虚拟样机技术的实践

制造业工程设计创新的关键技术与案例制造业工程设计是制造业发展的核心环节之一。

在竞争激烈的市场中，制造企业需要不断创新，提高产品质量、降低成本、缩短生产周期，以适应市场需求的快速变化。

本文将介绍一些制造业工程设计创新的关键技术，并分享一些成功案例。

一、虚拟样机技术虚拟样机技术是一种基于计算机仿真的设计方法，它可以在产品实际制造之前，通过模拟和分析产品的运行过程，提前发现并解决潜在的问题。

虚拟样机技术可以大大缩短产品开发周期，降低产品开发成本。

例如，某汽车制造企业通过虚拟样机技术，可以在产品实际制造之前对车身强度进行分析和验证，避免了产品设计中的缺陷，提高了产品质量。

二、数字化工厂数字化工厂是将制造企业内部的生产过程进行数字化管理和控制的一种技术手段。

通过数字化工厂技术，制造企业可以实时掌握生产线上的各种数据，包括生产进度、设备状态、产品质量等，从而实现生产过程的可视化和智能化。

数字化工厂可以提高生产效率、降低资源消耗，有效地管理生产过程中的各种风险。

例如，某电子设备制造企业应用数字化工厂技术，可以通过实时监控设备状态和生产进度，进行远程管理和控制，提高生产效率。

三、智能制造技术智能制造技术是指通过信息技术、物联网等先进技术手段，提高制造业的自动化水平和智能化程度。

智能制造技术可以实现制造过程的智能化、灵活化和定制化，提高产品质量和生产效率。

例如，某食品加工企业引入智能制造技术，可以实现全自动化的生产线，通过感知和分析生产过程中的各种数据，进行实时的质量监控和调整，提高产品的一致性和可追溯性。

四、供应链管理技术供应链管理技术是指通过信息技术和物流管理手段，对供应链中的各个环节进行有效的管理和协调。

供应链管理技术可以帮助制造企业实现原材料采购、生产计划、物流配送等各个环节的优化，提高供应链的效率和响应能力。

例如，某制造企业应用供应链管理技术，通过与供应商建立信息共享平台，实现供应链的实时调度和协同管理，降低了原材料采购成本，提高了产品的交付效率。

虚拟样机技术在产品设计中的应用随着科技的不断发展，虚拟样机技术在产品设计中的应用越来越广泛。

虚拟样机是一种通过计算机模拟的方式，在产品开发之前构建产品的虚拟模型。

它可以模拟产品的外观、结构和性能，帮助设计师在产品开发的早期阶段发现和解决潜在问题，提高产品设计的效率和质量。

首先，虚拟样机技术可以帮助设计师实现快速迭代。

在传统的产品设计中，设计师通常需要制作多个实物样机来进行测试和改进。

这不仅花费时间和金钱，还增加了开发周期。

而借助虚拟样机技术，设计师可以在计算机上快速制作和修改产品的虚拟模型，通过模拟仿真测试，快速发现潜在问题并进行改进。

这样一来，设计师可以快速迭代，减少了试错的成本和时间，提高了产品开发的效率。

其次，虚拟样机技术可以帮助设计师优化产品的外观和人机交互。

在产品设计的过程中，外观和人机交互是至关重要的因素。

借助虚拟样机技术，设计师可以在计算机上进行虚拟的三维建模和渲染，模拟产品在不同环境和使用场景下的真实表现。

通过虚拟样机，设计师可以实现对产品外观的快速修改和优化，以及对用户体验的评估和改善。

这样一来，设计师可以更好地满足用户的需求，提高产品的竞争力。

此外，虚拟样机技术还可以帮助设计师评估产品的可制造性和可维护性。

在产品设计的早期阶段，如果设计师没有充分考虑到产品的制造和维护过程，可能会导致生产效率低下、成本增加或者后期维护困难等问题。

通过采用虚拟样机技术，设计师可以在计算机上模拟产品的制造和维护过程，评估产品在实际生产和使用中的可行性，并进行相应的改进。

这样一来，设计师可以提前解决潜在问题，降低产品的制造和维护成本，提高产品的可制造性和可维护性。

最后，虚拟样机技术还可以帮助设计师进行产品展示和宣传。

在产品的市场推广过程中，展示和宣传是至关重要的环节。

借助虚拟样机技术，设计师可以在计算机上通过渲染和动画技术，实现对产品的高逼真度展示。

这不仅可以提高产品的吸引力和竞争力，还可以降低产品推广的成本。

航空航天产品设计中的虚拟样机模拟技术虚拟样机模拟技术在航空航天产品设计中的应用导语：航空航天领域一直以来都是科技创新的前沿领域之一。

而在产品设计过程中，虚拟样机模拟技术的应用不仅提高了效率，减少了成本，更为产品设计师提供了更多创造性的空间。

本文将探讨虚拟样机模拟技术在航空航天产品设计中的应用。

一、虚拟样机模拟技术的基本原理及特点虚拟样机模拟技术（Virtual Prototype Simulation Technology）是一种将虚拟现实技术与计算机辅助设计（CAD）相结合的应用技术。

通过对产品进行虚拟建模，进行逼真的物理仿真，实现对产品各方面性能的验证和分析。

相比传统的实体样机开发，虚拟样机模拟技术在以下几个方面有着独特的优势：1. 减少成本和时间：通过虚拟样机模拟技术，可以减少对实体样机的依赖，从而节约了开发过程中的资金和时间。

在产品设计的早期阶段，设计师可以通过虚拟样机模拟技术对产品进行多次迭代和修改，从而避免了实体样机的制造和调试所消耗的资源。

2. 提高设计质量：虚拟样机模拟技术可以虚拟呈现产品的形状、结构和工作方式，为设计师提供更加直观、准确的信息。

通过对虚拟样机进行模拟分析和测试，可以发现潜在的问题和不足，及时进行改进和优化，从而提高产品的设计质量。

3. 创新设计空间：虚拟样机模拟技术提供了一种无限制、可自由探索的设计空间。

在虚拟环境中，设计师可以进行多种方案的快速迭代和对比，发现和尝试新的设计理念。

这种创新空间为航空航天产品的设计师带来了更多的发挥创造力和思维的机会。

二、虚拟样机模拟技术在航空航天产品设计中的应用1. 飞行器气动布局设计：在飞行器的气动布局设计中，虚拟样机模拟技术可以对飞行器的气动特性进行模拟和分析。

通过对不同气动布局方案进行虚拟样机模拟，设计师可以评估不同方案的优劣，选择最佳的设计方向。

同时，虚拟样机模拟技术还可以通过分析飞行器的气动性能，指导优化飞行器的外形设计，降低气动阻力，提高飞行器的整体性能。

ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ1 0 2010 9 研究与探索编辑︱姜菁︱E-mail:zhiyezazhi@实践与探索RESEARCH & EXPLORE 虚拟样机（ｖｉｒｔｕａｌ　ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）技术是在产品设计开发过程中，把虚拟建模技术（ＣＡＤ）与分析技术（ＣＡＥ）相结合，针对产品在投入使用后的各种工况进行动态仿真，预测产品整体性能，从而改进产品设计，提高产品性能，目前已被广泛应用于制造业中。

一、虚拟样机技术的优点虚拟样机是实际产品在计算机上的表示，又称为数字化样机。

虚拟样机技术本质上是一种模拟仿真技术，设计多体系统运动学、动力学建模理论及其技术实现，是基于先进的建模技术、多领域仿真技术、信息管理就是、交互式用户界面介绍和虚拟现实技术的综合应用技术。

虚拟样机的智能性并不是指完全由计算机程式化的进行产品设计分析，而是能够实现人机交互。

虚拟样机在一定程度上拥有与物力样机相似的功能真实度，利用分析软件，结合相关知识，可通过分析产品虚拟模型，预测产品性能（包括运动学特性、动力学特性、强度分析、疲劳寿命等），为产品优化提供依据（图１）。

图１　虚拟样机技术的优点二、虚拟样机技术相关软件1. Pro/Engineer(Pro/E)三维建模工具由于有着二维绘图软件所无法比拟的许多优点，正越来越多地得到应用。

就目前市场上存在的各种三维建模软件来说，Ｐｒｏ／Ｅ软件，尤其是第三代产品Ｐｒｏ／Ｅ　ｗｉｌｄｆｉｒｅ版本，由于具有强大的参数化特征造型功能而受到企业界的一致认同。

参数化设计是现代ＣＡＤ技术的一个主要发展方向。

它改变了传统的设计方法和过程。

通过Ｐｒｏ／Ｅ设计出来的与物理样机完全相同的数字化产品，零部件之间的装配和干涉一目了然，而且Ｐｒｏ／Ｅ还具有运动仿真分析功能，通过这些功能可以把设计错误消灭在设计的初始阶段，把设计人员从繁琐的工作中解放出来，把设计的重点放在结构的优化和创新上。

2.ADAMS机械系统动力学自动分析（ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｄｙｎａｍｃ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｍｅｃｈａｎｉｄａｌ　ｓｙｓｔｅｍｓ，ＡＤＡＭＳ）是美国Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｄｙｎａｍｉｃｓ　Ｉｎｃ公司开发的虚拟样机分析软件，使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出移、速度、加速度和反作用力曲线。

虚拟样机技术在农业机械设计上的应用和发展初探摘要：虚拟样机技术是指设计师运计算机技术，于物理样机构建之前，建立机械系统的数字化模型，并对该模型进行仿真分析，找出其在实践过程中的缺陷与特性，从而进行设计的修改，获取最优设计方案的技术。

在农业机械设计中，运用虚拟样机技术，对于提高农业机械的质量，降低农业机械的研发成本，缩短农业机械产品的研发周期具有重要的作用。

本文在分析了虚拟样机技术的相关软件与优势的基础上，着重分析了虚拟样机技术在农业机械设计中的应用与发展。

关键词：虚拟样机技术；农业机械设计；应用1虚拟样机技术的相关软件及其优势分析1.1相关软件分析1.ADAMS。

ADAMS软件是虚拟样机技术中典型的虚拟样机分析软件，运用约束库、零件库以及交互式图形环境实现完全参数化的机械系统几何模型的创建，并可对机械系统进行动力学、动学与静学分析，最终输出反作用力、加速度以及速度曲线等。

同时，ADAMS 软件是具有多种接口与开放性的程序结构，是虚拟样机的开发分析工具，特殊类行业用户可运用该软件可对较为特殊的虚拟样机进行二次开发。

2.Pro/Engineer。

Pro/E 软件是一款应用广泛的三维建模软件，它具有非常强大的参数化特征造型功能，运用该软件设计而出的虚拟样机，几乎与物理样机完全相同，而且零部件的嵌合与装配简单。

运用Pro/E 软件的运动仿真分析功能，能够在机械设计的初始阶段将设计错误消除，对于简化设计程序，降低设计劳动强度，优化机械产品结构具有重要作用。

1.2优点分析虚拟样机技术实质上是一种模拟仿真技术，它是在多领域仿真技术、信息管理技术以及先进建模技术等基础上发展起来综合应用技术。

同时，虚拟样机技术具有人机交互的智能性特点，虚拟样机技术是运用计算机辅助工程师进行机械设计，其产品设计分析并非完全由计算机程式完成。

而且运用该技术进行机械设计，不会因为其虚拟性特征，而与物理样机存在着功能性的差距，相反，其功能在一定程度上与物理样机无异，并具有较高的可靠性与真实度。

虚拟仿真实训实习报告随着科技的飞速发展，虚拟仿真技术在各个领域得到了广泛的应用。

作为一名实习生，我有幸参与了虚拟仿真实训项目，通过这次实习，我对虚拟仿真技术有了更深入的了解，同时也收获了许多宝贵的经验。

一、实习内容本次实习主要涉及虚拟仿真技术的应用，包括虚拟现实（VR）、增强现实（AR）和混合现实（MR）等方面。

在实习过程中，我们学习了虚拟仿真软件的使用，如Unity、Unreal Engine等，并通过实际操作，完成了一个个具有代表性的项目。

此外，我们还学习了虚拟样机的设计与制造，通过数字孪生技术，将实体模型转化为虚拟模型，实现对实体模型的仿真分析和优化设计。

二、实习过程在实习过程中，我们首先接受了虚拟仿真技术的基础培训，了解了虚拟现实、增强现实和混合现实等概念，并掌握了相关软件的操作方法。

随后，我们以小组为单位，开展了一个个项目的实践。

在项目实践中，我们充分发挥团队协作精神，共同分析问题、解决问题，最终完成了各自的任务。

印象深刻的是，在虚拟样机设计项目中，我们需要为一款汽车制造一个虚拟样机。

通过数字孪生技术，我们将汽车实体模型转化为虚拟模型，并在虚拟环境中对其进行仿真分析。

在这个过程中，我们不仅学会了如何利用虚拟仿真技术进行产品设计，还学会了如何通过仿真数据对产品进行优化。

最后，我们成功完成了虚拟样机的制造，并得到了指导老师的认可。

三、实习收获通过本次实习，我深刻认识到虚拟仿真技术在工程设计、产品制造等领域的重要作用。

虚拟仿真技术能够帮助我们更好地理解复杂系统，提高设计效率，降低生产成本。

同时，我也学会了如何运用虚拟仿真技术进行问题分析和解决。

此外，实习过程中的团队协作让我更加明白了团队合作的重要性。

在实际工作中，我们需要与不同背景的同事共同协作，发挥各自的优势，共同完成任务。

这次实习让我学会了如何与他人沟通、协作，提高了我的团队协作能力。

四、实习总结回顾这次虚拟仿真实训实习，我深感收获颇丰。

虚拟样机技术的应用机械制造业作为我国的传统工业，是我国工业发展的重要组成部分。

伴随着社会经济的腾飞发展，行业内部的竞争日益激烈。

新产品的开发设计技术作为竞争的核心内容，虚拟样机技术的产生，推动了新产品设计开发的速度，同时降低了设计成本，缩短了设计周期，提高了产品的市场竞争力[1]。

标签：虚拟样机技术；仿真；发展1 虚拟样机技术概述虚拟样机技术是一种新产品设计技术，设计师可以利用CAD/CAE以及二次开发软件在计算机上建立产品机械系统的三维实体模型和力学模型，利用有限元分析、边界元分析、matlab以及C语言等软件程序的综合应用模拟分析在真实环境下对机械产品进行运动学、动力学分析。

为物理样机提供有力的参数依据。

借助于这项技术，它能够反映新产品的各项特性，包括外观、功能以及运动学和动力学特性[1]。

虚拟样机技术对制造业产生了巨大冲击。

2 虚拟样机技术的发展现状虚拟样机技术起源于上世纪80年代，最早应用在军事、航天部门[3]。

近年来，虚拟样机技术被应用到更广泛的领域，如汽车制造、飞机制造、印刷机制造、农业机械制造等。

美国、日本等国家先后在汽车、飞机、数字化机车、火星探测器、反铲装载机以及虚拟厨房设备系统中采用虚拟样机技术优化系统结构，成功的缩短了研发周期。

[1]在我国，辽宁工程技术大学、武汉理工大学、西北机电研究所、等在采煤机、掘进机和刨煤机的刚柔耦合模型、船用起重机、发射药协调器等的设计研发中运用了虚拟样机技术[4]。

虚拟样机技术在我国起步较晚，关键技术还在进一步拓展阶段3 虚拟样机技术的特点利用传统的设计方法设计新产品，首先要确立设计方案、分析机构原理，绘制机构原理图以及所有零件的零件图和总装图，确定加工技术和方案，制造物理样机进行运行试验，通过暴漏出的缺陷与弊端，提出改进方案，重新设计并制造物理样机，再试运行。

整个过程持续时间长，任务繁重，成本高。

虚拟样机技术在制造物理样机之前，通过模型的仿真分析，在计算机虚拟环境下模拟产品运行的真实环境，观察机构各部分的运动，通过数字和图表显示系统缺陷，在虚拟样机三维模型中修改参数即可完成系统优化[2]。