现代机械工程设计中的虚拟制造技术探讨

现代机械工程设计中的虚拟制造技术探讨
摘要：目前，随着我国现代化社会的发展，人们对机械工程产品的要求越来越高，机械工程面临着巨大的挑战，传统的机械设计技术无法满足现代化社会发展
的需求，具有一定局限性和不稳定性，虚拟机械制造技术是一个全新的概念，是
信息时代制造技术的重要标志，其主要是在虚拟的环境下对计算机的模型进行虚
拟分析的一种计算机设计技术，是以计算机仿真技术、制造系统与加工过程的建
模理论、VR技术、分布式计算理论、产品数据管理技术等为理论基础，研究如何在计算机网络环境及虚拟现实环境下，利用制造系统各层次及各环节的数字模型，完成制造系统整个过程的计算机与仿真技术，依靠虚拟制造技术，机械设计人员
不需要将所有的零件、部件设备都生产出来，可以运用建立模型的方式，对零部
件进行装配，并进行实验与检查，如发现不符合设计要求的情况，可以随时更改
模型，直到达到设计要求为止，既节省时间又降低成本。

关键词：现代机械工程；设计；虚拟制造技术
1虚拟制造技术及其过程
1.1虚拟制造技术特点
虚拟制造技术主要是对虚拟环境进行建立，充分运用先进的计算机技术可以
展开分析，并且工作人员需要建立相应的模型，这样才可以展开虚拟装配，在此
过程当中找出其存有的错误，并且改进，保证实际运用过程当中相应零件的精准度。

与此同时，在对零件装配情况进行改正的时候能够在计算机当中展开，这样
更加便利且容易操作，在经过更改以后可以形成新型模型。

对虚拟技术进行应用
有效解决了质量方面的问题，可以加强设计以及装配，进而提升机械产品的质量
以及生产的效率，在社会发展过程中获得更多的竞争实力。

1.2虚拟制造技术过程
对虚拟模型进行设计，需要结合机械产品的生命周期进行，所以，相关设计
人员在设计过程当中需要依照客户所提的意见以及要求，之后展開讨论以及分析，进而对产品功能进行充分认识，之后使用虚拟制造技术对展开工艺设计，然后进
行再加工与生产，如若客户满意继续进行生产，如若客户不满意或者是存有问题
需要进行修改。

建模以及元模型应该经过相应的理论计算、推理以及修改等，之
后才可以在计算机当中进行设计且全面优化。

在对零件进行设计的时候应该有一
个小型的系统，依照不一样零件的特征对相应的数据进行设定，依据这些数据信
息建立一个完整的模型，之后形成零件的相应元模型，并且基于此，对结构模型
进行设计，然后展开分类与分级，通过推论之后可以变成独立的产品。

建立产品
模型主要是虚拟制造当中最为重要的目标，一般情况下，系统当中会出现差异性
领域，所以根据不一样的产品种类需要建立相应的模型，进而对模型的现实作用
进行保证。

2虚拟制造技术在机械工程中发挥的优势
2.1强大的通用性和分析处理复杂问题的能力
虚拟样机技术建立和发展的基础是分析力学和多体运动力学，该技术的关键
是对复杂机械系统进行自动建模。

因此，大多数的虚拟样机技术软件主要运用的
是带约束乘子的微分代数混合方程。

令每个构件都有六个自由度是它的核心，还
要要求其对多余的自由度进行限制，实现其具有良好的通用性，达到适用性强的
目的。

与此同时，虚拟样机技术还对机械系统的详细环节进行考虑，具体指弹性、接触和摩擦等因素。

2.2为机械系统建模带来便利
传统的机械系统建模中要先建立运动分析，随后在运动分析的基础上进行动
力分析，这中间需要许多的图形分析和公式推导。

但是图形的分析和公式的推导
过程往往比较复杂，并且错误率高。

同样的建模过程中设计人员只需要将机械的
构成方式和连接方法以及相应的物理参数实施输入，其后的建模和求解只需要计
算来完成就可以了，极大地帮助设计人员承担了许多的设计难度。

2.3强大的后期处理能力
在传统的分析方法上通常得出的是大量的数据，数据的理解还要依靠丰富的
经验和理论。

但是运用虚拟样机计算软件为复杂性的数据提供了可视化技术，使
得设计人员直观地看到机械设计的性能和运动效果。

3虚拟制造技术的核心
3.1虚拟制造中的建模技术
虚拟技术的虚拟指的是通过计算机语言将现实生产当中的机械制造流程映射
出来，其中涉及到很多流程和步骤，主要有模型化、形式化以及计算机化等。

建
模环节涉及三种模型的建立：第一，生产模型，生产模型可以宏观的划分为动态
和静态两种描述，动态描述需要基于系统状态以及需求性质均已知，然后进行全
方位的预测和判断，静态描述主要考察的是系统生产的能力和特性；第二，产品
模型，该环节的主要工作是对产品的外观特征以及各参数进行具体的描述；第三，工艺模型，这个环节需要在产品的生产过程当中充分联系各工艺参数，从而将现
实制造系统映射出来。

3.2虚拟制造中的仿真技术
所谓仿真技术是指通过计算机语言将复杂的机械生产系统进行模型化处理，
对其进行模型化和简洁化从而获得最终的系统模型。

对于仿真得到的系统模型进
行应用分析，便可以实现在虚拟状态下对产品的性能参数进行分析。

仿真和实际
的生产系统是两个互相独立的系统，他们之间不会产生相互干扰作用，与此同时，仿真系统可以充分地利用计算机的计算能力，从而大大缩短生产过程当中所耗用
的时间成本，可以帮助我们最大化地减少人力、物力以及财力的浪费。

仿真技术
涉及到的环节比较复杂，其中，制造的仿真和加工的仿真是两个互相独立的过程。

3.3虚拟制造中的虚拟现实技术
虚拟制造中的虚拟现实技术是基于计算机图像系统、计算机显示系统以及计
算机控制等接口设备，为人类展现出一种沉浸体验的计算机技术。

虚拟现实技术
主要是为了改善以往使用的传统的计算机交互方式，从而更好地提升计算机的操
作性能。

此外，虚拟现实技术中的操作者、机器以及人机接口是目前为止最有力
的一种仿真形式，极大地便利了人们对虚拟环境的体验，给人以身临其境的感觉。

4虚拟制造技术在现代机械工程中的应用
4.1具有强大的通用性和功能性
虚拟样机技术的建立和发展离不开分析力学和多刚体动力学，这两门学科是
该技术得以快速发展的必要基础条件，虚拟样机技术的核心所在是解决复杂状况
下的机械系统建模问题。

实际上，虚拟样机软件在对机械系统的运动进行分析计
算的时候绝大多数采取的都是带有约束乘子的微分方程。

建立该微分方程的基础
是假设系统当中构建的自由度是六，对于多余的自由度分别进行限制，从而保证
其通用性和适用性。

4.2极大的简化了建模过程
传统意义上的建模是在对机械系统的运动状况进行分析的基础上作出相应的动力分析和计算，因此，该过程当中不可避免的是对图形的分析处理以及相关公式的大量计算。

考虑到系统运动的复杂性，所以，图形及其公式处理都是相当繁琐的，这就导致在对图形分析和公式计算的时候很容易出现各种各样的错误。

与之相对应的虚拟制造技术当中的建模不需要做这些大量的前期工作，而仅仅需要工作人员将构建的连接方式、基本的物理参数进行输入，然后借助强大的计算机来完成后期的分析和求解，不仅大大减少了工作量还有效提升了设计的精准度。

4.3具备高效的数据处理能力
数据处理一直以来都是一个比较繁琐的过程，出来对数据理性的归纳分析以外还必须要求工作人员具备极高的工作素养。

虚拟制造技术不仅帮助我们直观的看到运动的整个过程，还可以对机械的性能进行全方位的掌握。

5结束语
综上所述，虚拟制造技术是现代机械工程设计领域的重要组成部分，也是适应市场经济不断发展的要求，有利于加强对现代工程设计各方面的掌握，以便于对虚拟制造技术的应用工作进行科学合理的规划，提高运用的效果，提高其经济效益与社会效益。

参考文献:
[1]苗壮.机械工程设计中的虚拟制造技术.山东工业技术，2018.10.60.
[2]黄岳阳.现代机械工程设计中的虚拟制造技术初探.科技展望，2016，26.34.107.
[3]伊纪斌.现代机械工程设计中的虚拟制造技术探讨.中国高新技术企业，2016.05.73-74.。