虛擬現實及其在機械工程中的應用

張先鋒

【摘 要】隨著科學技術的不斷發展和完善，機械設計與制造在實際生產過程中也在不斷改進和創新。制造企業要提高市場核心競爭力，必須要加強技術改造和創新，提高產品的質量。虛擬現實技術作為電子信息化創新的產物，也逐漸地被應用到機械制造領域，促進了該領域的更好更快發展。

【關鍵詞】虛擬現實技術；機械設計；機械制造；應用要點

中圖分類號：X701；文獻標識碼：A

引言

基于傳統的計算機技術衍生出了虛擬現實技術，可以逼真的模擬人類的聽覺、觸覺、視覺等感知行為。并且隨著虛擬技術的越發成熟，被廣泛應用到了各個領域。尤其是機械安全領域，應用虛擬技術，可以對安全事故進行逼真的模擬，有利于工作人員尋找事故發生原因，進而提高機械的安全性。

1虛擬現實技術應用到機械設計中的優勢

1.1虛擬現實擁有廣泛的通用性

虛擬現實慢慢趨于普遍，各個企業都開始利用這項技術進行產品的設計。虛擬技術是通過力學的研究發展起來的，這就使產品在設計之初就更加容易建立模型。每個構件都有6個自由度，這是虛擬現實的根本。這就使得大部分的設計建模都能夠應用虛擬現實技術，沒有什么限制，所有企業都能通過虛擬技術進行建模。

1.2虛擬現實技術的應用使得機械設計更加便捷

傳統的機械設計都是通過紙質的畫設計圖，通過設計者利用大量復雜的公式，圖形進行計算，從而推算出各個零部件的尺寸，設計枯燥繁瑣，還更加容易出現錯誤。最關鍵的是，需要耗費大量的時間和資源建立最初的設計模型以后，才能判斷設計是否合理標準。而且一些產品的材料，契合程度都無法從最初的設計中得到結論。一旦出現錯誤，還需要再重新進行計算核對。這樣又浪費了大量的時間，使得設計過程更加繁瑣，并且耗費了企業的資源，使得企業在最佳的時間錯過了生產，讓企業失去了核心競爭力。然而，有了虛擬現實技術，我們就可以直接通過電腦，直接進行數據的推算，準確度大大的提升。這樣的方式也減輕了設計者的負擔，提升了其工作效率。并且在設計中，能夠建立立體的模型，節約了企業的成本。虛擬現實技術可以使設計者通過構件材料，外觀，摩擦，契合程度更好的審視自己的設計，出現錯誤能夠馬上修改。這樣為企業節約出了大量的生產時間。產品生產出來，便可以搶先一步搶奪市場資源，提高競爭力。

1.3虛擬技術可以更好地進行后期數據的處理與分析

在得到許多重要的數據以后，虛擬技術可以將這些數據做成圖形或者動畫，通過比對，這些數據就會比我們傳統的將數據排列一起更加直觀，更加生動。而且利用互聯網的強大資源，我們甚至可以比對近十年的數據。直觀的數據比對讓我們能夠更好的認識自己企業的許多方面，從而企業可以清楚的認識自己的劣勢，進而增強企業的競爭力。

2虛擬現實及其在機械工程中的應用要點

2.1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。

2.2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。

2.3虛擬現實技術在虛擬設計中的應用

虛擬設計指的是設計人員通過設計的虛擬產品，對設計的產品進行分析、研究、檢查，看是否達到設計要求，使設計的產品更加完善。通常虛擬設計系統包括虛擬環境生成器和外圍設備兩部分組成，虛擬環境生成器是虛擬設計系統的主體，包括計算機基本軟硬件、軟件開發工具和其他設備，相當于一個包括各種數據庫的高性能圖形工作站，可根據用戶需求在工具軟件和數據庫的支持下，設計出所需的、多維的、適人化的情景和實例。虛擬設計系統交互技術主要集中在視覺、聽覺、觸覺三方面，主要通過這三個方面的輸入和輸出設備來完成。目前主要應用兩種虛擬現實的設計方法。一個通過現有的CAD系統產生模型將其轉換成虛擬現實軟件支持的格式，再將模型輸入到虛擬現實軟件中，從而完成虛擬產品的設計。另一個是通過VR—CAD系統將虛擬現實技術引入CAD虛擬現實技術環境，在產品設計過程中，這種方式不僅保證了產品設計環境的穩定性，又保證產品在虛擬技術的支持下高精度、高效率地完成。比如通過虛擬現實技術可以檢查運動構件工作時的協調關系，可能出現的運動干涉，對軸、齒輪等零件的強度、剛度、耐磨和耐沖擊性能進行檢測，確保協調、可靠的工作性能。可以說，在機械產品設計過程中加入虛擬技術，有效保證了產品設計的效率和準確性，減少了資金和材料的消耗，為企業生產研發提供有效保障。

2.4虛擬現實技術在機械安全領域的應用

（1）在機械安全設計中應用虛擬技術。將虛擬技術運用到機械的安全設計中去，可以實現機械各種參數的整合，從而進行模擬，并將這些信息體現的更具有直觀性與立體性。從而提供參考給機械的改造升級與風險評估等方面。使相關的人員可以及時的對機械素偶存在的危險進行了解，并制定相應的解決措施，提升機械的安全性。當前階段利用虛擬技術進行機械安全的模擬，具有數據修改方便的特點。設計人員輸入外部數據后，計算機自動進行生成模擬，設計人員便可在虛擬的環境中進行機械的設計、裝配等，對其中存在的缺點和危險可以更加直觀的感受到，并進行及時的干政，從而有效避免機械發生安全事故。

（2）在機械安全教學中應用虛擬技術。隨著我國現代化建設中教育建設的開展，高校逐漸由之中時理論教學轉變為理論與實踐相結合的教學方式。眾多高校在校園內建設實訓基地與實驗室，并開展了實驗課程。機械設備種類眾多，因此高校在建設實驗室時往往面臨資金不足的困境，進而阻礙了實驗教學的更好開展。虛擬技術的出現及廣泛應用為高校的實驗教學提供了一種新的教學方式。

結束語

綜上所述，虛擬現實技術應用于機械設計制造工作中，體現了較高的應用價值和優勢，不僅能有效減輕人力勞動，提升產品質量和生產效益，還能切實增強產品市場競爭力。隨著虛擬現實技術的日益成熟和完善，必將促進機械自動化進入一個嶄新的階段，推進機械制造行業的轉型升級、加快發展。

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