虛擬仿真（VR）技術在裝備制造行業中的應用研究

摘"要：裝備制造行業在整個制造業中扮演著重要角色，也是推動社會發展、提升經濟水平的重要產業之一。與此同時，伴隨著信息數字技術、互聯網技術、智能制造技術等的發展，相關技術能夠為裝備制造行業的發展提供新的思路與方法，通過更多先進技術以及思想觀念的應用，裝備制造行業得到了發展。本文以虛擬仿真技術為例，分析虛擬仿真技術在裝備制造行業中的應用，通過對虛擬仿真技術的應用原理、虛擬仿真技術應用現狀及其應用優勢的分析，重點論述虛擬仿真技術在裝備制造行業的應用以及虛擬仿真技術在裝備制造行業應用的建議，以更好地發揮虛擬仿真技術的應用優勢，促進裝備制造行業的現代化發展。

關鍵詞：虛擬仿真技術；原理；裝備制造行業；應用措施

裝備制造行業作為我國工業的基礎以及重要支柱，在推動社會發展、提升國民經濟水平以及解決就業等方面均發揮著重要作用。所謂裝備制造行業指的是從事各類機器設備、工具、儀器等生產制造的行業，生產制造的不同機械、工具、儀器等可在較多領域得到應用，比如交通、航天、通信、航空、冶金、化工、造船等［1］。新時期，隨著裝備制造行業的持續發展以及各類新思想、新技術的融入，使得裝備制造行業朝著智能化、服務化以及綠色化方面發展，要求不同裝備制造行業結合自身情況，重視新技術的應用，以創新工作模式，優化工作流程，其中虛擬現實技術是重要的技術之一，在裝備制造行業發展方面有著重要應用。本文結合已有文獻報道，并根據本人的工作經歷，對虛擬仿真技術在裝備制造行業應用的有關問題予以分析。

1"虛擬仿真技術的應用原理分析

虛擬仿真技術指的是充分利用計算機的優勢，通過虛擬軟件的配合形成不同的模擬環境，依靠多種技術的綜合應用。用戶可根據自身的需求不同深層次地完成與模擬環境的信息交互，讓用戶在模擬的環境中有真實的感受與體驗。當前虛擬仿真技術在諸多領域均有應用，并顯示出了重要的應用優勢。

從虛擬仿真技術的應用原理方面分析，主要包括以下幾點：（1）充分利用計算機強大的處理能力，通過圖形處理技術結合實際需求可構建與之相符的三維場景、實體模型等，從視覺角度為不同用戶提供真實的環境條件。（2）傳感器技術。虛擬仿真技術在應用期間需要通過手柄、頭盔等相關設備，并借助設備中的傳感器獲取用戶在參與虛擬仿真過程中的表現，包括位置、動作、表情、語言等，多角度地評價用戶在虛擬環境中的模擬情況以及所做出的反應。（3）為了提升虛擬仿真技術的應用效果，保證模擬同現實世界一致，需要遵循自然規律，保證在虛擬仿真技術應用期間，讓虛擬環境下的物體運動符合實際情況［2］。（4）為了更好地在應用虛擬仿真技術應用之后解決問題，需要運用人機交互技術，符合人機交互的實際情況。不同用戶能更好地參與虛擬環境，完成虛擬環境中真實的信息反饋。（5）需要多種現代技術的配合使用，除了上文提及的計算機圖形學外，還需要運用信息技術、多媒體技術、傳感器技術、測量技術、軟件工程、視覺生理學、模擬技術、視覺心理學、網絡技術、人工智能技術等。在使用過程中，需要結合實際虛擬仿真技術的應用領域靈活地使用各種技術。

2"虛擬仿真技術的應用現狀及其應用優勢

2.1"虛擬仿真技術的應用現狀

當前虛擬仿真技術在多個領域均有應用，并顯示出了較好的應用價值。比如，在高校教育領域可使用虛擬現實技術，幫助學生提高實踐技能，加深對理論知識的理解。此外，在醫療領域、建筑領域、休閑娛樂領域等均有虛擬仿真技術的應用。在此主要分析虛擬仿真技術在裝備制造行業的應用現狀。

新時期，裝備制造行業在發展過程中所需要的人工成本日益增加，同時項目前期規劃、研發以及設計等所需周期較長。此外，裝備制造行業在工作期間還需要考慮不同設備之間的協作等，使得常規裝備制造行業的研發設計難度較大。隨著虛擬現實技術的發展，在裝備制造行業通過靈活使用虛擬現實技術，能夠在不同的環境下完成各種裝備的模擬分析。比如在裝備產品設計與研發過程中，通過創建虛擬模型，在相應的虛擬環境中不僅完成產品的外觀設計、性能測試、結構分析，還能在模擬環境中完成多種方案的比選，相對于常規處理方法，可有效地減少成本，并且縮短裝備制造產品的開發周期［3］。不僅如此，在裝備制造行業生產過程優化處理、設備維護與故障診斷等方面均可靈活使用虛擬仿真技術，在虛擬仿真模擬過程中對生產工藝、設備配置、生產布局等予以優化；通過對設備運行數據的模擬分析，盡早發現相關設備在運行期間的故障隱患，可以有計劃地完成設備檢修等，減少設備故障率。從整體應用方面分析，當前虛擬仿真技術在裝備制造行業中的應用深度不足，應用范圍較少，僅限于一些基礎內容方面的應用。

2.2"虛擬仿真技術的應用優勢

現階段仿真技術在裝備制造行業已經得到應用，并在應用過程中顯示出了應用優勢。（1）將虛擬現實技術應用到設計評審期間，可動態且多角度地展示裝備制造產品的設計方案、設計理念以及產品信息等，讓客戶更直觀、清晰地了解整個設計思路與理念，保證了評審過程的科學性。（2）將虛擬仿真技術應用到運維巡檢方面，企業能夠通過虛擬仿真技術的全景視頻，實現對生產線現場設備不同方位、不同角度的巡檢，及時地了解不同設備的運行狀況，更好地指導不同設備的運維管理。（3）將虛擬現實技術應用到遠程協作方面，通過虛擬仿真技術能夠實現遠程管控，借助網絡技術、傳感器技術等，根據實時監控的相關數據，在發現異常數據后及時采取措施并予以處理，減少相關故障可能對設備造成的更大影響。（4）虛擬仿真技術能夠用于不同專業技能人才的培養，根據裝備制造業的工作需要，運用虛擬仿真技術為不同工作人員提供在線教育平臺，融入不同教學資源，讓員工在互動體驗中提升技能，掌握不同機械的規范操作要求、機械故障的應急處理等。總之，虛擬仿真技術在裝備制造行業領域應用期間存在諸多優勢，需要靈活地應用相關優勢，以保證虛擬仿真技術的應用價值［4］。

3"虛擬仿真技術在裝備制造行業的應用

近年來，世界范圍內的裝備制造行業取得了重大發展，比如，2013年，德國的“工業4.0”計劃等推動了智能制造產業在世界范圍內的升級與發展。我國在2015年發布《中國制造2025》文件，強調制造業發展的主攻方向是推進智能制造，并構建以智能制造為重點的新型制造體系。在新時期裝備制造行業發展過程中應認識到虛擬仿真技術應用的重要性，并在不同方面融入虛擬仿真技術。

3.1"在產品設計與產品研發方面的應用

裝備制造行業發展中需要完成較多產品的設計與研發，通過合理使用虛擬仿真技術，能夠在產品設計與產品研發過程中提高設計質量，降低研發成本，縮短研發周期，提升裝備制造行業產品設計與研發的經濟性。比如通過虛擬仿真技術的應用，構建符合裝備制造行業要求的虛擬環境，并在該環境中完成裝備的設計，包括其外觀、結構、功能等。不同方案能夠在虛擬仿真環境中完成模擬，并在模擬中找出不同方案的優缺點，也能在仿真模擬中發現部分裝備存在的問題，包括零部件的互相影響、結構的不合理等，根據發現的問題及時完成優化設計，保證裝備產品設計以及研發的科學性、合理性，提高產品的設計與研發質量。

裝備設計與研發期間，通過虛擬仿真技術代替原有的物理樣機完成設計方案的測試、驗證與分析，整個設計方案驗證期間不再需要物理樣機，而且試驗次數較多的情況下也不會增加研發成本，讓整個裝備設計與研發階段的成本投入更少。通過虛擬仿真技術用于裝備設計方案的應用模擬，整個過程更加簡單，所需要的時間也較少，可縮短研發周期，保證優化設計后的相關裝備能夠通過測試并完成實際生產制造。

3.2"在生產制造中的應用

將虛擬仿真技術應用到裝備制造業的生產制造期間，能夠在模擬仿真期間分析出資源分配情況，結合具體情況完成資源優化配置，更好地發揮人力、物力、財力的作用。利用虛擬仿真技術分析從不同角度對比不同生產方案的生產效率，指導實際生產制造流程的優化，促進裝備制造業的生產制造效率。裝備生產制造中會涉及較多的參數，通過虛擬仿真技術的應用，分析不同工藝參數調整或者采取不同工藝方法對裝備生產制造質量的影響，從而在兼顧質量、生產效率、資源節約的情況下確定出不同裝備生產制造最佳的工藝參數以及生產工藝模式。比如通過虛擬仿真技術的應用，在金屬加工過程中，根據金屬在整個裝備中的位置與作用，靈活地選擇切削、焊接、鑄造等工藝，通過生產工藝參數的調整，實現對原有生產工藝的優化與創新［5］。

裝備生產制造完成后還需要完成不同設備的調試與維護，設備安裝和調試是一個復雜的過程，需要在調試中盡早發現可能出現的問題。通過使用虛擬仿真技術就可以完成安裝與調試的模擬，并盡早地發現問題。只有結合發現的問題，確定出最佳的裝備安裝順序，并提前解決在調試中可能出現的問題，實現裝備安裝一次到位、一次性調試成功等，設備才能夠在后續更可靠、安全地運行。

3.3"在裝備制造行業人才培養中的應用

人員培訓與教育對裝備制造行業的發展有著重要影響。理論知識豐富、實踐能力較強的人員能夠在裝備制造行業發展中更好地發揮作用，提升工作效率，創新裝備設計與研發思路等。將虛擬仿真技術應用到裝備制造行業人才培養中，能夠創建與實際生產環境相同的作業場所，引導操作人員在虛擬環境中完成各項操作，在持續性練習期間，幫助工作人員掌握不同設備的規范操作流程、操作注意事項、設備控制方法等，持續提高操作人員的技能。裝備制造行業在相關設備操作過程中具有潛在風險，部分人員的安全意識差，可能存在不規范操作的問題，通過運用虛擬仿真技術，讓員工在虛擬環境中真實感受違規操作所引發的事故以及引起的嚴重后果等，驗證不同應急處理方法的效果，從而幫助員工掌握必要的應急知識，在實際生產制造過程中運用知識與技能去應對潛在風險，降低裝備制造行業在發展過程中的安全風險。下圖所示為虛擬仿真技術在裝配技術培訓方面的應用。

虛擬仿真技術在裝配技術培訓方面的應用圖

3.4"在裝備制造產品市場營銷與客戶服務中的應用

裝備制造產品在研發、設計的基礎上還需要完成銷售，在市場營銷方面可靈活運用虛擬仿真技術將裝備產品的設計理念、設計細節、外觀等做好系統展示。客戶能夠在虛擬仿真的環境中感受不一樣的裝備制造產品，加深對裝備制造產品的了解，明確新型裝備制造產品的優勢與價值，讓裝備制造產品在市場上有更大的需求，進而提高相關產品在市場中的競爭力。裝備制造產品在銷售期間，相關廠家還需要與客戶做好溝通工作，在溝通期間可重視虛擬仿真技術的應用，明確客戶對裝備制造產品的看法，需要改進或者調整的區域，以更好地滿足不同客戶的個性化需求。優化調整后的裝備制造產品可繼續通過虛擬仿真技術完成展示，從而達到客戶的要求，提高產品研發與設計的滿意率。

4"虛擬仿真技術在裝備制造行業應用的建議

為了更好地在裝備制造行業中推廣應用虛擬仿真技術，不同裝備制造企業應重視虛擬仿真技術方面的研發工作，保證相關資源的投入，以及企業有應用虛擬仿真技術的基礎條件與能力，并持續提升模擬仿真技術的應用效果，讓虛擬模型無限接近于真實的工作狀態。應用虛擬仿真技術過程中，應注重與現代傳感器技術、人工智能技術、機器學習技術、大數據技術等綜合應用，提升虛擬仿真技術應用的智能化程度。為了推動虛擬仿真技術在裝備制造行業中的應用，需要做好相應的人才培養，強調裝備制造企業與高校、科研機構的長期合作，持續、穩定地保證專業的虛擬仿真人才的輸出，滿足企業對虛擬仿真技術的應用。鑒于虛擬仿真技術在裝備制造行業中的應用尚未達成統一，需要加強與虛擬仿真技術在裝備制造產業中的標準化應用，便于在眾多企業中形成統一的虛擬仿真技術標準，促進不同裝備制造企業數據的共享與應用。

結語

虛擬仿真技術在裝備制造行業有重要的應用，而不同企業對虛擬仿真技術的應用范圍、應用深度尚存在不足，需要不同企業持續加大投入，注重人才建設，強調虛擬仿真技術在裝備制造行業發展中的創新應用。這更好地指導現代裝備制造產業的發展，促進裝備制造業的智能化發展。

參考文獻：

［1］于晨.基于虛擬現實技術的數控車床仿真系統的研究與開發［J］.中國金屬通報，2024（02）：119121.

［2］袁洋.虛擬現實技術對我國裝備制造發展研究［J］.現代工業經濟和信息化，2023，13（07）：103105.

［3］朱越.虛擬現實技術與機械訓練的結合實踐［J］.自動化應用，2023，64（08）：249251.

［4］楊磊，李濤，武籽臻，等.離散型裝備制造企業的數字化體系研究與應用實踐［J］.新型工業化，2023，13（03）：4250.

［5］胡顥.裝備制造企業服務化轉型的路徑探析［J］.中國市場，2022（15）：109111.

作者簡介：王智杰（1990—"），男，漢族，廣東吳川人，本科，高級工程師，研究方向：VR虛擬仿真技術研究。