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虚拟现实技术在机械设计与制造中的应用

发表时间：2020/6/15 来源：《基层建设》2020年第6期作者：于昌平

[导读] 摘要：随着时代的进步与科学技术的不断发展，虚拟现实技术逐渐被广泛应用。

        大连金鼎石油化工机器有限公司辽宁大连 116103
        摘要：随着时代的进步与科学技术的不断发展，虚拟现实技术逐渐被广泛应用。虚拟现实技术作为一种新型的高科技网络技术，能够在诸多行业领域中发挥出重要的作用与价值。机械设计与制造行业是我国的重要支柱产业，在机械设计与制造中应用虚拟现实技术，有着广阔的前景和优势。基于此，文章对虚拟现实技术在机械设计与制造中的应用进行分析研究，仅供参考。
        关键词：虚拟现实技术；机械设计与制造；应用分析
        引言：
        智能制造（ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ＩＭ）已成为我国制造业新一轮产业技术变革的主要方向，它集合了人工智能、柔性制造、虚拟制造、系统控制、网络集成、信息处理等学科和技术的发展。近年来，我国的科学技术水平尤其是计算机互联网相关技术发展迅速，在此背景下，基于计算机互联网技术而产生发展的虚拟现实技术日益影响到了人们的生产生活。作为一种新兴的高科技技术，虚拟现实技术在机械设计与制造中被广泛应用，有效推动了机械设计与制造产业的发展。当前，我国对虚拟现实技术在机械设计与制造中的应用研究不足，使得虚拟现实技术在机械设计与制造中应用的优势和价值难以发挥。基于此，本文对虚拟现实技术及其在机械设计与制造中的应用进行分析。
        1虚拟现实技术概述
        1.1内涵概述
        虚拟现实技术产生于20世纪60年代，这一技术的产生与发展基础是计算机图形学、计算机仿真技术、人机交互技术、多媒体信息处理技术、信息传感技术等多种技术的创新发展，其本质是一种依靠计算机网络与信息传感处理而进行运算的交叉性虚拟技术。虚拟现实技术不仅仅可以使体验用户在近乎于真实的环境中感受事物，还可以应用在多种行业领域中，帮助行业领域发展进步。例如，虚拟现实技术能够实现对产品的制造过程中的事物仿真，并借助计算机技术对产品的概念设计、工艺技术等生产制造过程进行管理、控制和优化。随着计算机技术、传感技术和网络通信技术的提高，尤其在“中国制造２０２５”大背景下，智能制造更是得到推动式的发展。特别的，虚拟现实技术在机械工程（如在机床设计、零部件装配、维修等）领域内的应用，大大推动了机械智能制造重大工程的实施。虚拟现实（ＶＲ）是一种创建人与世界的计算机系统，是一种人机交互工具，利用虚拟现实技术、模拟使人产生身临其境的感觉，能够操纵极端复杂数据并与之交互。根据用户参与程度和沉浸感的不同，通常将虚拟现实系统分为：桌面式虚拟现实系统、沉浸式虚拟现实系统、分布式虚拟现实系统。
        1.2特点及优势
        虚拟现实技术有着诸多的特点和优势。由于目前自动化技术及信息技术的发展，使得机械工作不再是简单地重复，而是利用各种程序来完成智能化操作，实现了机械的智能化操作与维护，大大提升了机械工作效率与总体稳定性，在工作时能够更加精准地完成任务。具体而言，虚拟现实技术有着以下特点特征：1）实时性。虚拟现实技术能够根据用户的交流互动，实时对用户的使用感受进行记录，并在此基础上对用户所提出的建议进行分析，对产品概念设计与生产制造过程进行优化与改进。虚拟现实技术能够直观且直接地将用户建议进行反馈改进，显著提高产品的应用性能。2）感知性。虚拟现实技术能够让用户通过视觉、触觉、听觉等感知方式对机械产品的功能进行感受和使用，不仅为机械产品设计人员提供更多的产品设计思路，也为用户感受机械产品功能提供了更为丰富的方式手段[1]。3）交互性。虚拟现实技术的一大优势就是用户可以通过多种方式与虚拟世界环境中的事物对象进行交流或者互动，这就帮助相关机械产品制造与设计人员能够通过用户与产品的交互，对产品进行优化和改进。

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        2机械设计制造及自动化的发展现状
        2.1机械设计方法
        一些发达国家在机械设计领域展开了深入研究，特别是对设计准则保持了高度重视，不仅仅针对不同的机械领域制订了非常详细的设计准则，而且还会及时更新数据，新型设计方法的引入保证了设计始终与时代发展相适应。目前，大量企业已经实现了无纸化办公，机械图纸的设计与传输全部通过计算机网络来完成。CAD作为机械设计领域应用最为广泛的辅助工具被我国企业纷纷引入，在机械设计方面同时参考了一些发达国家的设计标准，有效缩小了我国与发达国家在机械设计领域的差距，但仍有部分小型企业在沿用传统的设计方式，这会影响到这些企业核心竞争力的提升。
        2.2机械制造工艺
        机械设备在制造环节选择的工艺和工具会在很大程度上影响到产品的质量。通过机械制造工艺的改进和加工方法的优化能够有效提升自动化水平，使机械制造的质量与水平得到根本性提升[2]。发达国家在机械加工方法与加工工艺方面投入了大量资金与人力来展开深度研究，包括激光加工、电磁加工、复合加工等方式在内的全新技术被广泛应用，机械加工设备实现了自动化。但我国机械制造工艺发展速度非常缓慢，关于新工艺的研究与应用较少，很多制造厂家还在沿用具有数十年历史的设备，自动化水平无法得到保证。
        3虚拟现实技术在机械设计与制造中的应用分析
        3.1虚拟现实技术在机械设计中应用
        机械产品的制造与生产过程中，最为基础的工作就是机械产品的概念设计，对机械产品进行设计，是后续生产制造工作开展进行的前提条件。产品的概念设计是相关设计人员创造性思维的体现。而在机械设计中应用虚拟现实技术，有着两个方面的作用与体现：首先虚拟现实技术能够帮助相关设计人员对机械产品的概念进行优化，虚拟现实技术的交互性与感知性的特点能够让设计人员通过用户对产品的虚拟使用感受不断对机械产品进行优化[3]。同时，虚拟现实技术还能够让设计人员利用三维环境直接对机械产品的模型参数等进行修改，提高产品设计的效率与质量。其次虚拟现实技术能够帮助设计人员更加清晰地掌握产品实际地体验感受与概念设计之间的区别与差异，帮助设计人员根据设计思路对机械产品设计概念进行调整。除此之外，虚拟现实技术能够让用户直接对产品进行感受，从而帮助产品设计者了解到用户的使用体验，针对用户需求对机械产品设计进行优化。
        3.2虚拟现实技术在机械制造中应用
        虚拟现实技术在机械制造中的应用主要有三种表现形式，分别为设计、控制与生产[4]。在机械制造中，相关工作人员可以先行应用虚拟现实技术，模拟在机械制造中的产品设计情况，并以此作为依据对机械产品的制造工艺与技术等进行不断地调整与改进，使得机械制造技术工艺获得提升，提高机械制造的效率与质量水平。在机械制造过程中，则可以应用虚拟现实技术对整体制造过程流程进行模拟，从而更好地控制机械制造工作，对机械制造进行管理，更加细致地对机械制造过程进行监控。在机械制造生产中，虚拟现实技术则能够及时地发现产品问题，从而加以解决处理，提升机械产品品质性能。
        结束语：
        综上所述，在当今虚拟现实技术不断发展进步的背景与趋势下，社会中各行各业都已普及应用虚拟现实技术。在机械设计与制造中，虚拟现实技术的应用有着诸多的优势与价值，对其进行分析研究希望能够帮助机械设计与制造产业进一步发展。
        参考文献：
        [1]陆人华.浅析机械设计与制造技术现状及相关先进技术[J].世界有色金属，2019（11）：179-180.
        [2]王正铎.浅析仿真技术在机械设计与制造中的应用[J].电子元器件与信息技术，2019（03）：95-98.
        [3]陈国金.信息技术背景下机械设计制造及其自动化探讨[J].内燃机与配件，2018（18）：227-228.
        [4]雷万帅.机械设计制造中虚拟现实技术研究[J].山东工业技术，2018（13）：17.