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虚拟样机技术在机械设计中的应用

作者：蔡晓娜

来源：《科技风》2017年第18期

摘要：虚拟样机技术是一种新型的产品设计技术，目前已经广泛应用于制造业之中。模拟样机技术凭借着比传统产品设计技术更加系统的优势，已经在产品设计技术的领域拔得头筹。而且虚拟样机技术的兴起，为各种产品设计提供了一种全新的设计理念。本文就是着重介绍一下虚拟样机技术以及其在机械设计之中的应用情况。 关键词：虚拟样机技术；机械设计；机械系统虚拟样机

虚拟样机是实际的产品在计算机上的一种表示方式，所以人们又称其为数字化样机。在实际应用之中，虚拟样机技术将会为机械设计开辟一条新的设计思维。 由于虚拟样机技术是把虚拟建模技术与分析技术相结合的，主要还是针对产品在投入使用后的各种工作状况进行动态仿真，从而达到预测产品整体性能的

目的。这样一来，对于产品的改进，以及提高产品各方面的性能都有很大的帮助。对于机械设计这种对于产品实用性要求较高的设计工程，虚拟样机技术将会发挥比较优良的作用。 一、虚拟样机技术的简介

实际上，虚拟样机技术因其在实用性上展现的巨大优势已经得到了不少产品设计的青睐，为了能够更进一步了解虚拟样机技术，接下来就简单介绍一下虚拟样机技术。

虚拟样机技术是一种新型的设计方法，它是基于虚拟样机的一种数字化设计技术。对于虚拟样机，顾名思义就可以知道。虚拟是一种完全数字化的方法，是借助于网络通信的分布式工作同时基于多媒体技术和虚拟现实技术，而样机就是正式产品投产之前制造的实验机型，用以评价产品的综合性能。由此可见，虚拟样机技术就是使用虚拟样机来代替物理样机对设计方案进行测试和评估的过程。

虚拟样机技术可以通过虚拟样机模型来辅助物理样机的相关过程。主要还针对于产品的全生命周期，换而言之就是这项技术能缩短产品的开发周期，提高开发效率。除此之外，虚拟样机技术与常规的仿真相比，其涉及领域更加广泛，考虑得更加周全，从而更能够提高产品质量，提高产品的性能，获得最优结果和不断的创新和突破[1]。在产品开发时期，能实现并行工程，也就是说，在不同领域的人员对同一种产品在虚拟样机模型中进行全方位的测试评估，从而会大量地缩短产品的开发周期。在提高效率方面虚拟样机可以在同样的时间内进行更多的试验，有利于得到更好的方案，同时也能节省大量的时间。当然，虚拟样机技术最大的特点就是有许多技术作为支撑，其中包括信息技术、先进制造技术、计算机技术等。 二、机械设计中虚拟样机设计的有效应用

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（一）机械设计的重要性

机械设计是机械工程的重要组成部分，准确来说就是根据使用要求对机械的工作原理、结构以及运动进行设计。随着机械工程越来越复杂，对传统的机械设计的要求也越来越高。无论是产品更新速度加快还是机械零件的制备技术含量不断提高，都是对机械设计提出更高的要求。而目前，在我国机械制造业作为基础性的产业是能够明显反映出国家制造业的水平高低的。国家其实是非常重视机械制造业的发展，但是在发展过程之中仍然会出现各种各样的问题。关键问题还是机械设计过程之中出现的效率低下，成本高的一些老生常谈的问题。但是，随着现代技术的不断发展，机械设计在汲取传统设计理念的精华的同时，也在逐步跟随科技的脚步，逐渐迈入数字化、智能化、并行化的轨道之中[2]。在这个大数据的时代，在这个数字化的时代，机械设计也必然会融入数字化技术，从而把数字化技术作为载体彰显机械设计更加鲜活的生命力。

（二）虚拟样机技术在机械设计之中运用的优势

首先，不得不说虚拟样机技术为机械设计提供了一种全新的设计理念，同时也使得复杂的机械设计工序简单化。详细的核心步骤就是在进行机械设计的初期直接在计算机环境之中利用计算机技术创建一个虚拟样机，这样一来，就可以在模拟样机中展现机械结构和功能，各种性能指标就可以清晰地向设计者展示出来。通过虚拟样机技术，设计的机械产品就可以通过各项仿真试验和分析以最快的速度反映出产品的缺陷。这样就可以节省很多时间和成本去对产品进行测试和分析，产品的缺陷在最初的设计阶段就可以被及时发现，然后进行改进。虚拟样机技术在实现机械设计进行与完善过程同时进行的方面做出来十分大的贡献。

在传统的机械设计过程之中，机械产品在机械运转过程中的运动情况需要建立一定的模型去进行机械分析，有时候步骤可能比较少但是在分析的过程之中会涉及很多的数据和复杂的运算，这个过程比较复杂，常常会出现错误。这样一来常常会因为对结果的处理而耽误很多时间，可能结果还不够准确从而导致下一次的尝试失败。以上种种都会导致在机械设计过程之中要浪费大量的人力物力和财力才能确保产品设计的精确度[3]。

通过以上传统设计技术和虚拟样机技术的对比，我们们可以清晰地看出虚拟样机技术在机械设计中的突出优势。但是我们同时也需要以发展的态度来看待虚拟样机技术在机械设计之中的运用。在今后的发展过程之中可能会出现不同的问题，需要利用不断更新的计算机技术、信息技术等去解决。也就是说，虚拟样机技术需要不断地改进以更好得服务于机械设计技术。 三、结语

随着技术的不断发展，传统的机械设计技术会被新的技术替代，虚拟样机技术就是其中一种。在上述的分析之中，虚拟样机技术在机械设计方面很好地实现了预测性能的功能，这为机械设计产品的生产提高了效率和质量。从大的方面来讲，虚拟样机技术也为国家的机械制造业的发展做出了巨大的贡献。

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参考文献：

[1]卢建湘.虚拟样机技术在机械设计过程中的应用[J].赤峰学院学报（自然科学版），2015，（17）：4547.

[2]王娜，王益轩.虚拟样机技术在机械产品设计中的应用[J].价值工程，2011，（15）：3941.

[3]王建军，张洪.虚拟样机技术在机械设计中的应用[J].大众科技，2009，（03）：116+108.

作者简介：蔡晓娜（1981），女，汉族，吉林榆树人，工学硕士，讲师，从事机械设计、制造、产品三维造型设计等方面的研究。