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【摘要】

近年來，隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)建設(shè)進(jìn)程的不斷推進(jìn)和快速發(fā)展，機(jī)械工程行業(yè)開辟了嶄新的天地，在面對(duì)前所未有的發(fā)展機(jī)遇的同時(shí)，機(jī)械行業(yè)內(nèi)部之間的競(jìng)爭(zhēng)也愈演愈烈。在這樣的社會(huì)背景之下，現(xiàn)代化的機(jī)械工程為了使自身保持健康持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展，相關(guān)企業(yè)必須要做到在可控的生產(chǎn)成本范圍內(nèi)獲得最優(yōu)的產(chǎn)品質(zhì)量。所謂虛擬制造技術(shù)指的是通過數(shù)值仿真和模擬等相關(guān)手段來取得最低的機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)成本。因此，對(duì)于現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)而言，虛擬制造技術(shù)應(yīng)用的效果直接關(guān)系著行業(yè)的發(fā)展前景。本文針對(duì)現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的虛擬制造技術(shù)進(jìn)行了初步的探討。

【關(guān)鍵詞】

機(jī)械工程設(shè)計(jì)；虛擬制造技術(shù)；機(jī)械設(shè)計(jì)；探究

1前言

近年來，虛擬技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)當(dāng)中取得了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，這是由于知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代對(duì)產(chǎn)品提出了低成本、快速度、高品質(zhì)等一系列要求。相關(guān)數(shù)據(jù)指出，虛擬制造技術(shù)在幫助企業(yè)提升機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，還可以在很大程度上降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，從而獲取最大化的經(jīng)濟(jì)效益。虛擬技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展受到了很多人的關(guān)注并有著廣闊的發(fā)展前景。

2虛擬制造技術(shù)簡(jiǎn)介

虛擬制造技術(shù)指的是通過計(jì)算機(jī)來對(duì)模型進(jìn)行模擬和虛擬分析的一種方式和手段。區(qū)別于傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)，現(xiàn)代化的虛擬制造技術(shù)在很大程度上避免了傳統(tǒng)保守的設(shè)計(jì)觀念和手段。虛擬制造技術(shù)實(shí)質(zhì)上是機(jī)械制造對(duì)計(jì)算機(jī)的一種反射。在虛擬制造技術(shù)的支持下可以在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的模型設(shè)計(jì)、性能分析、產(chǎn)品加工等諸多功能。因此，在實(shí)際的生產(chǎn)過程當(dāng)中就不需要再將所有的零部件產(chǎn)品都加工出來，幫助企業(yè)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的經(jīng)營(yíng)進(jìn)行有計(jì)劃地管理與控制。

3虛擬制造技術(shù)的核心所在

3．1虛擬制造中的建模技術(shù)

虛擬技術(shù)的虛擬指的是通過計(jì)算機(jī)語言將現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)當(dāng)中的機(jī)械制造流程映射出來，其中涉及到很多流程和步驟，主要有模型化、形式化以及計(jì)算機(jī)化等。建模環(huán)節(jié)涉及三種模型的建立。第一，生產(chǎn)模型。生產(chǎn)模型可以宏觀的劃分為動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種描述。動(dòng)態(tài)描述需要基于系統(tǒng)狀態(tài)以及需求性質(zhì)均已知，然后進(jìn)行全方位的預(yù)測(cè)和判斷。靜態(tài)描述主要考察的是系統(tǒng)生產(chǎn)的能力和特性。第二，產(chǎn)品模型。該環(huán)節(jié)的主要工作是對(duì)產(chǎn)品的外觀特征以及各參數(shù)進(jìn)行具體的描述。第三，工藝模型。這個(gè)環(huán)節(jié)需要在產(chǎn)品的生產(chǎn)過程當(dāng)中充分聯(lián)系各工藝參數(shù)，從而將現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)映射出來。

3．2虛擬制造中的仿真技術(shù)

所謂仿真技術(shù)是指通過計(jì)算機(jī)語言將復(fù)雜的機(jī)械生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行模型化處理，對(duì)其進(jìn)行模型化和簡(jiǎn)潔化從而獲得最終的系統(tǒng)模型。對(duì)于仿真得到的系統(tǒng)模型進(jìn)行應(yīng)用分析，便可以實(shí)現(xiàn)在虛擬狀態(tài)下對(duì)產(chǎn)品的性能參數(shù)進(jìn)行分析。仿真和實(shí)際的生產(chǎn)系統(tǒng)是兩個(gè)互相獨(dú)立的系統(tǒng)，他們之間不會(huì)產(chǎn)生相互干擾作用，與此同時(shí)，仿真系統(tǒng)可以充分地利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，從而大大縮短生產(chǎn)過程當(dāng)中所耗用的時(shí)間成本，可以幫助我們最大化地減少人力、物力以及財(cái)力的浪費(fèi)。仿真技術(shù)涉及到的環(huán)節(jié)比較復(fù)雜，其中，制造的仿真和加工的仿真是兩個(gè)互相獨(dú)立的過程。

3．3虛擬制造中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬制造中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是基于計(jì)算機(jī)圖像系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)顯示系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)控制等接口設(shè)備，為人類展現(xiàn)出一種沉浸體驗(yàn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要是為了改善以往使用的傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)交互方式，從而更好地提升計(jì)算機(jī)的操作性能。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的操作者、機(jī)器以及人機(jī)接口是目前為止最有力的一種仿真形式，極大地便利了人們對(duì)虛擬環(huán)境的體驗(yàn)，給人以身臨其境的感覺。

4虛擬制造技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械工程中的應(yīng)用

4．1具有強(qiáng)大的通用性和功能性

虛擬樣機(jī)技術(shù)的建立和發(fā)展離不開分析力學(xué)和多剛體動(dòng)力學(xué)，這兩門學(xué)科是該技術(shù)得以快速發(fā)展的必要基礎(chǔ)條件，虛擬樣機(jī)技術(shù)的核心所在是解決復(fù)雜狀況下的機(jī)械系統(tǒng)建模問題。實(shí)際上，虛擬樣機(jī)軟件在對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析計(jì)算的時(shí)候絕大多數(shù)采取的都是帶有約束乘子的微分方程。建立該微分方程的基礎(chǔ)是假設(shè)系統(tǒng)當(dāng)中構(gòu)建的自由度是六，對(duì)于多余的自由度分別進(jìn)行限制，從而保證其通用性和適用性。

4．2極大的簡(jiǎn)化了建模過程

傳統(tǒng)意義上的建模是在對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀況進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上作出相應(yīng)的動(dòng)力分析和計(jì)算，因此，該過程當(dāng)中不可避免的是對(duì)圖形的分析處理以及相關(guān)公式的大量計(jì)算。考慮到系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，所以，圖形及其公式處理都是相當(dāng)繁瑣的，這就導(dǎo)致在對(duì)圖形分析和公式計(jì)算的時(shí)候很容易出現(xiàn)各種各樣的錯(cuò)誤。與之相對(duì)應(yīng)的虛擬制造技術(shù)當(dāng)中的建模不需要做這些大量的前期工作，而僅僅需要工作人員將構(gòu)建的連接方式、基本的物理參數(shù)進(jìn)行輸入，然后借助強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)來完成后期的分析和求解，不僅大大減少了工作量還有效提升了設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)度。

4．3具備高效的數(shù)據(jù)處理能力

數(shù)據(jù)處理一直以來都是一個(gè)比較繁瑣的過程，出來對(duì)數(shù)據(jù)理性的歸納分析以外還必須要求工作人員具備極高的工作素養(yǎng)。虛擬制造技術(shù)不僅幫助我們直觀的看到運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過程，還可以對(duì)機(jī)械的性能進(jìn)行全方位的掌握。

5結(jié)語

目前，虛擬制造技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用，充分實(shí)現(xiàn)了機(jī)械工程設(shè)計(jì)的可視化，有效提升了機(jī)械行業(yè)的生產(chǎn)效率和水平。虛擬制造技術(shù)作為一種全新的技術(shù)理念，為今后機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展提供了新的思路和方向。此外，虛擬制造技術(shù)對(duì)現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)的強(qiáng)大作用使得其擁有了廣闊的發(fā)展前景，必將對(duì)社會(huì)生產(chǎn)生活產(chǎn)生更深遠(yuǎn)的影響。

作者：黃岳陽 單位：廣西強(qiáng)榮實(shí)業(yè)有限公司

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