虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用

劉倩宏

(長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院，長春 130000)

虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用

劉倩宏

(長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院，長春 130000)

在機(jī)械工程實(shí)踐生產(chǎn)中，仿真平臺(tái)可以對(duì)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)中的操作艙、機(jī)械制動(dòng)器等提供一些技術(shù)上的支持，虛擬仿真技術(shù)在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)操作中發(fā)揮著十分重要的作用。本文結(jié)合虛擬仿真技術(shù)在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的分析與探討，希望為虛擬仿真技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用提供正確的發(fā)展方向。

虛擬仿真技術(shù)；機(jī)械工程；實(shí)驗(yàn)

用一個(gè)虛擬的系統(tǒng)模式模仿另一個(gè)真空系統(tǒng)的技術(shù)就是我們通常所講的虛擬仿真。這種技術(shù)又被稱為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或是模擬技術(shù)。近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為人類探索新的試驗(yàn)研究領(lǐng)域做出了巨大的貢獻(xiàn)。廣義的講，虛擬仿真技術(shù)一直有效地應(yīng)用在人類認(rèn)識(shí)自然界客觀規(guī)律的歷程中。在計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展中，其漸漸形成自己獨(dú)有的體系，為人類未來科技發(fā)展開辟新的發(fā)展路線，而這項(xiàng)技術(shù)在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用也越來越廣泛。建立仿真平臺(tái)是虛擬仿真技術(shù)通過計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和利用硬件的仿真技術(shù)的基礎(chǔ)上形成的，其主要目的是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械制動(dòng)效果的可視化分析。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，機(jī)械工程的實(shí)驗(yàn)設(shè)備也有了全新的變化。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備由于價(jià)格昂貴，實(shí)驗(yàn)過程中很多技術(shù)還不夠成熟，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)操作變得復(fù)雜。由于體積結(jié)構(gòu)的原因，也給實(shí)驗(yàn)的操作帶來一定的難度。為了滿足當(dāng)前機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)的需要，就要對(duì)過去老舊的儀器設(shè)備進(jìn)行淘汰，所以，在現(xiàn)代技術(shù)不斷發(fā)展過程中，虛擬仿真技術(shù)成為機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)中較為普遍的現(xiàn)象。

1 虛擬技術(shù)在機(jī)械工程中的作用

1.1 有效縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期

在我國的機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)中，大部分都已經(jīng)運(yùn)用上了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。仿真技術(shù)除了可以仿真實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)外，還能夠在不消耗資源和能量的前提下反映出產(chǎn)品的真實(shí)發(fā)展?fàn)顩r。虛擬技術(shù)主要是運(yùn)用虛擬模型來取代現(xiàn)實(shí)模型，驗(yàn)證相關(guān)的設(shè)計(jì)方案，這樣一來，有效避免了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式中出現(xiàn)的問題，減低了新產(chǎn)品的開發(fā)周期，全面提升了新產(chǎn)品設(shè)計(jì)的品質(zhì)和效率。

1.2 降低了產(chǎn)品的開發(fā)成本

施工技術(shù)人員運(yùn)用虛擬仿真軟件可以在不同的虛擬環(huán)境下，模擬系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)，然后再運(yùn)用計(jì)算機(jī)對(duì)設(shè)計(jì)中存在的問題進(jìn)行及時(shí)有效的修改，并通過對(duì)系統(tǒng)的改善選出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，這樣能夠極大地減少實(shí)驗(yàn)成本。相關(guān)技術(shù)人員還要按照自身的經(jīng)驗(yàn)，將成本分解到各個(gè)零部件中，對(duì)比零部件的實(shí)際價(jià)格與預(yù)計(jì)成本之間的差異，從而達(dá)到降低產(chǎn)品開發(fā)成本的目的。

1.3 提高產(chǎn)品的制造概率

虛擬技術(shù)通過對(duì)實(shí)際制造活動(dòng)中的人、事物以及制造過程開展仿真活動(dòng)，在虛擬環(huán)境中獲取數(shù)據(jù)信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)械制造工程中有可能會(huì)遇到的問題，通過虛擬技術(shù)來落實(shí)對(duì)機(jī)械制造產(chǎn)品的預(yù)見與決策。在機(jī)械產(chǎn)品大批量的生產(chǎn)過程中，施工技術(shù)人員還要采取積極有效的預(yù)防方法，保證產(chǎn)品能夠一次性制造成功。

2 虛擬技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械工程中的應(yīng)用

2.1 虛擬制造

虛擬制造技術(shù)是我國施工技術(shù)人員運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為整個(gè)機(jī)械工程制造作支撐，通過對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及制造等過程開展一系列的工作，并在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段對(duì)其進(jìn)行仿真，然后預(yù)測產(chǎn)品的功能與特性，并預(yù)計(jì)產(chǎn)品的成本，從而高效、靈活地開展生產(chǎn)，保證新產(chǎn)品在開發(fā)過程中能夠一次成功。虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用可以轉(zhuǎn)變當(dāng)前現(xiàn)行的制造方式，對(duì)今后我國制造業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生非常深遠(yuǎn)的影響，進(jìn)而全面帶動(dòng)我國機(jī)械工程的全面發(fā)展。

2.2 虛擬儀器

虛擬儀器是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為媒介并結(jié)合了電子技術(shù)而發(fā)展起來的一種智能化設(shè)備。虛擬儀器與傳統(tǒng)的儀器相比，特點(diǎn)比較突出的地方在于虛擬儀器的功能創(chuàng)新。它主要是利用計(jì)算機(jī)軟件，將計(jì)算機(jī)采集到的信息對(duì)硬件進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。虛擬儀器還可以使用和傳統(tǒng)儀器相同的硬件系統(tǒng)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)中的各種軟件來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器實(shí)現(xiàn)不了的功能，幾乎是完全不同的測量，進(jìn)而有效降低了測試儀器的使用費(fèi)用。虛擬儀器還有一個(gè)特點(diǎn)，就是其操作非常簡單方便，這也在一定程度上降低了測試儀器的操作和維護(hù)時(shí)間。

2.3 虛擬產(chǎn)品開發(fā)

虛擬產(chǎn)品在開發(fā)過程中，主要運(yùn)用的就是計(jì)算機(jī)及相關(guān)的工藝技術(shù)，在裝配和制造過程中還會(huì)運(yùn)用到相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，依照數(shù)據(jù)信息來創(chuàng)建基于產(chǎn)品的總體模型。而在虛擬產(chǎn)品的開發(fā)環(huán)境中，施工技術(shù)人員可以將虛擬產(chǎn)品當(dāng)作是一個(gè)數(shù)學(xué)模型，這樣不僅可以更為方便地對(duì)其進(jìn)行修改，而且還能夠減少實(shí)驗(yàn)成本，從而達(dá)到提升產(chǎn)品品質(zhì)的目的。

3 虛擬仿真技術(shù)在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)中的典型應(yīng)用

3.1 帶傳動(dòng)性能測試實(shí)驗(yàn)

機(jī)械工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)重要組成部分是帶傳動(dòng)性能測試，這也是虛擬仿真技術(shù)在整個(gè)機(jī)械工程試驗(yàn)中非常典型的應(yīng)用手段之一。這一測試試驗(yàn)可以更為直觀地讓技術(shù)人員觀察帶傳動(dòng)和彈性滑動(dòng)現(xiàn)象，通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析來達(dá)到控制帶動(dòng)問題的目的。

3.2 數(shù)控加工仿真實(shí)驗(yàn)

數(shù)字加工技術(shù)是綜合計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)中的微電子技術(shù)和機(jī)械加工技術(shù)。但是，數(shù)控機(jī)床的價(jià)格非常高，并且運(yùn)行程序的設(shè)置相當(dāng)復(fù)雜，這也在一定程度上限制了機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)的整體效率。虛擬仿真技術(shù)，可以保證技術(shù)人員對(duì)機(jī)械機(jī)床的加工環(huán)境及相關(guān)流程有一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)知。

4 虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)構(gòu)想

在進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)思路設(shè)計(jì)時(shí)，首先，要保證實(shí)驗(yàn)室操作實(shí)踐的最終目的與機(jī)械工程專業(yè)知識(shí)體系是協(xié)調(diào)統(tǒng)一的，然后，再去具體研究實(shí)驗(yàn)設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性。其次，要根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)狀況來構(gòu)建虛擬的仿真平臺(tái)，根據(jù)仿真平臺(tái)的構(gòu)建來運(yùn)用仿真器材代替?zhèn)鹘y(tǒng)操作實(shí)驗(yàn)中的事物操作。

5 結(jié)語

虛擬仿真技術(shù)有效克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的一些難以解決的實(shí)驗(yàn)問題，提升了技術(shù)人員實(shí)驗(yàn)操作的參與度，摒除老舊的知識(shí)，并將虛擬實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段進(jìn)行緊密結(jié)合，全面促進(jìn)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)的綜合發(fā)展。對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)來說，其根本目的是為了設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的產(chǎn)品，這一產(chǎn)品也可以稱之為裝配體。傳統(tǒng)意義上的裝配體設(shè)計(jì)都是一個(gè)自下而上的設(shè)計(jì)過程，這種設(shè)計(jì)過程在實(shí)際設(shè)計(jì)中比較容易產(chǎn)生裝配體各個(gè)部件的設(shè)計(jì)目的與預(yù)計(jì)設(shè)計(jì)出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象，而虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用就是為了有效避免這些問題。虛擬仿真技術(shù)不僅可以讓施工技術(shù)人員簡化自身的設(shè)計(jì)流程，而且還能夠最大程度上降低設(shè)計(jì)時(shí)間，從而全面提升機(jī)械工程的整體效率。

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[5] 張琴.虛擬仿真技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用[C]//第十屆建設(shè)行業(yè)企業(yè)信息化應(yīng)用發(fā)展研討會(huì)論文集，2006.

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[7] 張朝陽.激光加工的網(wǎng)絡(luò)化交互式虛擬仿真技術(shù)[C]//第13屆全國特種加工學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，2009.

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[10] 張琴.建筑虛擬仿真技術(shù)在建筑企業(yè)的應(yīng)用[C]//第九屆建筑業(yè)企業(yè)信息化應(yīng)用發(fā)展研討會(huì)論文集，2005.

Applicationofvirtualsimulationtechnology

LIU Qian-hong

(College of Optoelectronic Information, Changchun University of Science and Technology, Changchun 130000, China)

In the practice of mechanical engineering, the simulation platform can provide some technical support for operation cabin and mechanical brake in mechanical engineering experiment. The virtual simulation technology plays a very important role in the mechanical engineering experiment. In this paper, the application of virtual simulation technology in mechanical engineering experiment is analyzed and discussed in detail, hoping to provide correct development direction for the application of virtual simulation technology in mechanical engineering.

Virtual simulation technology; Mechanical engineering; Experiment

TD407

A

1674-8646(2017)21-0124-02

2017-09-30

劉倩宏(1985-)，女，本科，助教。