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虚拟样机技术建立在现代计算机技术基础之上，同传统设计技术相比，虚拟样机技术的优势主要体现在以下几个方面：（1）节约设计时间；（2）控制设计成本；（3）契合设计与市场需求。本文依据这一情况，以虚拟样机技术的应用为研究对象，结合石油机械对其进行分析，首先简要研究了虚拟样机技术的基本内涵，进而提出了基于虚拟样机技术的石油机械体系结构，最后详细阐述了在石油机械领域实施虚拟样机技术的重要意义。
如果将机械产品的开发视作一个整体的话，那么会对产品成本其主导性作用的因素即为——设计因素。据实践经验数据及统计数据显示：研发设计阶段工作对于机械产品设计成本的影响比重占到了85%左右。特别是对于石油机械产品而言，此类产品的特殊性在于：（1）生产批量小；（2）资金需求密集；（3）技术要求高。因此，提高设计阶段的工作质量，对于降低石油机械产品制造成本，提高石油机械产品综合竞争实力，是至关重要的。
虚拟样机技术的基本内涵分析
同传统意义上的设计技术相比，虚拟样机技术重点强调的是“系统性”的设计观念，覆盖产品全生命周期，能够在产品实际加工之前，对加工产品的行为、性能以及成本进行合理预测，从而辅助产品全寿命周期设计与评估工作的开展。常规意义上来说，虚拟样机技术当中应当涵盖以下几个方面的内容：（1）虚拟样机技术需要以计算机技术为操作平台，以计算机仿真模型为依据，对产品实施全生命周期性、且数字型的设计；（2）虚拟样机技术以计算机辅助技术、计算机辅助制造技术、计算机辅助工程、面向装配的设计技术、面向制造的设计为依据，在上述技术基础之上做出发展与延伸；（3）虚拟样机技术能够分别从产品行为、产品功能、产品外观以及产品成本投入等多个方面入手，实现对产品运行工况的模拟，确保所预测产品性能的真实性与全面性；（4）虚拟样机技术能够通过对模型进行的优化设计，达到提高相应产品综合性能的目的。
基于虚拟样机技术的石油机械体系结构分析
正如上文所述，虚拟样机技术是建立在多种计算机技术及面向设计技术的基础之上所发展起来的，将虚拟样机技术作用于诸如石油机械一类的复杂性系统当中，能够实现设计的全生命周期性，对于系统优化而言有着重要意义。在当前技术条件支持下，一个复杂性的石油机械产品往往涵盖了包括电子、控制、机械以及软件在内的多个系统。具体来说，基于虚拟样机技术的整个石油机械体系结构示意图如下图所示（见图1）。
由图1不难发现：建立在虚拟样机技术基础之上的石油机械体系结构主要由以下几个子系统所构成：（1）电子子系统；（2）机械子系统；（3）软件子系统；（4）控制子系统。上述各类子系统以石油机械产品模型库为平台，通过操作虚拟样机技术的方式，达到产品设计与开发的目的。
石油机械应用虚拟样机技术的意义分析
◎能够为石油机械产品的开发提供全新的研发模式
在石油机械应用虚拟样机技术的作用之下，可将石油机械数字化产品模型的构造完全建立在计算机操作平台上实现。在此过程当中，借助对各类虚拟现实技术以及可视化技术的合理应用，能够更加直观地比较石油机械产品的设计方案。更加关键的是：虚拟样机技术支持评估对石油机械产品设计质量影响敏感的参数指标，将产品设计方案下的石油机械产品建立在真实性的运行工况中，评价其使用性能，从而更好的优化并完善相应的设计方案。
◎能够在提高石油机械产品质量的同时，缩短产品开发周期
从石油机械产品设计开发的角度上来说，借助于对虚拟样机技术的合理应用，可提高石油机械产品质量，缩短产品开发周期。具体可归纳为以下几个方面：（1）在石油机械产品概念设计阶段，通过对系统工程方法的应用，能够将工作人员所提出的多个石油机械产品设计方案进行综合性的模拟与预测分析；（2）在图样设计阶段，虚拟样机技术能够体现出“自上而下”的设计思想，约束层结构与几何关联结构之间的层次性对应关系，从而确定产品设计阶段应采取的主要步骤；（3）在石油机械产品装配设计阶段当中，借助于对虚拟样机技术下虚拟装配技术的合理应用，不但能够提高与复杂性产品设计之间的适应性，同时还能够在装配环节中实现对石油机械产品几何结构合理性的检测，在控制机械产品设计成本的同时，达到减少物理样机数量的重要目的。
结束语
通过以上分析需要认识到：虚拟样机技术作为一种融合多种计算机及数字化技术的综合系统，能够在产品实际加工之前，对加工产品的行为、性能以及成本进行合理预测，从而辅助产品全寿命周期设计与评估工作的开展。石油机械领域应用此项及时可起到控制成本，提高效率的目的。总而言之，本文针对有关虚拟样机技术在应用于石油机械领域过程中所涉及到的相关问题做出了简要分析与说明，希望能够为后续相关研究与实践工作的开展提供一定的参考与借鉴。
（作者单位：长江大学） |
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发表于 2022-2-27 19:40:55