徐立佳

【摘? 要】機(jī)械制造業(yè)發(fā)展步伐逐漸加快。新時(shí)期對(duì)儀表機(jī)械設(shè)計(jì)工作提出了較高要求，為保證儀表機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)低成本、短周期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，靈活應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)能夠滿足這一要求。論文在虛擬樣機(jī)技術(shù)介紹的基礎(chǔ)上，分析儀表機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)的重要性，最后探究虛擬樣機(jī)技術(shù)在儀表機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)用，旨在為相關(guān)設(shè)計(jì)人員提供思路，大大提高虛擬樣機(jī)技術(shù)推廣價(jià)值。

【Abstract】The development pace of machinery manufacturing industry is gradually accelerating. In the new era， higher requirements are put forward to the design of instrument and machinery. In order to ensure the quality of instrument and machinery products and achieve the design goal of low cost and short cycle， the flexible application of virtual prototype technology can meet the requirements. Based on the introduction of virtual prototyping technology， this paper analyzes the importance of the application of virtual prototyping technology in the design of instrument and machinery， and finally explores the application of virtual prototyping technology in the design of instrument and machinery， aiming to provide ideas for relevant designers and greatly improve the promotion value of virtual prototyping technology.

【關(guān)鍵詞】虛擬樣機(jī)技術(shù);儀表機(jī)械設(shè)計(jì);應(yīng)用

【Keywords】virtual prototyping technology; instrument and machinery design; application

【中圖分類號(hào)】TH122? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2021）04-0186-02

1 引言

近年來(lái)，儀表機(jī)械產(chǎn)品市場(chǎng)需求量呈遞增趨勢(shì)，確保產(chǎn)品足量供應(yīng)的同時(shí)，還應(yīng)適當(dāng)創(chuàng)新儀表機(jī)械設(shè)計(jì)手段，盡可能豐富儀表機(jī)械產(chǎn)品功能，從而擴(kuò)大產(chǎn)品銷量，提高制造業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。新時(shí)代下，應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)儀表機(jī)械，能夠在可視化環(huán)境中調(diào)整產(chǎn)品數(shù)據(jù)，全過(guò)程跟蹤產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)程，最終所生產(chǎn)的產(chǎn)品能夠滿足消費(fèi)者需求，同時(shí)，儀表機(jī)械設(shè)計(jì)水平會(huì)大幅提高。由此可見，虛擬樣機(jī)技術(shù)在儀表機(jī)械過(guò)程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用勢(shì)在必行。

2 虛擬樣機(jī)技術(shù)介紹

2.1 內(nèi)涵

虛擬樣機(jī)技術(shù)指的是，借助多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)制作實(shí)驗(yàn)機(jī)型，據(jù)此驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案可行性，并動(dòng)態(tài)獲知產(chǎn)品性能[1]。實(shí)際上，虛擬樣機(jī)技術(shù)借助仿真模擬系統(tǒng)構(gòu)建三維仿真模型，為仿真模擬實(shí)驗(yàn)提供有利條件。仿真模擬實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)人員根據(jù)仿真模擬運(yùn)行情況記錄設(shè)計(jì)產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)不足之處及時(shí)改進(jìn)，最終根據(jù)確定的虛擬樣機(jī)模型投產(chǎn)，減少返廠重造頻次。

2.2 特點(diǎn)

虛擬樣機(jī)技術(shù)是新時(shí)代發(fā)展的產(chǎn)物，為產(chǎn)品部件精益化設(shè)計(jì)提供可靠的技術(shù)支持，待高質(zhì)量零部件完整結(jié)合，整體系統(tǒng)質(zhì)量得到可靠保證。虛擬樣機(jī)技術(shù)具有傳統(tǒng)技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢(shì)，技術(shù)特點(diǎn)總結(jié)為：第一，測(cè)試獨(dú)立性，即面向單個(gè)部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，借助仿真模擬實(shí)驗(yàn)測(cè)試部件性能;第二，模擬過(guò)程性，虛擬樣機(jī)技術(shù)全過(guò)程模擬儀表機(jī)械產(chǎn)品運(yùn)行情況;第三，測(cè)評(píng)整體性，儀表機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，全過(guò)程測(cè)評(píng)儀表機(jī)械產(chǎn)品系統(tǒng)，所得到的測(cè)評(píng)結(jié)果為產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案調(diào)整提供依據(jù)[2]。

3 儀表機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)的必要性

儀表機(jī)械產(chǎn)品是信息輸出的重要窗口，對(duì)于產(chǎn)品使用者來(lái)說(shuō)，能夠根據(jù)信息提示作出相應(yīng)的判斷和操作。隨著機(jī)械自動(dòng)化程度的提高，傳統(tǒng)儀表機(jī)械產(chǎn)品實(shí)用性、功能性面臨一定挑戰(zhàn)，基于此，運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)精益化設(shè)計(jì)儀表機(jī)械產(chǎn)品，推動(dòng)儀表機(jī)械產(chǎn)品向精確化、智能化、集成化、可操作化發(fā)展，真正加快工業(yè)現(xiàn)代化制造進(jìn)程[3]。

客觀分析虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值：該技術(shù)以儀表機(jī)械產(chǎn)品應(yīng)用需求為導(dǎo)向進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要圍繞工作原理為設(shè)計(jì)方案制定提供依據(jù);這項(xiàng)技術(shù)全過(guò)程測(cè)試儀表機(jī)械產(chǎn)品系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，得出可供參考的評(píng)估結(jié)論，為儀表機(jī)械性能改進(jìn)提供正確方向，推動(dòng)制造業(yè)常態(tài)發(fā)展;虛擬樣機(jī)技術(shù)用于設(shè)計(jì)儀表機(jī)械，在科學(xué)理念指導(dǎo)下融合先進(jìn)技術(shù)，一定程度上為儀表機(jī)械類產(chǎn)品發(fā)展注入充足動(dòng)力;虛擬儀表系統(tǒng)適時(shí)優(yōu)化，能夠大大縮短機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)間，并全面降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本，從儀表機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)組織層面來(lái)看，會(huì)全面提高這類產(chǎn)品在經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。

4 虛擬樣機(jī)技術(shù)在儀表機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中的具體應(yīng)用

4.1 構(gòu)建三維仿真模型

搭建三維儀表機(jī)械模型建模平臺(tái)，先構(gòu)建零部件模型，接下來(lái)建立整體儀表機(jī)械模型。整體模型構(gòu)建期間，完成零部件建模分割、建模存儲(chǔ)等工作，大大提高文件利用率。數(shù)據(jù)信息更新時(shí)，搭建數(shù)據(jù)庫(kù)，并設(shè)置關(guān)鍵詞搜索框，確保模型均速加載。機(jī)械虛擬儀表系統(tǒng)組成部分包括兩方面，分別是硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)，聯(lián)用相關(guān)技術(shù)獲取傳感器信息及相關(guān)參數(shù)，通過(guò)分屏模式全面、精準(zhǔn)輸出信息。

4.2 構(gòu)建裝配模型

儀表機(jī)械產(chǎn)品分為計(jì)量類和非計(jì)量類，其性能指標(biāo)包括精確度、穩(wěn)定性、測(cè)量范圍、適應(yīng)條件等指標(biāo)。裝配模型構(gòu)建的過(guò)程中，圍繞機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理組裝儀表零件，對(duì)于裝配人員來(lái)說(shuō)，參照?qǐng)D紙模型完成裝配任務(wù)，保證裝配件可用價(jià)值。與此同時(shí)，深入研究各部件裝配工藝，根據(jù)儀表機(jī)械使用要求控制誤差在合理范圍內(nèi)，適當(dāng)修正儀表機(jī)械結(jié)構(gòu)誤差，直到儀表尺寸符合規(guī)定，大大提高儀表精度。裝配過(guò)程中，堅(jiān)持按順序裝配原則，減少返工現(xiàn)象。虛擬樣機(jī)技術(shù)用于建立裝配模型，工作人員客觀認(rèn)識(shí)誤差問題，探究誤差處理方法優(yōu)化的可行性措施，保證平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行的常態(tài)化。

4.3 儀表機(jī)械性能虛擬測(cè)試

虛擬樣機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，裝配模型構(gòu)建是前提條件，這一系統(tǒng)通過(guò)獲取模型數(shù)據(jù)發(fā)揮系統(tǒng)功能優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)適當(dāng)修正，全面保證樣機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和有效性。虛擬樣機(jī)系統(tǒng)模擬環(huán)節(jié)，觀察顯示裝置的信息變化情況，尤其是標(biāo)尺指針顯示裝置、記錄裝置、數(shù)字顯示裝置，一旦發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，適當(dāng)調(diào)整理論計(jì)算結(jié)果，直到儀表機(jī)械產(chǎn)品常態(tài)工作，使其達(dá)到制造業(yè)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)需求。

4.4 改進(jìn)虛擬樣機(jī)可視化系統(tǒng)

基于網(wǎng)絡(luò)載體搭建虛擬樣機(jī)交互平臺(tái)，在這一平臺(tái)上整合儀表機(jī)械設(shè)計(jì)資源，使設(shè)計(jì)過(guò)程信息、設(shè)計(jì)結(jié)果信息便捷傳遞，為各地設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)思想碰撞、設(shè)計(jì)信息交流提供有力條件。儀表機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，虛擬樣機(jī)可視化系統(tǒng)憑借信息采集、參數(shù)設(shè)置、決策信息查詢等功能過(guò)程式追蹤儀表機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)程，避免出現(xiàn)返工現(xiàn)象，將經(jīng)濟(jì)損失降到最低。

4.5 聯(lián)合應(yīng)用多樣化技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代下，虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值逐漸突顯，要想充分發(fā)揮該技術(shù)在儀表機(jī)械設(shè)計(jì)中的效能，應(yīng)深入挖掘虛擬樣機(jī)渲染技術(shù)，利用空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)便捷傳輸數(shù)據(jù)，同時(shí)，借助貼圖尋址能力高效聚集[4]。在這項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，聯(lián)用表面剔除技術(shù)，在儀表機(jī)械硬件設(shè)計(jì)圖的基礎(chǔ)上編程，融合多種剔除方法，盡可能加快渲染速度。在此期間，聯(lián)用輻射度算法、逐步求精技術(shù)，視情況調(diào)節(jié)參數(shù)，經(jīng)迭代優(yōu)化儀表機(jī)械渲染效果，打造形象逼真、空間感良好的虛擬儀表機(jī)械產(chǎn)品。

除此之外，高效運(yùn)用協(xié)同仿真技術(shù)和多柔體融合仿真技術(shù)，現(xiàn)今我國(guó)多柔體融合的仿真技術(shù)處于改進(jìn)、升級(jí)的關(guān)鍵期，在儀表機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域是研究的重要內(nèi)容。制造業(yè)中存在多柔體系統(tǒng)，從動(dòng)力學(xué)的角度來(lái)看，應(yīng)在儀表機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)客觀分析多柔體系統(tǒng)計(jì)算復(fù)雜度，通過(guò)逐漸攻克設(shè)計(jì)難點(diǎn)，全面優(yōu)化虛擬儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果。例如，制造業(yè)計(jì)量?jī)x表機(jī)械產(chǎn)品在多柔體系統(tǒng)建模時(shí)存在一定難度，這要求設(shè)計(jì)人員深層次分析技術(shù)應(yīng)用原理，探索系統(tǒng)建模與儀表機(jī)械設(shè)計(jì)之間的契合點(diǎn)，為仿真測(cè)試作足充分準(zhǔn)備，進(jìn)而獲得真實(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)及信息，為日后建模仿真提供參考，實(shí)際上，這能全面改善多柔體系統(tǒng)，大大提高多柔體融合仿真技術(shù)利用率。

5 結(jié)論

綜上所述，虛擬樣機(jī)技術(shù)與儀表機(jī)械設(shè)計(jì)有機(jī)融合，通過(guò)構(gòu)建三維仿真模型、構(gòu)建裝配模型、組織儀表機(jī)械性能虛擬測(cè)試活動(dòng)，全面保證儀表機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量，為我國(guó)儀表制造業(yè)常態(tài)建設(shè)提供推動(dòng)力。放眼長(zhǎng)遠(yuǎn)，要想進(jìn)一步提高虛擬樣機(jī)技術(shù)利用率，應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)改進(jìn)虛擬樣機(jī)可視化系統(tǒng)，并聯(lián)合運(yùn)用多樣化技術(shù)，推動(dòng)儀表機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)穩(wěn)健發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

【1】張偉，任愛華，王紅霞.虛擬樣機(jī)技術(shù)在精密機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用[J].黑龍江科學(xué)，2020，11（03）：15-16+19.

【2】董振，唐治宏.虛擬樣機(jī)技術(shù)在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].教育觀察，2018，7（03）：76-79.

【3】曾桂華，徐帥.淺談虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的助推作用[J].農(nóng)家科技（下旬刊），2018（04）：154.

【4】李卓航.淺析虛擬樣機(jī)技術(shù)在石油機(jī)械設(shè)計(jì)中的運(yùn)用[J].石化技術(shù)，2019，26（02）：313-314.