虛擬樣機(jī)技術(shù)及其在工程機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用

劉毅

（成都理工大學(xué) 核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院，四川 成都 610059）

虛擬樣機(jī)技術(shù)及其在工程機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用

劉毅

（成都理工大學(xué) 核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院，四川 成都 610059）

當(dāng)前在網(wǎng)絡(luò)科技不斷發(fā)展的環(huán)境下，許多工程部門(mén)采取了新技術(shù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)改革，這一舉措推動(dòng)了工程設(shè)計(jì)工作的發(fā)展。筆者從虛擬樣機(jī)技術(shù)的特征出發(fā)，簡(jiǎn)要介紹了虛擬樣機(jī)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況，最后討論了虛擬樣機(jī)技術(shù)在工程機(jī)械上的使用情況以及發(fā)展前景。

虛擬樣機(jī)技術(shù)；工程機(jī)械；產(chǎn)品設(shè)計(jì)

目前大多數(shù)工程設(shè)計(jì)都進(jìn)行了新技術(shù)改革，并且也取得了一定的進(jìn)步和發(fā)展，在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)現(xiàn)代化和提高工作效率上，有一定的成效。在虛擬樣機(jī)技術(shù)使用于工程機(jī)械領(lǐng)域的過(guò)程中，許多產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了非物質(zhì)化依賴化，主要依靠虛擬樣機(jī)技術(shù)便可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整個(gè)流程，有利于新產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)利用，實(shí)現(xiàn)新科技環(huán)境下的新技術(shù)開(kāi)發(fā)。

1 虛擬樣機(jī)技術(shù)的特征

（1）概念的新穎性。虛擬樣機(jī)技術(shù)在工程領(lǐng)域有著頗為成功的運(yùn)用，其特征之一在于設(shè)計(jì)概念的新穎性，是一種全新的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念。傳統(tǒng)的仿真機(jī)主要是對(duì)于單個(gè)子系統(tǒng)的模仿，人們已經(jīng)逐漸意識(shí)到這種仿真機(jī)即使針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能都進(jìn)行了優(yōu)化，但并非這種簡(jiǎn)單的將已經(jīng)得到優(yōu)化的子系統(tǒng)進(jìn)行疊加就可以使得整體系統(tǒng)得到優(yōu)化。虛擬樣機(jī)技術(shù)而是強(qiáng)調(diào)整體優(yōu)化大于機(jī)械式的疊加優(yōu)化，使得虛擬整機(jī)與虛擬環(huán)境進(jìn)行不斷的耦合，對(duì)于各種產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案進(jìn)行檢測(cè)、評(píng)價(jià)，不斷改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案以達(dá)到最優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)整體最優(yōu)而不是局部?jī)?yōu)化。

（2）設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性。通過(guò)整機(jī)結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等的獨(dú)立設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)局部?jī)?yōu)化促進(jìn)整體優(yōu)化是傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法慣用的套路。在虛擬樣機(jī)技術(shù)中，注重各個(gè)子系統(tǒng)之間的動(dòng)態(tài)交互與協(xié)調(diào)求解，改善了傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，因設(shè)計(jì)考慮不周，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)之后發(fā)現(xiàn)不足導(dǎo)致的浪費(fèi)現(xiàn)象。通過(guò)虛擬樣機(jī)技術(shù)，逐漸建立起各個(gè)子系統(tǒng)之間的多體動(dòng)力學(xué)虛擬樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的協(xié)同設(shè)計(jì)，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，解決問(wèn)題，以系統(tǒng)的測(cè)試分析來(lái)驅(qū)動(dòng)整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程。

2 虛擬樣機(jī)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

（1）虛擬樣機(jī)技術(shù)在國(guó)外的運(yùn)用。早在美國(guó)最早研制出無(wú)圖紙研發(fā)飛機(jī)波音777時(shí)，虛擬樣機(jī)技術(shù)就已經(jīng)在飛機(jī)研發(fā)的設(shè)計(jì)、裝配、性能評(píng)價(jià)以及分析評(píng)估上發(fā)揮了重大作用，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用不僅使得波音777飛機(jī)的研制成本大大降低至75%，而且使得制造周期大大縮短一半，并且確保了產(chǎn)品最終一次性成功裝接，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)制造的一次偉大成功。著名的生產(chǎn)工程機(jī)械商John Deere公司在解決工程機(jī)械在高速行駛時(shí)的蛇行現(xiàn)象以及重載下自己震動(dòng)問(wèn)題時(shí)，積極地采用虛擬樣機(jī)技術(shù)進(jìn)行原因查找，并且大膽的進(jìn)行方案改進(jìn)，虛擬樣機(jī)技術(shù)大大提高了產(chǎn)品的高速行駛性能與重載作業(yè)性能，解決了傳統(tǒng)方式無(wú)法查找原因的問(wèn)題。還有類(lèi)似福特公司等美國(guó)的汽車(chē)制造公司也都相繼采用了虛擬樣機(jī)技術(shù)來(lái)進(jìn)行樣圖的設(shè)計(jì)和產(chǎn)品檢測(cè)、評(píng)估，其目的之一就是降低開(kāi)開(kāi)產(chǎn)品的成本，減少在研發(fā)使用的過(guò)程中存在的風(fēng)險(xiǎn)，從而改進(jìn)產(chǎn)品的質(zhì)量，并且獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益，由此來(lái)達(dá)到自己生產(chǎn)產(chǎn)品的目的。

（2）虛擬樣機(jī)技術(shù)在國(guó)內(nèi)的運(yùn)用。虛擬樣機(jī)技術(shù)在國(guó)內(nèi)的主要應(yīng)用體現(xiàn)在對(duì)于虛擬樣機(jī)技術(shù)的技術(shù)內(nèi)涵、組成運(yùn)行模式進(jìn)行進(jìn)一步的探討，深入的研究虛擬樣機(jī)技術(shù)在自主研發(fā)平臺(tái)上的發(fā)展前景以及在科技高速發(fā)展過(guò)程中的環(huán)境支持。多領(lǐng)域研究虛擬樣機(jī)技術(shù)有助與對(duì)于該技術(shù)的深入開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)虛擬樣機(jī)技術(shù)在于各個(gè)行業(yè)內(nèi)的廣泛應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)的虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用實(shí)例比較多，在許多科學(xué)研究中廣泛應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)進(jìn)行深入的開(kāi)發(fā)，獲得了較好的成果，這項(xiàng)技術(shù)為國(guó)內(nèi)制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展帶來(lái)了無(wú)限可能。研究員也紛紛將虛擬樣機(jī)技術(shù)分散應(yīng)用于汽車(chē)制造業(yè)、工程機(jī)械業(yè)等等各個(gè)行業(yè)，在國(guó)防工業(yè)以及航天航空業(yè)等進(jìn)行更加廣泛的應(yīng)用，不斷的促進(jìn)虛擬樣機(jī)技術(shù)的完善和發(fā)展，增強(qiáng)我國(guó)的企業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力。

3 虛擬樣機(jī)技術(shù)在工程機(jī)械上的應(yīng)用以及前景

（1）虛擬樣機(jī)技術(shù)在工程機(jī)械上的使用流程。虛擬樣機(jī)技術(shù)在工程機(jī)械上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在能夠保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)的美觀性、舒適性。安全性、可靠性、制造的簡(jiǎn)便性以及可維護(hù)性等等。由于虛擬樣機(jī)技術(shù)具備其他技術(shù)所沒(méi)有的可視性特點(diǎn)，因此可以再計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品組裝以及性能優(yōu)化 等，并且綜合考慮產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)在虛擬的環(huán)境中進(jìn)行進(jìn)一步的尺寸模型分析，利用可以被直接操縱和修改的生成模型進(jìn)行產(chǎn)品的不斷完善。市場(chǎng)上一些成熟的軟件，如：CAD、CAE等都可以進(jìn)行虛擬工程機(jī)械設(shè)計(jì)，虛擬樣機(jī)技術(shù)主要是利用圖1流程進(jìn)行產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)利用。

圖1 虛擬樣機(jī)開(kāi)發(fā)的一般流程

上述流程借助商業(yè)上的三圍CAD軟件進(jìn)行構(gòu)圖設(shè)計(jì)分析，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)虛擬樣機(jī)技術(shù)在工程機(jī)械設(shè)計(jì)上的有效利用。

（2）虛擬樣機(jī)技術(shù)在工程機(jī)械上的發(fā)展情況。虛擬樣機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的低成本、高效益，并且擺脫產(chǎn)品設(shè)計(jì)的物質(zhì)依賴性，是一種全新的開(kāi)發(fā)模式，將會(huì)給工程機(jī)械設(shè)計(jì)帶來(lái)重大影響。主要的發(fā)展前景體現(xiàn)在：加快產(chǎn)品更新?lián)Q代、引發(fā)一輪虛擬產(chǎn)品的銷(xiāo)售潮，企業(yè)引發(fā)新的競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)和增長(zhǎng)點(diǎn)、促進(jìn)企業(yè)間聯(lián)盟、加快技術(shù)人員的技術(shù)提高，優(yōu)勝劣汰速度。如此一來(lái)，將有利于產(chǎn)品的研發(fā)和企業(yè)的發(fā)展，以及人員素質(zhì)的不斷提高，可見(jiàn)，在新時(shí)代虛擬樣機(jī)技術(shù)將成為工程機(jī)械產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的主流，引發(fā)全球經(jīng)濟(jì)新挑戰(zhàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

文章討論了虛擬樣機(jī)技術(shù)在工程機(jī)械上的應(yīng)用，探討了虛擬樣機(jī)技術(shù)的特征以及該技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用情況，大膽的暢想了新技術(shù)在工程機(jī)械上的開(kāi)發(fā)利用情況，虛擬樣機(jī)技術(shù)的發(fā)展將有助于新產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，同時(shí)促進(jìn)工程機(jī)械流程的不斷改革完善，促進(jìn)我國(guó)工程機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)高效、資源節(jié)約、發(fā)展迅速、人員配置合理的高效設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

［1］李寒杰.虛擬樣機(jī)技術(shù)及其在工程機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用［J］.裝備制造技術(shù)，2012，（6）：302-304.

［2］張旭，祖旭，薄瑞峰.協(xié)同虛擬樣機(jī)技術(shù)及其在工程機(jī)械產(chǎn)品中的應(yīng)用［J］.礦山機(jī)械，2004，（2）：44-46+5.

Virtual Prototyping Technology and its Application in Construction Machinery

LIU Yi
（School of Nuclear Technology and Automation，Chengdu University of Technology，Chengdou，Sichuan 610059，China）

Intheenvironmentofthecontinuousdevelopmentofnetworktechnology，manyengineeringdepartmentshaveadopted anewtechnologyproductdesignreform，whichhaspromotedthedevelopmentofengineeringdesignwork.Basedonthecharacteristics of virtual prototyping technology，this paper briefly introduces the application of virtual prototyping technology，and finally discusses theapplicationanddevelopmentprospectofvirtualprototypingtechnologyinconstructionmachinery.

virtualprototypingtechnology；constructionmachinery；productdesign

TP391.72

A

2095-980X（2017）02-0078-01

2017-02-16

劉毅（1992-），男，四川武勝人，大學(xué)本科，主要研究方向：機(jī)械工程。