機械設計制造中的虛擬現(xiàn)實技術芻議

趙燁菊 曾鵬

摘 要：虛擬現(xiàn)實技術在機械設計及制造中的應用能有效提升此類工作的開展效率、降低人力成本，為了保障這一技術能發(fā)揮出預期作用，本文將首先對這一技術的定義和特點進行介紹，進而在此基礎之上研究虛擬現(xiàn)實技術在機械設計及制造中的應用方法。

關鍵詞：機械設計；機械制造；虛擬現(xiàn)實技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.026

隨著智能技術、自動化技術等的不斷發(fā)展，我國各行業(yè)所對應的信息化水平都有了明顯的提升，對于本文所討論的問題來說，由于機械設計及制造自身具備影響因素相對較多、計算過程較為復雜、對設計及制造人員職業(yè)素養(yǎng)要求較高等特點，若不能針對這些內容進行控制，那么機械設計及制造等工作的展開就很有可能難以達到預期，對相關生產廠家的經濟效益造成影響。為了改善這樣的狀況，針對虛擬現(xiàn)實技術在機械設計及制造中的應用進行研究是非常有必要的。除此之外，這一技術將能更好的輔助設計人員及機械制造人員對機械的結構和特點進行分析，進而及時對現(xiàn)有設計方案或制造流程中存在的缺陷做出改進。為了保障這一技術能發(fā)揮出這樣的作用，本文將在后續(xù)內容中提出虛擬現(xiàn)實技術所對應的應用策略。

1 虛擬現(xiàn)實技術及其特點

顧名思義，虛擬現(xiàn)實技術實質上就是對現(xiàn)實場景的模擬過程，而在這一技術的輔助之下，用戶將能獲得很好的身臨其境的感受，進而完成人機交互過程。在實際應用過程中，這一技術主要具備以下幾方面特點：首先，這一技術能輔助用戶獲得實時參與的感受。其次，這一技術具備非常高的交互性，在聲音命令、文字輸入等多種方式的輔助之下，用戶將能高效的主導完成人機交互過程。最后，這一技術具備沉浸性特征，而這一優(yōu)勢則是其他技術所沒有的，當用戶置身于虛擬現(xiàn)實技術所創(chuàng)造出的景象之后，自然能深入沉浸到具體情境之中，進而獲得更好的使用體驗。

2 應用策略

（1）在產品概念設計中的應用。概念設計階段是后續(xù)設計方案確定階段的基礎，而對于機械設計過程來說，除了保障機械在功能上可以滿足要求之外，設計人員還應保障概念設計方案能在外觀、色彩、風格等方面滿足用戶要求。在這一過程中，虛擬現(xiàn)實技術的應用可以很好的引導用戶參與到實際設計過程之中，促進設計人員與用戶之間的溝通，進而提升概念設計階段的工作效率。在這一過程中，虛擬現(xiàn)實技術的應用可以分為以下幾方面：

首先，可以由用戶對設計方案中的外形特征進行調整。在傳統(tǒng)設計模式之下，設計方與用戶之間的交流、溝通通常建立在方案多次修改的基礎之上，而這樣的方式不但費時費力，同時也會導致整體生產周期不斷加長。在虛擬現(xiàn)實技術的輔助之下，用戶將能自主的對機械外觀、色彩、風格等進行調整，并直接獲得調整后的方案，直至達到滿意的設計效果。

其次，設計方可以通過虛擬現(xiàn)實技術對設計思路等進行表達。由于機械設計需要依賴具備一定專業(yè)素養(yǎng)的人員來完成，而用戶極有可能無法在概念設計階段理解設計方所提出的設計理念，僅依賴設計圖紙很有可能影響到這一工作的開展效率。通過對虛擬現(xiàn)實技術的應用，設計方將能更全面的通過三維的形式對機械設計概念圖進行展示，加快設計方與用戶之間的交流效率。

（2）在機械設計中的應用。虛擬現(xiàn)實技術在這一階段中的應用主要是指以虛擬的形式對現(xiàn)有設計方案中存在的技術缺陷等進行考察，分析虛擬產品是否能達到用戶要求，進而在此基礎上作出改進，不斷完善設計方案，確保機械設計能在功能和質量等方面滿足預期。在實際的虛擬設計過程中，相關人員可以結合以下幾步來完成這一工作：

1）首先利用CAD等軟件完成初步機械設計方案，在此基礎之上將CAD系統(tǒng)產生的模型轉化為虛擬現(xiàn)實軟件支持的格式，進而將這一模型輸入到虛擬現(xiàn)實軟件之中，最后以三維的形式對現(xiàn)有設計結果進行展示。上述轉換過程也可以通過VR-CAD系統(tǒng)來完成。

2）在完成上述操作的基礎之上，設計人員應能通過虛擬現(xiàn)實技術對運動構件工作時的協(xié)調關系進行考量，若這些構件之間存在可靠性較差或不能有效協(xié)調等問題時，那么設計人員則應進一步針對導致此類狀況出現(xiàn)的原因進行分析，最后結合分析結果做出改進。

（3）在機械制造中的應用。虛擬現(xiàn)實技術在機械制造中的應用主要是指通過三維動態(tài)模型對機械產品的工藝特點、加工制造方法等進行模擬，進而分析實際制造過程中可能會出現(xiàn)的問題，及時消除現(xiàn)有生產流程中存在的安全隱患或質量問題，避免此類問題導致機械制造效率受到影響。在這一技術的作用之下，機械故障率及維修成本都將能得到有效降低，進而實現(xiàn)大幅度壓縮機械生產成本的目的，提升此類產品在市場上的競爭力。除此之外，虛擬現(xiàn)實技術也能對軸部件的裝配過程進行模擬，進而展示出產品的全壽命周期，指導相關工作人員提前對這一部件在應用過程中可能出現(xiàn)的問題進行分析，從根本上保障機械制造的成功率，避免不合格的產品出現(xiàn)。

3 結語

綜上所述，本文主要對機械概念設計階段、實際設計階段、制造階段中虛擬現(xiàn)實技術的應用辦法進行了深入探討，在后續(xù)發(fā)展過程中，相關設計人員及生產廠家則應更進一步將虛擬現(xiàn)實技術的應用重視起來，在這一技術的輔助之下提前對設計及制造過程中可能出現(xiàn)的問題進行分析，避免實際設計方案存在缺陷或制造過程出現(xiàn)安全問題，最終達到提升機械產品質量、壓縮生產成本、保障生產效率的目的，確保機械產品都能在實際應用過程中發(fā)揮出預期作用。

參考文獻：

[1]楊明宇.淺談機械設計制造及其自動化與產業(yè)發(fā)展的關系[J].科技經濟導刊，2019，27（03）.

[2]張保剛.虛擬制造技術在農機產品設計制造中的應用研究[J].時代農機，2018，45（08）.

[3]劉琨.現(xiàn)代機械工程設計中的虛擬制造技術探討[J].現(xiàn)代信息科技，2018，2（06）.

[4]劉炳新.虛擬現(xiàn)實技術及其在機械領域的應用[J].南方農機，2017，

48（21）.

作者簡介：趙燁菊（1981-），女，江蘇常州人，工程碩士，講師，研究方向：機械工程及材料成型。