摘要：随着我国现代机械工程业的不断进步与发展，出现了众多新型的制造技术，虚拟制造技术就是机械工程设计中的一个重大突破，本文笔者将对现代工程设计中的虚拟制造技术进行深入的探讨。
关键词：机械工程设计；虚拟制造技术
0 引 言
虚拟制造技术指的是在机械制造过程中对机械的制造进行仿真和模拟，来测试机械的各项功能是否符合要求与标准，避免生产制造出来的机械质量不合格，给机械企业造成重大的经济损失，最大限度降低机械产品的生产成本。
1 虚拟制造技术的定义与特征
随着我国现代化社会的发展，人们对机械工程产品的要求越来越高，机械工程面临着巨大的挑战，传统的机械设计技术无法满足现代化社会发展的需求，具有一定局限性和不稳定性，虚拟机械制造技术是一个全新的概念，是信息时代制造技术的重要标志，其主要是在虚拟的环境下对计算机的模型进行虚拟分析的一种计算机设计技术，是以计算机仿真技术、制造系统与加工过程的建模理论、VR 技术、分布式计算理论、产品数据管理技术等为理论基础，研究如何在计算机网络环境及虚拟现实环境下，利用制造系统各层次及各环节的数字模型，完成制造系统整个过程的计算机与仿真技术，依靠虚拟制造技术，机械设计人员不需要将所有的零件、部件设备都生产出来，可以运用建立模型的方式，对零部件进行装配，并进行实验与检查，如发现不符合设计要求的情况，可以随时更改模型，直到达到设计要求为止，既节省时间又降低成本。
2 虚拟制造核心技术
虚拟技术涉及的专业知识面较广，如环境构造技术、元模型、集成基础结构的体系结构、制造特征数据集成、过程特征抽取、制造特征数据集成、多学科交驻功能等一系列高科技互联网技术，以下就是现代机械工程设计中虚拟制造技术中的核心技术。
2.1 建模技术虚拟技术中的虚拟指的是利用计算机模式将现实生产过程中的机械制造流程映射出来，其中涉及诸多程序与步骤，但最主要的还是模型化、形式化以及计算机化等，建模技术环节涉及三种模型的建立，主要包括：
2.1.1 生产模型
生产模型可归纳为两个方面，即静态描述和动态描述，静态描述主要指的是系统生产能力与生产特性的描述，而动态描述主要指的是已知系统状态和需求特性的基础上预测产品生产和全过程。
2.1.2 产品模型
产品模型是制造过程中，种类实体对象模型的集合，目前产品模型描述的信息有产品结构明细表、产品形象特征等静态信息，而对于 VMS 来说，想要有效地使产品实施过程中的全部活动集成，说必须具备完整的产品模型，所以虚拟制造下的产品模型不再是静态的模型，它通过射映、抽象等方式，来获得产品实施过程中所需要的模型。
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2.2 仿真技术
仿真指的是通过先进的计算机技术实现系统的抽象化与简洁化最终形成的系统模型，并且在仿真技术的基础上对其进行应用，最终得到相应的系统性性能分析，仿真主要是由系统模型为主体的研究方法，它对实际的生产系统没有直接的干扰作用，并且仿真系统可以合理地运用计算机系统，将现实中需要长时间完成的工作，可以在短时间内迅速地完成，大大缩短了生产决策的时间，避免了人力、物力、财力的浪费，计算机技术还可以对模型进行仿真修复，最终找到最佳的方案，利用三维仿真软件和 PC 工作站可实现桌面的虚拟效果，操作者可以坐在电脑前对模型进行 360 度无死角的实时观察，可以通过鼠标、轨迹球等控制端来调整观察的角度，通过此类投入式现实虚拟技术，不止可以实现单纯的运动仿真、干涉检查等三维观察的基本功能，而且能给设计者创造身临其境的感觉，启发设计者的创造性思维，为多人技术讨论、技术规划等创造更加广阔的空间与真实的环境。
2.3 虚拟现实技术
虚拟现实技术是综合运用了计算机图形系统、各种显示与控制接口设备，借助计算机生成相交互的三维虚拟环境，用户需要通过特殊的交互设备才能进入虚拟的环境当中，这是一门新型的综合性信息技术，它融合了数字图像处理、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术，促进了我国计算机互联网技术的发展进程，虚拟现实技术的主要特征包括以下几个方面：多感知性。多感知性指的是除了给人提供视觉感知之外，还可以为人们提供听觉、力觉、触觉等较为真实的感觉，可以使人们感觉自身处在虚拟的世界当中；侵没感。侵没感就是让设计者感觉身临其境，使其难以分辨是现实世界还是虚拟世界，能够使设计者全身心地投入到计算机创建的三维虚拟世界当中；构想性。构想性又称之为自主性，可以拓宽设计者的认知范围，可以随意地构想现实生活当中不存在的环境，刺激设计的思维神经，为设计者提供更多的灵感。
3 虚拟制造技术在现代机械工程设计中的优势
3.1 具有较强的通用性和功能性
虚拟样机技术是我国虚拟技术的一个重大突破，它是以分析力学与运动力学作为依据的，这两门学科是推动其发展的重要条件，该技术可以有效地弥补传统技术中的不足之处，可实现复杂的机械系统自行进行建模，提高虚拟技术对复杂问题的处理能力。目前，我国绝大部分的虚拟样机技术软件中，运用最为广泛的就是带约束乘子的微分代数混合方程，此类技术可以有效地使每一个环节的构件者具有六个自由度，并且还要具备对其他多余的自由度进行限制的能力，最大限度地实现虚拟制造技术的通用性，使其适用性达到最强的状态，提高虚拟技术的整体效果。并且，虚拟样机技术可以对机械系统中的弹性、摩擦以及接触等每一个环节进行全面、详细的考虑，使我国虚拟技术向着自动化、安全化、智能化方向持续稳定地发展。
3.2 为机械系统带来便利
虚拟制造技术可以将繁琐的绘图工作进行优化，用先进的计算机来代替，操作员只需要掌握计算机的软件技术，可以将设计的师的精力着重放于产品的设计问题上，将利用计算机软件建立出的三维造型技术应用在机械系统当中，使虚拟模型更加简单化与形象化，而且虚拟技术可以无限次修改，传统的图纸设计在修改方面存在较多的局限性，如修改次数过多，就会影响图纸的整体效果，也可能在修改过程中对其他的数据造成影响，增加了设计的困难度，而虚拟技术可以实现机械产品的快速设计与无限次修改，虚拟机械加工技术仿真了新产品开发设计的全过程，能够准确地预测产品工具的破损以及磨损等情况，掌握在加工过程中各项参数的变化对加工产品表产生影响的准确数据，进一步实现了机械技术智能化。
4 结 论
随着我国机械技术的不断发展，传统的机械技术中存在着部分漏洞与弊端，提高了机械产品研发与装配的费用，虚拟制造技术构建了具有实时性、动态性、交互性的机械加工虚拟实验系统，实现产品设计合理性高、可加工性好、研发周期短、生产效率高。
参考文献：
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[3] 张滨.虚拟技术在现代机械制造业中的应用探究 [J].制造业自动化，2010，32（15）：83-85.
论文作者:刘玉明
论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/5/6