虛擬仿真技術(shù)在礦山機械設(shè)計制造中的應(yīng)用和前景

黃 斌

（江西省核工業(yè)地質(zhì)局培訓中心，江西 南昌 330002）

隨著計算機水平的提升，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)成為了現(xiàn)實。其能夠借助于創(chuàng)設(shè)情境來進行實驗模擬，找出解決問題的措施。隨著技術(shù)水平的提升，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)經(jīng)過了三個歷程。

最初，虛擬仿真技術(shù)是模擬機仿真，隨后又出現(xiàn)了數(shù)字混合機仿真，最后形成了數(shù)字機仿真。不但如此，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到多個方面之中，尤其是在礦山機械制造之中。因為礦山機械占地面積比較大，對精確度的要求比較高，進行制造非常困難，而虛擬仿真技術(shù)的使用能夠有效的改善這一現(xiàn)狀，使礦山機械設(shè)計制造更加順利。

1 虛擬仿真技術(shù)定義

虛擬仿真技術(shù)能夠幫助人們對所創(chuàng)建的虛擬世界進行修改或者是分析、控制等操作。其主要方式是借助于計算機平臺將自然環(huán)境中可能出現(xiàn)的場景進行虛擬化，這一虛擬場景幾乎具備真實場景的所有功能，虛擬仿真技術(shù)之所以受到人們的關(guān)注也是因為這一技術(shù)[1]。虛擬技術(shù)擁有信息交互性、渲染性以及感知性等特征。借助于虛擬仿真技術(shù)，對礦山周圍的環(huán)境進行創(chuàng)設(shè)，能夠為礦山機械設(shè)計工作的調(diào)整提供支持，使其更加適應(yīng)礦山生產(chǎn)開采的現(xiàn)實需要。需要注意的是，虛擬仿真技術(shù)在構(gòu)建模型的過程中，不僅要考慮到外觀，還應(yīng)該展現(xiàn)出形態(tài)、質(zhì)感等多個角度的內(nèi)容。

較為常見的虛擬仿真技術(shù)軟件有Vega、VRMAP、IMAGIS等。

2 虛擬仿真技術(shù)在礦山機械設(shè)計制造中的應(yīng)用理念

虛擬仿真技術(shù)，能夠?qū)⑷S建模作為立足點，展現(xiàn)出和現(xiàn)實相關(guān)的場景，模擬對礦山的開采、挖掘、運輸?shù)榷鄠€工作。并對生產(chǎn)設(shè)備作出控制，觀察機械的使用情況，也可以簡單理解為借助于三維場景，能夠展現(xiàn)出所設(shè)計的礦山機械設(shè)備的結(jié)構(gòu)和功能。

第一，對虛擬仿真技術(shù)進行應(yīng)用，主要是因為這一技術(shù)比較穩(wěn)定，不容易出現(xiàn)問題。有關(guān)人員針對這一技術(shù)進行了模擬測試，也能夠在一定程度上降低出現(xiàn)問題的概率，提高技術(shù)的應(yīng)用效果。借助于三維模型以及相關(guān)軟件設(shè)計礦山機械，操作更加簡單、便捷[2]。

第二，能夠使場景更加可視化。虛擬仿真技術(shù)能夠為相關(guān)工作人員展現(xiàn)出機械制造的細節(jié)，使其更加真實、清晰，將設(shè)計思維從抽象轉(zhuǎn)化成為具體內(nèi)容，非常直觀，能夠為相關(guān)人員設(shè)計工作的后續(xù)開展提供支持。

第三，借助于虛擬仿真技術(shù)，能夠在虛擬環(huán)境和現(xiàn)實環(huán)境中同時對礦山機械設(shè)計制造進行研究，達成人機交互這一目標，為礦山機械的模擬使用提供支持。

3 虛擬仿真技術(shù)在礦山機械設(shè)計制造中的作用

虛擬仿真技術(shù)也被稱之為計算機仿真技術(shù)，在21世紀受到了人們的廣泛關(guān)注。主要技術(shù)包括將計算機作為代表的多項技術(shù)，比如說，計算機建模技術(shù)、計算機繪圖技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)、集成電路技術(shù)等。根據(jù)相關(guān)資料調(diào)查分析發(fā)展，目前虛擬仿真技術(shù)在娛樂、教育、藝術(shù)等行業(yè)已經(jīng)較為成熟，在工業(yè)中的應(yīng)用還處在初步發(fā)展階段。虛擬仿真技術(shù)的技術(shù)水平比較強，能夠在較短的時間內(nèi)對重力、阻力、摩擦因素、牛頓定律等多個物理內(nèi)容進行計算，并開展動力交互。這一技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，使工業(yè)仿真化、虛擬化成為了現(xiàn)實，推動了工業(yè)的進一步發(fā)展[3]。

將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到礦山機械設(shè)計之中，能夠通過構(gòu)建機械模型，進行動態(tài)分析，獲得一些更加精準的參數(shù)，對設(shè)計規(guī)劃進行調(diào)整。這能夠減少機械設(shè)備生產(chǎn)需要投入的資金。在進行實驗模擬時，只需要借助于計算機平臺進行操作，不需要在制造樣機進行試驗，這在一定程度上也降低了資金的消耗。除此之外，還能夠?qū)Υ笮蜋C械所開展的設(shè)計進行補充，使其更加完善。在進行機械設(shè)計時，有關(guān)人員可以借助于計算機來進行一系列的數(shù)據(jù)計算，并創(chuàng)建相關(guān)的模型，這能夠有效地降低實驗的難度。所以，借助于虛擬仿真技術(shù)能夠使機械設(shè)備所進行的設(shè)計更加有效，提升大型機械設(shè)計水平，減少對零件的成本投入，降低了生產(chǎn)建設(shè)成本。

4 虛擬仿真技術(shù)在礦山機械設(shè)計制造中的應(yīng)用

虛擬仿真技術(shù)主要是借助于計算機來進行操作，為此，需要構(gòu)建需要設(shè)計對象的仿真模型，在這個過程中包含著幾何學、圖形學、數(shù)據(jù)處理學等多個方面的內(nèi)容。直接運用計算機系統(tǒng)來開展模擬并不可行，只能對模型進行構(gòu)建[4]。計算機能夠?qū)⑺O(shè)計的抽象的模型轉(zhuǎn)化為立體、三維的，這一模型能夠使人們直觀的感受到礦山機械設(shè)計制造各個環(huán)節(jié)。為此，工作人員在進行礦山機械設(shè)計制造的過程中，都會選擇應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，借助于虛擬仿真技術(shù)，進行礦山機械設(shè)計制造可以從以下幾個角度開展工作：

4.1 構(gòu)建三維模型

想要在計算機這一平臺中，開展大規(guī)模機械模擬實驗，就必須要設(shè)置一個安全可靠的模擬場景，并制定相關(guān)的條例進行約束。想要實現(xiàn)這一目標，就必須要構(gòu)建三維模型。三維模型能夠?qū)C械制造和其數(shù)字原型相聯(lián)系，提升對機械設(shè)計進行仿真分析的水平，發(fā)揮出大型機械設(shè)備最大化的作用。

4.2 對虛擬儀器進行測試

在對虛擬儀器進行測試時，需要開展模擬實驗，對數(shù)據(jù)作出分析，并根據(jù)所搜集到的數(shù)據(jù)開展一系列的處理工作。和傳統(tǒng)的儀器進行比較，虛擬儀器在互聯(lián)網(wǎng)中搜集處理信息的能力比較強，能夠為用戶提供個性化的服務(wù)，使用戶獲得滿意的體驗。

從源頭上來進行分析，虛擬儀器就是將傳統(tǒng)使用的儀器中的硬件配置和計算機軟件相聯(lián)系，這能夠有效的提升虛擬儀器的智能水平，在降低虛擬儀器成本的同時，創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟收益[5]。

4.3 模擬裝配流程

借助于虛擬裝配來進行礦山機械仿真設(shè)計時，需要測試機械產(chǎn)品是否能夠被正常的使用。在進行現(xiàn)實機械生產(chǎn)時，經(jīng)常會由于零件的裝配而導致機械無法正常的使用。這主要是因為相關(guān)工作人員無法在第一時間將零件全部配齊。在這一情況下，需要對原本機械中的零件進行調(diào)整、修改，甚至部分機械零件之間宣布報廢，這就導致機械無法在約定的時間內(nèi)完成生產(chǎn)工作，會帶給企業(yè)重大的經(jīng)濟損失，導致機械制造需要消耗大量的人力、物力和資金，而借助于虛擬仿真技術(shù)，能夠有效的解決這一問題。

借助于模擬裝配流程，能夠提升其可視化水平，構(gòu)建專門的立體模擬。除此之外，借助于計算機技術(shù)，還能夠?qū)ρb配完成的機械進行檢測，對性能形成全面的認識。并在互聯(lián)網(wǎng)平臺中，對所有零件的裝配情境進行檢查，這能夠有效的提升生產(chǎn)水平，減少需要投入的資金，充分利用資源[6]。

4.4 進行人機交互仿真實驗

可以構(gòu)建專門的系統(tǒng)，并將XYZ三軸作為立足點，模擬所設(shè)計的機械設(shè)備平移旋轉(zhuǎn)的場景，實現(xiàn)人機交互操作。比如說，在進行采煤機設(shè)計制造的過程中，可以利用互聯(lián)網(wǎng)對設(shè)計完成的虛擬采煤機進行平移、割煤炭等操作，也可以通過手動來對虛擬采煤機進行控制，調(diào)整期運行速度等。這能夠使機械設(shè)計制造人員認識到自己設(shè)計所存在的問題，及時的作出調(diào)整，這一技術(shù)的使用有效的提升了虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用水平，能夠使所設(shè)計的機械更加適應(yīng)礦山的開采、運輸?shù)雀黜椆ぷ鳌?/p>

4.5 構(gòu)建三維仿真系統(tǒng)

礦山開采一般都需要深入地底進行工作，井下的環(huán)境并不是非常好，容易出現(xiàn)一些安全問題，這在一定程度上增強了機械進行礦山生產(chǎn)的難度。構(gòu)建三維仿真系統(tǒng)，能夠展現(xiàn)出夜間的情境和人機交互的方式等，使礦山設(shè)計人員對礦山的風險形成更加全面的認識，在進行設(shè)計的過程中，考慮到諸多場景對機械造成的影響，并盡可能的將風險降到最低，使所設(shè)計的機械能夠更加安全的進行工作，延長使用壽命，為礦山機械設(shè)計制造企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟收益[7]。

5 虛擬仿真技術(shù)的重要性

在進行機械設(shè)計制造的過程中，使用虛擬仿真技術(shù)，能夠?qū)Υ笮蜋C械的零件進行分析，探究對其進行加工的方式。除此之外，借助于這一技術(shù)，能夠使工作人員了解對大型機械進行加工的步驟。有效的提升了機械設(shè)備生產(chǎn)水平，降低了人力資源、物力資源和資金的不必要消耗。

6 虛擬仿真技術(shù)在礦山機械設(shè)計制造中的前景

虛擬仿真技術(shù)的實用性比較強，操作簡單便捷，能夠使場景可視化，達成人機交互這一目標。將其應(yīng)用到礦山機械設(shè)計制造之中，能夠減少設(shè)計需要花費的時間，使設(shè)計工作更加高效，為礦山機械設(shè)計制造企業(yè)創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟收益，在一定程度上也保障了礦山生產(chǎn)質(zhì)量，使礦山機械使用更加安全。

借助于虛擬仿真技術(shù)，能夠有效的降低在進行礦山機械設(shè)計制造的過程中出現(xiàn)問題的概率，有關(guān)工作人員可以通過學習相關(guān)知識，對機械設(shè)備進行更加全面的了解，并開展模擬訓練，更加熟練機械的操作方式，提升操作能力，使機械設(shè)備的使用更加安全[8]。

為此，可以發(fā)現(xiàn)虛擬仿真技術(shù)對礦山機械設(shè)計制造有著非常重要的作用。能夠有效的提升進行設(shè)計制造的水平，使相關(guān)工作更加高效的完成，降低出現(xiàn)安全風險的概率，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到礦山機械設(shè)計制造中是時代發(fā)展的必然。

7 總結(jié)

根據(jù)上文來進行分析，自從上個世紀末，虛擬仿真技術(shù)水平已經(jīng)得到了一定的提升，隨著計算機技術(shù)的進一步發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到現(xiàn)實生活中，并且在機械制造領(lǐng)域，受到了人們的重視。虛擬仿真技術(shù)能夠?qū)Υ笮蜋C械的設(shè)計思路進行模擬，并按照思路進行模擬的裝配和性能測試。這能夠有效的降低對機械設(shè)計資源的不必要消耗，確保大型機械的性能處在穩(wěn)定狀態(tài)下，借助于虛擬仿真技術(shù)，還能夠?qū)Υ笮蜋C械的各項功能進行測試，使機械穩(wěn)定的進行運轉(zhuǎn)。

目前，虛擬仿真技術(shù)在各行各業(yè)之中得到了較為普遍的應(yīng)用，特別是在進行大型機械設(shè)計制造時，需要合理的對虛擬仿真技術(shù)進行使用，使虛擬仿真技術(shù)在機械設(shè)計制造過程中發(fā)揮最大化作用，提升礦山機械制造水平，為礦山生產(chǎn)工作的順利開展提供支持。