虛擬現實技術在機械設計與制造中有效運用分析

吳震波

摘 要：虛擬現實技術在機械設計與制造中的應用發揮出十分積極的作用，其強大的仿真能力，不僅顯著地提升了機械設計與制造的能力水平，同時在保障機械設計與制造的質量上也發揮出了不可替代的優勢作用。對虛擬現實技術的特點、在機械設計與制造中的應用優勢以及具體應用進行簡單闡述，以供參考。

關鍵詞：虛擬現實技術；機械設計；制造

中圖分類號：TH164? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）06-0126-03

0 引言

無論是提升生產能力與效率，還是改善生活品質，促進社會的進步，無一例外的都需要大量設備的支持[1]。而機械設計與制造正是提升設備性能，發揮設備作用的重要領域。

受互聯網以及信息技術的廣泛應用和影響，各種先進技術形式百花齊放，為機械設計與制造的方法與途徑創新創造了更好的條件。近年來，虛擬現實技術在機械設計與制造領域中的應用也越來越普遍，也正是由于有了虛擬現實技術的應用，無論是在機械設計制造的質量上，還是設計制造的效率上，都得到了顯著的提升，也有力推動了機械設計制造領域的快速發展。

1 虛擬現實技術的特點

新時代背景下，先進技術的發展與應用，為社會的高速度，高質量發展提供了更多可能。信息技術全面、深入、廣泛覆蓋的新形勢下，虛擬現實技術在人類視線中出現的頻率越來高，正在深刻地影響人類的生活。虛擬現實技術是一種仿真技術，是以電子信息技術，虛擬制造技術，以及計算機技術為依托的一種先進技術形式。

當前，虛擬現實技術又被稱作VR技術。多數人了解虛擬現實技術，都是從游戲中、影院中開始的。隨著虛擬現實技術的持續發展，性能不斷完善升級，虛擬現實技術的應用范圍越來越廣泛，除了游戲與娛樂領域之外，虛擬現實技術在許多未知領域也發揮出了很好的輔助作用。不限于教育領域、建筑領域，還有機械設計與制造領域。

虛擬現實技術是在虛擬環境下實現仿真化的體驗，當戴上3D眼鏡，就能夠產生身臨其境的體驗感，對一朵花開的過程感受更真實。虛擬現實技術是通過計算機與互聯網以及相關的電子信息技術，虛擬制造技術來聯動實現的。

在一些領域，需要利用虛擬現實技術對真實情境進行模擬，能夠提前模擬結果，而無需真實的投入相應的資源，不僅僅過程更便捷，而且成本更節約，而產生的預期作用又非常影響。這樣就很好地解決了前期的過度投入問題[2]。尤其對于設計領域來說，有了虛擬現實技術的支持，每一個設計靈感，都可以在不投入真實人力物力前提下，更真實的模擬出結果，以此來判斷的科學性與精準性，并且能夠更直觀地發現設計中的問題與不足，能夠及時修改并完善，這樣就避免了投產之后再發現缺陷而導致的資源浪費與時間浪費。通過虛擬現實技術的應用，以模型虛擬的形式來確認設計的可行性，這樣就可以在源頭上對缺陷問題進行及時的修復，避免了實際生產過程中產生的諸多問題。

當設計還是一個雛形時，就可以通過計算機技術來快速的修改，通過更改相關數據來使得設計效果更滿意，更好地達到預期的效果。當設計方案得到確認之后，便可直接輸出模型，進行下一階段的工作任務。虛擬現實技術的優勢特點，為各行各業的高質量發展、進步與提升創造了良好的條件。

當前，虛擬現實技術在機械設計與制造領域中正在發揮出巨大的優勢作用，有力促進了我國工業水平的進步。虛擬現實技術可以將許多無法展現的情景與細節都呈現在人們的眼前，讓人們體驗到更加真實的效果。在機械設計與制造過程中，通過虛擬現實技術的支持，能夠更直觀、真實地讓設計者身臨其境，體驗到更加逼真的效果。

虛擬現實技術能夠很好地將機械設計制造中所需要考慮的各方面因素都清晰、細致地展現出來，還可以通過調整參數，來達到設計的最佳效果。同時可以避免實際生產中出現各種問題與缺陷。

2 虛擬現實技術在機械設計與制造中運用的意義

2.1 有利于提升機械設計效率

機械設計的有效性將會對后期的機械制造產生直接影響，包括會對制造的效率、質量等。而機械設計過程是十分復雜的，不僅僅要考慮功能與性能、適配度，同時也需要考慮到成本的可控，工藝應用的流暢性以及市場的因素。機械設計不僅僅考驗設計人員的專業能力，同時對于設計人員的經驗也提出了更高的要求。

機械設計工作需要嚴謹、科學、認真地開展，還要在此基礎之上保障設計的效率。如果一直沿用傳統的設計方法和手段的話，是無法全面滿足新時代背景下，高質量機械設計的要求的[3]。虛擬現實技術在機械設計中的應用，其便捷、仿真優勢，顯著地提升了機械設計的效率，并且在很大程度上保障了機械設計的質量目標實現。應用虛擬現實技術，能夠借助計算機技術的輔助來實現高效率設計，虛擬現實技術的仿真效果，能夠及地呈現設計效果。這就突破了傳統人工設計的局限性，不僅僅提升了設計效率，也減輕了設計人員的工作負擔，使得機械設計工作更輕省的同時，又能夠保證高質量目標的實現。

2.2 有利于控制機械設計成本

在機械設計與制造過程中，每一個環節都需要投入成本，無論是人力成本，還是物力成本，最終都會影響企業良好經濟效益目標的實現。尤其在機械設計環節，在設計過程中雖然有靈感、有想法，但并不意味著每一個想法都是正確的，都能夠對機械的性能與功能以及其他方面產生積極的影響。每一個設計創意轉變為現實時，都需要通過投產、試驗以及檢測等多個工序來對設計成果進行評估[4]。這個過程不僅僅要花費一定的時間，同時也需要投入大量的資源，包括材料資源、技術資源、設備資源等，無論何種資源都會提高企業的成本。

在機械設計中應用虛擬現實技術，能夠通過模擬模型來對機械設計與配合的各個環節進行模擬，便于及時發現缺陷與不足、及時修復。而且通過虛擬現實技術與計算機技術的配合，及進修復完善的過程中所消耗的資源有限，很好地實現了成本控制的目標。

通過虛擬現實技術的應用，能夠在模型的支持下確認設計方案的可行性，減少甚至省略試產評估的環節。尤其是一些熱門的設計理念，在虛擬現實技術的支持下，能夠直接通過電腦，進行數據的推算，準確度大大提升。結合市場需求來安排生產工作，可大大節約時間成本，而且還可以搶占市場先機，使得機械設計獲得更廣泛的市場認可，為企業發展奠定良好的基礎。

2.3 有利于提升機械制造質量

機械設計與制造是一個連續性的過程，也是一個相互影響，相互關聯的過程中。良好的機械設計可以節約機械制造的成本，提升機械制造的效率，也能夠保障機械制造的質量。虛擬現實技術在機械設計與制造中的應用，能夠對每一個細節，每一處環節進行仿真模擬。對于機械產品來說，適配度、精確度是十分關鍵，也是影響機械產品功能與性能的最關鍵因素。

虛擬現實技術雖然是通過模型來進行模擬的，但是這種模型仍然可以在具體的機械制造過程中起到重要的參考與引導作用。模型雖然是虛擬的，但是參數以及各種數據卻是真實的。在機械制造過程中，只需要嚴格的按照設計模型的數據來調整并指導制造過程，就能夠實現設計所呈現的效果[5]，保障機械制造的質量，避免一系列安全問題和功能隱患，使得機械產品的性能更優異，質量更有保障，更能夠獲得市場的認可。質量得到提升，就意味著在制造過程中所產生的誤差更小、消耗可控，這也是節約制造成本的集中體現，也是虛擬現實技術作用發揮的具體表現。

2.4 有利于保障機械制造安全

機械制造也是一個十分復雜的過程，涉及大量零配件的加工、組裝、檢測與調試，過程復雜，工藝要求多，材料應用多，設備參與多。在機械制造過程中也潛藏著不同程度的安全隱患。通過運用虛擬現實技術，能夠對機械制造過程進行有效指導，包括：利用虛擬現實技術提前對機械加工制造的過程進行模擬。通過構件材料、外觀、摩擦、契合程度等方面的確認，來對機械制造的過程與流程進行全面審核，并做好優化工作。對于一些制造復雜的關鍵點進行審視。通過設計、管理手段來提前干預，確保生產過程的順利安全開展，從而很好地避免了安全隱患問題發生所導致人員的人身安全威脅，防止對制造進度產生不利的影響。

在機床的設計、加工過程中，機械設計人員可以運用虛擬現實技術來對機床的零件加工過程進行模擬，根據不同的零部件加工工藝，通過虛擬現實技術對機床零件的加工過程進行模擬、分析、比對，以檢驗機械加工的合理性、可靠性以及安全性，從而進一步優化機床零件設計方案，提高設計的合理性。

在機械制造過程中運用虛擬現實技術，能夠使設計人員獲得更多的信息反饋，這也是其他任何技術無法替代的優勢。同時還能夠及時發現制造過程中存在的問題，以便及時糾正錯誤與不足之處，有效避免在機械制造過程中發生安全事故。

3 虛擬現實技術在機械設計與制造中有效運用

3.1 虛擬設計概念的應用

在機械設計與制造過程中，設計的理念與概念并不是一成不變的，而是會隨著市場的變化而變化。為了讓產品更好的滿足市場需求，也需要對機械設計以及產品來進行創新。對于機械設計領域而言，這種創新性要體現在日常的經營與管理中，要將創新理念貫徹始終。

虛擬概念設計的應用主要從兩個方面著手，一方面，通過虛擬現實技術來完善機械產品中的不足。虛擬現實技術與計算機技術的深度結合，能夠為設計人員提供更便捷的機械設計方法。為了進一步提升設計效率，還可以采取手勢動作的形式來更改程序語言，提升設計效率[6]。設計人員還可以通過虛擬技術在三維環境中把產品的立體模型進行數據分析，并對內部結構進行細節調整與優化。另一方面，虛擬現實技術可以為產品設計人員理清機械概念的思維和設計內涵，讓更多的人可以直接、立體地感受產品的設計意圖。這不僅可以提高機械產品設計的成功概率，還可以強化機械產品在激烈的市場競爭中的核心競爭力。

3.2 虛擬現實技術在制造中的應用

虛擬現實技術的運用機械設計與制造是一門應用性、專業性極強的行業，機械設計與制造的優劣，將會對機械設備的性能、功能、安全性、使用壽命等產生直接的影響。尤其是制造，制造是最終的成品輸出階段。不同的機械產品在外觀、性能、結構上都會存在著很大的差異性，而這些差異性也會影響制造的質量與效率。在機械制造中應用虛擬現實技術，能夠顯著提升機械制造的質量與效率。在虛擬現實技術的參與輔助下，很多傳統的需要精密加工的部件，無論是在質量的掌控上，還是效率的提升上，都是傳統人工技術所不能比擬的。

利用虛擬現實技術，可將機械制造的工作環境以及可能遇見的問題進行提前仿真預處理，之后利用智能傳感器技術，將機械制造在工作中獲取的信息進行傳遞，利用人工智能技術對數據進行分析，進而修改工作模式，使其更好地適應工作環境。因此，利用人工智能技術，可以更好地進行機械運行故障診斷、機械制造智能監控以及智能操作。同時可更好地控制機械制造工作，對機械制造進行管理，更加細致地對機械制造過程進行監控。

4 結束語

虛擬現實技術的深入應用開辟了機械設計與制造領域發展的新途徑，為了充分發揮出虛擬現實技術的先進性，要合理化地利用虛擬現實技術，使得機械設計制造更加趨向于自動化，在不斷提升生產效率的同時，確保生產質量的提升，更好地促進行業的發展與繁榮。

在機械設計與制造中應用虛擬現實技術，可以有效地提升設計效率，降低設計成本，實現資源的合理配置，對虛擬現實技術在機械設計與制造中的應用進行分析，對于促進我國機械設計與制造領域的發展具有重要意義。

參考文獻

[1] 李勇.智能制造與數字化制造在工業制造的有效應用[J].智能建筑與智慧城市，2022（10）：120-122.

[2] 竇興玉.關于自動化技術在機械設計制造中的運用探討[J].農業裝備技術，2022，48（3）：47-48+52.

[3] 王郝.淺談自動化技術在機械設計中的應用[J].現代制造技術與裝備，2022，58（4）：204-206.

[4] 許燕茹.自動化技術在機械制造業中的運用分析[J].建材技術與應用，2022（1）：59-61.

[5] 牛璐.自動化技術在機械設計制造中的應用[J].內燃機與配件，2022（2）：203-205.

[6] 李鄭臨，袁文昭.現代機械設計與機械制造的相關技術研究[J].造紙裝備及材料，2021，50（9）：103-105.