導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫(xiě)好一篇虛擬仿真技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關(guān)鍵詞】虛擬仿真技術(shù)；建筑施工；應(yīng)用從傳統(tǒng)角度來(lái)看，所謂的系統(tǒng)仿真技術(shù)很難對(duì)人的感知情況進(jìn)行模擬，也就是說(shuō)這種仿真技術(shù)很少涉及到對(duì)人的感知進(jìn)行仿真建模。但是伴隨著信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，仿真技術(shù)與傳感技術(shù)漸漸滲入到現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域，這也導(dǎo)致人們開(kāi)始對(duì)外界環(huán)境感知進(jìn)行建模研究。現(xiàn)如今，虛擬仿真技術(shù)越來(lái)越成熟，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行仿真建模，使仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)了圖像化，人們甚至可以通過(guò)仿真立體模型有種身臨其境的感覺(jué)，此外，由于仿真系統(tǒng)與生俱來(lái)的三維屬性、實(shí)時(shí)交互等特點(diǎn)，給仿真技術(shù)的發(fā)展也來(lái)了極大的推動(dòng)作用，這就使得虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在今后社會(huì)中更加具有生命力。

1.虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于建筑施工中的意義

近幾年來(lái)，由于國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求以及國(guó)民需要，建筑工程的開(kāi)展如火如荼，我國(guó)在針對(duì)建筑工設(shè)計(jì)時(shí)，在套用規(guī)范的基礎(chǔ)上，仍然依據(jù)加大設(shè)計(jì)安全系數(shù)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑受力與變形的控制，這就導(dǎo)致了建筑工程造價(jià)普遍過(guò)高的現(xiàn)象。建筑設(shè)計(jì)作為工程實(shí)施的基礎(chǔ)條件，對(duì)整個(gè)建筑工程系統(tǒng)以及周邊建筑環(huán)境都有著重要的意義和影響，并在總體的規(guī)劃目標(biāo)等方面給其他的專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)提供了正確的引導(dǎo)。考慮到建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性與多變性，因此在研究時(shí)不得不在施工工藝方面謹(jǐn)慎考慮，從而涉及到信息化設(shè)計(jì)的全部?jī)?nèi)容，在此方面，關(guān)于優(yōu)化方案、現(xiàn)場(chǎng)施工等較為少見(jiàn)，這就間接體現(xiàn)了我國(guó)建筑建設(shè)在信息化技術(shù)上存在的不足。

虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)大大彌補(bǔ)了這一不足，虛擬施工技術(shù)具備交互性、高度仿真性等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)它建立的設(shè)計(jì)數(shù)字幾何模型與施工，不但能同時(shí)滿足設(shè)計(jì)師、業(yè)主、施工方等參建單位的需要，對(duì)多種施工方案展開(kāi)模擬、驗(yàn)證、對(duì)比和優(yōu)化，并最終找到一種最優(yōu)的施工方法，實(shí)現(xiàn)低成本、短工期、高質(zhì)量的效益目的。可見(jiàn)，虛擬仿真技術(shù)給建筑工程帶來(lái)了一定的時(shí)代挑戰(zhàn)意義，虛擬仿真技術(shù)在施工中的應(yīng)用無(wú)疑決定著施工方案的優(yōu)劣與否，它一方面對(duì)建筑工程的施工產(chǎn)生影響，另一方面也決定著工程的設(shè)計(jì)方案。所以說(shuō)，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立建筑工程的三維模型，對(duì)施工的各個(gè)階段實(shí)施三維可視化的模擬，在施工前了解各種構(gòu)件在實(shí)際結(jié)構(gòu)中的相對(duì)位置和相互關(guān)系，勢(shì)必有利于我國(guó)建設(shè)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)建筑工程的設(shè)計(jì)與施工都會(huì)有非常好的借鑒與指導(dǎo)意義。

2.虛擬仿真技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

伴隨現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和新型載體的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，在這種趨勢(shì)下，傳統(tǒng)的園林設(shè)計(jì)模式必將被淘汰，新的設(shè)計(jì)理念也就呼之欲出了?！疤摂M仿真”設(shè)計(jì)概念的提出可以追溯道上世紀(jì)80年代，它從理論的角度上對(duì)園林布局進(jìn)行分析，認(rèn)為所有建筑的地理數(shù)據(jù)都能在多維的虛擬模型中得到表示，這些表示形式除一般的時(shí)空維數(shù)之外，色彩、光影、甚至聲音等因素也被歸納入額外的“維度”中，用以增強(qiáng)視覺(jué)信息效果。經(jīng)過(guò)三十多年的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)漸趨成熟，比較傳統(tǒng)模式下的設(shè)計(jì)理念，虛擬仿真技術(shù)打破了傳統(tǒng)思維上建筑的局限性，在系統(tǒng)作業(yè)上對(duì)設(shè)計(jì)的表達(dá)可以說(shuō)是較為全面的。

如今，虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展方向極為明確，它通過(guò)操作系統(tǒng)的便捷性，圖形的設(shè)計(jì)時(shí)間快、質(zhì)量高、系統(tǒng)處理能力強(qiáng)。這些方面的改進(jìn)勢(shì)必對(duì)建筑設(shè)計(jì)中虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)生影響，也將進(jìn)一步領(lǐng)導(dǎo)建筑設(shè)計(jì)方法論和本質(zhì)革新，建筑設(shè)計(jì)者在園林設(shè)計(jì)領(lǐng)域的地位也將重新定論。我們可以試著想象，當(dāng)建筑設(shè)計(jì)者在挖掘虛擬仿真技術(shù)潛能的時(shí)候，他們對(duì)建筑的復(fù)雜性與微妙性的理解也將日益深刻，這不但有利于虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展，對(duì)現(xiàn)代建筑工程的設(shè)計(jì)創(chuàng)新也會(huì)有著莫大幫助。

3.虛擬仿真技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)在全球范圍內(nèi)的運(yùn)用，推動(dòng)了工程仿真模擬技術(shù)的迅猛發(fā)展，這一階段，虛擬仿真技術(shù)也不斷成熟，其優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)施工環(huán)境下的復(fù)雜環(huán)境條件（介質(zhì)的非均質(zhì)特性、不連續(xù)性和各向異性等因素）進(jìn)行綜合考慮。簡(jiǎn)單地來(lái)說(shuō)，建筑施工的過(guò)程就是把設(shè)計(jì)圖建成實(shí)物的過(guò)程，虛擬仿真技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用步驟大抵可以分為四個(gè)階段，即工程調(diào)研階段、概念模型抽取階段、力學(xué)模型建立階段、數(shù)值計(jì)算以及結(jié)果檢驗(yàn)階段。虛擬仿真技術(shù)可以將工程結(jié)構(gòu)同環(huán)境整合起來(lái)并建立理論模型，通過(guò)“仿真試驗(yàn)”獲取最佳設(shè)計(jì)方案。

站在傳統(tǒng)的角度來(lái)看，建筑工程從設(shè)計(jì)階段開(kāi)始，一直到施工執(zhí)行階段，由于施工方法的多樣性，并且現(xiàn)場(chǎng)情況的可變化性，很難按照設(shè)計(jì)者的初衷開(kāi)展作業(yè)。而虛擬仿真技術(shù)中所建立的仿真系統(tǒng)，無(wú)論是施工前后，對(duì)工程環(huán)境的外景仿真都能做到很好的把握。在建筑工程施工階段，對(duì)于土層規(guī)律發(fā)生變化而產(chǎn)生沉降時(shí)，及時(shí)修改施工方案無(wú)疑是重要手段之一，在這種土質(zhì)變化的不確定性因素下，仿真模擬技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能僅靠簡(jiǎn)單的運(yùn)算就能解決所面臨的問(wèn)題，它更多地是要進(jìn)行野外地質(zhì)調(diào)查，到室內(nèi)試驗(yàn)研究、計(jì)算模擬、地質(zhì)力學(xué)模型抽取以及野外驗(yàn)證的全過(guò)程，在很大程度上，其準(zhǔn)確性與可靠性都決定了工程對(duì)地質(zhì)認(rèn)識(shí)的正確性。

在虛擬仿真系統(tǒng)中，場(chǎng)景中的一切物體，與實(shí)體都有著高度的仿真效果。對(duì)于建筑物模型，完完全全按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行仔細(xì)地建模，并把建筑物旁邊環(huán)境的場(chǎng)景、道路等也實(shí)施建模渲染，與真實(shí)場(chǎng)景可謂是如出一轍。虛擬仿真技術(shù)作為信息化設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，直接左右著信息的來(lái)源渠道，可以毫不過(guò)分地說(shuō)，虛擬仿真技術(shù)直接影響到建筑信息化設(shè)計(jì)與施工的實(shí)施。它是監(jiān)督設(shè)計(jì)施工的法眼，是規(guī)避工程風(fēng)險(xiǎn)的有力手段，更是建筑工程建設(shè)中不可或缺的內(nèi)容。其建模內(nèi)容涵蓋了地質(zhì)與支護(hù)的現(xiàn)狀觀察、位移監(jiān)測(cè)、應(yīng)力與應(yīng)變監(jiān)測(cè)、圍巖擾動(dòng)及彈性波測(cè)試、支護(hù)質(zhì)量檢查等等，至于具體的量測(cè)手段、工具和時(shí)間，要根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)具體要求而設(shè)定。

虛擬仿真技術(shù)滲入工程施工中，除了外形三維的仿真之外，聲音仿真、動(dòng)作仿真等“三維外”的技術(shù)也有突破，這使得場(chǎng)景的真實(shí)感極強(qiáng)，給人的感受尤為逼真。觀察者可以從不同的入口進(jìn)入虛擬仿真系統(tǒng)，在虛擬的建筑模型中邊走邊看，并從不同的角度實(shí)施觀察，借助鼠標(biāo)等媒體工具同虛擬仿真模型實(shí)時(shí)交互，使漫游場(chǎng)景中所見(jiàn)到的各種實(shí)體可以切實(shí)地反映現(xiàn)實(shí)中的每種狀況，它對(duì)施工全過(guò)程進(jìn)行模擬，在施工前了解各種構(gòu)件在實(shí)際結(jié)構(gòu)中的相對(duì)位置及相互關(guān)系，試驗(yàn)多種施工方法，并在一系列的應(yīng)用實(shí)踐之下，取得了舉世睹目的應(yīng)用成效。

此外，針對(duì)我國(guó)建設(shè)工程中的一些不安全因素，如基礎(chǔ)沉降、塌方、滲水等不利于工程實(shí)施的一系列現(xiàn)象，虛擬仿真技術(shù)在工程施工上的應(yīng)用能夠很好的解決此類(lèi)問(wèn)題，它不但可以通過(guò)建模很好地掌握基礎(chǔ)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，利用測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行整改，并指導(dǎo)施工作業(yè)；還可以預(yù)見(jiàn)事故風(fēng)險(xiǎn)，采取一系列的事前措施，給工程的安全施工提供信息，將工程的事故突發(fā)率降至最低；在分析處理量測(cè)數(shù)據(jù)后，通過(guò)反饋上來(lái)的信息，可以很好地保障施工環(huán)境的安全與穩(wěn)定；另外，通過(guò)積累相關(guān)的工程資料，也可以作為以后相似工程的實(shí)施的重點(diǎn)依據(jù)。

篇2

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；Matlab；電力電子技術(shù)；實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）02-0134-02

一、引言

電力電子技術(shù)是目前最活躍、發(fā)展最快的一門(mén)新興學(xué)科，且廣泛應(yīng)用于工業(yè)、交通、IT、通信、國(guó)防以及民用電器、新能源發(fā)電等領(lǐng)域，它的應(yīng)用領(lǐng)域幾乎涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)工業(yè)部門(mén)。

二、電力電子技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀

當(dāng)前高職院?；径疾扇±碚摻虒W(xué)加實(shí)踐操作的模式進(jìn)行電力電子技術(shù)課程的教學(xué)。首先，講解電力電子器件的工作原理、特性以及使用方法；然后對(duì)各種變流電路（包括整流、逆變、斬波和交流變換等）的電路構(gòu)成、工作原理和波形等進(jìn)行分析；最后在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)上進(jìn)行實(shí)操、搭建電路、觀察波形等進(jìn)行驗(yàn)證。

電力電子技術(shù)課程本身屬于電類(lèi)各專(zhuān)業(yè)課程中較難的課程之一，教學(xué)對(duì)象又為高職學(xué)生，他們理論基礎(chǔ)差，計(jì)算能力弱，因此教學(xué)重心一定偏向?qū)嵅佟Ｈ缓?，在?duì)電力電子電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)分析的過(guò)程中，由于電力電子器件具有非線性等特點(diǎn)以及電力電子電路的復(fù)雜性，造成實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)結(jié)果不明顯，單從示波器顯示波形不能很好地檢測(cè)電路的正確性。而且電力電子技術(shù)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)都涉及到220V或者380V的高電壓，具有一定的危險(xiǎn)性。往往造成學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目做得迷迷糊糊，不知道結(jié)果是否正確，即使知道錯(cuò)誤了也很難進(jìn)行排故，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣減低，形成惡性循環(huán)。

三、虛擬仿真技術(shù)在電力電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬仿真技術(shù)是近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展而逐步形成的一類(lèi)實(shí)驗(yàn)研究的新技術(shù)，它在各類(lèi)專(zhuān)業(yè)各種類(lèi)型的課程當(dāng)中被廣泛應(yīng)用。虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要有：（1）實(shí)驗(yàn)硬件門(mén)檻低，基本不需要專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，只需要普通計(jì)算機(jī)即可；（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程安全可靠，不涉及高電壓、高電流；（3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程迅速、結(jié)果清晰明顯，能快速地在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示所需要的所有結(jié)果，一目了然；（4）糾錯(cuò)排故簡(jiǎn)單，基本的仿真實(shí)驗(yàn)修改只需要在仿真環(huán)境下進(jìn)行器件或者連接的修改。

鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，虛擬仿真技術(shù)在電力電子技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)當(dāng)中進(jìn)行應(yīng)用十分合適，并能有效地提高電力電子技術(shù)課程的教學(xué)效果。目前，可對(duì)電力電子電路及系統(tǒng)進(jìn)行虛擬仿真的軟件較多，如Matlab、Pspise、Saber以及Multisim等。這些模擬仿真軟件的出現(xiàn)，為電力電子電路及系統(tǒng)的分析提供了方便、有效的手段，大大簡(jiǎn)化了電力電子電路及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析過(guò)程。其中Matlab軟件由于其Simulink環(huán)境下提供的SimPowerSystems工具箱在電力系統(tǒng)分析、電力電子電路分析中令人滿意的表現(xiàn)、友好的界面和模塊化的形式受到廣大用戶的青睞。

根據(jù)電力電子技術(shù)課程教學(xué)的要求，結(jié)合課程實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容，我們?cè)O(shè)計(jì)、建立并實(shí)現(xiàn)了涵蓋高職教學(xué)要求的十五個(gè)電力電子技術(shù)Matlab仿真項(xiàng)目。下面以直流升壓斬波電路為例，詳細(xì)介紹使用Matlab軟件進(jìn)行模擬仿真的方法和步驟。

四、仿真實(shí)例

本節(jié)以直流升壓斬波電路為例，詳細(xì)介紹使用Matlab軟件進(jìn)行電力電子電路仿真的方法和步驟。直流升壓斬波電路是典型的直流斬波電路之一，它通過(guò)電容、電感元件的儲(chǔ)能以及電力電子器件（此處使用IGBT）的通斷控制，使負(fù)載上得到比電源電壓高的電壓，其電路原理圖如下所示。

根據(jù)電路原理圖，在Matlab的Simulink中建立直流升壓斬波電路仿真模型，步驟如下：

1.仿真平臺(tái)建立。啟動(dòng)MATLAB，進(jìn)入MATLAB環(huán)境，點(diǎn)擊工具欄中的Simulink選項(xiàng)，進(jìn)入所需的仿真環(huán)境，點(diǎn)擊File/New/Model新建一個(gè)仿真平臺(tái)。

2.模塊提取。在Simulink環(huán)境中拉取所需要的模塊到仿真平臺(tái)中，具體做法是點(diǎn)擊左邊的器件分類(lèi)，電力電子仿真實(shí)驗(yàn)一般只用到Simulink和SimPowerSystems兩個(gè)，分別在它們的下拉選項(xiàng)中找到我們所需的模塊，用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊所需的模塊不放，然后直接拉到仿真平臺(tái)中。本電路圖所需要的模塊及提取路徑如下表所示。

3.仿真模型建立。將提取的各模塊，按照原理圖布局好位置并進(jìn)行連線。具體做法是移動(dòng)鼠標(biāo)到一個(gè)模塊的連接點(diǎn)上，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“+”字型光標(biāo)，按住鼠標(biāo)左鍵不放，一直拉到所要連接的另一個(gè)模塊的連接點(diǎn)上，放開(kāi)左鍵，連線就完成了。本電路圖的仿真模型如下圖所示。

4.參數(shù)設(shè)置。參數(shù)設(shè)置分為模塊參數(shù)設(shè)置和仿真參數(shù)設(shè)置。模塊參數(shù)設(shè)置如下：直流電壓源的幅值設(shè)置為100V。電阻負(fù)載設(shè)置為1Ω?？刂泼}沖電壓由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生，電壓幅值設(shè)置為3V，周期設(shè)置為0.001S，脈沖寬度比的大小設(shè)置可改變輸出負(fù)載電壓的大小。IGBT、功率二極管、信號(hào)分解器、電感和電容可保持默認(rèn)設(shè)置。示波器根據(jù)需要輸出的波形個(gè)數(shù)設(shè)置輸入端口數(shù)。仿真參數(shù)設(shè)置如下：將開(kāi)始時(shí)間設(shè)置為0，終止時(shí)間設(shè)置為0.01，算法設(shè)置為ode23tb。

5.仿真。完成以上步驟后便可以開(kāi)始仿真，仿真結(jié)束后雙擊示波器觀察波形。直流升壓斬波電路在控制脈沖電壓寬度比為80%和40%時(shí)的仿真波形如圖3所示，與理論分析值一致。

五、小結(jié)

虛擬仿真技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展在近些年得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，越來(lái)越多的課程在教學(xué)中引入了虛擬仿真技術(shù)，它對(duì)課程教學(xué)效果的提供具有較大的作用。文章在分析教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，引入了使用Matlab軟件的虛擬仿真技術(shù)，并以直流升壓斬波電路為例，詳細(xì)介紹使用Matlab軟件進(jìn)行電力電子電路仿真的方法和步驟。

參考文獻(xiàn)：

[1]王波.虛實(shí)結(jié)合、理實(shí)一體的電力電子技術(shù)課程改革的探索與實(shí)踐[J].時(shí)代教育，2015，（7）.

篇3

[關(guān)鍵詞]計(jì)算機(jī) 仿真技術(shù) 研究與發(fā)展

中圖分類(lèi)號(hào)：V448.15+3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）36-0229-01

引言

仿真是對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的某一層次抽象屬性的模仿，人們利用這樣的模型進(jìn)行試驗(yàn)，從中得到所需的信息，然后幫助人們對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中某一層次的問(wèn)題做出決策。計(jì)算機(jī)仿真就是建立系統(tǒng)模型的仿真模型進(jìn)而在電子計(jì)算機(jī)上對(duì)該仿真模型進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)的研究過(guò)程。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)即以計(jì)算機(jī)仿真為手段，通過(guò)仿真模型模擬實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)來(lái)認(rèn)識(shí)其規(guī)律的一種研究方法，也稱(chēng)計(jì)算機(jī)仿真方法。在科技飛速發(fā)展的今天，它已經(jīng)成為控制系統(tǒng)分析、研究、設(shè)計(jì)不可缺少的重要工具。

一、仿真的定義和分類(lèi)

1.仿真定義

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是以數(shù)學(xué)理論、相似原理、信息技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)和各種物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對(duì)實(shí)際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究的一門(mén)綜合性技術(shù)。

仿真是在數(shù)字計(jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的數(shù)字化技術(shù)，它包括數(shù)字與邏輯模型的某些模式，這些模型描述某一事件和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，在若干周期內(nèi)的特征。

系統(tǒng)仿真是建立在控制理論、相似理論、信息處理技術(shù)和計(jì)算技術(shù)等理論基礎(chǔ)之上的，以計(jì)算機(jī)和其它專(zhuān)用物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對(duì)真實(shí)或假想的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，并借助于專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和信息資料對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析研究，進(jìn)而作出決策的一門(mén)綜合性的和試驗(yàn)性的學(xué)科。

二、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的特點(diǎn)

1.模型參數(shù)可根據(jù)要求任意調(diào)整、修改和補(bǔ)充。人們可以得到各種可能的仿真效果，為進(jìn)一步完善研究方案提供了可能。與傳統(tǒng)的實(shí)物實(shí)驗(yàn)相比，具有運(yùn)行費(fèi)用低、無(wú)風(fēng)險(xiǎn)、方便靈活等優(yōu)點(diǎn)。

2.系統(tǒng)模型求解快速。運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)得出仿真運(yùn)算的結(jié)果，為生產(chǎn)實(shí)踐提供最及時(shí)的指導(dǎo)。

3.仿真運(yùn)算結(jié)果可靠、準(zhǔn)確。在機(jī)器沒(méi)有故障的前提下，只要系統(tǒng)模型、仿真模型、仿真程序科學(xué)合理，那么計(jì)算機(jī)的運(yùn)算結(jié)果是準(zhǔn)確無(wú)誤的。

4.實(shí)物、實(shí)時(shí)仿真直觀、逼真。這一特點(diǎn)使它在一些復(fù)雜工程系統(tǒng)中例如核電、航天等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

傳統(tǒng)的仿真技術(shù)是一個(gè)迭代過(guò)程，即針對(duì)實(shí)際系統(tǒng)某一層次的特性（過(guò)程），抽象出一個(gè)模型，然后假設(shè)態(tài)勢(shì)（輸入），進(jìn)行試驗(yàn)，由試驗(yàn)者判讀輸出結(jié)果和驗(yàn)證模型，根據(jù)判斷的情況反復(fù)修改模型和有關(guān)的參數(shù)，不僅效率低，也存在環(huán)境、安全等因素的限制，所以很難達(dá)到實(shí)驗(yàn)者滿意的仿真效果。而計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)的成果建立被仿真的系統(tǒng)的模型，并在試驗(yàn)條件下對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，它具有高效、安全、受環(huán)境條件的約束較少、可改變時(shí)間比例尺等優(yōu)點(diǎn)，已成為分析、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、評(píng)價(jià)、培訓(xùn)系統(tǒng)尤其是復(fù)雜系統(tǒng)的重要工具。

三、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的研究現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展與計(jì)算機(jī)的發(fā)展是密不可分的。20世紀(jì)50年代的計(jì)算機(jī)仿真大部分是以電子模擬計(jì)算機(jī)為主機(jī)實(shí)現(xiàn)的，在部分特殊應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)也有以液壓機(jī)、氣壓機(jī)或阻抗網(wǎng)絡(luò)作為主要模擬設(shè)備的。由于電子模擬計(jì)算機(jī)的精度較差等缺點(diǎn)，從70年代初開(kāi)始，數(shù)字模擬混合計(jì)算機(jī)仿真得到發(fā)展。從70年代末起，以數(shù)字機(jī)為主機(jī)的各種各樣的專(zhuān)用和通用計(jì)算機(jī)仿真得到了普及和推廣。由于高性能工作站、巨型機(jī)、小巨機(jī)、軟件技術(shù)和人工智能技術(shù)取得了引人矚目的進(jìn)展，在80年代人們對(duì)智能化的計(jì)算機(jī)仿真寄予了希望，也在綜合集成數(shù)字仿真和模擬仿真優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出了在更高層次上的數(shù)字模擬混合仿真技術(shù)，在一些特定的仿真領(lǐng)域內(nèi)，這種智能計(jì)算機(jī)仿真和高層次的數(shù)字模擬計(jì)算機(jī)仿真都取得了令人鼓舞的結(jié)果。特別是近幾十年來(lái)，隨著系統(tǒng)工程與科學(xué)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)也得到了蓬勃發(fā)展，已經(jīng)從傳統(tǒng)的工程領(lǐng)域擴(kuò)展到非工程領(lǐng)域，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、教育培訓(xùn)系統(tǒng)等得到了廣泛應(yīng)用。

四、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的展望

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)也在不斷地發(fā)展。未來(lái)的發(fā)展主要有兩個(gè)方向：

1.仿真技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化

眾所周知，現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)研制出來(lái)的仿真系統(tǒng)有很多，它們不能互相兼容，可移植性差，實(shí)現(xiàn)共享困難，與開(kāi)發(fā)的高成本、低效率、長(zhǎng)時(shí)間不成正比，更不能充分加以利用。要想解決這些問(wèn)題，首先要解決的是采用兼容性好的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)仿真系統(tǒng)，其次是采用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)的共享。尤其是后者，在將來(lái)的仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中具有重要的意義。實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)共享，不但可以在一定程度上避免不必要的社會(huì)資源的浪費(fèi)，而且可以通過(guò)適當(dāng)?shù)氖召M(fèi)來(lái)彌補(bǔ)開(kāi)發(fā)成本的不足。

2.仿真技術(shù)的虛擬制造

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)發(fā)展的另一個(gè)大方向是在虛擬制造技術(shù)領(lǐng)域的深入應(yīng)用。虛擬制造技術(shù)是20世紀(jì)90年展起來(lái)的一種先進(jìn)的制造技術(shù)，它利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到產(chǎn)品出廠以及企業(yè)各級(jí)過(guò)程的管理與控制。這使得制造技術(shù)不再主要依靠經(jīng)驗(yàn)，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)制造的全方位預(yù)測(cè)，為機(jī)械制造領(lǐng)域開(kāi)辟了一個(gè)廣闊的新天地。

五、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的支撐技術(shù)

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的支撐技術(shù)主要有分布式計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、協(xié)同式計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、沉浸式計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、基于網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)分布式，既是由于數(shù)據(jù)分布的需要，也是應(yīng)用分布式計(jì)算環(huán)境進(jìn)行并行計(jì)算，以達(dá)到實(shí)時(shí)顯示目的的重要手段，分布式計(jì)算平臺(tái)有互聯(lián)網(wǎng)的異構(gòu)機(jī)組成，包括高性能的SMP和DSM多處理器、工作站/PC機(jī)機(jī)群系統(tǒng)。

來(lái)自不同地區(qū)、不同學(xué)科的學(xué)者過(guò)去式通過(guò)出差或開(kāi)會(huì)等方式進(jìn)行交流的，現(xiàn)在，隨著高速網(wǎng)絡(luò)投入使用，采用多媒體技術(shù)支持下是、的CSCW技術(shù)可以達(dá)到快捷、高效協(xié)同工作的目的。

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)采用傳統(tǒng)上為虛擬環(huán)境所裝用的投影式顯示設(shè)備，標(biāo)志著這兩個(gè)研究方向融合的發(fā)展趨勢(shì)。由于沉浸式顯示設(shè)備能使用戶獲得臨場(chǎng)感，更有利于用戶獲得對(duì)數(shù)據(jù)的直觀感受，有助于結(jié)果的分析。

六、仿真系統(tǒng)的作用和意義

隨著軍事和科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，仿真已成各種復(fù)雜系統(tǒng)研制工作的一種比不可少的手段。尤其是在航空航天領(lǐng)域，仿真即使已是飛行器和衛(wèi)星運(yùn)載工具研制必不可少的手段。在研制、堅(jiān)定、和定形全過(guò)程必須全面的應(yīng)用先進(jìn)的仿真技術(shù)。否則，任何新型的、先進(jìn)的飛行器和運(yùn)載工具的研制都將是不可能的。

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在軍事的應(yīng)用是很廣泛的，如運(yùn)用交戰(zhàn)模型進(jìn)行的計(jì)算機(jī)仿真，新型武器裝備發(fā)展過(guò)程中的仿真、部隊(duì)作戰(zhàn)訓(xùn)練方面的仿真、高層論證和規(guī)劃計(jì)劃中的仿真、軍事作戰(zhàn)理論和學(xué)術(shù)研究中的仿真、作戰(zhàn)指揮和戰(zhàn)爭(zhēng)計(jì)劃中的仿真，以及戰(zhàn)后后勤保障的仿真等。

篇4

為了應(yīng)對(duì)工業(yè)工程在有關(guān)工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、管理及優(yōu)化等綜合性實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)發(fā)難度較大的問(wèn)題，該文提出將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與項(xiàng)目教學(xué)、案例教學(xué)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了“教、學(xué)、做”一體化，并且，在顯著改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件、提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的同時(shí)，減少了設(shè)備消耗，尤其是耗材的使用量，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，而且克服了時(shí)間與空間上的限制，使得工業(yè)工程綜合實(shí)驗(yàn)課的開(kāi)課率和學(xué)生的專(zhuān)業(yè)綜合能力得到顯著提升。

關(guān)鍵詞：

計(jì)算機(jī)仿真；工業(yè)工程；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是繼數(shù)學(xué)推理與科學(xué)試驗(yàn)之后認(rèn)識(shí)世界自然規(guī)律的第三類(lèi)基礎(chǔ)方法?；谟?jì)算機(jī)仿真技術(shù)的虛擬教學(xué)是指利用實(shí)物和計(jì)算機(jī)軟件共同模擬出真實(shí)的情境，讓學(xué)生在模擬的情境下進(jìn)行探究和學(xué)習(xí)。這種教學(xué)方法生動(dòng)形象，接近現(xiàn)實(shí)工作場(chǎng)景，有利于提高學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入相應(yīng)情境，真實(shí)的體驗(yàn)如在現(xiàn)實(shí)中執(zhí)行任務(wù)的感覺(jué)，以達(dá)到更快掌握技術(shù)手段的目的，而且這種教學(xué)方法可以利用計(jì)算機(jī)軟件的優(yōu)勢(shì)創(chuàng)造出靈活多樣的工作場(chǎng)景且不受行業(yè)限制，使學(xué)生對(duì)實(shí)踐問(wèn)題的認(rèn)識(shí)更深入，采用的應(yīng)對(duì)方法更靈活。由此“計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)”便成為專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)及實(shí)際應(yīng)用中的重要方法和技術(shù)手段。工業(yè)工程作為管理科學(xué)與工程的二級(jí)學(xué)科，其人才培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)出面向生產(chǎn)、管理、服務(wù)的高級(jí)專(zhuān)業(yè)技術(shù)和管理人才，面向的工作崗位主要有制造業(yè)現(xiàn)場(chǎng)管理、產(chǎn)能計(jì)算、生產(chǎn)計(jì)劃與控制、項(xiàng)目管理、精益生產(chǎn)等，以及服務(wù)業(yè)的流程優(yōu)化、工作研究等。其中，制造業(yè)涉及行業(yè)范圍廣、產(chǎn)品種類(lèi)多、工序過(guò)程各異，因此，在教學(xué)過(guò)程中需要通過(guò)一系列系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目培養(yǎng)學(xué)生專(zhuān)業(yè)的問(wèn)題提煉能力及問(wèn)題分析能力，并采用專(zhuān)業(yè)的技術(shù)方法和手段有針對(duì)性的對(duì)問(wèn)題本質(zhì)進(jìn)行處理。然而，正是由于工業(yè)工程方法應(yīng)用行業(yè)的廣泛性及多樣性，使得我們不可能如其他5類(lèi)工程學(xué)科般擁有自己典型的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，亟需我們?cè)趯?shí)踐教學(xué)過(guò)程中探索新的教學(xué)方法與實(shí)驗(yàn)支撐技術(shù)。

1工業(yè)工程實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

工業(yè)工程類(lèi)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)，在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，主要是以“理論課+實(shí)驗(yàn)室”的模式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)工業(yè)工程專(zhuān)業(yè)基本方法和技能的掌握與應(yīng)用，如，工作研究、動(dòng)素分析、人機(jī)工程、物流工程、流程優(yōu)化、現(xiàn)場(chǎng)改善等基本技能與方法論。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，基本上遵照如下流程：首先，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行以上理論課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生知道、了解并掌握這些基本的專(zhuān)業(yè)手法與技能；其次，通過(guò)開(kāi)設(shè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程讓學(xué)生對(duì)所學(xué)的這些技術(shù)方法展開(kāi)實(shí)踐，從而幫助學(xué)生達(dá)到訓(xùn)練并養(yǎng)成工業(yè)工程專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)的目的。然而，目前所開(kāi)設(shè)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程均是就某一獨(dú)立技術(shù)方法而展開(kāi)的較為單純的技能訓(xùn)練，如，工作研究的實(shí)驗(yàn)主要是針對(duì)動(dòng)作研究、動(dòng)素分析、生產(chǎn)節(jié)拍平衡開(kāi)展具體分析過(guò)程實(shí)踐，幫助學(xué)生深刻體會(huì)這些基本專(zhuān)業(yè)手法的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合；人因工程，主要是通過(guò)系列人因?qū)嶒?yàn)帶領(lǐng)學(xué)生親身體驗(yàn)，感受高度、亮度、顏色、頻繁度、規(guī)律度等人因影響因素帶給人視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等感官的切實(shí)感受，從而探討基于人因的合理化設(shè)計(jì)、布局及工作安排；設(shè)施規(guī)劃布局則是基于物流分析方法，通過(guò)物流強(qiáng)度度量，分析部門(mén)間的相關(guān)性強(qiáng)度，從而為合理布局、物流優(yōu)化提供有效參考。以上這些實(shí)驗(yàn)均對(duì)學(xué)生在工業(yè)工程專(zhuān)業(yè)基本方法技能的培訓(xùn)上起到了有效效果。然而，卻并未在促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成工業(yè)工程職業(yè)素養(yǎng)上發(fā)揮強(qiáng)化作用。原因在于，缺乏像物流工程、系統(tǒng)工程、系統(tǒng)建模及仿真優(yōu)化等這類(lèi)有關(guān)工業(yè)工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)、管理及優(yōu)化的主干課程的綜合性實(shí)踐項(xiàng)目，要設(shè)計(jì)出針對(duì)本專(zhuān)業(yè)基本技能方法的綜合性實(shí)踐項(xiàng)目，需要的制造業(yè)相關(guān)設(shè)備、產(chǎn)品品種等數(shù)量巨大，且耗費(fèi)大、成本高，很難從實(shí)際操作入手，計(jì)算機(jī)仿真方法不失為解決此問(wèn)題的一種有效方法?；谟?jì)算機(jī)仿真技術(shù)的虛擬教學(xué)則以其高效率、低成本、內(nèi)容豐富、性能有效和安全等優(yōu)勢(shì)得到越來(lái)越多的應(yīng)用和推廣。因此，應(yīng)該將“項(xiàng)目教學(xué)”“案例教學(xué)”“教、學(xué)、做”一體化和基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的虛擬教學(xué)的方法結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，提升實(shí)踐教學(xué)效果?；谟?jì)算機(jī)仿真技術(shù)的虛擬教學(xué)很容易與其它先進(jìn)的教學(xué)方法相結(jié)合，因此，在工業(yè)工程類(lèi)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)中，將基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的虛擬教學(xué)與其它教學(xué)方法相結(jié)合，有助于提高實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)效果，而且成本低、效率高，使學(xué)生可以不受場(chǎng)地、行業(yè)、設(shè)備與產(chǎn)品的限制，使學(xué)生更好的掌握專(zhuān)業(yè)技能和方法，并通過(guò)基于計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)開(kāi)發(fā)的綜合性實(shí)踐項(xiàng)目，鍛煉學(xué)生的工業(yè)工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)、管理及優(yōu)化的綜合能力，培養(yǎng)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，從而促進(jìn)本專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)效果的提升，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在工業(yè)工程類(lèi)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)中具有重要的意義。

2計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為人們提供了一個(gè)理想的實(shí)踐教學(xué)手段，目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)普遍將其應(yīng)用于軍事訓(xùn)練、課程教學(xué)、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練以及醫(yī)學(xué)研究等方方面面。美國(guó)是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)的起源地，現(xiàn)在美國(guó)計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展水平也比較高，在這個(gè)領(lǐng)域代表了國(guó)際先進(jìn)水平，也是第一個(gè)把虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在教育教學(xué)中的國(guó)家，目前在感知、用戶界面、后臺(tái)軟件和硬件等幾個(gè)方面，形成了一個(gè)比較系統(tǒng)的虛擬仿真教學(xué)儀器架構(gòu)。如，美國(guó)的卡羅萊納州立大學(xué)利用Java技術(shù)建立了基于Web的探索式虛擬物理實(shí)驗(yàn)室，主要有以下幾個(gè)模塊：基于JavaApplet的虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)設(shè)施、相關(guān)的實(shí)驗(yàn)課程模塊、實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)模塊、協(xié)作模塊。在歐洲，英國(guó)在計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)的相關(guān)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，研究出了虛擬仿真軟件包，并應(yīng)用在教學(xué)儀器和工業(yè)安全培訓(xùn)等方面。如，英國(guó)的諾丁漢大學(xué)在教育和學(xué)術(shù)方面對(duì)虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行了研究與探索，其目標(biāo)主要在于探索桌面虛擬仿真的輸入設(shè)備應(yīng)用上。此外，該小組還和其他學(xué)校緊密合作，將其仿真系統(tǒng)應(yīng)用在了特殊學(xué)生教育中。在中國(guó)，目前各個(gè)大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)也廣泛采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)建立虛擬場(chǎng)景進(jìn)行相關(guān)領(lǐng)域的教學(xué)與研究。例如：中國(guó)科技大學(xué)開(kāi)發(fā)出第一套基于虛擬仿真的教學(xué)儀器系統(tǒng)——利用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行幾何光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)儀器的智能化儀器、計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬仿真和物理教學(xué)儀器等有機(jī)結(jié)合，把物理教學(xué)儀器系統(tǒng)推進(jìn)到了新的領(lǐng)域；北京潤(rùn)尼爾網(wǎng)絡(luò)科技有限公司以北京郵電大學(xué)強(qiáng)勢(shì)的網(wǎng)絡(luò)、通訊、電子三門(mén)學(xué)科為基礎(chǔ)，采用JavaApplet技術(shù)、B/S結(jié)構(gòu)、J2EE框架，為解決高校日趨緊張的實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地等實(shí)驗(yàn)教學(xué)問(wèn)題，由北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育技術(shù)研究所組織精英力量，經(jīng)過(guò)多年研究，開(kāi)發(fā)出了配套的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)、外的基于計(jì)算機(jī)仿真的虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)應(yīng)用情況進(jìn)行對(duì)比，我們發(fā)現(xiàn)：當(dāng)前，國(guó)外基于計(jì)算機(jī)仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)比國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)時(shí)間早，應(yīng)用相對(duì)成熟，不管是在仿真器材還是仿真軟件上都比較豐富、且功能較多；同時(shí)，國(guó)外很多成熟的仿真實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品價(jià)格普遍偏高，且技術(shù)難度也不太適合本科學(xué)生，更適合研究所或工程師使用。盡管如此，我國(guó)還是有很多現(xiàn)行的成熟的計(jì)算機(jī)仿真軟件供我們選擇，這些成熟的仿真軟件具有界面友好、可擴(kuò)充性、支持二次開(kāi)發(fā)等特性，甚至大多實(shí)現(xiàn)模塊化利于定制化實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)，基本上能滿足國(guó)內(nèi)高等院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要及豐富的仿真實(shí)驗(yàn)需求。因此，國(guó)內(nèi)很多高校及科研院所普遍采用購(gòu)買(mǎi)成熟的仿真軟件產(chǎn)品，基于自身的仿真實(shí)驗(yàn)需求進(jìn)行對(duì)應(yīng)的二次開(kāi)發(fā)，從而設(shè)計(jì)出適合自己的基于計(jì)算機(jī)仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并得到了很好的應(yīng)用發(fā)展。就工業(yè)工程類(lèi)實(shí)驗(yàn)課程而言，現(xiàn)在市面上流行的仿真軟件，如，F(xiàn)lexsim、witness、em-plan等都能提供給我們一個(gè)良好的仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，供我們?cè)谶@些平臺(tái)上進(jìn)行綜合性實(shí)踐項(xiàng)目的構(gòu)建和開(kāi)發(fā)。

3基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式開(kāi)發(fā)

在深度分析學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)和企業(yè)真實(shí)需求的基礎(chǔ)上，基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論和混合式學(xué)習(xí)理論，按照社會(huì)發(fā)展對(duì)人才培養(yǎng)的要求，結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的基本原則，借鑒信息化和項(xiàng)目教學(xué)、案例教學(xué)設(shè)計(jì)方法，探索出基于實(shí)踐項(xiàng)目、真實(shí)案例和工作任務(wù)的計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)了“教、學(xué)、做”一體化的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。該模式由“項(xiàng)目導(dǎo)入、制定計(jì)劃、實(shí)施計(jì)劃和成果展示與評(píng)價(jià)”4個(gè)環(huán)節(jié)組成，其中，計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)貫穿了該模式的所有環(huán)節(jié)。下面簡(jiǎn)單介紹該模式的具體實(shí)施方案。

（1）在“項(xiàng)目導(dǎo)入”環(huán)節(jié)，專(zhuān)業(yè)教師的活動(dòng)包括：借助選定的計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，導(dǎo)入項(xiàng)目任務(wù)及目標(biāo)、展示項(xiàng)目結(jié)果，讓學(xué)生對(duì)項(xiàng)目有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，然后再布置具體的實(shí)踐任務(wù)；利用計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，讓學(xué)生明確自己應(yīng)當(dāng)完成的具體任務(wù)和完成任務(wù)后可以獲得哪些知識(shí)以及達(dá)到什么樣的技能水平；在充分考慮學(xué)生的現(xiàn)有知識(shí)和能力水平的基礎(chǔ)上，適當(dāng)采取分工協(xié)作方式，安排具體的任務(wù)完成時(shí)間及成果的評(píng)定方法等。

（2）在“制定計(jì)劃”環(huán)節(jié)，學(xué)生的活動(dòng)包括：通過(guò)自主學(xué)習(xí)、分工協(xié)作等方式，對(duì)具體實(shí)踐項(xiàng)目的目標(biāo)、任務(wù)進(jìn)行分析；確定任務(wù)所涉及的專(zhuān)業(yè)方法和技能手段，充分應(yīng)用已掌握的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和能力，借助計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，設(shè)計(jì)出仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛶椭鷽Q策與優(yōu)化；確定仿真實(shí)驗(yàn)任務(wù)的實(shí)施步驟，為仿真實(shí)驗(yàn)任務(wù)的實(shí)施做好充分的準(zhǔn)備。

（3）在“實(shí)施計(jì)劃”環(huán)節(jié)，學(xué)生的活動(dòng)包括：在計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，按照擬定的計(jì)劃，逐步完成實(shí)踐項(xiàng)目的仿真任務(wù)；在完成實(shí)踐項(xiàng)目仿真任務(wù)的過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)應(yīng)用所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能，建構(gòu)自己的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，從而幫助自己養(yǎng)成專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)。

（4）在“展示與評(píng)價(jià)”環(huán)節(jié)，學(xué)生的工作包括：在計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上展示自己的實(shí)踐項(xiàng)目仿真成果；參與討論和評(píng)價(jià)；通過(guò)對(duì)比分析，學(xué)生對(duì)自己的實(shí)踐項(xiàng)目展開(kāi)進(jìn)一步的仿真優(yōu)化處理。

4結(jié)語(yǔ)

將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與項(xiàng)目教學(xué)、案例教學(xué)更加緊密的結(jié)合起來(lái)，能夠更好的實(shí)現(xiàn)“教、學(xué)、做”一體化，并且，在顯著改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件、提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的同時(shí)，減少了設(shè)備消耗，尤其是耗材的使用量，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，而且克服了時(shí)間與空間上的限制，使工業(yè)工程綜合實(shí)驗(yàn)課的開(kāi)課率和學(xué)生的專(zhuān)業(yè)綜合能力得到顯著提升。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的應(yīng)用前景廣泛,值得深入研究。

作者：趙燦燦 單位：首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)安全與環(huán)境工程學(xué)院

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篇5

1.1運(yùn)行案例學(xué)生在模擬教學(xué)前需對(duì)案例相關(guān)知識(shí)進(jìn)行主動(dòng)性學(xué)習(xí)，上課時(shí)先分組進(jìn)行案例討論，然后分配角色，準(zhǔn)備用物，角色包括患者、家屬、護(hù)士、醫(yī)生、觀察員、記錄員。根據(jù)需要模擬醫(yī)院情景，如呼吸科病房、心內(nèi)科病房等，要求虛擬仿真環(huán)境逼真度高，高逼真度的環(huán)境可為學(xué)習(xí)者提供身臨其境的沉浸感，需要在視、觸、聽(tīng)覺(jué)等感知通道提供真實(shí)感的體驗(yàn)，使學(xué)生在特定的臨床情景中運(yùn)用多媒體、實(shí)物等實(shí)施相應(yīng)的護(hù)理操作。多媒體醫(yī)學(xué)模擬仿真系統(tǒng)由先進(jìn)的電腦技術(shù)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)皮膚接觸、錄音發(fā)聲，顯示人體器官功能，覆蓋人體各大系統(tǒng)的仿真技術(shù)。通過(guò)角色扮演、溝通練習(xí)和技能訓(xùn)練等融為一體的情景案例演練，使學(xué)生感受到醫(yī)院氛圍，體會(huì)到患者的痛苦，體驗(yàn)到護(hù)士的辛苦，提高了學(xué)生溝通能力、應(yīng)變能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，加快了角色的轉(zhuǎn)變。

1.2引導(dǎo)性反饋將演練過(guò)程全程錄象，完畢后給學(xué)生回放，針對(duì)學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行引導(dǎo)性反饋，讓學(xué)生對(duì)扮演的角色進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，通過(guò)討論和溝通，了解學(xué)生的思路。如問(wèn)學(xué)生：模擬訓(xùn)練中發(fā)生了什么？為什么發(fā)生？我很好奇你怎么看這件事情？你當(dāng)時(shí)的想法是什么？你從這次模擬練習(xí)中學(xué)到了什么？行動(dòng)后反思，進(jìn)一步提高教學(xué)效果。

1.3評(píng)價(jià)效果最后由教師總結(jié)仿真教學(xué)效果，需客觀而溫和地指出每組學(xué)生演練的優(yōu)點(diǎn)和存在的不足，提倡使用語(yǔ)句有：我發(fā)現(xiàn)……，我擔(dān)心……，強(qiáng)調(diào)做得好的部分，欣賞學(xué)生的優(yōu)點(diǎn)，并且說(shuō)明其原因，對(duì)不足部分，提出解決方法。并向?qū)W生介紹相關(guān)護(hù)理新知識(shí)，以便學(xué)生自學(xué)。注意不要指責(zé)和批評(píng)學(xué)生，要讓學(xué)生感到自尊。

2結(jié)果

2.1完成仿真模擬教學(xué)24學(xué)時(shí)，大部分學(xué)生能積極爭(zhēng)取參與，結(jié)業(yè)考試內(nèi)科成績(jī)優(yōu)良率達(dá)55%，及格率達(dá)93%。護(hù)士執(zhí)業(yè)資格考試通過(guò)率明顯提高。

2.2通過(guò)仿真模擬教學(xué)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力明顯提高，護(hù)理技能得到明顯提升，開(kāi)始演練時(shí)，部分學(xué)生緊張，說(shuō)話不流暢，表達(dá)不清楚，操作頻繁出錯(cuò)，通過(guò)反復(fù)演練，學(xué)生自信心增加，表達(dá)能力、團(tuán)結(jié)合作能力大大提高。學(xué)生對(duì)教學(xué)方法認(rèn)同度達(dá)89%。

3討論

3.1傳統(tǒng)的教學(xué)方法，以教師講授為主，強(qiáng)調(diào)知識(shí)及技能的傳授，而對(duì)實(shí)踐能力、解決問(wèn)題的能力、合作能力以及創(chuàng)新能力等方面培養(yǎng)不夠；仿真模擬教學(xué)，可以培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)關(guān)鍵能力，如計(jì)劃、決策能力等。以教師為主的授課，大部分職院學(xué)生感到?jīng)]興趣，缺自信，教師也感到困惑，教什么？如何教？仿真情景模擬教學(xué)能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教師通過(guò)有目的的引入或創(chuàng)設(shè)具有一定情緒色彩的臨床工作情景，讓學(xué)生置身于臨床情景中，使抽象的知識(shí)具體化、形象化、趣味化，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生在做中學(xué)，學(xué)中做，做學(xué)合一。

3.2虛擬仿真技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和系統(tǒng)仿真技術(shù)的合稱(chēng)，它是在多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等信息科技迅猛發(fā)展的基礎(chǔ)上，將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，將仿真模擬技術(shù)應(yīng)用于內(nèi)科護(hù)理教學(xué)，體現(xiàn)了課程改革下新的教學(xué)模式，學(xué)生獲得了建構(gòu)學(xué)習(xí)知識(shí)的能力，建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為：知識(shí)不是通過(guò)教師傳授獲得的，是學(xué)生在一定的情境即社會(huì)文化背景下，借助于其他人（包括教師和學(xué)習(xí)伙伴）的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)資源，通過(guò)意義建構(gòu)的方式獲得。

3.3仿真模擬教學(xué)能使學(xué)生身臨其境，在安全環(huán)境下練習(xí)內(nèi)科護(hù)理操作技能，學(xué)習(xí)不對(duì)患者構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)，可以反復(fù)練習(xí)技能直到掌握為止，學(xué)習(xí)中體驗(yàn)真實(shí)，教學(xué)過(guò)程可以控制，另外，利用編輯的多樣病例，在標(biāo)準(zhǔn)化的環(huán)境學(xué)習(xí)，學(xué)生可以學(xué)習(xí)平時(shí)較少碰見(jiàn)問(wèn)題的處理方法，這種教學(xué)模式在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域前景廣闊，如何將模擬教學(xué)整合到護(hù)理課程中，是目前護(hù)理教育工作者面臨的挑戰(zhàn)。

3.4開(kāi)展仿真模擬教學(xué)，關(guān)鍵是教師的教學(xué)思想、教學(xué)理念要轉(zhuǎn)變，教師的綜合素質(zhì)要提高，教師除了具備豐富的專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)外，還需具備嫻熟的操作技能，具備跨學(xué)科知識(shí)，能充當(dāng)導(dǎo)演、編劇、醫(yī)生、護(hù)士、家屬等角色，還必需有較高的計(jì)算計(jì)水平，能編輯病案并正確使用模擬患者。面對(duì)新的教學(xué)環(huán)境和教學(xué)條件，教師必須思考和實(shí)施新的教學(xué)方法，積極培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力，為學(xué)生提供豐富的知識(shí)延伸。

3.5仿真模擬教學(xué)在現(xiàn)代醫(yī)護(hù)教學(xué)中的應(yīng)用，對(duì)護(hù)生的技能提高和強(qiáng)化具有重要作用，不僅增強(qiáng)了護(hù)生組織能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、處理護(hù)理危機(jī)能力，也為現(xiàn)代科學(xué)護(hù)理評(píng)估機(jī)制的建立提供了基礎(chǔ)和依據(jù)。在仿真模擬教學(xué)基礎(chǔ)上進(jìn)行內(nèi)科護(hù)理技術(shù)考核，可以了解學(xué)生學(xué)習(xí)效果。考核可在學(xué)習(xí)期間進(jìn)行，也可在實(shí)習(xí)前強(qiáng)化訓(xùn)練完成后進(jìn)行考核，考核后需及時(shí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

篇6

關(guān)鍵詞：虛擬樣機(jī)技術(shù) 機(jī)械設(shè)計(jì) 方法研究

隨著經(jīng)濟(jì)全球化趨勢(shì)的不斷深化，國(guó)內(nèi)外的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，為了在激烈的國(guó)際和國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)一席之地，獲取長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展，各個(gè)企業(yè)都在積極采取有效措施來(lái)提高自身的核心競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)機(jī)械制造企業(yè)而言，如何在短時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出質(zhì)量高性能好的機(jī)械設(shè)備成為企業(yè)制勝的關(guān)鍵。由于虛擬樣機(jī)技術(shù)大大減少了機(jī)械設(shè)計(jì)所需的時(shí)間，因此高效利用虛擬樣機(jī)技術(shù)提高企業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的效率和效果成為機(jī)械企業(yè)設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)。

一、對(duì)虛擬樣機(jī)技術(shù)的基本認(rèn)識(shí)

1. 虛擬樣機(jī)技術(shù)的含義

當(dāng)前世界范圍內(nèi)對(duì)于虛擬樣機(jī)技術(shù)還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的概念，總的來(lái)講虛擬樣機(jī)技術(shù)就是以依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)而產(chǎn)生的數(shù)字模型來(lái)代替物理機(jī)械產(chǎn)品的一種新型技術(shù)。它可以如具體的物理模型那樣，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、使用等全過(guò)程進(jìn)行比較準(zhǔn)確的分析和測(cè)試，從而對(duì)其中存在的不足及時(shí)修正，達(dá)到機(jī)械設(shè)計(jì)的最終目的。

2. 虛擬樣機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)

經(jīng)濟(jì)全球化的快速發(fā)展和生活水平的不斷提高，使得人們對(duì)產(chǎn)品的需求越來(lái)越多，對(duì)產(chǎn)品的性能和質(zhì)量也有了更高的要求。但是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，為了設(shè)計(jì)出成功的產(chǎn)品需要多次的實(shí)驗(yàn)，而物理樣機(jī)制造所需的時(shí)間較長(zhǎng)，這就直接延長(zhǎng)了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。在二十世紀(jì)九十年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使虛擬樣機(jī)技術(shù)成為可能，逐漸彌補(bǔ)了這一缺陷。

3. 虛擬樣機(jī)技術(shù)的作用

在機(jī)械設(shè)計(jì)中，傳統(tǒng)的物理樣機(jī)制造不僅消耗較多的人力、物力和財(cái)力，而且對(duì)于其中存在的問(wèn)題也需要花費(fèi)較多的時(shí)間來(lái)進(jìn)行修復(fù)。而虛擬樣機(jī)的制造成本較低、周期較多、且問(wèn)題修復(fù)較為簡(jiǎn)便，對(duì)于節(jié)約設(shè)計(jì)成本、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短機(jī)械產(chǎn)品的研發(fā)周期具有積極的作用，有利于提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)企業(yè)的健康長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

二、基于虛擬樣機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法研究

1. 建模技術(shù)

虛擬樣機(jī)建模技術(shù)一般分為三個(gè)步驟：首先，要建立三維模型。建立三維實(shí)體模型是虛擬樣機(jī)技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和前提，任何仿真技術(shù)都要從三維模型開(kāi)始。在建立三維模型的過(guò)程中，一般會(huì)遇到兩個(gè)難題，一是齒輪、扇葉等機(jī)械零件的外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，二是約束關(guān)系較為復(fù)雜，這就要求設(shè)計(jì)虛擬樣機(jī)需要依靠專(zhuān)業(yè)的三維CAD軟件。其次，要為三維模型添加約束。建立三維模型后，需要依靠約束副把它們相互連接起來(lái)，從而定義物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。目前比較常用的CAD軟件一般都有動(dòng)力或運(yùn)動(dòng)學(xué)插件，以實(shí)現(xiàn)約束關(guān)系與裝配關(guān)系的映射。此外，還要為三維模型施加驅(qū)動(dòng)。施加驅(qū)動(dòng)的目的是為了讓虛擬樣機(jī)能夠按照一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

2. 協(xié)同仿真技術(shù)

仿真技術(shù)指的是在缺乏實(shí)際系統(tǒng)的情況下，實(shí)現(xiàn)活動(dòng)或系統(tǒng)本質(zhì)的一種技術(shù)，是一種以模型為基礎(chǔ)的活動(dòng)，它的基本框架是先建模，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后再進(jìn)行分析。而協(xié)同仿真技術(shù)就是指在復(fù)雜產(chǎn)品的仿真過(guò)程中，采用多種仿真軟件來(lái)建立不同的模型，通過(guò)各種通訊方法來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的交流，并利用求解器來(lái)進(jìn)行求解，最終完成整個(gè)系統(tǒng)的仿真。

當(dāng)前的仿真技術(shù)一般側(cè)重于電子、機(jī)械或控制等的單個(gè)領(lǐng)域，相互間的聯(lián)系非常少甚至是根本沒(méi)有聯(lián)系，這就很難滿足機(jī)械設(shè)計(jì)的要求。現(xiàn)今大多數(shù)的機(jī)械研發(fā)過(guò)程需要涉及到機(jī)械、電子、液壓、控制、以及計(jì)算機(jī)軟件或硬件等多種學(xué)科領(lǐng)域，再加上產(chǎn)品本身是由多個(gè)子系統(tǒng)和零部件組合而成的，相互之間有著或多或少的聯(lián)系，單一的仿真技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品的準(zhǔn)確完整分析，因此必須采用協(xié)同仿真技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)全過(guò)程的分析和評(píng)估。

3. 協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)

協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)是設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一項(xiàng)新型設(shè)計(jì)技術(shù)，是指在計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持和輔助下，所有設(shè)計(jì)成員對(duì)同一個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，各自承擔(dān)一部分設(shè)計(jì)任務(wù)，并交互進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，從而得到一個(gè)最為符合設(shè)計(jì)要求的設(shè)計(jì)方法。協(xié)同工作的主要目標(biāo)就是盡可能地縮短機(jī)械產(chǎn)品的研發(fā)周期、降低產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)更好的發(fā)展。協(xié)同設(shè)計(jì)一般需要做到以下幾點(diǎn)：首先，需要認(rèn)知同步，建立共享的知識(shí)和語(yǔ)義；其次，要共同協(xié)商設(shè)計(jì)方法和策略，一般協(xié)同策略分為提案型、層次型、型、以及對(duì)等伙伴型四種類(lèi)型；最后還要規(guī)劃設(shè)計(jì)的任務(wù)和方法。

4. 有限元分析

有限元是一種現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方法，可以比較準(zhǔn)確地分析機(jī)械結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)特征。它的主要優(yōu)點(diǎn)是通用性，可以求解邊界條件和結(jié)構(gòu)形狀都較為隨意的有關(guān)力學(xué)的問(wèn)題，是一種比較值得信賴(lài)的計(jì)算方法，特別是對(duì)于虛擬樣機(jī)而言，是一種必不可少的工具。當(dāng)前市場(chǎng)上有限元分析的軟件多種多樣，比較簡(jiǎn)單方便的例如Cosmos/Works軟件。

總結(jié)：

在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，企業(yè)要想繼續(xù)生存和發(fā)展就必須要不斷進(jìn)行創(chuàng)新，提高生產(chǎn)效率。對(duì)于機(jī)械制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，機(jī)械設(shè)計(jì)是非常重要的一個(gè)部分，設(shè)計(jì)工作的好壞直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此在計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展的今天，進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)需要充分利用虛擬樣機(jī)技術(shù)，以適應(yīng)時(shí)代和社會(huì)發(fā)展的需要，促進(jìn)企業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]王建軍,張洪.虛擬樣機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 大眾科技. 2009(03)

[2]趙志平,李新勇.虛擬樣機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用和發(fā)展[J]. 機(jī)械研究與應(yīng)用. 2006(01)

篇7

【關(guān)鍵詞】工程仿真機(jī)；DCS level 1；DCS level 2

0 前言

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在核動(dòng)力領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，包含核電嚴(yán)重事故分析，核設(shè)備設(shè)計(jì)、核電設(shè)計(jì)驗(yàn)證、核電培訓(xùn)、核電機(jī)組調(diào)試、核動(dòng)力相關(guān)實(shí)驗(yàn)等等。在這些應(yīng)用中各有特點(diǎn)：核電嚴(yán)重事故分析方面要求仿真精度高；核設(shè)備設(shè)計(jì)注重力學(xué)分析、傳熱計(jì)算等；核電設(shè)計(jì)驗(yàn)證強(qiáng)調(diào)靈活性高、適應(yīng)性強(qiáng)；核電培訓(xùn)要求逼真度高，范圍全、實(shí)時(shí)性好；核電機(jī)組調(diào)試可用到仿真技術(shù)代替實(shí)際設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)對(duì)儀控系統(tǒng)的調(diào)試；核相關(guān)實(shí)驗(yàn)利用了軟件模擬各種現(xiàn)實(shí)情景，為實(shí)物實(shí)驗(yàn)增添了擴(kuò)展空間。

用于核電設(shè)計(jì)驗(yàn)證工程仿真機(jī)在核電驗(yàn)證中的應(yīng)用已經(jīng)有了多個(gè)實(shí)例（如方家山、福清、昌江核電機(jī)組中的儀控設(shè)計(jì)驗(yàn)證）。用工程仿真機(jī)來(lái)輔助設(shè)計(jì)、驗(yàn)證設(shè)計(jì)已經(jīng)是目前成熟的技術(shù)手段。它可以是全范圍工程仿真機(jī)，也可以是小范圍的桌面型仿真機(jī)?？捎糜趦x控系統(tǒng)的操作和信息管理層設(shè)計(jì)驗(yàn)證、儀控系統(tǒng)的控制和保護(hù)層設(shè)計(jì)驗(yàn)證、工藝系統(tǒng)改進(jìn)驗(yàn)證、運(yùn)行規(guī)程驗(yàn)證等等。本文主要收集和分析實(shí)現(xiàn)工程仿真機(jī)的仿真技術(shù)。

1 工程仿真機(jī)的架構(gòu)

工程仿真機(jī)就仿真技術(shù)可以分為兩個(gè)部分，工藝系統(tǒng)部分和儀控系統(tǒng)。工藝系統(tǒng)，包括現(xiàn)場(chǎng)重要設(shè)備（如反應(yīng)堆，蒸汽發(fā)生器）、泵閥通用設(shè)備、管道、測(cè)試儀表等。儀控系統(tǒng)又可以分為兩層，儀控系統(tǒng)的控制和保護(hù)層（DCS level 1），包括設(shè)備控制、安全保護(hù)等儀控系統(tǒng)的控制和保護(hù)層；儀控系統(tǒng)的操作和信息管理層（DCS level 2），包含DCS人機(jī)交互的操作界面、信息監(jiān)視界面等。

工藝系統(tǒng)基本上是用仿真工具進(jìn)行建模，實(shí)現(xiàn)方式大同小異。目前主流的方法較過(guò)去的進(jìn)步就是實(shí)現(xiàn)了圖形化，將設(shè)備、管道在建模工具上作為部件使用，按照電廠系統(tǒng)流程圖繪制，然后生成代碼。

儀控系統(tǒng)的控制和保護(hù)層差異較大，實(shí)現(xiàn)方法目前可分為如下幾種方式：手動(dòng)建模、翻譯仿真、DCS虛擬機(jī)、實(shí)物仿真。

儀控系統(tǒng)的操作和信息管理層的實(shí)現(xiàn)一般有兩條途徑：實(shí)物仿真或用其它軟件進(jìn)行模擬開(kāi)發(fā)，完成與實(shí)際人機(jī)交互軟件相同功能的軟件開(kāi)發(fā)。

2 工程仿真機(jī)的實(shí)現(xiàn)方式

工程仿真機(jī)的實(shí)現(xiàn)方式從仿真構(gòu)架上來(lái)說(shuō)就是將上述提到的工藝系統(tǒng)、DCS level 1、DCS level 2分別實(shí)現(xiàn)。同時(shí)在整個(gè)構(gòu)架中需考慮三層之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換及命令的傳遞與執(zhí)行等，下面分別介紹工藝系統(tǒng)、DCS level 1、DCS level 2的實(shí)現(xiàn)方式。

2.1 工藝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

底層工藝系統(tǒng)一般用仿真工具進(jìn)行建模，目前主流的方法基本上是圖形化建模，按照電廠系統(tǒng)流程圖繪制成流網(wǎng)圖，然后生成代碼。本文舉一個(gè)建模平臺(tái)的例子以說(shuō)明：

通用仿真平臺(tái)包含多個(gè)子軟件，這里介紹其中較核心的三個(gè)：

仿真支撐軟件是模擬機(jī)開(kāi)發(fā)和運(yùn)行的基礎(chǔ)，它包括以全局共享數(shù)據(jù)庫(kù)為核心的多個(gè)進(jìn)程，提供對(duì)仿真模型軟件開(kāi)發(fā)與調(diào)試、系統(tǒng)集成、仿真機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行與維護(hù)等仿真機(jī)全壽期的支持。仿真支撐軟件的主同步程序用于各實(shí)時(shí)執(zhí)行程序（模型軟件）的調(diào)度和共享內(nèi)存數(shù)據(jù)交換機(jī)制的維護(hù)，包括實(shí)現(xiàn)對(duì)控制集合和I/O讀寫(xiě)進(jìn)程的調(diào)度，以及與通訊進(jìn)程間的數(shù)據(jù)交換。工程仿真機(jī)的模型軟件基于主同步程序進(jìn)行調(diào)度。

通過(guò)對(duì)電廠流程圖的簡(jiǎn)單分析，可以繪制為對(duì)應(yīng)的流網(wǎng)圖，圖中各部件根據(jù)設(shè)計(jì)資料填入?yún)?shù)，完成后生成執(zhí)行碼。將所有要模擬的范圍照這個(gè)方式完成流網(wǎng)圖即完成了工藝系統(tǒng)層仿真的主要工作。

2.2 儀控系統(tǒng)的控制和保護(hù)層（DCS level 1）實(shí)現(xiàn)

工程仿真機(jī)儀控系統(tǒng)的控制和保護(hù)層（DCS level 1）的實(shí)現(xiàn)方法比較多樣，目前可分為如下幾種方式：手動(dòng)建模、翻譯仿真、DCS虛擬機(jī)、實(shí)物仿真。

2.2.1 手動(dòng)建模

正向控制邏輯建模所參考的數(shù)據(jù)是由設(shè)計(jì)單位提供的圖紙，設(shè)計(jì)圖紙并是不是組態(tài)圖，只反映了控制原理。

設(shè)計(jì)圖上使用到的控制部件僅包含單一的功能，且沒(méi)有詳細(xì)規(guī)定算法的變量名，部件和部件間的數(shù)據(jù)傳遞也僅僅標(biāo)注了方向。設(shè)計(jì)圖紙是一種示意圖，用于傳達(dá)基本的控制設(shè)計(jì)，工程仿真機(jī)的實(shí)現(xiàn)方需要根據(jù)自身對(duì)于設(shè)計(jì)圖紙的理解，使用仿真平臺(tái)的通用基本部件來(lái)實(shí)現(xiàn)控制設(shè)計(jì)。

控制模型工程師對(duì)于控制設(shè)計(jì)理解的正確性會(huì)直接影響到最終的控制邏輯的正確性。τ詵鍬嘸部件，則需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)試，方能確定合適的參數(shù)。

2.2.2 虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)方法

虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)方法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠直接使用DCS組態(tài)的文件，能夠和DCS組態(tài)保持完全的一致性，具有相同的響應(yīng)，模擬精確度是最高的，而且也節(jié)省了二次開(kāi)發(fā)的工作量。但是采用虛擬機(jī)的方法實(shí)現(xiàn)工程仿真機(jī)的模擬有其局限性，一般來(lái)說(shuō)虛擬機(jī)的模擬方式只能由DCS廠商自己實(shí)現(xiàn)。因?yàn)椴煌腄CS廠商進(jìn)行組態(tài)后下裝的文件是不一樣的，文件的內(nèi)容和格式都是由廠商自定義的，對(duì)于其他使用者來(lái)說(shuō)是基本無(wú)法解析的黑匣子。DCS廠商的組態(tài)下裝文件只能被其自主開(kāi)發(fā)的平臺(tái)所解析并調(diào)用，很難與其他的平臺(tái)相融合，也就很難做到在其他的仿真平臺(tái)上正常運(yùn)行。而且考慮到新建電廠DCS完成的時(shí)間進(jìn)度要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)晚于工程仿真機(jī)完成的時(shí)間要求，所以如果要滿足工程仿真機(jī)用于設(shè)計(jì)驗(yàn)證，則要求DCS組態(tài)時(shí)間必須提前，這樣是不合理的，會(huì)造成正確性和完整性降低等一系列問(wèn)題。

2.2.3 實(shí)物仿真實(shí)現(xiàn)方法

實(shí)物仿真即采購(gòu)與仿真對(duì)象完全一致的軟硬件，型號(hào)和個(gè)數(shù)需要達(dá)到一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。相當(dāng)于將實(shí)際DCS的設(shè)備用于制造工程仿真機(jī)，這種方式實(shí)現(xiàn)的工程仿真機(jī)最接近實(shí)際核電站，最具有說(shuō)服力?？刂七壿?、操作界面完全一致，僅現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和流網(wǎng)需用傳統(tǒng)的仿真平臺(tái)進(jìn)行模擬，并與實(shí)際DCS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。但其造價(jià)很高，且實(shí)現(xiàn)凍結(jié)、重演等仿真機(jī)的重要功能也比較困難，核電站的工程仿真機(jī)很少采用實(shí)物仿真的實(shí)現(xiàn)方法。

2.2.4 翻譯仿真的實(shí)現(xiàn)方法

除了三種主流的工程仿真機(jī)實(shí)現(xiàn)方法，在特定條件下，可以采用翻譯的實(shí)現(xiàn)方式。翻譯是介于正向全仿和擬機(jī)之前的實(shí)現(xiàn)方法，用翻譯的方法進(jìn)行模擬的首要條件是翻譯源文件的獲取。翻譯源文件并不是DCS組態(tài)下裝的文件，但是其包含了DCS組態(tài)的所有信息，且能夠被正確的解析。因?yàn)榉g沒(méi)有正向組態(tài)的過(guò)程，所以采用翻譯方法能夠模擬的范圍取決于翻譯源文件所包含內(nèi)容的范圍。如果要實(shí)現(xiàn)全范圍仿真，則必須得到核電站進(jìn)行了完整的DCS組態(tài)之后。

2.3 儀控系統(tǒng)的操作和信息管理層（DCS level 2）實(shí)現(xiàn)

儀控系統(tǒng)的操作和信息管理層的實(shí)現(xiàn)一般有兩條途徑：實(shí)物仿真或進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。

2.3.1 DCS level 2實(shí)物仿真

DCS level 2實(shí)物仿真與DCS level 1的實(shí)物仿真方式一樣，由DCS供應(yīng)商直接對(duì)軟件進(jìn)行適應(yīng)性開(kāi)發(fā)，使其可以與DCS level 1及底層工藝系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞和命令執(zhí)行。

實(shí)物仿真方式優(yōu)點(diǎn)是界面和操作感受完全一致，功能驗(yàn)證可信度很高。但因其供貨的單一性，造價(jià)通常比較高，且多因商業(yè)動(dòng)作存在一定的技術(shù)壁壘。

2.3.2 DCS level 2軟件開(kāi)發(fā)

DCS level 2軟件開(kāi)發(fā)就是對(duì)已知的界面、功能進(jìn)行開(kāi)發(fā)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求或與已有的實(shí)際DCS level 2一致。這里就存在兩種情況，一種是在實(shí)際DCS還未出現(xiàn)時(shí)，僅有設(shè)計(jì)理念或設(shè)計(jì)文件支撐，另一種情況就是已經(jīng)有了目標(biāo)DCS level 2，對(duì)它進(jìn)行依照開(kāi)發(fā)。這兩種情況從技術(shù)手段來(lái)說(shuō)沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別。

軟件開(kāi)發(fā)方式實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是靈活性較高，在DCS level 2尚在設(shè)計(jì)階段就可以實(shí)施，不同的階段逐步變化，對(duì)DCS level 2設(shè)計(jì)前期有較大的作用。缺點(diǎn)是在實(shí)際DCS level 2成形后，開(kāi)發(fā)出來(lái)的版本與實(shí)際版本不可避免有一些細(xì)微的差別，用于驗(yàn)證的可信度稍欠。

下面就DCS level 2的軟件開(kāi)發(fā)架構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。DCS level 2軟件可分為三個(gè)基本層次，定義為：

1）界面層：為運(yùn)行在OWP（Operator Work Panel，操作員工作臺(tái)）上的軟件，主要為操作員人機(jī)交互界面。

2）功能層：運(yùn)行在OWP上，作為界面和數(shù)據(jù)服務(wù)、通信服務(wù)的接口，解除了系統(tǒng)服務(wù)軟件和界面的耦合性。

3）數(shù)據(jù)服務(wù)層：為各種DCS功能提供全局服務(wù)，例如DCS level 1的數(shù)據(jù)接口軟件為level 2提供Level 1的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

3 小結(jié)

用于驗(yàn)證的仿真技術(shù)多種多樣，主流方法也各有優(yōu)缺點(diǎn)，適用于驗(yàn)證的各種目的、時(shí)期、場(chǎng)合。下表是各技術(shù)方法的分析總結(jié)。

表1 仿真方法總結(jié)

【參考文獻(xiàn)】

[1]曲鳴.數(shù)字化儀控系統(tǒng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證平臺(tái)總體設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)[S].

[2]魯星言.基于翻譯技術(shù)的壓水堆核電站DCS level 1仿真實(shí)現(xiàn)[J].

篇8

被動(dòng)安全主要是指汽車(chē)在不可避免的情況下所發(fā)生的交通事故，能夠在事故發(fā)生時(shí)保護(hù)車(chē)內(nèi)的駕駛?cè)藛T以及其他人員的安全，或者將傷害降低到最小，此時(shí)，就需要反復(fù)的進(jìn)行計(jì)算機(jī)試驗(yàn)研究才能將損害降低最低，達(dá)到最大的優(yōu)化利益。由于這種試驗(yàn)相對(duì)成本較高，所以不能經(jīng)常性的做實(shí)車(chē)碰撞試驗(yàn)，只能根據(jù)計(jì)算機(jī)的方式進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)試驗(yàn)到一定階段的時(shí)候才能進(jìn)行實(shí)車(chē)碰撞試驗(yàn)，這在很大程度上就降低了成本。實(shí)車(chē)碰撞結(jié)果產(chǎn)生的問(wèn)題，計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行安全設(shè)計(jì)改良與革新，最終將導(dǎo)致研發(fā)周期的延長(zhǎng)。為此，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)在汽車(chē)被動(dòng)安全中是十分重要的。

2基于MATLAB/Simulink的仿真分析

MATLAB/Simulink是對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，也可以稱(chēng)之為一體化仿真環(huán)境。它支持線性和非線性系統(tǒng)、連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)、離散時(shí)間系統(tǒng)及連續(xù)和離散混合系統(tǒng)，而且系統(tǒng)可以是多進(jìn)程的。在MATLAB/Simulink環(huán)境下，系統(tǒng)模型可以根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)搭建，調(diào)整方便，結(jié)果輸出直觀。Advisor不僅可以對(duì)傳統(tǒng)汽車(chē)(包括輕型車(chē)和重型車(chē))進(jìn)行仿真，而且對(duì)電動(dòng)汽車(chē)(包括純電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)和燃料電池汽車(chē))也可以進(jìn)行仿真分析，可以預(yù)測(cè)多種循環(huán)工況下的車(chē)輛性能、能量消耗、排放、控制策略實(shí)施情況以及零部件的效率。

3硬件在環(huán)仿真分析

硬件在環(huán)仿真，最初應(yīng)用在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴的系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和測(cè)試上，是將被仿真系統(tǒng)的一部分用數(shù)學(xué)模型描述，并把它轉(zhuǎn)化為仿真計(jì)算模型，其他部分以實(shí)物(或物理模型)方式引入仿真回路，可以對(duì)虛擬運(yùn)行環(huán)境中的設(shè)備進(jìn)行逼真的模擬，其特點(diǎn)是實(shí)時(shí)性。這種定義比較早的“半實(shí)物仿真”定義更準(zhǔn)確。通常硬件在環(huán)仿真的輸入和輸出是連續(xù)的或模擬的，在這種情況下，連續(xù)的輸入必須使用A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字的形式。這種仿真可以充分發(fā)揮物理仿真和數(shù)學(xué)仿真的優(yōu)越性，避免各自缺點(diǎn)。硬件在環(huán)仿真環(huán)境實(shí)現(xiàn)了物理硬件和軟件模型的互換，從而可以在原型車(chē)不存在的情況下進(jìn)行部件或整車(chē)的仿真，也可以對(duì)潛在的部件及其組合方案進(jìn)行評(píng)價(jià)、篩選，直到確定最優(yōu)方案。功能強(qiáng)大的高逼真度HIL實(shí)時(shí)仿真不僅可以縮短開(kāi)發(fā)周期，加快了產(chǎn)品上市速度，而且由于測(cè)試期間無(wú)需使用實(shí)際硬件而降低了設(shè)備成本以及相關(guān)的維護(hù)成本。HIL仿真最顯著的優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行模擬，而不會(huì)產(chǎn)生實(shí)際危險(xiǎn)。

4虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是二十世紀(jì)八十年代末開(kāi)始新型的一種實(shí)用技術(shù)，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行視聽(tīng)覺(jué)融為一體的，在某種特定環(huán)境下，進(jìn)行的一種虛擬環(huán)境試驗(yàn)，這種試驗(yàn)就如同親臨現(xiàn)場(chǎng)般一樣真實(shí)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，這種技術(shù)不斷地被應(yīng)用于汽車(chē)工程建設(shè)之中，并推動(dòng)了汽車(chē)工程建設(shè)的發(fā)展。利用虛擬技術(shù)可以將汽車(chē)進(jìn)行數(shù)字化，然后將其模擬的環(huán)境結(jié)合起來(lái)，用真實(shí)的駕駛員進(jìn)行一種仿真模擬駕駛，駕駛員可以真實(shí)感受到汽車(chē)的振動(dòng)，噪音等就如同在現(xiàn)實(shí)生活中一樣，同時(shí)，可以進(jìn)行各種危險(xiǎn)技術(shù)的模擬實(shí)驗(yàn)，所有這一系列的數(shù)據(jù)參數(shù)以及結(jié)果都將在虛擬技術(shù)中得以體現(xiàn)，這樣不僅僅實(shí)現(xiàn)了虛擬技術(shù)的現(xiàn)代化，更加節(jié)省了投資，可以反復(fù)的使用，測(cè)試，并不存在任何的風(fēng)險(xiǎn)。

5高層體系結(jié)構(gòu)技術(shù)

高層體系結(jié)構(gòu)技術(shù)是美國(guó)在1995年提出來(lái)的一種構(gòu)件計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的建模技術(shù)，最顯著的特征就是可以通過(guò)應(yīng)用層將與環(huán)境分離，最大限度的利用新技術(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)功能，該系統(tǒng)也有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，這種技術(shù)在汽車(chē)工程中得到了廣泛的使用，隨著不斷變化發(fā)展與完善，并逐漸應(yīng)用于航空航天等事業(yè)。無(wú)人駕駛飛機(jī)就是在該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。這種虛擬訓(xùn)練與交通工程仿真技術(shù)不斷的結(jié)合，并越來(lái)越完善。

6結(jié)束語(yǔ)

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關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;模擬;仿真;職業(yè)教育

中圖分類(lèi)號(hào)： G63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）30-147-2

1 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

目前國(guó)內(nèi)機(jī)器人企業(yè)接近400家，間接從事機(jī)器人的企業(yè)約4000家;國(guó)家高新區(qū)近40家規(guī)劃了機(jī)器人產(chǎn)業(yè)園區(qū);有36個(gè)城市將機(jī)器人產(chǎn)業(yè)列為重點(diǎn)發(fā)展對(duì)象;從事機(jī)器人相關(guān)的研究院所300余家。

工業(yè)機(jī)器人作為一種新型勞動(dòng)力正改變著制造業(yè)的用工模式，以人為主的生產(chǎn)模式正逐漸向以機(jī)器人為主的模式轉(zhuǎn)變。工業(yè)機(jī)器人性?xún)r(jià)比越來(lái)越高、投資回報(bào)周期的縮短使得企業(yè)用機(jī)器人替代人類(lèi)的愿望越來(lái)越強(qiáng)烈。

過(guò)去機(jī)器人主要用于汽車(chē)制造行業(yè)，現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始用在毛坯制造、機(jī)械加工、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配檢測(cè)及自動(dòng)化物流倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)等過(guò)程中。機(jī)器人作為一種標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化設(shè)備得到廣泛應(yīng)用。社會(huì)、企業(yè)對(duì)機(jī)器人生產(chǎn)線設(shè)計(jì)、集成、安裝、維護(hù)、使用、操作等作業(yè)人才的需求極為迫切。這對(duì)機(jī)器人教學(xué)方式和教學(xué)效果提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。

我國(guó)已經(jīng)成為工業(yè)機(jī)器人第一生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)并且依然在快速增長(zhǎng)，但是工業(yè)機(jī)器人行業(yè)整體水平還很落后?，F(xiàn)階段我國(guó)工業(yè)機(jī)器人密度平均30臺(tái)/萬(wàn)人，而歐美日等國(guó)家工業(yè)機(jī)器人密度達(dá)到150-350臺(tái)/萬(wàn)人。

2 工業(yè)機(jī)器人工程技術(shù)人才培養(yǎng)現(xiàn)狀

工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)以每年30%的速度增長(zhǎng)，很多企業(yè)迫切需要轉(zhuǎn)型升級(jí)，轉(zhuǎn)換生產(chǎn)方式也迫切需要大量專(zhuān)業(yè)的技術(shù)型人才來(lái)提供保障而且目前相應(yīng)的人才儲(chǔ)備數(shù)量和質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了社會(huì)需求。

工程教育與產(chǎn)業(yè)需求依然存在脫節(jié)現(xiàn)象而且產(chǎn)業(yè)需求的專(zhuān)業(yè)和課程設(shè)置反應(yīng)不夠迅速，人才培養(yǎng)跟不上產(chǎn)業(yè)發(fā)展的節(jié)奏。企業(yè)需要大量人力財(cái)力進(jìn)行再次培訓(xùn)，但是存在人力流失率很高，以至于企業(yè)不愿培養(yǎng)的普遍現(xiàn)象。產(chǎn)教融合、校企合作機(jī)制不完善，企業(yè)往往缺乏參與的積極性、校企互動(dòng)深度不夠。

師資隊(duì)伍實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，經(jīng)驗(yàn)豐富的工程人才從企業(yè)到高校的流動(dòng)存在很多壁壘。

未來(lái)8年內(nèi)機(jī)器人相關(guān)行業(yè)崗位需求200萬(wàn)人左右，工信部規(guī)劃，2020年中國(guó)機(jī)器人保有量達(dá)100萬(wàn)臺(tái)，需要20萬(wàn)專(zhuān)業(yè)人員，研發(fā)人員約15000人，行業(yè)工程師約20000人，因此人才缺口巨大。

3 工業(yè)機(jī)器人職業(yè)教育過(guò)程中存在的問(wèn)題

機(jī)器人教學(xué)設(shè)備昂貴，學(xué)校無(wú)法大量購(gòu)買(mǎi)，導(dǎo)致教學(xué)資源有限，而機(jī)器人教學(xué)設(shè)備數(shù)量有限，導(dǎo)致很多學(xué)生沒(méi)有真正的實(shí)踐機(jī)會(huì)，達(dá)不到教學(xué)的目的。機(jī)器人教學(xué)過(guò)程中存在誤操作容易損壞設(shè)備，因此老師會(huì)要求學(xué)生按照指定的步驟操作或者只在規(guī)定的范圍內(nèi)做一些簡(jiǎn)單的練習(xí)，這樣大大降低了學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)效果。最后在工程中也存在機(jī)器人工作區(qū)域可達(dá)性、夾具設(shè)計(jì)可靠性等無(wú)法驗(yàn)證機(jī)器人編程、調(diào)試周期長(zhǎng)、程序優(yōu)化煩瑣等問(wèn)題。

4 工業(yè)機(jī)器人模擬仿真技術(shù)應(yīng)用背景

模擬仿真技術(shù)可以很好地解決以上問(wèn)題！ 由機(jī)器人模擬仿真軟件和實(shí)際的控制器、示教器構(gòu)成一個(gè)完整的模擬仿真系統(tǒng)。該統(tǒng)在沒(méi)有實(shí)際機(jī)器人本體的基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)備間的實(shí)時(shí)通訊，操作示教器便可控制仿真軟件中虛擬機(jī)器人運(yùn)動(dòng);同時(shí)使用者在示教器上編程，仿真軟件中虛擬機(jī)器人可再現(xiàn)程序的運(yùn)行軌跡。這樣，借助于模擬系統(tǒng)，使用者既可以熟練掌握機(jī)器人操作，又可以掌握機(jī)器人編程。

5 工業(yè)機(jī)器人模擬仿真技術(shù)簡(jiǎn)介

工業(yè)機(jī)器人模擬仿真技術(shù)是通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)行軟件對(duì)實(shí)際的機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬。機(jī)器人模擬仿真主要是對(duì)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、軌跡規(guī)劃、控制算法分析研究及工作站設(shè)計(jì)、碰撞檢測(cè)、離線編程等。充分發(fā)揮工業(yè)級(jí)數(shù)字化仿真、先進(jìn)虛擬制造技術(shù)軟硬件設(shè)備可以有效解決實(shí)訓(xùn)設(shè)備短缺的瓶頸。

工業(yè)級(jí)的仿真已經(jīng)被世界上很多企業(yè)廣泛地應(yīng)用到工業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)企業(yè)提高開(kāi)發(fā)效率，加強(qiáng)數(shù)據(jù)采集、分析、處理能力，減少?zèng)Q策失誤，降低企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)起到了重要的作用。學(xué)校在教學(xué)活動(dòng)充分利用工業(yè)仿真、虛擬制造等技術(shù)可及時(shí)了解和學(xué)習(xí)先進(jìn)制造技術(shù)相關(guān)技能，并解決學(xué)校開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)高端實(shí)訓(xùn)設(shè)備不足的問(wèn)題。

6 國(guó)內(nèi)主要模擬仿真軟件介紹

機(jī)器人本體生產(chǎn)廠家的軟件主要有ABB的 RobotStudio、Fanuc的RoboGuide、KUKA的KUKASim等。通用類(lèi)的模擬仿真軟件有RobotMaster、Robosim 、RobCAD 、Delmia等。

RobotStudio是ABB制作的一款面向ABB機(jī)器人變成的仿真模擬軟件，其軟件的優(yōu)點(diǎn)是虛擬示教器和真實(shí)示教器具有相同的功能，便于學(xué)習(xí)操作ABB機(jī)器人;RobotStudio軟件集成了建模、編程、仿真等功能，功能比較全面。但是RobotStudio最大的缺點(diǎn)是只支持ABB機(jī)器人，機(jī)器人間的兼容性差。機(jī)器人本體廠商的仿真軟件都有相似的特點(diǎn)。

RobotMaster是由加拿大軟件公司Jabez研發(fā)的主要用于焊接、打磨、拋光、去毛刺等應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人模擬仿真軟件。軟件的特點(diǎn)是軌跡優(yōu)化功能，運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)劃和碰撞檢測(cè)非常精確支持外部軸，如直線導(dǎo)軌系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)支持大多數(shù)品牌的機(jī)器人，但是它不支持多機(jī)器人同時(shí)模擬仿真。

Robosim簡(jiǎn)介：Robosim主要用于教學(xué)培訓(xùn)和工業(yè)應(yīng)用。教學(xué)培訓(xùn)主要針對(duì)機(jī)器人的操作、編程。工業(yè)應(yīng)用主要針對(duì)搬運(yùn)、碼垛、打磨、焊接等應(yīng)用的模擬仿真。Robosim的優(yōu)點(diǎn)是支持機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模、軌跡規(guī)劃，并且持基于python的二次開(kāi)發(fā)，支持大多數(shù)品牌的機(jī)器人。Robosim的缺點(diǎn)是不支持建模功能。

7 工業(yè)機(jī)器人職業(yè)教育中的模擬仿真技術(shù)應(yīng)用的意義

許多學(xué)校機(jī)器人教學(xué)中可能存在以下問(wèn)題：機(jī)器人資源有限，卻沒(méi)有充足的資金購(gòu)買(mǎi)大量的機(jī)器人，但是教學(xué)人又必須有大量的機(jī)器人滿足學(xué)生同時(shí)使用的需求;機(jī)器人教學(xué)過(guò)程中存在誤操作容易損壞設(shè)備，也存在安全隱患;同時(shí)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中機(jī)器人工作區(qū)域可達(dá)性、夾具設(shè)計(jì)可靠性等無(wú)法驗(yàn)證，機(jī)器人編程、調(diào)試周期長(zhǎng)、程序優(yōu)化煩瑣。

而機(jī)器人仿真技術(shù)恰好能有效地解決這些問(wèn)題，因?yàn)槟M仿真技術(shù)可以彌補(bǔ)學(xué)校機(jī)器人教學(xué)資源不足的缺點(diǎn)，機(jī)器人初學(xué)者可以通過(guò)模擬仿真系統(tǒng)快速掌握機(jī)器人（操作、編程、調(diào)試），為項(xiàng)目的前期方案規(guī)劃提供技術(shù)支持，驗(yàn)證機(jī)器人工作區(qū)域的可達(dá)性、工作夾具的可靠性、運(yùn)用到工業(yè)中也可以縮短了機(jī)器人編程調(diào)試周期、縮短了項(xiàng)目周期，提高生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量。

8 工業(yè)機(jī)器人職業(yè)教育中的模擬仿真技術(shù)應(yīng)用

大專(zhuān)院校組建機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室時(shí)可以只需要在教室廠房只放置1-2臺(tái)機(jī)械手，多臺(tái)電腦安裝機(jī)器人虛擬系統(tǒng)或模擬軟件。學(xué)生可以在電腦仿真軟件上對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程并在仿真環(huán)境下調(diào)試運(yùn)行。當(dāng)學(xué)生調(diào)試完成，并在老師檢查無(wú)誤安全后可以聯(lián)網(wǎng)下載到機(jī)械手并運(yùn)行。通過(guò)這樣的方式機(jī)能保證學(xué)生的人身安全、教學(xué)效果又能解決許多學(xué)校建立機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室的資金問(wèn)題。這對(duì)于院校希望快速經(jīng)濟(jì)的建立機(jī)器人實(shí)訓(xùn)是一個(gè)很好的方案。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 蔡自興，郭[.中國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的若干問(wèn)題[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2013（03）.

篇10

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)仿真；虛擬樣機(jī)；試驗(yàn)；基于仿真的采辦；裝備采辦

引言

從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，美國(guó)國(guó)防部為了更好、更快、更省地采購(gòu)和部署滿足21世紀(jì)軍事需求的武器系統(tǒng)，進(jìn)行了一系列卓有成效的防務(wù)采辦改革，提出了基于仿真的采辦（Simulation Based Acquisition，SBA）的概念?；诜抡娴牟赊k的核心思想是通過(guò)采用建模與仿真技術(shù)，以并行、迭代、柔性的思想指導(dǎo)武器系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與采辦，實(shí)現(xiàn)武器系統(tǒng)全生命周期各階段的協(xié)同工作，是對(duì)傳統(tǒng)采辦在過(guò)程、支持環(huán)境和采辦文化上的變革與創(chuàng)新。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐與發(fā)展，基于仿真的采辦得到美國(guó)軍方和工業(yè)界的充分肯定，他們認(rèn)為，基于仿真的采辦可為切實(shí)縮短武器裝備的研制周期、減少資源消耗、降低采辦風(fēng)險(xiǎn)、提高裝備質(zhì)量。

虛擬樣機(jī)（Virtual Prototype，VP）是基于仿真的采辦中的一個(gè)重要概念，是建模與仿真技術(shù)在其中的一個(gè)最重要的應(yīng)用形式。它利用虛擬樣機(jī)代替物理樣機(jī)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)、測(cè)試、評(píng)估和人員訓(xùn)練，成為縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，降低成本，改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高面向客戶與市場(chǎng)需求能力的重要手段。

隨著高新技術(shù)成果大量地應(yīng)用于武器裝備，武器裝備變得越來(lái)越復(fù)雜。傳統(tǒng)的串行采辦過(guò)程，論證方、用戶方、研制方和評(píng)估方分離的采辦制度將很難適應(yīng)未來(lái)武器裝備的發(fā)展需求。因此，可以借鑒美軍基于仿真的采辦的成功經(jīng)驗(yàn)，以并行、迭代、柔性的思想指導(dǎo)武器裝備的開(kāi)發(fā)與采辦，用虛擬樣機(jī)代替物理樣機(jī)參與武器裝備的預(yù)研、方案論證、工程研制、定型試驗(yàn)等過(guò)程階段的試驗(yàn)與評(píng)估，并將試驗(yàn)與評(píng)估的結(jié)果直接反饋于武器裝備的設(shè)計(jì)與研制，通過(guò)并行、迭代、柔性的方式不斷地改進(jìn)和完善武器裝備的設(shè)計(jì)，更好地適應(yīng)與滿足未來(lái)不斷變化的軍事作戰(zhàn)需求，降低武器裝備的開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)和開(kāi)發(fā)成本，縮短研制周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

1虛擬樣機(jī)技術(shù)

根據(jù)美國(guó)國(guó)防部建模與仿真辦公室（DefenseModeling and Simulation office，DMSO）的定義，武器裝備的虛擬樣機(jī)是指在需求分析、方案論證、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、演示驗(yàn)證等階段使用的、代替武器裝備實(shí)物樣機(jī)的數(shù)字模擬產(chǎn)品。虛擬樣機(jī)將建模與仿真技術(shù)擴(kuò)展到新產(chǎn)品研制開(kāi)發(fā)的全過(guò)程。它以計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作為技術(shù)基礎(chǔ)，通過(guò)支持協(xié)同工作、CAD、CAM、建模與仿真、產(chǎn)品分析、計(jì)算可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)的計(jì)算機(jī)工具，將各個(gè)集成化產(chǎn)品小組（IntegratedProduct Team，IPT）的設(shè)計(jì)與分析人員聯(lián)系在一起，共同完成新產(chǎn)品的概念探討、運(yùn)作分析、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、可制造性分析、性能評(píng)估、生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)管理等工作。

利用虛擬樣機(jī)代替物理樣機(jī)，可縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)和測(cè)試成本，改進(jìn)設(shè)計(jì)質(zhì)量。利用虛擬樣機(jī)，可使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者、使用者和評(píng)估者在產(chǎn)品研制的早期，在虛擬環(huán)境中，直觀形象地對(duì)虛擬樣機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)、性能測(cè)試、制造和使用仿真，對(duì)啟迪設(shè)計(jì)創(chuàng)新、減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤有著重要意義。

1.1虛擬樣機(jī)技術(shù)的特點(diǎn)

1.1.1虛擬樣機(jī)在產(chǎn)品的全生命周期中是不斷進(jìn)化的

李伯虎院士等學(xué)者認(rèn)為，利用虛擬樣機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)虛擬樣機(jī)的過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是一種產(chǎn)品全生命周期基于模型的不斷提煉與完善的過(guò)程。不僅如此，作者還認(rèn)為，在產(chǎn)品的全生命周期內(nèi)，隨著論證方、研制方、使用方和評(píng)估方對(duì)產(chǎn)品認(rèn)識(shí)的不斷加深，虛擬樣機(jī)的開(kāi)發(fā)是一個(gè)不斷進(jìn)化、不斷完善的過(guò)程。虛擬樣機(jī)經(jīng)過(guò)不斷地迭代，逐步完善，逐漸逼近最終的實(shí)際物理樣機(jī)，最后研制方根據(jù)最終的虛擬樣機(jī)生產(chǎn)制造出滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)的物理樣機(jī)。

在進(jìn)行系統(tǒng)論證時(shí)，由于對(duì)產(chǎn)品的認(rèn)識(shí)還不深入，論證方僅僅能夠勾勒出產(chǎn)品的大概輪廓，提出產(chǎn)品的主要戰(zhàn)技指標(biāo)要求，對(duì)于虛擬樣機(jī)的許多細(xì)節(jié)，暫時(shí)還無(wú)法進(jìn)行確定。當(dāng)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，隨著對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全面展開(kāi)，虛擬樣機(jī)的細(xì)節(jié)逐步豐滿，產(chǎn)品的組成、工作流程、內(nèi)外部接口等內(nèi)容不斷豐富，虛擬樣機(jī)得到了初步地進(jìn)化與完善。在后續(xù)的虛擬制造、虛擬試驗(yàn)、虛擬使用等環(huán)節(jié)，制造方、試驗(yàn)方和使用方會(huì)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在論證與設(shè)計(jì)中的許多問(wèn)題與缺陷，不斷地提出產(chǎn)品的改進(jìn)意見(jiàn)。這些都反饋到產(chǎn)品的論證方與設(shè)計(jì)方，對(duì)虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)行修改完善，實(shí)現(xiàn)虛擬樣機(jī)的不斷進(jìn)化，最后形成最終的虛擬樣機(jī)產(chǎn)品，如圖1所示。

1.1.2虛擬樣機(jī)成為論證方、用戶方、研制方和評(píng)估方之間直觀的交流語(yǔ)言

以往，產(chǎn)品的論證方、用戶方、研制方和評(píng)估方之間的交流主要通過(guò)各種文書(shū)實(shí)現(xiàn)，包括研制任務(wù)書(shū)、設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)圖樣、試驗(yàn)報(bào)告和使用說(shuō)明書(shū)等文件。一方面，這些文件數(shù)量龐大，讀完并理解需要耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間；另一方面，這些文書(shū)不直觀，各方對(duì)文書(shū)的理解存在偏差，很難使各方對(duì)產(chǎn)品形成統(tǒng)一完整的認(rèn)識(shí)。這些不利于各方之間的交流溝通，也直接影響到武器裝備的作戰(zhàn)使用。

利用虛擬樣機(jī)，就很容易使各方對(duì)產(chǎn)品的認(rèn)識(shí)具體化，形象化。論證方向研制方說(shuō)明研制目標(biāo)和要求時(shí)，可以將其論證的虛擬樣機(jī)運(yùn)行于仿真作戰(zhàn)環(huán)境中，直觀形象地展現(xiàn)武器裝備的作戰(zhàn)環(huán)境、作戰(zhàn)目標(biāo)、作戰(zhàn)過(guò)程、使用要求、戰(zhàn)技指標(biāo)等，使雙方溝通更通暢，更容易達(dá)到一致的認(rèn)識(shí)；當(dāng)用戶培訓(xùn)操作手時(shí)，就可以直接利用虛擬樣機(jī)，這樣不僅能夠比較容易地發(fā)現(xiàn)武器裝備的設(shè)計(jì)問(wèn)題和缺陷，而且武器裝備的技術(shù)特點(diǎn)、使用特點(diǎn)也會(huì)直觀立現(xiàn)，也使得部隊(duì)能夠在戰(zhàn)時(shí)更好地運(yùn)用武器裝備，使用武器裝備。

1.1.3虛擬樣機(jī)利于增量式開(kāi)發(fā)的實(shí)現(xiàn)

增量式開(kāi)發(fā)是指，已經(jīng)識(shí)別了武器裝備的預(yù)期能力，對(duì)于其終能力的需求是明確的。最終能力需求是可以通過(guò)多次增量開(kāi)發(fā)得到滿足，但武器裝備的每次增量開(kāi)發(fā)取決于當(dāng)前的技術(shù)成熟度。這是為了平衡技術(shù)成熟度和研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)、費(fèi)用以及用戶能力需求緊迫性之間的關(guān)系。這樣就允許核心作戰(zhàn)能力可以快速投入戰(zhàn)場(chǎng)來(lái)滿足作戰(zhàn)需求。這種策略可以隨著技術(shù)的逐步成熟，將作戰(zhàn)能力以連續(xù)增量的方式投入戰(zhàn)場(chǎng)。增量式開(kāi)發(fā)可以加快技術(shù)進(jìn)步到戰(zhàn)斗生成之間的轉(zhuǎn)化，縮短武器裝備的采辦周期，形成“研制一批、生成一批、裝備一批”的武器裝備持續(xù)發(fā)展局面，使得關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)步可以快速形成戰(zhàn)斗力。

虛擬樣機(jī)的并行、迭代、柔性的開(kāi)發(fā)過(guò)程與增量式的開(kāi)發(fā)過(guò)程非常吻合，使增量式開(kāi)發(fā)的過(guò)程較容易實(shí)現(xiàn)。另一方面，虛擬樣機(jī)的模型復(fù)用技術(shù)也可以與增量式開(kāi)發(fā)相結(jié)合，在增量式的開(kāi)發(fā)過(guò)程中大量地使用模型復(fù)用技術(shù)，進(jìn)一步加快開(kāi)發(fā)過(guò)程，縮短開(kāi)發(fā)周期，快速技術(shù)進(jìn)步向戰(zhàn)斗力的轉(zhuǎn)換。

1.2虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用

目前虛擬樣機(jī)技術(shù)已經(jīng)顯示出其強(qiáng)大的生命力，廣泛的應(yīng)用于航空、航天、車(chē)輛、機(jī)械等領(lǐng)域。波音777就是一個(gè)采用虛擬樣機(jī)技術(shù)的典范，它首次采用虛擬樣機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了包含300萬(wàn)個(gè)零件的波音777飛機(jī)全過(guò)程無(wú)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。在11個(gè)月的時(shí)間里，設(shè)計(jì)小組利用虛擬樣機(jī)完成了751個(gè)飛行小時(shí)的機(jī)翼測(cè)試，730個(gè)地面小時(shí)的飛行性能測(cè)試，1088個(gè)飛行小時(shí)的推進(jìn)器性能測(cè)試，770個(gè)飛行小時(shí)的飛行穩(wěn)定性測(cè)試，830個(gè)地面小時(shí)的飛行開(kāi)發(fā)，1280個(gè)飛行小時(shí)用于ETOP，913個(gè)地面小時(shí)用于系統(tǒng)驗(yàn)證，共8384個(gè)測(cè)試小時(shí)，他們耗費(fèi)了最短的時(shí)間進(jìn)行了歷史上最長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試，減少了94%的費(fèi)用和93%的設(shè)計(jì)更改。

隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，虛擬樣機(jī)技術(shù)與武器系統(tǒng)的結(jié)合也越來(lái)越緊密。例如美國(guó)麥道公司采用虛擬樣機(jī)技術(shù)研究F/A-18戰(zhàn)斗機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)裝配問(wèn)題，可以在30分鐘內(nèi)確定發(fā)動(dòng)機(jī)是否能夠完全適應(yīng)飛機(jī)及維修設(shè)備的需要；美國(guó)研制第4代戰(zhàn)斗機(jī)F22的過(guò)程中，虛擬樣機(jī)試驗(yàn)與評(píng)估以及風(fēng)洞試驗(yàn)的經(jīng)費(fèi)比是6：4；美國(guó)“響尾蛇”空空導(dǎo)彈的三個(gè)型號(hào)，由于采用了虛擬樣機(jī)技術(shù)，靶試的實(shí)彈數(shù)由129發(fā)減少到35發(fā)；在“愛(ài)國(guó)者”、“羅蘭特”和“尾刺”地空導(dǎo)彈的研制過(guò)程中，節(jié)省研制經(jīng)費(fèi)10%～40%，縮短研制周期30%～40%，這三個(gè)地空導(dǎo)彈的靶試情況如表1所示。

李伯虎院士等人是在國(guó)內(nèi)較早開(kāi)展虛擬樣機(jī)研究的技術(shù)團(tuán)隊(duì)之一。他們基于國(guó)家863/CIMS航天并行工程項(xiàng)目，開(kāi)展了復(fù)雜系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)技術(shù)研究、應(yīng)用與初步實(shí)踐，并開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的虛擬樣機(jī)支撐平臺(tái)，并將虛擬樣機(jī)技術(shù)成功地應(yīng)用于航天飛行器的設(shè)計(jì)與制造。

另外，虛擬樣機(jī)技術(shù)在國(guó)內(nèi)已成功地應(yīng)用于導(dǎo)彈、火炮、輕武器等武器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域，也成功應(yīng)用于機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、拖拉機(jī)等裝備的設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域，甚至也應(yīng)用于過(guò)山車(chē)和乒乓球發(fā)球機(jī)等娛樂(lè)設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域。

2虛擬樣機(jī)試驗(yàn)

2.1虛擬樣機(jī)試驗(yàn)可以使傳統(tǒng)的串行采辦過(guò)程并行化

由圖2可知，傳統(tǒng)的采辦過(guò)程是一種串行的采辦過(guò)程，裝備試驗(yàn)與評(píng)價(jià)活動(dòng)并未貫穿裝備的整個(gè)采辦壽命周期，主要處于工程研制階段之后，生產(chǎn)部署之前。傳統(tǒng)的裝備試驗(yàn)與評(píng)價(jià)活動(dòng)基本上是以單件裝備型號(hào)產(chǎn)品為試驗(yàn)對(duì)象，試驗(yàn)?zāi)康幕旧鲜菫榱藱z驗(yàn)裝備型號(hào)產(chǎn)品的各個(gè)單項(xiàng)性能指標(biāo)是否達(dá)到了初始設(shè)計(jì)要求。利用虛擬樣機(jī)試驗(yàn)就可以將傳統(tǒng)的串行采辦過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)槿鐖D3所示的并行的采辦過(guò)程。

2.2虛擬樣機(jī)可以彌補(bǔ)試驗(yàn)時(shí)物理樣機(jī)數(shù)量上的不足

一般來(lái)說(shuō)，裝備在進(jìn)行定型試驗(yàn)之前，生產(chǎn)的數(shù)量都極少，不能滿足今后體系效能試驗(yàn)的數(shù)量要求。由于經(jīng)費(fèi)、生產(chǎn)能力等方面的原因，研制方又不可能生產(chǎn)出符合體系效能試驗(yàn)數(shù)量要求的裝備。因此，在體系效能試驗(yàn)之前，對(duì)虛擬樣機(jī)進(jìn)行驗(yàn)?zāi)Ｅc評(píng)估，確保虛擬樣機(jī)能夠代替物理樣機(jī)參加試驗(yàn)；試驗(yàn)時(shí)，利用虛擬樣機(jī)代替部分物理樣機(jī)，構(gòu)建體系效能試驗(yàn)環(huán)境，驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)運(yùn)行；試驗(yàn)后，對(duì)虛擬樣機(jī)和物理樣機(jī)的表現(xiàn)進(jìn)行綜合分析，評(píng)估裝備的體系對(duì)抗效能。

2.3可以將LVC仿真資源進(jìn)行綜合集成構(gòu)建逼真的虛擬樣機(jī)試驗(yàn)環(huán)境

仿真資源通?？煞譃檎鎸?shí)（Live）、虛擬（Virtual）和構(gòu)造（Constructive）3種。真實(shí)仿真資源是指在部分虛擬的環(huán)境中由真實(shí)的人操作真實(shí)的裝備；虛擬仿真資源是指在虛擬環(huán)境中由真實(shí)的人操作虛擬的裝備；構(gòu)造仿真資源是指在虛擬環(huán)境中由虛擬的人操作虛擬的裝備。在裝備的論證、研制、試驗(yàn)和使用過(guò)程中，產(chǎn)生了大量的IVC仿真資源，這些資源面向不同的仿真應(yīng)用，滿足了不同的仿真需求。在進(jìn)行虛擬樣機(jī)試驗(yàn)時(shí)應(yīng)很好地繼承LVC仿真資源，面向?qū)崙?zhàn)，進(jìn)行綜合集成，構(gòu)建逼真的虛擬樣機(jī)仿真試驗(yàn)環(huán)境。