虛擬仿真技術在礦山機械設計制造中的應用和前景

黃 斌

（江西省核工業地質局培訓中心，江西 南昌 330002）

隨著計算機水平的提升，虛擬仿真技術已經成為了現實。其能夠借助于創設情境來進行實驗模擬，找出解決問題的措施。隨著技術水平的提升，虛擬仿真技術已經經過了三個歷程。

最初，虛擬仿真技術是模擬機仿真，隨后又出現了數字混合機仿真，最后形成了數字機仿真。不但如此，虛擬現實技術已經被應用到多個方面之中，尤其是在礦山機械制造之中。因為礦山機械占地面積比較大，對精確度的要求比較高，進行制造非常困難，而虛擬仿真技術的使用能夠有效的改善這一現狀，使礦山機械設計制造更加順利。

1 虛擬仿真技術定義

虛擬仿真技術能夠幫助人們對所創建的虛擬世界進行修改或者是分析、控制等操作。其主要方式是借助于計算機平臺將自然環境中可能出現的場景進行虛擬化，這一虛擬場景幾乎具備真實場景的所有功能，虛擬仿真技術之所以受到人們的關注也是因為這一技術[1]。虛擬技術擁有信息交互性、渲染性以及感知性等特征。借助于虛擬仿真技術，對礦山周圍的環境進行創設，能夠為礦山機械設計工作的調整提供支持，使其更加適應礦山生產開采的現實需要。需要注意的是，虛擬仿真技術在構建模型的過程中，不僅要考慮到外觀，還應該展現出形態、質感等多個角度的內容。

較為常見的虛擬仿真技術軟件有Vega、VRMAP、IMAGIS等。

2 虛擬仿真技術在礦山機械設計制造中的應用理念

虛擬仿真技術，能夠將三維建模作為立足點，展現出和現實相關的場景，模擬對礦山的開采、挖掘、運輸等多個工作。并對生產設備作出控制，觀察機械的使用情況，也可以簡單理解為借助于三維場景，能夠展現出所設計的礦山機械設備的結構和功能。

第一，對虛擬仿真技術進行應用，主要是因為這一技術比較穩定，不容易出現問題。有關人員針對這一技術進行了模擬測試，也能夠在一定程度上降低出現問題的概率，提高技術的應用效果。借助于三維模型以及相關軟件設計礦山機械，操作更加簡單、便捷[2]。

第二，能夠使場景更加可視化。虛擬仿真技術能夠為相關工作人員展現出機械制造的細節，使其更加真實、清晰，將設計思維從抽象轉化成為具體內容，非常直觀，能夠為相關人員設計工作的后續開展提供支持。

第三，借助于虛擬仿真技術，能夠在虛擬環境和現實環境中同時對礦山機械設計制造進行研究，達成人機交互這一目標，為礦山機械的模擬使用提供支持。

3 虛擬仿真技術在礦山機械設計制造中的作用

虛擬仿真技術也被稱之為計算機仿真技術，在21世紀受到了人們的廣泛關注。主要技術包括將計算機作為代表的多項技術，比如說，計算機建模技術、計算機繪圖技術、物聯網技術、人工智能技術、集成電路技術等。根據相關資料調查分析發展，目前虛擬仿真技術在娛樂、教育、藝術等行業已經較為成熟，在工業中的應用還處在初步發展階段。虛擬仿真技術的技術水平比較強，能夠在較短的時間內對重力、阻力、摩擦因素、牛頓定律等多個物理內容進行計算，并開展動力交互。這一技術的出現和發展，使工業仿真化、虛擬化成為了現實，推動了工業的進一步發展[3]。

將虛擬仿真技術應用到礦山機械設計之中，能夠通過構建機械模型，進行動態分析，獲得一些更加精準的參數，對設計規劃進行調整。這能夠減少機械設備生產需要投入的資金。在進行實驗模擬時，只需要借助于計算機平臺進行操作，不需要在制造樣機進行試驗，這在一定程度上也降低了資金的消耗。除此之外，還能夠對大型機械所開展的設計進行補充，使其更加完善。在進行機械設計時，有關人員可以借助于計算機來進行一系列的數據計算，并創建相關的模型，這能夠有效地降低實驗的難度。所以，借助于虛擬仿真技術能夠使機械設備所進行的設計更加有效，提升大型機械設計水平，減少對零件的成本投入，降低了生產建設成本。

4 虛擬仿真技術在礦山機械設計制造中的應用

虛擬仿真技術主要是借助于計算機來進行操作，為此，需要構建需要設計對象的仿真模型，在這個過程中包含著幾何學、圖形學、數據處理學等多個方面的內容。直接運用計算機系統來開展模擬并不可行，只能對模型進行構建[4]。計算機能夠將所設計的抽象的模型轉化為立體、三維的，這一模型能夠使人們直觀的感受到礦山機械設計制造各個環節。為此，工作人員在進行礦山機械設計制造的過程中，都會選擇應用虛擬仿真技術，借助于虛擬仿真技術，進行礦山機械設計制造可以從以下幾個角度開展工作：

4.1 構建三維模型

想要在計算機這一平臺中，開展大規模機械模擬實驗，就必須要設置一個安全可靠的模擬場景，并制定相關的條例進行約束。想要實現這一目標，就必須要構建三維模型。三維模型能夠將機械制造和其數字原型相聯系，提升對機械設計進行仿真分析的水平，發揮出大型機械設備最大化的作用。

4.2 對虛擬儀器進行測試

在對虛擬儀器進行測試時，需要開展模擬實驗，對數據作出分析，并根據所搜集到的數據開展一系列的處理工作。和傳統的儀器進行比較，虛擬儀器在互聯網中搜集處理信息的能力比較強，能夠為用戶提供個性化的服務，使用戶獲得滿意的體驗。

從源頭上來進行分析，虛擬儀器就是將傳統使用的儀器中的硬件配置和計算機軟件相聯系，這能夠有效的提升虛擬儀器的智能水平，在降低虛擬儀器成本的同時，創造了更多的經濟收益[5]。

4.3 模擬裝配流程

借助于虛擬裝配來進行礦山機械仿真設計時，需要測試機械產品是否能夠被正常的使用。在進行現實機械生產時，經常會由于零件的裝配而導致機械無法正常的使用。這主要是因為相關工作人員無法在第一時間將零件全部配齊。在這一情況下，需要對原本機械中的零件進行調整、修改，甚至部分機械零件之間宣布報廢，這就導致機械無法在約定的時間內完成生產工作，會帶給企業重大的經濟損失，導致機械制造需要消耗大量的人力、物力和資金，而借助于虛擬仿真技術，能夠有效的解決這一問題。

借助于模擬裝配流程，能夠提升其可視化水平，構建專門的立體模擬。除此之外，借助于計算機技術，還能夠對裝配完成的機械進行檢測，對性能形成全面的認識。并在互聯網平臺中，對所有零件的裝配情境進行檢查，這能夠有效的提升生產水平，減少需要投入的資金，充分利用資源[6]。

4.4 進行人機交互仿真實驗

可以構建專門的系統，并將XYZ三軸作為立足點，模擬所設計的機械設備平移旋轉的場景，實現人機交互操作。比如說，在進行采煤機設計制造的過程中，可以利用互聯網對設計完成的虛擬采煤機進行平移、割煤炭等操作，也可以通過手動來對虛擬采煤機進行控制，調整期運行速度等。這能夠使機械設計制造人員認識到自己設計所存在的問題，及時的作出調整，這一技術的使用有效的提升了虛擬仿真技術的應用水平，能夠使所設計的機械更加適應礦山的開采、運輸等各項工作。

4.5 構建三維仿真系統

礦山開采一般都需要深入地底進行工作，井下的環境并不是非常好，容易出現一些安全問題，這在一定程度上增強了機械進行礦山生產的難度。構建三維仿真系統，能夠展現出夜間的情境和人機交互的方式等，使礦山設計人員對礦山的風險形成更加全面的認識，在進行設計的過程中，考慮到諸多場景對機械造成的影響，并盡可能的將風險降到最低，使所設計的機械能夠更加安全的進行工作，延長使用壽命，為礦山機械設計制造企業創造更多的經濟收益[7]。

5 虛擬仿真技術的重要性

在進行機械設計制造的過程中，使用虛擬仿真技術，能夠對大型機械的零件進行分析，探究對其進行加工的方式。除此之外，借助于這一技術，能夠使工作人員了解對大型機械進行加工的步驟。有效的提升了機械設備生產水平，降低了人力資源、物力資源和資金的不必要消耗。

6 虛擬仿真技術在礦山機械設計制造中的前景

虛擬仿真技術的實用性比較強，操作簡單便捷，能夠使場景可視化，達成人機交互這一目標。將其應用到礦山機械設計制造之中，能夠減少設計需要花費的時間，使設計工作更加高效，為礦山機械設計制造企業創造了更多的經濟收益，在一定程度上也保障了礦山生產質量，使礦山機械使用更加安全。

借助于虛擬仿真技術，能夠有效的降低在進行礦山機械設計制造的過程中出現問題的概率，有關工作人員可以通過學習相關知識，對機械設備進行更加全面的了解，并開展模擬訓練，更加熟練機械的操作方式，提升操作能力，使機械設備的使用更加安全[8]。

為此，可以發現虛擬仿真技術對礦山機械設計制造有著非常重要的作用。能夠有效的提升進行設計制造的水平，使相關工作更加高效的完成，降低出現安全風險的概率，將虛擬仿真技術應用到礦山機械設計制造中是時代發展的必然。

7 總結

根據上文來進行分析，自從上個世紀末，虛擬仿真技術水平已經得到了一定的提升，隨著計算機技術的進一步發展，虛擬仿真技術已經被應用到現實生活中，并且在機械制造領域，受到了人們的重視。虛擬仿真技術能夠對大型機械的設計思路進行模擬，并按照思路進行模擬的裝配和性能測試。這能夠有效的降低對機械設計資源的不必要消耗，確保大型機械的性能處在穩定狀態下，借助于虛擬仿真技術，還能夠對大型機械的各項功能進行測試，使機械穩定的進行運轉。

目前，虛擬仿真技術在各行各業之中得到了較為普遍的應用，特別是在進行大型機械設計制造時，需要合理的對虛擬仿真技術進行使用，使虛擬仿真技術在機械設計制造過程中發揮最大化作用，提升礦山機械制造水平，為礦山生產工作的順利開展提供支持。