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)

在機械工程實踐生產(chǎn)中，仿真平臺可以對機械工程實驗中的操作艙、機械制動器等提供一些技術(shù)上的支持，虛擬仿真技術(shù)在機械工程實驗操作中發(fā)揮著十分重要的作用。本文結(jié)合虛擬仿真技術(shù)在機械工程實驗中的應(yīng)用進行了詳細的分析與探討，希望為虛擬仿真技術(shù)在機械工程中的應(yīng)用提供正確的發(fā)展方向。

虛擬仿真技術(shù)；機械工程；實驗

用一個虛擬的系統(tǒng)模式模仿另一個真空系統(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)實技術(shù)或是模擬技術(shù)。近年來，計算機技術(shù)的發(fā)展為人類探索新的試驗研究領(lǐng)域做出了巨大的貢獻。廣義的講，虛擬仿真技術(shù)一直有效地應(yīng)用在人類認識自然界客觀規(guī)律的歷程中。在計算機技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展中，其漸漸形成自己獨有的體系，為人類未來科技發(fā)展開辟新的發(fā)展路線，而這項技術(shù)在機械工程實驗中的應(yīng)用也越來越廣泛。建立仿真平臺是虛擬仿真技術(shù)通過計算機虛擬現(xiàn)實技術(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現(xiàn)對機械制動效果的可視化分析。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，機械工程的實驗設(shè)備也有了全新的變化。傳統(tǒng)的實驗設(shè)備由于價格昂貴，實驗過程中很多技術(shù)還不夠成熟，導(dǎo)致實驗操作變得復(fù)雜。由于體積結(jié)構(gòu)的原因，也給實驗的操作帶來一定的難度。為了滿足當(dāng)前機械工程實驗的需要，就要對過去老舊的儀器設(shè)備進行淘汰，所以，在現(xiàn)代技術(shù)不斷發(fā)展過程中，虛擬仿真技術(shù)成為機械工程實驗中較為普遍的現(xiàn)象。

1 虛擬技術(shù)在機械工程中的作用

1.1 有效縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期

在我國的機械產(chǎn)品研發(fā)中，大部分都已經(jīng)運用上了計算機仿真技術(shù)。仿真技術(shù)除了可以仿真實現(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)品的真實發(fā)展?fàn)顩r。虛擬技術(shù)主要是運用虛擬模型來取代現(xiàn)實模型，驗證相關(guān)的設(shè)計方案，這樣一來，有效避免了傳統(tǒng)的設(shè)計模式中出現(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)的真實運行狀態(tài)，然后再運用計算機對設(shè)計中存在的問題進行及時有效的修改，并通過對系統(tǒng)的改善選出最優(yōu)的設(shè)計方案，這樣能夠極大地減少實驗成本。相關(guān)技術(shù)人員還要按照自身的經(jīng)驗，將成本分解到各個零部件中，對比零部件的實際價格與預(yù)計成本之間的差異，從而達到降低產(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)通過對實際制造活動中的人、事物以及制造過程開展仿真活動，在虛擬環(huán)境中獲取數(shù)據(jù)信息，及時發(fā)現(xiàn)機械制造工程中有可能會遇到的問題，通過虛擬技術(shù)來落實對機械制造產(chǎn)品的預(yù)見與決策。在機械產(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)人員運用計算機仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)為整個機械工程制造作支撐，通過對產(chǎn)品的設(shè)計及制造等過程開展一系列的工作，并在產(chǎn)品的設(shè)計階段對其進行仿真，然后預(yù)測產(chǎn)品的功能與特性，并預(yù)計產(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，對今后我國制造業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生非常深遠的影響，進而全面帶動我國機械工程的全面發(fā)展。

2.2 虛擬儀器

虛擬儀器是以計算機技術(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。它主要是利用計算機軟件，將計算機采集到的信息對硬件進行及時調(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)，運用計算機中的各種軟件來實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器實現(xiàn)不了的功能，幾乎是完全不同的測量，進而有效降低了測試儀器的使用費用。虛擬儀器還有一個特點，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時間。

2.3 虛擬產(chǎn)品開發(fā)

虛擬產(chǎn)品在開發(fā)過程中，主要運用的就是計算機及相關(guān)的工藝技術(shù)，在裝配和制造過程中還會運用到相關(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)作是一個數(shù)學(xué)模型，這樣不僅可以更為方便地對其進行修改，而且還能夠減少實驗成本，從而達到提升產(chǎn)品品質(zhì)的目的。

3 虛擬仿真技術(shù)在機械工程實驗中的典型應(yīng)用

3.1 帶傳動性能測試實驗

機械工程專業(yè)實驗室的一個重要組成部分是帶傳動性能測試，這也是虛擬仿真技術(shù)在整個機械工程試驗中非常典型的應(yīng)用手段之一。這一測試試驗可以更為直觀地讓技術(shù)人員觀察帶傳動和彈性滑動現(xiàn)象，通過對數(shù)據(jù)的分析來達到控制帶動問題的目的。

3.2 數(shù)控加工仿真實驗

數(shù)字加工技術(shù)是綜合計算機應(yīng)用技術(shù)中的微電子技術(shù)和機械加工技術(shù)。但是，數(shù)控機床的價格非常高，并且運行程序的設(shè)置相當(dāng)復(fù)雜，這也在一定程度上限制了機械工程實驗的整體效率。虛擬仿真技術(shù)，可以保證技術(shù)人員對機械機床的加工環(huán)境及相關(guān)流程有一個系統(tǒng)的認知。

4 虛擬實驗室建設(shè)構(gòu)想

在進行虛擬實驗室建設(shè)思路設(shè)計時，首先，要保證實驗室操作實踐的最終目的與機械工程專業(yè)知識體系是協(xié)調(diào)統(tǒng)一的，然后，再去具體研究實驗設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性。其次，要根據(jù)實際的實驗狀況來構(gòu)建虛擬的仿真平臺，根據(jù)仿真平臺的構(gòu)建來運用仿真器材代替?zhèn)鹘y(tǒng)操作實驗中的事物操作。

5 結(jié)語

虛擬仿真技術(shù)有效克服了傳統(tǒng)實驗中的一些難以解決的實驗問題，提升了技術(shù)人員實驗操作的參與度，摒除老舊的知識，并將虛擬實驗與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段進行緊密結(jié)合，全面促進機械工程實驗的綜合發(fā)展。對于機械設(shè)計來說，其根本目的是為了設(shè)計出科學(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)計都是一個自下而上的設(shè)計過程，這種設(shè)計過程在實際設(shè)計中比較容易產(chǎn)生裝配體各個部件的設(shè)計目的與預(yù)計設(shè)計出現(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)計流程，而且還能夠最大程度上降低設(shè)計時間，從而全面提升機械工程的整體效率。

[1] 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)展研討會論文集，2006.

[2] 李國成，丁烈云，查曉雄.虛擬仿真技術(shù)在鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用[C]//中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)分會第十次年會論文集，2005.

[3] 丁克勤，喬松，方銘杰.基于虛擬仿真技術(shù)的起重機械動力學(xué)評價方法[C]//中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會論文摘要集，2009.

[4] 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)展研討會論文集，2005.

[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)展研討會論文集，2006.

[6] 李國成，丁烈云，查曉雄.虛擬仿真技術(shù)在鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用[C]//中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)分會第十次年會論文集，2005.

[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)會議論文集，2009.

[8] 王豐元，鄭龍躍，任余華.基于虛擬仿真技術(shù)的駕駛系統(tǒng)場景設(shè)計[C]//Proceedings of 14th Chinese Conferenceon System Simulation Technology amp; Application (CCSSTA’2012)，2012.

[9] 丁克勤，喬松，方銘杰.基于虛擬仿真技術(shù)的起重機械動力學(xué)評價方法[C]//中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會論文摘要集，2009.

[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。