虚拟仿真技术在矿山机械设计制造中的应用和前景

黄 斌

（江西省核工业地质局培训中心，江西 南昌 330002）

随着计算机水平的提升，虚拟仿真技术已经成为了现实。其能够借助于创设情境来进行实验模拟，找出解决问题的措施。随着技术水平的提升，虚拟仿真技术已经经过了三个历程。

最初，虚拟仿真技术是模拟机仿真，随后又出现了数字混合机仿真，最后形成了数字机仿真。不但如此，虚拟现实技术已经被应用到多个方面之中，尤其是在矿山机械制造之中。因为矿山机械占地面积比较大，对精确度的要求比较高，进行制造非常困难，而虚拟仿真技术的使用能够有效的改善这一现状，使矿山机械设计制造更加顺利。

1 虚拟仿真技术定义

虚拟仿真技术能够帮助人们对所创建的虚拟世界进行修改或者是分析、控制等操作。其主要方式是借助于计算机平台将自然环境中可能出现的场景进行虚拟化，这一虚拟场景几乎具备真实场景的所有功能，虚拟仿真技术之所以受到人们的关注也是因为这一技术[1]。虚拟技术拥有信息交互性、渲染性以及感知性等特征。借助于虚拟仿真技术，对矿山周围的环境进行创设，能够为矿山机械设计工作的调整提供支持，使其更加适应矿山生产开采的现实需要。需要注意的是，虚拟仿真技术在构建模型的过程中，不仅要考虑到外观，还应该展现出形态、质感等多个角度的内容。

较为常见的虚拟仿真技术软件有Vega、VRMAP、IMAGIS等。

2 虚拟仿真技术在矿山机械设计制造中的应用理念

虚拟仿真技术，能够将三维建模作为立足点，展现出和现实相关的场景，模拟对矿山的开采、挖掘、运输等多个工作。并对生产设备作出控制，观察机械的使用情况，也可以简单理解为借助于三维场景，能够展现出所设计的矿山机械设备的结构和功能。

第一，对虚拟仿真技术进行应用，主要是因为这一技术比较稳定，不容易出现问题。有关人员针对这一技术进行了模拟测试，也能够在一定程度上降低出现问题的概率，提高技术的应用效果。借助于三维模型以及相关软件设计矿山机械，操作更加简单、便捷[2]。

第二，能够使场景更加可视化。虚拟仿真技术能够为相关工作人员展现出机械制造的细节，使其更加真实、清晰，将设计思维从抽象转化成为具体内容，非常直观，能够为相关人员设计工作的后续开展提供支持。

第三，借助于虚拟仿真技术，能够在虚拟环境和现实环境中同时对矿山机械设计制造进行研究，达成人机交互这一目标，为矿山机械的模拟使用提供支持。

3 虚拟仿真技术在矿山机械设计制造中的作用

虚拟仿真技术也被称之为计算机仿真技术，在21世纪受到了人们的广泛关注。主要技术包括将计算机作为代表的多项技术，比如说，计算机建模技术、计算机绘图技术、物联网技术、人工智能技术、集成电路技术等。根据相关资料调查分析发展，目前虚拟仿真技术在娱乐、教育、艺术等行业已经较为成熟，在工业中的应用还处在初步发展阶段。虚拟仿真技术的技术水平比较强，能够在较短的时间内对重力、阻力、摩擦因素、牛顿定律等多个物理内容进行计算，并开展动力交互。这一技术的出现和发展，使工业仿真化、虚拟化成为了现实，推动了工业的进一步发展[3]。

将虚拟仿真技术应用到矿山机械设计之中，能够通过构建机械模型，进行动态分析，获得一些更加精准的参数，对设计规划进行调整。这能够减少机械设备生产需要投入的资金。在进行实验模拟时，只需要借助于计算机平台进行操作，不需要在制造样机进行试验，这在一定程度上也降低了资金的消耗。除此之外，还能够对大型机械所开展的设计进行补充，使其更加完善。在进行机械设计时，有关人员可以借助于计算机来进行一系列的数据计算，并创建相关的模型，这能够有效地降低实验的难度。所以，借助于虚拟仿真技术能够使机械设备所进行的设计更加有效，提升大型机械设计水平，减少对零件的成本投入，降低了生产建设成本。

4 虚拟仿真技术在矿山机械设计制造中的应用

虚拟仿真技术主要是借助于计算机来进行操作，为此，需要构建需要设计对象的仿真模型，在这个过程中包含着几何学、图形学、数据处理学等多个方面的内容。直接运用计算机系统来开展模拟并不可行，只能对模型进行构建[4]。计算机能够将所设计的抽象的模型转化为立体、三维的，这一模型能够使人们直观的感受到矿山机械设计制造各个环节。为此，工作人员在进行矿山机械设计制造的过程中，都会选择应用虚拟仿真技术，借助于虚拟仿真技术，进行矿山机械设计制造可以从以下几个角度开展工作：

4.1 构建三维模型

想要在计算机这一平台中，开展大规模机械模拟实验，就必须要设置一个安全可靠的模拟场景，并制定相关的条例进行约束。想要实现这一目标，就必须要构建三维模型。三维模型能够将机械制造和其数字原型相联系，提升对机械设计进行仿真分析的水平，发挥出大型机械设备最大化的作用。

4.2 对虚拟仪器进行测试

在对虚拟仪器进行测试时，需要开展模拟实验，对数据作出分析，并根据所搜集到的数据开展一系列的处理工作。和传统的仪器进行比较，虚拟仪器在互联网中搜集处理信息的能力比较强，能够为用户提供个性化的服务，使用户获得满意的体验。

从源头上来进行分析，虚拟仪器就是将传统使用的仪器中的硬件配置和计算机软件相联系，这能够有效的提升虚拟仪器的智能水平，在降低虚拟仪器成本的同时，创造了更多的经济收益[5]。

4.3 模拟装配流程

借助于虚拟装配来进行矿山机械仿真设计时，需要测试机械产品是否能够被正常的使用。在进行现实机械生产时，经常会由于零件的装配而导致机械无法正常的使用。这主要是因为相关工作人员无法在第一时间将零件全部配齐。在这一情况下，需要对原本机械中的零件进行调整、修改，甚至部分机械零件之间宣布报废，这就导致机械无法在约定的时间内完成生产工作，会带给企业重大的经济损失，导致机械制造需要消耗大量的人力、物力和资金，而借助于虚拟仿真技术，能够有效的解决这一问题。

借助于模拟装配流程，能够提升其可视化水平，构建专门的立体模拟。除此之外，借助于计算机技术，还能够对装配完成的机械进行检测，对性能形成全面的认识。并在互联网平台中，对所有零件的装配情境进行检查，这能够有效的提升生产水平，减少需要投入的资金，充分利用资源[6]。

4.4 进行人机交互仿真实验

可以构建专门的系统，并将XYZ三轴作为立足点，模拟所设计的机械设备平移旋转的场景，实现人机交互操作。比如说，在进行采煤机设计制造的过程中，可以利用互联网对设计完成的虚拟采煤机进行平移、割煤炭等操作，也可以通过手动来对虚拟采煤机进行控制，调整期运行速度等。这能够使机械设计制造人员认识到自己设计所存在的问题，及时的作出调整，这一技术的使用有效的提升了虚拟仿真技术的应用水平，能够使所设计的机械更加适应矿山的开采、运输等各项工作。

4.5 构建三维仿真系统

矿山开采一般都需要深入地底进行工作，井下的环境并不是非常好，容易出现一些安全问题，这在一定程度上增强了机械进行矿山生产的难度。构建三维仿真系统，能够展现出夜间的情境和人机交互的方式等，使矿山设计人员对矿山的风险形成更加全面的认识，在进行设计的过程中，考虑到诸多场景对机械造成的影响，并尽可能的将风险降到最低，使所设计的机械能够更加安全的进行工作，延长使用寿命，为矿山机械设计制造企业创造更多的经济收益[7]。

5 虚拟仿真技术的重要性

在进行机械设计制造的过程中，使用虚拟仿真技术，能够对大型机械的零件进行分析，探究对其进行加工的方式。除此之外，借助于这一技术，能够使工作人员了解对大型机械进行加工的步骤。有效的提升了机械设备生产水平，降低了人力资源、物力资源和资金的不必要消耗。

6 虚拟仿真技术在矿山机械设计制造中的前景

虚拟仿真技术的实用性比较强，操作简单便捷，能够使场景可视化，达成人机交互这一目标。将其应用到矿山机械设计制造之中，能够减少设计需要花费的时间，使设计工作更加高效，为矿山机械设计制造企业创造了更多的经济收益，在一定程度上也保障了矿山生产质量，使矿山机械使用更加安全。

借助于虚拟仿真技术，能够有效的降低在进行矿山机械设计制造的过程中出现问题的概率，有关工作人员可以通过学习相关知识，对机械设备进行更加全面的了解，并开展模拟训练，更加熟练机械的操作方式，提升操作能力，使机械设备的使用更加安全[8]。

为此，可以发现虚拟仿真技术对矿山机械设计制造有着非常重要的作用。能够有效的提升进行设计制造的水平，使相关工作更加高效的完成，降低出现安全风险的概率，将虚拟仿真技术应用到矿山机械设计制造中是时代发展的必然。

7 总结

根据上文来进行分析，自从上个世纪末，虚拟仿真技术水平已经得到了一定的提升，随着计算机技术的进一步发展，虚拟仿真技术已经被应用到现实生活中，并且在机械制造领域，受到了人们的重视。虚拟仿真技术能够对大型机械的设计思路进行模拟，并按照思路进行模拟的装配和性能测试。这能够有效的降低对机械设计资源的不必要消耗，确保大型机械的性能处在稳定状态下，借助于虚拟仿真技术，还能够对大型机械的各项功能进行测试，使机械稳定的进行运转。

目前，虚拟仿真技术在各行各业之中得到了较为普遍的应用，特别是在进行大型机械设计制造时，需要合理的对虚拟仿真技术进行使用，使虚拟仿真技术在机械设计制造过程中发挥最大化作用，提升矿山机械制造水平，为矿山生产工作的顺利开展提供支持。