数字化虚拟仿真技术精选(九篇)

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第1篇：数字化虚拟仿真技术范文

关键词：数字化仿真；卓越计划；机械原理；创新能力

作者简介：李杰（1979-），男，河北石家庄人，石家庄铁道大学机械工程学院，讲师；范晓珂（1972-），女，河北石家庄人，石家庄铁道大学机械工程学院，副教授。（河北 石家庄 050043）

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）05-0083-02

“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）是高等院校贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》的一项重大改革项目，其目的在于培养造就一大批具有较强创新能力、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家工业的转型升级、建设创新型国家和人才强国战略服务。该项目的实施将促进高等教育面向社会需求培养人才，对全面提高工程教育人才培养质量具有十分重要的示范和引导作用。[1]2011年，石家庄铁道大学被教育部批准成为第二批133所“卓越工程师教育培养计划”培养高校之一。“机械原理”课程作为机械工程类的专业基础课程，是石家庄铁道大学（以下简称“我校”）机械设计制造及其自动化专业、车辆工程专业、“茅以升”试验班和“卓越”班的必修课程，占有重要的地位。由于学生人数的增加和新课程的开设，“机械原理”计划学时不断被压缩，而教学内容却不断补充，传统的教学模式很难满足“卓越计划”的要求，很难培养具有创新意识、创新能力的高素质人才。[2]因此，利用数字化仿真技术改善“机械原理”以往传统的教学与实验存在的问题，提高学生的创新能力，培养学生成为具有工程思维的实用型与创新型人才，适应“卓越计划”的发展具有重要的意义。

一、课程教学内容与安排

“机械原理”的课程内容主要有：机械的结构分析、机构的运动和力分析、机械的效率、自锁与平衡、各种常用机构的设计和机械系统的方案设计等内容，共64学时，讲授54课时，实验8学时，“机械原理”课程设计1周。讲授的内容中，主要重点介绍机械的结构分析、机构的运动和力分析、机械的效率、自锁与平衡、常用机构的特点及其设计，其中包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系和其他的常用机构等；[3]机械系统的方案设计内容结合课程设计时完成；实验安排主要针对一些机构的验证、设计与综合，旨在提高学生的动手能力和对机构进行创新设计的能力。但是，由于课时限制，该课程所设置的实验只能完成4个，很难满足“卓越计划”的要求，不利于培养学生的实践能力和创新能力。

二、教学方式的改革

数字化仿真技术是近几年发展起来的一种先进的机械设计方法，它是指将计算机仿真技术应用于产品设计领域，利用计算机分析软件通过建模可对该机构进行运动模拟，对机构及整机进行运动仿真。数字化仿真技术在“机械原理”教学中的应用，不仅可以使得学生对机械原理中的各种机构有感性的认识，而且通过对各种机构的仿真模拟可以使得学生对各种机构的运动与动力特性有直观的了解，有利于培养学生的创新能力。[4]笔者将数字化仿真技术引入到“机械原理”教学中，下面以连杆机构为例，介绍在连杆机构教学中应用数字化仿真技术的一些体会。

1.理论教学的改革

在连杆机构的教学中，连杆机构的基本形式为铰链四杆机构，其三种基本形式分别为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构，当一个铰链四杆机构为曲柄摇杆机构时，通过机构的倒置则可以得到双曲柄机构和双摇杆机构。

在教学过程中，利用数字化仿真软件建立曲柄摇杆机构的数字化模型，按照要求对各相关参数进行设置，其中包括：各杆长度、质量、电机转速、力矩大小等。如图1所示，在四杆机构中各杆分别以转动副相连，分别为A、B、C、D；各杆杆长分别为280mm、520mm、500mm、720mm，然后对杆4固定，杆1为曲柄，在转动副A上加力矩，其数字化模型如图1所示。通过运动仿真对曲柄摇杆机构进行相应的运动分析。[5]曲柄摇杆机构的运动分析如图2所示。

在教学过程中，图1能够清晰演示四杆机构的运动画面，其中曲柄以等角速度转动，摇杆则在一定角度范围内摆动。从图2的角速度图中可以看出曲柄转速为30°/S，而摇杆的摆角为0°～30°。

在曲柄摇杆机构中其他参数保持不变的前提下，只改变曲柄摇杆机构的机架，取原来的杆件1为机架，杆件2为曲柄，对机构进行运动仿真，可以看出，通过改变机架后，原来的曲柄摇杆机构变为了双曲柄机构。双曲柄机构的运动分析如图3所示。

在教学过程中，利用数字化仿真技术学生能够直观看出此时两个曲柄都在做整周的回转运动。从图3中的角速度图中可以看出主动曲柄转速为30°/S，而从动曲柄的转速为不等速连续回转，范围在15°/S～65°/S之间。

最后，在曲柄摇杆机构中，取原来的摇杆3为机架，杆4为曲柄，在其他参数保持不变的前提下对机构进行运动仿真，可以看出，通过改变机架后，原来的曲柄摇杆机构变为了双摇杆机构。双曲柄机构的运动分析如图4所示。

图4的动画演示中能够看出，两个摇杆都不能在整周范围内转动，都在一定范围内做往复摆动，从图4中的角速度图中可以看出主动曲柄摇杆转速为30°/S，而从动摇杆的转速为不等速摆动，范围在0°/S～35°/S之间。

在课堂教学过程中，通过四杆机构的数字化仿真能够使学生在较短的时间内对机构的倒置有清晰的认识，同时提高了学生对计算机应用的兴趣和创新能力。

2.实验教学的改革

由于课时的限制，“机械原理”课程实验共有四次，具体安排如表1所示。

由表1看出：“卓越”班的实验教学比较少，不能够满足学生创新能力和实践能力培养的需求。在实验教学过程中，可以利用数字化仿真技术进行有效的弥补，同时也可以对以上实验进行虚拟验证。在实验2机构运动方案创新设计实验教学过程中，可以先让学生根据实验台搭建不同的机构，分析机构的运动过程，并绘制机构的运动简图，课下让学生通过计算机根据所绘制的机构运动简图建立所搭建的机构模型，进行数字化仿真模拟，直观形象地模拟实际搭建机构的运动过程。而对于实验3机构运动参数测量与分析实验，事先让学生在计算机上对机构进行数字化仿真，测量出机构的位移、速度和加速度曲线，然后再与实验测量的曲线进行相应的比较。对于实验中没有的内容，也可以通过对机构的数字化仿真来培养学生的计算机应用能力和机械创新设计的能力。

三、教学效果

通过数字化仿真技术在“机械原理”课程中的应用，在理论教学过程中对所讲授知识可以实时地进行虚拟仿真，有效改变传统理论教学加实验教学的方法，节省课时。在实验教学中，通过数字化仿真技术和实验相结合大大提高了学生对实验的兴趣，提高了学生的计算机应用能力，同时也培养了学生的机械创新设计意识。

四、结束语

通过教学实践表明，将数字化仿真技术引入到“机械原理”教学中具有较大的新颖性，促进了学生对“机械原理”课程基本理论的理解，实现了教学方法的创新。

新的教学方法能够调动学生学习的积极性，在教学过程中学生能够变被动接受为主动思考，通过对不同的方案进行实时仿真，能够激发学生的创新意识，提高分析问题、解决问题的能力。

数字化仿真技术在本门课程中的应用锻炼了学生将理论知识与实际应用相结合的能力，同时也提高了学生的创新能力。这种教学模式的探索为其他工程类专业基础课程适应“卓越工程师培养计划”的教学改革提供了借鉴经验。

参考文献：

[1]毛娅.适应“卓越工程师培养计划”的机械原理双语教学探索与实践[J].探索与践，2006，4（13）：191-192.

[2]卢梅，李威，邱丽芳.虚拟仿真实验技术在机械原理实验教学中的应用研究[J].仪器仪表用户，2006，4（13）：25-26.

[3]孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

第2篇：数字化虚拟仿真技术范文

数字医学研究现状

近年来，数字化技术的快速发展使得人类社会进入了数字化时代，同时也引起了许多学科领域的数字化变革，生命科学也不例外。通过与数字化技术的交叉融合，不仅大大加快了生命科学自身的发展，同时也产生了一些新兴的前沿交叉研究领域，数字医学就是其中的典型代表[13]。数字医学技术的发展首先是由数字化虚拟人体三维重建开始的[14-18]。数字化虚拟人体三维重建是指运用计算机图像处理技术和三维重建技术，对医学二维图像进行处理，建立人体组织结构的计算机三维虚拟模型。通过数字化虚拟人体建模技术，可将人体解剖组织结构数字化，可以在计算机上进行三维渲染、旋转、缩放等操作，也可以实现虚拟手术规划、假体设计、场景仿真等功能。进一步也可将人体功能性信息赋加到数字化三维模型上，结合运动捕捉系统及虚拟现实系统，可以仿真真实模拟人体的各种运动。通过力反馈装置，可以提供视、听、触等高沉浸感操作，这就形成了数字化虚拟现实增强的模拟人。目前国外已经出现了个性化虚拟器官模型[19]，通过改变模型的参数可以得到不同的病理分析结果。此外，欧盟启动的IUPS/EMBS生理人体计划目标是建立一个能够在计算机上模拟人体各种生理过程的虚拟人体模型，目前该项目在人体的生理系统建模方面已经进行了许多颇有成效的研究[20]。近些年来，随着分子生物学、细胞生物学、医学影像技术的不断发展，超级计算机运算速度的飞速提高，以及一些新的医工交叉领域研究方法的出现，促进了数字化虚拟人体技术的快速发展。我国虽然在这方面起步较晚，但发展很快。自2002年以来，南方医科大学和第三军医大学分别完成了中国数字人的原始切片数据采集工作，2006年由上海交通大学牵头启动了中国力学虚拟人研究计划，目前该计划已经建立了中国力学虚拟人计算服务平台，该平台可通过互联网为全球的用户提供建模计算服务。同时与欧盟等国际同行进行了合作，将逐步建立国际力学虚拟人研究计划，目前已经开展了亚洲人种虚拟建模研究项目。与此同时，数字医学技术在临床实际中取得了广泛应用，获得了较好的应用效果，大幅提高了临床诊断和治疗水平。以影像诊断为例，由X线、CT、MRI的二维图像到三维、四维图像，使影像诊断的准确性和精细度大为提高。近年来，随着虚拟手术规划、手术导航、个性化CAD/CAM等技术的数字医学技术的出现，使得临床手术的准确性和个体匹配性大为提高。随着数字医学技术研究的深入和应用的推广，传统医学将会发生更大变化。

数字医学技术在战伤救治训练中的应用

1数字医学建模技术数字医学建模是数字医学及相关学科的研究基础，没有一个能够精确地反映真实医学过程的数字化模型，就无从进行任何数字医学方面的研究。数字医学建模主要分为3个部分，分别是数字医学图像处理与分析、人体组织器官的三维重建以及人体病理生理变化过程的数字建模。数字医学图像处理与分析是整个建模的基础，医学影像数据可以为医务工作者提供多角度、多层次的信息，辅助医生进行正确诊断、治疗计划、术间导航、术后跟踪监测等。同时，准确丰富的医学影像数据也是人工器官、医用内植物、人工关节等医学工程领域的重要参考依据。自从20世纪70年代MRI技术诞生以来，针对各种医学影像的分割算法研究迅速发展起来。目前应用较多的医学图像分割方法主要有2种，分别是基于图像区域的分割方法和基于边缘检测的分割方法。基于图像区域的分割方法是通过检测同一区域内的均匀性是否一致，来识别分割图像中的不同组织，如阈值分割法、区域生长和分裂合并法、分类器和聚类以及基于随机场的方法等。而基于边缘检测的分割方法则是通过边缘检测技术把不同区域组织提取出来进行图像分割，如并行微分算子法等。

2战伤救治场景的数字化三维重建技术战伤救治场景的数字化三维重建技术是战伤救治虚拟仿真训练系统的主要内容，随着计算机图形技术的飞速发展，近年来出现了许多新的建模技术和设备，如数字化三坐标仪、人体运动捕捉系统、三维跟踪器、数据手套、头盔显示器、Vega虚拟现实建模技术等，这些新技术和新设备的出现，使得沉浸式虚拟现实系统的应用更加广泛。在采集和统计战伤救治各种场景数据的基础上，利用高效快速的数字化三维建模技术，可对战伤救治场景进行数字化虚拟现实三维重建。目前常用的数字化三维重建方法主要有面绘制法和体绘制法两类。面绘制法是指从医学影像设备输出的切片数据集构造出三维数据，然后在三维数据中抽取出等值面进行三角剖分，再用图元绘制技术实现表面绘制。该方法可有效绘制三维数据中具有某个特定值的表面，但无法表达三维体数据的内部信息。而体绘制法则是将三维体数据中的“体素”作为基本的绘制单位，该方法充分利用了三维体数据中的每一个体素，能够根据需要显示三维对象的内部信息。其缺点是由于体素数据计算量大，从而导致重建速度变慢，可通过提高计算机计算渲染速度加以解决。

3战伤救治训练虚拟仿真技术由于各种技术条件的限制，传统的战伤救治训练是采用书本授课的方式进行的，受训人员缺乏实际操作经验，训练效果不够理想，很难在真正需要时及时提供有效的救护。近年来，随着先进制造技术和计算机技术的迅速发展，以美军为代表的西方发达国家军队开始使用计算机仿真技术来进行战伤救治训练研究，取得了较好的效果[21-22]。美军近年来在该领域投入了大量的经费，研发出了一系列用于战伤救治训练的数字化仿真模拟装备。自1999年至2007年大约资助了超过150个该领域的研究项目，累计投入超过6000万美元，使得该领域研究成为美国防部投入最多的科学研究领域之一。美军建有医疗模拟培训中心（medicalsimulationtrainingcenter），美国防部每年培训10万名部队医护人员。其研究内容涵盖战伤急救、护理及外科手术的模拟培训等方面。取得一系列研究成果与实物装备，如先进医疗训练技术（advancedmedictrainingtechnologies，AMTT）系统、高级创伤救护仿真技术（simulationechnologiesforadvancedtraumacare，STATCare）系统及一系列虚拟现实培训系统（如图1~3所示）。目前我军还没有针对战伤救治的模拟人。自2005年起，我所开展了虚拟现实、数字人体、操作感知等关键技术研究，研制成战伤止血、心肺复苏（CPR）、搬运等模拟训练系统，取得了很好的训练效果。#p#分页标题#e#

第3篇：数字化虚拟仿真技术范文

［关键词］数字化资源；信息技术；数控加工

随着“中国制造2025”的提出，数控加工技术应用越来越受到人们的关注。中等职业学校是培养先进制造领域大国工匠的摇篮，数控加工专业已经成为我国中职学校中一个常见专业，主要为社会输送数控机床编程和加工等方面的人才。近些年随着信息技术的快速发展，很多学校都将新型的教学方式引入课堂，为数控加工专业的学生提供一个更好的学习环境，而我们今天想要科学地引入这些教学方式，就必须做到有针对性的教学改革，让学生真正能够从新的教学方式中有所收获。

一、传统课堂对教学的限制

（一）纯粹理论教学难以引起学生兴趣。数控加工技术教学是有关数控专业理论的重要教学。学生学习这一方面的内容，对其以后专业学习以及日后的工作都有很重要的意义。然而，纯粹的理论教学往往会产生一个问题，那就是理论过于抽象，让学生难以直观地去把握理解，学生在学习过程中很容易受挫甚至放弃学习。而一些教师在教学过程中，也往往会忽视理论的抽象性，在课堂中直接进行理论的讲解。这样的教学方式会加重学生对理论学习的抵触心理。（二）学生的视野不够开阔。在传统的教学过程中，学生对社会的接触是比较有限的，虽然学生的实践课，可以通过进入一些企业进行参观或学习来实现，可是这样的学习是蜻蜓点水式的，不能让学生深入地了解生产中的实际情况。这会造成学生的视野不够开阔，不能看到更多更广阔的企业实际操作情景。如果学生一直以一个狭窄的视野去看待自己未来的职业道路，那么其职业发展也不会走得长远。

二、数字化资源在教学中的应用方式

新型数字化资源的一大特征，就是可以跨越时间和空间的阻碍，将许多信息更直观地展现在人们面前。通过应用数字化资源，我们可以将教学的范围扩大，拓展学生的认知疆界。（一）通过虚拟仿真技术让学生接触到实操。在数字化资源发展的过程中，我们已经创造出许多可以与现实进行交互的软件。这其中就包括虚拟仿真技术所衍生出的软件。传统的课堂教学常常会把理论教学与实践教学割裂开，使得理论与实践被时间和空间阻隔。然而虚拟仿真技术的出现，让学生可以在理论课堂中听取了理论知识后就直接进行相关的实践操作。同时，在这种虚拟仿真技术下，教师还可以将一些由于客观条件限制而不能进入学校的设备加入虚拟仿真软件中，让学生同样也能够进行操作。如图1所示，运用数字化技术模拟数控机床进行实际操作教学。图1数字化模拟数控机床实操教学这样做一方面，我们可以提高学生操作的频率，增加学生实际操作的经验，另一方面还可以杜绝很多客观条件的限制，以及实践操作中会带来的一些危险。（二）利用网络平台拓宽学生的视野。如今我们教学中的电子设备早已接通了网络，这使我们的课堂不再孤立，它可以通过互联网与世界上任何一个角落进行连线。利用互联网的这一便利，我们可以为学生开拓视野。如图2所示为通过网络技术把工作现场引入课堂。教师在平时的教学过程中可以与一些企业进行联系，每当上课时可以通过互联网直播企业的生产流程，让教师直接通过网络直播来为学生讲解生产流程中的具体内容。当教师遇到一些教学上的难点时，还可以直接邀请企业相关员为学生进行连线讲解。在这样的教学方式中，学生的视野将被打开，不会仅限于学校教学小天地，而是将自身的眼光放到整个行业、社会中去。（三）利用数字化资源进行课堂互动。在我们理论教学中，学生的思维活跃度会直接决定课堂教学效果。因此我们应该在课堂中加强课堂互动。为了丰富课堂互动的内容，加强课堂互动的趣味性，教师可以让学生在课下利用网络查找相关的学习资源。学生在课堂中可以展示自己查找的资料，运用多方面的材料印证自己的观点，在课堂中与其他人进行思想碰撞。这样的学习氛围会使每一个学生都积极投入学习，课堂教学的整体有效性也会得到提高。

第4篇：数字化虚拟仿真技术范文

关键词 开放式；实践教学基地；信息化；仿真技术；高等职业教育

中图分类号 G717 文献标识码 A 文章编号 1008-3219（2012）08-0064-03

实践教学基地信息化建设就是利用计算机技术、多媒体技术、网络通信技术、远程控制技术、虚拟仿真技术等，将实训基地的各类硬件资源、软件资源、人力资源等有效重组，实施信息化管理，充分发挥教学资源的使用效益，实现实践教学基地运行的现代化、开放化和高效化[1]。

一、开放式实践教学基地信息化建设模式

浙江机电职业技术学院开放式实践教学基地信息化建设重点是“一个平台、两种实验室”，即打造开放式实践教学基地信息管理平台，建设虚拟仿真实验室和远程控制实验室，从而加强基地教学资源的使用效率，提高基地管理水平，促进实践教学基地的全面发展。

（一）开放式实践教学基地信息管理平台

开放式实践教学基地信息管理平台是利用计算机技术、网络通信技术、数据库技术，将实践教学基地中的各项教学资源集中在一个统一的平台上，实现教学资源的开放共享，并通过计算机与网络进行开放式管理与使用，使得实训基地在时间和空间上得以延伸，是一个以学生为中心，开放性的、共享性的实践教学管理平台。

1.实训基地信息管理系统

主要功能是实训基地日常管理和教学信息，内容包括实训基地功能与组成介绍、实践教学课程设置、实践教学课程变动公告，以及与实训基地相关的规章制度、教学资源、科研成果、建设情况、师资力量等信息。实训基地信息管理系统整合了实训基地的各类信息与资源，教师和学生通过浏览，能够全面地了解实训基地的情况，并可以查询所需信息，促进工作效率和管理水平的提高。

2.实训基地建设项目管理系统

实训基地建设项目管理系统是基于计算机技术和网络技术的信息管理平台，集合项目申报、论证、审批、采购、验收、付款等过程管理于一体，具有实训基地建设项目网络申报、网上审批，确认书管理、合同备案、货款支付等模块，实现了项目建设过程数据的自动统计与汇总，各种信息的灵活查询和共享，以及建设状态实时监控等功能。该系统的应用使得实训基地建设效率明显改善，建设过程的信息透明度大大提高；学校监管部门可以全程跟踪建设过程的各环节，实现网上监督。

3.教学仪器设备管理系统

设备管理是高职院校实训基地管理工作中的重要组成部分。随着高职院校规模的扩大和实训室建设的快速发展，学校投入大量资金用于购买教学仪器设备，仪器设备的数量和质量有了明显提高。由于受分散管理、封闭使用的传统管理机制的影响，造成大量仪器设备，特别是大型贵重仪器设备的重复购置、利用率低、信息封闭等问题[2]。利用网络技术、计算机技术开发教学仪器设备管理系统，可以及时准确地掌握实践教学基地仪器设备的资源配置及运行情况，实现资源共享，最大限度地利用现有资源，提高仪器设备的使用率，达到仪器设备使用效益的最大化[3]。

教学仪器设备管理系统学校仪器设备使用、管理的相关政策，公布仪器设备名称、型号规格、技术指标、服务领域、安装地点、技术管理人员及联系方式、收费标准、开放时间等各类信息，为教学和科研工作者提供便捷的查询服务。

4.实践教学信息管理系统

实践教学信息管理系统是对实践教学的各个环节和教学资源进行信息管理，实现远程教学互动、网络沟通的平台[4]。通过信息管理系统，学生可以查询教师、课程、实训项目、仪器设备等信息，还可以进行网上实训预习、实训预约、提交报告等活动；教师可以在网上制订教学计划，进行日常教务管理、成绩管理、查询预约结果、实训项目管理等活动。

（二）虚拟仿真实验室

虚拟仿真实验室是综合运用多媒体、计算机网络和虚拟现实等技术而产生和发展的开放式实验平台[5]，采用JAVA编程语言、NET技术、VRML技术等进行开发建设。虚拟仿真实验室具有沉浸性、交互性、自主性、开放性、共享性等特点，能够降低认知难度，为学生提供身临其境的体验，激发学生学习的积极性和自主性，使学生更快更好地理解、掌握专业知识，从而提高实践教学效果。

虚拟仿真实验室解决了危险性大、费用高、仪器设备数量少、环境污染等实践教学中可能出现的问题，尤其适合难以实现实际操作的航天航空、化工、热处理、高压电工、工业医药等专业的实践教学。但虚拟仿真实验室并不能完全代替实际动手操作，学生要具有扎实的动手能力和较强的专业技能，仍需要现场操作仪器设备，只有虚拟仿真与实际操作相结合才能取得更好的实践教学效果。

（三）远程控制实验室

远程控制实验室将教学仪器设备特别是贵重仪器设备接连到远程控制教学平台，通过网络、计算机、软件进行远程控制与互动，实现仪器设备的远程操作，从而进行远程实践教学与技能培训。远程控制实践教学平台允许多用户、多任务同时进行，实时远程操作真实的物理仪器设备，操作结果实时反馈，借助软件可实现对操作数据的实时分析，达到与现场操作相同的实验效果。与传统实验室相比，远程控制实验室具有提高仪器设备使用效率和资源共享，避免贵重仪器设备的重复购置；突破传统实践教学模式的时间、空间限制，提高实践教学效率等优点。

二、开放式实践教学基地信息化建设实践效果

（一）信息管理平台开发

浙江机电职业技术学院为适应开放式实践教学的需求，探索开发了高职院校开放式实践教学基地信息管理平台。管理系统平台采用实训基地四级管理模式，即学校—院（系）—实训基地—实训室，从实训基地的信息化管理、资源管理、教学管理等几个方面进行整合，充分实现了对指导教师和实训学生、实验实训设备、教学课件、教学活动的高效管理。

开放式实践教学基地信息管理平台为实训室开放管理提供了安全、有序、便捷的管理模式，改变传统实训室管理工作繁重和复杂的局面，减轻实训室管理人员的工作负担，提高了工作效率和服务水平，同时也适应了不同层次学生个性化学习需要。

（二）虚拟仿真技术应用

浙江机电职业技术学院在双闭环直流调速实验教学中，采用Matlab环境中的Simulink仿真工具箱的仿真功能，实现了双闭环晶闸管不可逆直流调速系统的虚拟仿真，提高了学生的学习积极性与趣味性，使学生对双闭环不可逆直流调速系统的工作原理、组成环节及各主要单元部件的作用有了更直观的认识[6]，从而更好地理解双闭环的工作原理、调速过程以及速度调节器对系统性能的影响。

（三）构建数字化制造实训车间

为了满足企业对高素质数控技术应用人才的需求，学校启动建设了数字化制造实训车间。数字化制造实训车间采用以太网接口将数控机床与互联网相连，利用数控系统中的远程控制系统，实现数控机床加工的远程控制、状态监测、故障诊断等功能，建成了数控加工远程控制教学系统。学生通过远程控制系统，实时采集数控机床的运行状态、程序跟踪和加工仿真等数据，实现对数控机床的远程控制。通过数字化制造实训车间，培养学生对数控系统和数控机床远程故障诊断的技能，学习数控机床远程维修与操作的前沿技术，提高了毕业生的就业竞争力。

信息化管理是实践教学基地建设的发展趋势，只有紧跟时代步伐，不断将新的管理理念和管理技术纳入实践教学基地的管理体系中，才能推动高职院校实践教学基地建设朝着现代化、信息化、开放化的方向发展[7]。

参考文献：

[1]唐捷，张进.浅析实训基地信息化环境的构建[J].实验技术与管理，2009（6）：142-144.

[2]赵醒文.高校大型精密贵重仪器设备共享管理的研究与探索[J].中国教育技术装备，2011（15）：6-7.

[3]刁叔钧.基于资源共享的高校实验仪器设备网络化管理初探[J].实验室研究与探索，2010（8）：154-156.

[4]王岩，徐金荣，高珍，等.实验教学信息管理系统的开发与探索[J].实验技术与管理，2010（2）：82-85.

[5]岳浩.以数字化为依托 创办高职院校虚拟实训基地[J].中国市场，2010（49）：232-233.

[6]尚丽，崔鸣，陈杰.Matlab/Simulink仿真技术在双闭环直流调速实验教学中的应用[J].实验室研究与探索，2011（1）：181-184.

[7]周翔.职业学校实验实训基地信息化管理的思考[J].江苏教育，2010（7）：82-83.

Exploration on the Informationalization Construction of

Open Practice Teaching Base

——The Case of Zhejiang Mechanical and Electronic Vocational and Technical College

WANG Zhao-peng

（Zhejiang Mechanical & Electronic Vocational and Technical College, Hangzhou Zhejiang 310053, China）

Abstract The informationalized management of practice training base can be achieved by re-organizing various resources of practice training bases using network communication, database and simulation technologies. In the process of building informationalized practice training base, Zhejiang Mechanical & Electronic Vocational and Technical College has developed information management platform, applied simulation technology and built numerical manufacturing practice training workshop, which created conducive conditions for cultivating students’ skills and enhancing benefits of teaching resources.

Key words openness; practice training base; informationalization; simulation technology; higher vocational education

收稿日期：2012-02-11

作者简介：王召鹏（1977- ），男，山东莱州人，浙江机电职业技术学院助理研究员。

第5篇：数字化虚拟仿真技术范文

关键词：计算机；仿真技术；结合探究

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）13-0253-03

Abstract： with the continuous development of social economy and science and technology， computer simulation technology become in recent years to compare one of the commonly used types of computer. Computer simulation technology in the simulation of the effect of do the effect is more accurate， more real， so is the recognition of the application of the broad masses of the people. Signal as the computer simulation technology in an important way and an abstract expression of the concept， the simulation technology is convert the sight can be seen the true image of these invisible abstract things. Information processing as an important part of computer and in simulation technology is is a significant part of computer information processing is closely linked. So， the computer simulation technology and information processing technology are interrelated， interdependent relationship.

Key words： computer； simulation technology； combination of inquiry

计算机仿真技术是现代社会中用到的最广泛的的技术之一，发展的速度极为快速，适用人群众多，无论是生活还是工作，渗透到各个方面。作为计算机技术的一种方式，它的工作原理是以计算机为基础，加以模拟仿真，达到仿真的再现，将抽象的看不见的形象通过仿真展现出来。目前由于这项技术具有精确的仿真效果，受到各行各业的青睐，在各个领域中都有广泛的应用。对于计算机仿真技术的研究，一直是计算机技术研究领域的一个重要的话题和工作。对于信息技术而言，也与计算机仿真技术具有紧密的联系，也是计算机发展领域的一个重要的方面。信息化依靠仿真技术得到抽象化的转化，进行有关的信息处理的工作。

1 计算机仿真技术

1.1 计算机仿真技术的含义

计算机仿真技术是运用相关的信息进行软件处理工作，可以对音频、视频及图片等方面进行整理，把现实中的各种事物模拟成计算机仿真的形式，再通过各种信息媒介进行传达给观众。在观看某个事物时候，如果利用计算机仿真技术观看，可以有多种视觉的角度进行观赏，并且可以对环境进行任意的观察，营造一种实与虚结合的视觉效果。对于让人们可以多方面的进行交流信息具有重大的意义和作用。

计算机仿真技术有两点重要的意义。第一，计算机的仿真技术是与一些计算机工程的进行紧密联系的，缺一不可。计算机仿真技术对于系统的工程的开发，起到了至关重要的作用。第二，计算机仿真技术是一种重要的商业分析信息的工具，在公司的运行中，可以运用计算机仿真技术节约各种投资的成本，降低投资的风险等工作，为企业的发展具有预算和分析的作用。

1.2 计算机仿真技术的应用

计算机仿真技术应用于社会生活中的各个领域，涉及到工作和生活的方方面面，推动了不同的行业的方展方向，为工作带来了新的发展动力和源泉。对于计算机的仿真技术的应用主要是用于以下的几个领域。

1.2.1 在教育界的应用

最近几年，由于教育的不断改革，逐渐的对学生的实操能力越来越重视，所以对于学生的实际操练的水平就可以用计算机的模拟实验来进行考核工作。计算机模拟实验是一种新型的考核项目，利用现代信息技术的各方面元素把教学的内容和指导实践等合理有效的整合成一个有机体，建立起一个实操平台，能够提高学生的学习兴趣，提高学生的实践能力的水平。

这项模拟实验方式的出台，活跃了原本闭塞的学习氛围，把理论与实践充分的结合了起来，培养了学生的实际操练的能力，对所学习的理论内容能够进一步的加深理解和记忆。培养学生的全面素质发展。

1.2.2 在运输界的应用

随着现代化科技的发展，交通运输工具早已普及到城市及小镇的各个街道。由于车辆的不断增加，交通事故也就常有发生，现在而言，交通方面的安全隐患一直是出于事故发生的主要问题。在运输的系统中，避免不了三个方面的因素，主体是人，客体是车和路。所以，计算机仿真技术的应用，可以作为分析交通安全的现代化先进的方式。工作原理就是，建立起一个模拟形式的交通路段，在这个交通路段中系统的研究发生事故的原因，并通过对交通事故的分析对交通的安全方面做出评价和探究。

交通的安全仿真系统中，计算机仿真技术是它的最核心的部分。作为该系统的仿真技术，用于交通的安全的仿真技术系统是与其他的一般的仿真数据存在一定的区别的。在对一个区域的交通安全进行评估的时候，交通安全仿真系统必须运用精确的数法和事故率法进行评价，而且还必须考虑到人们的各种思想和行为方面的因素等。对于进行摸模拟的交通路段，交通工具的选择就可以做任意的选择，环境设置也没有固定的要求，尽量把环境设置的真实化。再以一个旁观者的角度来对交通事故进行分析与探讨，通过进行系统的分析得出交通路段的精确的安全评估结果，并为安全事故提供出一个合理的解决方法。

1.2.3 在制造界的应用

计算机仿真技术在制造行业方面也具有较为广泛的应用。比如，将这一技术运用于汽车制造业，可以为投资进行风险预测，解决成本大、难度高的相关问题。计算机仿真技术在对进气管内气体的流动的模拟工作的时候，就可以把发动机工作的整个过程呈现出来，能够进行较较直观的描述。计算机仿真技术在汽车流场上的应用，可以模拟出气流的分离的整个状态，将抽象的形式表达出来，建立起了一个空气动力学模型。如果遇到汽车碰撞的状况，计算机仿真技术可以通过一些相关的数据建立碰撞的数学模型。

1.2.4 在通信业中的应用

随着通信技术的发展，传统式的设计方法已经不能够适用于通信系统的多端的要求。通信系统的仿真技术已经成为现代的通信的手段的重要应用方式。比如说，可以做对通信系统的规划工作，以及测试它的性能等方面。计算机仿真技术对于通信系统的不同的模块具有精确的分析性能的作用。

在网络协议教学中，很难运用传统的数学来分析它的复杂性。在协议设计的教学过程中间，通信网络协议中的代码可以把它设计成为可以得以实现的代码。所以，在信息的学科教学中，仿真技术在网络协议的复杂性问题的解决中也有相当重要的作用。这项技术可以做到对一些信息学科进行的网络教学过程中网络协议进行合理有的评估工作。另外，如果运用这项技术也能够避开由于不恰当的分析造成的判断阻碍。通过对网络建模工作，实现参数的精确确认，就能够迅速的把模拟的系统在现实环境中展现出来。所以根据这项仿真技术的应用，可以把教学中的相关评估工作进行改进处理。同时为了考察网络信息传输的及时性和应用的效率，要构建起相关的通信网络。所以，通过以上可以看出计算机仿真技术对现实生活中的网络协议仿真具有至关重要的分析和进行评估的作用和意义。

2 计算机仿真技术的类型

计算机仿真技术已经广泛的运用在各个领域，具有较强的实用性。在对技术上的分析，计算机仿真技术主要有两种类别。一种是OOS，它是一种面向对象的计算机仿真技术，运用操作目标的对象，把系统的功能和对象充分的运用起来，再通过与对象间的信息进行传送工作。另一种是DIS，它是一种分布式的计算机交互的仿真技术，它主要是通过计算机的网络方面的系统进行设备之间的相互连接，形成一个虚拟的仿真环境。

3 计算机仿真技术的技术分析

计算机仿真技术，它的主要核心技术就是计算机平台的一种虚拟模拟技术，包括了建模的思想，数字化的基础，以及对图像的处理技术。计算机仿真技术由于它的仿真技术做到极其逼真，所以这项技术运用的领域也是极广泛的，具有极强的优势条件能够把显示仿真的效果做到最好。计算机仿真技术的实现方式有几个步骤：

3.1 建立数据模型

建立起数据模型，是计算机仿真技术建立的前提工作。对于其的建立方式会有两种不同的方法，一般可以运用演绎法或者归纳法。或者两种方法结合起来一起运用也能达到对数据模型的建立。在分析法中，第一步工作是把数字化模拟的数据进行分析，将数据模型建立是以实际情况为前提的。建立模型的工作中，先做数据分析的工作，充分的对数据做好分析工作，然后再进行仿真的准备。

3.2 实现仿真模型

在数据模型建立完毕后，就要对数据模型进行程序化的处理工作。在这一工作过程中，要运用很多的编程语言来完成。把它模型化是一个重要而有些难度的工作，必须经过对大量的数据进行分析，然后做程序化的管理，最终才能实现数学模型的建立。

3.3 仿真实验验证

通过建立好数据模型，和实现数学模型的仿真，接下来的工作就是验证仿真实验。验证的工作中，是对数据进行验证工作，进而得到相关的仿真结果。

4 计算机仿真技术的发展

社会科学技术的不断革新与进步，使计算机仿真技术也要根据时代的需求进行不断的完善发展，适应社会的发展步伐，与时俱进，才能够在未来的市场应用中能够持续稳步的发展。

4.1 计算机仿真技术会与网络联系交融

计算机仿真技术现在虽被广泛的运用在了各个领域，但是目前开发出来的绝大多数都还不能够交融或者转移，要实现共享的局面还达不到要求，具有一定的困难性。对于计算机仿真技术的高成本的开发现状，这还是一个急需解决的问题，关键之处就是将计算机仿真技术进一步的扩展到网络化的层面。这项工作在未来的发展中必将会有更为广阔的运用前景，首先一点就是可以避开又一次的投资，另外，可以在这项工作进程中获得一些共享资费。所以，实现计算机仿真技术的网络化具有重要的意义。

4.2 虚拟制造技术

该领域是计算机仿真技术发展的又一广阔前景。虚拟制造技术的各项工作的完成，要依托计算机仿真技术的应用，比过程之中的产品的设计，产品出厂和企业的管理工作等等，都离不开计算机仿真技术的应用使其正常运营。另外，虚拟制造已经能够实现对制造的多维度的进行预测工作，制造技术不再单一。

4.3 计算机仿真技术

该技术是在软件模拟的实验下进行的一项科学的实验。作为一个先进的技术，运用较经济，安全可靠，并且还可以实现多次的实验。仿真技术在现代的很多实验系统中都有所应用，是对系统分析并进行涉及的重要方式。

5 计算机仿真技术与信息处理结合的分析

对于计算机仿真技术，在不同的层面上进行分析以后确切的认识到，之所以这项技术能够被广泛的运用到生活和工作的各个领域，就是因为它具有极强的使用价值。在对新的处理方面当然也会有更大的运用意义。在对光的信息的处理上，起着至关重要的作用。

作为先进的信息技术的处理方式，光信息处理的最大的优点在于容量大，速度快和具有并行的特性。计算机技术中的处理二维码图像信息的技术，光的信息处理可以对信息的增强处或者一些特别的特征方面进行识别都有很重要的影响作用。现在，有很多的计算机软件都对信息的处理技术具有深刻的研究和发展。

计算机仿真技术对信息的处理方法还有对软件的信息处理。例如，matlab软件是科学计算机软件的一种，对于信息的处理也具有极强的灵活性，处理的方式涉及到矩阵的运算和信息处理的很多方面。运用此项信息处理是先利用软件输入进信息进行的仿真模拟，最后进行可视化信息处理工作。这项软件输入快速，运算很安全，而且具有方便的处理信息的优点。

将计算机的仿真技术与光信息处理技术结合起来，仿真技术的功能也会更加的进步与发展。通过将仿真技术和信息处理技术的结合，能够作为一项很好的信息处理方法。把抽象的信息具体的展现出来，使其实现可视化，对于信息的处理的精确性能够有更高层次的提升。所以，基于此原因，要做好计算机仿真技术与信息处理的结合运用工作。

因此，计算机仿真技术作为灵活性较强的计算机技术，计算机的应用也主要是对信息进行处理工作。把计算机仿真技术与信息处理结合起来，可以有效的提高信息处理的精确性和工作的效率。计算机仿真技术通过图像技术或者数学建模思想，进行虚拟的转换，将现实世界利用图像的形式表现出来，具有可观，并可以把抽象的信息具体化，再进行高效率的处理工作，能够适应现代社会中高效率快节奏的环境。

6 结语

计算机仿真技术在未来的发展道路上，必将随着时代的进步步伐不断的完善自己科学化的发展。作为目前应用最为广泛的计算机技术，在数字计算或是信号通信方面都都有他的独特的优势和应用价值。仿真技术中，它将虚拟的抽象世界还原成可视的现实世界。而对于信息处理，它另一方面来说又被大量的植入进计算机仿真技术中。所以，将计算机仿真技术与信息处理合理的结合起来，就具有极强的发展空间，同时有更广阔的研究价值。

参考文献：

[1] 艾莉莎.物联网空间域的泛传播构型[D].北京邮电大学，2014.

[2] 唐颖.蜡印图案的数字仿真及喷墨印花[D].江南大学，2011.

第6篇：数字化虚拟仿真技术范文

【摘要】随着时代的发展，科技的进步，虚拟仿真技术在实训教学中的作用也越来越明显。虚拟仿真技术的应用可以有效地提高教学的质量和效率。本论文通过阐论虚拟仿真实训系统的虚拟仿真机器人机械臂模型用到的三维建模技术及软件（如Maya、Max等）、原理以及虚拟仿真技术的应用领域和发展趋势，从而研究它的价值和市场经济效益，并探析了虚拟仿真实训系统开发的技术在实训教学中的应用。

【关键词】虚拟仿真技术/平台；虚拟仿真训练系统；实训教学

一、虚拟仿真实训系统的三维建模技术及软件研究

虚拟仿真系统的功能主要体现在它可以让使用者借助于专用的视、听、触觉等具有感知功能的设备，进入仿真系统制造的虚拟空间，并且还能够与虚拟环境中的人和物体进行实时交互，从而感知和操作虚拟环境中的各种对象，最终达到身临其境的效果。它的组成主要是把计算机作为主要的部分，其次综合利用三维图形、多媒体、仿真等技术构建起一个逼真的虚拟系统。从它的组成部分和应用程序来看，虚拟仿真实训系统对三维图形的利用还是十分频繁的，因此我们应当对其进行重点研究。虚拟仿真实训系统在工业机器人上的应用设计主要是利用三维建模软件，通过虚拟现实标准语言建立虚拟环境中的实体模型表现出来，最后通过描述它们之间的结构关系，快速、真实地显示三维虚拟工业机器人，并为工业机器人控制系统提供一个研究观察平台。本段主要通过对虚拟仿真实训系统的三维建模技术及软件研究，来发现虚拟仿真技术的优点和研究其未来的发展方向。

Maya软件是美国Autodesk公司出品的世界顶级的三维动画软件，通过对Maya软件的运用，能够使虚拟仿真实训系统在一定程度上提高制作三维动画的效率和品质，调节出仿真的角色动画，使其得出更加真实的效果。这是因为Maya软件不仅仅包括一般三维和视觉效果制作的功能，而且还能够和世界上最先进的建模、数字化布料模拟、毛发渲染、运动匹配技术相结合，使得虚拟仿真实训系统所创造出的画面更加真实有立体感。

二、虚拟仿真技术在各领域内的作用

随着科技的发展，虚拟仿真技术在一些高科技等高端领域的地位越来越凸显出来，地位与作用也逐渐提升。尤其是在移动互联网的应用与开发、手机游戏设计及其所用到的一些主流引擎甚至高端引擎方面的价值更为突出。

Maya软件是虚拟仿真技术的一种，它应用的对象是专业的影视广告，角色动画，电影特技等。它能够在工作的过程中展现的比较灵活，易学易用，制作出动画的效率非常高，渲染出画面的真实效果比较强，它对画面中角色动作的捕捉尤为清晰，与画面角色的绑定的联系性也十分紧密，是虚拟仿真实训系统中一个比较不错的系统软件。MAX软件它最开始的应用是在电脑游戏中的动画制作，后来又进一步的开始参与影视片的特效制作，MAX软件还被广泛地应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、多媒体制作、游戏、辅助教学以及工程可视化等领域，也就是虚拟仿真实训系统当中。它强大的立体三维功能被新媒体、影视动画、游戏动画等领域广泛运用。

三、虚拟仿真技术为机器智能实验课带来的好处

虚拟仿真技术的应用为现代化的社会带来了许多的方便，让机器实验课、项目实训的智能科学与技术专业实验教学越来越丰富化。虚拟仿真技术的应用可以有效地提高教学的质量和效率。通过对虚拟仿真技术的应用，使得上级和下级、老师和学生的客户信息以及实训项目、实训指导、模拟操作、技能测评等等的信息存储在管理信息库中，与此同时，上级和下级或是老师和学生之间就可以通过客户机对下级或者学生之间的实训进行远程的指导与管理。

随着时代的发展，科技的进步，虚拟仿真技术在在现代职业技能教学中的作用也越来越明显。虚拟仿真技术的不断完善和发展，将为机器智能实验课等实训课程带来更多的方便和益处。由于它能够为人们提供一种高级的人机接口，具备交互性、想象性、沉浸性等特点，所以它主要的应用领域在政府、企业、学校等这些需要实训学习环境的地方。

四、虚拟仿真实训系统的应用领域和发展趋势

作为一项新兴的科学技术，虚拟仿真技术还处在一个不断探索前进与不断完善的阶段当中，其发展趋势呈一个不断上升的大幅增长的趋势。从目前来看，虽然目前政府、教育部门、学校、教师都已经认识到了虚拟仿真技术对于职业教育实践性教学环节的重要作用和发展前景，但在实际中，依然存在着许多问题亟待解决，因此虚拟仿真技术正在与教育、培训等领域不断地相适应和匹配。

其次，虽然目前政府、教育部门、学校、教师都已经认识到了虚拟仿真技术对于职业教育实践性教学环节的重要作用和发展前景，但在实际中，依然存在着许多问题亟待解决。虽然目前政府、教育部门、学校、教师都认识到了虚拟仿真技术对于职业教育实践性教学环节的重要作用和发展前景，但在实际中，依然存在着许多问题亟待解决。例如：虚拟仿真技术对计算机及相关硬件的要求比较高，但是这些方面的发展不能够满足人们对虚拟仿真技术的需要，虚拟仿真软件数据是一个庞大的数据库，三维立体仿真软件的应用对显卡和显示器等也有很高的要求，也就是说，虚拟仿真系统对硬件的要求较高。因此需要对计算机及相关硬件的发展有一个更高的要求。最后，教学类虚拟仿真软件的质量还有待提高、对虚拟仿真技术的研发标准也不统一和对虚拟仿真技术应用不够广泛等等，这些都是需要发展改善的地方，也是未来虚拟仿真技术发展的一个大的趋势。

五、虚拟仿真实训系统的价值和市场经济效益

虚拟仿真实训系统作为一个高端的科技系统，对政府、企业、学校等的发展，起到了至关重要的作用，并为其创造了更大的价值。同时虚拟仿真技术的不断发展，也在打开了市场，扩大了市场份额的同时为市场创造了更多的经济利益。

在市场经济为主导的今天，虚拟仿真实训系统也为市场经济的发展做了一定的贡献，为市场经济的发展添砖加瓦，在自己发展得同时也促进了市场经济的发展。因此，我们应当不断地发展虚拟仿真实训系统，使其深入到更多的地方，让更多的地方和人们体会到虚拟仿真实训系统为人们带来的价值。

总结

虚拟仿真实训系统的日渐完善，使得人们的生活也不断的丰富活跃起来，政府、企业、学校等地方对其的应用，也促进了虚拟仿真实训系统的发展。本论文通过阐论虚拟仿真实训系统的虚拟仿真机器人机械臂模型用到的三维建模技术及软件（如Maya、Max等）、原理以及虚拟仿真技术的应用领域和发展趋势的研究，探讨了虚拟仿真实训系统的价值和市场经济价值，同时也为虚拟仿真实训系统的发展奠定了理论基础。

参考文献：

[1]刘仲波 李瑞涛 《拟仿真技术在城市轨道交通工程实训中的应用》 吉林大学交通学院、吉林交通职业技术学院 2012年第12期

第7篇：数字化虚拟仿真技术范文

1仿真技术对机械设计制造行业的作用

仿真技术指的是设计人员以计算机为载体，通过利用相关软件建立数据模型，对各性能参数进行分析从而选择最优的设计方案，与传统的设计方法相比安全可靠、使用灵活，大大节约了资金，也节约了反复制造实物的时间，因其不需要制造实物而又被称为虚拟样机技术。现代的机械设计制造行业中，因为很多系统设计非常复杂，数据量庞大，在实验中存在很多难题，因此需要在计算机中建立相对应的模型对其进行仿真，对其各项参数性能等进行分析。在机械设计制造的初期，设计人员只要根据不同的方案在仿真软件中建立虚拟样机，便可以完成对不同假设的虚拟实验，选择最优方案或者对方案进行改进都非常方便。在机械设计制造行业中使用仿真技术不仅可以使计算更加精确，提升研发质量，而且也在一定程度上提升了研发效率，节约了研发资金。

2仿真过程的实现

2.1模型的建立

在机械设计制作的过程中，若要使用仿真技术，首先就要设计编辑条件和约束条件，确定研究目标，进而建立一个可以满足系统要求的仿真运行系统。系统初步建立之后，便要求设计者根据相应的学科知识对该系统进行数字化表述，也就是对系统建立数学模型。通常状况下，数学模型由于时间不同可分为动态和静态两种，其中动态模型又可以分为离散、连续和混合时间三种。

2.2模型的变换

这一步骤指的是把初步建立的模型通过数学表达式的作用变换成计算机能够识别的样式，这一过程运用了部分合适的计算机算法及语言，是仿真的基础，也称之为仿真模型。若要实现模型的变换，设计者可以使用现有的仿真软件，也可以根据系统需求自行开发。

2.3模型的实验

模型的实验指的是通过在计算机中运行仿真模型能够得到相应的仿真结果。做好了模型的建立和变换这两大步骤，也就为模型的实验打下了基础，只要是按照预期设计目标来展开的前几个步骤，那么这一步骤的实现并不困难。在对仿真结果进行衡量时，要对其可靠性进行分析，通常使用的方法有以下两种：置信通道法以及仿真过程的反向验证法。

3仿真技术在机械设计制造中的应用

3.1在齿轮设计中的应用

在机械装备中，齿轮可谓是最重要的零部件之一，因此，在设计中对其性能进行仿真意义重大，并且不少设计者也针对此问题做了大量研究。其中包括：使用visuallisp语言对齿轮端面的建模和仿真，从任意几何角度对其性能进行评估；用计算机仿真技术展开对圆弧针齿行星传动的研究；对影响正交齿轮传动接触点的主要参数进行研究等等。此外，计算机仿真技术在齿轮泵的齿轮设计中应用也十分广泛。

3.2在机械结构件设计方面的应用

一个机械系统的完成需要各部分机械结构件的组合，共同发挥它们的综合作用。因此，在对一个新产品进行设计时，各零部件的性能能否正常发挥、它们之间的配合是否得当、如何选取组合方案等问题，都离不开事先用仿真技术进行模拟优化。现在市场主流的大型三维设计软件都对结构运动仿真功能进行了开发，根据在该软件中设计的装配体的性能，对演示结构的运动展开模拟，如果需要运动学仿真，只需要提前设置好主运动件，具有极大的便利性。此外，在这些大型三维设计软件的仿真运动过程中，设计者能够从任意角度观察运动结果，还能帮助设计者检查结构的运动干涉等问题，功能十分强大。

3.3在复杂机械加工研究方面的应用

作为机械设计制造行业的生产基础，用仿真技术对机械加工尤其是复杂机械加工能够帮助设计者研究深层次机理，在理论程度上提升了这一步骤的性能与质量。在数控加工的过程中，可以使用仿真技术编写CNC机床的零件加工程序，然后转换成为对应的图形信息，通过这些信息设计者很容易对加工参数进行设置。在磨削加工中，通过磨削时间的不同展开对这一步骤的建模，以此建立的仿真模型可以对磨削的性能和质量进行预测，促使磨削步骤的最优化。

4结语

随着经济规模的扩大，现代工业技术得以迅速发展，各生产步骤和工艺越来越复杂，因此，必须借助自动测试和仿真等计算机技术帮助设计者对设计方案进行优化。尤其是伴随着仿真技术在机械设计制造中的使用，实现了设计者从复杂庞大的信息中对机械部件或者加工过程的最优化控制，解决了传统机械设计制造过程中无法实现的问题。

作者:熊勇 单位:内江职业技术学院机械工程系

参考文献:

[1]张小亚.浅谈虚拟现实技术在机械设计与制造中的应用[J].企业导报,2011(16):276-277.

第8篇：数字化虚拟仿真技术范文

[关键词]数字样机技术，工程设计，应用研究

中图分类号：TB21 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）15-0382-01

一、前言

数字样机技术是使用数字代替实物进行产品数字化设计的技术。使用数字样机能够快速灵活的进行设计，而且更加有真实感。并且能够缩短研发周期，降低成本。

二、虚拟样机技术的概念

虚拟样机技术是一种通过综合运用计算机辅助设计中先进的建模、信息管理和多领域仿真等对产品进行设计和分析的方法。利用虚拟样机技术建立产品计算机模型，对模型进行仿真分析，根据分析结果指导产品的后续研发以及产品的改进设计；同时可以分析机械产品在不同应用环境下的整体性能，进而对产品的质量性能进行评价。

在以往的机械产品研发过程中，对方案进行论证、根据经验进行初步的设计、后续的细节进一步修正或改进设计等一系列流程总是在不断的循环讨论当中。为了验证设计是否合理、可行，功能能否实现，还需要对物理样机进行多次的测试实验，根据实验结果，再对产品的设计方案进行改进，同时再次制造或改进物理样机进行实验以达到设计的要求。在机械产品设计和研发中应用数字化的虚拟样机技术改变了产品设计样机建造测试评估反馈设计的传统设计流程，避免了物理样机的生产及其修改加工，节约了设计研发成本。通过数字化的计算机辅助设计技术，可迅速缩短产品开发周期，同时也有利于不同设计工作的协同进行。

三、虚拟样机技术的特点

机械产品的设计是一个不断的循环过程。为了验证设计方案是否合理，需要制造样机进行性能测试，但设计过程中往往需要对设计及样机进行多次改进，才能获得符合要求的设计方案，这种设计方法往往耗时、耗力、耗物。

利用虚拟样机技术对机械产品进行的设计研发是一个并行的过程。通过对多种设计方案进行如有限元、运动学和动力学等仿真分析，对仿真结果比较，最终确定一个最优化的方案，产品研发周期短，研发成本低，有效地提高了产品质量。

1、全新的研发模式

传统的产品设计研发是一个串行的过程，而采用虚拟样机技术则可以实现产品不同设计工作的同时进行，通过仿真得到产品在不同使用环境下的动态响应，进而评价不同设计方案可行性。

2、产品研发周期短、成本低、质量高

基于虚拟仿真平台建立初步设计完成后的产品模型，对所建模型进行多次仿真试验，这样省去了样机的制作时间，缩短产品开发周期，同时也能够提高产品的质量和性能。

3、实现动态设计的重要手段

企业间可以通过网络将各自的产品的信息进行传递，以便双方就一些产品设计信息进行交流，同时可以就设计问题进行讨论，实现了不同时间、地点、人员对产品设计的进行。

4、支持产品的全方位测试、分析与评估

利用虚拟样机技术对产品在不同应用环境下的动态响应进行仿真，根据结果对产品结构进行分析，得到产品全方位的测试结果，有利于对产品进行全方位的分析和评估。

四、应用现状

数字样机技术在一些工程设计与制造技术较发达国家，如美国、德国、日本等已得到广泛的应用，应用领域从汽车制造业、航空航天业、国防工业到人机工程学、医学以及工程咨询等很多方面。所涉及的产品从庞大的卡车到照相机的快门、火箭到轮船的锚链。在各个领域里，针对各种产品，数字样机技术都为用户节约了开支、时间并提供了满意的设计方案。采用虚拟现实技术，基于数字样机软件，借助VR外设工具可对产品的不同层面（零部件级、组件级、系统级）进行数字化样机装配和维护，实现具有沉浸感的产品装配与维护，对产品装配性能、装配工艺性和维护性进行评估和优化，在设计阶段验证产品的装配和维护性能。如在宝马汽车公司，虚拟装配被用于验证整车装配，在整车总计806个装配操作中，有494个操作得到评估，并且据此制定了标准的操作规程。该公司为车门的装配操作设计了一个虚拟装配系统。该系统能够识别语言输入，完成相应的操作，当发生干涉碰撞时，能够发出声音报警。

洛克希德马丁在战斗机系统F-16项目研究中，为了解决F-16维护性和人因学方面的技术问题，公司经过多次论证，淘汰了基于金属实物模型方案，转而利用数字样机进行维护性和人因学设计评估与验证，从经济角度看，飞机装置的一次重新设计和样式翻新所

需要的金属模型的造价就会超出一个虚拟维修系统的费用。虚拟维护的其他优势还在于它比金属模型更能够缩短研制进度。利用金属模型的时候，设计组对模型进行设计审查的准备工作要花费数周时间；而利用虚拟维护系统，在几天内就可以将模型转换成虚拟维修模型，在一周内就可以将详细的分析结果返回到设计组。通过利用数字样机技术，极大地改善了维修性设计技术手段，该公司提出在以后的飞机维修性设计与分析中要广泛采用数字样机技术。

五、虚拟样机技术在机械领域的应用

产品的设计流程包含结构设计、结构有限元分析、系统运动学与动力学分析、控制系统设计、虚拟样机作业过程模拟、系统稳定性与安全性评价、系统故障预测及冗余设计等。该设计过程在设计初期就充分考虑结构系统与控制系统的相互耦合作用，并进行产品作业全过程的计算机模拟，预测产品的性能、寿命及可靠性，从而缩短了开发周期，降低产品开发成本和开发风险。

1.虚拟样机技术软件

比较有影响的有美国MSC公司的ADAMS、比利时LMS公司的DADS以及德国航天局的SIMPACK。ADAMS占据市场50%以上份额。其他软件还有：WorkingModel、Flow3D、IDEAS、Phoenics、ANSYS和Pamcrash。ADAMS（AutomaticDynamicAnalysisMechanicalSystem）软件是美国MDI公司（现已并入MSC公司）开发的机械系统动力学仿真分析软件，是目前世界上最具权威的，使用最广的机械动力学分析软件。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。包括ADAMS/ViewADAMS/Solver及其他扩展模块

2.虚拟样机技术在机械系统中有三种不同性质的分析

（1）机械系统的静力学分析：刚性系统。（2）机械系统的运动学分析：主要涉及系统及其构件的运动分析。当机构的自由度=0时，进行运动学分析。（3）机械系统的动力学分析：主要涉及由外力作用引起的系统运动分析

当机构的自由度>0时，进行动力学分析。主要有基于运动学和动力学可靠性分析技术：基于运动学和动力学虚拟样机制造技术；基于运动学和动力学结构综合优化技术；基于运动学和动力学机构优化分析技术（如多连杆杆系分析）；运动学和动力学设备故障分析技术；下面就我们机械压力机的曲柄连杆结构用虚拟样机如果处理来举例一下：

六、结束语

数字样机技术是使用数字代替实物进行产品数字化设计的技术，被广泛的应用。使用数字样机能够快速灵活的惊醒设计，而且更加有真实感。并且能够说短研发周期，降低成本。

参考文献

[1] 刘国昌，韩虎.基于ADAMS协同仿真技术的研究与实现[J].起重运输机械，2010（6）：38-40.

第9篇：数字化虚拟仿真技术范文

一、机械设备制造仿真技术概论

仿真技术的迅猛发展,为机械产品的设计开发、性能分析与制造提供了强有力的利研手段,逐渐形成了专业的机械系统仿真技术。主要的仿真技术包括cAD三维建模、结构有限元分析、多体系统动力学分析、优化设计。应用它们可以解决从零件到装配件的结构刚强度和产品的各项性能要求等问题,这些技术作为机械系统仿真技术中的几个最为关键的部分,相互渗透,相互关联,大有一体化和集成化趋势。

二、设备仿真技术发展

(一)加工设备布局仿真

设备布局是构造一个有效车间系统最为重要的环节,相同车间地址、相同的人员、相同的技术和设备,仅仅由于布置方式的不同,生产系统的功能可产生天壤之别。高效率的设备布局作为提高企业生产效率和效益的手段之～,越来越受到人们的重视。在工业发达国家,除了降低原材料和能源消耗外,已把改进物料搬运、改善工厂中的物流组织看作是减少和节省开支以获取利润的重要方面。现代生产管理理论减少企业内部生产物流的具体途径可以概括为以下三点:

一是通过最优的工厂布局,建立顺畅的物流线路,或者采用加工中心,实现工序集中,减少运输次数,缩短物流距离;二是成组搬运,直接减少搬运次数;三是确定最优的运输路线和运输速度,建立连续短捷的运输路线,减少运输的停顿、路线交叉和倒流现象。

(二)多学科优化理论在仿真中的应用

机械设计技术及设计方法学的研究大都开始于工程应用问题的研究,再随着研究工作的进展逐步上升为独立的理论,然后反馈应用于产品设计的实践。多学科设计优化理

论的研究也遵循了同样的规律。在航空航天领域发展起来的MDO技术是当前国际上一个最活跃的研究课题。MDO问题涉及到的变量数目较多,学科之间的信息交换极为复杂,直接搜索目标函数和约束值的计算量令人难以忍受,某些学科分析会产生一些无法预计的失真,难以采用效率较高的梯度算法进行设计空间搜索,影响处理速度。因此,优化过程中一般不将设计空间搜索程序与多学科分析直接祸合起来,而是对目标函数和约束给予近似的表达,将直接搜索和这些易于计算的近似表达祸合起来,得到近似问题的最优解后,通过最优解处的重分析来修正改进近似模型,避免频繁的多学科全分析。

(三)基于虚拟样机的机械仿真

在机械设计领域,虚拟样机技术作为一种崭新的产品开发方法,更是一种十分重要的综合仿真式开发手段。机械系统虚拟样机是基于虚拟样机的机械系统仿真技术,是指在制造的一台物理样机生产出来之前,利用计算机技术建立该机械系统f产品)的三维数字化模型(即虚拟样机);对其进行静力学、运动学和动力学分析,较好地仿真该机械系统的运动过程,以预测机械系统的整体性能。该技术以机械系统运动学、动力学和控制理论为核心加上成熟的三维计算机图形技术和基于图形的用户界面技术,将分散的零部件设计和分析技术集成在一起,提供一个全新的研发机械产品的设计方法。它通过设计中的反馈信息不断的指导设计,保证产品寻优过程的顺利进行。

三、sOILDwROK建模导入ADAMS

ADAMS软件具有强大的动力学解算器,但其实体建模功能相对比较薄弱。对于比较复杂的零部件,如用ADAMS建模模块进行三维实体建模,不能保证模型的尺寸精度和装配的位置精度。应用SoildWorks软件对设备进行整机建模,按工程图纸将其变为一个数字样机,然后将其转换并导入到ADAMS坏境中使用。由于SoildWorks和ADAMS是两个完全不同的系统,所以各自的数据都难以被对方识别。要将SoildWorks中创建的三维实体模型导入到ADAMS环境中,必须两种软件具备某一相同的几何数据转换模块,先将SoildW01.ks的数据转换成中性(不依赖于SoildWoI_ks系统),然后将中性数据通过几何数据转换模块转换成AI)AMS数据。

(一)虚拟设备的装配

经上面步骤零部件导入AI)AMS后,各构件之间还只是毫无联系地独立存在于ADAMS中。这种状态下即使全部零部件都己导入,也不能构成一台具有现实意义的虚拟样机。这就如一堆拆散的零件摆在地上不能构成一整的机器。下面的工作就是要将这些分散的零部件"装配"成一整的机械,并赋予一定的工作环境,使其能够模拟现实的工况工作。

(二)仿真实验

所谓仿真就是在模型上进行实验,它是将被研究的对象及其特征抽象成模型,通过对模型的实验操作及实验结果的分析,探讨和推断对象本身所具有的性质及其运动变化规律。