工程机械产品设计中虚拟样机技术的应用

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摘要：当前在网络科技不断发展的环境下，许多工程部门采取了新技术产品设计改革，这一举措推动了工程设计工作的发展。笔者从虚拟样机技术的特征出发，简要介绍了虚拟样机技术的实际应用情况，最后讨论了虚拟样机技术在工程机械上的使用情况以及发展前景。

关键词：虚拟样机技术；工程机械；产品设计

目前大多数工程设计都进行了新技术改革，并且也取得了一定的进步和发展，在实现产品设计现代化和提高工作效率上，有一定的成效。在虚拟样机技术使用于工程机械领域的过程中，许多产品设计实现了非物质化依赖化，主要依靠虚拟样机技术便可以实现产品设计的整个流程，有利于新产品设计技术的不断开发利用，实现新科技环境下的新技术开发。

1虚拟样机技术的特征

（1）概念的新颖性。虚拟样机技术在工程领域有着颇为成功的运用，其特征之一在于设计概念的新颖性，是一种全新的机械产品设计理念。传统的仿真机主要是对于单个子系统的模仿，人们已经逐渐意识到这种仿真机即使针对整个系统的性能都进行了优化，但并非这种简单的将已经得到优化的子系统进行叠加就可以使得整体系统得到优化。虚拟样机技术而是强调整体优化大于机械式的叠加优化，使得虚拟整机与虚拟环境进行不断的耦合，对于各种产品设计方案进行检测、评价，不断改进产品的设计方案以达到最优化，实现整体最优而不是局部优化。（2）设计的系统性。通过整机结构、液压系统、控制系统等的独立设计，实现局部优化促进整体优化是传统的产品设计方法惯用的套路。在虚拟样机技术中，注重各个子系统之间的动态交互与协调求解，改善了传统产品设计中，因设计考虑不周，在产品开发之后发现不足导致的浪费现象。通过虚拟样机技术，逐渐建立起各个子系统之间的多体动力学虚拟样机，实现产品的协同设计，及时的发现设计中存在的问题，解决问题，以系统的测试分析来驱动整个产品设计过程。

2虚拟样机技术的实际应用

（1）虚拟样机技术在国外的运用。早在美国最早研制出无图纸研发飞机波音777时，虚拟样机技术就已经在飞机研发的设计、装配、性能评价以及分析评估上发挥了重大作用，这项技术的应用不仅使得波音777飞机的研制成本大大降低至75%，而且使得制造周期大大缩短一半，并且确保了产品最终一次性成功装接，实现了飞机制造的一次伟大成功。著名的生产工程机械商JohnDeere公司在解决工程机械在高速行驶时的蛇行现象以及重载下自己震动问题时，积极地采用虚拟样机技术进行原因查找，并且大胆的进行方案改进，虚拟样机技术大大提高了产品的高速行驶性能与重载作业性能，解决了传统方式无法查找原因的问题。还有类似福特公司等美国的汽车制造公司也都相继采用了虚拟样机技术来进行样图的设计和产品检测、评估，其目的之一就是降低开开产品的成本，减少在研发使用的过程中存在的风险，从而改进产品的质量，并且获得较好的经济效益，由此来达到自己生产产品的目的。（2）虚拟样机技术在国内的运用。虚拟样机技术在国内的主要应用体现在对于虚拟样机技术的技术内涵、组成运行模式进行进一步的探讨，深入的研究虚拟样机技术在自主研发平台上的发展前景以及在科技高速发展过程中的环境支持。多领域研究虚拟样机技术有助与对于该技术的深入开发，实现虚拟样机技术在于各个行业内的广泛应用。在国内的虚拟样机技术应用实例比较多，在许多科学研究中广泛应用虚拟样机技术进行深入的开发，获得了较好的成果，这项技术为国内制造业创新发展带来了无限可能。研究员也纷纷将虚拟样机技术分散应用于汽车制造业、工程机械业等等各个行业，国防工业以及航天航空业等进行更加广泛的应用，不断的促进虚拟样机技术的完善和发展，增强我国的企业产品开发能力。

3虚拟样机技术在工程机械上的应用以及前景

（1）虚拟样机技术在工程机械上的使用流程。虚拟样机技术在工程机械上的应用优势主要体现在能够保证产品设计的美观性、舒适性。安全性、可靠性、制造的简便性以及可维护性等等。由于虚拟样机技术具备其他技术所没有的可视性特点，因此可以再计算机虚拟现实环境中进行技术设计、产品组装以及性能优化等，并且综合考虑产品的外观设计在虚拟的环境中进行进一步的尺寸模型分析，利用可以被直接操纵和修改的生成模型进行产品的不断完善。市场上一些成熟的软件，如：CAD、CAE等都可以进行虚拟工程机械设计，虚拟样机技术主要是利用图1流程进行产品的开发利用。上述流程借助商业上的三围CAD软件进行构图设计分析，进一步实现虚拟样机技术在工程机械设计上的有效利用。（2）虚拟样机技术在工程机械上的发展情况。虚拟样机技术的广泛应用能够实现产品设计的低成本、高效益，并且摆脱产品设计的物质依赖性，是一种全新的开发模式，将会给工程机械设计带来重大影响。主要的发展前景体现在：加快产品更新换代、引发一轮虚拟产品的销售潮，企业引发新的竞争点和增长点、促进企业间联盟、加快技术人员的技术提高，优胜劣汰速度。如此一来，将有利于产品的研发和企业的发展，以及人员素质的不断提高，可见，在新时代虚拟样机技术将成为工程机械产品开发的主流，引发全球经济新挑战。

4结语

文章讨论了虚拟样机技术在工程机械上的应用，探讨了虚拟样机技术的特征以及该技术在国内外的应用情况，大胆的畅想了新技术在工程机械上的开发利用情况，虚拟样机技术的发展将有助于新产品设计开发，同时促进工程机械流程的不断改革完善，促进我国工程机械设计实现高效、资源节约、发展迅速、人员配置合理的高效设计系统。

参考文献

［1］李寒杰.虚拟样机技术及其在工程机械领域的应用［J］.装备制造技术，2012，（6）：302-304.

［2］张旭，祖旭，薄瑞峰.协同虚拟样机技术及其在工程机械产品中的应用［J］.矿山机械，2004，（2）：44-46+5.

作者：刘毅 单位：成都理工大学核技术与自动化工程学院