现代机械工程设计领域虚拟制造技术的运用

宋立统

【摘 要】在机械工程设计过程中，实际生产和制造技术中存在许多问题。因此，了解虚拟制造技术的相关概念，提出在机械工程设计中推广虚拟制造技术的有效措施，可以促进机械工程设计的快速发展。本文研究和分析了虚拟制造技术在机械工程设计中的相关概念以及促进其应用的有效措施。

【关键词】机械工程；设计领域；虚拟制造技术；运用

1现代机械工程设计领域虚拟制造技术的概述

1.1虚拟制造技术的特点

虚拟制造技术是在一个虚拟的环境下进行的，也就是说，虚拟制造技术和电子信息技术、互联网技术相关联，是由计算机控制进行操作的。这就可以充分体现出虚拟制造技术具有快捷方便，节省资源的特点，不用耗费大量的人力物力等资源去进行现实制造。在虚拟制造技术制造出相关的实际模型的时候，就可以按照模型进行实际操作。如果在过程中发现虚拟的模型存在任何问题就可以进行直接的修改，这样就不会产生很多的麻烦。因为计算机在进行模型数据的更改的过程中是很快速便捷的，而且在进行数据更改之后就会直接生成一套新的模型。

1.2虚拟制造技术过程分析

虚拟制造技术的过程其实和现实的制造过程是相关联的，也需要设计人员根据客户的需求进行设计和制作，要采取客户的建议或者要求。虚拟制造技术是根据商品的生命周期进行设计的，通过设计人员进行详细的分析和研究之后才能进一步确定产品的功能和性能。在设计人员确定好了相关数据之后，就可以进行虚拟建设。设计人员将做好的虚拟模型带给客户看，如果客户满意就可以进行实际操作，如果客户不满意就要根据客户的要求进行整改，生成一套新的虚拟模型。所以说虚拟制造技术的整个过程都是与客户的要求相关联的，而且要求技术人员在设计的过程中注重产品的生命周期和其功能和性能的分配。

1.3虚拟制造技术的核心技术

（1）虚拟制造技术中的建模技术

虚拟制造技术是指通过计算机技术将现实中的机械工程、制造工程的流程反应出来，将现实中的制造过程数字化，信息化，规模化和计算机化。虚拟制造技术的建设过程涉及到三种模型的建立。第一种模型是生产模型。而生产模型主要分为静态模型和动态模型两种类型。静态模型是指生产模型的性能和功能，动态模型是指产品所表现出来的生命周期和主要用途。第二就是产品模型。产品模型主要考究的是虚拟制造技术所产生的模型的外观。第三种模型就是工艺模型。这种模型是要在用虚拟制造技术建设模型的过程当中，联系各种工艺数据，最后将现实中的制造过程映射出来。

（2）虚拟制造技术中的仿真技术

虚拟制造技术的仿真技术，就是说用虚拟制造技术，通过互联网技术的叠加，将现实的生产过程，通过数字化和模型化，最终展示出来。在仿真技术的支持下，就可以通过对所产生的模型进行各种分析，最后研究出现实当中如果建立这种模型是否真实有用。仿真技术和现实生产是两种完全分离，并且独立的生产过程。但是虚拟制造技术中的仿真技术会对现实生产过程中实际模型的建立有着指导作用，而且仿真技术在建设模型的过程当中可以极大限度的利用高效的计算机技术，节约了大量的时间和资源，并且可以建设出比较完善的模型。

（3）虚拟制造技术中的虚拟现实技术

虚拟制造技术当中的虚拟现实技术是指利用计算机技术建立虚拟模型。这种虚拟现实的技术可以通过人机接口或者其他接口形成通道，将虚拟模型和人类的实际感受相连接，就是说現实当中的人可以通过一些机器或者接口产生对虚拟模型直观的体验和认识。这种感觉就像当于3D技术感受。虚拟现实技术可以极大地利用计算机技术让人类体验模型的效果，给人一种身临其境的感受。

2 现代机械工程设计领域虚拟制造技术的关键

2.1虚拟技术中的建模技术

虚拟指的是在系统中将现实制造系统映射到虚拟环境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、计算机化的抽象描述和表示。VMS建模的主要内容有生产模型建立、产品模型建立、工艺模型建立的信息化体系结构的建立。生产模型中有静态描述和动态描述两种。静态描述主要是关于对系统生产能力和生产特性。动态描述是在已经被得知的系统状态和需求的性质上对产品的整个过程进行全面的预测。在制造过程中我们将种种实体对象总的称之为产品模型。在产品的模型建立中需要对产品的明细、形状特征等方面进行描述。对于VMS而言，要实现产品实施过程的全部继承必须具备完整的产品模型。因此在虚拟制造中的产品模型不再是单一和静止的，它可以运用抽象的技术实现各种模型面貌的提取。工艺模型主要指的是在制造过程中对产品的工艺参数和关于产品功能的各种因素进行联系，最终实现对产品模型和生产模型之间相互作用的反映。

2.2虚拟制造技术中的仿真技术

仿真指的是通过计算机实现复杂现实系统的抽象化和简洁化最终形成的系统模型，并且在仿真的基础上对模型进行应用，最终得到相应的系统性性能分析。仿真主要以系统模型为主体的研究方法，它对实际的生产系统没有直接的干扰作用，并且仿真系统可以对计算机的计算能力进行应用，实现在短时间内完成在实际工作中需要很长时间的工作，有效缩短了生产决策的时间，最大化地避免了对人力、物力和资金的投入以及浪费。计算机技术还有很好的仿真修复功能，最大化地保证了方案的最优。仿真技术过程的主要步骤有系统研究、数据收集、系统模型建立、仿真算法的确定、仿真模型的计算、仿真模型的运行、结果的输出和分析。仿真在产品的制造过程主要被分为制造的仿真和加工的仿真。在系统产品的开发中主要涉及的是产品建模、设计交互行为仿真等。方便对设计结果的评价，及时进行反馈，降低产品设计中的错误。加工过程的仿真主要有切削、装配、检验及焊接、压力加工和铸造等。以上两种仿真过程是相对独立的，两者不能实现集成，而VM中应建立全面过程的统一仿真。

2.3虚拟制造中的虚拟现实技术

虚拟现实技术的目的是改善计算机的交互方式，提高计算机的可操作性，它是在对计算机图形系统和多种显示以及控制等接口设备的基础上，以交互的三维环境为人提供沉浸体验的技术。虚拟现实技术主要由图形系统和多种接口设备组成，使人在虚拟环境中感受到真实的沉浸感觉，交互性计算机系统是虚拟现实系统的基础。虚拟现实系统中有操作者、机器和人机接口。它帮助提升人和计算机间的和谐度，同时也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下实现对真实世界的模拟。在用户交互输入以及输出修改虚拟环境的条件下，使人达到身临其境的沉浸感觉。VM的关键技术之一就是虚拟现实技术。

3结束语

总之，虚拟制造技术在促进制造技术发展方面发挥着重要作用。虚拟制造是实现实际生产和制造的基本过程。这是一种通过各种计算机虚拟模型来模拟和预测产品功能、性能和可加工性等各个方面可能存在的问题的方法。它提高了操作者和制造商的预测和决策水平，使制造技术不再主要依赖于经验，从而使制造业发展到全面预测的新阶段。

参考文献：

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[2]陶表达，姚桂玲.虚拟技术在现代机械产品研发中的应用[J].湖北第二师范学院学报，2010，（2）.