闫碧钰

　　摘要：虚拟仿真技术在制造业数字化转型背景下得到广泛关注。本文围绕机械制造中的关键环节展开研究，分析了该技术在设计建模、工艺优化、性能仿真与生产控制中的应用方法，探讨了其对制造效率、系统协同与资源配置的影响，构建覆盖产品全生命周期的仿真优化框架。研究结果表明虚拟仿真可提升机械制造系统的整体响应能力与精度控制水平，具备工程适用性和推广价值。
　　关键词：虚拟仿真技术；机械制造；工艺优化；自动化控制
　　智能制造不断推进的背景下机械制造对精度、效率和灵活性的要求持续提升，传统制造模式存在周期长、成本高、试错率高等问题，已难以满足复杂产品快速开发的需求，虚拟仿真技术作为数字化制造的重要支撑，正逐步融入设计、工艺、装配与生产等多个环节。基于三维建模和参数模拟可以在产品成形前预判性能与工艺可行性，降低实际试验成本并提升整体研发效率，该技术的发展正在重塑机械制造流程，助力企业实现高质量、高效能的转型升级。

一、虚拟仿真技术对机械制造优化的影响

　　（一）提高设计精度与效率。虚拟仿真技术为机械产品的结构建模、性能分析与参数优化提供了数字化支撑，设计阶段工程人员使用三维模型与多物理场仿真手段，提前预测结构响应与边界行为，识别潜在的设计缺陷。基于虚拟环境完成的参数调整与方案对比，不依赖实物样件，即可完成强度分析、热应力分布、运动轨迹等核心数据的验证，减少返工频率。设计成果与CAE平台深度集成，构建了从概念到成形的连续数据链，提升了跨部门协同效率，推动设计过程由经验驱动向模型驱动转变，满足结构安全性的前提下虚拟仿真还能支持轻量化、模块化等设计目标，增强产品竞争力。
　　（二）优化生产流程与资源配置。机械制造涉及复杂的工艺链条与多源资源协调，虚拟仿真技术通过构建动态生产模型，对工艺流程、设备布局与人员组织方案进行全面评估，生产过程中的各项变量被量化为可控因子，有助于识别瓶颈环节与流程冲突。调度层面系统可提前设定排产逻辑，对物流路径、加工节拍与工位切换时长进行仿真演算，提升作业节奏的均衡性，资源配置方面虚拟场景中的参数调整能精确反映对实际产能的影响，使管理层对设备负荷、人力分配与物料供应形成动态掌控。生产异常分析与应急方案推演也可借助仿真平台提前完成，增强制造系统的柔性适应能力，集成MES和PLC的环境中虚拟仿真正逐步承担起预测与优化决策的关键角色，推动制造过程向智能化演进。

二、基于虚拟仿真技术的优化方法

　　（一）数字化仿真与工艺优化。机械制造中的加工过程往往伴随复杂的几何关系、物理过程与动态工况，传统经验式工艺设计在效率和精度上存在局限，数字化仿真以三维模型为基础，将工件几何、加工路径、刀具运动等要素引入计算模型中，可以在制造前对整个工艺流程进行可视化评估与参数调控。针对切削、冲压、焊接等关键工序，仿真可以提供温度场、应力场、材料流动等核心数据，从而判断工艺方案是否存在干涉、变形、裂纹、过热等问题。借助这一过程，工程人员可在设计阶段完成对工艺合理性的判断，避免在实际生产中出现重复调试或报废。系统中的仿真结果可与CAPP、MES等平台协同运行，实现从工艺设计到执行的数字化闭环来提升整个制造过程的可控性。
　　（二）生产过程优化与自动化控制。车间级制造系统中虚拟仿真已广泛用于布局设计、流程优化和控制逻辑验证，生产系统中的设备配置、工位连接、物流走向、节拍分布等关键要素可在仿真环境中建立动态模型，工程人员可据此判断瓶颈位置与潜在冲突，提前优化工艺路径和资源分配。自动化环节的逻辑调试与任务部署也能在虚拟环境中完成全流程运行测试，减少实际调试时的试错次数，机器人动作路径、物料搬运方案、自动上下料系统的节拍控制均可实现参数可视化与逻辑自校验。虚拟控制系统可以与实际控制平台同步运行，使现场执行策略更加稳定，生产过程中出现计划调整、订单切换或异常停机等情况时，系统可实时输出调整建议，使整个制造系统在复杂变动下保持高效运作，仿真平台与制造执行系统、企业资源系统对接后，制造数据形成闭环反馈，有助于推进产线的柔性化、智能化改造。

三、结语

　　虚拟仿真技术在机械制造中的应用围绕设计建模、工艺优化、性能分析与控制调度展开，已在多个关键环节展现出系统性优势。研究表明该技术能够以精确建模为基础，建立面向制造全流程的响应机制，使设计数据、工艺参数与控制逻辑形成高度协同的数字闭环，保障制造质量并提升效率与资源配置水平。
　　参考文献：
　　[1]王卉军,刘虎,曹锐,等.虚拟仿真技术在机械制造类课程中的应用探讨[J].时代汽车,2022(15):54-56.
　　[2]黄斌.虚拟仿真技术在矿山机械设计制造中的应用和前景[J].中国金属通报,2020(10):5-6.

　　作者单位：太原科技大学