現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域虛擬制造技術(shù)的運(yùn)用

宋立統(tǒng)

【摘 要】在機(jī)械工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，實(shí)際生產(chǎn)和制造技術(shù)中存在許多問(wèn)題。因此，了解虛擬制造技術(shù)的相關(guān)概念，提出在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中推廣虛擬制造技術(shù)的有效措施，可以促進(jìn)機(jī)械工程設(shè)計(jì)的快速發(fā)展。本文研究和分析了虛擬制造技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的相關(guān)概念以及促進(jìn)其應(yīng)用的有效措施。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械工程；設(shè)計(jì)領(lǐng)域；虛擬制造技術(shù)；運(yùn)用

1現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域虛擬制造技術(shù)的概述

1.1虛擬制造技術(shù)的特點(diǎn)

虛擬制造技術(shù)是在一個(gè)虛擬的環(huán)境下進(jìn)行的，也就是說(shuō)，虛擬制造技術(shù)和電子信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)聯(lián)，是由計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行操作的。這就可以充分體現(xiàn)出虛擬制造技術(shù)具有快捷方便，節(jié)省資源的特點(diǎn)，不用耗費(fèi)大量的人力物力等資源去進(jìn)行現(xiàn)實(shí)制造。在虛擬制造技術(shù)制造出相關(guān)的實(shí)際模型的時(shí)候，就可以按照模型進(jìn)行實(shí)際操作。如果在過(guò)程中發(fā)現(xiàn)虛擬的模型存在任何問(wèn)題就可以進(jìn)行直接的修改，這樣就不會(huì)產(chǎn)生很多的麻煩。因?yàn)橛?jì)算機(jī)在進(jìn)行模型數(shù)據(jù)的更改的過(guò)程中是很快速便捷的，而且在進(jìn)行數(shù)據(jù)更改之后就會(huì)直接生成一套新的模型。

1.2虛擬制造技術(shù)過(guò)程分析

虛擬制造技術(shù)的過(guò)程其實(shí)和現(xiàn)實(shí)的制造過(guò)程是相關(guān)聯(lián)的，也需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)客戶的需求進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作，要采取客戶的建議或者要求。虛擬制造技術(shù)是根據(jù)商品的生命周期進(jìn)行設(shè)計(jì)的，通過(guò)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究之后才能進(jìn)一步確定產(chǎn)品的功能和性能。在設(shè)計(jì)人員確定好了相關(guān)數(shù)據(jù)之后，就可以進(jìn)行虛擬建設(shè)。設(shè)計(jì)人員將做好的虛擬模型帶給客戶看，如果客戶滿意就可以進(jìn)行實(shí)際操作，如果客戶不滿意就要根據(jù)客戶的要求進(jìn)行整改，生成一套新的虛擬模型。所以說(shuō)虛擬制造技術(shù)的整個(gè)過(guò)程都是與客戶的要求相關(guān)聯(lián)的，而且要求技術(shù)人員在設(shè)計(jì)的過(guò)程中注重產(chǎn)品的生命周期和其功能和性能的分配。

1.3虛擬制造技術(shù)的核心技術(shù)

（1）虛擬制造技術(shù)中的建模技術(shù)

虛擬制造技術(shù)是指通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)將現(xiàn)實(shí)中的機(jī)械工程、制造工程的流程反應(yīng)出來(lái)，將現(xiàn)實(shí)中的制造過(guò)程數(shù)字化，信息化，規(guī)模化和計(jì)算機(jī)化。虛擬制造技術(shù)的建設(shè)過(guò)程涉及到三種模型的建立。第一種模型是生產(chǎn)模型。而生產(chǎn)模型主要分為靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型兩種類型。靜態(tài)模型是指生產(chǎn)模型的性能和功能，動(dòng)態(tài)模型是指產(chǎn)品所表現(xiàn)出來(lái)的生命周期和主要用途。第二就是產(chǎn)品模型。產(chǎn)品模型主要考究的是虛擬制造技術(shù)所產(chǎn)生的模型的外觀。第三種模型就是工藝模型。這種模型是要在用虛擬制造技術(shù)建設(shè)模型的過(guò)程當(dāng)中，聯(lián)系各種工藝數(shù)據(jù)，最后將現(xiàn)實(shí)中的制造過(guò)程映射出來(lái)。

（2）虛擬制造技術(shù)中的仿真技術(shù)

虛擬制造技術(shù)的仿真技術(shù)，就是說(shuō)用虛擬制造技術(shù)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的疊加，將現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)過(guò)程，通過(guò)數(shù)字化和模型化，最終展示出來(lái)。在仿真技術(shù)的支持下，就可以通過(guò)對(duì)所產(chǎn)生的模型進(jìn)行各種分析，最后研究出現(xiàn)實(shí)當(dāng)中如果建立這種模型是否真實(shí)有用。仿真技術(shù)和現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)是兩種完全分離，并且獨(dú)立的生產(chǎn)過(guò)程。但是虛擬制造技術(shù)中的仿真技術(shù)會(huì)對(duì)現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)際模型的建立有著指導(dǎo)作用，而且仿真技術(shù)在建設(shè)模型的過(guò)程當(dāng)中可以極大限度的利用高效的計(jì)算機(jī)技術(shù)，節(jié)約了大量的時(shí)間和資源，并且可以建設(shè)出比較完善的模型。

（3）虛擬制造技術(shù)中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬制造技術(shù)當(dāng)中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)建立虛擬模型。這種虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)可以通過(guò)人機(jī)接口或者其他接口形成通道，將虛擬模型和人類的實(shí)際感受相連接，就是說(shuō)現(xiàn)實(shí)當(dāng)中的人可以通過(guò)一些機(jī)器或者接口產(chǎn)生對(duì)虛擬模型直觀的體驗(yàn)和認(rèn)識(shí)。這種感覺(jué)就像當(dāng)于3D技術(shù)感受。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以極大地利用計(jì)算機(jī)技術(shù)讓人類體驗(yàn)?zāi)Ｐ偷男Чo人一種身臨其境的感受。

2 現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域虛擬制造技術(shù)的關(guān)鍵

2.1虛擬技術(shù)中的建模技術(shù)

虛擬指的是在系統(tǒng)中將現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)映射到虛擬環(huán)境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、計(jì)算機(jī)化的抽象描述和表示。VMS建模的主要內(nèi)容有生產(chǎn)模型建立、產(chǎn)品模型建立、工藝模型建立的信息化體系結(jié)構(gòu)的建立。生產(chǎn)模型中有靜態(tài)描述和動(dòng)態(tài)描述兩種。靜態(tài)描述主要是關(guān)于對(duì)系統(tǒng)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)特性。動(dòng)態(tài)描述是在已經(jīng)被得知的系統(tǒng)狀態(tài)和需求的性質(zhì)上對(duì)產(chǎn)品的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行全面的預(yù)測(cè)。在制造過(guò)程中我們將種種實(shí)體對(duì)象總的稱之為產(chǎn)品模型。在產(chǎn)品的模型建立中需要對(duì)產(chǎn)品的明細(xì)、形狀特征等方面進(jìn)行描述。對(duì)于VMS而言，要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品實(shí)施過(guò)程的全部繼承必須具備完整的產(chǎn)品模型。因此在虛擬制造中的產(chǎn)品模型不再是單一和靜止的，它可以運(yùn)用抽象的技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種模型面貌的提取。工藝模型主要指的是在制造過(guò)程中對(duì)產(chǎn)品的工藝參數(shù)和關(guān)于產(chǎn)品功能的各種因素進(jìn)行聯(lián)系，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品模型和生產(chǎn)模型之間相互作用的反映。

2.2虛擬制造技術(shù)中的仿真技術(shù)

仿真指的是通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的抽象化和簡(jiǎn)潔化最終形成的系統(tǒng)模型，并且在仿真的基礎(chǔ)上對(duì)模型進(jìn)行應(yīng)用，最終得到相應(yīng)的系統(tǒng)性性能分析。仿真主要以系統(tǒng)模型為主體的研究方法，它對(duì)實(shí)際的生產(chǎn)系統(tǒng)沒(méi)有直接的干擾作用，并且仿真系統(tǒng)可以對(duì)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力進(jìn)行應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)完成在實(shí)際工作中需要很長(zhǎng)時(shí)間的工作，有效縮短了生產(chǎn)決策的時(shí)間，最大化地避免了對(duì)人力、物力和資金的投入以及浪費(fèi)。計(jì)算機(jī)技術(shù)還有很好的仿真修復(fù)功能，最大化地保證了方案的最優(yōu)。仿真技術(shù)過(guò)程的主要步驟有系統(tǒng)研究、數(shù)據(jù)收集、系統(tǒng)模型建立、仿真算法的確定、仿真模型的計(jì)算、仿真模型的運(yùn)行、結(jié)果的輸出和分析。仿真在產(chǎn)品的制造過(guò)程主要被分為制造的仿真和加工的仿真。在系統(tǒng)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中主要涉及的是產(chǎn)品建模、設(shè)計(jì)交互行為仿真等。方便對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的評(píng)價(jià)，及時(shí)進(jìn)行反饋，降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤。加工過(guò)程的仿真主要有切削、裝配、檢驗(yàn)及焊接、壓力加工和鑄造等。以上兩種仿真過(guò)程是相對(duì)獨(dú)立的，兩者不能實(shí)現(xiàn)集成，而VM中應(yīng)建立全面過(guò)程的統(tǒng)一仿真。

2.3虛擬制造中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的目的是改善計(jì)算機(jī)的交互方式，提高計(jì)算機(jī)的可操作性，它是在對(duì)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)和多種顯示以及控制等接口設(shè)備的基礎(chǔ)上，以交互的三維環(huán)境為人提供沉浸體驗(yàn)的技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要由圖形系統(tǒng)和多種接口設(shè)備組成，使人在虛擬環(huán)境中感受到真實(shí)的沉浸感覺(jué)，交互性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中有操作者、機(jī)器和人機(jī)接口。它幫助提升人和計(jì)算機(jī)間的和諧度，同時(shí)也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)世界的模擬。在用戶交互輸入以及輸出修改虛擬環(huán)境的條件下，使人達(dá)到身臨其境的沉浸感覺(jué)。VM的關(guān)鍵技術(shù)之一就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。

3結(jié)束語(yǔ)

總之，虛擬制造技術(shù)在促進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展方面發(fā)揮著重要作用。虛擬制造是實(shí)現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)和制造的基本過(guò)程。這是一種通過(guò)各種計(jì)算機(jī)虛擬模型來(lái)模擬和預(yù)測(cè)產(chǎn)品功能、性能和可加工性等各個(gè)方面可能存在的問(wèn)題的方法。它提高了操作者和制造商的預(yù)測(cè)和決策水平，使制造技術(shù)不再主要依賴于經(jīng)驗(yàn)，從而使制造業(yè)發(fā)展到全面預(yù)測(cè)的新階段。

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