計算機虛擬技術在現代制造業中的應用研究

陳慧宇 李曉芳 錢松程 李賀龍

摘要：隨著國民經濟的不斷增長，科學技術的不斷創新，現代制造行業發展得到了質的飛躍。在現代制造行業中計算機虛擬技術是一項必不可缺的關鍵內容。直接關系到企業制造生產過程的整體質量和效率。以人為主體，以計算機虛擬技術為支柱，綜合應用信息、材料、能源、環保等高新技術以及現代系統管理技術，研究并改造傳統制造過程作用于產品的整個壽命周期，從而實現優質、高效、低耗、清潔、靈活的生產。本文將對計算機虛擬技術在現代制造業中的應用展開分析與探討。

關鍵詞：虛擬技術;現代制造業;實踐應用

0.引言

當前是一個流行先進制造技術的時代，為適應21世紀的制造業市場、產品及企業特征需要，二十一世紀先進制造業技術將向精密化、柔性化、網絡化、虛擬化、數字化、智能化等方向發展，其中計算機虛擬技術就是重要的一環。通過將計算機虛擬技術應用在各個生產制造環節，能夠有效提升產品的開發質量和效率。同時還可以根據市場用戶需求特點，有針對性地的設計開發產品，實現制造企業的TQCS需求。

1.計算機虛擬技術及其優勢

計算機虛擬制造技術實質是指企業實際制造生產過程在計算機設備上的相關映射，也就是通過合理運用計算機仿真和虛擬現實技術，基于先進高速網絡和計算機設備的輔助下，經過一系列的計算機上的群組協同作業，從而有效實現產品仿真設計、工藝規劃、制造生產以及質量分析等產品制造全過程。計算機虛擬技術的應用核心在于以計算機虛擬制造工作環境為基礎，相關工作人員對不同需求產品的加工性能特點展開仿真模擬工作，從而預估判斷出產品的真實制造生產水平，這樣有利于提高企業對產品設計制造的預測和決策水平。計算機虛擬制造技術主要涉及到了仿真技術、虛擬現實技術以及信息技術等內容[1]，制造企業在設計或者制造加工需求產品之前，利用該項技術能夠實現對需求產品裝配系統狀態的仿真體驗，了解到產品的各項性能、功能特點，從而幫助相關工作人員進一步優化改善產品實施方案。

計算機虛擬技術在現代制造業中的應用主要包括了以下幾點優勢：1）易于建模操作。在傳統制造企業產品建模過程中，設計人員往往需要投入更多的時間和精力，運用各種公式進行推導計算工作，這樣才能夠充分保障產品建模過程的科學準確性。而在計算機虛擬技術輔助下，產品設計研發人員無需再經過復雜的手動計算，只需要通過利用計算機就能夠高效完成產品建模和計算目標，并且維持極高的準確率。此外，相關工作人員采用先進的虛擬樣機技術軟件，能夠發揮出其多種結果可視化技術和動畫圖形功能作用，幫助制造企業產品研發設計人員更加直觀清晰了解到產品性能和使用效果;2）適用性高，處理問題能力強。基于計算機虛擬制造技術輔助下，制造企業工作人員能夠高效解決各類產品設計生產過程的實際問題，通過利用仿真建模形式，設計人員能夠直觀清晰了解到需求產品研發過程中所會遇到的各類問題，從而有效采取相對應的解決措施。計算機虛擬制造技術被廣泛應用在各類產品設計生產中，具有較高的實用型，無論是那種產品機構都可以實現科學建模目標;3）良好的后期處理能力。在機械產品傳統分析方法應用中，工作人員往往會獲取到大量的數據信息，需要經過復雜的計算分析，才能夠判斷產品性能特點和產品問題，這樣無疑對工作人員提出了更高的水平要求。而在計算機虛擬制造技術輔助下，工作人員通過利用先進的虛擬樣機技術軟件，能夠發揮出其圖形動畫功能和可視化技術，這樣一來就可以充分呈現出產品結構設計的運動效果和性能特點。

2.計算機虛擬技術在現代制造業中的應用

2.1在產品設計中的應用

計算機虛擬技術在制造業產品設計中的應用主要包括了以下幾個方面內容：1）產品外形設計。由于市場用戶不同需求特點，對于產品外形設計有著不同需求，制造企業通過合理應用計算機虛擬技術，能夠實現各種復雜產品造型的設計目標，并且在設計中還能夠結合實際問題隨時進行產品參數優化設置和評測[2]。計算機虛擬技術通常被應用在產品加工、仿真以及裝配工作環節中;2）產品運動和動力學仿真。制造企業在研發設計市場需求產品過程中，相關工作人員必須科學解決產品運動構建在實際運行時產生的運動協調關系，同時完成產品運動范圍設計，加強其運動干涉的全面檢查工作。在計算機虛擬技術輔助下，產品設計人員能夠利用計算機模擬仿真產品結構運動過程，觀察產品的動力學性能、強度以及剛度等特點，從而有針對性地展開優化改善設計，充分保障產品的高性能和高質量;3）產品裝配仿真設計。制造企業在生產加工機械產品過程中，設計人員通常會在產品可裝配性和配合性上產生錯誤。針對此種情況，現代制造企業可以通過引進應用先進的計算機虛擬制造技術，在產品設計階段進行產品的裝配仿真工作，這樣能夠清晰直觀了解到產品轉配過程存在的相關問題，從而在實際裝配工作中，采取有效解決措施，確保產品裝配設計的科學準確性。

2.2在產品建模中的應用

制造企業在生產加工某種產品時，可以同利用計算機虛擬建模技術，完成對產品的模型構建目標。就比如，在產品工藝模型構建中，其通過將產品設計屬性與各項工藝參數有效結合在一起，能夠全面反映出產品生產模型與產品模型之間的相關性。基于計算機工藝仿真技術、數學模型技術應用下，制造企業能夠實現產品制造不同工作環節有條不紊的進行，同時能夠幫助產品設計生產人員實現對產品制造各個階段的實時監控[3]，最大程度提高產品建模的工作質量和效率。如下圖1所示，為生產線虛擬仿真運行框架。

圖1? 生產線虛擬仿真運行框架

2.3在產品制造中的應用

現代制造企業在產品實踐制造生產過程中，要充分發揮出計算機虛擬仿真技術的作用，其通過利用計算機的先進計算能力，能夠確保在最短時間內科學模擬出產品制造中需要很長時間的生產周期，有效縮短企業管理高層的解決時間。計算機仿真技術在產品制造中的運用工作步驟為：研究系統→獲取數據→構建系統模型→明確仿真算法→構建仿真模型→運行仿真模型→輸出結果并分析[4]。

現代制造企業要正確了解到產品制造過程仿真主要分為了兩個部分內容，一個是產品制造系統仿真，另一個是產品加工過程仿真。前者主要涉及到的內容包括了產品建模仿真、產品設計規劃仿真以及交互行為仿真等，完成這些工作后能夠提高對產品設計結果的綜合評價水平，實現對產品設計生產過程的前期反饋工作，有效避免產品在實際設計制造過程中出現各類問題。而后者產品制造加工過程中，計算機虛擬仿真技術的應用內容主要包括了產品切削過程仿真、產品裝配過程仿真、產品質量檢驗過程仿真以及產品焊接加工、鑄造仿真等。

3.結束語

現如今國外許多知名企業已在積極開展虛擬制造技術的應用和研究，特別是汽車、飛機、工程機械以及武器等產品的應用事例和成果層出不窮。其中最為典型的事例，波音飛機公司采用虛擬樣機技術在計算機上建立了波音777飛機的最終模型，實現了整機設計、整機裝配、部件測試等虛擬開發活動，使產品開發周期從八年縮短至五年。可見計算機虛擬技術在效率方面的優勢。

綜上所述，現代制造企業要想保障自身穩定持續地發展，確保在最低成本下創造出最大的社會經濟效益，制造生產出滿足市場用戶需求的高質量產品，就必須充分發揮出計算機虛擬制造技術的作用。通過構建出計算機虛擬環境，利用專業建模仿真軟件，完成對產品模型的虛擬構建工作，仿真模擬產品結構運行過程，直觀了解到產品性能特點，從而保障產品實際制造生產的高水平。

參考文獻

[1]李長明.虛擬技術在當代機械制造業領域中的應用[J].機械制造，2017（01）：121-123.

[2]符應彬.計算機虛擬技術在現代制造業中的應用[J].軟件制造，2015（03）：65-68.

[3]王劍鋒，蔡黔鷹，韓贏.基于網絡的虛擬技術在現代制造業中的應用研究[J].制造業自動化，2014（03）：31-33.

[4]王利華.虛擬現實技術及其在機械設計與制造中的應用[J].內蒙古民族大學學報（自然科學版）2017（03）：54-56.