计算机虚拟技术在现代制造业中的应用研究
摘要：随着国民经济的不断增长，科学技术的不断创新，现代制造行业发展得到了质的飞跃。在现代制造行业中计算机虚拟技术是一项必不可缺的关键内容。直接关系到企业制造生产过程的整体质量和效率。以人为主体，以计算机虚拟技术为支柱，综合应用信息、材料、能源、环保等高新技术以及现代系统管理技术，研究并改造传统制造过程作用于产品的整个寿命周期，从而实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产。本文将对计算机虚拟技术在现代制造业中的应用展开分析与探讨。
关键词：虚拟技术;现代制造业;实践应用
0.引言
当前是一个流行先进制造技术的时代，为适应21世纪的制造业市场、产品及企业特征需要，二十一世纪先进制造业技术将向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、数字化、智能化等方向发展，其中计算机虚拟技术就是重要的一环。通过将计算机虚拟技术应用在各个生产制造环节，能够有效提升产品的开发质量和效率。同时还可以根据市场用户需求特点，有针对性地的设计开发产品，实现制造企业的TQCS需求。
1.计算机虚拟技术及其优势
计算机虚拟制造技术实质是指企业实际制造生产过程在计算机设备上的相关映射，也就是通过合理运用计算机仿真和虚拟现实技术，基于先進高速网络和计算机设备的辅助下，经过一系列的计算机上的群组协同作业，从而有效实现产品仿真设计、工艺规划、制造生产以及质量分析等产品制造全过程。计算机虚拟技术的应用核心在于以计算机虚拟制造工作环境为基础，相关工作人员对不同需求产品的加工性能特点展开仿真模拟工作，从而预估判断出产品的真实制造生产水平，这样有利于提高企业对产品设计制造的预测和决策水平。计算机虚拟制造技术主要涉及到了仿真技术、虚拟现实技术以及信息技术等内容[1]，制造企业在设计或者制造加工需求产品之前，利用该项技术能够实现对需求产品装配系统状态的仿真体验，了解到产品的各项性能、功能特点，从而帮助相关工作人员进一步优化改善产品实施方案。
计算机虚拟技术在现代制造业中的应用主要包括了以下几点优势：1）易于建模操作。在传统制造企业产品建模过程中，设计人员往往需要投入更多的时间和精力，运用各种公式进行推导计算工作，这样才能够充分保障产品建模过程的科学准确性。而在计算机虚拟技术辅助下，产品设计研发人员无需再经过复杂的手动计算，只需要通过利用计算机就能够高效完成产品建模和计算目标，并且维持极高的准确率。此外，相关工作人员采用先进的虚拟样机技术软件，能够发挥出其多种结果可视化技术和动画图形功能作用，帮助制造企业产品研发设计人员更加直观清晰了解到产品性能和使用效果;2）适用性高，处理问题能力强。基于计算机虚拟制造技术辅助下，制造企业工作人员能够高效解决各类产品设计生产过程的实际问题，通过利用仿真建模形式，设计人员能够直观清晰了解到需求产品研发过程中所会遇到的各类问题，从而有效采取相对应的解决措施。计算机虚拟制造技术被广泛应用在各类产品设计生产中，具有较高的实用型，无论是那种产品机构都可以实现科学建模目标;3）良好的后期处理能力。在机械产品传统分析方法应用中，工作人员往往会获取到大量的数据信息，需要经过复杂的计算分析，才能够判断产品性能特点和产品问题，这样无疑对工作人员提出了更高的水平要求。而在计算机虚拟制造技术辅助下，工作人员通过利用先进的虚拟样机技术软件，能够发挥出其图形动画功能和可视化技术，这样一来就可以充分呈现出产品结构设计的运动效果和性能特点。
2.计算机虚拟技术在现代制造业中的应用
2.1在产品设计中的应用
计算机虚拟技术在制造业产品设计中的应用主要包括了以下几个方面内容：1）产品外形设计。由于市场用户不同需求特点，对于产品外形设计有着不同需求，制造企业通过合理应用计算机虚拟技术，能够实现各种复杂产品造型的设计目标，并且在设计中还能够结合实际问题随时进行产品参数优化设置和评测[2]。计算机虚拟技术通常被应用在产品加工、仿真以及装配工作环节中;2）产品运动和动力学仿真。制造企业在研发设计市场需求产品过程中，相关工作人员必须科学解决产品运动构建在实际运行时产生的运动协调关系，同时完成产品运动范围设计，加强其运动干涉的全面检查工作。在计算机虚拟技术辅助下，产品设计人员能够利用计算机模拟仿真产品结构运动过程，观察产品的动力学性能、强度以及刚度等特点，从而有针对性地展开优化改善设计，充分保障产品的高性能和高质量;3）产品装配仿真设计。制造企业在生产加工机械产品过程中，设计人员通常会在产品可装配性和配合性上产生错误。针对此种情况，现代制造企业可以通过引进应用先进的计算机虚拟制造技术，在产品设计阶段进行产品的装配仿真工作，这样能够清晰直观了解到产品转配过程存在的相关问题，从而在实际装配工作中，采取有效解决措施，确保产品装配设计的科学准确性。
2.2在产品建模中的应用
制造企业在生产加工某种产品时，可以同利用计算机虚拟建模技术，完成对产品的模型构建目标。就比如，在产品工艺模型构建中，其通过将产品设计属性与各项工艺参数有效结合在一起，能够全面反映出产品生产模型与产品模型之间的相关性。基于计算机工艺仿真技术、数学模型技术应用下，制造企业能够实现产品制造不同工作环节有条不紊的进行，同时能够帮助产品设计生产人员实现对产品制造各个阶段的实时监控[3]，最大程度提高产品建模的工作质量和效率。如下图1所示，为生产线虚拟仿真运行框架。
图1 生产线虚拟仿真运行框架
2.3在产品制造中的应用
现代制造企业在产品实践制造生产过程中，要充分发挥出计算机虚拟仿真技术的作用，其通过利用计算机的先进计算能力，能够确保在最短时间内科学模拟出产品制造中需要很长时间的生产周期，有效缩短企业管理高层的解决时间。计算机仿真技术在产品制造中的运用工作步骤为：研究系统→获取数据→构建系统模型→明确仿真算法→构建仿真模型→运行仿真模型→输出结果并分析[4]。
现代制造企业要正确了解到产品制造过程仿真主要分为了两个部分内容，一个是产品制造系统仿真，另一个是产品加工过程仿真。前者主要涉及到的内容包括了产品建模仿真、产品设计规划仿真以及交互行为仿真等，完成这些工作后能够提高对产品设计结果的综合评价水平，实现对产品设计生产过程的前期反馈工作，有效避免产品在实际设计制造过程中出现各类问题。而后者产品制造加工过程中，计算机虚拟仿真技术的应用内容主要包括了产品切削过程仿真、产品装配过程仿真、产品质量检验过程仿真以及产品焊接加工、铸造仿真等。
3.结束语
现如今国外许多知名企业已在积极开展虚拟制造技术的应用和研究，特别是汽车、飞机、工程机械以及武器等产品的应用事例和成果层出不穷。其中最为典型的事例，波音飞机公司采用虚拟样机技术在计算机上建立了波音777飞机的最终模型，实现了整机设计、整机装配、部件测试等虚拟开发活动，使产品开发周期从八年缩短至五年。可见计算机虚拟技术在效率方面的优势。
综上所述，现代制造企业要想保障自身稳定持续地发展，确保在最低成本下创造出最大的社会经济效益，制造生产出满足市场用户需求的高质量产品，就必须充分发挥出计算机虚拟制造技术的作用。通过构建出计算机虚拟环境，利用专业建模仿真软件，完成对产品模型的虚拟构建工作，仿真模拟产品结构运行过程，直观了解到产品性能特点，从而保障产品实际制造生产的高水平。
参考文献
[1]李长明.虚拟技术在当代机械制造业领域中的应用[J].机械制造，2017（01）：121-123.
[2]符应彬.计算机虚拟技术在现代制造业中的应用[J].软件制造，2015（03）：65-68.
[3]王剑锋，蔡黔鹰，韩赢.基于网络的虚拟技术在现代制造业中的应用研究[J].制造业自动化，2014（03）：31-33.
[4]王利华.虚拟现实技术及其在机械设计与制造中的应用[J].内蒙古民族大学学报（自然科学版）2017（03）：54-56.