緒論：寫作既是個人情感的抒發，也是對學術真理的探索，歡迎閱讀由發表云整理的11篇仿真技術論文范文，希望它們能為您的寫作提供參考和啟發。

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二、在實踐環節中的應用

在電子的實踐中，采用實物操作和仿真軟件相結合的原則，可以使得事半功倍，使得學生對知識的掌握更加牢固，同時極大程度上提高了學習效率。主要體現在以下幾個方面：

1.利用仿真技術減少了實物實驗的故障率，使得實驗的數據更精準。當學生裝配好電路板后，開始進行調試時，一般要對實物電路板進行短路檢測，確認沒有短路故障后再進行調試。而實訓的具體檢測和調試都是帶電操作，帶有一定的風險性和不確定性。因此在開始操作的過程中，在學生開始調試之前，先通過仿真軟件演示整個調試過程，這樣學生不僅對調試過程有很清晰的認識，而且可以避免實訓過程中的一些誤操作，減少了調試過程中產生的故障。仿真軟件演示的實驗數據與實際調試的數據相差不大，學生可以比較數據，進行自檢。另一方面，如果要設計一塊電路板的時候，需要對電路的參數反復的調試，在實物電路板上實現起來比較困難，利用仿真軟件可以反復調試，并可以尋找到最佳的方案，再去進行實物的設計，非常便捷。另外，仿真實驗沒有任何干擾信號的存在，更加能夠真實的反映出實驗的本質，做到精準、真實、完美。

2.利用仿真技術可以順利進行故障的分析，并順利找到故障點。在電工電子的實訓中，學生不僅要熟練掌握電路的調試能力，還要有一定的電路排故能力。有時候安裝一塊電路板需要的時間可能并不長，但往往查找故障點需要花費大量的時間。另外如果在電路板上人為設定一個故障，比如元器件的接反或某處電路出現短路故障時，部分元器件可能會出現擊穿、損壞、甚至出現電氣短路等現象，這樣在操作的時候非常危險。而我們在授課的時候，如果利用仿真軟件去講解電路時，可以隨意地將元件焊反或將某段電路短路，學生可以很直觀的看到故障的數據及波形，提高了學生的分析能力以及解決問題的能力。同時也提高了學生思考的能力。

3.利用仿真技術可以進行反復練習，大大降低了成本。對于電子線路的板子，很多時候裝配完后進行調試，往往是只能使用一次，或者僅能對單一功能進行調試，不能夠進行反復練習，尤其是在現代電子產品的高速發展，許多新型器件、集成塊、貼片元件的大量使用，使得裝配和拆裝都不那么容易，另外成本也相對來說很過。仿真技術的使用，使每個學生都有機會根據自己的實際情況，揚長避短，并進行反復練習。而且仿真實驗不需要真實環境的介入，軟件中有取之不盡、用之不竭的電氣元件，而且實驗過程中也沒有元件的損耗，實驗室維護管理將更加方便?？傊?，將仿真軟件應用于教學有很多的優點。另外由于現代電子技術的不斷更新，往往使得實驗室中實踐環節教學資源相對短缺，一些設備不能及時更新和維護，實踐耗材昂貴，而帶來了很多的局限性。利用仿真實訓軟件后，不僅使得實訓具有完整性、系統性、交互性、智能型。極大程度上彌補現有教學資源的不足。如在進行電力拖動的授課時，當講授到三相異步電動機的時候，我們除了可以介紹電機的基本知識，結合實驗室有的電動機的結構和使用方法外，我們還可以使用仿真軟件，給同學們展示形式多樣的、不同用途的其他電機。同時我們可以利用仿真技術對相關實驗電路進行通過動態模擬，提高課堂效果。

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在進行立銑加工時，最基本的任務是切除刀具切削刃包絡面通過部分的被加工材料，使保留下來的部分成為已加工面。完成這類加工所用的軟件應包括如下內容：刀具、刀具夾頭、工件、夾具等的協調，機床主軸的構成及其可工作的范圍，能真實地仿真機床和刀具的動作等。特別是近幾年來，由于五坐標切削加工的不斷增加，在實際加工前應進行NC仿真的重要性日益突出。這類NC仿真軟件中，有不少軟件具有極為優異的性能，如可從金屬切除體積計算出加工效率；根據金屬切除體積來判斷切削加工是否產生過載；如果負荷固定，由于進給速度過高而產生過載，仿真軟件可調整進給速度，防止過載產生，并可縮短切削加工時間等。

切削加工仿真技術的另一發展動向是研究解析切削加工過程中的物理現象，如被加工材料因塑性變形而產生熱量，被切除材料不斷擦過刀具前刀面形成刀屑后被排出，以及由刀具切削刃切除不需要的材料而在工件上形成已加工面等，并將這一系列切削過程通過計算機模擬出來，目前能達到這種理想目標的產品還為數不多。Thirdwavesystems公司的“advantedge”是采用有限元法對切削加工進行特殊優化解析的軟件產品，與用于構造解析的有限元法程序包比較，其最大優點是用戶界面優良，機械加工的技術人員能方便地進行解析。美國scientificformingtechnologies公司的“deform”是鍛造等塑性變形加工用有限元法解析程序包，最近已被轉用于切削加工。

切削過程是切屑、被加工材料的彈性變形和塑性變形的變形過程，與沖壓、鍛造等塑性變形比較，變形速度（單位時間產生的變形量）非常大，由此產生的塑性變形能量和前刀面上由摩擦產生的能量將引起發熱，從而使溫度大幅度升高，刀尖在連續而狹小的范圍使被加工材料破壞、分離成切屑和已加工面等，這是切削過程的顯著特征。而這些現象彼此間存在復雜的相互影響。

如果用有限元解析方式，需輸入下列內容：被加工材料特性及摩擦狀態等物理特性；切削條件及刀具形狀等邊界條件。通過有限元解析剛性方程，可輸出切削力、剪切角、切削溫度等帶有切屑生成狀態特征的量化參數，在此過程中，無需建立數學模型或提出假設。根據有限元解析的結果，還易于將切屑生成過程、應力、變形等物理量實現可視化。

要獲得高精度解析結果，最為重要的輸入內容是反映被加工材料應力——變形關系的材料特性，而材料特性的獲取是極為費力的工作。今后，隨著計算機功率的增大，這種切削過程的物理仿真技術將會逐漸普及。能否迅速普及的關鍵在于能否及時向用戶提供所需的被加工材料的材料特性。

按需開發切削加工仿真技術軟件

目前，許多科技人員正在進行生產工程中最基礎的切削加工技術的研究，其中多數研究的目的是在弄清楚加工現象的同時，對加工過程進行預測。如果這些研究內容實現了系統的計算機軟件化，就意味著能形成一個切削仿真技術軟件。如東京農工大學機械學院的實驗室就正在進行幾種預測性的有關切削加工仿真技術軟件的研究。工藝流程和實用仿真采用了橫向和縱向相匹配的研究體系，橫向與產品設計到加工工序相對應；在縱向上越往上，實用性越好，往下則不僅是實用性，還包括加工現象的解析和實現可視化。

1．刀具信息數據庫和解析仿真技術并用的切削條件選擇系統

在實際的切削過程中，不應照搬工具廠提供的推薦切削條件，而應根據機床、工具系統、工件裝卡等具體情況，反復進行試切削來修正切削條件。同時還應將過去加工中積累的行之有效的參考數據輸入數據庫，在有效利用這些數據的同時，借助解析方法使切削條件達到最佳化；對于沒有參考數據的新的切削加工，則應開發與此相關的切削條件選擇系統。該系統中把振動、加工精度、刀具升溫、刀具壽命、殘余應力等設定為解析內容，在解析的基礎上，就能選擇出最佳的刀具和調整切削條件。

本系統的數據大致分為三個部分：刀具信息數據、工具系統組成、切削條件。在切削條件中可積累有效的切削加工技術參數。

本文擬用圖例表示平頭立銑刀加工的最佳銑削效率和最佳化側面的形狀誤差。根據數據庫選擇所需刀具和刀夾，預測由立銑刀和刀夾的彎曲度及卡頭和主軸錐度結合部分的旋轉變化所導致的加工誤差。切削力的預測采用刀尖處的切削力乘以比切削抗力的模式。這是一種最簡便的的方法，但卻得到了切削力波形與實測值一致的良好結果。計算出每一瞬間由切削力引起的刀具撓曲量，將其和形成已加工面的切削刃位置的位移相連就能得到已加工面的形狀。與大規模有限元法的計算比較，計算時間是非常少的，輸入刀具信息和切削條件信息，就能容易地仿真加工誤差。

盡管數據庫里已具有確實適應的切削加工條件，人們仍希望進一步減少加工誤差，提高加工效率。實例表明，用這種仿真和實現最佳化方式來修正切削條件是完全可能的。

2．立銑刀加工時的刀具溫度

近年來，高速銑削已很普遍，由經驗得知，它適用于小切深、大進給的銑削條件，而把握最佳條件卻相當困難。銑削加工與車削加工不同，前者屬于斷續切削，在加工過程中，刀具升溫和冷卻高速地反復進行。由于熱傳導給刀具－切屑接觸部分是斷續進行的，必須根據這一特征來解析刀具溫度的變化。熱傳導量對預測精度影響很大，但不需要對切屑生成狀態的變形和熱解析相聯系進行大規模計算，因此可快速獲得解析結果。切削速度、切深、進給的組合將影響最高溫度，當加工效率一定時，提高進給速度，刀具溫度就會降低，溫度降低往往會使進給速度的提高達到極限，而提高進給速度，加工表面就會變得粗糙。因此，如果能很好地平衡粗糙度和溫度的關系，就能夠選擇到兩者相互平衡的切削條件。

3．用有限元法進行切削過程的物理仿真

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2國內外研究現狀

2．1國內研究現狀

盡管國內虛擬仿真技術起步較晚，但是隨著信息技術在社會各領域中的廣泛應用，信息化教學已成為信息技術和信息資源與教學相結合的教學形態，以計算機仿真技術、多媒體技術和虛擬現實技術為特征的虛擬仿真實驗室開始逐步滲透到教學領域。虛擬仿真技術在醫學教學及某些醫學手術應用領域得到不同程度的應用和研究。在護理學教學中，作為實踐性很強的綜合性應用學科－護理學基礎，其護理專業實踐教學約占該課程總學時的一半，也是培養護生臨床實踐能力的主要途徑之一。然而傳統的由教師演示－學生練習－教師指導的護理實踐教學模式已經不能滿足學生的需要，非常有必要對護理實訓教學進行改革和創新。隨著虛擬仿真技術在一些實踐性要求高的專業中的大量應用及研究，國內某些醫學院校的護理學基礎實驗教學也不同程度地開展了仿真技術在護理實踐教學中的應用與研究，如高仿真模擬人技術早已投入護理專業實踐教學中，并被應用在《內科護理》教學中并收到良好的效果，還有以主要訓練護生的單項護理操作技能為目的的專項護理技能訓練，如手臂模型可以模擬人類真實的血管，穿刺過程中有落空感和模擬真實血液流出，高級電腦心肺復蘇模型可以進行心肺復蘇的模擬訓練，大小與真人相仿，在操作時可有語音提示和報警聲來顯示其操作的正確性。虛擬仿真技術還可以使用在一些不宜在真人身上實練(如鼻飼法、導尿術等)的護理實訓課的應用。2007年大連大學職業技術學院以“探索出適合中等職業技術教育的網絡教學模式，提高中等職業教育運用現代教育技術手段水平”為目的開展的“護理技術模擬教學系統”項目的研發卓有成效，該研發項目提出了包括13個模塊，每個模塊由教學演示、模擬操作、考核測評三大部分構成的護理技術計算機虛擬仿真實訓教學軟件系統，該教學軟件系統的研發為虛擬仿真技術在護理實訓練習中的開展和推廣應用提供了參考。2009年貴州遵義醫學院護理系進行了護理學基礎虛擬實驗室的研發，是一次將虛擬仿真技術應用于基礎護理實踐教學的一種有效嘗試，可推廣應用于國內各護理院校和各大醫院的實驗教學和繼續教育培訓與考核，有著較廣闊的應用前景。重慶市衛生學校已經開展并建成仿真急救護理實訓室，為其他護理院校提供了可借鑒的急救實訓基地模式和實訓方法。同時，虛擬仿真技術在職業技能培訓中發揮的作用越來越大，也正被廣大的職業教育工作者所接受。目前高職院校招生人數逐年增加，學校實驗室及傳統的教學模式已經遠遠不能滿足師生的需要，尋找一種行之有效的技術手段來緩解傳統實踐教學模式所帶來的壓力，是許多高職院校的當務之急，將虛擬仿真技術應用于護理實踐教學是解決以上問題的關鍵，更是培養最優秀的護理畢業生的必由之路。

2．2國外研究現狀

美國在培養護生的過程中由于醫院及患者等方面的原因，護生在臨床實習中很少有機會在患者身上進行練習操作技能，同時護理院校理論課程的增加及實踐教學課程的壓縮也大大減少了護生們開展實踐練習的機會。鑒于此，開展虛擬仿真技術在護理實踐教學中的應用也是非常有必要的。美國的虛擬仿真技術在不同行業的運用，包括在護理教學中的應用開展的都比較早。美國紐約州立大學護理學院早在1996年就開展了虛擬仿真技術在靜脈輸液中的應用研究，虛擬仿真技術在護理實踐中的作用是一些模型、錄像帶等所不能比擬的，后者不能給護生帶來真實的感覺，而虛擬仿真可以，并且大大減少了護生在真實的臨床護理操作中給患者帶來的不適。常用的虛擬仿真技術有兩種，身臨其境式和非身臨其境式，前者技術要求較高，需要利用一些傳感工具，如頭盔、手套、跟蹤器等，讓用戶置身于虛擬境界中，雖然設備昂貴，但因其具有很逼真的護理情境而對護理教學產生深遠的影響，非身臨其境式，因其實用性和實惠性被廣泛運用到護理教學中。隨著從事護理教育的工作人員數量的減少，虛擬仿真技術同樣運用在一些護理學遠程教學、成人繼續教育、護理技能培訓等項目。虛擬災害環境的護理措施的研究更是拓展了虛擬仿真技術在護理教學領域中的運用。20世紀80年代，美國便應用虛擬仿真技術建立了用于考試和教學的臨床病例庫，即虛擬臨床瀏覽(VCE)。到目前為止，在護理教育領域，虛擬臨床瀏覽系列教學軟件和指導手冊已發展到覆蓋內外科護理學、婦產科護理學、兒科護理學和護理學技術等課程，并且提供網絡學習資源。虛擬臨床瀏覽結合護理教科書，建立了虛擬醫院，進入虛擬醫院，可以學習溝通、記錄、評估和安全給藥。虛擬醫院的建立可以幫助護生熟悉日常護理工作，從而提高臨床判斷和批判性思維能力。還有已經在英美許多醫學院校使用的CathSim靜脈穿刺訓練系統包括軟件和觸覺反饋裝置即靜脈穿刺用的胳膊和一臺電腦，可設置在實際工作中可能遇到的不同年齡、血管狀況以及疾病嚴重程度的各類患者。由日本NEC公司研制的“SimCoeur”軟件系統可以模擬急診患者每分鐘的臨床表現，還可以設置1000余種患者情境，可以使護生面對不同的患者，很好的鍛煉了護生的應變能力，并且能夠快速地對護生所進行的操作進行反饋。同時該公司研制的“SimNursing”模擬急診患者軟件系統，已于1998年投入日本市場，該軟件系統可進行護理程序的模擬訓練，學生能按照完整的護理程序對患者進行全程護理。多款軟件的研發和應用為虛擬實驗室的建設提供了技術支持，其中最有代表性的就是Mathworks公司推出的MAllAB語言，美國NI公司推出的LabVIEW圖形化編程語言及美國ELANIX公司推出的SystemView軟件。

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仿真技術能夠實現較多的教學工作，從現有的教學來看，通過較好的運用汽車電工與電子技術課程方針技術，能夠在很大程度上解決試驗場所、設備不足的問題，更好的創新課程。在案例分析的過程中，可以實現較為真實的效果。首先，學生不必經常下車間進行體驗，而是在課堂中就可以很好的應用和學習汽車電工與電子技術課程，即便是在課下，也可以通過系統來反復的練習，提高了技術的熟練度。以電子工作平臺EWB為例，提供了方便的操作界面，學生可以輕松地完成原理圖的輸入。單擊鼠標，可以方便地完成元件的選擇;拖動鼠標，就可將元件放在原理圖上。EWB具有自動排列連線的功能，同時也允許用戶調整電路連線和元件的位置。第二，在實際的實習中，可以將遇到的問題和學習到的解決方法，利用汽車電工與電子技術課程仿真技術，反復的鉆研和學習，配合其他的案例分析，增加技術上的經驗，對于畢業后的工作，具有較大的積極意義。

(二)著重培養學生的操作能力

使學生對于理論知識與操作技能的掌握達到該專業人才培養目標要求。汽車電工與電子技術課程仿真技術并不是理論上的技術，通過運用該技術，能夠在很多方面完成對人才的較強培養，并且在理論學習、技能操作、個人方法建立等方面，均實現了較大的進步。本文認為，通過利用汽車電工與電子技術課程仿真技術，完全能夠較好的培養學生自身的操作能力。首先，通過在教學中運用汽車電工與電子技術課程仿真技術，能夠更好的完成基礎課程的教學，提高學生的基礎能力，促使學生向著多元化方向發展，培養更多的“一專多能”人才。其次，在運用汽車電工與電子技術課程仿真技術的過程中，可實現拓展課程的全新優化?？梢酝ㄟ^汽車電工與電子技術課程仿真技術的幫助，學生可以對課題提出更多的猜想和假設，自己去證明和解答，與教師共同討論，這對人才培養來講，才是最需要的。

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2分析仿真技術的實驗手段和應用實踐

2.1實驗手段

通過仿真技術對即將或者準備進行的實驗的電路進行分析，也就是在這個過程當中需要輸入電路實驗信息，依據先前制定的計劃執行，然后在這個基礎之上進行分析處理，其主要包括很多方面：電路靜態、動態特性以及傳輸特性等諸多部分，也可以依據實際情況進行處理，利用交換操作和合作對話等方式，在整體選擇中選擇最佳工作狀態，最終完成打印和輸出。根據之前制定好的計劃，按照操作步驟進行操作，為實際電路的測量和計算機輸出奠定堅實理論基礎，將兩者進行比較并找出其存在的差異。依據參數對相關設計進行相應的調整，在各方面都完成之后進行仿真設計，這樣能夠確保實驗的順利完成，也能夠確保所獲得的數據具有精確性，并且將所學理論知識更好的運用到實際中，解決更多的問題。

2.2模擬仿真技術的應用實踐

在一些工作環境當中，模擬仿真技術在電子專業中到了的廣泛認可和應用，從某種意義上來說這是對工作方式的創新，而技術人員也更加喜歡這種新型的工作模式，不僅可以提前避免危險和工作當中不正確的操作，能夠將所學知識更好的運用到實際過程中。再加上模擬元器件同設備的相似度比較高，為技術人員進行專業學習提供了方面，且在參與到仿真實驗過程中能夠增強動手能力，自己安插元件，自己設置參數，能夠獨立解決實驗中出現的問題，自己不僅僅在技能方面有了顯著提升，自己對知識的運用能力也得到提高，為其未來更好的適應社會發展需要奠定堅實基礎。

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二、仿真教學過程實例分析

由于電力電子技術課程中的各種電路形式復雜多樣，因此以三相橋式全控整流電路為例，來說明電力電子技術的仿真教學過程。三相橋式全控整流電路在工業生產中具有重要位置，大量用于電解、電鍍、直流電機傳動、勵磁等場合，因此該電路是電力電子技術課程的重點內容。三相橋式全控整流電路為如上所述教材的3.2.2節內容，主要包括電路原理圖、電阻性負載、阻感性負載工作情況三部分內容。該節課程的知識目標定位于掌握三相橋式全控整流電路的組成、特點及應用，理解三相橋式全控整流電路的工作原理；能力目標定位于能夠根據電路圖搭建相應電路并進行測量，同時能夠根據任務要求開展相關實驗。該節課程的仿真教學過程中首先讓學生掌握電路結構，然后針對不同負載情況下，讓學生理解工作原理并學會波形分析及參數定量計算，最后結合“自動控制原理”及“電機學”課程相關內容，給出仿真實驗任務，目的讓學生逐步進入狀態，逐步掌握學習這門課的方法，下面給出仿真教學中需要注意的教學重點，其它教學部分可參考相應教材，這里不再贅述。

1.三相橋式全控整流電路結構該部分首先介紹三相橋式全控整流電路是目前應用最廣泛的整流電路，它區別于單相整流與三相半波整流，具有功率大、直流脈動小等優點，同時采用幻燈片播放實際應用案例的形式，來增強學生對該部分內容的感性認識，并提高學生的學習興趣。其次，介紹該電路中包含六個晶閘管元件，是目前學習中器件最多的電路，需要學生們認真理解六個晶閘管器件的觸發工作過程。再次，采用MATLAB仿真軟件搭建三相橋式全控整流電路原理圖，如圖1所示。搭建的過程中，一定要強調以下幾點：①晶閘管器件編號務必為共陰極組內VT1、VT3、VT5，共陽極組內VT4、VT6、VT2；②晶閘管門極觸發脈沖順序務必為VT1-VT6；③晶閘管觸發脈沖相位間隔60度。

2.帶電阻性負載情況分析前面講解完三相橋式全控整流電路搭建后，真正進入到電路工作原理、波形分析及定量計算部分。進一步完善上面仿真電路原理圖，將負載選擇為電阻性負載，并增加若干示波器觀察點，其中三相電源設置為幅值100V、頻率50Hz，電阻負載2Ω，仿真參數設置為仿真起始時間0.0s，結束時間0.1s，算法選擇ode23tb。帶電阻性負載情況下的教學重點為：①不同觸發角下的波形分析；②負載電流的連續與斷續分析；③晶閘管的單觸發脈沖與雙觸發脈沖形式。其中難點內容為連續與斷續狀態下的脈沖形式。首先通過仿真詳細講解30度觸發角時的波形情況，要求學生在給定電源條件下能夠正確理解觸發脈沖、直流負載電壓、直流負載電流、晶閘管承受電壓和交流電源電流的波形。講授過程中需要注意：①觸發角的觸發時刻，由于三相整流電路的自然換相點對應A相電壓波形的30度位置，因此30度觸發角情況下的晶閘管VT1觸發時刻為60度位置，換算成時間為0.0033s；②將整個電源周期分成6段，每段先確定6個晶閘管的導通與關斷狀態，再分析其他電量；③特別注意強調線電壓波形及波形畫法。然后，利用仿真教學的優勢進一步講解如上教學重點要求，如圖3所示為60度和90度觸發角下的晶閘管觸發脈沖情況和直流輸出電壓波形情況。圖中可以清楚的看到60度觸發角為負載電壓和電流連續與斷續的臨界點，90度觸發角時清楚的看到負載電流為斷續狀態，同時各個觸發脈沖為保證電流斷續下正常工作而變成雙觸發脈沖形式。為了讓學生能夠更深入的理解電阻性負載時的工作情況，在仿真教學過程中，可以采取更小的脈沖角度間隔對多個觸發角進行多次仿真，這樣更能深入理解隨著觸發角的增加，直流負載電壓不斷降低的過程。

3.帶阻感性負載情況分析當三相橋式全控整流電路帶阻感性負載工作時，其特點就是能保證負載電流續流而不出現斷續的狀態，因此該部分的教學重點為：①讓學生能夠清楚的理解整個移相范圍內負載電流總是連續的工作狀態；②由于電感的作用，負載電壓會出現負的部分；③大電感狀態下，負載電流近似為一條直線。圖4為觸發角為90度時三相橋式全控整流電路的波形情況，與圖3中觸發角為90度情況進行對比，可以清楚的看出阻感性負載時的直流負載電壓波形既有正向波形，又有負向波形，負載電流波形始終處于連續狀態，同時還可以通過仿真教學清楚的展示電感為5mH和200mH時的直流電流波形，其中5mH時電流波形脈動較大，而200mH時電流波形脈動較小，近似為一條直線，這也充分說明當電感值為200mH時，感抗相對于阻抗來說充分大。

4.仿真實驗任務：直流電機閉環調速系統完成如上規定的仿真教學任務后，可以給學生布置相應的仿真實驗任務，結合直流電機原理和閉環控制原理，安排直流電機閉環調速系統的仿真實驗，可以安排在實驗課中完成或課后自行完成。仿真實驗任務如下：（1）仿真參數設置：仿真起始時間0.0s，結束時間5s，算法選擇ode23tb。（2）系統要求跟蹤恒值速度給定500r/min。（3）轉速調節器設定為比例控制，要求分析不同負載轉矩、不同轉速比例調節下的電機電壓、電流和轉速波形。這里給出用于教學參考的系統仿真結構圖及電機電壓和電流波形，如圖5和圖6所示。由于直流電機為阻感性負載，因此通過仿真實驗可以更深入的認識阻感性負載下的三相橋式全控整流電路的工作過程，直流負載電壓即電機供電電壓有正負波形，直流負載電流即電機電樞電流為連續狀態且近似為一條直線，轉速波形由學生在仿真實驗中自行觀察。

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引言

盡管仿真技術已經很快發展,但在若干問題上仍然存在不同的見解。

比如,有人說仿真技術是要花費很多錢,所以它的成果只是榮譽性的。這種看法與當今把每臺核電站仿真機以1000多萬美金,飛機仿真機以1500~2000萬美金的價格從美國、加拿大引進到中國的現實相矛盾,也具體說明了仿真技術的成果仍然形成了一個高價位的高科技產品和產業。

又如,有人說在市場經濟的環境里,仿真技術的產值搞不大,相關的市場在萎縮;也有人認為仿真技術是21世紀戰略性技術,仿真技術肯定會大發展。

當前,一場以高技術為中心的新的科技革命正在蓬勃發展,對整個社會經濟發展將產生重大影響。世界的經濟向知識(智力)經濟過渡,信息技術迅猛發展與知識經濟來臨之際,對仿真技術將有什么作用,仿真技術將會有什么地位,如何迎接機遇,都應盡快考慮,這是業界的大事。

鑒于上述,作者經過幾年的反復觀察、研究、分析和思考寫下本文。

1. 從仿真技術定義變化中考查

自從仿真概念出現以來,仿真的定義隨著技術和應用的發展不斷深化。

比如,牛津英文字典中初期的仿真定義是:"To imitate conditions of situation with a model for convenience or training"。后來變為:"The technique of imitating the

behavior of some situation or system (economic, mechanical, etc.) by means of an analogous model,

situation, or apparatus, either to gain information more conveniently or to train personnel"。

1993年7月,國內在《火炬計劃基本概念及相關名詞術語解釋》中,對仿真技術作了很詳細的定義,見參考文獻[7]。關于仿真技術的定義,到目前為止,就很難用簡單的語言描述。國內外學者從不同角度作了描述,可歸納如下幾點:

仿真技術是出自對系統的研究,是通過用系統模型對真實系統或設計中的系統進行試驗,以達到分析、研究和設計該系統的目的;

仿真技術是以計算機為基礎,計算機能力提高了,仿真技術水平也提高,使之有能力去描述更復雜的系統;

仿真技術隨需求發展,提出了大量共同性的理論、方法和技術問題,致使仿真逐步形成了一門獨立的學科;

仿真技術已成為計算機應用的一個重要的領域;

仿真技術應用范圍十分廣泛,無孔不入的一門綜合性學科,已廣泛應用于航空、航天、通信、船舶、交通運輸、軍事、化工、生物 、醫學、社會經濟系統等自然科學與社會科學的各個領域,其重要性已廣為人知;

仿真技術用于揭示已知對象和未知對象的內在特性、分系統之間的關系和運作規律,以研究已知和預測未知;

仿真技術是高技術領域中的關鍵技術之一。

2. 仿真技術主要研究的內容和成果分析

2.1 仿真技術主要研究的內容

仿真技術雖是計算機應用的一個重要的領域,但也有其自身作為一門專有技術的研究內容,有問題和難點,也有發展方向和規律,形成了仿真技術的主體技術。這些技術又在廣泛而豐富的需求中深化和發展。仿真技術的研究內容最少應包括總體技術、仿真支撐軟件技術與工具、建模技術和應用技術,表1歸納了這些仿真技術的研究內容:

表1:仿真技術的研究內容 總體技術 ①學科的理論研究;②仿真技術的發展與開拓;③仿真技術與支撐技術的關系;④系統的分析與劃分;⑤仿真技術在信息技術和產業中的地位研究;⑥大型仿真系統研究

仿真支撐軟件技術與工具 ①支撐軟件理論與方法;②仿真支撐軟件技術;③面向對象支撐技術;④面向各項領域的共性工具軟件;⑤專用的工具軟件;⑥軟件系統結構;⑦實時數據庫

建模技術 ①仿真對象與系統分析;②建模理論與方法;③仿真算法與語言;④驗證方法與標準

應用技術 ①應用領域開拓研究;②應用軟件系統;③應用的相關技術;④應用系統實現方法

2.2 從仿真技術的成果分析

近幾年來,國內外仿真技術領域取得了豐碩的成果,體現出重大的社會效益和經濟效益。主要的成果例舉如下:

2.2.1 仿真支撐系統的發展

70年代末,國際上一些國家在實現仿真技術產業化過程中,強化了仿真支持系統的概念。因此,仿真支撐系統已經不僅是仿真領域關鍵的技術之一,而且是"解放"仿真系統開發者和使用者的最重要手段。它不僅賦予仿真系統以生命力,同時也是實現仿真技術產業化的基礎。在應用過程中,它是實現仿真目標和解決問題的概括和總結,它支撐了仿真系統的整個生命周期,包括對仿真對象分析、仿真模型的表達、仿真模型的生成和運行、仿真過程的調試和修改、實時運行、仿真數據的存儲、恢復及跨平臺的聯合運行。因此,近幾年來,國內外已經十分重視對仿真支撐系統的研究,也出現了不少成果。從科技進步角度來分析,主要表現為:

(1)開放性和構件概念,包括:構件命名服務(Component Name Services)、構 件對象服務(Component Object Services)等為構件客戶服務。

(2)提供通用數據表示方法,讓集成工具之間共享信息。

(3)支撐范圍擴大,表示在支撐仿真應用在網絡上的實現。

(4)支撐多媒體技術的應用,使仿真系統的人機界面得以改善。

2.2.2 面向對象的仿真技術

近十幾年來,面向對象仿真(Object Oriented Simulation,簡稱OOS)研究、開 發和應用有很大的進展,在廣泛的領域里,各種各樣的模型是由OOS語言(或稱編程工具)和開發環境中出現。由于OOS為系統建模提供了靈活的方法,它的基本

特性使之不同于傳統的仿真方法,而且適用于大型的更為復雜更分散的仿真系統,以及基于網絡的仿真系統。而且,支撐OOS的工具已不少實現商品化了。例如:

(1)由于國際間多國合作的出現,對共享仿真環境的需求擴大,網絡仿真技術被用在基于共享的仿真環境,如虛擬工廠教學系統,它允許學生單獨工作或組成虛擬的隊、建造工廠、預測產品需求、計劃生產、制定日程進度等

(2)面向對象仿真在處理復雜系統模型時,是一個極好的工具。將這類模型分成幾個子模型,做到仿真程序結構與真實系統結構相似。如解決互相聯系的異步電動機組的仿真控制問題等。

3. 仿真技術應用領域的快速擴大

近幾年世界上應用仿真技術去解決科技、生產、社會各方面問題的事例層出不窮,使仿真技術的應用能力拓展,滲透性增加,無處不在,無孔不入。例舉幾項:

(1)仿真技術在工業系統的多種應用取得了巨大的社會和經濟效益;

(2)利用仿真技術來模擬人們不斷增加對海港、船舶的到達方式,海港運作方式的變化需求,用于實現海港現代化管理或新建海港選擇和投資考察;

(3)應用質量工程及仿真提高巨型計算機系統的性能。性能評估在計算機的設計、開發、配置、調節中是一個重要環節,應用質量工程和仿真技術來提高巨型計算機系統性能;

(4)應用仿真技術,開展語言系統研究,取得重要成果;

(5)仿真技術在制造業中應用和發展近幾年來在國內也取得很好的成果,仿真技術在制造業的應用是從產品設計到制造,以至測試維護的整個生命周期中,計算機仿真技術貫穿始終;

(6)虛擬現實技術的應用范圍擴大。它在醫療領域中開始應用,虛擬教學、虛擬會議系統等取得一定效果,虛擬現實技術與娛樂的結合更有廣泛市場。

4. 從軟科學技術發展展望仿真技術的作為

軟科學技術是為管理和決策服務的科學技術,或者可以定義為幫助人更直接、有效、全面和系統地使用迅速發展的各類科學技術知識,并進行科學管理和科學決策的科學。從軟科學技術的應用性表現來說,如果說科學的研究是基礎研究的話,軟科學技術則是應用研究,產生的專家系統則是技術開發。

醫學和工程領域管理決策的專家系統的研究成果幾年后將被投入使用。例如美國許多大公司都開始用人軟件,幫助做許多種經營工作。這意味著類似"仿真腦"的系列產品將要出現,仿真技術在管理和決策方面的應用將推向各個領域。在仿真各種管理與決策系統的過程中,仿真技術將快速發展,產業化的步伐將加快。

軟科學技術是有前途的。在人類知識每5年翻一番的情況下,任何人如果不*電腦處理事務,也就是說不*"看不見的頭",是無法妥善、有效處理的。如果說軟科學技術會成為21世紀的先導和骨干高科技,推動軟科學技術發展的仿真技術也是分析復雜問題,提示相互關系,仿真人腦管理和決策的骨干高科技之一。5. 仿真技術發展的特點和趨勢

近幾年,以計算機技術、通訊技術與傳感技術為主導的信息技術的飛快發展,為仿真技術的發展進入一個嶄新的環境打下了良好基礎。仿真技術的發展將出現新概念、新應用和新的地位。由目前發展情況分析,有如下值得注意的特點:

(1)仿真技術是一門獨立的學科,但它離不開計算機技術。只要計算機技術在飛快地發展,仿真技術就一定隨之快速發展;

(2)仿真技術作為信息技術族內的成員,它不僅自身發展快,而且與信息技術各項發展結合也快,它們永遠面對新問題、組織新技術、形成新的系統工程。因此,仿真技術是不斷研究新現象、分析新規律、揭示相關系統、找出解決方法的強有力工具;

(3)在知識經濟來臨、知識管理的形成和發展中,仿真技術是最好的工具。它將被更多人了解和掌握。美國很多大公司開始用"人軟件"代替人類做多種經營工作。預計類同"仿真腦"系列的產品將會被成批生產,用以代替人們進行管理和決策;

(4)仿真技術的應用領域越來越廣,在信息技術發展中,將出現獨特的地位;

(5)目前,在全世界軟件產業快速進展的環境中,仿真支撐軟件,各種工具軟件(包括專用仿真語言),乃至于通用的應用軟件、商品化的周期縮短;

(6)面向對象的技術和應用發展較快,一方面推動仿真概念變化,另一方面適應復雜、非線性應用的能力增大;

(7)由于網絡技術的發展,為異地、異國應用提供了可能,將對仿真技術提出新的挑戰,也推動了發展。預計仿真技術和網絡技術的結合,將出現新的概念,并擴大應用范圍;

(8)仿真技術在培訓領域中已有了豐碩的成果,比如:核電站、飛機的仿真機等都是培訓所必需的仿真系統產品。

6. 知識經濟的特征和仿真技術的地位

人類在經歷了漫長的農業經濟、工業經濟時代后,正迎接著知識經濟時代的來臨。1997年,人們第一次提出知識經濟的概念,大家認為它是建筑在知識和信息基礎上的經濟;以知識和信息的生產、分配和使用為直接依據的經濟;知識是提高生產率和實現經濟增長的驅動器。國內外學者對此也有各種說法。如:知識經濟是以智力資源的占有、配置,以科學技術為主的知識生產、分配和使用為最重要因素的經濟。又如:知識經濟所要表述的是一種新的復雜的經濟狀態,它是指以現代科學技術為核心,建立在知識和信息的生產、存儲、使用和消費之上的經濟。它有豐富的內涵和明顯的特征。只有通過對其內涵和特征的分析并與仿真技術及其應用、產業化社會效益、經濟效益比較,才能充分看到仿真技術在知識經濟環境中的地位。

(1) 知識經濟特征與仿真技術特點的切合。

(2) 仿真技術是推動知識經濟發展的關鍵技術。

(3) 仿真技術及其應用,形成知識產品和服務,以及產業化的效益推動知識經濟的增長。

7. 結論

通過考察和分析,我們看到知識經濟時代的來臨給仿真業界帶來了新的挑戰和機遇,仿真技術將因自身的特點而在知識經濟環境中快速發展,反之也推動知識經濟的發展。仿真技術與軟科學及其它相關技術的結合將加快高附加值產品的產業化進程,給整個社會帶來新的經濟增長點,仿真技術大有可為。

參考文獻

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[2] 游景玉,論文"論仿真技術及其產業化", 珠海出版社,1999年

[3] 游景玉 吳芳輝,論文"仿真支撐系統技術的研究與發展",珠海出版社,1999年

[4] 游景玉 吳芳輝,論文"新世紀仿真技術展望", 珠海出版社,1999年

篇（8）

【關鍵詞】計算機仿真技術 信息化 制造業

1 對系統仿真類型進行概述

顧名思義，“仿真”就是對現實世界的物體進行模擬的一種狀態，使其達到逼真的情形。在工程技術領域，經常采用系統仿真技術來研究相關事物，如通過系統模型的相關實驗來研究設計或者存在的某個系統。表1為系統仿真分類表。

2 對計算機仿真技術在制造業中的應用以及發展現狀進行概述

由于我國是一個制造業大國，并且制造業在我國的國民經濟收入中也占很大的比例，因此，國家及企業都非常重視我國制造業技術的發展。隨著我國科學技術及制造業的進步，使得CIMS、NC、FMS、CAPP、MRP等都得到了快速發展。而系統仿真技術作為工程領域里面的一個重要手段，其被大量應用到我國制造業進行研究及實踐，從而產生出一些先進制造技術。

對于系統仿真技術而言，如果從本質上面來講，其就是通過建立仿真模型，然后再對仿真模型不斷進行實踐模擬的一種先進技術。它的實現過程主要是由仿真語言、計算機高級語言、以及計算機仿真軟件來實現，具體情況如上圖2-1所示?？梢院苊鰼的看出，對于一個典型的仿真軟件來講，它主要包括程序包、仿真語言、仿真環境三種不同的形式，它的覆蓋功能也不是完全相同的，并且，從下到上是大致的反映了計算機仿真軟件的一個發展情況。隨著相關技術的發展，直到上個世紀80年代后期，出現了一體化的仿真環境。隨著我國計算機技術的進一步發展，開始出現了面向對象的并發執行機制，這樣，就非常容易的實現在數據庫管理的基礎之上來對實驗及模型數據、以及實驗仿真的結果等進行統一的管理，與此同時，人工智能等相關的先進技術也開始應用到仿真建模、運行以及對仿真的結果進行分析之中。另外，廣義的制造系統的相關仿真器也開始大量出現，在某種程度上面很好的實現了對制造系統進行的非語言建模、以及模型數據驅動等相關的重要功能。比較典型的一體化仿真軟件有TESS等，廣義的仿真器有FATOR等。

3 計算機仿真研究的熱點以及對我國制造業的相關影響

自從上世紀末以來，隨著我國制造業的競爭不斷加劇，產品生產周期不斷縮短，這樣就導致系統仿真技術不斷向橫向的方向發展，在制造業里面比較典型的就是“虛擬制造技術”的發展。根據虛擬制造的概念可以得知，需要先采取計算機來模擬整個產品的設計及制造過程，這樣便于發現各種問題，并且在產品制造之前就把問題解決掉，從而提高生產效率及產品質量。

隨著制造業的發展，仿真技術在我國制造行業里面的又一個重要研究熱點誕生，即虛擬產品的開發（VPD），它最早是來源于并行工程的思想。并行工程技術（CE）在對產品進行開發之前就對產品的整個生命周期進行全面的考慮，這樣，對解決相關產品的設計以及開發之間的矛盾是非常有益的。而虛擬產品開發是在并行工程的指導下，把大規模的產品數據管理系統以及CAD等產品設計系統等進行綜合起來，從而進一步的形成虛擬產品的開發環境，這樣就可以在該環境下進行產品的策劃、設計等，以及預測產品在真實環境下的相關特征、功能及性能等，這樣在進行實際設計、生產的過程中，可以減少反復或者變更等的次數。VPD技術能夠深入到各種復雜產品的制造之中，從而為企業產生巨大的經濟效益。

隨著計算機技術的高度快速發展，對仿真技術的相關應用已由單一的形式向復雜性的方向進行發展。由于現代制造企業面向全國甚至全世界，因此，它的仿真對象也是分布在不同的時空，在這樣的背景下就產生了分布交互化仿真技術（DIS）。對于這種仿真系統來講，它所包括的內容有：構造實體、實體-虛體、真實方面的實體等，并且，這些實體是可以基于不同時期的相關技術、不同產品的相互組成、不同的系統方面的目的、以及不同生產廠家的相關技術等，對于這樣的復雜情況是允許他們進行交換操作的。分布交互化仿真技術（DIS）通過采用計算機網絡將分布在不同地點的仿真設備進行連接起來，這樣便可以通過實體之間的數據方面的交換構成時空到合成仿真環境的一種比較先進的仿真技術。

如今，在我國制造業中已經產生了虛擬企業或者類似于DIS的虛擬研究開發中心等。就目前來講，比較出名的就是香港城市大學與香港生產力方面的促進局共同構建的快速科技中心，它就是虛擬研究開發中心。由于當今社會是動態快速發展變化的，人們的需求更多轉向個性化、多樣化等方向，因此，對于制造企業來講，它們就要抓住市場的需求，然后采取方式（如柔性生產制造）來快速響應市場需求，這樣才能夠為企業獲取更多的市場利潤，但是，通常情況之下，由于企業在短期內存在相關資源欠缺等方面的局限性，在這樣的背景下，企業要想獲得市場機會，它們就有可能通過互聯網來臨時連接成一種動態方面的聯盟-也就是所謂的虛擬企業。

4 結束語

隨著我國社會的不斷發展，導致計算機仿真技術的發展也日新月異。在制造業中，對于整個產品的生命周期來講，仿真技術都表現出其強大的發展潛力。在當今制造業競爭激烈的社會，計算機仿真技術在制造領域的應用及發展在不斷的擴展，其功能也更多的面向可視化、智能化生產、綠色制造等方面不斷發展。

參考文獻

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[2]熊光楞.計算機仿真及其在制造業中的應用[J].計算機仿真，2012，2（14）：20-27.

[3]鄭力，盧繼平等.虛擬制造技術[J].計算機輔助設計與制造，2013（09）：62-67.

篇（9）

【關鍵詞】虛擬仿真技術/平臺；虛擬仿真訓練系統；實訓教學

一、虛擬仿真實訓系統的三維建模技術及軟件研究

虛擬仿真系統的功能主要體現在它可以讓使用者借助于專用的視、聽、觸覺等具有感知功能的設備，進入仿真系統制造的虛擬空間，并且還能夠與虛擬環境中的人和物體進行實時交互，從而感知和操作虛擬環境中的各種對象，最終達到身臨其境的效果。它的組成主要是把計算機作為主要的部分，其次綜合利用三維圖形、多媒體、仿真等技術構建起一個逼真的虛擬系統。從它的組成部分和應用程序來看，虛擬仿真實訓系統對三維圖形的利用還是十分頻繁的，因此我們應當對其進行重點研究。虛擬仿真實訓系統在工業機器人上的應用設計主要是利用三維建模軟件，通過虛擬現實標準語言建立虛擬環境中的實體模型表現出來，最后通過描述它們之間的結構關系，快速、真實地顯示三維虛擬工業機器人，并為工業機器人控制系統提供一個研究觀察平臺。本段主要通過對虛擬仿真實訓系統的三維建模技術及軟件研究，來發現虛擬仿真技術的優點和研究其未來的發展方向。

Maya軟件是美國Autodesk公司出品的世界頂級的三維動畫軟件，通過對Maya軟件的運用，能夠使虛擬仿真實訓系統在一定程度上提高制作三維動畫的效率和品質，調節出仿真的角色動畫，使其得出更加真實的效果。這是因為Maya軟件不僅僅包括一般三維和視覺效果制作的功能，而且還能夠和世界上最先進的建模、數字化布料模擬、毛發渲染、運動匹配技術相結合，使得虛擬仿真實訓系統所創造出的畫面更加真實有立體感。

二、虛擬仿真技術在各領域內的作用

隨著科技的發展，虛擬仿真技術在一些高科技等高端領域的地位越來越凸顯出來，地位與作用也逐漸提升。尤其是在移動互聯網的應用與開發、手機游戲設計及其所用到的一些主流引擎甚至高端引擎方面的價值更為突出。

Maya軟件是虛擬仿真技術的一種，它應用的對象是專業的影視廣告，角色動畫，電影特技等。它能夠在工作的過程中展現的比較靈活，易學易用，制作出動畫的效率非常高，渲染出畫面的真實效果比較強，它對畫面中角色動作的捕捉尤為清晰，與畫面角色的綁定的聯系性也十分緊密，是虛擬仿真實訓系統中一個比較不錯的系統軟件。MAX軟件它最開始的應用是在電腦游戲中的動畫制作，后來又進一步的開始參與影視片的特效制作，MAX軟件還被廣泛地應用于廣告、影視、工業設計、建筑設計、多媒體制作、游戲、輔助教學以及工程可視化等領域，也就是虛擬仿真實訓系統當中。它強大的立體三維功能被新媒體、影視動畫、游戲動畫等領域廣泛運用。

三、虛擬仿真技術為機器智能實驗課帶來的好處

虛擬仿真技術的應用為現代化的社會帶來了許多的方便，讓機器實驗課、項目實訓的智能科學與技術專業實驗教學越來越豐富化。虛擬仿真技術的應用可以有效地提高教學的質量和效率。通過對虛擬仿真技術的應用，使得上級和下級、老師和學生的客戶信息以及實訓項目、實訓指導、模擬操作、技能測評等等的信息存儲在管理信息庫中，與此同時，上級和下級或是老師和學生之間就可以通過客戶機對下級或者學生之間的實訓進行遠程的指導與管理。

隨著時代的發展，科技的進步，虛擬仿真技術在在現代職業技能教學中的作用也越來越明顯。虛擬仿真技術的不斷完善和發展，將為機器智能實驗課等實訓課程帶來更多的方便和益處。由于它能夠為人們提供一種高級的人機接口，具備交互性、想象性、沉浸性等特點，所以它主要的應用領域在政府、企業、學校等這些需要實訓學習環境的地方。

四、虛擬仿真實訓系統的應用領域和發展趨勢

作為一項新興的科學技術，虛擬仿真技術還處在一個不斷探索前進與不斷完善的階段當中，其發展趨勢呈一個不斷上升的大幅增長的趨勢。從目前來看，雖然目前政府、教育部門、學校、教師都已經認識到了虛擬仿真技術對于職業教育實踐性教學環節的重要作用和發展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決，因此虛擬仿真技術正在與教育、培訓等領域不斷地相適應和匹配。

其次，雖然目前政府、教育部門、學校、教師都已經認識到了虛擬仿真技術對于職業教育實踐性教學環節的重要作用和發展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決。雖然目前政府、教育部門、學校、教師都認識到了虛擬仿真技術對于職業教育實踐性教學環節的重要作用和發展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決。例如：虛擬仿真技術對計算機及相關硬件的要求比較高，但是這些方面的發展不能夠滿足人們對虛擬仿真技術的需要，虛擬仿真軟件數據是一個龐大的數據庫，三維立體仿真軟件的應用對顯卡和顯示器等也有很高的要求，也就是說，虛擬仿真系統對硬件的要求較高。因此需要對計算機及相關硬件的發展有一個更高的要求。最后，教學類虛擬仿真軟件的質量還有待提高、對虛擬仿真技術的研發標準也不統一和對虛擬仿真技術應用不夠廣泛等等，這些都是需要發展改善的地方，也是未來虛擬仿真技術發展的一個大的趨勢。

五、虛擬仿真實訓系統的價值和市場經濟效益

虛擬仿真實訓系統作為一個高端的科技系統，對政府、企業、學校等的發展，起到了至關重要的作用，并為其創造了更大的價值。同時虛擬仿真技術的不斷發展，也在打開了市場，擴大了市場份額的同時為市場創造了更多的經濟利益。

在市場經濟為主導的今天，虛擬仿真實訓系統也為市場經濟的發展做了一定的貢獻，為市場經濟的發展添磚加瓦，在自己發展得同時也促進了市場經濟的發展。因此，我們應當不斷地發展虛擬仿真實訓系統，使其深入到更多的地方，讓更多的地方和人們體會到虛擬仿真實訓系統為人們帶來的價值。

總結

虛擬仿真實訓系統的日漸完善，使得人們的生活也不斷的豐富活躍起來，政府、企業、學校等地方對其的應用，也促進了虛擬仿真實訓系統的發展。本論文通過闡論虛擬仿真實訓系統的虛擬仿真機器人機械臂模型用到的三維建模技術及軟件（如Maya、Max等）、原理以及虛擬仿真技術的應用領域和發展趨勢的研究，探討了虛擬仿真實訓系統的價值和市場經濟價值，同時也為虛擬仿真實訓系統的發展奠定了理論基礎。

參考文獻：

篇（10）

主管單位：中國航天科技科工集團公司

主辦單位：中國航天科工集團公司第十七研究所

出版周期：月刊

出版地址：北京市

語

種：中文

開

本：大16開

國際刊號：1006-9348

國內刊號：11-3724/TP

郵發代號：82-773

發行范圍：

創刊時間：1984

期刊收錄：

中國科學引文數據庫(CSCD―2008)

核心期刊：

中文核心期刊(2008)

期刊榮譽：

Caj-cd規范獲獎期刊

篇（11）

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）08-0084-02

1 船舶虛擬仿真技術研究及應用現狀

在船舶工業里面對虛擬仿真技術加以應用，能使敏捷造船、并行工程以及數字化造船得以實現，同時它也是我國傳統造船模式轉向現代化的重要環節之一。對虛擬仿真技術加以運用，在建造船舶之前，工程師可在虛擬環境下對船舶的建造過程進行仿真，從而改進和評價船舶的工藝與設計，這樣便于指導船廠進行現場生產作業。在船舶行業里運用虛擬仿真技術，能使生產效率得到提升，降低生產成本，使建筑周期縮短，從而為我國船舶行業的發展奠定良好的基礎。

船舶的建造評估和設計可以使先前工藝或前期設計導致的工程修改得以消除，進而對船舶企業的成本、質量以及生產效率產生直接的影響?，F如今，許多國家正在開展以虛擬仿真評估和數字化描述相結合的船舶虛擬制造、設計仿真技術的應用研究，并且在船舶建造中也應用了多種仿真評估軟件，而且其研制水平和效率還在近年來得到了大幅提升，包括我國在內的許多國家都正在尋求提升研制質量、節省研制費用、縮短研制時間的新方式。

挪威UD公司作為船舶設計的佼佼者，現如今，他們在對新船型進行設計時，全都會對三維模型加以利用，然后在虛擬環境下綜合評價鉆井船的設備布局、布置、外觀等，分析虛擬船舶水動力，對虛擬評估進行分段劃分，并仿真船舶的作業過程。

自20世紀90年代一來，我國開始對各種先進的仿真技術加以研究，并開展大規模系統仿真。但將虛擬仿真技術應用在海洋和船舶領域的起步還比較晚，現如今，其工作最主要集中在初步實施和理論研究的應用階段，此外，國內的船舶研究所也開發有虛擬仿真的軟件系統和硬件平臺。

2 將虛擬仿真技術應用在船舶的建造評估中

此項技術通過對虛擬實體模型加以利用，來實現評估船舶建造過程的目的，包含船舶生產工藝規劃、操作順序驗證、生產系統創建。它能支持船舶生產管理、機器人仿真、人機功效分析、作業時間測定、工藝規劃與驗證等的內容。

2.1 在建造前期的論證評估中運用

船舶建造的內容之一便是根據企業生產力布局要求以及實際能力，對船舶企業的經濟、技術和發展條件加以研究，對船舶企業的發展方向和規模進行預測和論證，將企業建設技術經濟指標擬定出來。在建造船舶的前期對生產規劃進行論證評估是一項綜合性非常強的工作，這個過程需要對企業多方面信息進行分析。此項技術可用于對當前企業環境、生產規模以及結構分布進行虛擬，并由設計人員在虛擬中模擬各種設想，經由分析信息數據庫對各種設想利弊進行分析，同時對其可行性加以論證，這就包括環境影響、船型選擇、生態保護、現狀分析等工作。此項技術為船舶的建造前期論證提供了論證方式和技術手段。

2.2 在建造方案的設計評估中運用

船舶建造方案通過設計人員將各種想法不斷形象法和概念法，同時用相應生產手段加以表達出來，這個過程需要對前后進行參照，在設計方案時，要求方案的初步設計和深入設計必須具有交互性。對虛擬仿真技術所具備的交互性和真實性特征加以利用，可用于對三維空間進行虛擬，從而使設計人員可以對他們的設計思想進行更精確的表達。例如，由中國船舶工業集團研究所開發出來的虛擬仿真評估系統。通過對不同總組方案的比較，將船舶的建造設計思維在虛擬環境里展現出來，讓設計人員可直觀的對其進行評析，通過對方案生產環境、結構布局的協調性進行觀測并比較，可對設計思維進行修改完善。對虛擬三維空間加以利用，進而為生產方案在場地位置設計、動態調整、生產布局選擇、結構調整等方面提供依據，從而使后續生產過程可以更為合理。

2.3 在生產方案的比較中運用

此技術所創建的環境為三維虛擬環境，它可對構建環境進行全方位展示，并且通過虛擬現狀，讓建造方案可以更加真實。此技術可以讓建造方案在表現上突破原有平面、靜態的模式，讓建造人員的思想可以更形象和直觀的呈現在操作者面前，使規劃方案與操作者之間能有更強的交互性，從而對多人員多層次協調參與船舶的建造有利。

可通過許多途徑來實現方案設計需要達到的目標，而這當中必不可少的一環便是方案比較。虛擬仿真技術為方案比較提供了一個更為有效和方便的應用工具。在進行方案比較時，可在船舶建造的虛擬系統中對生產方案加以直接使用，讓設計方案可以在虛擬三維空間里得到體現。對試用不同的方案，并考察其對生產環境所形成的影響，對各生產要素不同的設想進行評價比較，并進行不同方案的實時切換，然后在同一建造序列和生產項目中感受不同的生產效果，從而對設計合理性加以判斷。與此同時，還可運用技術手段量化分析比較方案中的具體指標，從而使船舶生產方案能更加合理。例如，運用SPD-V3.2設計軟件虛擬布置機艙管路的結構方案。在評估方案的基礎上，對機艙管路設計合理性以及工藝合理性進行驗證，進而將設計中存在的缺陷找出，從而使生產現場返工率得以降低。

2.4 在建造過程中運用

在建造船舶時，對虛擬仿真評估技術加以利用，可以實現對船舶建造方案實施效果進行先期檢驗，也就是看其能否達到環境、生產的最佳綜合效益，并在實施中不斷選擇和修改，最終幫助決策者來決定后續的生產方案。比如，可通過虛擬仿真技術將某虛擬方案和船舶生產實際相結合，進而將建造方案實施狀況予以真實展現，從而使由于方案欠缺而造成的效益損失狀況得以減少。此外，此技術還能對溫度、噪音等不可見現象進行模擬，從而達到檢測影響船舶生產各因素的目的。

3 船舶虛擬仿真的評估應用實現現存問題

①虛擬仿真技術標準化應用。作為船舶建造領域極為重要的技術，虛擬仿真技術一定要與建造技術規范、規定等相符。但由當前情況可知，因為船舶建造標準化問題尚未解決，為保障虛擬軟件商的軟件獨立性，使得軟件系統之間存在較差的兼容性，要想使仿真成果的協調和共享得以實現，就必須對仿真技術應用標準化問題加以研究。通過對同一設計平臺的開發，使協同平臺集成效率得到提升，從而在更大范圍上實現信息的共享和設計的協同。

②改進建造設計技術。在傳統船舶的設計中絕大部分平面結構圖的表達方式為二維表達，最近幾年開始引進三維技術，從而形成了三維與二維相結合的建造技術模式。但在我國，由于虛擬仿真技術欠缺完善化和標準化的仿真軟件作為載體，假如能將生產技術改為規范化的三維表達和設計模式，將會對此技術在生產設計中的進一步應用有利。

③生產設計習慣與傳統觀念問題。因為此項技術尚且處在推廣使用期，現如今設計人員對此技術的認識尚且不足，并且傳統觀念并未隨著技術進步而有所改進。絕大部分船舶企業在此項技術上尚且停留在演示層次，并未認識到此項技術的深層效用。此外，由于傳統設計習慣對新方法的使用形成了一定制約作用，要想在短時間內改變此種設計習慣還有一定難度。對此技術進行及時的開發利用，對此技術的三維平臺設計平臺加以搭建，將對培養設計人員普及性有利。

④虛擬仿真技術有待完善。因為此項技術自身存在一定局限性，使得此技術在船舶設計某些場合中的應用尚且存在一定難度。比如，對建造方案在構思期的表達模糊性問題以及修改實時性問題，建立標準化的指標評價體系統、建立預測分析模型等問題上依舊存在一定的技術障礙。

⑤船舶行業中虛擬仿真技術應用效果不顯著。此項技術的開發需要投入大量資金和尖端設備。盡管此項技術在研究船舶生產作業形式和建造方案上屬于高科技手段，但由于開發此項軟件產品的價格確實相當昂貴，并且其系統兼容性也比較差，現如今，國內對此系統的應用還多半依賴于進口提供，因為目前我國的科研院無法對相關設備進行全面配置，在各高校也無法運用多系統來實現學員的全面培訓，導致此項技術在船舶行業中并不能取得很好的應用效果，這也是實現此項技術在船舶設計中應用的一個難點。

要想使上述問題得到解決，極為重要的一點便是全面應用此項技術，在軟件開發公司的作用下，開發具有普及型的仿真技術軟件是非常必要的，同時需要科研院和相關院校合作，對此項技術進行大規模的培訓。

4 結 語

因為在國內的船舶生產評估過程中應用虛擬仿真評估技術尚屬起步階段，并且在國外也并無標準應用模式可供借鑒，再加上國內造船現狀有別于國外，此外，由于船舶虛擬仿真的評估技術是伴隨船舶制造工藝以及技術的發展而發展起來的，所以，它的研究工作、虛擬維修、新工藝等許多方面還有待完善和改進。現如今，集成化仿真已經成為船舶制造的發展方向，此項技術的應用也已經成為船舶制造模式最為關鍵性的技術，并且已經變成船舶制造能力得到提升的手段之一，此外，在船舶企業中應用此項技術，將會為企業進一步的發展提供技術支撐。

參考文獻：

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