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摘要：虚拟制造的实质是在产品制造过程的上游——设计阶段，对产品制造的全过程虚拟集成，将可能出现的问题解决在这一阶段，通过设计的最优化达到产品的一次性制造成功。本文主要探究了虚拟制造的技术特点以及虚拟制造技术在机械设计工程的运用，以供参考。
关键词：虚拟制造技术；机械设计；运用
引言：虚拟制造技术是虚拟现实技术和计算机仿真技术在制造领域的综合发展及应用，它为制造业带来全新的概念。它既是一项先进制造技术又是一种先进制造理念，这项新兴的制造技术为制造业的发展指明了方向，减少了资源浪费，实现了绿色制造，使制造业达到了前所未有的高度集成化与优化，为先进制造技术的进一步发展提供了更广阔的空间，是现代制造业信息化过程中不可逾越的阶段。
一、虚拟制造技术的内涵
虚拟制造是指实际制造过程在计算机的本质实现，即采用计算机仿真与虚拟现实技术，在计算机上实现产品开发、制造以及管理与控制等制造的本质过程，以增强制造过程各级的决策与控制能力。虚拟制造不是一成不变的技术，而是一个不断吸收各种高新技术而不断丰富其内涵的动态技术系统，它通过计算机虚拟环境和模型来模拟生产场景和预估产品功能、性能及可加工性等方面可能存在的问题，从而提高人们的预测和决策水平，它为工程师提供了从产品概念的形成、设计到制造全过程的三维可视及交互环境，使得制造技术走出主要依赖于经验的狭小天地，发展到了全方位预报的新阶段，它不是原有单项制造仿真技术的简单组合，而是在相关理论和已积累知识的基础上对制造知识进行系统化组织。
随着科技发展，我国开始出现了虚拟制造技术的新概念，虚拟技术是CAD/CAM/CAE技术基础上发展起来的，可以看做是CAD/CAM/CAE集成化发展的最高层次。一方面，CAD/CAM/CAE技术为虚拟制造技术的实现提供了较为成熟的技术：建模技术、分析优化技术、制造过程仿真技术、分析评价技术、设计分析评价技术、产品信息集成、转换共享技术等。另一方面，虚拟制造技术超过了CAD/CAM/CAE技术，CAD/CAM/CAE技术主要考虑产品本身信息的集成与建模，而虚拟制造技术还要考虑加工过程的建模等问题。
二、虚拟制造的技术特点
虚拟制造的技术的特点主要体现在以下几方面：第一，高度集成。虚拟制造中产品设计与制造过程是在虚拟的产品数字化模型中进行产品设计、制造、测试等过程，并且在虚拟的制造环境中检验其设计、加工、装配和操作。因此，易于综合运用系统工程知识、并行工程和人―机工程等多学科先进技术，实现信息集成、知识集成、串并行交错工作机制集成和人―机集成。第二，敏捷灵活。开发的产品（部件）可存放在计算机里，既节省仓储费用，利于产品再次快速改型设计，从而大幅度缩短了生产准备周期，降低了成本，提高了产品从设计、制造到销售全过程的整体性和敏捷性。第三，分布合作。虚拟制造通过Internet可使分布在不同地点、不同部门的不同专业人员在同一产品模型上同时工作，相互交流，实现资源共享，发挥各自特长，实现异地设计、制造，从而使产品开发以快捷、优质、低耗响应市场变化，将制造业信息化与知识化融为一体。
三、虚拟制造技术在机械设计工程的运用
1、虚拟制造技术在产品开发的运用
在机械设计过程中，设计师要考虑到机械产品的各个方面，以满足一定的安全性、人机工程学、易维护性和装配标准。因此，机械设计过程中严格地受到生产、时间和费用的限制。虚拟制造能完成比CAD更多的功能，CAD通常只考虑产品各个子部件的几何特征和相互间的几何约束。而在虚拟制造中，可以将以上提到的多种所需满足的条件集成到设计过程中一并考虑，我们还能适当减少子部件数目，甚至可以按比例放缩部件尺寸，这大大降低了设计费用和原型构造时间，更进一步的达到产品用户化的目标。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆例如飞机、汽车的外形设计，其形状是否符合空气动力学原理，运动过程中的阻力，其内部结构布局的合理性等。在复杂管道系统设计中，采用虚拟技术，设计者可以“进入其中”进行管道布置，并可检查能否发生故障。在计算机上的虚拟产品设计，不但能提高设计效率，而且能尽早发现设计中的问题，从而优化产品的设计。
2、虚拟制造技术在生产计划安排的运用
生产计划安排的可视化对于制造决策是极其有用的，但目前它还未能完全实现。使用虚拟制造技术，可将成百上千件产品、成千上万个零部件和许多其他生产要素可视化，辅助计划者更好地评价、选择生产计划。计算机产生的图像可将计划者的大脑负担转移到他们的感官系统，这就加快了工作进程。生产计划数据变成立体的或多维的图形，可表达复杂的内部关系。虚拟制造技术是信息化制造的重要技术之一，实现虚拟制造需要强有力的技术支撑，虚拟制造技术的应用应结合我国制造业自身的特点，在吸收国外成熟经验的基础上大胆创新，形成特色发展。
3、虚拟制造技术在机械加工的运用
“质量好”、“精度高”、“价格低”、“交货期短”等是人们对机械制造的基本要求。但许多机械产品体积庞大、结构复杂、尺寸精度和表面粗糙度要求较高，设计制造相当困难。在模具设计阶段无法预料制造过程中将出现的问题，有可能造成制造困难或无法进行加工。采用虚拟制造的方式，可优化模具零件加工过程中的工艺参数，及时解决加工过程中出现的问题。数控仿真加工是目前应用较广的加工方法，在计算机上采用仿真软件根据 Pro/E 产生的零件图即可生成零件的加工程序代码。通过计算机构造出一个虚拟的加工环境，在虚拟加工过程中可观察到刀具完整的运行路径，完成常规加工的各种功能，还可以发现加工过程中存在的问题，并及时修正。仿真加工结束后，将加工程序输入数控机床即可进行实物加工。
4、虚拟制造技术在机械装配的运用
在传统机械装配过程中，需要反复修改和调试，才能得到满意产品。在调模过程出现的缺陷，主要凭装配人员的经验，通过反复试模、修模、再试模、再修模的循环过程才能解决，经常导致零件的报废或工期延长。而虚拟制造技术能大大缩短这一过程，因为在虚拟现实环境下不需要建造实体模型，工程师可利用虚拟的“自然”环境、可视化优势进行设计，避免出现干涉等问题，避免反复修模，保证机械产品的精度和制造周期。在机械装配中，通过虚拟现实技术可直观进行设计，避免可能出现的不合理问题。产品设计必须解决运动构件工作时的运动协调关系、运动范围设计、可能的运动干涉检查、产品动力学性能、强度、刚度等。
四、结束语
目前，虚拟制造技术在现代机械工程设计中得到了广泛的应用。充分实现了机械工程设计的可视化，有效地提高了机械工业的生产效率和技术水平。虚拟制造技术作为一种新的技术概念，为未来机械制造业的发展提供了新的思路和方向。此外，虚拟制造技术在现代机械工程设计中的强大作用使其具有广阔的发展前景，必将对社会生产和生活产生深远的影响。
参考文献
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论文作者:陈振华
论文发表刊物:《城镇建设》2019年11期
论文发表时间:2019/8/26
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