虛擬仿真（VR）技術在裝備制造行業的應用研究

何勰緋

（廣州工程技術職業學院，廣東 廣州 510925）

0 引言

VR的虛擬仿真技術是通過借助或使用多媒體技術、虛擬現實技術與網絡通信技術等各方面科學技術的根基上高速發展起來的。它是一種將仿真技術與虛擬現實技術相結合的產物，是更高級的仿真技術。虛擬仿真技術搭建了一個全新的模擬系統環境，通過將需要模擬的各類環境系統結合成為一個新的模擬空間進行控制，為用戶提供一種“真實”的環境感受，提前得到自己想要的虛擬“結果”。這些模擬仿真技術的實體可以是模擬器，也可以是其他的虛擬仿真系統，還可以是一些簡單的數學模型表示。通過這些實體或者虛擬產品在虛擬環境中相互作用，來表現客觀世界的真實特征。達到用戶預期的期望結果，通過虛擬仿真技術的集成化、虛擬化與網絡化的特征，來滿足現代工業模擬仿真制造技術的發展需求。現代裝備制造行業領域工業，隨著計算機技術、仿真技術、測試技術的發展，得到了高速的發展。

1 VR的虛擬仿真技術及其研究狀況

1.1 VR的虛擬仿真技術基本原理

VR的模擬仿真技術是通過利用計算機強大的計算功能，使用虛擬的系統軟件來模擬計算來真實的系統，經過提前設定好的程序進行運算，得出相關的計算參數結果。借助計算機的強大功能來創建一個虛擬的系統環境，來讓用戶體驗這種系統環境帶來的感覺或感受，這種虛擬世界或概念世界。用戶可以通過各種感知渠道（例如視覺，聽覺和觸摸）自然地與虛擬世界互動。它創建了一個三維虛擬世界，以模擬方式實時反映物理對象的變化和交互，并通過各種輔助傳感設備為用戶提供了三維觀察和與虛擬世界的交互和數據手套。該系統界面允許用戶來對這種虛擬系統環境的親身體驗，感受虛擬環境中的各種仿真模擬角色的變化情況，達到真實的體驗效果。VR的虛擬仿真技術是通過結合計算機技術，計算機圖形學，計算機視覺，視覺生理學，視覺心理學，模擬技術，微電子技術，多媒體技術，信息技術，立體顯示技術，傳感和測量技術，軟件工程，語音識別和合成技術，人類機器接口技術，網絡技術和人工智能技術等方面的學科的融合。在其保證模擬仿真計算的真實度、以及實時性的交互使用上，為系統仿真技術提供了強大的支持。

1.2 VR虛擬仿真技術的基本現狀

隨著為了經濟的發展，傳統的工業制造行業面臨著人工成本不斷地提高，項目實施周期不斷增長，數種設備間的協同合作比較困難，以及在工業化的后期生產維護保養出現相對困難的情況。虛擬仿真模擬工業化仿真平臺擁有強大的物理實時計算功能，可以真實模擬現實各種真實的物理動態特征。它提供了多種動態交互方法并可以支持多種高速電子傳輸技術碰撞替代操作。對于大多數工業仿真用戶而言，很容易就能完美地呈現許多只能停留在此之前的出色的交互式仿真創意解決方案，并將仿真方法和技術實現水平的革命性進步帶給大多數國內工業仿真用戶。實現我國工業化4.0目標。通過利用虛擬仿真技術的改變單一的人機操作現象，借助三維空間的技術和多通道模擬技術，如視覺、聽覺和觸覺的模擬。將操作者帶入“真實”的操作環境中，更快地身臨其境融進操作環境中，加快工業化生產中各環節流程。

1.3 虛擬仿真技術在裝備制造領域的應用優勢

（1）設計評審時，VR虛擬仿真技術可以對產品的設計方案和相關信息進行動態的數據可視展現，使整個設計評審過程更直觀有效。

（2）運維巡檢中，企業可以結合VR全景視頻，全方位、多角度巡檢生產線現場設備，也可以結合AR交互設備遠程巡檢設備內部運行狀況。

（3）遠程協作上，VR虛擬仿真可實現遠程指導作業，它從設備上的傳感器導入數據進行狀態實時監控，使用戶在中央控制室中就能對整個工廠設備進行狀態監測與異常問題處理。

（4）操作培訓方面，VR虛擬仿真通過語音及虛擬標簽進行培訓教學，可以模擬機械操作及應急處置等幫助學員快速學習。

2 虛擬仿真技術在工業制造領域的應用

虛擬制造技術是通過計算機進行建立模型和制造過程的仿真，實現對產品的虛擬設計和生產的技術。它借助計算機的模擬仿真技術來實現產品的設計制造技術。它顛覆了產品的傳統設計，試生產，設計修改和批量生產的制造模式。虛擬制造技術是指對現代工業設計產品的一種全過程設計生產模擬仿真，它的整個過程包括了傳統制造行業里的設計、生產、測試等方面內容。虛擬仿真制造技術的出現，為我國的工業4.0、以及現代所有的制造型企業提供了設計生產測試環節的模擬仿真技術支持，為未來工業制造企業的提供設備車間的布局設計，以及對產品的物流系統進行仿真，為新產品的設計，制造甚至生產設備和產品引進的各個方面進行仿真以及在車間生產的布置圖。上述的這些模擬仿真技術功能，為各種制造型企業在減少產品的設計開發周期，也大大提高了對新產品的開發質量情況。虛擬仿真制造技術改變了傳統意義上的設計、生產以及測試等環節的制造情況。為我國新時代的建設工業4.0的宏偉目標提供了強有力的支持。

從產品開發的工業流程上進行著手分析，虛擬仿真制造技術是通過利用計算機與相關軟件的強大性能與功能，來實現在對產品的虛擬仿真設計、生產制造工藝流程、以及產品的各零部組件的組裝裝配工藝流程的整個流程。現代的虛擬仿真制造技術主要包括以下六個階段過程：

產品的概念設計過程階段；產品的整個設計方案過程階段；產品的生產加工制造的工藝設計過程階段；產品整機測試過程階段；產品的交付使用培訓階段；產品的售后服務維修保養階段。

我國現代的工業4.0制造領域里，對虛擬制造技術環節的研究環節中，它們的每個階段都是獨立的個體，缺乏有效的反饋系統。例如當其中的一個環節產品出現不良因素，并流入下一道工序中時，系統得不到有效的反饋，只能依靠產品的最終測試才能發現這些質量隱患，所有需要在后期的設計研究中提出其針對性的研究，具有良好的耦合性和有效的反饋機制，避免出現損失大量時間和經費補救前期出現的質量問題現象。

3 結束語

隨著我國的科學技術的高速發展，計算機性能技術得到了提升，從而帶動了虛擬仿真技術和各種傳感設備技術的提高，使得虛擬仿真技術在工業制造行業的地位也越來越重要，不過虛擬仿真制造技術處于新生萌芽狀態，也體現出了其在工業制造行業中強大的生命力，但是需要在前期頭如大量的經費和技術人員支持，加速虛擬仿真制造技術在工業裝備制造行業中的進一步的設計研究和完善。將工業制造產品的生命周期覆蓋在虛擬制造技術的全流程上，讓產品在早期的設計方案中，進行產品的性能功能仿真測試分析，模擬仿真產品制造過程中的每個環節，優化和改善虛擬制造中的各項性能指標參數，縮短產品的開發周期，節省大量的經費支出。使得虛擬制造與測試的仿真系統在工業制造中體現出其優越性和廣泛應用的前景。