現代機械工程設計領域虛擬制造技術的運用

宋立統

【摘 要】在機械工程設計過程中，實際生產和制造技術中存在許多問題。因此，了解虛擬制造技術的相關概念，提出在機械工程設計中推廣虛擬制造技術的有效措施，可以促進機械工程設計的快速發展。本文研究和分析了虛擬制造技術在機械工程設計中的相關概念以及促進其應用的有效措施。

【關鍵詞】機械工程；設計領域；虛擬制造技術；運用

1現代機械工程設計領域虛擬制造技術的概述

1.1虛擬制造技術的特點

虛擬制造技術是在一個虛擬的環境下進行的，也就是說，虛擬制造技術和電子信息技術、互聯網技術相關聯，是由計算機控制進行操作的。這就可以充分體現出虛擬制造技術具有快捷方便，節省資源的特點，不用耗費大量的人力物力等資源去進行現實制造。在虛擬制造技術制造出相關的實際模型的時候，就可以按照模型進行實際操作。如果在過程中發現虛擬的模型存在任何問題就可以進行直接的修改，這樣就不會產生很多的麻煩。因為計算機在進行模型數據的更改的過程中是很快速便捷的，而且在進行數據更改之后就會直接生成一套新的模型。

1.2虛擬制造技術過程分析

虛擬制造技術的過程其實和現實的制造過程是相關聯的，也需要設計人員根據客戶的需求進行設計和制作，要采取客戶的建議或者要求。虛擬制造技術是根據商品的生命周期進行設計的，通過設計人員進行詳細的分析和研究之后才能進一步確定產品的功能和性能。在設計人員確定好了相關數據之后，就可以進行虛擬建設。設計人員將做好的虛擬模型帶給客戶看，如果客戶滿意就可以進行實際操作，如果客戶不滿意就要根據客戶的要求進行整改，生成一套新的虛擬模型。所以說虛擬制造技術的整個過程都是與客戶的要求相關聯的，而且要求技術人員在設計的過程中注重產品的生命周期和其功能和性能的分配。

1.3虛擬制造技術的核心技術

（1）虛擬制造技術中的建模技術

虛擬制造技術是指通過計算機技術將現實中的機械工程、制造工程的流程反應出來，將現實中的制造過程數字化，信息化，規模化和計算機化。虛擬制造技術的建設過程涉及到三種模型的建立。第一種模型是生產模型。而生產模型主要分為靜態模型和動態模型兩種類型。靜態模型是指生產模型的性能和功能，動態模型是指產品所表現出來的生命周期和主要用途。第二就是產品模型。產品模型主要考究的是虛擬制造技術所產生的模型的外觀。第三種模型就是工藝模型。這種模型是要在用虛擬制造技術建設模型的過程當中，聯系各種工藝數據，最后將現實中的制造過程映射出來。

（2）虛擬制造技術中的仿真技術

虛擬制造技術的仿真技術，就是說用虛擬制造技術，通過互聯網技術的疊加，將現實的生產過程，通過數字化和模型化，最終展示出來。在仿真技術的支持下，就可以通過對所產生的模型進行各種分析，最后研究出現實當中如果建立這種模型是否真實有用。仿真技術和現實生產是兩種完全分離，并且獨立的生產過程。但是虛擬制造技術中的仿真技術會對現實生產過程中實際模型的建立有著指導作用，而且仿真技術在建設模型的過程當中可以極大限度的利用高效的計算機技術，節約了大量的時間和資源，并且可以建設出比較完善的模型。

（3）虛擬制造技術中的虛擬現實技術

虛擬制造技術當中的虛擬現實技術是指利用計算機技術建立虛擬模型。這種虛擬現實的技術可以通過人機接口或者其他接口形成通道，將虛擬模型和人類的實際感受相連接，就是說現實當中的人可以通過一些機器或者接口產生對虛擬模型直觀的體驗和認識。這種感覺就像當于3D技術感受。虛擬現實技術可以極大地利用計算機技術讓人類體驗模型的效果，給人一種身臨其境的感受。

2 現代機械工程設計領域虛擬制造技術的關鍵

2.1虛擬技術中的建模技術

虛擬指的是在系統中將現實制造系統映射到虛擬環境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、計算機化的抽象描述和表示。VMS建模的主要內容有生產模型建立、產品模型建立、工藝模型建立的信息化體系結構的建立。生產模型中有靜態描述和動態描述兩種。靜態描述主要是關于對系統生產能力和生產特性。動態描述是在已經被得知的系統狀態和需求的性質上對產品的整個過程進行全面的預測。在制造過程中我們將種種實體對象總的稱之為產品模型。在產品的模型建立中需要對產品的明細、形狀特征等方面進行描述。對于VMS而言，要實現產品實施過程的全部繼承必須具備完整的產品模型。因此在虛擬制造中的產品模型不再是單一和靜止的，它可以運用抽象的技術實現各種模型面貌的提取。工藝模型主要指的是在制造過程中對產品的工藝參數和關于產品功能的各種因素進行聯系，最終實現對產品模型和生產模型之間相互作用的反映。

2.2虛擬制造技術中的仿真技術

仿真指的是通過計算機實現復雜現實系統的抽象化和簡潔化最終形成的系統模型，并且在仿真的基礎上對模型進行應用，最終得到相應的系統性性能分析。仿真主要以系統模型為主體的研究方法，它對實際的生產系統沒有直接的干擾作用，并且仿真系統可以對計算機的計算能力進行應用，實現在短時間內完成在實際工作中需要很長時間的工作，有效縮短了生產決策的時間，最大化地避免了對人力、物力和資金的投入以及浪費。計算機技術還有很好的仿真修復功能，最大化地保證了方案的最優。仿真技術過程的主要步驟有系統研究、數據收集、系統模型建立、仿真算法的確定、仿真模型的計算、仿真模型的運行、結果的輸出和分析。仿真在產品的制造過程主要被分為制造的仿真和加工的仿真。在系統產品的開發中主要涉及的是產品建模、設計交互行為仿真等。方便對設計結果的評價，及時進行反饋，降低產品設計中的錯誤。加工過程的仿真主要有切削、裝配、檢驗及焊接、壓力加工和鑄造等。以上兩種仿真過程是相對獨立的，兩者不能實現集成，而VM中應建立全面過程的統一仿真。

2.3虛擬制造中的虛擬現實技術

虛擬現實技術的目的是改善計算機的交互方式，提高計算機的可操作性，它是在對計算機圖形系統和多種顯示以及控制等接口設備的基礎上，以交互的三維環境為人提供沉浸體驗的技術。虛擬現實技術主要由圖形系統和多種接口設備組成，使人在虛擬環境中感受到真實的沉浸感覺，交互性計算機系統是虛擬現實系統的基礎。虛擬現實系統中有操作者、機器和人機接口。它幫助提升人和計算機間的和諧度，同時也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下實現對真實世界的模擬。在用戶交互輸入以及輸出修改虛擬環境的條件下，使人達到身臨其境的沉浸感覺。VM的關鍵技術之一就是虛擬現實技術。

3結束語

總之，虛擬制造技術在促進制造技術發展方面發揮著重要作用。虛擬制造是實現實際生產和制造的基本過程。這是一種通過各種計算機虛擬模型來模擬和預測產品功能、性能和可加工性等各個方面可能存在的問題的方法。它提高了操作者和制造商的預測和決策水平，使制造技術不再主要依賴于經驗，從而使制造業發展到全面預測的新階段。

參考文獻：

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