現代機械工程設計中的虛擬制造技術探討（2）

張焱

【摘 要】隨著知識經濟和工業制造的快速發展，現代化的市場要求產品生產廠商要以最快的速度、最優的品質、最短的研發時間、最低的成本消耗和最佳的服務來滿足顧客的需求。傳統設計一般是在圖紙結合產品的特性和設計的具體要求進行的，在機械設計的過程中需要提前對設計中的設備裝配的干擾因素的不確定進行考慮，但是產品在裝配中的缺陷只有在產品開發的后期才能暴露出來或者在產品的試制階段和裝配中顯現出來。如果設計的零件已經開始投入生產了，那么損失就更加嚴重了。產品的質量在傳統的設計和制造方式上不能得到很好的保證，并且傳統設計的工藝比較粗糙、開發的效率低、花費時間比較長、耗費的資金比較大。在變化速度快、持續性發展和不可預測性市場中難以適應。因此，企業的生產活動需要具備高度的柔性和快速的反應，與此同時信息技術的飛速發展保證了機械制造的先進性，信息化的使用對于現代機械工程設計十分重要。

【關鍵詞】現代機械工程；設計；虛擬制造技術

隨著我國現代化社會的發展，人們對機械工程產品的要求越來越高，機械工程面臨著巨大的挑戰，傳統的機械設計技術無法滿足現代化社會發展的需求，具有一定局限性和不穩定性，虛擬機械制造技術是一個全新的概念，是信息時代制造技術的重要標志，其主要是在虛擬的環境下對計算機的模型進行虛擬分析的一種計算機設計技術，是以計算機仿真技術、制造系統與加工過程的建模理論、VR技術、分布式計算理論、產品數據管理技術等為理論基礎，研究如何在計算機網絡環境及虛擬現實環境下，利用制造系統各層次及各環節的數字模型，完成制造系統整個過程的計算機與仿真技術，依靠虛擬制造技術，機械設計人員不需要將所有的零件、部件設備都生產出來，可以運用建立模型的方式，對零部件進行裝配，并進行實驗與檢查，如發現不符合設計要求的情況，可以隨時更改模型，直到達到設計要求為止，既節省時間又降低成本。

1虛擬制造技術中的關鍵技術

1.1建模技術

需要明確虛擬是指通過對計算機語言的應用將現實中的制造系統映射到虛擬的環境中，這個過程設計了一些的建模環節和模型的建立，并對這些建模環節進行抽象化的描述表達。

1.2仿真技術

仿真技術就是通過對計算機語言的充分利用，從而將復雜的機械生產系統模型化的技術，最終能夠獲得一個完整系統的系統模型，并且能夠通過對仿真技術的應用來加強對模型的應用，達到很好的應用效果，從而形成一個科學全面的性能分析。

1.3虛擬現實技術

虛擬制造中的虛擬現實技術的優勢之處在于可以有效的改善計算機的交互方式，從而提高計算機的可操作性。它主要是通過對計算機圖像系統的應用，從而創造出一種三維的交互環境，給人類帶來深刻的體驗的虛擬制造技術。虛擬現實技術是在對傳統的計算機交互方式的一種創新改進，極大的提高了計算機可操作性。除此之外，它也給人類帶來了一種對虛擬環境真實的體驗，是科學技術的不斷發展的成果。

2虛擬制造技術在現代機械工程中的應用

2.1強大的通用性和功能性

力學對虛擬樣機技術的建立和發展做出了非常大的貢獻，它也是虛擬樣機技術發展的前提和基礎。虛擬樣機技術主要解決的問題是對于復雜狀況下的機械系統建模問題。而在實際的過程上，大部分的虛擬樣機軟件應用的是帶約束乘子的微分方程，其核心是每個構建都有六個自由度，并且還要求限制其他多余的自由度，以此來增強其通用性和適用性。

2.2簡化建模過程

對于傳統的機械建模來說，它主要分析的是機械系統的運動狀況，并在此基礎上進行一些動力分析和計算。因此，在分析和計算的過程中要應用到很多的圖形的分析處理和公式計算。但是，因為對于系統運動的分析過程較為復雜，還要包括對于圖形和公式的分析推導，極容易出現錯誤。這時就可以充分的體現出虛擬制造技術的優勢，虛擬制造技術在建模過程中不需要做這些復雜的工作，只需要相關的工作人員將構建的連接方式通過計算機來輸入一項相關的物理參數就可以。

2.3增強特種設備的安全性

在現代機械工程中應用虛擬制造技術可以在很大程度上提高特種設備的安全性，通過對各種工況進行仿真實驗，增強特種設備的可靠性，并且為特種設備的進一步維修改造，制造合理的安全操作規劃提供依據。

2.4增強特種設備的規范管理

通過虛擬制造技術來對一些危險性較大的特種設備進行設計，并將虛擬制造技術與其他的分析研究技術相結合，深入的分析研究特種設備，從而提出更加科學的特種設備設計參數，增強特種設備設計的規范性。

3虛擬制造技術在機械工程中發揮的優勢

3.1強大的通用性和分析處理復雜問題的能力

虛擬樣機技術建立和發展的基礎是分析力學和多體運動力學，該技術的關鍵是對復雜機械系統進行自動建模。因此，大多數的虛擬樣機技術軟件主要運用的是帶約束乘子的微分代數混合方程。令每個構件都有六個自由度是它的核心，還要要求其對多余的自由度進行限制，實現其具有良好的通用性，達到適用性強的目的。與此同時，虛擬樣機技術還對機械系統的詳細環節進行考慮，具體指彈性、接觸和摩擦等因素。

3.2為機械系統建模帶來便利

傳統的機械系統建模中要先建立運動分析，隨后在運動分析的基礎上進行動力分析，這中間需要許多的圖形分析和公式推導。但是圖形的分析和公式的推導過程往往比較復雜，并且錯誤率高。同樣的建模過程中設計人員只需要將機械的構成方式和連接方法以及相應的物理參數實施輸入，其后的建模和求解只需要計算來完成就可以了，極大地幫助設計人員承擔了許多的設計難度。

3.3強大的后期處理能力

在傳統的分析方法上通常得出的是大量的數據，數據的理解還要依靠豐富的經驗和理論。但是運用虛擬樣機計算軟件為復雜性的數據提供了可視化技術，使得設計人員直觀地看到機械設計的性能和運動效果。

4結語

綜上所述，虛擬制造技術是現代機械工程設計領域的重要組成部分，也是適應市場經濟不斷發展的要求，有利于加強對現代工程設計各方面的掌握，以便于對虛擬制造技術的應用工作進行科學合理的規劃，提高運用的效果，提高其經濟效益與社會效益。

參考文獻：

[1]戴晴華.虛擬制造技術及其在工程機械中的應用[J].中國工程機械學報，2015（02）.

[2]黃岳陽.現代機械工程設計中的虛擬制造技術初探 [J].科技展望，2016，26（34）.