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摘要：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。实现了在产品真正制造出来前，可以在虚拟的制造环境中生成产品的原型，更好地替代现实中的硬件产品，更方便地对设计产品的性能和可生产性进行评估，极大地缩短了产品的设计和生产周期，最大化地节约了产品开发的成本，保证产品的开发和设计可以适应市场的灵活性的变化。虚拟制造技术是现实技术和计算机仿真技术在机械制造中的综合应用。在现代化计算机虚拟设计技术的帮助下实现对众多产品的开发和设计，不仅不会造成实际物质的浪费，并且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。
关键词：机械工程；设计；虚拟样机；技术分析
引言：随着经济和科技的迅猛发展，企业在激烈的市场竞争中要想谋求长期稳定的发展，就要不断研发适应市场需求的新产品，并缩短研发周期、优化设计性能、提高产品质量、降低开发成本。虚拟样机技术相较于传统的物理样机技术而言，以其卓越的性能受到企业和研发者的青睐。以虚拟样机取代物理样机进行新产品开发中的前期设计和测试评估，可有效缩短开发周期和降低开发成本，同时能优化产品的设计效果，尤其在机械工程设计中发挥着举足轻重的作用。
1虚拟样机技术的概念及其特点
虚拟样机技术相对传统物理样机而言的显著特点是；虚拟，即通过计算机借助特定的软件程序帮助工程师建立三维模型，依靠先进的仿真模拟系统实施仿真模拟实验，对机械在实际运行中的情况加以分析和评估，帮助工程师及时找出设计不足和缺陷，并采取针对性的措施加以改进，提高机械设计的效率和质量。简单地讲，该技术是在计算机基础上，运用CAD等设计制图模型，借助仿真模拟技术进行机械设计的一种新技术。
该技术的特点是：在机械设计整个过程中借助高科技的设计和管理技术实施开发、分析和设计，极大地缩短了研发设计周期，提高了机械设计的质量和效率，同时也降低了设计成本，有助于提高企业的市场竞争力。
2虚拟制造技术的关键
虚拟制造技术包含了许多方面，主要有设计技术的提出、产品制造过程的抽取、原模型的建立、集成基础结构、建模仿真等。下面就对虚拟制造技术中的关键技术进行详细的介绍：
2.1虚拟技术中的建模技术
虚拟指的是在系统中将现实制造系统映射到虚拟环境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、计算机化的抽象描述和表示。VMS建模的主要内容有生产模型建立、产品模型建立、工艺模型建立的信息化体系结构的建立。
生产模型中有静态描述和动态描述两种。静态描述主要是关于对系统生产能力和生产特性。动态描述是在已经被得知的系统状态和需求的性质上对产品的整个过程进行全面的预测。在制造过程中我们将种种实体对象总的称之为产品模型。在产品的模型建立中需要对产品的明细、形状特征等方面进行描述。对于VMS而言，要实现产品实施过程的全部继承必须具备完整的产品模型。因此在虚拟制造中的产品模型不再是单一和静止的，它可以运用抽象的技术实现各种模型面貌的提取。工艺模型主要指的是在制造过程中对产品的工艺参数和关于产品功能的各种因素进行联系，最终实现对产品模型和生产模型之间相互作用的反映。
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2.2虚拟制造技术中的仿真技术
仿真指的是通过计算机实现复杂现实系统的抽象化和简洁化最终形成的系统模型，并且在仿真的基础上对模型进行应用，最终得到相应的系统性性能分析。有效缩短了生产决策的时间，最大化地避免了对人力、物力和资金的投入以及浪费。计算机技术还有很好的仿真修复功能，最大化地保证了方案的最优。
仿真技术过程的主要步骤有系统研究、数据收集、系统模型建立、仿真算法的确定、仿真模型的计算、仿真模型的运行、结果的输出和分析。
仿真在产品的制造过程主要被分为制造的仿真和加工的仿真。在系统产品的开发中主要涉及的是产品建模、设计交互行为仿真等。方便对设计结果的评价，及时进行反馈，降低产品设计中的错误。
3虚拟制造技术在机械工程中发挥的优势
3.1强大的通用性和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为机械系统建模带来便利
传统的机械系统建模中要先建立运动分析，随后在运动分析的基础上进行动力分析，这中间需要许多的图形分析和公式推导。但是图形的分析和公式的推导过程往往比较复杂，并且错误率高。同样的建模过程中设计人员只需要将机械的构成方式和连接方法以及相应的物理参数实施输入，其后的建模和求解只需要计算来完成就可以了，极大地帮助设计人员承担了许多的设计难度。
3.3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。
结束语
综上，虚拟样机技术在长期的研发和应用过程中以其设计周期短、效率高和产品性能稳定等优势在机械工程设计领域得到了普遍推广和普及，但仍需进一步完善和改进，从而更好地为机械工程设计及其他学科和领域提供更大的便捷和更优质的服务。
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论文作者:李云涛
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年2月下
论文发表时间:2017/6/12
标签：样机论文; 技术论文; 模型论文; 产品论文; 机械论文; 建模论文; 系统论文; 《建筑学研究前沿》2017年2月下论文;