黃 斌

（江西省核工業(yè)地質(zhì)局培訓(xùn)中心，江西 南昌 330002）

隨著計(jì)算機(jī)水平的提升，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)成為了現(xiàn)實(shí)。其能夠借助于創(chuàng)設(shè)情境來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M，找出解決問(wèn)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(guò)了三個(gè)歷程。

最初，虛擬仿真技術(shù)是模擬機(jī)仿真，隨后又出現(xiàn)了數(shù)字混合機(jī)仿真，最后形成了數(shù)字機(jī)仿真。不但如此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到多個(gè)方面之中，尤其是在礦山機(jī)械制造之中。因?yàn)榈V山機(jī)械占地面積比較大，對(duì)精確度的要求比較高，進(jìn)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(jī)械設(shè)計(jì)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(duì)所創(chuàng)建的虛擬世界進(jìn)行修改或者是分析、控制等操作。其主要方式是借助于計(jì)算機(jī)平臺(tái)將自然環(huán)境中可能出現(xiàn)的場(chǎng)景進(jìn)行虛擬化，這一虛擬場(chǎng)景幾乎具備真實(shí)場(chǎng)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?yàn)檫@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(duì)礦山周?chē)沫h(huán)境進(jìn)行創(chuàng)設(shè)，能夠?yàn)榈V山機(jī)械設(shè)計(jì)工作的調(diào)整提供支持，使其更加適應(yīng)礦山生產(chǎn)開(kāi)采的現(xiàn)實(shí)需要。需要注意的是，虛擬仿真技術(shù)在構(gòu)建模型的過(guò)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(gè)角度的內(nèi)容。

較為常見(jiàn)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(jī)械設(shè)計(jì)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(diǎn)，展現(xiàn)出和現(xiàn)實(shí)相關(guān)的場(chǎng)景，模擬對(duì)礦山的開(kāi)采、挖掘、運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)工作。并對(duì)生產(chǎn)設(shè)備作出控制，觀察機(jī)械的使用情況，也可以簡(jiǎn)單理解為借助于三維場(chǎng)景，能夠展現(xiàn)出所設(shè)計(jì)的礦山機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)和功能。

第一，對(duì)虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，主要是因?yàn)檫@一技術(shù)比較穩(wěn)定，不容易出現(xiàn)問(wèn)題。有關(guān)人員針對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行了模擬測(cè)試，也能夠在一定程度上降低出現(xiàn)問(wèn)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(jì)礦山機(jī)械，操作更加簡(jiǎn)單、便捷[2]。

第二，能夠使場(chǎng)景更加可視化。虛擬仿真技術(shù)能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作人員展現(xiàn)出機(jī)械制造的細(xì)節(jié)，使其更加真實(shí)、清晰，將設(shè)計(jì)思維從抽象轉(zhuǎn)化成為具體內(nèi)容，非常直觀，能夠?yàn)橄嚓P(guān)人員設(shè)計(jì)工作的后續(xù)開(kāi)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(shí)環(huán)境中同時(shí)對(duì)礦山機(jī)械設(shè)計(jì)制造進(jìn)行研究，達(dá)成人機(jī)交互這一目標(biāo)，為礦山機(jī)械的模擬使用提供支持。

3 虛擬仿真技術(shù)在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的作用

虛擬仿真技術(shù)也被稱(chēng)之為計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，在21世紀(jì)受到了人們的廣泛關(guān)注。主要技術(shù)包括將計(jì)算機(jī)作為代表的多項(xiàng)技術(shù)，比如說(shuō)，計(jì)算機(jī)建模技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(lè)、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(qiáng)，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)重力、阻力、摩擦因素、牛頓定律等多個(gè)物理內(nèi)容進(jìn)行計(jì)算，并開(kāi)展動(dòng)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(shí)，推動(dòng)了工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展[3]。

將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到礦山機(jī)械設(shè)計(jì)之中，能夠通過(guò)構(gòu)建機(jī)械模型，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，獲得一些更加精準(zhǔn)的參數(shù)，對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)劃進(jìn)行調(diào)整。這能夠減少機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)需要投入的資金。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M時(shí)，只需要借助于計(jì)算機(jī)平臺(tái)進(jìn)行操作，不需要在制造樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，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(jī)械所開(kāi)展的設(shè)計(jì)進(jìn)行補(bǔ)充，使其更加完善。在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，有關(guān)人員可以借助于計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行一系列的數(shù)據(jù)計(jì)算，并創(chuàng)建相關(guān)的模型，這能夠有效地降低實(shí)驗(yàn)的難度。所以，借助于虛擬仿真技術(shù)能夠使機(jī)械設(shè)備所進(jìn)行的設(shè)計(jì)更加有效，提升大型機(jī)械設(shè)計(jì)水平，減少對(duì)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(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

虛擬仿真技術(shù)主要是借助于計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行操作，為此，需要構(gòu)建需要設(shè)計(jì)對(duì)象的仿真模型，在這個(gè)過(guò)程中包含著幾何學(xué)、圖形學(xué)、數(shù)據(jù)處理學(xué)等多個(gè)方面的內(nèi)容。直接運(yùn)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)開(kāi)展模擬并不可行，只能對(duì)模型進(jìn)行構(gòu)建[4]。計(jì)算機(jī)能夠?qū)⑺O(shè)計(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)制造各個(gè)環(huán)節(jié)。為此，工作人員在進(jìn)行礦山機(jī)械設(shè)計(jì)制造的過(guò)程中，都會(huì)選擇應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，借助于虛擬仿真技術(shù)，進(jìn)行礦山機(jī)械設(shè)計(jì)制造可以從以下幾個(gè)角度開(kāi)展工作：

4.1 構(gòu)建三維模型

想要在計(jì)算機(jī)這一平臺(tái)中，開(kāi)展大規(guī)模機(jī)械模擬實(shí)驗(yàn)，就必須要設(shè)置一個(gè)安全可靠的模擬場(chǎng)景，并制定相關(guān)的條例進(jìn)行約束。想要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，就必須要構(gòu)建三維模型。三維模型能夠?qū)C(jī)械制造和其數(shù)字原型相聯(lián)系，提升對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真分析的水平，發(fā)揮出大型機(jī)械設(shè)備最大化的作用。

4.2 對(duì)虛擬儀器進(jìn)行測(cè)試

在對(duì)虛擬儀器進(jìn)行測(cè)試時(shí)，需要開(kāi)展模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)數(shù)據(jù)作出分析，并根據(jù)所搜集到的數(shù)據(jù)開(kāi)展一系列的處理工作。和傳統(tǒng)的儀器進(jìn)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(qiáng)，能夠?yàn)橛脩?hù)提供個(gè)性化的服務(wù)，使用戶(hù)獲得滿(mǎn)意的體驗(yàn)。

從源頭上來(lái)進(jìn)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(jì)算機(jī)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(shí)，創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟(jì)收益[5]。

4.3 模擬裝配流程

借助于虛擬裝配來(lái)進(jìn)行礦山機(jī)械仿真設(shè)計(jì)時(shí)，需要測(cè)試機(jī)械產(chǎn)品是否能夠被正常的使用。在進(jìn)行現(xiàn)實(shí)機(jī)械生產(chǎn)時(shí)，經(jīng)常會(huì)由于零件的裝配而導(dǎo)致機(jī)械無(wú)法正常的使用。這主要是因?yàn)橄嚓P(guān)工作人員無(wú)法在第一時(shí)間將零件全部配齊。在這一情況下，需要對(duì)原本機(jī)械中的零件進(jìn)行調(diào)整、修改，甚至部分機(jī)械零件之間宣布報(bào)廢，這就導(dǎo)致機(jī)械無(wú)法在約定的時(shí)間內(nèi)完成生產(chǎn)工作，會(huì)帶給企業(yè)重大的經(jīng)濟(jì)損失，導(dǎo)致機(jī)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(wèn)題。

借助于模擬裝配流程，能夠提升其可視化水平，構(gòu)建專(zhuān)門(mén)的立體模擬。除此之外，借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)，還能夠?qū)ρb配完成的機(jī)械進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)性能形成全面的認(rèn)識(shí)。并在互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中，對(duì)所有零件的裝配情境進(jìn)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(jìn)行人機(jī)交互仿真實(shí)驗(yàn)

可以構(gòu)建專(zhuān)門(mén)的系統(tǒng)，并將XYZ三軸作為立足點(diǎn)，模擬所設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)備平移旋轉(zhuǎn)的場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互操作。比如說(shuō)，在進(jìn)行采煤機(jī)設(shè)計(jì)制造的過(guò)程中，可以利用互聯(lián)網(wǎng)對(duì)設(shè)計(jì)完成的虛擬采煤機(jī)進(jìn)行平移、割煤炭等操作，也可以通過(guò)手動(dòng)來(lái)對(duì)虛擬采煤機(jī)進(jìn)行控制，調(diào)整期運(yùn)行速度等。這能夠使機(jī)械設(shè)計(jì)制造人員認(rèn)識(shí)到自己設(shè)計(jì)所存在的問(wèn)題，及時(shí)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(jì)的機(jī)械更加適應(yīng)礦山的開(kāi)采、運(yùn)輸?shù)雀黜?xiàng)工作。

4.5 構(gòu)建三維仿真系統(tǒng)

礦山開(kāi)采一般都需要深入地底進(jìn)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(wèn)題，這在一定程度上增強(qiáng)了機(jī)械進(jìn)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(jī)交互的方式等，使礦山設(shè)計(jì)人員對(duì)礦山的風(fēng)險(xiǎn)形成更加全面的認(rèn)識(shí)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，考慮到諸多場(chǎng)景對(duì)機(jī)械造成的影響，并盡可能的將風(fēng)險(xiǎn)降到最低，使所設(shè)計(jì)的機(jī)械能夠更加安全的進(jìn)行工作，延長(zhǎng)使用壽命，為礦山機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)收益[7]。

5 虛擬仿真技術(shù)的重要性

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)制造的過(guò)程中，使用虛擬仿真技術(shù)，能夠?qū)Υ笮蜋C(jī)械的零件進(jìn)行分析，探究對(duì)其進(jìn)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(duì)大型機(jī)械進(jìn)行加工的步驟。有效的提升了機(jī)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(jī)械設(shè)計(jì)制造中的前景

虛擬仿真技術(shù)的實(shí)用性比較強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單便捷，能夠使場(chǎng)景可視化，達(dá)成人機(jī)交互這一目標(biāo)。將其應(yīng)用到礦山機(jī)械設(shè)計(jì)制造之中，能夠減少設(shè)計(jì)需要花費(fèi)的時(shí)間，使設(shè)計(jì)工作更加高效，為礦山機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟(jì)收益，在一定程度上也保障了礦山生產(chǎn)質(zhì)量，使礦山機(jī)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(jìn)行礦山機(jī)械設(shè)計(jì)制造的過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的概率，有關(guān)工作人員可以通過(guò)學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行更加全面的了解，并開(kāi)展模擬訓(xùn)練，更加熟練機(jī)械的操作方式，提升操作能力，使機(jī)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(duì)礦山機(jī)械設(shè)計(jì)制造有著非常重要的作用。能夠有效的提升進(jìn)行設(shè)計(jì)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(fēng)險(xiǎn)的概率，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到礦山機(jī)械設(shè)計(jì)制造中是時(shí)代發(fā)展的必然。

7 總結(jié)

根據(jù)上文來(lái)進(jìn)行分析，自從上個(gè)世紀(jì)末，虛擬仿真技術(shù)水平已經(jīng)得到了一定的提升，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活中，并且在機(jī)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(jī)械的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行模擬，并按照思路進(jìn)行模擬的裝配和性能測(cè)試。這能夠有效的降低對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)資源的不必要消耗，確保大型機(jī)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(jī)械的各項(xiàng)功能進(jìn)行測(cè)試，使機(jī)械穩(wěn)定的進(jìn)行運(yùn)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(jìn)行大型機(jī)械設(shè)計(jì)制造時(shí)，需要合理的對(duì)虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行使用，使虛擬仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造過(guò)程中發(fā)揮最大化作用，提升礦山機(jī)械制造水平，為礦山生產(chǎn)工作的順利開(kāi)展提供支持。