虚拟技术在机械设计的作用

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1．虚拟现实技术的特点

虚拟现实系统中装载有触、听、视、动等多种传感及反应装载，使用户能感受到触觉、听觉、视觉以及嗅觉等多种信息，从而充分发挥设计者的多种感知性，加强产品设计的成功性。

虚拟现实系统能够实时的与用户进行交互、参与以及显示，将用户的设计与制造活动提升为人机一体的主动活动，从而构成融入性的智能开发系统。

2.虚拟现实技术在机械设计与制造中主要应用领域

2.1虚拟产品的概念设计

概念设计作为机械产品在设计过程中的一个重要阶段，其产品最终成本约有60%~70%受到概念设计的影响。虚拟现实技术在概念设计方面的应用主要表现在以下两个方面：（1）在机械产品的概念设计过程中，采用虚拟现实技术，不仅能够便于为设计者提供手势跟踪以及语音识别的输入方式，而且设计者也可随时方便的在三维虚拟环境中，对产品和零件的各类形态的模型进行修正与改变，同时还能通过三维空间对设计对象进行观察与操作，从而获取更多关于产品及零件在形状和式样方面的信息，进而实现在产品设计上得到较为满意的效果。（2）在概念设计中通过虚拟现实技术的应用，还能够使设计者的设计表达以及设计思路更加形象与清晰，让人能得到充分、直观的交互感受，从而保证产品开发的成功率，并极大降低了设计产品在投放市场时的风险性。通过虚拟现实技术，还可以使产品的设计更多的关注产品使用者的感受，例如在开发设计某健身器械时，可以通过虚拟的健身器械环境让消费者在购买前能够对设备的功能进行提前体验，并根据市场的反馈和用户的喜好，对产品的生产进行的选择和重组。

2.2虚拟设计

虚拟设计即虚拟现实技术应用于产品的开发设计，也就是设计人员首先设计出一个虚拟的机械产品，然后再系统的对所设计的产品进行研究、检查以及分析，以检验产品是否满足相应的设计要求，并对可能出现的问题及缺陷进行及时修改，从而使产品的设计更为完善。应用于机械设计的虚拟设计系统，主要包括了两个部分，一个部分是虚拟设计系统的主体，即虚拟环境生成器；另一个部分则是外围的设备，主要包括数据传输装置、信号控制装置以及人机交互工具等等。当前虚拟设计系统的应用于机械设计方面的主要有两种设计方法，一种是采用VR-CAD系统，使虚拟现实技术能充入引入到CAD环境，这种机械设计环境中的对象不仅能有丰富的外形，而且还具备材料特性、表面硬度、重量等一系列物理及功能作用等方面的信息；另一种则是利用现有的CAD系统直接产生模型，然后再将模型转换成能够得到虚拟现实软件支持的各类格式，从而方便将模型输入到虚拟现实软件的环境中，并实现对虚拟产品设计的完成，并使用户能充分得到各类增强效果设备的应用。

2.3虚拟制造

虚拟制造是指通过虚拟现实技术，并在现代化计算机技术和网络技术的支撑下，利用计算机群组进行协同作业，从而实现机械产品在工艺规划、加工制造、质量检验以及产品管理等一系列产品制造的过程，实现机械产品制造过程在计算机系统上的映射，也进一步加强了机械制造过程中各级的控制与决策能力。当前虚拟现实技术应用于机械制造中，主要有三种方式，即分为以设计为中心的虚拟制造、以控制为中心的虚拟制造以及以生产为中心的虚拟制造。例如：通过虚拟现实技术在设计阶段即对轴类不仅进行虚拟装配，并对可能出现的错误与缺陷进行随时修改，确保装配流程的顺畅；在对齿轮、轴类等两家的加工过程中，采用虚拟制造技术，选择出最极爱的机床加工参数以及刀具的路径，并对产品设计的可加工性、完善性以及合理性进行分析与评定，从而有效避免加工过程中可能出现的一系列加工缺陷等等。通过虚拟现实技术在机械制造中的应用，不仅提高了产品一次成功率，而且极大降低了原有的设计制造费用，优化了产品设计，避免的设计中存在的缺陷与问题，确保了产品质量。

3.总结

当前，虚拟现实技术正在从根本上改变着机械设计与制造领域中在设计、修改、加工、生产等方面的传统模式，不仅的缩短了产品在设计与制造上的周期，而且极大降低了产品的开发成本，实现了生产效率的最大化。虚拟现实技术作为21世纪最具影响力的前沿科学技术之一，必然会在我国的机械设计与制造中有着更为广泛的应用前景。

本文作者:吴量工作单位:秦皇岛首钢长白机械有限责任公司