何勰緋

（廣州工程技術職業(yè)學院，廣東 廣州 510925）

0 引言

VR的虛擬仿真技術是通過借助或使用多媒體技術、虛擬現(xiàn)實技術與網(wǎng)絡通信技術等各方面科學技術的根基上高速發(fā)展起來的。它是一種將仿真技術與虛擬現(xiàn)實技術相結合的產(chǎn)物，是更高級的仿真技術。虛擬仿真技術搭建了一個全新的模擬系統(tǒng)環(huán)境，通過將需要模擬的各類環(huán)境系統(tǒng)結合成為一個新的模擬空間進行控制，為用戶提供一種“真實”的環(huán)境感受，提前得到自己想要的虛擬“結果”。這些模擬仿真技術的實體可以是模擬器，也可以是其他的虛擬仿真系統(tǒng)，還可以是一些簡單的數(shù)學模型表示。通過這些實體或者虛擬產(chǎn)品在虛擬環(huán)境中相互作用，來表現(xiàn)客觀世界的真實特征。達到用戶預期的期望結果，通過虛擬仿真技術的集成化、虛擬化與網(wǎng)絡化的特征，來滿足現(xiàn)代工業(yè)模擬仿真制造技術的發(fā)展需求?，F(xiàn)代裝備制造行業(yè)領域工業(yè)，隨著計算機技術、仿真技術、測試技術的發(fā)展，得到了高速的發(fā)展。

1 VR的虛擬仿真技術及其研究狀況

1.1 VR的虛擬仿真技術基本原理

VR的模擬仿真技術是通過利用計算機強大的計算功能，使用虛擬的系統(tǒng)軟件來模擬計算來真實的系統(tǒng)，經(jīng)過提前設定好的程序進行運算，得出相關的計算參數(shù)結果。借助計算機的強大功能來創(chuàng)建一個虛擬的系統(tǒng)環(huán)境，來讓用戶體驗這種系統(tǒng)環(huán)境帶來的感覺或感受，這種虛擬世界或概念世界。用戶可以通過各種感知渠道（例如視覺，聽覺和觸摸）自然地與虛擬世界互動。它創(chuàng)建了一個三維虛擬世界，以模擬方式實時反映物理對象的變化和交互，并通過各種輔助傳感設備為用戶提供了三維觀察和與虛擬世界的交互和數(shù)據(jù)手套。該系統(tǒng)界面允許用戶來對這種虛擬系統(tǒng)環(huán)境的親身體驗，感受虛擬環(huán)境中的各種仿真模擬角色的變化情況，達到真實的體驗效果。VR的虛擬仿真技術是通過結合計算機技術，計算機圖形學，計算機視覺，視覺生理學，視覺心理學，模擬技術，微電子技術，多媒體技術，信息技術，立體顯示技術，傳感和測量技術，軟件工程，語音識別和合成技術，人類機器接口技術，網(wǎng)絡技術和人工智能技術等方面的學科的融合。在其保證模擬仿真計算的真實度、以及實時性的交互使用上，為系統(tǒng)仿真技術提供了強大的支持。

1.2 VR虛擬仿真技術的基本現(xiàn)狀

隨著為了經(jīng)濟的發(fā)展，傳統(tǒng)的工業(yè)制造行業(yè)面臨著人工成本不斷地提高，項目實施周期不斷增長，數(shù)種設備間的協(xié)同合作比較困難，以及在工業(yè)化的后期生產(chǎn)維護保養(yǎng)出現(xiàn)相對困難的情況。虛擬仿真模擬工業(yè)化仿真平臺擁有強大的物理實時計算功能，可以真實模擬現(xiàn)實各種真實的物理動態(tài)特征。它提供了多種動態(tài)交互方法并可以支持多種高速電子傳輸技術碰撞替代操作。對于大多數(shù)工業(yè)仿真用戶而言，很容易就能完美地呈現(xiàn)許多只能停留在此之前的出色的交互式仿真創(chuàng)意解決方案，并將仿真方法和技術實現(xiàn)水平的革命性進步帶給大多數(shù)國內(nèi)工業(yè)仿真用戶。實現(xiàn)我國工業(yè)化4.0目標。通過利用虛擬仿真技術的改變單一的人機操作現(xiàn)象，借助三維空間的技術和多通道模擬技術，如視覺、聽覺和觸覺的模擬。將操作者帶入“真實”的操作環(huán)境中，更快地身臨其境融進操作環(huán)境中，加快工業(yè)化生產(chǎn)中各環(huán)節(jié)流程。

1.3 虛擬仿真技術在裝備制造領域的應用優(yōu)勢

（1）設計評審時，VR虛擬仿真技術可以對產(chǎn)品的設計方案和相關信息進行動態(tài)的數(shù)據(jù)可視展現(xiàn)，使整個設計評審過程更直觀有效。

（2）運維巡檢中，企業(yè)可以結合VR全景視頻，全方位、多角度巡檢生產(chǎn)線現(xiàn)場設備，也可以結合AR交互設備遠程巡檢設備內(nèi)部運行狀況。

（3）遠程協(xié)作上，VR虛擬仿真可實現(xiàn)遠程指導作業(yè)，它從設備上的傳感器導入數(shù)據(jù)進行狀態(tài)實時監(jiān)控，使用戶在中央控制室中就能對整個工廠設備進行狀態(tài)監(jiān)測與異常問題處理。

（4）操作培訓方面，VR虛擬仿真通過語音及虛擬標簽進行培訓教學，可以模擬機械操作及應急處置等幫助學員快速學習。

2 虛擬仿真技術在工業(yè)制造領域的應用

虛擬制造技術是通過計算機進行建立模型和制造過程的仿真，實現(xiàn)對產(chǎn)品的虛擬設計和生產(chǎn)的技術。它借助計算機的模擬仿真技術來實現(xiàn)產(chǎn)品的設計制造技術。它顛覆了產(chǎn)品的傳統(tǒng)設計，試生產(chǎn)，設計修改和批量生產(chǎn)的制造模式。虛擬制造技術是指對現(xiàn)代工業(yè)設計產(chǎn)品的一種全過程設計生產(chǎn)模擬仿真，它的整個過程包括了傳統(tǒng)制造行業(yè)里的設計、生產(chǎn)、測試等方面內(nèi)容。虛擬仿真制造技術的出現(xiàn)，為我國的工業(yè)4.0、以及現(xiàn)代所有的制造型企業(yè)提供了設計生產(chǎn)測試環(huán)節(jié)的模擬仿真技術支持，為未來工業(yè)制造企業(yè)的提供設備車間的布局設計，以及對產(chǎn)品的物流系統(tǒng)進行仿真，為新產(chǎn)品的設計，制造甚至生產(chǎn)設備和產(chǎn)品引進的各個方面進行仿真以及在車間生產(chǎn)的布置圖。上述的這些模擬仿真技術功能，為各種制造型企業(yè)在減少產(chǎn)品的設計開發(fā)周期，也大大提高了對新產(chǎn)品的開發(fā)質量情況。虛擬仿真制造技術改變了傳統(tǒng)意義上的設計、生產(chǎn)以及測試等環(huán)節(jié)的制造情況。為我國新時代的建設工業(yè)4.0的宏偉目標提供了強有力的支持。

從產(chǎn)品開發(fā)的工業(yè)流程上進行著手分析，虛擬仿真制造技術是通過利用計算機與相關軟件的強大性能與功能，來實現(xiàn)在對產(chǎn)品的虛擬仿真設計、生產(chǎn)制造工藝流程、以及產(chǎn)品的各零部組件的組裝裝配工藝流程的整個流程?，F(xiàn)代的虛擬仿真制造技術主要包括以下六個階段過程：

產(chǎn)品的概念設計過程階段；產(chǎn)品的整個設計方案過程階段；產(chǎn)品的生產(chǎn)加工制造的工藝設計過程階段；產(chǎn)品整機測試過程階段；產(chǎn)品的交付使用培訓階段；產(chǎn)品的售后服務維修保養(yǎng)階段。

我國現(xiàn)代的工業(yè)4.0制造領域里，對虛擬制造技術環(huán)節(jié)的研究環(huán)節(jié)中，它們的每個階段都是獨立的個體，缺乏有效的反饋系統(tǒng)。例如當其中的一個環(huán)節(jié)產(chǎn)品出現(xiàn)不良因素，并流入下一道工序中時，系統(tǒng)得不到有效的反饋，只能依靠產(chǎn)品的最終測試才能發(fā)現(xiàn)這些質量隱患，所有需要在后期的設計研究中提出其針對性的研究，具有良好的耦合性和有效的反饋機制，避免出現(xiàn)損失大量時間和經(jīng)費補救前期出現(xiàn)的質量問題現(xiàn)象。

3 結束語

隨著我國的科學技術的高速發(fā)展，計算機性能技術得到了提升，從而帶動了虛擬仿真技術和各種傳感設備技術的提高，使得虛擬仿真技術在工業(yè)制造行業(yè)的地位也越來越重要，不過虛擬仿真制造技術處于新生萌芽狀態(tài)，也體現(xiàn)出了其在工業(yè)制造行業(yè)中強大的生命力，但是需要在前期頭如大量的經(jīng)費和技術人員支持，加速虛擬仿真制造技術在工業(yè)裝備制造行業(yè)中的進一步的設計研究和完善。將工業(yè)制造產(chǎn)品的生命周期覆蓋在虛擬制造技術的全流程上，讓產(chǎn)品在早期的設計方案中，進行產(chǎn)品的性能功能仿真測試分析，模擬仿真產(chǎn)品制造過程中的每個環(huán)節(jié)，優(yōu)化和改善虛擬制造中的各項性能指標參數(shù)，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，節(jié)省大量的經(jīng)費支出。使得虛擬制造與測試的仿真系統(tǒng)在工業(yè)制造中體現(xiàn)出其優(yōu)越性和廣泛應用的前景。