機械設計制造中的虛擬現(xiàn)實技術芻議

李獻軍

摘要：隨著我國科學技術的不斷完善和發(fā)展，機械設計與制造在實際生產(chǎn)過程中也在不斷改善和創(chuàng)新。為了滿足不同顧客的需要，制造企業(yè)需要在競爭過程中不斷自我完善和提高，進而保證產(chǎn)品質(zhì)量。虛擬現(xiàn)實技術作為電子信息化創(chuàng)新的產(chǎn)物，在社會生產(chǎn)中能發(fā)揮著重要的作用。本文分析了這一技術在機械設計和制造中的應用情況，探究了該技術在機械設計和制造中的先進性。

關鍵詞：機械設計;機械制造;虛擬現(xiàn)實技術

中圖分類號：TH122

文獻標識碼：A

引言

伴隨著科學技術的快速發(fā)展和工業(yè)水平的迅速提高，在機械設計方面也陸續(xù)誕生了一些全新的技術手段。虛擬現(xiàn)實技術可以生成一種逼真的虛擬環(huán)境，使用該技術的人自然可以進入虛擬空間，進而感知和操作虛擬世界中的對象，獲得一種身臨其境的感覺。這種技術的發(fā)展?jié)摿κ鞘挚捎^的。它可以有效地促進加工制造業(yè)的又一次產(chǎn)業(yè)升級，推動我國經(jīng)濟的變革。

1虛擬現(xiàn)實技術應用到機械設計中的優(yōu)勢

1.1虛擬現(xiàn)實擁有廣泛的通用性

虛擬現(xiàn)實慢慢趨于普遍，各個企業(yè)都開始利用這項技術進行產(chǎn)品的設計。虛擬技術是通過力學的研究發(fā)展起來的，這就使產(chǎn)品在設計之初就更加容易建立模型。每個構件都有6個自由度，這是虛擬現(xiàn)實的根本。這就使得大部分的設計建模都能夠應用虛擬現(xiàn)實技術，沒有什么限制，所有企業(yè)都能通過虛擬技術進行建模。

1.2虛擬現(xiàn)實技術的應用使得機械設計更加便捷

傳統(tǒng)的機械設計都是通過紙質(zhì)的畫設計圖，通過設計者利用大量復雜的公式，圖形進行計算，從而推算出各個零部件的尺寸，設計枯燥繁瑣，還更加容易出現(xiàn)錯誤。最關鍵的是，需要耗費大量的時間和資源建立最初的設計模型以后，才能判斷設計是否合理標準。而且一些產(chǎn)品的材料，契合程度都無法從最初的設計中得到結論。一旦出現(xiàn)錯誤，還需要再重新進行計算核對。這樣又浪費了大量的時間，使得設計過程更加繁瑣，并且耗費了企業(yè)的資源，使得企業(yè)在最佳的時間錯過了生產(chǎn)，讓企業(yè)失去了核心競爭力。然而，有了虛擬現(xiàn)實技術，我們就可以直接通過電腦，直接進行數(shù)據(jù)的推算，準確度大大的提升。這樣的方式也減輕了設計者的負擔，提升了其工作效率。并且在設計中，能夠建立立體的模型，節(jié)約了企業(yè)的成本。虛擬現(xiàn)實技術可以使設計者通過構件材料，外觀，摩擦，契合程度更好的審視自己的設計，出現(xiàn)錯誤能夠馬上修改。這樣為企業(yè)節(jié)約出了大量的生產(chǎn)時間。產(chǎn)品生產(chǎn)出來，便可以搶先一步搶奪市場資源，提高競爭力。

1.3虛擬技術可以更好地進行后期數(shù)據(jù)的處理與分析

在得到許多重要的數(shù)據(jù)以后，虛擬技術可以將這些數(shù)據(jù)做成圖形或者動畫，通過比對，這些數(shù)據(jù)就會比我們傳統(tǒng)的將數(shù)據(jù)排列一起更加直觀，更加生動。而且利用互聯(lián)網(wǎng)的強大資源，我們甚至可以比對近十年的數(shù)據(jù)。直觀的數(shù)據(jù)比對讓我們能夠更好的認識自己企業(yè)的許多方面，從而企業(yè)可以清楚的認識自己的劣勢，進而增強企業(yè)的競爭力。

2機械設計制造中的虛擬現(xiàn)實技術應用要點

2.1在機械制造中的應用

虛擬現(xiàn)實技術在機械制造中的應用主要是指通過三維動態(tài)模型對機械產(chǎn)品的工藝特點、加工制造方法等進行模擬，進而分析實際制造過程中可能會出現(xiàn)的問題，及時消除現(xiàn)有生產(chǎn)流程中存在的安全隱患或質(zhì)量問題，避免此類問題導致機械制造效率受到影響。在這一技術的作用之下，機械故障率及維修成本都將能得到有效降低，進而實現(xiàn)大幅度壓縮機械生產(chǎn)成本的目的，提升此類產(chǎn)品在市場上的競爭力。除此之外，虛擬現(xiàn)實技術也能對軸部件的裝配過程進行模擬，進而展示出產(chǎn)品的全壽命周期，指導相關工作人員提前對這一部件在應用過程中可能出現(xiàn)的問題進行分析，從根本上保障機械制造的成功率，避免不合格的產(chǎn)品出現(xiàn)。

2.2虛擬產(chǎn)品概念設計

概念設計是機械設計中創(chuàng)新性思維的具體表現(xiàn)，又是一種理想化的物質(zhì)形式。在機械設計和制造的過程中，為了保證產(chǎn)品起始設計構思的準確性，需要捕捉產(chǎn)品的基本形態(tài)，而虛擬產(chǎn)品概念設計恰恰可以滿足這一要求。虛擬概念設計是用虛擬技術為用戶提供了多種輸入方式，使用戶利用手勢、語言等方式隨時更改自己的形態(tài)建模，并且通過三維空間設計讓用戶可以直觀地觀察產(chǎn)品設計情況，從而達到用戶滿意的效果。虛擬現(xiàn)實技術在產(chǎn)品概念設計的過程中，使用戶可以清晰地表達出自己所要設計的思路，讓人們對這一系統(tǒng)產(chǎn)生一種直觀性的交互感受。這種特性極大地降低了虛擬現(xiàn)實技術投放市場的風險，為該技術在今后的實際應用中提供了有效的保障。

2.3虛擬設計

虛擬設計指的是設計人員通過設計的虛擬產(chǎn)品，對設計的產(chǎn)品進行分析、研究、檢查，看是否達到設計要求，使設計的產(chǎn)品更加完善。通常虛擬設計系統(tǒng)包括虛擬環(huán)境生成器和外圍設備兩部分組成，虛擬環(huán)境生成器是虛擬設計系統(tǒng)的主體，包括計算機基本軟硬件、軟件開發(fā)工具和其他設備，相當于一個包括各種數(shù)據(jù)庫的高性能圖形工作站，可根據(jù)用戶需求在工具軟件和數(shù)據(jù)庫的支持下，設計出所需的、多維的、適人化的情景和實例。虛擬設計系統(tǒng)交互技術主要集中在視覺、聽覺、觸覺三方面，主要通過這三個方面的輸入和輸出設備來完成。目前主要應用兩種虛擬現(xiàn)實的設計方法。一個通過現(xiàn)有的CAD系統(tǒng)產(chǎn)生模型將其轉(zhuǎn)換成虛擬現(xiàn)實軟件支持的格式，再將模型輸入到虛擬現(xiàn)實軟件中，從而完成虛擬產(chǎn)品的設計。另一個是通過VR—CAD系統(tǒng)將虛擬現(xiàn)實技術引入CAD虛擬現(xiàn)實技術環(huán)境，在產(chǎn)品設計過程中，這種方式不僅保證了產(chǎn)品設計環(huán)境的穩(wěn)定性，又保證產(chǎn)品在虛擬技術的支持下高精度、高效率地完成。比如通過虛擬現(xiàn)實技術可以檢查運動構件工作時的協(xié)調(diào)關系，可能出現(xiàn)的運動干涉，對軸、齒輪等零件的強度、剛度、耐磨和耐沖擊性能進行檢測，確保協(xié)調(diào)、可靠的工作性能?？梢哉f，在機械產(chǎn)品設計過程中加入虛擬技術，有效保證了產(chǎn)品設計的效率和準確性，減少了資金和材料的消耗，為企業(yè)生產(chǎn)研發(fā)提供有效保障。

3虛擬現(xiàn)實技術的未來前途

虛擬現(xiàn)實技術為工業(yè)制造的新一輪轉(zhuǎn)型提供了良好的發(fā)展機遇。在未來，它勢必與更多的核心技術相結合，運用在更多的領域中。它的未來前途，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①對不同相關技術領域?qū)崿F(xiàn)跨界融合，實現(xiàn)工業(yè)技術的進一步創(chuàng)新;②進一步推進虛擬現(xiàn)實智能硬件設備技術的普及;③對其生產(chǎn)和培訓方式進行改良，擴大其的運用范圍，實現(xiàn)其在智能制造、高端仿真及培訓方面的應用;④運用于一些特殊的領域，如在外科手術領域，實現(xiàn)虛擬模擬手術，使手術的智能化和微創(chuàng)化程度進一步得到提高。在軍事領域?qū)崿F(xiàn)仿真化的模擬訓練與實地訓練，提高訓練的效率;⑤廣泛地運用于人們的生活中，特別是與數(shù)字媒體相結合，使人們獲取信息更加方便。

結束語

綜上所述，本文主要對機械概念設計階段、實際設計階段、制造階段中虛擬現(xiàn)實技術的應用辦法進行了深入探討，在后續(xù)發(fā)展過程中，相關設計人員及生產(chǎn)廠家則應更進一步將虛擬現(xiàn)實技術的應用重視起來，在這一技術的輔助之下提前對設計及制造過程中可能出現(xiàn)的問題進行分析，避免實際設計方案存在缺陷或制造過程出現(xiàn)安全問題，最終達到提升機械產(chǎn)品質(zhì)量、壓縮生產(chǎn)成本、保障生產(chǎn)效率的目的，確保機械產(chǎn)品都能在實際應用過程中發(fā)揮出預期作用。

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