除此之外，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也能對軸部件的裝配過程進行模擬，進而展示出產(chǎn)品的全壽命周期，指導(dǎo)相關(guān)工作人員提前對這一部件在應(yīng)用過程中可能出現(xiàn)的問題進行分析，從根本上保障機械制造的成功率，避免不合格的產(chǎn)品出現(xiàn)。

3 結(jié)語

綜上所述，本文主要對機械概念設(shè)計階段、實際設(shè)計階段、制造階段中虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用辦法進行了深入探討，在后續(xù)發(fā)展過程中，相關(guān)設(shè)計人員及生產(chǎn)廠家則應(yīng)更進一步將虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用重視起來，在這一技術(shù)的輔助之下提前對設(shè)計及制造過程中可能出現(xiàn)的問題進行分析，避免實際設(shè)計方案存在缺陷或制造過程出現(xiàn)安全問題，最終達(dá)到提升機械產(chǎn)品質(zhì)量、壓縮生產(chǎn)成本、保障生產(chǎn)效率的目的，確保機械產(chǎn)品都能在實際應(yīng)用過程中發(fā)揮出預(yù)期作用。

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作者簡介：趙燁菊（1981-），女，江蘇常州人，工程碩士，講師，研究方向：機械工程及材料成型。