虚拟仿真（VR）技术在装备制造行业的应用研究

何勰绯

（广州工程技术职业学院，广东 广州 510925）

0 引言

VR的虚拟仿真技术是通过借助或使用多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等各方面科学技术的根基上高速发展起来的。它是一种将仿真技术与虚拟现实技术相结合的产物，是更高级的仿真技术。虚拟仿真技术搭建了一个全新的模拟系统环境，通过将需要模拟的各类环境系统结合成为一个新的模拟空间进行控制，为用户提供一种“真实”的环境感受，提前得到自己想要的虚拟“结果”。这些模拟仿真技术的实体可以是模拟器，也可以是其他的虚拟仿真系统，还可以是一些简单的数学模型表示。通过这些实体或者虚拟产品在虚拟环境中相互作用，来表现客观世界的真实特征。达到用户预期的期望结果，通过虚拟仿真技术的集成化、虚拟化与网络化的特征，来满足现代工业模拟仿真制造技术的发展需求。现代装备制造行业领域工业，随着计算机技术、仿真技术、测试技术的发展，得到了高速的发展。

1 VR的虚拟仿真技术及其研究状况

1.1 VR的虚拟仿真技术基本原理

VR的模拟仿真技术是通过利用计算机强大的计算功能，使用虚拟的系统软件来模拟计算来真实的系统，经过提前设定好的程序进行运算，得出相关的计算参数结果。借助计算机的强大功能来创建一个虚拟的系统环境，来让用户体验这种系统环境带来的感觉或感受，这种虚拟世界或概念世界。用户可以通过各种感知渠道（例如视觉，听觉和触摸）自然地与虚拟世界互动。它创建了一个三维虚拟世界，以模拟方式实时反映物理对象的变化和交互，并通过各种辅助传感设备为用户提供了三维观察和与虚拟世界的交互和数据手套。该系统界面允许用户来对这种虚拟系统环境的亲身体验，感受虚拟环境中的各种仿真模拟角色的变化情况，达到真实的体验效果。VR的虚拟仿真技术是通过结合计算机技术，计算机图形学，计算机视觉，视觉生理学，视觉心理学，模拟技术，微电子技术，多媒体技术，信息技术，立体显示技术，传感和测量技术，软件工程，语音识别和合成技术，人类机器接口技术，网络技术和人工智能技术等方面的学科的融合。在其保证模拟仿真计算的真实度、以及实时性的交互使用上，为系统仿真技术提供了强大的支持。

1.2 VR虚拟仿真技术的基本现状

随着为了经济的发展，传统的工业制造行业面临着人工成本不断地提高，项目实施周期不断增长，数种设备间的协同合作比较困难，以及在工业化的后期生产维护保养出现相对困难的情况。虚拟仿真模拟工业化仿真平台拥有强大的物理实时计算功能，可以真实模拟现实各种真实的物理动态特征。它提供了多种动态交互方法并可以支持多种高速电子传输技术碰撞替代操作。对于大多数工业仿真用户而言，很容易就能完美地呈现许多只能停留在此之前的出色的交互式仿真创意解决方案，并将仿真方法和技术实现水平的革命性进步带给大多数国内工业仿真用户。实现我国工业化4.0目标。通过利用虚拟仿真技术的改变单一的人机操作现象，借助三维空间的技术和多通道模拟技术，如视觉、听觉和触觉的模拟。将操作者带入“真实”的操作环境中，更快地身临其境融进操作环境中，加快工业化生产中各环节流程。

1.3 虚拟仿真技术在装备制造领域的应用优势

（1）设计评审时，VR虚拟仿真技术可以对产品的设计方案和相关信息进行动态的数据可视展现，使整个设计评审过程更直观有效。

（2）运维巡检中，企业可以结合VR全景视频，全方位、多角度巡检生产线现场设备，也可以结合AR交互设备远程巡检设备内部运行状况。

（3）远程协作上，VR虚拟仿真可实现远程指导作业，它从设备上的传感器导入数据进行状态实时监控，使用户在中央控制室中就能对整个工厂设备进行状态监测与异常问题处理。

（4）操作培训方面，VR虚拟仿真通过语音及虚拟标签进行培训教学，可以模拟机械操作及应急处置等帮助学员快速学习。

2 虚拟仿真技术在工业制造领域的应用

虚拟制造技术是通过计算机进行建立模型和制造过程的仿真，实现对产品的虚拟设计和生产的技术。它借助计算机的模拟仿真技术来实现产品的设计制造技术。它颠覆了产品的传统设计，试生产，设计修改和批量生产的制造模式。虚拟制造技术是指对现代工业设计产品的一种全过程设计生产模拟仿真，它的整个过程包括了传统制造行业里的设计、生产、测试等方面内容。虚拟仿真制造技术的出现，为我国的工业4.0、以及现代所有的制造型企业提供了设计生产测试环节的模拟仿真技术支持，为未来工业制造企业的提供设备车间的布局设计，以及对产品的物流系统进行仿真，为新产品的设计，制造甚至生产设备和产品引进的各个方面进行仿真以及在车间生产的布置图。上述的这些模拟仿真技术功能，为各种制造型企业在减少产品的设计开发周期，也大大提高了对新产品的开发质量情况。虚拟仿真制造技术改变了传统意义上的设计、生产以及测试等环节的制造情况。为我国新时代的建设工业4.0的宏伟目标提供了强有力的支持。

从产品开发的工业流程上进行着手分析，虚拟仿真制造技术是通过利用计算机与相关软件的强大性能与功能，来实现在对产品的虚拟仿真设计、生产制造工艺流程、以及产品的各零部组件的组装装配工艺流程的整个流程。现代的虚拟仿真制造技术主要包括以下六个阶段过程：

产品的概念设计过程阶段；产品的整个设计方案过程阶段；产品的生产加工制造的工艺设计过程阶段；产品整机测试过程阶段；产品的交付使用培训阶段；产品的售后服务维修保养阶段。

我国现代的工业4.0制造领域里，对虚拟制造技术环节的研究环节中，它们的每个阶段都是独立的个体，缺乏有效的反馈系统。例如当其中的一个环节产品出现不良因素，并流入下一道工序中时，系统得不到有效的反馈，只能依靠产品的最终测试才能发现这些质量隐患，所有需要在后期的设计研究中提出其针对性的研究，具有良好的耦合性和有效的反馈机制，避免出现损失大量时间和经费补救前期出现的质量问题现象。

3 结束语

随着我国的科学技术的高速发展，计算机性能技术得到了提升，从而带动了虚拟仿真技术和各种传感设备技术的提高，使得虚拟仿真技术在工业制造行业的地位也越来越重要，不过虚拟仿真制造技术处于新生萌芽状态，也体现出了其在工业制造行业中强大的生命力，但是需要在前期头如大量的经费和技术人员支持，加速虚拟仿真制造技术在工业装备制造行业中的进一步的设计研究和完善。将工业制造产品的生命周期覆盖在虚拟制造技术的全流程上，让产品在早期的设计方案中，进行产品的性能功能仿真测试分析，模拟仿真产品制造过程中的每个环节，优化和改善虚拟制造中的各项性能指标参数，缩短产品的开发周期，节省大量的经费支出。使得虚拟制造与测试的仿真系统在工业制造中体现出其优越性和广泛应用的前景。