摘要：虚拟样机技术，其本质为虚拟技术的一种，和传统制造物理实体样机相比，虚拟样机利用了计算机软硬件平台，协助工程师建立三维模型，进一步在仿真模拟系统的应用下，完成相应的仿真模拟实验，这样工程师便能够了解机械的运行情况，从而为问题的解决以及机械运行的优化提供必要的科学依据。本课题重点分析了虚拟样机技术在机械设计过程中的应用，希望以此为机械设计的优化及完善提供一些具有价值的参考建议。
关键词：虚拟样机技术；机械设计；应用
进入21世纪以来，在社会经济稳健发展的背景下，我国机械制造水平也得到了较快的发展。其中，机械设计是机械制造工业中非常重要的一个环节，因此有必要做好机械设计的优化及完善工作[1]。而对于虚拟样机技术来说，将其应用到机械设计过程中，能够使机械设计的优化显得更加有效。鉴于此，本课题针对“虚拟样机技术在机械设计过程中的应用”进行研究具备一定的价值意义。
一、虚拟样机技术简要概述
虚拟样机技术，是一种将计算机作为平台，并进一步以CAD模型制图作为基础，然后利用仿真模型技术的一类机械设计技术。下面从虚拟样机技术的优势与特点进行简要分析：
（一）虚拟样技术机的优势
虚拟样机技术利用了设计技术与管理技术，使机械设计的全过程开发、分析以及设计得到有效实现，这样能够使机械设计的效率得到很大程度的提升，同时使工期缩短，并促进产品设计质量的提升。此外，还能够使产品设计的成本得到有效控制，这对于企业来说无疑显得非常有利。
（二）虚拟样机技术的特点
虚拟样机技术属于面向系统的设计方法，包括了机械的设计及制造等，能够促进产品性能及质量的提升，从虚拟样机技术的特点来看，体现在：（1）面向系统设计，既能够面向单独的零部件，又能够从整体角度进行机械分析，并完成仿真模拟；（2）设计在产品的整个流程上贯穿，并不是体现在产品的某一个环节；（3）能够实现对产品的全方位分析、测试以及评估[2]。
二、虚拟样机技术在机械设计过程中的应用分析
在上述分析过程中，对虚拟样机技术有了一定的了解。为了机械设计得到有效优化，便有必要在机械设计过程中注重虚拟样机技术的应用。总结起来，虚拟样机技术的具体应用如下：
（一）三维模型的构建
首先，需认识到虚拟样机构建的基础前提，便是进行三维模型的构建。因此，需重视三维模型的构建。同时，三维模型数字化的构建的过程较为复杂，需明确设计过程相关的复杂的零部件，例如：齿轮、扇叶等；需对各类机械当中的各类部件的驱动关系加以考虑等；还需要在利用CAD软件的基础上，使一个完善的机械系统虚拟样机得到有效构成[2]。如此，在最起始的二维CAD得到有效构成的基础上，明显显得比较复杂。所以，近年来比较热衷于三维CAD技术的应用，这样能够实现对机械产品各部件质量位置、转动惯量等信息的详细描述。
其次，在三维数字模型构建完毕之后，有必要构建合适的约束条件，使各部件实现有效连接。基于相关规范的约束条件添加过程中，需结合机械运行的实际情况，做到合理、科学地添加。从现状来看，三维CAD软件大多数配有动力学插件，利用这些插件，能够使装配与约束关系实现映射，进一步使约束与虚拟装配过程实现统一。除此之外，值得注意的是，还可以利用三维CAD进行预装配，进一步把有效数据模型向ADAMS软件导入；在合理地应用此运行分析软件的基础上，便能够了解产品运行的过程情况。
最后，需遵循“有限元分析→模型优化→控制机械系统联合仿真”的操作过程。在有限元分析过程中，主要针对机械各结构部件的强度以及运动特性等进行详细分析。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在模型优化过程中，主要基于校验完机械模型的情况下，进一步完成相应的优化处理工作，在此环节也需做好仿真模型方面的作业，并基于仿真模拟完成之后，需合理地更改机械设计模型的变量参数，最终将待求物理量的最优解求出来。
（二）基于包装机械设计过程中的应用
对于包装机械来说，属于一类典型的机电产品，其具备自动化程度高的特点。在此环节设计期间，各环节的要求均很高，例如：机械控制性能要求、运动学要求、动力学要求等等。因此，采取传统的实体样机通常难以使生产的需求得到有效满足。但是，在合理、科学地应用虚拟样机的基础上，便能够使以上问题得到有效解决。从虚拟样机技术的实际应用效果来看，能够使包装机械设计的设计效率及质量得到很大程度的提升，使设计产品的稳定性得到有效增强，同时使设计产品的性能得到有效提升；此外，还能够使生产成本得到有效控制。
在包装机械设计过程中，要想使虚拟样机技术得到合理的应用，便需基于机械的多个角度进行分析，包括了：技术设备的引进与消化，进一步对所采取的技术设备进行技术改进等。值得注意的是，在引进虚拟样机技术过程中，需汲取宝贵的经验，使我国包装机械设计服务水平得到有效提升[3]。此外，我国在包装机械设计过程中，也需寻求突破与创新，使国内包装机械设计水平得到有效提升，从而为包装机械设计质量的提升奠定有效基础。
（三）基于农业机械设计中的应用
从现状来看，在诸多领域，虚拟样机技术均得到了较为广泛的使用，比如在船舶加工行业、武器制造行业以及上述提到的包装机械行业等等。此外，由于虚拟样机技术在农业机械行业的应用也较为广泛[4]。因此，下面从农业机械设计行业对虚拟样机技术的应用进行分析，涉及的应用内容如下：
（1）需让多柔体系统的建模和仿真技术有效融合在一起。其中，对于多柔体系统运动力学来说，属于一类对弹性变形与刚体运动两者的耦合性进行研究的一类运动，因为关系的运动较为复杂，并且在动力学计算难度上偏大，因此有必要合理地应用虚拟样机模型，进一步完成仿真操作。以联合收割机为例，在各类零部件等刚体的建模以及仿真技术上均较为成熟；然而，怎么把水稻、玉米以及小麦等构建成完善的模型，然后和收割机各部件进行全面的仿真模拟则显得较为不易。
（2）协同仿真技术的应用。对于协同仿真技术来说，指的是把具有差异性的学科涉及的仿真工具有效融合在一起，使一个具备多样性的仿真系统得到有效构成，这样既能够使各仿真系统的单独特点得到有效发挥，而且还能够使不同领域开发工作人员的协调得到有效实现，在各方人员有效协作的基础上，便能够提高生产的效果[5]。例如：基于农用拖拉机当中，怎么把控制系统和机械系统进行有效地系统仿真模型等。总之，为了提高机械生产的效率及质量，需注重协同仿真技术在其中的应用。
三、结语
通过本课题的探究，认识到机械设计是一个复杂的过程，为了确保机械设计质量得到有效提高，有必要利用现代化科学技术。对于虚拟样机技术来说，由于应用到机械设计过程中能够发挥诸多显著的效果，因此可以在机械设计过程中合理、科学地应用虚拟样机技术。值得注意的是，在虚拟样机技术应用过程中，需注重三维数字化模型的构建，进一步将其应用到包装机械设计、农业机械设计等领域，最终为各领域生产效率及质量的提高奠定夯实的基础。
参考文献：
[1]黄小龙.虚拟样机技术在“机械原理课程设计”教学中的应用[J].中国电力教育，2013，04：102-103.
[2]唐友亮，佘勃，袁梦，刘萍.虚拟样机技术及其在发动机设计中的应用[J].机械设计与制造，2012，01：65-66.
[3]李寒杰.虚拟样机技术及其在工程机械领域的应用[J].装备制造技术，2012，06：302-304.
[4]庄伟，富淼.虚拟样机技术在农业机械设计上的应用[J].现代农业科技，2016，04：191.
[5]孙强，刘传军，曹拓.虚拟样机技术在掘进机设计中的应用[J].煤矿现代化，2011，02：47-49.
论文作者:唐凌志
论文发表刊物:《基层建设》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/12
标签：样机论文; 机械设计论文; 技术论文; 过程中论文; 模型论文; 机械论文; 基础上论文; 《基层建设》2017年第26期论文;