虛擬樣機技術在機械設計中的應用

摘要：虛擬樣機技術是一種新型的產品設計技術，目前已經廣泛應用于制造業之中。模擬樣機技術憑借著比傳統產品設計技術更加系統的優勢，已經在產品設計技術的領域拔得頭籌。而且虛擬樣機技術的興起，為各種產品設計提供了一種全新的設計理念。本文就是著重介紹一下虛擬樣機技術以及其在機械設計之中的應用情況。

關鍵詞：虛擬樣機技術；機械設計；機械系統虛擬樣機

虛擬樣機是實際的產品在計算機上的一種表示方式，所以人們又稱其為數字化樣機。在實際應用之中，虛擬樣機技術將會為機械設計開辟一條新的設計思維。 由于虛擬樣機技術是把虛擬建模技術與分析技術相結合的，主要還是針對產品在投入使用后的各種工作狀況進行動態仿真，從而達到預測產品整體性能的

目的。這樣一來，對于產品的改進，以及提高產品各方面的性能都有很大的幫助。對于機械設計這種對于產品實用性要求較高的設計工程，虛擬樣機技術將會發揮比較優良的作用。

一、虛擬樣機技術的簡介

實際上，虛擬樣機技術因其在實用性上展現的巨大優勢已經得到了不少產品設計的青睞，為了能夠更進一步了解虛擬樣機技術，接下來就簡單介紹一下虛擬樣機技術。

虛擬樣機技術是一種新型的設計方法，它是基于虛擬樣機的一種數字化設計技術。對于虛擬樣機，顧名思義就可以知道。虛擬是一種完全數字化的方法，是借助于網絡通信的分布式工作同時基于多媒體技術和虛擬現實技術，而樣機就是正式產品投產之前制造的實驗機型，用以評價產品的綜合性能。由此可見，虛擬樣機技術就是使用虛擬樣機來代替物理樣機對設計方案進行測試和評估的過程。

虛擬樣機技術可以通過虛擬樣機模型來輔助物理樣機的相關過程。主要還針對于產品的全生命周期，換而言之就是這項技術能縮短產品的開發周期，提高開發效率。除此之外，虛擬樣機技術與常規的仿真相比，其涉及領域更加廣泛，考慮得更加周全，從而更能夠提高產品質量，提高產品的性能，獲得最優結果和不斷的創新和突破[1]。在產品開發時期，能實現并行工程，也就是說，在不同領域的人員對同一種產品在虛擬樣機模型中進行全方位的測試評估，從而會大量地縮短產品的開發周期。在提高效率方面虛擬樣機可以在同樣的時間內進行更多的試驗，有利于得到更好的方案，同時也能節省大量的時間。當然，虛擬樣機技術最大的特點就是有許多技術作為支撐，其中包括信息技術、先進制造技術、計算機技術等。

二、機械設計中虛擬樣機設計的有效應用

（一）機械設計的重要性

機械設計是機械工程的重要組成部分，準確來說就是根據使用要求對機械的工作原理、結構以及運動進行設計。隨著機械工程越來越復雜，對傳統的機械設計的要求也越來越高。無論是產品更新速度加快還是機械零件的制備技術含量不斷提高，都是對機械設計提出更高的要求。而目前，在我國機械制造業作為基礎性的產業是能夠明顯反映出國家制造業的水平高低的。國家其實是非常重視機械制造業的發展，但是在發展過程之中仍然會出現各種各樣的問題。關鍵問題還是機械設計過程之中出現的效率低下，成本高的一些老生常談的問題。但是，隨著現代技術的不斷發展，機械設計在汲取傳統設計理念的精華的同時，也在逐步跟隨科技的腳步，逐漸邁入數字化、智能化、并行化的軌道之中[2]。在這個大數據的時代，在這個數字化的時代，機械設計也必然會融入數字化技術，從而把數字化技術作為載體彰顯機械設計更加鮮活的生命力。

（二）虛擬樣機技術在機械設計之中運用的優勢

首先，不得不說虛擬樣機技術為機械設計提供了一種全新的設計理念，同時也使得復雜的機械設計工序簡單化。詳細的核心步驟就是在進行機械設計的初期直接在計算機環境之中利用計算機技術創建一個虛擬樣機，這樣一來，就可以在模擬樣機中展現機械結構和功能，各種性能指標就可以清晰地向設計者展示出來。通過虛擬樣機技術，設計的機械產品就可以通過各項仿真試驗和分析以最快的速度反映出產品的缺陷。這樣就可以節省很多時間和成本去對產品進行測試和分析，產品的缺陷在最初的設計階段就可以被及時發現，然后進行改進。虛擬樣機技術在實現機械設計進行與完善過程同時進行的方面做出來十分大的貢獻。

在傳統的機械設計過程之中，機械產品在機械運轉過程中的運動情況需要建立一定的模型去進行機械分析，有時候步驟可能比較少但是在分析的過程之中會涉及很多的數據和復雜的運算，這個過程比較復雜，常常會出現錯誤。這樣一來常常會因為對結果的處理而耽誤很多時間，可能結果還不夠準確從而導致下一次的嘗試失敗。以上種種都會導致在機械設計過程之中要浪費大量的人力物力和財力才能確保產品設計的精確度[3]。

通過以上傳統設計技術和虛擬樣機技術的對比，我們們可以清晰地看出虛擬樣機技術在機械設計中的突出優勢。但是我們同時也需要以發展的態度來看待虛擬樣機技術在機械設計之中的運用。在今后的發展過程之中可能會出現不同的問題，需要利用不斷更新的計算機技術、信息技術等去解決。也就是說，虛擬樣機技術需要不斷地改進以更好得服務于機械設計技術。

三、結語

隨著技術的不斷發展，傳統的機械設計技術會被新的技術替代，虛擬樣機技術就是其中一種。在上述的分析之中，虛擬樣機技術在機械設計方面很好地實現了預測性能的功能，這為機械設計產品的生產提高了效率和質量。從大的方面來講，虛擬樣機技術也為國家的機械制造業的發展做出了巨大的貢獻。

參考文獻：

[1]盧建湘.虛擬樣機技術在機械設計過程中的應用[J].赤峰學院學報（自然科學版），2015，（17）：4547.

[2]王娜，王益軒.虛擬樣機技術在機械產品設計中的應用[J].價值工程，2011，（15）：3941.

[3]王建軍，張洪.虛擬樣機技術在機械設計中的應用[J].大眾科技，2009，（03）：116+108.

作者簡介：蔡曉娜（1981），女，漢族，吉林榆樹人，工學碩士，講師，從事機械設計、制造、產品三維造型設計等方面的研究。