前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的虛擬現實技術工業設計論文，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
1現有典型的工業設計流程
真正意義上的產品數字化樣機是將CAID、CAD、CAM三者聯系在一起。由于CAD/CAM作為產品設計和制造的核心模塊，其數字化樣機研究已經比較成熟。而作為產品設計的前期階段CAID環節，還存在著大量的CAID和CAD工作流程混淆、流程中斷等現實問題需要思考、解決。現有典型的工業設計流程一般開始于創意，通常先用手繪草圖來表達設計概念，再通過三維造型渲染輸出靜態的效果圖來進行設計方案評估。在二維圖紙很難充分交流設計思想的情況下，實物模型仍然是將設計思想物化的唯一途徑。因此，在概念設計完成后，可以用油泥或合成材料制作小比例的物理模型，用于對概念設計的評估。在完成對小比例的物理模型的評估和修改后，用三維掃描儀對油泥模型進行掃描，并利用逆向工程軟件進行數據處理，最后完成三維數據。隨著產品設計過程的深入，為了從外觀、功能、結構等各方面最終確認是否符合設計效果，需要建立多種相應的物理樣機，有時還需要制作全尺寸的樣車模型用于評估和驗證。當通過評估和驗證后發現設計缺陷時，則又需要返回前一階段，對設計數據進行修改，并再次通過物理樣機進行驗證。在實際工作中，這樣一個過程可能會反復進行，直至最終設計結束。
2VR技術對產品工業設計的影響
典型的工業設計過程通常都是基于物理樣機，在設計和試制過程中難以避免地會陷入反復試錯的設計循環之中，這就將直接導致人力、物力的浪費和開發周期的延長。如果利用虛擬現實技術則可以減少設計過程中物理模型的數量，通過應用虛擬現實技術使產品設計的各個階段實現可視化，可以對產品的造型、材料、人機工程、裝配、檢修過程、模擬仿真、加工工藝性能等進行預測及交互式的評價和優化。由于它靈活的特性，則可對其進行實時修改和評估，使設計師、工程師、市場營銷人員、業主或其他參與者之間的交流更順暢，從而簡化設計流程，提高設計效率，給產品設計帶來全新的理念和方式。
2.1工業設計方案展示與評估
在傳統的工業設計中，設計師主要用平面的手繪圖或者不同角度的三維效果圖來表達設計思想、展示設計成果。而基于虛擬現實技術的工業設計則打破了傳統的設計模式，在沉浸式的虛擬現實環境下，交互展示設計方案，更關注用戶的體驗感，而非產品本身。在進行設計評估時，在虛擬環境中利用專業設備（3D眼鏡、頭盔顯示器、交互式手柄、數據手套等）進行交互，從而獲得逼真的體驗感。全尺寸的車輛外觀、內裝及司機室的三維立體影像能實時地顯示，甚至還可以邀請專家和業主一起參與到設計中來，通過手持控制終端激發預設的參數命令對車輛的造型、色彩、裝飾風格等進行直觀的選擇與搭配，親自體驗產品的最終效果，并對模型提出修改意見，實時觀察設計和修改過程。
2.2人機工程分析
產品的舒適性、可操作性是評價設計的重要指標。以往，對于產品的人機工程分析往往是參照相關標準來進行，再結合物理樣機進行評估。而在虛擬人機工程系統中，通過產品的三維數據和內置的人體模型數據集成，可以實時進行司乘人員的可視性、可達性、空間適應性、特定姿態的舒適性分析等。同時也可針對人體動作疲勞度的分析來校核并優化設計方案，及時發現設計方案中人機工效方面的不足，避免了設計方案在人機工效方面的“硬傷”。降低返工所帶來的時間上和成本上增加的風險，縮短設計周期，使交付評審的設計方案更為準確，更具說服力，并給予設計方案理論以及數據方面的支撐，各種評估參數也可以輸出成分析報告，并可以根據模型的修改實時更新。
2.3虛擬裝配
在虛擬裝配系統中，工作人員可以在虛擬環境下通過專用設備（立體顯示系統、頭盔顯示器、跟蹤定位器、三維鼠標、數據服、反饋數據手套）直觀地實現人與虛擬產品的交互操作，對設計的機構進行裝配檢驗，實現產品的虛擬裝配和調試，并檢查可能存在的干涉問題和其他不合理問題。
2.4虛擬試驗及制造
車輛交付使用之前，都要進行試驗，傳統的產品開發模式下，產品的各種性能實驗是通過樣機和物理模型來實現的。隨著VR技術在軌道交通行業的應用，物理試驗模型已逐步被數字模型代替，基于數字模型，不僅可以對車輛的造型、結構關系等進行驗證和評價，還可以在虛擬場景中，結合分析軟件對數字樣機進行分析計算，并實時將驗證結果展現出來。設計人員即可及時進行調整，而不必等到列車在行駛試驗進程中出現問題時再進行設計修改。虛擬現實技術還能模擬產品的制造過程，即產品虛擬制造。就是利用計算機仿真技術、信息處理技術對產品制造活動進行仿真，它不消耗現實資源和能量，過程是虛擬過程，生產的產品也是虛擬產品。虛擬制造過程包括材料熱加工工藝模擬、加工過程仿真、板材成型模擬、模具制造仿真等。它是應用軟件或虛擬數控技術對加工工藝及模具成型過程進行仿真，按照設計精度等的要求，通過模擬加工，選擇最佳的刀具路徑和加工參數。通過產品的虛擬制造，對產品性能和可制造性進行預測和評價，可以在生產之前發現潛在的工藝問題，進而采取相應的措施，從而縮短產品的設計與制造周期，降低產品的開發成本。
3基于VR技術的工業設計流程
相比現有的工業設計流程，引入虛擬現實技術后，帶來的改善主要在以下三個方面：
1）在產品方案設計階段，應用虛擬現實技術可以實現逼真的、交互式的設計界面，用戶可以直接繪制可視化的產品數據模型。
2）在方案評估及驗證時，虛擬數字樣機讓用戶可以交互、協同地評審、分析和測試產品數據模型。
3）可以實現虛擬裝配與虛擬制造。VR技術的應用實現了新產品開發技術的一個巨大飛躍，三維交互的設計方式給設計師提供一個更直觀、更自由的工作環境。虛擬現實技術可以極大地彌補現有的CAD—RP產品開發流程的不足。基于VR技術的設計流程可以由現有的串行向并行的設計方式轉變。
4應用VR技術的優勢
1）增強工業設計手段：利用VR技術向產品開發決策者、市場營銷人員、工程師及客戶逼真地進行工業設計方案展示，將未來產品三維立體真實地呈現出來，讓參與者身臨其境的在車內外漫游，還能實時改變造型、顏色、材質，滿足不同業主的個性化需求。
2）提高產品設計質量：在產品設計階段，利用VR技術模擬產品開發全過程，預測產品性能，產品的可制造性、可維護性和可拆卸性等，從而提高產品設計的一次成功率。
3）降低樣車試制成本：利用VR技術的逼真展示、人機交互、虛擬裝配、事故模擬及虛擬實驗等技術進行設計評估，減少物理樣機的試制成本。利于有效組織生產制造，縮短產品開發周期、降低成本，提升設計質量與生產效率。
4）利于售后檢修維護：利用VR技術真實展現設備的維修過程，制作虛擬樣機電子檢修維護手冊，包括維修性設計分析、維修性演示驗證、維修過程核查、維修訓練實施等，以一種新型的方式讓操作員工更直觀地學習了解針對具體裝配維修的檢測維修方式。
5結束語
總之，虛擬現實技術的開發應用，為軌道交通裝備工業設計提供了全新的數字設計平臺，使設計實現了更自然的人機交互，對企業提高開發效率，加強數據采集、分析、處理能力，減少決策失誤，降低產品設計風險起到了重要的作用。虛擬現實技術的引入，將使設計的手段和思想發生質的飛躍，更加符合市場發展的需要?？梢灶A見，在未來的產品設計中，虛擬現實技術將逐漸應用到軌道交通領域的各個環節中去，并對整個設計行業產生巨大影響。
作者：高楠 張彥華 單位：南車株洲電力機車有限公司技術中心