梁海涛
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摘要:虚拟制造技术指在机械制造中通过对机械的制造过程进行仿真和模拟，最大程度降低机械产品的生产成本。近年来，虚拟制造技术得到了迅速的发展，其在现代机械工程设计中的应用更加广泛，逐渐成为现代机械工程设计中的关键技术。鉴于此，文章就现代机械工程设计中的虚拟制造技术进行深入研究和分析，以供参考和借鉴。
关键词:现代机械:工程设计:虚拟制造:分析
虚拟制造是二十世纪末在全球制造业中引起广泛关注的一种新的制造方法与模式，其本质是以计算机支持的仿真技术和虚拟现实技术为前提，对产品设计、工艺规划、加工制造等生产过程进行统一建模， 在产品设计阶段，实时地、并行地模拟出产品未来制造全过程及其对产品设计的影响，预测产品性能、产品制造技术、产品的可制造性，从而更有效、更经济、柔性灵活地组织生产，以达到产品的开发周期和成本的最小化，产品设计质量的最优化，生产效率的最高化。
1虚拟制造技术内容分析
1.1建模技术
虚拟技术的虛拟指的是通过计算机语言将现实生产当中的机械制造流程映射出来，其中涉及到很多流程和步骤，主要有模型化、形式化以及计算机化等。建模环节涉及三种模型的建立:第一，生产模型。生产模型可以宏观的划分为动态和静态两种描述。动态描述需要基于系统状态以及需求性质均己知，然后进行全方位的预测和判断。静态描述主要考察的是系统生产的能力和特性:第二，产品模型。该环节的主要工作是对产品的外观特征以及各参数进行具体的描述;第三，工艺模型。这个环节需要在产品的生产过程当中充分联系各工艺参数，从而将现实制造系统映射出来。
1.2仿真技术
所谓仿真技术是指通过计算机语言将复杂的机械生产系统进行模型化处理，对其进行模型化和简洁化从而获得最终的系统模型。对于仿真得到的系统模型进行应用分析，便可以实现在虛拟状态下对产品的性能参数进行分析。仿真和实际的生产系统是两个互相独立的系统，他们之间不会产生相互干扰作用，与此同时，仿真系统可以充分地利用计算机的计算能力，从而大大缩短生产过程当中所耗用的时间成本，可以帮助我们最大化地减少人力、物力以及财力的浪费。仿真技术涉及到的环节比较复杂，其中制造的仿真和加工的仿真是两个互相独立的过程。
1.3虚拟现实技术
虛拟制造中的虚拟现实技术是基于计算机图像系统、计算机显示系统以及计算机控制等接口设备，为人类展现出一种沉浸体验的计算机技术。虚拟现实技术主要是为了改善以往使用的传统的计算机交互方式，从而更好地提升计算机的操作性能。此外，虚拟现实技术中的操作者、机器以及人机接口是目前为止最有力的一种仿真形式，极大地便利了人们对虚拟环境的体验，给人以身临其境的感觉。
2现代化机械工程设计分析
机械设计的主要目的是实现在实际应用中的使用功能，让机械产品具有- -定的创新性，实现功能强大，经济低廉等的优势。传统机械工程在设计过程中主要是受当时条件的影响，在许多方面有局限性。设计时需要要的数据要通过大量的计算分析之后得以确定，不能体现其精确性，整体设计不够严谨。并且传统的机械设计主要依靠的是设计人员的经验和自己的能力，因此质量高效，生产合理等无法到理想的效果。与传统机械设计不同的是现代化机械工程设计充分利用了当前社会科学发展的技术条件，如先进的计算机技术，在一些列分析过程中运用了有关力学和数学等学科知识。从传统的比较随意性的设计中，逐渐转化为以计算数据为基础的设计，拥有的知识体系比较完整，其中涉及到动态现代化设计，使机械设计更符合现代化发展的需要。
3现代机械工程设计中虚拟制造技术应用优势
3.1具有分析处理复杂问题的能力
虚拟样机技术建立和发展的基础是分析力学和多体运动力学，该技术的关键是对复杂机械系统进行自动建模。因此，大多数的虚拟样机技术软件主要运用的是带约束乘子的微分代数混合方程。令每个构件都有六个自由度是它的核心，还要要求其对多余的自由度进行限制，实现其具有良好的通用性，达到适用性强的目的。与此同时，虚拟样机技术还对机械系统的详细环节进行考虑，具体指弹性、接触和摩擦等因素。
3.2极大的简化了建模过程
传统意义上的建模是在对机械系统的运动状况进行分析的基础上作出相应的动力分析和计算，因此，该过程当中不可避免的是对图形的分析处理以及相关公式的大量计算。考虑到系统运动的复杂性，所以，图形及其公式处理都是相当繁琐的，这就导致在对图形分析和公式计算的时候很容易出现各种各样的错误。与之相对应的虚拟制造技术当中的建模不需要做这些大量的前期工作，而仅仅需要工作人员将构建的连接方式、基木的物理参数进行输入，然后借助强大的计算机来完成后期的分析和求解，不仅大大减少了工作量还有效提升了设计的精准度。
3.3具有强大的后期处理能力
在传统的分析方法上通常得出的是大量的数据，数据的理解还要依靠丰富的经验和理论。但是运用虚拟样机计算软件为复杂性的数据提供了可视化技术，使得设计人员直观地看到机械设计的性能和运动效果。
3.4虚拟样机技术在机械工程设计中的优势
虚拟样机技术在机械工程设计中具有强大的通用性,能够对设计过程中非常复的问题进行处理或解决。虚拟样机技术主要是在力学和动力学基础上不断发展和提高,也是实现对复杂问题简单化处理的有效途径和重要手段。大多数虚拟样机都采用的是代数混合方程方式将复杂问题转化为简单化，虚拟样机中的每个构件多有6个自由度,并且相互之间约束,能够实现其通用性优势,方便建立不同类型的模型。同时虚拟样机能够使机械系统建模更加方便使软件更具有强大的后期处理功能。传统的机械系统工程要根据运动分析,然后建立模型,虽然步骤不多,但是中间涉及到的大量数据计算和图形分析等过程比较复杂，往往会在经意间出现差错，还会浪费大量的人力、物力和财力,才能进一步的确保模型的建立的准确性。但是如果在设计过程中采用虚拟样机技术,相应的在人力物力等方面减少了很多，而且提高了工作效率。在建模之前的数据计算等求解过程中有是通过计算机完成,不但简单,而且精确度高,也使得设计人员在设计过程中有更新的思路和想法,让机械工程设计更具有时代意义。传统分析方法主要是利用大量的数据，在丰富的经验基础上得出结果。虚拟样机技术在结果分析.上有了更多的表达形式,关于机械性能和效果显示也比较直观，便于工作人员分析和理解,实现了其强大的技术功能。
4结束语
综上所述，随着科学技术的提高，我国工业领域中的技术发展和先进工艺技术的应用也越来越广泛。虚拟制造技术的发展和应用，将会改变现代化机械工程设计过程中传统的制造模式。能在产品制造出来之前对出现错误的地方进行修改，实现对产品性能的预测等优势，提高了产品质量和生产效率以及制造周期，具有广阔的发展前景。虚拟制造技术实现 了现代工程机械工程设计领域中的设计、试制等一系列过程的直观性。它可以在虚拟环境中计算好一切，然后投入生产，更好的代替了现实生活中的产品。现实技术和仿真技术是虚拟制造技术的前提，它可以更好的节省实际物质，节省时间，节省人力，还能更直观地了解产品生产的具体情况，打开了机械制造和设计的全新局面。
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