林成彪
广东智源机器人科技有限公司 广东省佛山市 528311
摘要：近些年国民经济发展迅速，在机械工程设计制造领域，也开始逐渐应用虚拟制造技术，并受到广泛关注。随着该技术的应用，机械设计制造领域迎来新的发展趋势。基于此，本文就虚拟制造技术在机械设计制造中的应用展开研究，首先阐述了虚拟制造技术，其次对其具体应用进行深入分析，希望能够为虚拟制造技术的应用和发展起到推动作用。
关键词：虚拟制造技术；机械设计制造；应用
当前，机械制造水平迅速提高，知识经济飞速发展，为满足市场发展需求，缩短研发时间，提高研发效率，降低生产成本，各生产厂家开始应用各种新技术来提高机械设计制造质量和效率。传统设计制造一般在图纸上实现，产品装配中存在的问题多发生在开发后期，此时零件已经生产，一旦出现问题会导致损失严重，为了降低生产制造过程的损失，企业开始应用信息化技术，通过虚拟制造降低零件错误率，提高设计制造质量。
一、虚拟制造技术概述
虚拟制造并未有统一定义，但是其可以概述为：通过仿真和虚拟现实技术结合，利用群组协同工作，在模型指导下对产品功能、性能、可加工性等方面进行模拟预估，及时优化产品，对产品制造整个过程进行管控[1]。虚拟制造技术以设计、生产和控制为中心，其属于新型制造技术。在信息技术、仿真技术、虚拟现实技术支持下进行设计制造，涉及的学科内容多，其核心技术包括接口技术、虚拟现实技术和建模仿真技术。
虚拟制造技术优点表现在三个方面：第一，适用性好，不同类型的机械设计制造应用虚拟制造技术既能够确保其中问题得到解决，同时利用虚拟制造技术相关软件详细描述机械元件特征。第二，准确性高，机械设计制造是为了确保机械模型设计数据准确，需要对各机械元件的运行进行详细分析，并做好计算分析。由于计算过程复杂，一旦数据错误就会导致整个结果不准确，而采用虚拟制造技术可以通过模型数据进行计算，提高计算准确性，同时可以根据模型运行情况修改相关参数。完善机械元件组合，保证数据准确，降低成本，减轻工作量。第三，安全性高，机械设计制造采用虚拟制造技术，可以保障机械模型信息安全，提高后期处理质量。对设计人员而言，采用虚拟制造技术可以更加了解机械元件连接情况，使模型信息更加可靠和构建质量更高的模型，从而更有效的分析机械内部结构，在保证虚拟模型信息安全的基础上帮助设计人员了解模型设计曲线，合理判断机械运行效率，使机械设计制造工作能够顺利进行。
二、虚拟制造技术在机械设计制造中的应用
（一）建模技术
利用系统将实际制造情况映射到虚拟环境中，通过RMS模型化、计算机抽象描述等实现虚拟映射。虚拟制造系统建模主要包括建立生产模型、产品模型以及工艺模型。生产模型主要采用静态描述和动态描述两种方式，其中静态描述针对的是系统生产能力及其特性，动态描述是指在已知系统状态和需求上全面预测产品整个过程。产品模型主要是指制造过程实体的总称，通过明确产品模型，才能够使虚拟制造系统集成产品实施具体过程，因此单一和静止不只是产品模型固有状态，模型面貌是在抽象技术应用中产生的。工艺模型可以将产品工艺内容准确展示出来，其能够将产品与生产两个模型结合起来。
（二）仿真技术
仿真技术是利用计算机使复杂的现实抽象化和简洁化，进而形成能够分析的一种系统模型仿真，该过程不会影响实际生产。其主要是通过对系统模型仿真并应用计算机的计算能力缩短作业时间，节省人力和物力成本，同时计算机技术也具有良好的仿真修复作用，帮助工程师选择最佳方案。通过仿真技术可以降低产品设计失误率，简化结果评测工作。通过制造仿真以及加工仿真技术的应用提高机械设计制造过程的质量和效率[2]。
（三）虚拟现实技术
虚拟现实技术通过改进计算机交互方式提高即时操作性，该技术是有图形系统和接口设备共同构成的。在交互型计算机系统基础上建立虚拟环境，在此基础上进行仿真操作。
图1 虚拟制造技术
（四）具体应用
1.在产品开发过程中的应用。传统机械设计制造是落实某一环节出现问题就会导致产品整体质量受到影响，工程师需要重新测试制造试样，从而影响生产效率，导致资源浪费。而随着虚拟制造技术的应用，可以对整个产品生产制造过程进行有效管控，只需要在物理样机制造之前，对产品开展工程分析和性能检测，了解符合机械生产的各相关参数，利用虚拟现实技术取代物理样机，缩短产品生产周期，提高生产质量。
2.在机械设计中的应用。机械产品设计时，利用虚拟制造技术可以提高产品性能，满足设计要求。实际应用时需要注意优化各环节，避免各种要素影响效益，设计人员要根据实际情况设计产品。仔细研究检查产品各性能，并分析其是否符合要求，若不符合则指出，并及时调整。利用虚拟制造技术设计机械主体时，可利用数据传输和信号控制等设备作用，确保设计工作能够顺利进行。机械设计常用系统为VR-CAD，该系统将虚拟技术与CAD融合起来，既能够设计产品外形，也能够了解内部信息，而直接采用CAD系统设计机械时，可以在其中加入虚拟制造技术来优化设计格式，以便后续修改和提高设计效果，降低设计隐患的发生率。
图2 基于虚拟制造技术设计
3.在机械制造中应用。在机械制造中采用虚拟制造技术取代传统仿真技术，实施时工作人员需要了解虚拟制造技术要点，并通过计算机群组协同工作，将产品制造环节整合起来，利用三维动态仿真对机械制造情况进行实时观察，有效管控制造工艺和加工环节。通过虚拟制造技术可控制各制造环节，保证制造产品的质量。同时随着计算机控制系统的应用，可以简化制造流程，减少工作压力，保证产品质量，降低生产制造成本。虚拟制造技术可以取代物理模型，实时检测和分析产品情况，并能够及时修改制造问题。
结束语：
综上所述，在机械设计制造中应用虚拟制造技术，可以有效解决传统机械设计制造中的缺陷，优化机械设计制造过程，及时调整、修改设计，降低失误率，提高生产效率，避免浪费资源。因此，企业需要掌握并应用虚拟制造技术，充分发挥该技术在机械设计制造中的作用，并积极开发5G技术下的虚拟制造系统，提高虚拟制造效率，为企业带来更多的经济效益，并推动虚拟制造技术实现创新发展。
参考文献：
[1]杨晓宇.虚拟制造技术在现代机械工程设计中的应用[J].环球市场,2019(5).
[2]陈光.浅谈机械制造企业中的虚拟制造核心思路[J].科学与信息化,2019(23):89-90.