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虚拟技术在机械工程的作用

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1虚拟现实技术的原理、构成和关键技术

1.1虚拟现实技术的基本要素

基于虚拟现实技术的虚拟世界能够满足下列要求:首先,凸显那些实际存在,然而由于某种原因导致人类难以达到的区域,比如宇宙空间、核反应堆或者人体内部等距离非常遥远、具有很大危险性、亦或根本无法进入的领域,这时能够通过计算机进行作业和感受;其次,反映那些实际根本不存在的事物,和实际存在的事物进行比较,比如世界杯足球赛的模拟比赛就是一个非常典型的案例[3];再次,发明在现实世界里不可能存在,并且日后也不可能存在的崭新世界,致使人类步入这一全新的世界之后,能够得到同现实世界完全不同的感受,比如,时空的转变、验证木星等星球上有没有人类生存的环境以及相应措施等。

1.2虚拟现实技术的关键技术

在VRT当中,通常不仅包括高性能计算机系统软硬件设备,而且还有实时三维图形系统与虚拟现实交互尖端技术。通过利用实时三维图形系统,能够产生有逼真感的图形,这些图像具有三维全彩色、明暗、纹理以及阴影等特点。而虚拟现实是一种交互式与高端的计算机显示技术,通常双向对话是它的一种非常重要工作途径。在开展虚拟现实交互技术时,人往往是主动的,必须参与,而不再担任观众,有些时候甚至还担当主人的任务。

2虚拟技术在现代机械工程中的作用

2.1缩短产品的开发和生产周期

当代机械产品研发能够全面利用计算机仿真技术,不但可以仿真实现产品的研发与生产过程,而且还不用消耗实际的资源与能量,然而却可以真实反映产品的相关状况。虚拟设计技术在概念设计与方案论证当中通常用虚拟模型来取代现实模型验证设计方案,很好地规避了以往设计模式中设计阶段的出现过的失误对工期与成本的巨大影响将以不断扩大的方式向后续阶段进行传播的问题,这样可以更加高效地降低新产品开发的周期,从而提高新产品设计品质与效率[4]。

2.2提升产品制造成功的概率

VRT虚拟技术通过对实际制造活动中的人、事物、信息及其制造过程展开全面的仿真活动,通过从虚拟环境中得到的各种信息,能够及时发掘制造中可能产生的问题,感受未来产品装配的特性与功能或者装配系统的运行状态,进而能够做出预见性的决策和优化实施计划。在产品大量生产之前就采取预防办法,最终实现产品一次性制造成功,保障产品一次制造均不失败。

2.3降低产品开发成本

应用系统仿真软件在不同虚拟环境中精确地模拟系统的运动状态,它能够在计算机上便捷地修改设计中存在的缺陷,模拟实验不同的设计计划,通过对整个系统进一步改进,最终得到最优设计方案,从而做出物理样机。这样就规避了以往设计中不断通过物理样机验证然后修改设计方案的过程,在很大程度上减少了实验成本[5],然后按照经验把成本层层分解到各子装配体与零件当中,再对比零件的实际价格与预计成本之间的差异,进而降低产品的开发成本。

3虚拟技术在现代机械工程中的应用领域

3.1虚拟制造

所谓虚拟制造(VM)是指将计算机仿真与虚拟现实技术作为技术支持,通过对产品设计和制造等过程开展统一建模,然后在产品设计阶段及时地、并行地仿真产品,对将来制造整个过程及其产品设计的主要影响,进而预测产品功能与特性、可制造性以及成本等,然后更加高效地、柔性灵活地开展生产,最终使新产品开发能够一次实现成功[6]。虚拟制造技术的应用能够从本质上转变现行的制造方式,对将来制造业的发展将会产生极其深远的影响,为整个制造业带来翻天覆地的变化。

3.2虚拟仪器

所谓虚拟仪器(VI)是指一种应用计算机技术与电子技术发展起来的智能化设备,与以往仪器相比,其在概念与功能上有着很大创新。虚拟仪器利用计算机软件把通用计算机和基本的信号采集及其调理硬件紧密结合了起来,实现了传统仪器所具备的和无法具有的作用。虚拟仪器能够使用一样的硬件系统,运用不同的软件就能够实现功能几乎完全不同的各类测量,从而使得测试仪器的费用很大程度的降低,而且操作非常方便,降低了测试仪器的操作与维护的时间和复杂性等。

3.3虚拟产品开发

目前,虚拟产品开发使用计算机及其工艺技术来研发和研究零部件,而且在装配与制造等整个过程中运用相关信息,最终建立全部产品总体模型[7]。而在虚拟产品开发环境当中,产品只被当成一种数学模型,所以不仅修改方便快速,而且能够减少成本,降低设计时间,提升产品品质。即便面对的是一种复杂产品,也仅仅需要制作一次最终的实物模型,最终使得新产品开发能够获得一次性成功。

4结束语

机械设计的根本目标是设计出合适的产品,就是设计出一个装配体,以往的装配体设计是一个自下而上的设计过程,这样,非常容易产生装配体各部件的相关和设计目的不一致等问题。而虚拟设计就是为了避免这些缺陷而产生的。它不但能够让设计师看到甚至感受到自己的设计成果,还可以简化设计流程,降低设计时间。

作者:王凤丽田向阳单位:平顶山市国资委平高集团有限公司

机械工程材料杂志责任编辑:田老师    阅读:人次