机械设计制造中的虚拟现实技术刍议

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　　摘要：随着我国科学技术的不断完善和发展，机械设计与制造在实际生产过程中也在不断改善和创新。为了满足不同顾客的需要，制造企业需要在竞争过程中不断自我完善和提高，进而保证产品质量。虚拟现实技术作为电子信息化创新的产物，在社会生产中能发挥着重要的作用。本文分析了这一技术在机械设计和制造中的应用情况，探究了该技术在机械设计和制造中的先进性。
　　关键词：机械设计;机械制造;虚拟现实技术
　　中图分类号：TH122
　　文献标识码：A
　　引言
　　伴随着科学技术的快速发展和工业水平的迅速提高，在机械设计方面也陆续诞生了一些全新的技术手段。虚拟现实技术可以生成一种逼真的虚拟环境，使用该技术的人自然可以进入虚拟空间，进而感知和操作虚拟世界中的对象，获得一种身临其境的感觉。这种技术的发展潜力是十分可观的。它可以有效地促进加工制造业的又一次产业升级，推动我国经济的变革。
　　1虚拟现实技术应用到机械设计中的优势
　　1.1虚拟现实拥有广泛的通用性
　　虚拟现实慢慢趋于普遍，各个企业都开始利用这项技术进行产品的设计。虚拟技术是通过力学的研究发展起来的，这就使产品在设计之初就更加容易建立模型。每个构件都有6个自由度，这是虚拟现实的根本。这就使得大部分的设计建模都能够应用虚拟现实技术，没有什么限制，所有企业都能通过虚拟技术进行建模。
　　1.2虚拟现实技术的应用使得机械设计更加便捷
　　传统的机械设计都是通过纸质的画设计图，通过设计者利用大量复杂的公式，图形进行计算，从而推算出各个零部件的尺寸，设计枯燥繁琐，还更加容易出现错误。最关键的是，需要耗费大量的时间和资源建立最初的设计模型以后，才能判断设计是否合理标准。而且一些产品的材料，契合程度都无法从最初的设计中得到结论。一旦出现错误，还需要再重新进行计算核对。这样又浪费了大量的时间，使得设计过程更加繁琐，并且耗费了企业的资源，使得企业在最佳的时间错过了生产，让企业失去了核心竞争力。然而，有了虚拟现实技术，我们就可以直接通过电脑，直接进行数据的推算，准确度大大的提升。这样的方式也减轻了设计者的负担，提升了其工作效率。并且在设计中，能够建立立体的模型，节约了企业的成本。虚拟现实技术可以使设计者通过构件材料，外观，摩擦，契合程度更好的审视自己的设计，出现错误能够马上修改。这样为企业节约出了大量的生产时间。产品生产出来，便可以抢先一步抢夺市场资源，提高竞争力。
　　1.3虚拟技术可以更好地进行后期数据的处理与分析
　　在得到许多重要的数据以后，虚拟技术可以将这些数据做成图形或者动画，通过比对，这些数据就会比我们传统的将数据排列一起更加直观，更加生动。而且利用互联网的强大资源，我们甚至可以比对近十年的数据。直观的数据比对让我们能够更好的认识自己企业的许多方面，从而企业可以清楚的认识自己的劣势，进而增强企业的竞争力。
　　2机械设计制造中的虚拟现实技术应用要点
　　2.1在机械制造中的应用
　　虚拟现实技术在机械制造中的应用主要是指通过三维动态模型对机械产品的工艺特点、加工制造方法等进行模拟，进而分析实际制造过程中可能会出现的问题，及时消除现有生产流程中存在的安全隐患或质量问题，避免此类问题导致机械制造效率受到影响。在这一技术的作用之下，机械故障率及维修成本都将能得到有效降低，进而实现大幅度压缩机械生产成本的目的，提升此类产品在市场上的竞争力。除此之外，虚拟现实技术也能对轴部件的装配过程进行模拟，进而展示出产品的全寿命周期，指导相关工作人员提前对这一部件在应用过程中可能出现的问题进行分析，从根本上保障机械制造的成功率，避免不合格的产品出现。
　　2.2虚拟产品概念设计
　　概念设计是机械设计中创新性思维的具体表现，又是一种理想化的物质形式。在机械设计和制造的过程中，为了保证产品起始设计构思的准确性，需要捕捉产品的基本形态，而虚拟产品概念设计恰恰可以满足这一要求。虚拟概念设计是用虚拟技术为用户提供了多种输入方式，使用户利用手势、语言等方式随时更改自己的形态建模，并且通过三维空间设计让用户可以直观地观察产品设计情况，从而达到用户满意的效果。虚拟现实技术在产品概念设计的过程中，使用户可以清晰地表达出自己所要设计的思路，让人们对这一系统产生一种直观性的交互感受。这种特性极大地降低了虚拟现实技术投放市场的风险，为该技术在今后的实际应用中提供了有效的保障。
　　2.3虚拟设计
　　虛拟设计指的是设计人员通过设计的虚拟产品，对设计的产品进行分析、研究、检查，看是否达到设计要求，使设计的产品更加完善。通常虚拟设计系统包括虚拟环境生成器和外围设备两部分组成，虚拟环境生成器是虚拟设计系统的主体，包括计算机基本软硬件、软件开发工具和其他设备，相当于一个包括各种数据库的高性能图形工作站，可根据用户需求在工具软件和数据库的支持下，设计出所需的、多维的、适人化的情景和实例。虚拟设计系统交互技术主要集中在视觉、听觉、触觉三方面，主要通过这三个方面的输入和输出设备来完成。目前主要应用两种虚拟现实的设计方法。一个通过现有的CAD系统产生模型将其转换成虚拟现实软件支持的格式，再将模型输入到虚拟现实软件中，从而完成虚拟产品的设计。另一个是通过VR—CAD系统将虚拟现实技术引入CAD虚拟现实技术环境，在产品设计过程中，这种方式不仅保证了产品设计环境的稳定性，又保证产品在虚拟技术的支持下高精度、高效率地完成。比如通过虚拟现实技术可以检查运动构件工作时的协调关系，可能出现的运动干涉，对轴、齿轮等零件的强度、刚度、耐磨和耐冲击性能进行检测，确保协调、可靠的工作性能。可以说，在机械产品设计过程中加入虚拟技术，有效保证了产品设计的效率和准确性，减少了资金和材料的消耗，为企业生产研发提供有效保障。
　　3虚拟现实技术的未来前途
　　虚拟现实技术为工业制造的新一轮转型提供了良好的发展机遇。在未来，它势必与更多的核心技术相结合，运用在更多的领域中。它的未来前途，主要体现在以下几个方面：①对不同相关技术领域实现跨界融合，实现工业技术的进一步创新;②进一步推进虚拟现实智能硬件设备技术的普及;③对其生产和培训方式进行改良，扩大其的运用范围，实现其在智能制造、高端仿真及培训方面的应用;④运用于一些特殊的领域，如在外科手术领域，实现虚拟模拟手术，使手术的智能化和微创化程度进一步得到提高。在军事领域实现仿真化的模拟训练与实地训练，提高训练的效率;⑤广泛地运用于人们的生活中，特别是与数字媒体相结合，使人们获取信息更加方便。
　　结束语
　　综上所述，本文主要对机械概念设计阶段、实际设计阶段、制造阶段中虚拟现实技术的应用办法进行了深入探讨，在后续发展过程中，相关设计人员及生产厂家则应更进一步将虚拟现实技术的应用重视起来，在这一技术的辅助之下提前对设计及制造过程中可能出现的问题进行分析，避免实际设计方案存在缺陷或制造过程出现安全问题，最终达到提升机械产品质量、压缩生产成本、保障生产效率的目的，确保机械产品都能在实际应用过程中发挥出预期作用。
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