虛擬制造技術(shù)在機械工程設(shè)計中的應(yīng)用范文

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摘要：

虛擬制造技術(shù)實現(xiàn)了現(xiàn)代工程機械工程設(shè)計領(lǐng)域中的設(shè)計、試制等一系列過程的直觀性。實現(xiàn)了在產(chǎn)品真正制造出來前，可以在虛擬的制造環(huán)境中生成產(chǎn)品的原型，更好的替代現(xiàn)實中的硬件產(chǎn)品，更方便的對設(shè)計產(chǎn)品的性能和可生產(chǎn)性進行評估，有效極大的縮短產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)周期，最大化的節(jié)約了產(chǎn)品開發(fā)的成本，保證產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計可以適應(yīng)市場的靈活性的變化。

關(guān)鍵詞：

虛擬制造技術(shù)；現(xiàn)代機械；工程設(shè)計

隨著知識經(jīng)濟和工業(yè)制造的快速發(fā)展，現(xiàn)代化的市場要求產(chǎn)品生產(chǎn)廠商要以最快的速度、最優(yōu)的品質(zhì)、最短的研發(fā)時間、最低的成本消耗和最佳的服務(wù)來滿足顧客的需求。產(chǎn)品的質(zhì)量在傳統(tǒng)的設(shè)計和制造方式上不能得到很好的保證，并且傳統(tǒng)設(shè)計的工藝比較粗糙、開發(fā)的效率低、花費時間比較長、耗費的資金比較大。在變化速度快、持續(xù)性發(fā)展和不可預(yù)測性市場中難以適應(yīng)。因此企業(yè)的生產(chǎn)活動需要具備高度的柔性和快速的反映，與此同時信息技術(shù)的飛速發(fā)展保證了機械制造的先進性，信息化的使用對于現(xiàn)代機械工程設(shè)計十分重要。

1、機械設(shè)計制造中的虛擬制造技術(shù)

1.1虛擬技術(shù)中的建模技術(shù)虛擬指的是在系統(tǒng)中將現(xiàn)實制造系統(tǒng)映射到虛擬環(huán)境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、計算機化的抽象描述和表示。VMS建模的主要內(nèi)容有：生產(chǎn)模型建立、產(chǎn)品模型建立、工藝模型建立的信息化體系結(jié)構(gòu)的建立。生產(chǎn)模型中有靜態(tài)描述和靜態(tài)描述兩種。靜態(tài)描述主要是關(guān)于對系統(tǒng)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)特性。動態(tài)描述是在已經(jīng)被得知的系統(tǒng)狀態(tài)和需求的性質(zhì)上對產(chǎn)品的整個過程進行全面的預(yù)測。在制造過程中我們將種種實體對象總的稱之為產(chǎn)品模型。在產(chǎn)品的模型建立中需要對產(chǎn)品的明細、形狀特征等方面進行描述[1]。對于VMS而言，要實現(xiàn)產(chǎn)品實施過程的全部繼承必須具備完整的產(chǎn)品模型。因此在虛擬制造中的產(chǎn)品模型不再是單一和靜止的，它可以運用抽象的技術(shù)實現(xiàn)各種模型面貌的提取。工藝模型主要指的是在制造過程中對產(chǎn)品的工藝參數(shù)和關(guān)于產(chǎn)品功能的各種因素進行聯(lián)系，最終實現(xiàn)對產(chǎn)品模型和生產(chǎn)模型之間相互作用的反映。

1.2虛擬制造技術(shù)中的仿真技術(shù)仿真指的是通過計算機實現(xiàn)復(fù)雜現(xiàn)實系統(tǒng)的抽象化和簡潔化最終形成的系統(tǒng)模型，并且在仿真的基礎(chǔ)上對模型進行應(yīng)用，最終得到相應(yīng)的系統(tǒng)性性能分析。仿真主要以系統(tǒng)模型為主體的研究方法，它對實際的生產(chǎn)系統(tǒng)沒有直接的干擾作用，并且仿真系統(tǒng)可以對計算機的計算能力進行應(yīng)用，實現(xiàn)在短時間內(nèi)完成在實際工作中需要很長時間的工作，有效縮短了生產(chǎn)決策的時間，最大化的避免了對人力、物力和資金的投入以及浪費。計算機技術(shù)還有很好的仿真修復(fù)功能，最大化的保證了方案的最優(yōu)。仿真技術(shù)過程的主要步驟有：系統(tǒng)研究、數(shù)據(jù)收集、系統(tǒng)模型建立、仿真算法的確定、仿真模型的計算、仿真模型的運行、結(jié)果的輸出和分析。

1.3虛擬制造中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)虛擬現(xiàn)實技術(shù)目的是改善計算機的交互方式，提高計算機可操作性，它是在對計算機圖形系統(tǒng)和多種顯示以及控制等接口設(shè)備的基礎(chǔ)上，以交互的三維環(huán)境為人提供沉浸體驗的技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要由圖形系統(tǒng)和多種接口設(shè)備的組成，使人在虛擬環(huán)境中感受到真實的沉浸感覺，交互性計算機系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的基礎(chǔ)。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中有操作者、機器和人機接口。它幫助提升人和計算機間的和諧度，同時也是最有力的仿真工具[2]。在VRS的作用下實現(xiàn)對真實世界的模擬。關(guān)于虛擬制造和實際制造關(guān)系則如圖1所示。在用戶交互輸入以及輸出修改虛擬環(huán)境的條件下，使人達到身臨其境的沉浸感覺。VM的關(guān)鍵技術(shù)之一就是虛擬現(xiàn)實技術(shù)。

2、機械虛擬樣機技術(shù)研究

虛擬樣機技術(shù)在機械工程設(shè)計中為被稱作機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)，它是在二十世紀(jì)八十年代在計算機技術(shù)的快速發(fā)展中發(fā)展起來的一種計算機輔助技術(shù)。在計算機建立樣機模型后，對模型的多種動態(tài)性能進行具體的分析，最后對樣機方案實現(xiàn)改進。【4】用數(shù)字化模型代替物理性的樣機。通過虛擬樣機技術(shù)的作用，簡化了機械產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)過程，有效縮短產(chǎn)品開發(fā)的時間，最大程度降低產(chǎn)品的開發(fā)成本和費用，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和系統(tǒng)性能的提升，使設(shè)計產(chǎn)品實現(xiàn)最優(yōu)化和最具創(chuàng)新性。綜合以上優(yōu)勢，該技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn)就受到了眾多工業(yè)發(fā)達和高等院校及設(shè)計和生產(chǎn)企業(yè)的重視，許多著名的產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計者都對該技術(shù)進行了引入并運用在自身產(chǎn)品的開發(fā)中，并且取得了極好的經(jīng)濟和生產(chǎn)效益。結(jié)語總之，虛擬制造技術(shù)主要是指在機械制造中，通過對機械的制造過程進行仿真和模擬，目的是為了提升產(chǎn)生生產(chǎn)的效率，最大程度降低機械產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。從二十世紀(jì)九十年代到現(xiàn)在，虛擬制造技術(shù)在得到了迅速的發(fā)展，其在現(xiàn)代機械工程設(shè)計中的應(yīng)用也更加廣泛，逐漸成為現(xiàn)代機械工程設(shè)計中的最關(guān)鍵的技術(shù)。虛擬制造技術(shù)是現(xiàn)實技術(shù)和計算機仿真技術(shù)在機械制造中的綜合應(yīng)用。

參考文獻：

[1]戴晴華,易迪升,田文勝,等.虛擬制造技術(shù)及其在工程機械中的應(yīng)用[J].中國工程機械學(xué)報,2010,02:184-189.

[2]劉淑芬,高奇.虛擬制造技術(shù)在現(xiàn)代機械工程設(shè)計領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù),2009,06:86-87.

作者：張國俊 馬文龍 單位：內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院