虚拟样机技术在机械设计中的应用

虚拟样机技术在机械设计中的应用

萧俊超

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摘要：虚拟仿真技术是指使用计算机软件来模拟现实世界的环境和系统，可以在虚拟环境中提供物理系统行为的密切表示，从而使用户能够在安全和经济高效的方式中进行实验、预测和分析数据。在机械设计过程中，借助虚拟样机技术，可以提高机械产品的实际性能，如外观、空间关系，以及运动学和动力学特性，是提高机械设计效率与可靠性的重要支承技术。为了进一步扩大虚拟样机技术在机械设计中的应用与发展，文章结合虚拟仿真技术特点，重点研究虚拟样机技术在机械设计中的应用，以供相关人士参考。

关键词：虚拟样机技术；机械设计

引言

虚拟样机技术是一门新兴学科，是在计算机、信息技术的鼎力支持下，实现机械、设备在很少人甚至无人的情况下，能够正常的运行，并顺利完成预期任务的技术。其中，以信息技术与微电子技术为主要。从本世纪20年代开始，在冷轧工艺中逐步应用了虚拟样机技术。伴随着虚拟样机技术的发展，机械制造业的自动化程度也在不断提高，其应用也日益广泛，使机械设计制造的生产质量和工作效率都有了明显提高，并且大幅度减少了人工费用，因此，可以有效提高人们通过机械认识和改造世界的能力。

1虚拟仿真技术特点

①沉浸性。沉浸性又被称为“真实性”，主要是保证用户的听觉、视觉和触觉与真实的环境隔离，处于计算机营造的虚拟环境中，带给用户一种沉浸式感受，实现用户置身其中的应用效果。沉浸性主要体现在视觉沉浸（通过３Ｄ模型、虚拟现实设备等技术手段，让用户的视觉感受完全融入到虚拟环境中，感觉自己置身于一个真实的环境之中）、听觉沉浸（通过音效、语音识别等技术手段，让用户感觉自己置身于真实的环境中，听到来自虚拟环境中的声音和声音的变化）、触觉沉浸（通过触觉反馈装置、力反馈设备等技术手段，让用户感觉到虚拟环境中物体的质感、形状等，增强用户的沉浸感）。②交互性。交互性是指用户可以通过信息输入设备与虚拟环境进行信息交互，并可以得到虚拟环境的相关信息反馈的能力。通过交互性，用户可以与虚拟环境进行实时的双向信息交互，使虚拟环境更具有灵活性和可操作性。③构想性。构想性是指用户基于沉浸性和交互性对虚拟场景产生想象，对概念和理论得到提升与转变，是前两种性质的高效表现形式之一。

2虚拟样机技术在机械设计中的应用

2.1自动化中的数控技术应用

现代化信息技术手段的有效运用，以及计算机软件自动编程工作的有效推进，都能够很好地为数控加工与生产工作的有效推进，提供强有力的基础支撑与引导。合理的控制机械化设备的加工与生产，能够真正意义上的满足机械设计制造自动化的基本需求。尤其是在具体的机械设计制造工作中，计算机的辅助软件应用，能够很好地提升数控系统应用的价值，提供强有力的帮助与引导。也正是因为互联网信息技术手段是一项相对复杂的存在，才需要工作人员在虚拟的数据信息网络环境中，将各种机械产品的尺寸、结构、形状等进行精准的设计与展示，这样也能够极大层面上的方便之后机械化设备应用的优势与价值提升。在完善的图纸设计与修正过程中，工作人员还应该积极地加强对相关技术手段的有效使用，这样也能够真正意义上的为机械生产工作的精准性与有效性提升，提供强有力的帮助与引导。在实际应用中，数控技术需要借助原来所采用的加工方法才能更好地进行工作。数控技术能够让整个加工过程更加精确、标准化。采用数控技术，这能极大地减少财政费用，减少人为犯错。但在实践中，因数控化的需求，为了保证产品品质，往往要进行反复的工作。数控化技术还可以实现产品加工中的自动化设计，降低了机械工作时间，从而提高了工作效率。

2.2集成化模式中的应用

集成化模式是一套以计算机为基础，以最简便的方式将不同技术以最大限度整合在一起的自动化模式。集成化模式指的是运用有关技术对企业生产过程的工艺流程进行优化，对流程进行合理的简化，并遵循系统的原则，对总能力进行相应的调节。集成化模式将生产资料库、互联网、企业生产需求与企业发展的目的相融合，构成了一个完整的生产体系，能够对企业发展、产品研发、生产技术创新、生产质量监控等方面进行科学地推动。当前，我国有关技术的研究和开发，也在逐渐对自动化技术的具体工作进行改进。在未来，集成化模式在机械设计制造领域的发展将会更加完善，对企业发展也会起到巨大的作用。

2.3多元化自动化中的应用

从多元化视角去看待虚拟化，它将是未来机械设计制造及自动化应用技术的主打方向，例如说：多媒体应用技术、控制理论技术，智能化应用技术等等技术，这些都有很强的专业技术性，这些学科也会有很多交叉的地方。表面上，机械制造只是通过机械设备来保证一些机器能够运行从而减少人工力量，但实际上，机械制造及自动化应用技术的虚拟应用是利用计算机技术、信息技术来仿照人工操作整个流程的正常运行，这种仿真流程表面上看确实有很多好处，但实际上也存在很多风险，因为是虚拟性，所以在操作过程中很多过程都无法把控，也无法去保障所运作的机器不出现问题，这时就需要我们机械制造及自动化应用技术能够成熟，通过传感技术来将所要传达的产品数据的数量传达到计算机设备上，通过这些电子设备能预先发现机械产品生产容易发生的问题并提前制好处理方案，从而保证能够从最大的限度下处理和降低可能发生的风险。这样才能够保障机械制造及自动化应用技术虚拟化更加成熟。虚拟化数字处理在机械制造及自动化应用技术可能发生的问题，在未来一定会变成一个主要的趋势。

2.4自动化中的虚拟技术应用

自动化信息技术的有效应用，在与一定的层面上离不开完善的资金与政策支撑，这主要也是因为自动化技术的适应与应用，需要工作人员对其进行完善的数据信息检测。也正是在这一检测工作不断推进的过程当中，很有可能会导致人力、物力、资金等的浪费。而在现代化信息技术手段的帮助与引导下，虚拟化的数据信息手段，能够很好地将这些能源消耗问题控制在合理的范围内。这种虚拟化的自动信息技术处理方式，主要就是在互联网信息环境当中，积极地将一些设备进行设计，在全方位的检查与分析当中，也能够最大限度上的减少机械设计中自动化技术应用中一些不利因素出现的可能性。

2.5数控技术中的应用

在目前的工业领域中，数控技术是一种最常用的自动化技术，它是一种以数控车床为代表的设备，数控技术优于手工工艺。数控技术的关键在于利用计算机编码来编制与之对应的控制程式，并将其应用于机械设计与制造。这样不但可以改善产品品质，而且可以降低企业在制造上的投入。相对于其它的自动化技术而言，数控技术能够解决传统机械设计与生产中存在的问题。在相应计算机编码技术的指导下，对产品进行最优的设计及进行有效的管理，使产品设计与制造达到自动化的程度。

结语

基于虚拟样机技术可以为机械设计人员创造更加真实的模拟环境，在机械设计样机制造前，机械设计人员或相关用户基于计算机仿真系统建立机械产品数字模型，通过模拟真实环境下机械产品各项工作特性，不断优化和修改设计方案，可以极大地提高机械设计效率，保证机械产品的设计可靠性。

参考文献

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［2］周红宇，宋瑞仙，骆桂芳，等．基于虚拟仿真的外流式压力机械设备的三维设计与加工［J］．制造业自动化，2016(6):1001－1006．

［3］李贵，徐春明，王兴东，等．虚拟仿真技术在机械设计实验教学中的应用实践［J］．中国现代教育装备，2022，50(10):58－63．