虛擬樣機技術及其在工程機械領域的應用

劉毅

（成都理工大學 核技術與自動化工程學院，四川 成都 610059）

虛擬樣機技術及其在工程機械領域的應用

劉毅

（成都理工大學 核技術與自動化工程學院，四川 成都 610059）

當前在網絡科技不斷發展的環境下，許多工程部門采取了新技術產品設計改革，這一舉措推動了工程設計工作的發展。筆者從虛擬樣機技術的特征出發，簡要介紹了虛擬樣機技術的實際應用情況，最后討論了虛擬樣機技術在工程機械上的使用情況以及發展前景。

虛擬樣機技術；工程機械；產品設計

目前大多數工程設計都進行了新技術改革，并且也取得了一定的進步和發展，在實現產品設計現代化和提高工作效率上，有一定的成效。在虛擬樣機技術使用于工程機械領域的過程中，許多產品設計實現了非物質化依賴化，主要依靠虛擬樣機技術便可以實現產品設計的整個流程，有利于新產品設計技術的不斷開發利用，實現新科技環境下的新技術開發。

1 虛擬樣機技術的特征

（1）概念的新穎性。虛擬樣機技術在工程領域有著頗為成功的運用，其特征之一在于設計概念的新穎性，是一種全新的機械產品設計理念。傳統的仿真機主要是對于單個子系統的模仿，人們已經逐漸意識到這種仿真機即使針對整個系統的性能都進行了優化，但并非這種簡單的將已經得到優化的子系統進行疊加就可以使得整體系統得到優化。虛擬樣機技術而是強調整體優化大于機械式的疊加優化，使得虛擬整機與虛擬環境進行不斷的耦合，對于各種產品設計方案進行檢測、評價，不斷改進產品的設計方案以達到最優化，實現整體最優而不是局部優化。

（2）設計的系統性。通過整機結構、液壓系統、控制系統等的獨立設計，實現局部優化促進整體優化是傳統的產品設計方法慣用的套路。在虛擬樣機技術中，注重各個子系統之間的動態交互與協調求解，改善了傳統產品設計中，因設計考慮不周，在產品開發之后發現不足導致的浪費現象。通過虛擬樣機技術，逐漸建立起各個子系統之間的多體動力學虛擬樣機，實現產品的協同設計，及時的發現設計中存在的問題，解決問題，以系統的測試分析來驅動整個產品設計過程。

2 虛擬樣機技術的實際應用

（1）虛擬樣機技術在國外的運用。早在美國最早研制出無圖紙研發飛機波音777時，虛擬樣機技術就已經在飛機研發的設計、裝配、性能評價以及分析評估上發揮了重大作用，這項技術的應用不僅使得波音777飛機的研制成本大大降低至75%，而且使得制造周期大大縮短一半，并且確保了產品最終一次性成功裝接，實現了飛機制造的一次偉大成功。著名的生產工程機械商John Deere公司在解決工程機械在高速行駛時的蛇行現象以及重載下自己震動問題時，積極地采用虛擬樣機技術進行原因查找，并且大膽的進行方案改進，虛擬樣機技術大大提高了產品的高速行駛性能與重載作業性能，解決了傳統方式無法查找原因的問題。還有類似福特公司等美國的汽車制造公司也都相繼采用了虛擬樣機技術來進行樣圖的設計和產品檢測、評估，其目的之一就是降低開開產品的成本，減少在研發使用的過程中存在的風險，從而改進產品的質量，并且獲得較好的經濟效益，由此來達到自己生產產品的目的。

（2）虛擬樣機技術在國內的運用。虛擬樣機技術在國內的主要應用體現在對于虛擬樣機技術的技術內涵、組成運行模式進行進一步的探討，深入的研究虛擬樣機技術在自主研發平臺上的發展前景以及在科技高速發展過程中的環境支持。多領域研究虛擬樣機技術有助與對于該技術的深入開發，實現虛擬樣機技術在于各個行業內的廣泛應用。在國內的虛擬樣機技術應用實例比較多，在許多科學研究中廣泛應用虛擬樣機技術進行深入的開發，獲得了較好的成果，這項技術為國內制造業創新發展帶來了無限可能。研究員也紛紛將虛擬樣機技術分散應用于汽車制造業、工程機械業等等各個行業，在國防工業以及航天航空業等進行更加廣泛的應用，不斷的促進虛擬樣機技術的完善和發展，增強我國的企業產品開發能力。

3 虛擬樣機技術在工程機械上的應用以及前景

（1）虛擬樣機技術在工程機械上的使用流程。虛擬樣機技術在工程機械上的應用優勢主要體現在能夠保證產品設計的美觀性、舒適性。安全性、可靠性、制造的簡便性以及可維護性等等。由于虛擬樣機技術具備其他技術所沒有的可視性特點，因此可以再計算機虛擬現實環境中進行技術設計、產品組裝以及性能優化 等，并且綜合考慮產品的外觀設計在虛擬的環境中進行進一步的尺寸模型分析，利用可以被直接操縱和修改的生成模型進行產品的不斷完善。市場上一些成熟的軟件，如：CAD、CAE等都可以進行虛擬工程機械設計，虛擬樣機技術主要是利用圖1流程進行產品的開發利用。

圖1 虛擬樣機開發的一般流程

上述流程借助商業上的三圍CAD軟件進行構圖設計分析，進一步實現虛擬樣機技術在工程機械設計上的有效利用。

（2）虛擬樣機技術在工程機械上的發展情況。虛擬樣機技術的廣泛應用能夠實現產品設計的低成本、高效益，并且擺脫產品設計的物質依賴性，是一種全新的開發模式，將會給工程機械設計帶來重大影響。主要的發展前景體現在：加快產品更新換代、引發一輪虛擬產品的銷售潮，企業引發新的競爭點和增長點、促進企業間聯盟、加快技術人員的技術提高，優勝劣汰速度。如此一來，將有利于產品的研發和企業的發展，以及人員素質的不斷提高，可見，在新時代虛擬樣機技術將成為工程機械產品開發的主流，引發全球經濟新挑戰。

4 結語

文章討論了虛擬樣機技術在工程機械上的應用，探討了虛擬樣機技術的特征以及該技術在國內外的應用情況，大膽的暢想了新技術在工程機械上的開發利用情況，虛擬樣機技術的發展將有助于新產品設計開發，同時促進工程機械流程的不斷改革完善，促進我國工程機械設計實現高效、資源節約、發展迅速、人員配置合理的高效設計系統。

［1］李寒杰.虛擬樣機技術及其在工程機械領域的應用［J］.裝備制造技術，2012，（6）：302-304.

［2］張旭，祖旭，薄瑞峰.協同虛擬樣機技術及其在工程機械產品中的應用［J］.礦山機械，2004，（2）：44-46+5.

Virtual Prototyping Technology and its Application in Construction Machinery

LIU Yi
（School of Nuclear Technology and Automation，Chengdu University of Technology，Chengdou，Sichuan 610059，China）

Intheenvironmentofthecontinuousdevelopmentofnetworktechnology，manyengineeringdepartmentshaveadopted anewtechnologyproductdesignreform，whichhaspromotedthedevelopmentofengineeringdesignwork.Basedonthecharacteristics of virtual prototyping technology，this paper briefly introduces the application of virtual prototyping technology，and finally discusses theapplicationanddevelopmentprospectofvirtualprototypingtechnologyinconstructionmachinery.

virtualprototypingtechnology；constructionmachinery；productdesign

TP391.72

A

2095-980X（2017）02-0078-01

2017-02-16

劉毅（1992-），男，四川武勝人，大學本科，主要研究方向：機械工程。