虚拟仿真技术优点篇1

关键词：虚拟仿真技术；机械装调实训；功能要求；注意事项

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.07.131

机械装调实训教学是高职院校机电类专业的核心课程，其在于培养学生对各种典型机械部件结构、工作原理的了解，以及对其安装、调试、维修的掌握。在传统采用机械实物的教学中，虽保证了教学情境与实际情况的一致，但其存在工位数量难以满足需求、机械设备更换成本高、存在安全隐患等问题。而虚拟仿真技术的应用刚好能解决这些问题。

1机械装调实训教学对虚拟仿真技术的功能要求

（1）展示机械部件结构。将虚拟仿真技术应用于机械装调实训教学中，便需要为学生展示机械部件结构，如对机械部件进行移动、缩放或旋转，以使学生能清晰地、全面地了解机械结构，同时还需具备展示典型部件结构及剖面图的功能。[1]在实际的装调实训中，学生首先需仔细阅读和分析配图，然后再根据拆装图与装配图进行装调，故在虚拟仿真软件中，还要提供总配图、拆装图和装配图，以使学生能根据自身的需要随时查阅分析。

（2）展示物体相关信息。在机械装调实训教学中，要求学生了解并掌握部分典型的部件结构。因此，虚拟仿真软件除了要展示名称、用途、基本工作原理、材料等基本信息外，还要展示出物体的外形、大小、维修保养等信息。同时，根据某些课程的需求，还要展示出机械的拆装工艺流程，以及拆卸规范要求等，为学生提供详细的信息，促进其实训教学效果。

（3）交互式拆装功能。为方便学生的学习，虚拟仿真软件还需具备交互式拆装功能，以使学生能清楚每一个步骤、每一个细节的拆装。具体来说，其应当具备自由选择拆装工具、自动拆卸、手动推动拆装；还原、撤销拆装或调试过程；物体运动路径、运动方式的编辑功能；机械拆装先后顺序；拆装提示功能设置；子物体组合功能设置等功能。

（4）方便观摩的功能。为方便学生的观摩，虚拟仿真软件还需具备动画演示功能。如此，当学生在装调过程中遇不熟或不懂问题时，就可以打开或暂停动画演示，仔细观察，进而增强其熟悉度与认知度。此外，虚拟仿真软件还应当具备记录拆装、连接等过程的功能，以实现对这些过程的回放以及相关参数的设置，使学生能对自己装调操作有更深入的掌握。

（5）考核功能。虚拟仿真软件的考核功能目的在于考察学生是否正_掌握机械装调知识。具体来讲，其考核的内容主要有对部件拆装的考核，包括工具的选择、拆装方式、拆装顺序等）；此外，其在应当具备对试卷、试题库进行编辑选择的管理功能，以使考核更加全面，更具针对性。

2虚拟仿真技术在机械装调实训教学中应用的注意事项

（1）合理构建虚拟仿真实训平台。虚拟仿真实训平台的构建需建立在对社会及企业对机械装调技术与实训相关专业的需求之上，因此在构建前应先对市场进行调研，以了解当前及未来一段时间内专业岗位对机械装调技能的要求与标准，进而制定出针对性的教学情境，使学生学之有用。[2]同时，要根据学生的学习习惯、学习方式，设计好仿真虚拟平台的交互方式和呈现方式，以吸引学生注意力。此外，虚拟仿真教学实训平台的内容，除满足市场需求外，还要与企业的岗位直接对接，以培养能直接胜任实际工作的人才。

（2）仿真实训不能取代实际操作实训。虚拟仿真实训的应用虽然能在一定程度上弥补实际操作实训的不足，激发学生的学习兴趣，提高教学效果，但其还无法真正替代实际操作实训，尤其是在机械部件安装调试中涉及到的各种工具、各种型号零部件的装配与调整等。在虚拟仿真实训中，虽然学生也可使用各种工具进行操作，但由于这些工具都是设置好的程序化的理想工具，未充分考虑到实际操作中可能发生的突况，加之在使用工具时只是通过鼠标的点击来操作完成，学生未亲自使用工具动手操作，从而影响了学生的实践操作技能。此外，通过仿真实训进行危险性操作时，不会造成损失，这样容易导致学生养成不遵守操作流程、不认真细致的坏习惯，故在实际的教学中不能过分依赖于虚拟仿真技术，而是要将虚拟仿真与实操实训相结合，使两者优势互补，共同促进学生技能的提升。

（3）加强培训和技术支持。从目前来看，虚拟仿真教学系统的合理设计、开发与有效使用，仍需要教师教学能力、教学理念的提高。为此，首先，学校应当加大对教师的培训力度，通过开展各种虚拟仿真技术交流会、推广展示最新技术活动等方式，增强教师对虚拟仿真技术的了解与掌握，以使教师能更好地应用虚拟仿真技术开展教学；其次，虚拟仿真技术的开发与教学系统的应用是比较困难的，因此单靠教师的力量是不可行的，这就需要学校加强与企业的合作，充分发挥出校企合作的优势与作用，将开发工作交由企业完成，教师则专注于教学设计与教案编写中，从而不断完善和改进虚拟仿真技术及其教学系统。[3]这不但促进了资源的合理配置，更促进了企业研发的有效性和教师使用虚拟仿真技术的积极性。

3结束语

通过上文分析可知，在机械装调实训教学中虚拟仿真技术的应用对促进教学资源的有效配置和共享发挥了重要的作用。虚拟仿真技术的应用不仅可降低学校实训的教学成本，还可提高教学质量和水平，激发学生的积极性。但需注意的是，虚拟仿真技术需符合学生的学习习惯和市场的实际需求，并要平衡好实操实训与虚拟仿真技术两者的应用，以进一步促进实训教学质量的提高，培养更多优秀且实践能力强的学生。

参考文献：

[1]胡咏梅.虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用[J].工程技术：文摘版，2016（08）：00245-00245.

[2]娄军委.高职建筑装饰专业实训虚拟仿真系统的建设与教学实践研究[J].浙江工商职业技术学院学报，2016，15（02）：57-60.

虚拟仿真技术优点篇2

Abstract：Withthecontinuousdevelopmentofscienceandtechnologyandthepopularizationandapplicationofcomputer，variousnewmaterials，newtechnology，andbetterdesignandtheoreticalmethodsareemerging，andtheupdatingspeedofagriculturalmachineryisalsoaccelerating.UGvirtualdesigntechnologyhasadvantagesofeffectivelyreducingcosts，greatlyshorteningthedevelopmentcycle，effectivelyimprovingthequalityofproducts，andsavingcostsforproductionenterprisesandincreasingeconomicbenefit.ThispaperdiscussesthebasiccompositionofUGvirtualdesigntechnologyanditsapplicationinagriculturalmachinery，andanalyzestheapplicationprospectofUGvirtualdesigntechnologyinagriculturalmachinery.

关键词：GU虚拟设计技术；农业机械；应用

Keywords：GUvirtualdesigntechnology；agriculturalmachinery；application

中D分类号：S220.2文献标识码：A文章编号：1006-4311（2017）21-0193-02

0引言

UG虚拟设计技术是一门高科技新兴技术，以被各大领域所应用。其在农业机械领域方面的应用也将不断地的深入，必将引领农业机械生产制造领域的变革。

1UG虚拟设计技术的定义及特点

UG是SiemensPLMSoftware公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化得造型和验证手段，UG针对用户的虚拟产品设计和工艺要求的需要，提供了实践验证的解决方案，UG是用户指南和普遍语法的的英文缩写。这是一个交互式CAD/CAM（计算机辅助设计和计算机辅助制造）的系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的构建，它诞生之初主要基于工作站，它随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC上的应用取得了迅猛的发展，它已成为模具行业三维设计的一个主流。UG始发与1969年，它是基于C语言开发实现的。UG是一个在二维和三维空间无结构网格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏激分方程的软件工具。

1.1UG虚拟设计技术定义

UG虚拟设计技术是汇集了计算机图像技术、多媒体技术、智能接口技术、传感技术、语音处理技术、音响技术、网络技术、图像识别处理技术，实时高度并行的计算技术、人工智能、人机工程学，人的心里及行为研究的众多的关键技术，是这些技高度的融合与集成，UG虚拟设计技术是指以高度仿真的方式给客户展示了实体变化和相互作用的三维界面，使客户有身临其境的感觉，并直接参与和仿真对象在模拟环境的作用和变化，有一种真实的感觉。高度仿真、身临其境、交互作用是其主要特点。UG虚拟设计技术其特征是：①UG虚拟设计技术是一种基于计算机图形学的实时动态、多观点的三维设计技术，这种技术所构建的三维环境可以现实的世界真实的再现，也可以模拟超越现实的虚构世界。②设计者可以通过视、听、触的人体感官，直接以人的思维方式和自然技能与所设计的环境交互。③在设计操作的过程中，人是作为实时数据源的主体融入到虚拟的环境中，而不只是设计端的参与者。

1.2UG虚拟设计技术的特点

首先UG虚拟设计技术是动态环境的建模技术，UG虚拟设计技术的核心内容是虚拟环境的构建，应用动态环境建模技术能有效的获取实际环境下的三维数据，利用三维数据就构建虚拟环境模型。其次就是UG虚拟设计技术是实时的三维设计技术，当前，三维成像技术已经比较成熟，关键是如何能够满足时需实用的要求，为了达到这个要求图形的刷新率要不低于于16帧/S，最好要高于31帧/S。再提高刷新率的同时要保证不降低图形的复杂程度和质量。要在虚拟设计的真实感图形中，完成图像生成的硬件体系结构，当然用于加速的各种有效技术是重中之重。再次就是立体显示和传感技术，UG虚拟设计技术依赖与传感技术和立体显示的发展，而立体显示技术又包含人的感官生理原理以及涉及计算机的如何生成技术，当今的硬件系统（单目镜、头盔显示器和可移动的视觉显示器）有待进一步的发展。光学显示部分还有待改进，其还存在许多局限性。传感器技术的可重复性、精确性、安全性和可靠性等技术问题需要有待提升，不同性能的传感器性能有待提高。再次就是UG虚拟设计应用系统的开发工具，UG虚拟设计技术最终要面向应用，利用平台的优势可缩短与应用结合的时间。因此，就应大力研发UG虚拟技术的开发工具。当前，常用的UG虚拟设计技术系统开发工具Super8cape公司VRT，作为一个可视化的平台，它有着较高网络处理和交互能力，Scnse的WTK本身是C函数系统，它可提供合成虚拟的一个应用开发环境，3MudtiGen的MuMGen的软件是具有交互式的建模系统，3MudtiGen-PoIadign的Vega使用简单，可用于听觉仿真和实时视觉。利用API可成交互式三维应用和实时可视仿真，利用VTree可生成视觉仿真和实时场景生成。总之UG虚拟设计技术的系统是众多系统的集成，其包含了很多的信息模型，必须根据设计方式合理安排组合。集成技术涵盖了数据的相互转换、数据的管理模型、模式识别、模型的标定、信息的同步与合成等技术。

2UG虚拟设计技术在农业机械中的应用

UG虚拟设计技术的应用领域很广、很宽泛，最常用的几个重要领域：一是医疗，涵盖外科的手术训练、病理解剖教学、和很复杂的外科手术和显微镜手术；二是游戏娱乐业，利用UG虚拟设计技术可以营出一定的虚拟环境，可以生动、逼真、形象的模拟太空飞船遨游太空、星球大战场景、极地探险、海底探险以及一些逼真的街头巷战的打斗游戏，给人一种身临其境的体验感，并给体验者带来很强的知识性、趣味性、惊险性。三是在航空、航天和军事方面。其应用与人员培训、战略规划和面产品设计。如军事是演示虚拟的战争场面、虚拟导弹发射器、飞机的虚拟设计系统、和太空训练系统。四是广泛的应用与教育系统的培训，对于舰艇、飞机的驾驶员和宇航员、战场指挥员和各种复杂系统的操作人员，模拟仿真的训练是必备的课程，利用UG虚拟设计技术可使仿真效果更形象、逼真，如果仿真内容越加丰富、其培训效果就更好。

2.1UG虚拟设计技术在农业机械中的应用途径

虚拟产品的生成是建立在计算机的系统基础上开发完成的。它可以在虚拟的条件下完成产品构思、产品设计、产品制造、产品测试、产品分析。以往的农机产品设计是通过图纸绘图设计，样机试制、样机试验、修改图纸设计，重新试制，要经过漫长的时间才能生产出合格的产品，众多的设计错误不能在设计初级阶段得以发现，再加上农机产品的试验是伴随季节性，所以导致想要生产一款农机产品，需要漫长的开发周期。UG虚拟设计的应用大大的缩短了农机产品的开发周期。其明显的优势是把存储在及计算机中的数字模型即虚拟产品代替现实中的实物模型进行仿真演练，进行分析。在模拟制造过程中计算全机模拟生成所有工件原型，然后再对虚拟产品进行预装，在预装的同时还能进行阶段性的碰撞检测。如对测试结果不满意，就可及时的对虚拟工件图进行修改再次预装试验，这样就可以大大的提高了产品的可靠性，防止了大量的原材料的浪费。在生产产品的质量上、时间上、成本上、环境上各方面的因素上的得以改良和提高，起到了全局化和一次性研发成功的的效果。难度大且复杂的大型农机设备更需要这种模拟仿真技术，其不仅可以在运动学上加以仿真，还可以有效地利用优化设计、有限元分析的等方法对动力学加以仿真、分析，从而有效的完成各种构件的参数优化。生产出符合设计的更好的产品。其具体步骤分为以下几点，一是几何建模，利用照片扫描或者图像绘图软件，绘制出虚拟对象的形状和外表；二是运动型建模，能模拟对象在虚拟的世界中的动态特征，关于模拟对象的碰撞、伸缩、手抓提、位置变化、和表面变化的等特征就是运动建模；三是物理型建模，就是把模拟对象的惯性、质量、表面粗糙度、硬度与形体变化的虚拟建模方式。建立实体的物理模型的优势在于：这个实体可以用虚拟的手加以感觉，可以真实的感觉到这个实体的质量，表面粗糙程度；四是声音型建模，就是利用听觉机理建立声音模拟；五是演示模型的分割，在真实模拟的条件下，简化模型的复杂程度，有效的提高模型的实时型。

2.2UG虚拟设计技术的建模

与绝大数的仿真技术一样，虚拟技术的核心应用就是虚拟世界的建模过程，首先是利用计算机从数学上定义模拟建模的基本过程，所具有并利用所特有的硬件资源，从而建立起模拟设备零件的几何模型，再利用计算机的转化过程实现所需的仿真模型。其次是要注重优化模型和开发模拟对象的数据库，就是建立模拟对象的外表、形状、行为、限制模型并将对应的模拟对象发送到仿真的世界。通过以上的两个步骤UG虚拟设计的模型就可完成。

3结语

虚拟设计技术在农业机械中的广泛应用其优势是很明显的。随时实时建模可使整个生线的生产流程得以简化，并发挥了其最佳效果，有效的缩短了产品的生产周期，使产品生产周期达到了预期的目标，在生产产品之前就可以先行调试生产工具和软件程序，这样就可以有效的利用时间。此外UG虚拟设计技术还可以在教育培训领域得到应用，工作人员对于一些恶劣的环境和危险的环境可以在模拟中进行培训，从而杜绝了对人体的伤害和对设备的损害，既安全、方便、快捷又能节省人力财力。随着科学技术的进步，知识和信息的快速更新，制造业面临着要以最快的速度生产出最好的产品，要花费最低的成本与代价，同时生产环境要最优、服务要最好，要有快速的市场适应能力来赢得市场先机和时代先机。要完成这一伟大目标，就必须要求生产企业和相关工作者将制造技术和不断发展的计算机科学、虚拟技术、系统科学、人工智能等相关的科学技术加以融合运用。创造出具有自动化、信息化、智能化的全新概念的基于数字媒体技术的UG虚拟设计技术。3DSMAX和CAD被广泛的农业机械产品虚拟设计，其优势是不仅能模拟产品工作状态，还可以进行动态干涉检查和相关的虚拟装配，使设计过程有效地得以简化，使其更直观更合理，不但使产品的质量得以提高、设计周期大幅减缩，实验经费大大节省，更能便于利用互联网进行虚拟介绍和产品推销，从而为提高企业形象，展示产品质量，提高产品的市场占有率夯实基础。

综上所述，在技术高速发展的21世纪，UG虚拟设计技术必将在农业机械领域得以深入应用。当然，UG虚拟设计技术是一门新兴的科学应用技术，其应用前景广阔，我国尚处于应用的初级阶段，但只要不断地加大对农业机械中UG虚拟设计技术的投入和研发力度，UG虚拟设计技术在农业机械中的发展前景机会更加广阔。

参考文献：

[1]刘尚，韩翠波.UG虚拟设计技术在农业机械中的应用[J].农机化研究，2007（03）：13-16.

虚拟仿真技术优点篇3

关键词：虚拟电厂仿真机DCS

中图分类号：TM621文献标识码：A文章编号：1672-3791（2015）04（c）-0022-01

模拟控制仪表系统在早期火电厂已被采用，控制系统由三部分组成：模拟仪表，操作盘台和控制对象。当时的仿真机只能对大部分进行相应简化，显示仪表、面板、按钮和开关只能被复制85%左右。早期火电厂仿真机最主要的形式便是这种全仿真机。由于造价高等限制，培训中心的设立也并不广泛，仿真机组模型不适合具体培训电厂的机组，只针对典型机组。运行人员需得了解各类工艺流程及操作，电厂运行人员则成为主要培训对象。随着当前科技的飞速发展，大部分火电厂普遍采用了DCS为控制平台，其范围也逐渐扩大，对热控人员的各方面要求也逐步提高。旧的培训手段及运行方式已不能满足当前水平要求，且未能充分发挥其优势所在，因此，DCS的仿真与培训的实现就变得尤为重要。

1火电厂仿真机中DCS的仿真方式

DCS由工程师站、现场控制站、操作员站和系统网络组成，由CRT操作，与以往控制仪表不同，现由现场控制站进行操作，在这些设备改进的同时，仿真机也有了相应变化。

在根据离线组态、系统运行以及DCS的控制设计里，东南大学冷杉获取了相应资源，火电厂仿真机中DCS的仿真方式与DCS在非DCS系统中的再现形式相对应。按照机组本体模型与控制算法机型的关系划分，主要分为传统的全范围仿真方式与激励式仿真方式。

1.1传统的全范围仿真方式

硬件仿真原DCS中的操作员站配以相似的计算机、鼠标、专用键盘、操作站，是传承早期的仿真方式，用非原DCS的组态软件来实现当中的人机界面，仿真实现其操作和显示功能。与机组本体模型和DCS的逻辑运算功能在同一软件平台上相同，一体化仿真模式由机组本体模式与控制算法模型构成。

总而言之，该仿真方式基于设计图纸实现，称作传统的全范围仿真方式。其控制算法并未从机组模型中分离。根据操作规程和实际DCS的组态逻辑图，控制算法模型建模并编程，主要存在以下问题。

（1）不便修整控制策略。仿真机的控制算法模型随着现场逻辑组态的改动，按照编程的方式也进行相应的修整，与调试方式及现场组态不同，跟踪修改不易。工作量大。其工作量相当于将DCS组态重新进行一次，且还会产生一系列问题，如开发周期长，容易在逻辑编写中产生错误，错误不易察觉等，与实际DCS相比，可信度和软件功能真实度较低，且通常情况下只实现控制系统主要部分。

（2）电厂对热控人员的培训无法满足。基于采用编程语言的方法，所有热控人员难以进行组态修改实验，这种控制逻辑的方法不同于现场，对于培育人员以外的一些高级应用功能，几乎无法完成。

1.2激励式仿真方式

激励式仿真方式就是从机组本体模式中将控制算法模型分离出来，单独实现DCS里的逻辑运算功能。激励系统就是仿真机里的DCS系统，这种方式可以分为虚拟DCS激励方式、全激励方式和混合激励方式。

（1）虚拟DCS激励方式：这种方式之所以称为部分激励方式或虚拟DCS激励方式，是因为其使用了实际DCS系统中的一部分软硬件。冷杉对“虚拟分散控制系统”进行了完整的定义和细致的分类：虚拟DCS是与真实DCS相对而言的，一般意义上说，它是真实DCS的某种再现，真实地再现固有的分散控制计算机系统。由于操作员站人机界面（HMI）和分散处理单元（DPU）构成了DCS，其再现时就有“虚拟HMI”、“仿真DPU”、“虚拟DPU”和“仿真HMI”的划分。划分仿真与虚拟的主要标志是对实际DCS中组态文件的使用。

（2）全激励方式：全激励方式的原理与虚拟DCS的激励方式不同，在使用实际DCS的全部软硬件的同时，与机组模型计算机相互连接，对实际DCS的所有功能进行保留，与实际DCS并无差别。

（3）混合激励式：混合激励仿真方式是实现虚拟DCS和实际控制设备相结合的不同仿真，其原理是将虚拟DCS与实际DCS的部分硬件相连接。混合激励仿真机可以充分利用诸多设备条件，进行卡件的更换、维修，对各个零件的修改也更加直观，且造价低、效果明显。但也有其问题所在，两套系统与系统程序切换尤为复杂，使得该仿真模式存在明显的优劣。

2虚拟DCS的分类

虚拟DCS由HMI、DPU的多种不同组合构成，该分类有利于利用与开发，有利于该领域的研究和实践。

2.1对HMI的功能再现方式

对HMI的功能再现主要分为三种方式：真实HMI、虚拟HMI与仿真HMI，这三种方式都是对操作界面的仿真。

2.2对DPU的功能再现

对DPU的功能再现可分为三种主要方式：（1）最小配置DPU，其去最小激励配置，相对于全激励方式，节省了大量投资；（2）虚拟DPU，使用现场控制站实际组态文件，可进一步分为编译转换方式和平台移植方式；（3）仿真DPU。

2.3虚拟DCS的组合方式

不同形式DPU与HMI结合。形成多种形式虚拟DCS，主要包括：虚拟DPU+仿真HMI，仿真DPU+仿真HMI，虚拟DPU+真实HMI，最小配置DPU+仿真HMI等。

3虚拟DCS的关键技术

3.1编译转换技术

编译转换方式中重要程序通常包括虚拟DPU运行平台和DPU组态文件转换程序两部分。DPU组态文件转换程序主要包括虚拟功能模拟的编制和文件格式的转换两大类。

3.2数据连接与通信

仿真模拟数据库和DCS数据库存在于虚拟DCS仿真机中，由于仿真模拟数据库的各类工艺流程要依照仿真支撑系统完成，这就要求DCS数据点与模拟侧数据点进行匹配，最终与应子程序建立关联。

3.3平台移植技术

这种技术使用较广泛，操作简易方便，国内很多厂商都采用其建立虚拟DCS平台。这种方式能够完整的实现工程站师的仿真，热控人员的操作也更加多样。

4结语

虚拟DCS的激励式仿真技术是发展到一定阶段的产物，是各个发展路线不断融合的结果，是一种崭新的仿真模式，它经过科研人员的不断努力和交流，其逼真度和应用功能都达到很高的标准，表现出其相对的综合优势。火电厂中虚拟DCS技术和DCS的广泛应用大幅度降低了成本，满足了操作的实际需要。这种产品的实际应用，为实现真正数字化电厂提供了基础，使仿真技术进入一个全新化时代。

参考文献

[1]蒋忠民.WinMOD自动化仿真技术在水泥行业中的应用[D].武汉：武汉理工大学，2013（6）.

[2]唐玉贺.人工神经网络算法的研究与在DCS控制系统中的应用[D].青岛：青岛科技大学，2013（5）.

虚拟仿真技术优点篇4

一、拟实制造技术简介

（一）拟实制造系统的构成。拟实制造是产品开发中不可或缺的内容，其具体是指借助计算机技术对产品从设计到制造再到装配等全过程进行全面仿真、模拟。拟实制造系统的流程涵盖了实际产品生产的全生命周期，具体来讲，其主要由五个阶段构成：（1）概念设计阶段。这一阶段主要完成对产品的运动学仿真分析，为下一阶段提供总体思路。（2）详细设计阶段。这一阶段需要对产品加工的全流程进行仿真模拟，包括分析与预测加工过程中的各项物理参数、物理仿真过程、工件几何参数，校验几何仿真过程、对产品的装配进行仿真等等。（3）加工制造阶段。这一阶段是前期设计阶段的理论验证阶段，是拟实制造系统的核心，包括作业计划与生产计划调度、工厂设计、制造车间设计以及控制器设计等。（4）测试阶段。运行仿真加工过程，监测其同实际生产的差距，发现其中存在的问题。（5）培训与维护阶段。对仿真器使用者进行培训，包括生产过程培训以及二级维护培训。由上述拟实制造系统的五个运行阶段我们可以看出，拟实制造按流程可划分为五个工作层级，即工厂级、车间级、调度级（含具体仿真加工过程）、各制造单元。

（二）拟实制造技术的国内外发展情况。现阶段，拟实制造技术的研究重点仍集中于技术理论研究以及对各级仿真环境的构造与实践尝试。具体来讲，技术理论研究的主要内容包括整个拟实系统的建模方法、模型构成与集成方式以及近年来流行的虚拟制造技术、虚拟制造系统的应用与衍伸等。对各级仿真环境的构造与实践则主要包括具体加工过程、加工单元的仿真以及实验室角度的虚拟工程与虚拟车间设计、对工厂级设备的调度、对车间级设备的管理、信息的集成处理等等。目前，在国内，虚拟制造技术得到了制造业的高度重视，许多科研机构、企业投入到了虚拟制造技术生产过程模拟、建模方法等方面的研究当中，与此同时，人工智能以及神经网络等高端新兴科技也被引入到了虚拟制造系统中，虚拟工厂级、车间级的设计与调度得到优化与提升。

二、机械加工过程仿真

（一）机械加工过程仿真的现状与问题。目前，机械加工过程仿真主要有以下两种情况：（1）以加工过程仿真为系统主要内

容，构造完整拟实制造系统。（2）采用金属切削方式，对机械加工过程中各内部因素的变化与作用情况进行仿真模拟，研究其切削原理，为实际生产提供理论基础。上述两种机械加工过程仿真所基于的原理是相同的，都是根据实际需求对机械加工工艺系统建立连续变化模型，而后采用数学离散法计算出其中的断续点，再通过对这些断续点的物理因素变化来仿真加工过程。

机械加工过程仿真存在的问题主要有：（1）物理仿真同实

际生产差距较大。现阶段的机械加工过程仿真是基于理想状态展开的，其中有大量人为的假设因素。这种理想状态不能将所有可能存在的情况考虑进来，因而不能真实反映实际生产的状况。（2）加工范围与形式仍不能满足需要。国内机械加工过程仿真仍主要以铣、磨为主，仿真技术对这两种工艺的应用范围仍然很窄。（3）仿真手段仍较为低端。由于计算机软硬件的限制，仿真技术的精确度不高，发展速度也较慢。

（二）机械加工过程仿真系统的结构。机械加工过程仿真系统属于拟实制造的第二阶段――详细设计阶段，这一阶段需要对机床―工件―刀具所构成的仿真系统中的参数与信息进行分析、预测。

（三）数控车削过程仿真的方法。车削加工是目前应用最广泛的机械加工方式，数控车削加工仿真能够实现多种情况的模拟，具有十分重要的应用价值。具体来讲，数控车削过程仿真能够完成外圆、端面、倒角、螺纹、曲线等各种加工形式的模拟与预测，其实现过程包含三个环节：（1）建立完善的数控车床车削仿真系统，优化NC代码，实现车削智能加工。（2）综合考虑实际加工中可能存在的问题，尽可能还原实际生产过程。（3）对仿真过程中检测出的问题进行收集与分析，从而为实际生产提供依据。

虚拟仿真技术优点篇5

【关键词】机械设计；虚拟样机技术；有效应用

随着科技的不断进步，虚拟样机技术已然成为一种机械设计中必要的技术，不仅是计算机技术在机械工程领域的成功应用，更是一种全新的机械产品设计理念。虚拟样机技术是一种在建造物理样机前，设计师先通过利用计算机技术建立机械系统的数字化模型，简化复杂机械系统设计，能够有效缩短产品开发周期，降低研发成本，提高产品设计质量等方面有重要突破。一方面，它可以通过对虚拟样机的测试，从产品多种设计方案中评估出最优方案，并不断改进设计方案，直到获得最优的整机性能。另一方面，运用虚拟样机技术可以实现产品的并行设计，即可以快速地建立包括控制系统、液压系统、气动系统在内的多体动力学虚拟样机，并在产品设计初期发现问题、解决问题。通过仿真分析，用图形的方式显示出该系统在实践过程中所具有的各种特性和缺陷，修改设计并得到最优设计方案的技术。这不仅降低了研发成本，而且也无需浪费大量的人力、物力来生产出具有缺陷的样机，有效的促进了产品设计的设计效率和设计质量。

1.虚拟样机技术简介

1.1虚拟样机技术概述

随着科学技术的发展，试验手段的加强，以及新兴学科和技术的不断涌现，乃至学科之间的交叉与综合，使得原有的生产方法适应不了当今瞬息万变的时展大潮。机械设计是机械产品研发过程中的一个重要组成部分，是机械生产的第一步，同时还是决定机械性能的最主要因素。与传统的开发物理样机的设计方法相比，利用虚拟样机技术开发虚拟产品具有很大的优越性。虚拟样机在对产品进行创新设计、测试和评估等方面可以代替物理样机，由此，不仅可以缩短开发周期，改进产品设计质量，还能节约研发成本。机械工程中的虚拟样机技术又可以称为机械系统动态。

仿真技术，是国际上20世纪80年代随着计算机技术的发展而迅速发展起来的一项计算机辅助工程（CAE）技术。机械工程师在计算机上设计样机模型，并对模型进行各种动态性能分析，用数字化形式代替传统的实物样机试验，然后改进样机性能欠缺的地方，优化设计方案，进而生产出最优的机械产品。

1.2虚拟样机技术的优越性

本质上，虚拟样机技术是一种模拟仿真技术，涉及到多体系统运动学、动力学建模理论及其技术实现等方面，是在先进的建模技术、信息管理技术、多领域仿真技术、交互式用户界面介绍和虚拟现实技术的基础上的综合应用技术。虚拟样机其实就是实际产品在计算机上显现出的模型，又称为数字化样机。虚拟样机的智能性是实现人机交互的一种机械设计技术，是计算机辅助工程师进行设计，而不是完全由计算机程式化的进行产品设计分析。虚拟样机并不会因其虚拟性而在功能方面与物力样机存在差距，而是在一定程度上拥有与物力样机相似的功能，其检测的真实度具有可信性。利用相关分析软件，结合机械设计等方面知识，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，为优化产品提供依据。

2.虚拟样机技术相关软件

2.1Pro/Engineer（Pro/E）

三维建模工具的出现和应用改变了传统的设计方法和过程。相比二维绘图软件，三维建模工具所独具的优点使得其正越来越多地得到应用。就目前市场上存在的三维建模软件来说，Pro/E软件，尤其是第三代产品Pro/Ewildfire版本，其所具有的强大的参数化特征造型功能（现代CAD技术的一个主要发展方向）而受到企业界的一致认同。通过Pro/E设计出来的与物理样机完全相同的虚拟样机，其零部件之间的装配和嵌合一目了然，而且通过它的运动仿真分析功能可以把设计错误消灭在设计的初始阶段，还可以简化复杂的设计工作，把设计人员从繁琐的工作中解放出来，使设计人员把精力放在机械产品的结构优化和创新上。

2.2ADAMS

虚拟样机技术的典型应用软件是ADAMS软件。ADAMS是美国MechanicalDynamicsInc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。ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另外，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。

3.机械设计过程中虚拟样机的应用

设计初期直接在计算机环境中创建虚拟样机，并进行各项仿真实验和分析，如此不仅可以使机械的结构和功能得到模拟，还能检测出机械产品的缺陷，使缺陷在最初的设计阶段就能及时发现并加以改进，实现设计与完善同步进行。虚拟样机技术的兴起，不仅使复杂的机械设计工序简单化，也为机械设计提供了全新的设计理念。本文将以机械中的减速器为例阐述虚拟样机给机械设计带来的巨大作用。减速器主要涉及到ADAMS和Pro/Engineer两种软件。设计者可以使用虚拟样机技术，通过三维建模、动力学仿真分析和优化设计等三个过程，研究零部件参数对减速器性能的影响并对测试结果进行分析，依照分析结果优化设计，实现最优设计。在建模过程中，设计者首先应用Pro/E软件建立减速器的带有质量、转动惯量等物理特征的各个部件，并装配好零部件。减速器Pro/E模型建立以后，利用IGES接口输到入实体模型ADAMS软件中，添加相应的约束与驱动后，设置仿真平台相应的输入输出参数，即可进行减速器动力学性能参数的分析与求解。在仿真的基础上就可以得到相关的数据，分析后进一步对所设计的机构进行结构参数优化，进而得到更为完善的减速器。由以上分析可以看出，ADAMS和Pro/Engineer软件可以图形的方式在计算机上显示出减速器，很方便的帮助设计者评估出产品设计方案的优劣，并能把虚拟样机中存在的缺陷及时发现并优化。有了这些参数，我们就可以快速、准确为完成物理样机设计奠定基础。

虚拟仿真技术优点篇6

【关键词】虚拟仿真技术；建筑施工；应用从传统角度来看，所谓的系统仿真技术很难对人的感知情况进行模拟，也就是说这种仿真技术很少涉及到对人的感知进行仿真建模。但是伴随着信息技术的蓬勃发展，仿真技术与传感技术渐渐渗入到现实领域，这也导致人们开始对外界环境感知进行建模研究。现如今，虚拟仿真技术越来越成熟，通过虚拟现实技术进行仿真建模，使仿真技术实现了图像化，人们甚至可以通过仿真立体模型有种身临其境的感觉，此外，由于仿真系统与生俱来的三维属性、实时交互等特点，给仿真技术的发展也来了极大的推动作用，这就使得虚拟现实技术在今后社会中更加具有生命力。

1.虚拟仿真技术应用于建筑施工中的意义

近几年来，由于国内经济发展需求以及国民需要，建筑工程的开展如火如荼，我国在针对建筑工设计时，在套用规范的基础上，仍然依据加大设计安全系数的方法来实现对建筑受力与变形的控制，这就导致了建筑工程造价普遍过高的现象。建筑设计作为工程实施的基础条件，对整个建筑工程系统以及周边建筑环境都有着重要的意义和影响，并在总体的规划目标等方面给其他的专业设计提供了正确的引导。考虑到建筑内部结构的复杂性与多变性，因此在研究时不得不在施工工艺方面谨慎考虑，从而涉及到信息化设计的全部内容，在此方面，关于优化方案、现场施工等较为少见，这就间接体现了我国建筑建设在信息化技术上存在的不足。

虚拟仿真技术的出现大大弥补了这一不足，虚拟施工技术具备交互性、高度仿真性等优点，通过它建立的设计数字几何模型与施工，不但能同时满足设计师、业主、施工方等参建单位的需要，对多种施工方案展开模拟、验证、对比和优化，并最终找到一种最优的施工方法，实现低成本、短工期、高质量的效益目的。可见，虚拟仿真技术给建筑工程带来了一定的时代挑战意义，虚拟仿真技术在施工中的应用无疑决定着施工方案的优劣与否，它一方面对建筑工程的施工产生影响，另一方面也决定着工程的设计方案。所以说，应用虚拟现实技术建立建筑工程的三维模型，对施工的各个阶段实施三维可视化的模拟，在施工前了解各种构件在实际结构中的相对位置和相互关系，势必有利于我国建设的技术经济效益，对建筑工程的设计与施工都会有非常好的借鉴与指导意义。

2.虚拟仿真技术在建筑设计中的应用

伴随现代化科学技术的飞速发展，计算机网络技术和新型载体的应用越来越广泛，在这种趋势下，传统的园林设计模式必将被淘汰，新的设计理念也就呼之欲出了。“虚拟仿真”设计概念的提出可以追溯道上世纪80年代，它从理论的角度上对园林布局进行分析，认为所有建筑的地理数据都能在多维的虚拟模型中得到表示，这些表示形式除一般的时空维数之外，色彩、光影、甚至声音等因素也被归纳入额外的“维度”中，用以增强视觉信息效果。经过三十多年的发展，虚拟仿真技术渐趋成熟，比较传统模式下的设计理念，虚拟仿真技术打破了传统思维上建筑的局限性，在系统作业上对设计的表达可以说是较为全面的。

如今，虚拟仿真技术的发展方向极为明确，它通过操作系统的便捷性，图形的设计时间快、质量高、系统处理能力强。这些方面的改进势必对建筑设计中虚拟仿真技术的应用产生影响，也将进一步领导建筑设计方法论和本质革新，建筑设计者在园林设计领域的地位也将重新定论。我们可以试着想象，当建筑设计者在挖掘虚拟仿真技术潜能的时候，他们对建筑的复杂性与微妙性的理解也将日益深刻，这不但有利于虚拟仿真技术的发展，对现代建筑工程的设计创新也会有着莫大帮助。

3.虚拟仿真技术在建筑施工中的应用

计算机在全球范围内的运用，推动了工程仿真模拟技术的迅猛发展，这一阶段，虚拟仿真技术也不断成熟，其优点是可以对施工环境下的复杂环境条件（介质的非均质特性、不连续性和各向异性等因素）进行综合考虑。简单地来说，建筑施工的过程就是把设计图建成实物的过程，虚拟仿真技术在建筑施工中的应用步骤大抵可以分为四个阶段，即工程调研阶段、概念模型抽取阶段、力学模型建立阶段、数值计算以及结果检验阶段。虚拟仿真技术可以将工程结构同环境整合起来并建立理论模型，通过“仿真试验”获取最佳设计方案。

站在传统的角度来看，建筑工程从设计阶段开始，一直到施工执行阶段，由于施工方法的多样性，并且现场情况的可变化性，很难按照设计者的初衷开展作业。而虚拟仿真技术中所建立的仿真系统，无论是施工前后，对工程环境的外景仿真都能做到很好的把握。在建筑工程施工阶段，对于土层规律发生变化而产生沉降时，及时修改施工方案无疑是重要手段之一，在这种土质变化的不确定性因素下，仿真模拟技术远远不能仅靠简单的运算就能解决所面临的问题，它更多地是要进行野外地质调查，到室内试验研究、计算模拟、地质力学模型抽取以及野外验证的全过程，在很大程度上，其准确性与可靠性都决定了工程对地质认识的正确性。

在虚拟仿真系统中，场景中的一切物体，与实体都有着高度的仿真效果。对于建筑物模型，完完全全按照设计图纸进行仔细地建模，并把建筑物旁边环境的场景、道路等也实施建模渲染，与真实场景可谓是如出一辙。虚拟仿真技术作为信息化设计的重要环节，直接左右着信息的来源渠道，可以毫不过分地说，虚拟仿真技术直接影响到建筑信息化设计与施工的实施。它是监督设计施工的法眼，是规避工程风险的有力手段，更是建筑工程建设中不可或缺的内容。其建模内容涵盖了地质与支护的现状观察、位移监测、应力与应变监测、围岩扰动及弹性波测试、支护质量检查等等，至于具体的量测手段、工具和时间，要根据工程现场具体要求而设定。

虚拟仿真技术渗入工程施工中，除了外形三维的仿真之外，声音仿真、动作仿真等“三维外”的技术也有突破，这使得场景的真实感极强，给人的感受尤为逼真。观察者可以从不同的入口进入虚拟仿真系统，在虚拟的建筑模型中边走边看，并从不同的角度实施观察，借助鼠标等媒体工具同虚拟仿真模型实时交互，使漫游场景中所见到的各种实体可以切实地反映现实中的每种状况，它对施工全过程进行模拟，在施工前了解各种构件在实际结构中的相对位置及相互关系，试验多种施工方法，并在一系列的应用实践之下，取得了举世睹目的应用成效。

此外，针对我国建设工程中的一些不安全因素，如基础沉降、塌方、渗水等不利于工程实施的一系列现象，虚拟仿真技术在工程施工上的应用能够很好的解决此类问题，它不但可以通过建模很好地掌握基础和支护结构的工作状态，利用测量数据对设计进行整改，并指导施工作业；还可以预见事故风险，采取一系列的事前措施，给工程的安全施工提供信息，将工程的事故突发率降至最低；在分析处理量测数据后，通过反馈上来的信息，可以很好地保障施工环境的安全与稳定；另外，通过积累相关的工程资料，也可以作为以后相似工程的实施的重点依据。