虚拟样机技术及其在工程机械领域的应用

仙阿曼，李一鑫

（咸阳职业技术学院，陕西 咸阳 712000）

虚拟样机技术及其在工程机械领域的应用

仙阿曼，李一鑫

（咸阳职业技术学院，陕西 咸阳 712000）

科学技术的进步，促进了社会经济的发展，工程机械技术也在不断发展，然而传统的工程机械设计已经无法满足现代工程机械的发展需求，特别是现代工业对产品的需求和性能有了更高的要求，因此对设计人员有了更大的要求。样机虚拟技术是现代工业设计领域的一项新技术，文章主要阐述了样机虚拟技术的原理、特点以及目前国外发展的情况。

样机虚拟技术；工程机械领域；应用

中国加入WTO以后，国外越来越多的工程机械产品涌入中国，造成工程机械产品市场的竞争日益激烈。企业为了抢占市场，往往需要不断提高产品的质量，缩短新产品研发的时间，降低研发的成本。随着计算机技术广泛应用在社会的各个领域，给人们生活带来了翻天覆地的变化。模拟样机就是基于计算机基础上，以虚拟设计为现代工程机械领域设计的一种新的技术手段。运用虚拟样机技术，从产品设计、分析、评估等各个环节，都能实现产品物理参数值不同设计，从而降低新产品开发的风险，缩短开发的时间。

1 虚拟样机技术

虚拟样机技术是一门涉及多个学科的技术，它以动力学、机械系统运动学、控制离乱和有限元分析等技术为核心，利用计算机图形技术，将产品的各个部件设计、分析、研发等集成一体，从而实现机械设计的数字模型，为工程机械产品的设计、研发和优化等功能提供计算机虚拟现实的平台，所以虚拟样机也被称为数字化样机。它是一种全新的机械产品设计理念，与传统的仿真技术相比，样机虚拟技术具有两个方面的优势：①传统的仿真技术往往是针对产品的某一个子系统进行仿真，而虚拟样机技术更加强调对整个系统的优化。通过对虚拟环境和虚拟征集的整合，通过多种方案对产品进行设计、分析和评估，并不断改进和完善产品的设计方案，直到最终获得一个产品最佳整体性能；②传统产品设计液压系统、整机结构和控制系统等各个子系统都是独立设计，是一个串行的过程，他们往往忽略了产品各个子系统的连接与交互，这样的方式有一个非常大的弊端就是产品存在的问题往往到后期才发现，这就造成严重的浪费。通过虚拟样机技术，可以快速地建立包括控制系统、液压系统、气动系统在内的多体动力学虚拟样机，实现产品的并行设计，可在产品设计初期及时发现问题、解决问题，把系统的测试分析作为整个产品设计过程的驱动。

2 虚拟样机技术在工业机械的应用

作为一种先进的技术，虚拟样机技术还处于发展阶段。目前虚拟样机技术已被在工业制造、航空航天、铁道、工程机械、汽车制造、军事装备、造船、机械电子、娱乐设备等多个领域广泛应用。国外虚拟样机技术在航空航天领域取得了重大突破，有很多成功的应用例子。比如：飞船与空间飞行器的发射和对接，飞机起落架系统，空间系统的捕捉与对接，太阳帆板展开机构分析与设计等等。美国的波音公司采用VS-X虚拟飞机，飞行员可以通过头盔、显示器和数据手套进行分析、管理和控制，从而让飞机设计人员能够身临其境地感受飞机设计情况，从而不断完

善飞机内部结构设计和外观设计，将虚拟样机技术应用在整机设计、部件测试、各种飞行环境试飞等各个环节，使得飞机的研发时间原来是八年时间缩短到五年。此外虚拟样机技术在军备制作方面也取得比较突出的成就：比如在武器装填与发射系统仿真，目标跟踪系统与控制系统设计，履带式和轮式车辆仿真，坦克行驶稳定性优化与炮塔控制等方面。在机械方面，虚拟样机技术在机器人、工业机床、纺织机械、包装机械等生产机械领域也有应用。目前我们国家在虚拟样机技术应用这一块还处于起步阶段，还没有进行全面系统的发展和研究。这对企业也是一个巨大的挑战和考验，随着虚拟样机技术的不断发展和成熟，它必然给现代工业发展带来巨大的变化，它也会成为未来工业产品设计新模式，企业如果抓住这个机会，未来能最先抢占市场，提高企业竞争力。

3 虚拟样机技术在工程机械领域的发展前景

虚拟样机技术使工业产品摆脱了对物理样机的依赖，是一种全新的产品设计技术和研发模式，在工程领域的迅速发展，未来将给工业机械企业带来重大的影响和变革。随着社会经济的发展，未来虚拟样机技术将在这些方面的变革：第一，虚拟样机技术大大缩短了产品研发周期，产品更新换代越来越快，企业的生产效率大大提高了，那么产品竞争也越来越激烈，未来企业之间的竞争体现谁的产品更新换代更快。第二，虚拟样机技术将可能实现虚拟产品的销售，企业可以通过虚拟样机先找到客户，然后再进行生产。因此企业在产品制造和市场竞争方面更具灵活性。第三，促使企业建立动态联盟。产品的数字化使企业能够通过Internet进行产品信息的快速交流，进行有效的资源整合，将具有开发某种新产品所需的知识和技术的企业组织聚集起来，形成一个临时的企业联盟，不仅能提高产业整体竞争力，而且能够进一步促进产业升级改造。第四，对技术人员的综合素质要求更高，虚拟样机技术涉及的学科比较多，有电子技术、机械工程、软件技术、控制理论等。而且系统呈现交互式等特点，这就要求必各个子系统的技术人员必须掌握相关领域的知识和技能。虚拟样机技术的发展，促使整个工业机械的大变革，产品专业等分析员也必将转变为产品设计者。协同工作能力将成为企业技术人员的基本素质。

4 结语

随着科学技术和社会经济的发展，科学技术广泛应用在社会的各个领域，工业机械行业也涌现出新技术和新工艺。随着虚拟工程技术在工业机械领域的应用，它在一定程度上改变了传统的机械设计方式，数字模拟技术实现了对工业产品性能方面的预测，有效地提高了工业产品的生产效率和质量。随着虚拟样机技术发展，未来在工业机械设计方面发挥的作用将越来越明显，其具有良好的应用和发展前景，对工业机械现代化进程起着重要的推动作用，对于国家的发展具有重要意义。

［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］郝虎.虚拟样机技术在采煤机械设计中的应用［J］.城市建设理论研究（电子版），2011，（31）.

［3］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，2011，30（15）：39-41.

Virtual Prototype Technology and its Application in the Field of Engineering Machinery

XIAN A-man，LI Yi-xin
（Xianyang Vocational and Technical College，Xianyang，Shaanxi 712000，China）

The progress of science and technology promotes the development of social economy and machinery technology is also developing.However，the traditional mechanical engineering design has been unable to meet the demand of the development of modern engineering machinery,especially the modern industrial demand for products and performance have higher requirements，therefore there are more requirements for designers.Virtual prototype technology is a new technology in the field of modern industrial design.The paper mainly expounds the principle and characteristic of virtual prototype technology and its current development abroad.

virtual prototype technology；engineering machinery field；application

TH12

A

2095-980X（2016）10-0016-02

2016-09-16

仙阿曼，主要研究方向：机械自动化。