数字化设计与仿真技术精选(九篇)

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第1篇：数字化设计与仿真技术范文

关 键 词：榫卯结构 数字化仿真 有束腰凳

一、前言

传统榫卯工艺是传统文化中的瑰宝[1]，在现代家具设计中迫切需要对其进行深入学习与研究。但是由于榫卯工艺结构复杂，在教学中此类物理教具制作困难，不能进行批量的机械化生产。并且内部榫卯结构不能通过物理教具直接观察到，学习者不能直观的理解其结构，这造成学习榫卯结构的过程非常困难[2]。针对榫卯工艺在研究过程中存在的此类问题，本文提出引入数字化设计中的新方法、新技术，将数字化仿真设计与榫卯工艺相结合，以“有束腰方凳”为例，进行虚拟仿真设计。利用仿真技术对榫卯结构进行数字化模型的构建，并利用虚拟装配技术对其进行装配和构建。这样避免了物理教具的批量制造，降低教学成本，提升了教学效率，为榫卯结构的教学研究提供了一条新的思路，本文主要研究的是通过仿真模拟技术对传统榫卯工艺进行研究及其数据库的建立。

二、数字化仿真构建方法

1、数字化仿真技术含义

数字化仿真技术是以虚拟现实和仿真技术为基础，对产品的设计过程统一建模，在计算机上实现产品从设计、加工和装配、检验、整个生命周期的模拟和仿真。这样可以在产品的设计阶段就模拟出产品及其性能和制造过程，以此来优化产品的设计质量和制造过程。与传统的工业设计相比，数字化设计技术在设计方法、设计过程、设计质量和效率等各方面都发生了质的变化，数字化工业设计将主要包括数字化建模，数字化装配，数字化评价，数字化制造，以及数字化信息交换等几方面。

2、数字化仿真设计流程

在现实家具榫卯工艺研究的方法是：把已有的家具进行拆解，对拆解后的榫卯结构进行测量、记录与学习。而在Pro/E系统中，学习研究榫卯结构的方法是：首先通过对榫卯家具进行拆解，并对其结构进行精细测量；然后通过数字化设计技术，并采用数字化样机来代替原来的物理原型，在数字状态下进行仿真分析，对原设计进行装配重组。这样不需要实物原型，就可以让更多的设计人员在不同时间不同的地点在计算机上进行榫卯结构的学习和研究。

三、数字化仿真实例

首先是建模平台的选取，考虑到数据格式的通用性、三维模型建设的便捷性，以及数据管理方式的先进性，最终选用了软件Pro/E作为三维建模平台。对结构件和零件用软件Pro/E进行建模来更直观的展示传统结构，以此来系统阐述榫卯结构制图和模型制作的现代工艺流程。由于凳子是明清家具中最基本的单品，其结构也是桌、案、几等家具的本源。本文将具有榫卯结构的束腰凳进行拆解，并对拆解后的结构进行仿真模拟。

1、定义初步产品结构

在进行详细设计之前要对产品进行初步结构分析：首先采用自顶向下设计方法规划出束腰凳的整体造型结构关系，即产品结构包含了一系列的子装配件，以及它们所继承的设计意图。产品结构由各层次装配和元件清单组成，在定义设计意图时，有许多子装配是预先确定下来的：比如对本例束腰凳进行结构分析，可以看到本例凳子一共使用了攒边打槽装板、抱肩榫、格肩榫这三种榫卯装配结构。

2、数字化样机详细设计

在明确了设计意图并定义了“有束腰凳”产品基本结构和框架前提下，将围绕设计意图和基本框架展开零件和子装配的详细设计。首先是子装配件的确定，通过对基本框架的研究分析得出产品共分为三个子装配体：攒边打槽装板结构子装配体、抱肩榫结构子装配体、格肩榫子装配体。当子装配体确定下来，设计基准传递下去之后，可以进行单个的零件设计。

2.1凳面榫卯结构仿真

从拆解图二可以看出，凳面采用的是攒边打槽装板连接方式。我们将攒边打槽装板连接方式定义为子装配件，在子装配件下进行板心及边框的详细设计。趱边打槽装板的装配结构是首先将板心装纳在四根边框之中，然后将装板的边框装配起来[3]。这种装配结构的优点在于边框伸缩性不大，使得整个家具的结构不至由于面板的胀缩而受影响，起到了稳定坚实的作用。

趱边打槽装板装配结构定义完之后开始进行零部件的详细设计，由图四可以看出此装配零部件由凳面的带榫头的两根大边和两条带榫眼的抹头组成。这四根木框两根长而出榫的叫“大边”，两根短而凿眼的叫“抹头”。经过以上分析，在Pro/E环境中建立这四根带有榫卯结构的木框零部件。

2.2腿足的抱肩榫结构仿真

从图三可以看出，凳面与腿足及其束腰采用的是抱肩榫连接方式，将抱肩榫连接方式定义为子装配件，抱肩榫是束腰家具的腿足与束腰、牙条相结合时使用的榫卯结构。首先通过测绘获得各种数据为基础，在获得详细的数据基础上，通过三维仿真建模技术，对抱肩榫结构进行子装配件的建立。之后在子装配件下进行牙条与腿足的详细设计。通过对三维仿真模型的拆解可以看出来，抱肩榫子装配件的详细结构是在腿足上挖出肩，将牙条插挂在上面来固定四方的框架。同时挂销进一步定位横材和竖材，将面受到的压力均匀传递到四足上，腿足上端的长短榫通过抹头的插接固定了承重面。

2.3.脚档的格肩榫模型仿真

通过下图对束腰凳的拆解可以看出，数字化模型中脚档与腿足的连接方式为格肩榫，将格肩榫装配方式定义为子装配体，然后分析其详细零部件。本实例束腰凳的腿足是方形竖材，此家具用的是大格肩榫结构，肩部为尖角，格肩部分和长方形的阳榫贴实在一起的，为不带夹皮的格肩榫，又叫“实肩”。详细零部件构成为：格肩榫榫头在中间，两边为榫肩，格肩部分和长方形的阳榫贴实在一起的，为不带夹皮的格肩榫，又叫“实肩”。 齐头碰在形式上有透榫。

3、数字化样机虚拟装配

假如在榫卯结构的物理教具装配演示过程中，需要将装配的各个零部件拿到装配现场进行装配[4]。而在Pro/E虚拟系统中，只需要在计算机屏幕上装配零部件，查看和分析零件的配合情况，这样可减少对物理样机的依赖。

具体的虚拟装配的方法是：首先是装配建模体系结构的建立，根据有束腰凳装配给定的功能要求和设计约束，先确定产品的大致组成和形状，确定各组成零部件之间的装配关系和约束关系。然后再把束腰凳分解成若干个零部件，在总体装配关系的约束下，同步根据装配关系对这些零部件进行设计。

其次是装配体层次关系的定义，束腰凳的装配体分解成不同层次的子装配体，子装配体又可分解成若干子装配体和各个零件。通常将零件、子装配体、装配体之间的这种层次关系直观地表示成装配树，树的根节点是装配体，子节点是组成装配体的各个零件，中间节点则是子装配体。装配树的的关系体现了实际形成装配体的装配顺序，同时也表达了装配体、子装配体及零件之间的父、子从属关系。图6是有束腰凳的仿真装配结果。

四、 结语

传统榫卯结构是我国宝贵的传统工艺非物质文化遗产，同时明式家具榫卯结构工艺也是当今学习榫卯结构的难点，所以有必要对传统榫卯结构进行三维数字模型的仿真研究，使学习和掌握榫卯结构的过程更快捷。通过三维模型的仿真研究和实践，探索出一套学习榫卯工艺的学习方法，为当今家具设计提供有益的参考，同时也促进了明式家具的深入研究，有助于传统文化的广泛传播和发展。

本文为天津市高等学校人文社会科学研究一般项目资助 课题号：20112303

参考文献

[1] 胡中艳，曹阳.中国古代家具设计的继承与发展[J].包装工程，2009，30（1）158-160

[2] 杨静，余隋怀，杨刚俊.明式家具榫卯结构的参数化设计系统构建与应用[J].西北林业学院学报，2009，24（3）：163-166

第2篇：数字化设计与仿真技术范文

关键词：低压电器；数字化仿真设计；发展；应用

一、低压电器仿真与数字化设计技术进展

解决了从三维造型软件，如UG-Ⅱ和pro/E的三维建模与三维仿真，到如ADAMS和Ansys的接口问题，为低压电器的仿真与数字化设计技术在实践中的应用打通了前进的道路。该项技术的开始阶段，着眼于低压电器各个部件的仿真，依靠静态至动态特性仿真，寻求各个部件的优化设计，如以低压断路器的机构操作速度为提高目标的优化设计，磁脱扣器的保护特性仿真与优化设计，交流接触器磁系统的静、动特性仿真与优化设计等。但一个电器的基本性能不是仅由单个部件的优化设计所能决定的。对低压断路器来说，分断特性与各个部件的配合有关，与多种物理现象的综合有关；另外，与仿真条件是否完全按照国家和IEC标准的要求进行也有关，因为实际样机的型式试验和出厂试验都是严格按照标准进行的。为了满足上述要求，当前低压电器仿真与数字化设计技术正向以下几个方面进展：

（1）多场域、多物理现象综合的仿真技术

例如，在对低压器结构进行仿真设计的时候，如果不考虑计算连杆本身的应变、应力，而只针对连杆之间的相互配合，那么这种低压电器无论是从部分结构到整体功能都不能实现设计的最优化；另外，如万能式断路器短时耐受的仿真设计，它的仿真不是单领域、单独部分的，而是对瞬态电磁场、热场和电路瞬态包括材料相变等相结合的仿真设计。想要将这种仿真技术实现好，不仅需要利用当下的电磁场仿真软件，还需要将自开发设计的软件、代码和商品软件的特点综合起来进行整合利用。

（2）基于磁流体动力学（MHD）电弧数学模型

想要实现灭弧室的仿真，一定要对灭弧室的电弧的物理现象进行具体的分析掌握，才能使灭弧室的仿真设计达到最佳效果。当前，已经有数位研究人员对电弧数学模型进行分析，研究表明电弧的磁流体动力学模型能够准确具体的将灭弧室的分段过程的物理现象表现出来，从而加快了其应用发展。电弧数学模型可以将灭弧室内的温度、磁场、压力以及离子密度等在分段过程中的先向变化进行分析，可以得到以下结论：灭弧室的几何尺寸、结构、材料等都会影响到电弧电压和电弧电流过后的介质性强度的恢复。MHD的电弧数学模型发展还不完善，对于一些复杂的计算，难以同电路瞬态、电极表面、机构动态等物理现象结合起来，计算中涉及电流过大时，难以进行收敛。

（3）建立简化的工程用电弧数学模型

对低压器的分段过程进行仿真，分段特性作为低压开关电器的主要特性，若要实现低压器的优化仿真设计，就要保证低压电器在无论尺寸怎样缩小的同时，都能够将额定极限短路分断能力ICU和额定短路分断电流ICS提高。要想实现这样的优化目标，其关键不是磁脱扣器、机构和触头系统，重点是建立简化的工程用数学模型，在电弧模型MHD难以耦合的时候，进行应用。

（4）使仿真技术严格按国家标准要求进行

产品通过仿真和优化设计后是否满足技术要求，需要用国家标准来考核，因而仿真工作必须严格按国家标准要求来进行。如万能式断路器的短耐仿真，在规定的功率因数条件下，选择合闸相角使短路电流第一个半波峰值达到可能的最大值；又如接触器的热仿真，按国家标准要求，发热试验时接触器的主回路和线圈要同时通电，且主回路触头间的连接导线要按规定选择。

（5）建立更有效的工程计算方法

在对多场域的静态或者动态仿真进行计算时往往会耗费大量的时间。因此我们应该从实际应用的角度出发，找到一种简单省时且不影响计算准确度的计算方法这也是仿真技术发展的需要和前进的目标。例如，我们将三维有限元热场应用于电器热计算当中，另外，当前所被广泛应用的热路网络计算方法，不仅能够减轻计算难度和计算量，还能够确保计算的准确度。

（6）仿真与数字化设计技术和节能减排的关系

社会经济的飞速发展，人们的用电需求越来越大，而我国的主要电力供给都是以煤炭资源为主体，所以说，节能减排、加大利用可再生能源、发展智能电网已经成为当今电力工业发展的必然趋势和目标。在配电系统中，低压电器是其中最主要的元器件，所以在进行研究的时候始终将低压电器作为重点研发对象。为了节能减排的需要，要加大对小尺寸低压气的开发，保证其性能和可靠性，从而使配电系统能够正常运行。随着直流系统、光伏系统作为可再生能源的发展应用，因而要不断提高直流开断技术。

二、实例应用介绍

1、与多体动力学耦合求解

近些年，我国对接触器的动态性仿真技术已经有了一定的研究分析，接触器动态性仿真的主要功能就是减少在分闸时出头的弹跳，从而延长AC―3的使用寿命，对触头弹跳进行仿真，将电磁场、电路瞬态两者结合起来，同时与多体动力学进行耦合，之后运用ADAMS软件以对偶和计算的接口进行计算。

2、热路网络的应用及紧凑型断路器的设计

想要减少原料，避免资源浪费，那么就要加强对紧凑型开关电器的设计，从而避免工艺与资源的浪费。核心技术是降低温升和热计算，之前一般都是借助三维有限元热仿真技术，但是这种方法计算复杂且耗时过长，因此当前一般都发展并广泛应用热路网络的热分析，不仅计算简单还能够在工程中得以应用发展。

3、基于MHD电弧数学模型的中间和两侧出气

中间和两侧出气在直流分断过程中存在差异性，出气结构不同从而决定了电弧不同的动态过程，尤其是电弧弧柱运动到出气口附近。中间出气是比较传统的的方式，出气口的电弧前端为尖形，并主要集中在灭弧室中间区域，这是由于在出气口处流体受到明显压缩作用；两侧出气结构中，由于气流场的作用，在出气口处电弧呈现向两侧出气口分裂，有利于增大电弧与灭弧栅片和介质的接触面积，增加电弧在灭弧栅片“腹部”的运动。

4、 基于链式电弧模型，实现低压断路器的分断特性仿真

虽然低压电器一直在发现进步，各个零件特性的仿真性也越来越好，但是仍旧受到电弧数学模型的制约，特别是低压器在分断这一部分的仿真性还需要深入研究。虽然MHD在国内外都收到广泛的关注，但是MHD模型的最高断电仿真不能高于几千分，否则电弧不容易收敛，而且该模型不能和机构运动、触头拆开等阶段进行结合，因此，在实际的应用中，国内外都普遍选择比较简单的电弧数学模型，达到使低压电器达到整个过程的仿真。

三、结语：

综上所述，本文主要分析了低压电器数字化仿真设计的发展进程，并通过具体的实力应用做进一步的详细分析，从而进一步证明了数字化仿真技术的可信、可靠性，以及在低压电器上的应用推广，为今后低压电器数字化仿真设计的发展和应用提供一定的借鉴参考意义。

参考文献：

[1]陈德桂.虚拟样机成为开发新型低压电器的关键技术[J].低压电器，2002（6）：3-7.

[2]许文良，尹天文，周英姿，等，智能电器数字化创新设计关键技术研究与应用[J].低压电器，2012 （16）： 14-17.

第3篇：数字化设计与仿真技术范文

【关键词】单片机开发 仿真技术 Proteus仿真软件 应用

随着电能路径技术在单片机开发技术中的应用，仿真技术水平在我国的贸易、科技领域发展较为迅速。单片机仿真技术的开发原理是依托于集中解决机器和多类I/O暂停系统的技术原理，集合集中解决机器和多类I/O暂停系统的硅片，将仿真技术的数据存放在硅片上，进而建立一个系统化、全面化、层次化的仿真开发技术系统。作为集中电能路径的重要组成部分之一的单片机，SCM、SOC、MCU是控制单片机仿真技术电能路径的三个主要环节。其特点使耗电容量少、在集中解决机器和多类I/O暂停系统可以灵活延伸、制造工序简单易懂、使用效率比较高。

1 单片机仿真技术概述

随着我国计算机水平和通讯技术水平的日益成熟，单片机仿真技术成为现代教育领域的一门教学课程。作为单片机的智能化体系主要组成部分之一的微小解决机器，其不仅承担着控制和检测复刻电能路径的责任，还要在电能路径受到电容量压力过大时调节电阻力，扮演调节角色。因此，对单片机仿真技术研究的核心内容是合理控制电阻力对微小解决机器的影响、调节电能路径，避免出现电阻容量过大或者电能路径受阻的情况。据算计技术和数字技术理论的日趋成熟促使了单片机发掘技术的发展，也为仿真技术模拟体系提供了理论基础。专家们在对单片机发掘技术理论进行研究的过程中，要运用任意存放机器设备的协调技术，保证仿真技术模拟技术在模拟平面得以正常施展，调节电能路径。模拟仿真技术的应用不当可以减少单片机的成本，节约研发费用和时间成本，还可以减低生产单片机的设定风险。因此，模拟仿真技术不仅为单片机的大量生产提供了成长舞台，还促进了单片机仿真技术的不断发展。

2 Proteus仿真软件的引入

计算机水平和通讯技术水平的不断提升，促使各类模仿体系的产生。各类模仿体系的产生一方面为技术人员研发单片机仿真软件节约了大量的人力、物力、财力，另一方面促使单片机仿真技术的诞生。Proteus仿真软件作为单片机仿真模拟体系中的一员，是集虚拟电能路径、数据电能能路径为一体化的仿真软件，不仅可以有效地将电能路径于模拟体系得到结合，还可以在计算机仿真技术中对电能路径的结构、单片机数据编码、电能路径理论模型进行虚拟制定和演练操作，把模拟仿真技术理论图表成功实践到单片机Proteus仿真软件中，依托与单片机编码的调节作用，从而生成PCB检测体系。

目前，Proteus单片机仿真软件与课堂教学试验融为一体，不仅提升了课堂教学的质量，将仿真技术与计算机合成技术得到有效整合，还能够降低软件开发过程中的费用成本支出。我国的Proteus仿真软件开发技术主要是结合设备设定生产、现代计算机开发技术、数字化研发技术的相关理论基础，利用模拟模仿研发范围，使Proteus仿真软件再工程软件开发领域、商品研发领域、服装贸易研发领域得到广泛应用，促进我国工程、服装贸易行业的快速发展。另外，工程的兼容研发和商品的循环研发时间是有严格标准的，即不能够超过模拟模仿研发环节的期末时间，确保商品的初始状态在模拟模仿氛围中得以真实展现。比如安装Proteus仿真软件系统中的LabView和Soliworks软件在器材上，不仅可以保障机械运用元素在仿真技术三维空间中正常应用，避免出现三维度运作操作出现失误或者失灵的现象。

3 单片机开发中仿真技术的应用

3.1 性能要求

设定多向研发应用设备的前提是遵循单片机仿真技术原理，研发适合克服需求的单片机模仿机器。技术研究人员在开发多向研发应用装备的同时，要考虑特殊客户对单片机仿真机器的性能要求，实现小组共享多向研发应用器材的目的。研发小组共享机器设备不仅可以帮助提升单片机器材的使用效率，还可以避免单片机器材在研发过程中出现反复投资器材的现象，为形成和谐的研发模拟模仿提供良好的条件。

3.2 多路开发器整体结构

多向研发运用板是多路开发器设定的条件之一，不仅可以为单片机完成仿真技术提供原理，还可以帮助多路开发器在模拟模仿计算机体系中达到仿真技术标准。仿真多路开发器的原理可以看出，技术研究人员在开发仿真多路开发器时，在模拟模仿软件系统中设置多个开发用户的目的是为了提升仿真技术的使用效益。其中，多路控制器控制着多个开发用户、多路请求电路、多路状态指示，单片机开发板在仿真多路开发器中居于核心位置，其存在的作用就是实现单片机仿真技术目标的标准化。

3.3 多路开发器电路设计

仿真多路开发器研究原理可以得出结论，多路控制器控制者多类客户主体机器，多类客户主体机器在受到多路控制器的严格控制下，根据单片机开发板的相关规定进行远程操控，以“多对一”或者“一对一”的形式开展模仿应用任务。所谓“多对一”形式就是多类客户对应一个单机片开发板，“一对一”就是一个客户对应一个单片机开发板。多路开发器电路设计的主要元素是电磁继电器和74LSO4反相器，作为构建一类单片机远程控制电能的数字化通讯设备，从而共同完成“多对一”或者“一对一”的模仿应用任务。

4 结束语

随着计算机处理水平和通讯技术水平的不断提升，以及Proteus仿真软件的引入，仿真技术在单片机开发中的应用越来越广泛。仿真技术在多路开发器电路中运转还比较顺利，不仅完成了“多对一”或者“一对一”的模仿应用任务，还提升了电能器材的使用效率。

参考文献

第4篇：数字化设计与仿真技术范文

随着工业物联网、大数据和云计算等信息技术在制造业的蓬勃发展与广泛应用，各国纷纷推出了以智能制造为核心的制造业发展计划，如德国“工业4.0”战略、美国“再工业化”战略与“中国制造2025”等。尽管各个国家在制定相应战略政策时，由于各自工业基础和发展环境的不同，其战略侧重点有所区别，但在建立一个高度灵活的个性化和数字化的智能制造生产模式，支持面向物联网服务的虚拟数字和物理世界的无缝衔接，从而实现分布异构环境下企业制造资源与应用服务高度协同和交互上殊途同归。

西门子作为一家致力于服务全球工业发展的德国大型跨国公司，在“工业4.0”发展^程中始终处于领先地位，继在德国建成安贝格数字化工厂后，在中国的数字化工厂也落户成都。

3月2日，以“成就创新，引领卓越 （Realizing innovation）”为主题的2017 Siemens PLM Software（西门子旗下机构）大中华区用户大会在武汉举行，会议吸引了近4000名嘉宾到场，场面火爆。这也说明，在面临数字化转型的过程中，中国企业智造转型升级的需求也非常迫切。

数字化工厂打通贯穿全价值链的数字神经系统

究竟数字化的工厂是什么样子？在成都的数字化工厂，工人工作都是很悠闲的，主要由生产设备和电脑自主处理，从产品设计开始，所有设计数据、生产数据，以及生产线上的各种数据等都可以被用来作为产品质量控制的依据，并且所有产品的形状、材料、颜色等都可以按照消费者的需求实现定制化生产，形成个性化的订单。自建厂以来，将近2万名业内人员来参观访问过。会上，成都数字化工厂的技术人员通过演示生产一台咖啡机，形象地展示了数字化工厂的工作流程。

比如，设计一台咖啡机，以往需要数张图纸，如果在一处进行改动将牵一发而动全身。但现在，软件可以模拟整个产品的研发环节，从设计、组装到测试，在一台电脑上就能完成。通过西门子Siemens PLM Software的“数字化双胞胎”（Digital Twin）模型程序，客户能够身临其境地体验“产品数字化双胞胎”、“设备数字化双胞胎”和“生产工艺流程数字化双胞胎”。它们可以模拟真实环境的压力、温度等各种参数，可以让设计立即投入生产。之后，西门子研发平台会和生产系统对话，把数据分享给各个环节，并且生产线还可以根据市场需求自主、智能地生产多种高质量的产品。

推进“数字化双胞胎”模式

数字化双胞胎（Digital Twin）模型是西门子工业软件技术团队基于模型的数字化企业理念打造的，目的是实现制造业行业内设计制造方式的创新、加工制造效率和产品质量的提升。制造企业能够整合生产中的制造流程，实现从基础材料、产品设计、工艺规划、生产计划、制造执行到使用维护的全过程数字化。

“西门子希望在产品生命周期的每一个环节打造数字化生产线，以此支持‘数字化双胞胎’战略，为产品整个生命周期提供不间断的服务。‘数字化双胞胎’模式能够帮助企业更好地适应信息化的变革，缩短产品上市时间，提高销售业绩，帮助企业尝试新的商业模式。”Siemens PLM Software全球高级副总裁兼大中华区董事总经理梁乃明表示。

据梁乃明介绍，西门子是一家有能力提供包含智能制造关键技术的一体化解决方案的公司，从MDA机械设计自动化、EDA电子设计自动化到PLM产品生命周期管理、ALM应用生命周期管理、ESE嵌入式系统工程，从工厂/工艺仿真、自动化执行到工业大数据和物联网，西门子具备交付全线智能制造关键技术的能力。在工业软件应用领域，数字化制造会彻底改变设计、测试、仿真、规划、实施等整个生产环节，而且不仅是生产，从前端到后端的所有环节都将通过数字化串联在一起。

聚焦软件化，助力数字化转型

“2016年，Siemens PLM Software在全球取得了约33亿欧元的收入，数字服务的营收达到10亿欧元。在亚洲，无论是‘中国制造2025’、‘澳洲及东南亚智能城市’、‘日本创新25举措’、‘印度制造’、‘韩国制造创新3.0’，背后都有Siemens PLM Software的支持。”Siemens PLM Software高级副总裁兼亚太区董事总经理皮特・凯瑞尔（Pete Carrier）表示。

数字化正在改变世间万物。全球销售、营销和服务交付执行副总裁罗伯特・琼斯（Robert Jones）在会上指出，小变化只有付诸实施才会带来大变革。自2000年以来，世界500强中超过一半的企业消失了，原因就是没能适应数字化的变革浪潮。从电气化、自动化到数字化，西门子实践并引领了这一进程。如今，西门子正将其在自动化领域的领导地位和软件优势结合起来，助力中国制造转型升级、更新换代。

目前，Siemens PLM Software已经拥有“数字化企业”转型全面的技术方案。这些解决方案通过机器学习、增材制造、机器人制造等改变产品的生产过程；通过云技术、知识自动化、大数据分析来加速产品的演进。在企业数字化转型过程中，西门子从“构思、实现、利用”等方面，全方位帮助企业缩短创新周期，推动企业持续的业务变革。

“在中国，近5年来，Siemens PLM Software部门的员工已经超过了1000人。在关键技术、行业应用、引领方向、领先客户、创新生态上让Siemens PLM Software不断取得成功”。梁乃明表示。

在中国，Siemens PLM Software的产品已经应用到航空航天、能源与设备、汽车和交通运输、医疗设备、造船、工业机械和重型设备、电子和半导体、消费品和零售等行业。

向企业直观地展示数字化改变业务的进程，除了成都的数字化工厂，西门子还通过开放创新实验室等方式来展现。梁乃明表示：“西门子已在青岛、武汉、东莞建设西门子创新中心，在北京建立‘工业4.0创新实验室’，接待了近2000人次的来访。

收购不断，联合的力量巨大

近年来，西门子大手笔并购了多家软件企业，如2012年以6.8亿欧元收购比利时软件公司LMS International；2014年年底收购企业级MES软件市场的领导者Camstar；2016年年初收购美国模拟软件提供商CD-adapco；2016年8月收购英国3D打印工业组件开发商Materials Solutions；2016年11月收购美国自动化和工业软件供应商Mentor Graphics，这些产品和技术大多被整合进Siemens PLM Software，以组成更完整的解决方案。Siemens PLM Software通过数字化模拟软件、数据服务、产业分析等打造完整的产品组合，形成了较完整的“数字化企业解决方案”架构的工业软件体系。

Siemens PLM Software的数字化解决方案通过产品设计和生产系统的全数字化建模和仿真，跨越了产品设计与生产的全生命周期价值链，彰显了数字化带来的高生产力与效率。

近来，仿真领域市场发展快速，一些公司现在已经通过仿真技术进行生产创新，不仅节省了成本，而且带来了更好的收益。去年，对CD-adapco的收购金额高达9.7亿美元，显示了Siemens PLM Software对仿真领域市场的信心。

CD-adapco中国区总经理刘俊表示：“CD-adapco的定位是通过仿真来驱动创新，致力于帮助客户在最短的时间里发现更好的设计。”

说到仿真，就涉及到仿真的成熟度。仿真技术涉及很多层次，大多数公司对仿真的利用还处在初级和中级阶段，主要利用仿真做一些验证、排错，以及在产品开发之前预测产品的性能等，从而减少了时间和成本。CD-adapco通过重新定义创新仿真策略，着重在利用仿真进行自动化方面，然后在整个设计领域里帮助客户通过仿真寻求更好的设计。

引导客户往自动化和搜索两个层次演进是CD-adapco的目标。达到这两个层次需要什么条件呢？CD-adapco公司全球销售业务高级副总裁迪迪埃・阿尔布隆（Didier Halbronn）表示：“CD-adapco通过这20多年的努力，发现三个非常关键的因素：第一，要有领先的产品和技术；第二，要有灵活的Licensing模型来支持大规模的计算；第三，要有很好的支持体系。这三点是区别于其他公司的最显著的特点。”

为获取更多的价值，CD-adapco通过建模、测试、评估和探索创建了一个仿真的解决方案，主要通过两款旗舰产品来实现：第一款是STAR-CCM+多物理场平台，第二款产品是HEEDS多物理场设计探索平台。

第5篇：数字化设计与仿真技术范文

关键词：冲压模具；数字化技术；设计应用

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.12.009

0 前言

目前我国以航空制造业和汽车工业为主的机械类制造业发展迅速，促使我国冲压模具以年20%的速度持m增长。冲压模具本质上属于技术密集型产品，冲压生产中的冲压产品的智联、生产效率等与模具设计具有较大的关联，大力发展模具的数字化设计与制造技术的分析与研究，将数字化技术广泛应用在模具工业中，促使现代机械制造业得到快速发展。

1 冲压模具设计和制造中的数字化关键技术

在冲压模具的使用上，要将数字化技术应用在模具制造的全过程，实现自动化制造和精确化制造，促使冲压模具的高效开发。模具制造的数字化技术主要是将计算机技术应用在模具制造的过程中，实现每一制造环节的精确控制，从而满足冲压生产的要求。数字化关键技术具体包括以下几种：

（1）冲压成形CAE技术。冲压成形CAE技术本质上是利用计算机技术制造计算机软件，并将计算机通用软件应用在模具自动化质量控制过程中，促使该技术能够满足模具制造的精确度要求，也显著提高冲压模具的使用周期。如AutoForm/PAM-STAMP软件应用在模具制造过程中，通过计算机分析、模拟机械用材的流动、厚度的变化以及材料的破坏、起皱等，以此来对模具产品零件的成形、工艺设计进行准确的预见和建议，实现模具的形变。

（2）模块化的快速设计系统。对于冲压模具的制造与设计，要重视结果设计，能够将技术系统应用于模具制造上，提高模具设计的质量。如随着现代计算机技术的发展，冲压CAD/CAM的一体化技术应用在模具设计上，可以有效避免单一软件使用的弊端。

CAD通用软件主要是应用在交互绘图和造型层次的设计上，一般是以模具设计人员的设计经验为主来进行模具绘图和造型设计，这种软件设计方法不能够及时发现模具设计中的不足之处，一定情况下会延误模具设计周期，影响模具的设计质量。因此在数字化关键技术的使用上，可以将模具设计的技术结合起来，弥补单一技术应用中的不足之处。

2 冲压模具设计和制造中的数字化技术的优点

（1）数字化装配技术的优点。冲压模具的装配方法一般分为4种，包括互换装配法、分组装配法、修配装配法以及调整装配发等具体内容，在模具设计上，可以将这四种装配法按照先后顺序应用在设计环节中，有利于进行精加工，减少装配过程中模具标准件的损毁。

（2）计算机仿真技术的优点。在传统的冲压模具设计上，高度钢材在循环加载条件的作用下，会产生较强的包辛格效应，而计算机仿真技术的应用极大程度上改变了冲压设计现状，通过计算机仿真模拟将设计参数设计在固定范围内，进行冲压设计，提高了模具设计的精确度。

（3）数字化参数的程编优点。参数化程编应用在冲压模具的加工制造上，在数字化技术的作用下，逐渐从单纯的型面加工扩展到结构面加工，由中低速加工变化为高速加工，从小切深变为高进给，有效改善工件加工质量，减少加工打磨面；减少试模的工作量，提高模具制造的精度；刀具使用上以小型加工模具为主，注重细节制造，以此既满足模具的设计精确度要求，也有效降低使用费用。

3 冲压模具设计和制造中的数字化技术的应用

3.1 软件技术在模具产品设计同步工程中的应用

在模具产品的同步开发中，要想满足冲压模具的建设要求，就要将冲压工艺贯穿于冲压模具的同步开发过程中。在冲压模具的开发设计上，要求设计人员全员参与，从冲压模具的生产工艺、产品的冲压技术再到模具的具体开发，都要依据冲压成形的物理规律进行模具设计，借助计算机数字化技术真实的反映模具与板料的的关系，并将计算机软件应用在模具变形设计的全过程中。

在冲压模具的设计上，可以应用非线性理论、有限元方法以及各项计算机软硬件，以此来对产品零件的成行进行精确的预算，全面提高冲压模具的技术机控制质量与效率。

3.2 模块结构化的快速设计应用

在数字化技术使用上，要预先消化模具的任务要求（冲压要求），结合现场模具生产经验，应用模具结构库，进行模具的初设计；其次再要进行模面设计，这一阶段调用标准机械件库，组装成一套完整的模具。在参数化模块设计上，要实现典型结构模板化和重复工作智能化，以此来提高冲压模具的制造水平。

典型结构模块化，主要是基于模块化的思想，对冲压模具的典型结构进行分类总结，应用数字化技术进行模具设计参数的控制，生成智能化模板，以此在模具设计过程中完成建模；重复工作智能化应用上，主要是将模具设计过程的重复工作利用智能化模板和二次开发工具来实现缩短设计周期的目的，以此来实现冲压模具的智能化、自动控制化进程。

3.3 信息系统的应用

在冲压模具设计上，要将数字化技术应用在制造业的每一环节中，如可以将数字化技术应用在机械自动化管理、绘图设计、参数分析、模具制造以及模具检测中，在这一过程中应用信息化系统，可以实现产品信息的共享，并将模具制造信息以计算机信息化的形式固定下来，从而为冲压模具的制造设计提供借鉴意见，降低模具设计人员的工作量。

4 结语

随着信息技术以及科学技术的发展，我国的冲压模具已经由传统的机械模具形式转变为机械自动化体系，将先进的数字化技术应用在模具制造上，极大提高了我国冲压模具的发展速度，也提高了冲压模具的精确度和使用周期，推进了我国冲压模具的行业的发展进程。

参考文献：

[1]潘宇祥.探讨数字化技术在冲压模具设计与制造中的应用[J]. 工程技术：全文版，2016（07）：00258.

[2]肖乐.数字化技术在冲压模具设计与制造中的应用[J].工业c， 2016（06）：00201.

第6篇：数字化设计与仿真技术范文

关键词：数字化工厂；关键技术；制造数字化

数字化工厂是以制造产品和提供服务的企业为核心，由核心企业以及一切相关联的成员构成，使所有运营信息数字化的动态“组织”。通过数字化工厂信息系统有效地组织控制人流、物流、资金流和信息流，实现组织内部所有成员之间的高度协作和资源共享，为客户提供满意的产品和服务。而数字化工厂工作流管理系统作为数字化工厂信息系统的基础，是协调数字化工厂成员内部、成员相互间的各项活动的具体执行者。数字化工厂是指以产品全生命周期的相关数据为基础，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式。是现代数字制造技术与计算机仿真技术相结合的产物，同时具有其鲜明的特征。它的出现给基础制造业注入了新的活力，主要作为沟通产品设计和产品制造之间的桥梁。

一、数字化工厂概述

数字化工厂（DF）以产品全生命周期的相关数据为基础，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式。在设计部分，CAD和PDM系统的应用已相当普及；在生产部分，ERP等相关的信息系统也获得了相当的普及，但在解决“如何制造工艺设计”这一关键环节上，大部分国内企业还没有实现有效的计算机辅助治理机制，“数字化工厂”技术与系统作为新型的制造系统，紧承着虚拟样机（VP）和虚拟制造（VM）的数字化辅助工程，提供了一个制造工艺信息平台，能够对整个制造过程进行设计规划，模拟仿真和治理，并将制造信息及时地与相关部分、供应商共享，从而实现虚拟制造和并行工程，保障生产的顺利进行。“数字化工厂”规划系统通过同一的数据平台，通过具体的规划设计和验证预见所有的制造任务，在进步质量的同时减少设计时间，加速产品开发周期，消除浪费，减少为了完成某项任务所需的资源数目等，实现主机厂内部、生产线供给商、工装夹具供给商等的并行工程。数字化工厂（DF）是企业数字化辅助工程新的发展阶段，包括产品开发数字化、生产准备数字化、制造数字化、管理数字化、营销数字化。除了要对产品开发过程进行建模与仿真外，还要根据产品的变化对生产系统的重组和运行进行仿真，使生产系统在投入运行前就了解系统的使用性能，分析其可靠性、经济性、质量、工期等，为生产过程优化和网络制造提供支持。

二、数字化工厂的关键技术

通常研究的制造系统是非线性离散化系统，需要建立产品模型、资源模型制造设备、材料、能源、工夹具、生产人员和制造环境等、工艺模型工艺规则、制造路线等以及生产管理模型系统的限制和约束关系。数字化工厂是建立在模型基础上的优化仿真系统，所数字化建模技术是数字化工厂的基础。随着虚拟设计技术的发展，在计算机中进行产品零件的三维造型、装配分析和数控加模拟技术以及以上程分析技术不断发展和完善，这种技术进一步向制造过程领域发展。数字化建模的基础上，对制造系统进行运动学、动力学、加工能力等各方面进行动态仿真优化。随着三维造型技术发展，三维实体造型技术已得到普遍的应用。具有沉浸性的虚拟现实技术，使用户能身临其境地感受产品的设计过程和制造过程，使仿真的旁观者成为虚拟环境的组成部分。数字化工，软件模块之间以及和其他软件模块之间的信息交换和集成。虚拟环境的下具集、各种数据转换工具、设备控制程序的生成器、各种报表的输出工具等。

三、数字化工厂的解决方案

（一）产品研发的数字化和虚拟化

数字化工厂通过使用CAX等软件，建立产品的逻辑、几何、功能、性能和关联等模型，实现基于模型的产品定义与关联设计，在虚拟的数字世界中完成多学科优化、协同设计、优化分析、制造试验仿真及模拟产品的制造和运营过程（包括虚拟工厂、生产线布局、物流等）。同时，通过PLM与ERP/MES等集成，实现三维模型、数字化工艺指令等信息向生产现场的推送，并与质量、采购、物流等部门进行共享。各部门依据这些共享信息即可开展相应的零部件生产、原材料采购、产品验收和产品确认等工作。

（二）生产过程的精益化和标准化

数字化工厂是按照精益思想建设的，通过对生产过程进行优化整合，并制定相应的标准化操作规程，确保车间生产节奏更加紧凑和有序。它使用ERP统一管理和下达生产指令，使用MES和数据采集与监控系统实现对生产计划调度、物料追踪、数据采集、生产设备状态监控、工位操作、包装发货等生产运营全过程的管理，并将检测结果与PLM中设计模型进行快速对比，形成从虚拟产品设计到实际生产制造的闭环产品质量控制，实现从原料进厂到产品出厂的生产过程自动化、装备制造信息化和智能化、生产过程的高度透明化。

（三）车间生产的自动化和集成化

数字化工厂车间生产自动化是在统一通信、统一编程以及统一IT架构的基础上，通过高运行可靠性和可用性的数据链路（物联网及工业网等），把生产制造过程中众多独立的产品、工具与关联的服务进行集成，支持自动化控制、制造执行和企业资源管理等系统的完美整合。并将网络与通信、传感器与感知、自动检测、人机交互与专家系统等智能化技术加入车间制造单元与生产线中，实现系统自优化、自重构、自诊断，形成高度的柔性生产方式，达到信息技术和制造技术深度融合的目的，使得高度智能的快速生产成为可能。

四、结束语

绿色和人文是数字化工厂的重要特征，所以数字化工厂的建设不仅要求体现数字化、自动化和智能化元素，还要符合绿色人文的需求。它一方面用自动化设备来减轻人员的体力消耗和精神压力，以及用持续的职业发展规划来延长员工的工作寿命和工作质量。

参考文献：

第7篇：数字化设计与仿真技术范文

引入数字化舞台技术后，未来的戏剧舞台将呈现出多元化的发展趋势。

自2009年以来，以《阿凡达》为代表的国际三维数字影视，逐渐打入了中国市场。随着《爱丽丝漫游奇境》、《功夫熊猫》、《变形金刚3》等电影在国内的大热卖座，传统的文化产业人似乎也觉察到了，文化产品与科技融合已经逐渐成为国际主流趋势。

有备而来的国际数字化技术资本，在给观众带来意想不到的酣畅视听体验的同时，也给我国的文化创意领域带来了严峻的历史挑战。数百亿的国内文化产业市场也因此面临着被国外科技资本瓜分的危险。

在这样的情况下，中国的传统文化产业，有必要从智能创意、虚拟世界、高效实施交互等技术体系入手，整合提升自身的发展能力，这已被证明是文化产业可持续发展的必然之路。

中央歌剧院正在进行这样的尝试。今年5月，他们与北京理工大学成立了“数字化舞合实验室”，共同展开推进舞美艺术科技工作，并承担了文化部科技创新项目“数字化舞台技术研究”。

在传统的戏剧舞台上，中国一直存在着舞台布景创意、制作、表演艺术与高新技术结合不够的问题。舞台不够绚丽多彩，也妨碍着戏剧艺术的表现力。而与国外百老汇等歌剧院相比，我国多数的戏剧舞台上，传统的布景制作工艺笨重，运输装卸拆装耗工耗时、浪费资源、破坏环境、成本高企、效果不佳，严重制约了戏剧艺术的普及与推广，更谈不上发展。

如今，电视、电影、PC、手机，连电冰箱、洗衣机都已智能化，人们的生活已发生质的变化，反映精神生活的戏剧舞台，理应追随新技术的发展，采用更加智能化的手段将声、光、电、形、影、音、高端科技融入一体，将数字化科技成果转化为现实互动模式，将动漫、网络游戏虚拟的舞台场景与传统舞台实景结合。

中央歌剧院是目前亚洲最大的艺术院团，拥有丰富的艺术实践经验，和众多的保留剧目，还拥有庞大的编导、创意、优秀演职员在内的艺术家群体。然而，这些优势只是囿于传统的传承，仍然迫切需要更新颖、更大胆和具前瞻性的科技力量帮助。

在这点上，中央歌剧院与北京理工大学达成了共识，在未来将整合双方的优势，在舞台表演上引入数字化高科技。这在过去并非没有先例，北京理工大学拥有国家唯一的数字表演与仿真技术实验室，重点研究立体影像呈现技术在戏剧舞台上的应用。这些技术的探索与应用，已经为国内当今的舞台提供了新的极佳的艺术效果。

“奥运会开闭幕式”上的全景式智能仿真系统、国庆60周年游行的仿真设计和国庆60周年天安门广场联欢晚会数字仿真都出自他们的手笔。2011年，中央电视台春节晚会全景的数字仿真工作，也是由北京理工大学的实验室提供技术支援。

现在，中央歌剧院和北京理工大学合作，将数字化高科技在戏剧舞台上的应用拓展到了更大的范畴。包括歌剧、话剧、戏曲等艺术形式与现代数字表演技术相融合，利用虚拟现实等技术，针对文艺表演生产流程的创意、编排、演出、推广、评估等环节，实现数字化的创意，从而提升文化产业社会服务能力与文化创意产业国际竞争力。

第8篇：数字化设计与仿真技术范文

关键词：计算机实用技术；油田生产；虚拟环境；仿真系统

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9599　（2012）　18-0000-02

1 简析计算机虚拟现实技术

近几年来，计算机技术取得了不断的突破与发展，基于计算机实用技术也逐渐发展起来，为油田的生产与建设提供了又一项技术支持和保障。虚拟现实技术又被称为灵境技术，以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。其最重要的两个特征是系统的软硬件环境交互性及沉浸感。它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、多传感器技术等，来模拟人的视觉、听觉等感官系统，使人沉浸在计算机生成的虚拟环境里，通过语言、肢体语等方式进行实时交互，来创造一种适人化的多维信息空间。

虚拟现实技术利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨率显示技术等技术手段的结合生成了三维逼真的虚拟环境，用户需要通过特殊的交互设备就可以进入虚拟环境中。虚拟现实技术能够生成虚拟境界的图形工作站。近年来，虚拟现实技术已普遍应用于工业、建筑领域、教育培训。文化娱乐、能源生产等方面。根据目前虚拟现实的倾向特征，可将虚拟现实系统划分桌面级的虚拟现实、增强现实性的虚拟现实、投入的虚拟现实和网络分布式虚拟现实。虚拟现实技术的主要特征有：多感知性、浸没感、构想性。构成虚拟现实技术的关键技术有环境建模技术、立体声合成和立体显示技术、触觉反馈技术、交互技术和系统集成技术等。而一个完整的虚拟现实系统不仅包括虚拟环境，也包括以高性能计算机为核心的虚拟环境处理器、以头盔显示器为核心的视觉系统、以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统、以方位跟踪器、数据手套和数据衣为主体的身体方位姿态跟踪设备和以味觉、嗅觉、触觉与力觉反馈系统等设备技术组成。

2 简析计算机实用技术的油田生产仿真系统的设计

计算机的仿真技术和仿真系统的内涵比较广，其应用的范围还有待扩大。而计算机实用技术的重要组成部分虚拟现实技术在工业、商业、科技开发、军事、教育、医疗等各个领域。接下来就以计算机虚拟现实技术在油田生产仿真系统设计中的应用为例，做以简要的分析，旨在了解计算机虚拟技术的相关知识和油田生产仿真系统的设计方案与原理，了解科技在实际生产中的作用与价值，掌握相关的科技服务于生产与建设，创造更多的社会财富，解决生产中能源供需矛盾，提高作业人员的实际操作水平和相关的素质与技能，保证生产的安全、顺利进行。

虚拟现实技术应用在油田生产中，对安全操作等培训工作起到了一定的作用。而设计并开发基于桌面系统的油田安全操作的仿真系统，有助于提高油田的生产效率和管理水平。虚拟现实技术通过建立逼真的虚拟环境，利用各种高档工作站、高性能图形加速卡和交互设备，通过声音、力与触觉等方式，并且有效地屏蔽周围现实环境，使参与者完全投入到虚拟世界中，用以提高作业人员的相关职业技能和实际的操作水平，积累相关的现场实践经验。

同时将基于虚拟现实技术上的仿真技术，在油田注水生产中也有较大的作用与价值，随着油田生产进入中、高含水期，注水量逐渐的增加，注水的能耗尤其是电能的消耗越来越严重，使得油田注水系统的运行及其复杂，井下压裂测试、钻关井、洗井问题及其注水装置设备的维护、管网的改造等问题仅依靠作业人员的传统经验是无法有效解决的，但若在油田注水生产过程使用仿真系统ISPPS的设计，以系统基本水力元件数学模型为基础，应用节点方程模型建立系统仿真模型，对现有的注水系统的运行状态及情况进行定性分析。通过利用仿真设计对现实系统的某层次的抽象属性进行系统设计与模仿，利用相关系统设计的模型进行试验与分析，得到可靠、准确的信息。油田生产借助计算机仿真技术系统设计模型、三维数字化系统及虚拟现实技术来构建能源安全作业虚拟仿真训练系统，为多人在线交互式训练提供了条件，通过封闭式的演示、指导操作、开放式自由操作等培训模式，有利于开发能源安全作业虚拟仿真训练系统，有效解决能源安全作业培训成本、安全和效率问题。在三维仿真信息化系统内可对设备管理、管线管理、安全应急等演练，构建作业区三维环境。

3 简析计算机仿真技术的现状和未来发展的方向

计算机仿真技术的发展与科技力量的推动作用是密不可分的。自上世纪70年代初开始，数字模拟混合计算机仿真得以发展，70年代末，普及和推广了各种类型的专用和通用计算机仿真技术，90年代对交互式仿真和虚拟仿真进行研究，并取得了一定的科研成效。之后，随着科技和系统过程的发展，计算机仿真技术已日趋成熟，扩展到生产与建设的各个领域，为经济的发展和社会生产建设提供了技术保证和科技支持。未来的计算机应用技术的油田生产仿真系统的设计还有很大的发展空间与发展潜力，明确其发展方向，有助于进行相关的科研和发挥在实际中的应用价值。随着计算机应用技术与网络技术的发展，未来的仿真技术将向仿真技术网络化与虚拟制造的方向发展，其发展潜力有待进一步开发与完善。

参考文献：

第9篇：数字化设计与仿真技术范文

【关键词】三维虚拟仿真；高等职业教育；实验实训

The Researching in The Three-dimensional Virtual Simulation Technology Applied in Higher Vocational Education Teaching

ABSTRACT：This paper expounds the three-dimensional virtual simulation technology application in each industry，analysis of the virtual simulation technology in higher vocational teaching in urgent need and application prospect，the three-dimensional virtual simulation technology application in higher vocational teaching existing problems，put forward recommendations.

KEY WORDS：Three-dimensional virtual simulation；Higher vocational teaching；Experiment and Practice

1.前言

三维虚拟仿真技术在国外一些发达国家得到非常重视，在教育、科学研究、工业、交通、军事、航空等领域得到大量的开发和应用。韩国三星公司早已采用仿真虚拟技术在其网站上进行新产品展示；英国陆虎汽车也采用了人性化的仿真虚拟技术向客户提供模拟车型体验；雪佛兰乐驰品牌的官方网站上提供了该车型生动有趣的360?虚拟体验窗口；美国先灵葆雅公司出品的抗过敏药开瑞坦在广告中将三维虚拟技术应用于广告人物形象。

在我国，三维虚拟仿真技术也正在蓬勃发展。在这领域做出杰出贡献的单位代表有中视典数字科技有限公司和上海景格汽车科技有限公司。中视典数字科技有限公司于2002年注册于深圳高新技术园区，先后研发的产品有：虚拟现实编辑器、三维网络平台、工业仿真平台等。这些虚拟仿真软件能够满足不同领域不同层次对虚拟现实的需求。上海景格汽车科技有限公司，是近几年新崛起的一家专业从事多媒体仿真系统、教学软件开发等业务的高科技企业。该公司自主研发的数字化汽车实训中心具有强大的三维仿真虚拟功能。

综上所述，三维虚拟仿真技术已广泛应用于教育教学培训及实验实训、军事训练及军事仿真演习、商业产品介绍及广告宣传等各行业。然而，三维虚拟仿真技术应用于教育教学的情况尚处于自发的状态，尚未形成完善的、良性循环的、自觉开发和应用的体制，尤其在高等职业教育方面的应用，更是存在着许多问题。

因此，开展三维虚拟仿真技术应用于高职教学的研究，便显得迫在眉睫以及具有深远的意义。

2.高职教育的现状突出显示了实验实训设备不足的问题

高等职业教育的现状突出显示了实验实训设备不足的问题。这问题从以下两方面进行阐述。

（1）高等职业教育的办学定位，决定了在人才培养过程中，需要大量的与社会生产实际相符的实训实验设备。

高等职业教育是国民教育体系中高等教育的一种类型和层次，是和高等本科教育不同类型不同层次的高等教育。高等职业教育的人才培养目标是培养生产、经营、管理与服务一线的高等技术应用型人才，培养模式为“以能力为中心”，强调职业性和适应性。这种办学定位具有以下几个特征：以培养适应生产、建设、管理、服务第一线需要的高等技术应用型人才为根本任务；以社会需求为目标、技术应用能力的培养为主线设计教学体系和培养方案；以“应用”为主旨构建课程和教学内容体系，基础理论教学以应用为目的，以“必需、够用”为度；专业课加强针对性和实用性；实践教学的主要目的是培养学生的技术应用能力，在教学计划中占有较大比例。

高等职业教育的办学定位决定了在人才培养过程中，需要大量的与社会生产实际相符的实训实验设备。

（2）高等职业教育办学规模及在校学生总数的大幅扩大，迫切需要与之配套的大量实训实验设备。

1995年深圳职业技术学院的创办，标志着中国高等职业教育的起步。十多年，我国高等职业教育实现了跨越式的发展。如今高职教育已迅猛发展成为中国高等教育的“半壁江山”。近这两三年，我国高等职业院校在数量上已基本稳定，在办学规模方面，许多院校正在加快扩大发展，然而办学规模及在校学生总数的大幅扩大，给办学条件带来很大的压力。尤其突出的是实验实训设备的不足与在校学生快速增长的矛盾。

3.三维虚拟仿真技术应用于高职教学的分析

高等职业教育的办学定位及发展现状，迫切需要与之配套的大量实训实验设备，然而，这些设备大多数都是比较昂贵，高等职业院校的办学经费相当有限，能在这方面的投入更是不足。如何更好地解决实验实训设备不足的问题，成为当今高等职业教育最关心的问题之一。

三维虚拟仿真技术是一种采用以计算机技术为核心的现代高科技手段生成逼真的视、听、可操控性一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备（鼠标、方向盘等外部配件）以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生亲临真实环境的感受和体验。

三维虚拟仿真技术应用于高职教学的方案是应用三维虚拟仿真技术开发出实验实训设备的仿真系统，将该仿真系统安装在许多计算机上，让学生在计算机上进行仿真操作实训，待熟练后再安排少量时间到真实设备上进行实训。该教学解决方案主要优势表现为：

1）仿真系统运行操作平台是计算机，不受场地限制。

2）仿真系统表现效果更为优美、逼真，具有很强的交互性，走进三维虚拟仿真中的虚拟环境，恰如身临其境。

3）大多数真实的实训设备比个人计算机昂贵。该教学解决方案可以做到每个学生使用一台计算机进行独立操作实训，对于给每一个学生购买一台真实的实训设备，将大幅减少经费的投入。

4）该教学解决方案，可做到每个学生使用一台计算机进行独立操作实训，教师可进行联网教学，提高了教学效率。

5）该教学解决方案，相对于学生一开始就直接到真实的设备上进行实训，大幅降低了危险性以及设备损耗率。

三维虚拟仿真技术应用于高等职业教育，就教学效率、技术先进性、资源利用、经济投入、节能环保方面，顺应国家关于职业教育的发展方向及职业教学理念，在整个教学过程贯穿了数字化教学方法，使学校教学资源充分利用。三维虚拟仿真技术应用于高等职业教育，有诸多优势表现，可以大幅减少真实的实验实训设备的投入，能够很好地解决高职教育中实验实训设备不足的问题。

4.三维虚拟仿真技术应用于高职教学的成功案例

笔者工作所在单位广西电力职业技术学院，我校的丰田花冠A245E自动变速器实训设备只有5台，随着我校汽车类专业的发展扩大，花冠A245E自动变速器实训设备远远满足不了教学及实训的需要。教师通过科研立项研发了丰田花冠A245E自动变速器的三维虚拟仿真模型，以软件的形式展现，安装在计算机上。有了该项目的仿真模型，改变了原来整个班学生围观在少数设备旁听教师讲解原理及检修过程的教学模式，形成了一人一台计算机，教师可进行广播教学的新模式，提高了教学质量；同时，实训教学时可以让学生先在计算机上像玩电脑游戏似的进行仿真操作，待操作熟练时再到实物上进行，这样可大幅降低设备的损耗率，提高了学生进行实训操作的兴趣，而且可以很大程度上解决了汽车类专业的快速发展与实训设备不足的矛盾。

5.三维虚拟仿真技术应用于高职教育存在的问题及解决办法

三维虚拟仿真技术应用于高等职业教育，有诸多优势表现，然而，三维虚拟仿真技术应用于高等职业教育教学的情况尚处于自发的状态，存在着许多问题。

（1）就单独一所高等职业院校而言，可供应用于教学的三维虚拟仿真软件非常稀少，因此，三维虚拟仿真技术应用于高职教学虽好，但无法在许多课程中普及。

（2）高等职业院校内部，尚未形成能够调动教师队伍积极参与开发和应用三维虚拟仿真技术的体制。

针对三维虚拟仿真技术应用于高等职业教育存在的上述问题，提出拟解决问题的几点建议：

（1）相关教育主管部门建立一个全国性的三维虚拟仿真软件共享平台，同时建立相应的管理制度，让每个高校都积极地贡献出自己学校开发出的三维虚拟仿真软件到该共享平台，同时，每个高校可根据自己的贡献大小或通过付费的方式获得一定的分享权限，即相当于参考“中国知网（http：///）”的运营模式来组织一个三维虚拟仿真软件共享平台，这样我们就有了一个永不枯竭的三维虚拟仿真软件库。

（2）对于高校内部，学校可制定一系列的规章制度及奖励制度，促进教师队伍开发和应用三维虚拟仿真技术软件，如鼓励教师进行三维虚拟仿真软件开发方面的科研立项以及给予相应的经费支持；将三维虚拟仿真软件开发和应用作为职称评聘的条件之一。从而，学校内部在三维虚拟仿真技术方面形成了良性循环的、自觉开发和应用的体制。

6.结论

三维虚拟仿真技术应用于高等职业教育，有诸多优势表现，可以大幅减少真实的实验实训设备的投入，能够很好地解决高职教育中实验实训设备不足的问题。然而，三维虚拟仿真技术应用于高职教育教学的情况尚处于自发的状态，尚未形成完善的、良性循环的、自觉开发和应用的体制。因此，呼吁相关教育主管部门建立一个全国性的三维虚拟仿真软件共享平台，形成“众人拾柴火焰高”的领域；同时，对于高校内部，学校可制定一系列的规章制度及奖励制度，促进教师队伍开发和应用三维虚拟仿真技术软件。从而，全社会在三维虚拟仿真技术开发和应用方面，形成“百花齐放”人人共享的良性循环的局面。

参考文献

[1]梁俊斌，蒋婵.利用虚拟实验培养独立学院学生创新思维的研究[J].广西教育，2011年12期.

[2]周立元，石明忱，武立伟.利用VR技术开发三维虚拟实训项目的研究[J].职教研究，2009年02期.

科研项目：丰田花冠A245E自动变速器三维仿真模型的研发。

作者简介：

郑军龙（1978—），男，壮族，广西南宁人，硕士，讲师，主要从事汽车运用领域的科研和教学工作。

罗黎（1981—），男，广西罗城人，工程硕士，讲师，广西电力职业技术学院电子与信息工程系教师，主要研究方向：汽车电子控制系统。