试论虚拟样机技术在仪表机械设计过程中的应用
徐立佳
【摘? 要】机械制造业发展步伐逐渐加快。新时期对仪表机械设计工作提出了较高要求，为保证仪表机械产品质量，实现低成本、短周期的设计目标，灵活应用虚拟样机技术能够满足这一要求。论文在虚拟样机技术介绍的基础上，分析仪表机械设计环节应用虚拟样机技术的重要性，最后探究虚拟样机技术在仪表机械设计过程中的应用，旨在为相关设计人员提供思路，大大提高虚拟样机技术推广价值。
【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.
【关键词】虚拟样机技术;仪表机械设计;应用
【Keywords】virtual prototyping technology; instrument and machinery design; application
【中图分类号】TH122? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文献标志码】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章编号】1673-1069（2021）04-0186-02
1 引言
近年来，仪表机械产品市场需求量呈递增趋势，确保产品足量供应的同时，还应适当创新仪表机械设计手段，尽可能丰富仪表机械产品功能，从而扩大产品销量，提高制造业经济效益。新时代下，应用虚拟样机技术设计仪表机械，能够在可视化环境中调整产品数据，全过程跟踪产品设计进程，最终所生产的产品能够满足消费者需求，同时，仪表机械设计水平会大幅提高。由此可见，虚拟样机技术在仪表机械过程设计中的应用势在必行。
2 虚拟样机技术介绍
2.1 内涵
虚拟样机技术指的是，借助多媒体技术、虚拟现实技术，以及计算机技术制作实验机型，据此验证设计方案可行性，并动态获知产品性能[1]。实际上，虚拟样机技术借助仿真模拟系统构建三维仿真模型，为仿真模拟实验提供有利条件。仿真模拟实验中，设计人员根据仿真模拟运行情况记录设计产品的优缺点，针对不足之处及时改进，最终根据确定的虚拟样机模型投产，减少返厂重造频次。
2.2 特点
虚拟样机技术是新时代发展的产物，为产品部件精益化设计提供可靠的技术支持，待高质量零部件完整结合，整体系统质量得到可靠保证。虚拟样机技术具有传统技术不可比拟的优势，技术特点总结为：第一，测试独立性，即面向单个部件进行设计，借助仿真模拟实验测试部件性能;第二，模拟过程性，虚拟样机技术全过程模拟仪表机械产品运行情况;第三，测评整体性，仪表机械产品设计环节，全过程测评仪表机械产品系统，所得到的测评结果为产品设计方案调整提供依据[2]。
3 仪表机械设计环节应用虚拟样机技术的必要性
仪表机械产品是信息输出的重要窗口，对于产品使用者来说，能够根据信息提示作出相应的判断和操作。随着机械自动化程度的提高，传统仪表机械产品实用性、功能性面临一定挑战，基于此，运用虚拟样机技术精益化设计仪表机械产品，推动仪表机械产品向精确化、智能化、集成化、可操作化发展，真正加快工业现代化制造进程[3]。
客观分析虚拟样机技术的应用价值：该技术以仪表机械产品应用需求为导向进行设计，主要围绕工作原理为设计方案制定提供依據;这项技术全过程测试仪表机械产品系统运行状态，得出可供参考的评估结论，为仪表机械性能改进提供正确方向，推动制造业常态发展;虚拟样机技术用于设计仪表机械，在科学理念指导下融合先进技术，一定程度上为仪表机械类产品发展注入充足动力;虚拟仪表系统适时优化，能够大大缩短机械产品设计时间，并全面降低产品设计成本，从仪表机械产品设计组织层面来看，会全面提高这类产品在经济市场中的竞争实力。
4 虚拟样机技术在仪表机械设计过程中的具体应用
4.1 构建三维仿真模型
搭建三维仪表机械模型建模平台，先构建零部件模型，接下来建立整体仪表机械模型。整体模型构建期间，完成零部件建模分割、建模存储等工作，大大提高文件利用率。数据信息更新时，搭建数据库，并设置关键词搜索框，确保模型均速加载。机械虚拟仪表系统组成部分包括两方面，分别是硬件系统、软件系统，联用相关技术获取传感器信息及相关参数，通过分屏模式全面、精准输出信息。
4.2 构建装配模型
仪表机械产品分为计量类和非计量类，其性能指标包括精确度、稳定性、测量范围、适应条件等指标。装配模型构建的过程中，围绕机构运动原理组装仪表零件，对于装配人员来说，参照图纸模型完成装配任务，保证装配件可用价值。与此同时，深入研究各部件装配工艺，根据仪表机械使用要求控制误差在合理范围内，适当修正仪表機械结构误差，直到仪表尺寸符合规定，大大提高仪表精度。装配过程中，坚持按顺序装配原则，减少返工现象。虚拟样机技术用于建立装配模型，工作人员客观认识误差问题，探究误差处理方法优化的可行性措施，保证平面连杆机构、凸轮、间歇运动机构、齿轮机构、螺旋传动机构及其他传动机构运行的常态化。
4.3 仪表机械性能虚拟测试
虚拟样机系统设计的过程中，装配模型构建是前提条件，这一系统通过获取模型数据发挥系统功能优势。系统数据适当修正，全面保证样机运行的稳定性和有效性。虚拟样机系统模拟环节，观察显示装置的信息变化情况，尤其是标尺指针显示装置、记录装置、数字显示装置，一旦发现异常现象，适当调整理论计算结果，直到仪表机械产品常态工作，使其达到制造业标准生产需求。
4.4 改进虚拟样机可视化系统
基于网络载体搭建虚拟样机交互平台，在这一平台上整合仪表机械设计资源，使设计过程信息、设计结果信息便捷传递，为各地设计者在设计思想碰撞、设计信息交流提供有力条件。仪表机械设计过程中，虚拟样机可视化系统凭借信息采集、参数设置、决策信息查询等功能过程式追踪仪表机械产品设计进程，避免出现返工现象，将经济损失降到最低。
4.5 联合应用多样化技术
网络信息时代下，虚拟样机技术的应用价值逐渐突显，要想充分发挥该技术在仪表机械设计中的效能，应深入挖掘虚拟样机渲染技术，利用空间数据结构便捷传输数据，同时，借助贴图寻址能力高效聚集[4]。在这项技术的基础上，联用表面剔除技术，在仪表机械硬件设计图的基础上编程，融合多种剔除方法，尽可能加快渲染速度。在此期间，联用辐射度算法、逐步求精技术，视情况调节参数，经迭代优化仪表机械渲染效果，打造形象逼真、空间感良好的虚拟仪表机械产品。
除此之外，高效运用协同仿真技术和多柔体融合仿真技术，现今我国多柔体融合的仿真技术处于改进、升级的关键期，在仪表机械产品设计领域是研究的重要内容。制造业中存在多柔体系统，从动力学的角度来看，应在仪表机械设计环节客观分析多柔体系统计算复杂度，通过逐渐攻克设计难点，全面优化虚拟仪表系统设计效果。例如，制造业计量仪表机械产品在多柔体系统建模时存在一定难度，这要求设计人员深层次分析技术应用原理，探索系统建模与仪表机械设计之间的契合点，为仿真测试作足充分准备，进而获得真实的测试数据及信息，为日后建模仿真提供参考，实际上，这能全面改善多柔体系统，大大提高多柔体融合仿真技术利用率。
5 结论
综上所述，虚拟样机技术与仪表机械设计有机融合，通过构建三维仿真模型、构建装配模型、组织仪表机械性能虚拟测试活动，全面保证仪表机械产品质量，为我国仪表制造业常态建设提供推动力。放眼长远，要想进一步提高虚拟样机技术利用率，应与时俱进改进虚拟样机可视化系统，并联合运用多样化技术，推动仪表机械设计行业稳健发展。
【参考文献】
【1】张伟，任爱华，王红霞.虚拟样机技术在精密机械设计教学中的应用[J].黑龙江科学，2020，11（03）：15-16+19.
【2】董振，唐治宏.虚拟样机技术在机械创新设计虚拟仿真实验教学中的应用[J].教育观察，2018，7（03）：76-79.
【3】曾桂华，徐帅.浅谈虚拟样机技术对农业机械设计的助推作用[J].农家科技（下旬刊），2018（04）：154.
【4】李卓航.浅析虚拟样机技术在石油机械设计中的运用[J].石化技术，2019，26（02）：313-314.
