虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械設(shè)計與制造中有效運用分析

吳震波

摘 要：虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械設(shè)計與制造中的應(yīng)用發(fā)揮出十分積極的作用，其強大的仿真能力，不僅顯著地提升了機械設(shè)計與制造的能力水平，同時在保障機械設(shè)計與制造的質(zhì)量上也發(fā)揮出了不可替代的優(yōu)勢作用。對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點、在機械設(shè)計與制造中的應(yīng)用優(yōu)勢以及具體應(yīng)用進行簡單闡述，以供參考。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)；機械設(shè)計；制造

中圖分類號：TH164? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）06-0126-03

0 引言

無論是提升生產(chǎn)能力與效率，還是改善生活品質(zhì)，促進社會的進步，無一例外的都需要大量設(shè)備的支持[1]。而機械設(shè)計與制造正是提升設(shè)備性能，發(fā)揮設(shè)備作用的重要領(lǐng)域。

受互聯(lián)網(wǎng)以及信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用和影響，各種先進技術(shù)形式百花齊放，為機械設(shè)計與制造的方法與途徑創(chuàng)新創(chuàng)造了更好的條件。近年來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械設(shè)計與制造領(lǐng)域中的應(yīng)用也越來越普遍，也正是由于有了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，無論是在機械設(shè)計制造的質(zhì)量上，還是設(shè)計制造的效率上，都得到了顯著的提升，也有力推動了機械設(shè)計制造領(lǐng)域的快速發(fā)展。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點

新時代背景下，先進技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，為社會的高速度，高質(zhì)量發(fā)展提供了更多可能。信息技術(shù)全面、深入、廣泛覆蓋的新形勢下，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在人類視線中出現(xiàn)的頻率越來高，正在深刻地影響人類的生活。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種仿真技術(shù)，是以電子信息技術(shù)，虛擬制造技術(shù)，以及計算機技術(shù)為依托的一種先進技術(shù)形式。

當(dāng)前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)又被稱作VR技術(shù)。多數(shù)人了解虛擬現(xiàn)實技術(shù)，都是從游戲中、影院中開始的。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，性能不斷完善升級，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣泛，除了游戲與娛樂領(lǐng)域之外，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在許多未知領(lǐng)域也發(fā)揮出了很好的輔助作用。不限于教育領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域，還有機械設(shè)計與制造領(lǐng)域。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是在虛擬環(huán)境下實現(xiàn)仿真化的體驗，當(dāng)戴上3D眼鏡，就能夠產(chǎn)生身臨其境的體驗感，對一朵花開的過程感受更真實。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是通過計算機與互聯(lián)網(wǎng)以及相關(guān)的電子信息技術(shù)，虛擬制造技術(shù)來聯(lián)動實現(xiàn)的。

在一些領(lǐng)域，需要利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對真實情境進行模擬，能夠提前模擬結(jié)果，而無需真實的投入相應(yīng)的資源，不僅僅過程更便捷，而且成本更節(jié)約，而產(chǎn)生的預(yù)期作用又非常影響。這樣就很好地解決了前期的過度投入問題[2]。尤其對于設(shè)計領(lǐng)域來說，有了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的支持，每一個設(shè)計靈感，都可以在不投入真實人力物力前提下，更真實的模擬出結(jié)果，以此來判斷的科學(xué)性與精準(zhǔn)性，并且能夠更直觀地發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的問題與不足，能夠及時修改并完善，這樣就避免了投產(chǎn)之后再發(fā)現(xiàn)缺陷而導(dǎo)致的資源浪費與時間浪費。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，以模型虛擬的形式來確認(rèn)設(shè)計的可行性，這樣就可以在源頭上對缺陷問題進行及時的修復(fù)，避免了實際生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的諸多問題。

當(dāng)設(shè)計還是一個雛形時，就可以通過計算機技術(shù)來快速的修改，通過更改相關(guān)數(shù)據(jù)來使得設(shè)計效果更滿意，更好地達(dá)到預(yù)期的效果。當(dāng)設(shè)計方案得到確認(rèn)之后，便可直接輸出模型，進行下一階段的工作任務(wù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的優(yōu)勢特點，為各行各業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展、進步與提升創(chuàng)造了良好的條件。

當(dāng)前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械設(shè)計與制造領(lǐng)域中正在發(fā)揮出巨大的優(yōu)勢作用，有力促進了我國工業(yè)水平的進步。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以將許多無法展現(xiàn)的情景與細(xì)節(jié)都呈現(xiàn)在人們的眼前，讓人們體驗到更加真實的效果。在機械設(shè)計與制造過程中，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)的支持，能夠更直觀、真實地讓設(shè)計者身臨其境，體驗到更加逼真的效果。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠很好地將機械設(shè)計制造中所需要考慮的各方面因素都清晰、細(xì)致地展現(xiàn)出來，還可以通過調(diào)整參數(shù)，來達(dá)到設(shè)計的最佳效果。同時可以避免實際生產(chǎn)中出現(xiàn)各種問題與缺陷。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械設(shè)計與制造中運用的意義

2.1 有利于提升機械設(shè)計效率

機械設(shè)計的有效性將會對后期的機械制造產(chǎn)生直接影響，包括會對制造的效率、質(zhì)量等。而機械設(shè)計過程是十分復(fù)雜的，不僅僅要考慮功能與性能、適配度，同時也需要考慮到成本的可控，工藝應(yīng)用的流暢性以及市場的因素。機械設(shè)計不僅僅考驗設(shè)計人員的專業(yè)能力，同時對于設(shè)計人員的經(jīng)驗也提出了更高的要求。

機械設(shè)計工作需要嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、認(rèn)真地開展，還要在此基礎(chǔ)之上保障設(shè)計的效率。如果一直沿用傳統(tǒng)的設(shè)計方法和手段的話，是無法全面滿足新時代背景下，高質(zhì)量機械設(shè)計的要求的[3]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械設(shè)計中的應(yīng)用，其便捷、仿真優(yōu)勢，顯著地提升了機械設(shè)計的效率，并且在很大程度上保障了機械設(shè)計的質(zhì)量目標(biāo)實現(xiàn)。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，能夠借助計算機技術(shù)的輔助來實現(xiàn)高效率設(shè)計，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的仿真效果，能夠及地呈現(xiàn)設(shè)計效果。這就突破了傳統(tǒng)人工設(shè)計的局限性，不僅僅提升了設(shè)計效率，也減輕了設(shè)計人員的工作負(fù)擔(dān)，使得機械設(shè)計工作更輕省的同時，又能夠保證高質(zhì)量目標(biāo)的實現(xiàn)。

2.2 有利于控制機械設(shè)計成本

在機械設(shè)計與制造過程中，每一個環(huán)節(jié)都需要投入成本，無論是人力成本，還是物力成本，最終都會影響企業(yè)良好經(jīng)濟效益目標(biāo)的實現(xiàn)。尤其在機械設(shè)計環(huán)節(jié)，在設(shè)計過程中雖然有靈感、有想法，但并不意味著每一個想法都是正確的，都能夠?qū)C械的性能與功能以及其他方面產(chǎn)生積極的影響。每一個設(shè)計創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實時，都需要通過投產(chǎn)、試驗以及檢測等多個工序來對設(shè)計成果進行評估[4]。這個過程不僅僅要花費一定的時間，同時也需要投入大量的資源，包括材料資源、技術(shù)資源、設(shè)備資源等，無論何種資源都會提高企業(yè)的成本。

在機械設(shè)計中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，能夠通過模擬模型來對機械設(shè)計與配合的各個環(huán)節(jié)進行模擬，便于及時發(fā)現(xiàn)缺陷與不足、及時修復(fù)。而且通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)與計算機技術(shù)的配合，及進修復(fù)完善的過程中所消耗的資源有限，很好地實現(xiàn)了成本控制的目標(biāo)。

通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，能夠在模型的支持下確認(rèn)設(shè)計方案的可行性，減少甚至省略試產(chǎn)評估的環(huán)節(jié)。尤其是一些熱門的設(shè)計理念，在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的支持下，能夠直接通過電腦，進行數(shù)據(jù)的推算，準(zhǔn)確度大大提升。結(jié)合市場需求來安排生產(chǎn)工作，可大大節(jié)約時間成本，而且還可以搶占市場先機，使得機械設(shè)計獲得更廣泛的市場認(rèn)可，為企業(yè)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

2.3 有利于提升機械制造質(zhì)量

機械設(shè)計與制造是一個連續(xù)性的過程，也是一個相互影響，相互關(guān)聯(lián)的過程中。良好的機械設(shè)計可以節(jié)約機械制造的成本，提升機械制造的效率，也能夠保障機械制造的質(zhì)量。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械設(shè)計與制造中的應(yīng)用，能夠?qū)γ恳粋€細(xì)節(jié)，每一處環(huán)節(jié)進行仿真模擬。對于機械產(chǎn)品來說，適配度、精確度是十分關(guān)鍵，也是影響機械產(chǎn)品功能與性能的最關(guān)鍵因素。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)雖然是通過模型來進行模擬的，但是這種模型仍然可以在具體的機械制造過程中起到重要的參考與引導(dǎo)作用。模型雖然是虛擬的，但是參數(shù)以及各種數(shù)據(jù)卻是真實的。在機械制造過程中，只需要嚴(yán)格的按照設(shè)計模型的數(shù)據(jù)來調(diào)整并指導(dǎo)制造過程，就能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計所呈現(xiàn)的效果[5]，保障機械制造的質(zhì)量，避免一系列安全問題和功能隱患，使得機械產(chǎn)品的性能更優(yōu)異，質(zhì)量更有保障，更能夠獲得市場的認(rèn)可。質(zhì)量得到提升，就意味著在制造過程中所產(chǎn)生的誤差更小、消耗可控，這也是節(jié)約制造成本的集中體現(xiàn)，也是虛擬現(xiàn)實技術(shù)作用發(fā)揮的具體表現(xiàn)。

2.4 有利于保障機械制造安全

機械制造也是一個十分復(fù)雜的過程，涉及大量零配件的加工、組裝、檢測與調(diào)試，過程復(fù)雜，工藝要求多，材料應(yīng)用多，設(shè)備參與多。在機械制造過程中也潛藏著不同程度的安全隱患。通過運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，能夠?qū)C械制造過程進行有效指導(dǎo)，包括：利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)提前對機械加工制造的過程進行模擬。通過構(gòu)件材料、外觀、摩擦、契合程度等方面的確認(rèn)，來對機械制造的過程與流程進行全面審核，并做好優(yōu)化工作。對于一些制造復(fù)雜的關(guān)鍵點進行審視。通過設(shè)計、管理手段來提前干預(yù)，確保生產(chǎn)過程的順利安全開展，從而很好地避免了安全隱患問題發(fā)生所導(dǎo)致人員的人身安全威脅，防止對制造進度產(chǎn)生不利的影響。

在機床的設(shè)計、加工過程中，機械設(shè)計人員可以運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來對機床的零件加工過程進行模擬，根據(jù)不同的零部件加工工藝，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)對機床零件的加工過程進行模擬、分析、比對，以檢驗機械加工的合理性、可靠性以及安全性，從而進一步優(yōu)化機床零件設(shè)計方案，提高設(shè)計的合理性。

在機械制造過程中運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，能夠使設(shè)計人員獲得更多的信息反饋，這也是其他任何技術(shù)無法替代的優(yōu)勢。同時還能夠及時發(fā)現(xiàn)制造過程中存在的問題，以便及時糾正錯誤與不足之處，有效避免在機械制造過程中發(fā)生安全事故。

3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械設(shè)計與制造中有效運用

3.1 虛擬設(shè)計概念的應(yīng)用

在機械設(shè)計與制造過程中，設(shè)計的理念與概念并不是一成不變的，而是會隨著市場的變化而變化。為了讓產(chǎn)品更好的滿足市場需求，也需要對機械設(shè)計以及產(chǎn)品來進行創(chuàng)新。對于機械設(shè)計領(lǐng)域而言，這種創(chuàng)新性要體現(xiàn)在日常的經(jīng)營與管理中，要將創(chuàng)新理念貫徹始終。

虛擬概念設(shè)計的應(yīng)用主要從兩個方面著手，一方面，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)來完善機械產(chǎn)品中的不足。虛擬現(xiàn)實技術(shù)與計算機技術(shù)的深度結(jié)合，能夠為設(shè)計人員提供更便捷的機械設(shè)計方法。為了進一步提升設(shè)計效率，還可以采取手勢動作的形式來更改程序語言，提升設(shè)計效率[6]。設(shè)計人員還可以通過虛擬技術(shù)在三維環(huán)境中把產(chǎn)品的立體模型進行數(shù)據(jù)分析，并對內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行細(xì)節(jié)調(diào)整與優(yōu)化。另一方面，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以為產(chǎn)品設(shè)計人員理清機械概念的思維和設(shè)計內(nèi)涵，讓更多的人可以直接、立體地感受產(chǎn)品的設(shè)計意圖。這不僅可以提高機械產(chǎn)品設(shè)計的成功概率，還可以強化機械產(chǎn)品在激烈的市場競爭中的核心競爭力。

3.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在制造中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的運用機械設(shè)計與制造是一門應(yīng)用性、專業(yè)性極強的行業(yè)，機械設(shè)計與制造的優(yōu)劣，將會對機械設(shè)備的性能、功能、安全性、使用壽命等產(chǎn)生直接的影響。尤其是制造，制造是最終的成品輸出階段。不同的機械產(chǎn)品在外觀、性能、結(jié)構(gòu)上都會存在著很大的差異性，而這些差異性也會影響制造的質(zhì)量與效率。在機械制造中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，能夠顯著提升機械制造的質(zhì)量與效率。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的參與輔助下，很多傳統(tǒng)的需要精密加工的部件，無論是在質(zhì)量的掌控上，還是效率的提升上，都是傳統(tǒng)人工技術(shù)所不能比擬的。

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可將機械制造的工作環(huán)境以及可能遇見的問題進行提前仿真預(yù)處理，之后利用智能傳感器技術(shù)，將機械制造在工作中獲取的信息進行傳遞，利用人工智能技術(shù)對數(shù)據(jù)進行分析，進而修改工作模式，使其更好地適應(yīng)工作環(huán)境。因此，利用人工智能技術(shù)，可以更好地進行機械運行故障診斷、機械制造智能監(jiān)控以及智能操作。同時可更好地控制機械制造工作，對機械制造進行管理，更加細(xì)致地對機械制造過程進行監(jiān)控。

4 結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的深入應(yīng)用開辟了機械設(shè)計與制造領(lǐng)域發(fā)展的新途徑，為了充分發(fā)揮出虛擬現(xiàn)實技術(shù)的先進性，要合理化地利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，使得機械設(shè)計制造更加趨向于自動化，在不斷提升生產(chǎn)效率的同時，確保生產(chǎn)質(zhì)量的提升，更好地促進行業(yè)的發(fā)展與繁榮。

在機械設(shè)計與制造中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以有效地提升設(shè)計效率，降低設(shè)計成本，實現(xiàn)資源的合理配置，對虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械設(shè)計與制造中的應(yīng)用進行分析，對于促進我國機械設(shè)計與制造領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。

參考文獻

[1] 李勇.智能制造與數(shù)字化制造在工業(yè)制造的有效應(yīng)用[J].智能建筑與智慧城市，2022（10）：120-122.

[2] 竇興玉.關(guān)于自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造中的運用探討[J].農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)，2022，48（3）：47-48+52.

[3] 王郝.淺談自動化技術(shù)在機械設(shè)計中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2022，58（4）：204-206.

[4] 許燕茹.自動化技術(shù)在機械制造業(yè)中的運用分析[J].建材技術(shù)與應(yīng)用，2022（1）：59-61.

[5] 牛璐.自動化技術(shù)在機械設(shè)計制造中的應(yīng)用[J].內(nèi)燃機與配件，2022（2）：203-205.

[6] 李鄭臨，袁文昭.現(xiàn)代機械設(shè)計與機械制造的相關(guān)技術(shù)研究[J].造紙裝備及材料，2021，50（9）：103-105.