機械設計制造中的虛擬現實技術芻議

李慧芳

摘要：隨著我國科學技術的不斷完善和發展，機械設計與制造在實際生產過程中也在不斷改善和創新。為了滿足不同顧客的需要，制造企業需要在競爭過程中不斷自我完善和提高，進而保證產品質量。虛擬現實技術作為電子信息化創新的產物，在社會生產中能發揮著重要的作用。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展和工業水平的迅速提高，在機械設計方面也陸續誕生了一些全新的技術手段。虛擬現實技術可以生成一種逼真的虛擬環境，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。這種技術的發展潛力是十分可觀的。它可以有效地促進加工制造業的又一次產業升級，推動我國經濟的變革。

1虛擬現實技術應用到機械設計中的優勢

1.1虛擬現實擁有廣泛的通用性

虛擬現實慢慢趨于普遍，各個企業都開始利用這項技術進行產品的設計。虛擬技術是通過力學的研究發展起來的，這就使產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，這是虛擬現實的根本。這就使得大部分的設計建模都能夠應用虛擬現實技術，沒有什么限制，所有企業都能通過虛擬技術進行建模。

1.2虛擬現實技術的應用使得機械設計更加便捷

傳統的機械設計都是通過紙質的畫設計圖，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，并且耗費了企業的資源，使得企業在最佳的時間錯過了生產，讓企業失去了核心競爭力。然而，有了虛擬現實技術，我們就可以直接通過電腦，直接進行數據的推算，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，節約了企業的成本。虛擬現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，出現錯誤能夠馬上修改。這樣為企業節約出了大量的生產時間。產品生產出來，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據的處理與分析

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

2機械設計制造中的虛擬現實技術應用要點

2.1在機械制造中的應用

虛擬現實技術在機械制造中的應用主要是指通過三維動態模型對機械產品的工藝特點、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的問題，及時消除現有生產流程中存在的安全隱患或質量問題，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，進而實現大幅度壓縮機械生產成本的目的，提升此類產品在市場上的競爭力。除此之外，虛擬現實技術也能對軸部件的裝配過程進行模擬，進而展示出產品的全壽命周期，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，避免不合格的產品出現。

2.2虛擬產品概念設計

概念設計是機械設計中創新性思維的具體表現，又是一種理想化的物質形式。在機械設計和制造的過程中，為了保證產品起始設計構思的準確性，需要捕捉產品的基本形態，而虛擬產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建模，并且通過三維空間設計讓用戶可以直觀地觀察產品設計情況，從而達到用戶滿意的效果。虛擬現實技術在產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，讓人們對這一系統產生一種直觀性的交互感受。這種特性極大地降低了虛擬現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品，對設計的產品進行分析、研究、檢查，看是否達到設計要求，使設計的產品更加完善。通常虛擬設計系統包括虛擬環境生成器和外圍設備兩部分組成，虛擬環境生成器是虛擬設計系統的主體，包括計算機基本軟硬件、軟件開發工具和其他設備，相當于一個包括各種數據庫的高性能圖形工作站，可根據用戶需求在工具軟件和數據庫的支持下，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實的設計方法。一個通過現有的CAD系統產生模型將其轉換成虛擬現實軟件支持的格式，再將模型輸入到虛擬現實軟件中，從而完成虛擬產品的設計。另一個是通過VR—CAD系統將虛擬現實技術引入CAD虛擬現實技術環境，在產品設計過程中，這種方式不僅保證了產品設計環境的穩定性，又保證產品在虛擬技術的支持下高精度、高效率地完成。比如通過虛擬現實技術可以檢查運動構件工作時的協調關系，可能出現的運動干涉，對軸、齒輪等零件的強度、剛度、耐磨和耐沖擊性能進行檢測，確保協調、可靠的工作性能。可以說，在機械產品設計過程中加入虛擬技術，有效保證了產品設計的效率和準確性，減少了資金和材料的消耗，為企業生產研發提供有效保障。

3虛擬現實技術的未來前途

虛擬現實技術為工業制造的新一輪轉型提供了良好的發展機遇。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，主要體現在以下幾個方面：①對不同相關技術領域實現跨界融合，實現工業技術的進一步創新;②進一步推進虛擬現實智能硬件設備技術的普及;③對其生產和培訓方式進行改良，擴大其的運用范圍，實現其在智能制造、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，實現虛擬模擬手術，使手術的智能化和微創化程度進一步得到提高。在軍事領域實現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、制造階段中虛擬現實技術的應用辦法進行了深入探討，在后續發展過程中，相關設計人員及生產廠家則應更進一步將虛擬現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安全問題，最終達到提升機械產品質量、壓縮生產成本、保障生產效率的目的，確保機械產品都能在實際應用過程中發揮出預期作用。

參考文獻

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