计算机模拟仿真技术精选(九篇)

第1篇：计算机模拟仿真技术范文

关键词：计算机仿真；三维模型；排水施工；应用

中图分类号：G623文献标识码： A

前言

排水工程是我国经济和社会发展过程中的一个重要的项目，不仅关系到我国的经济发展，还关系到百姓的生活，是一项利国利民的工程项目。排水工程施工过程十分复杂，为了保证施工质量，应该要与时代接轨，引入更多先进的技术和手段。传统的排水施工过程中，进行方案的设计，主要是依靠人工的设计方式，出错率较高，效率比较低，随着计算机技术的发展以及普及，计算机仿真技术的应用越来越广泛，计算机仿真技术与排水工程领域之间的结合，推进排水工程建设的进度，也提高了施工的效率以及质量。随着计算机仿真技术的不断完善，在排水工程中的应用也会越来越普遍。

一、计算机仿真技术的特点以及优势分析

随着互联网以及计算机技术的不断发展，各种先进的科学技术在我们的生产生活过程中的应用变得越来越广泛，计算机仿真技术就是其中的一个重要方面。计算机仿真技术是借助于计算机技术及硬件设备，实现一种人可以通过一定感知方式所感受到的虚拟环境，它集成了计算机图形技术、仿真技术、人工智能技术、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，由计算机图形构成三维数字模型，提供给人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式。这种技术在应用过程中最大的一个特点就是能够实现用户与虚拟环境之间的一种交互，人类传统的认知方式主要是通过亲身接触大自然来实现的，计算机仿真技术的应用，扩大了人们对自然环境的认知的范围。

计算机仿真技术具有十分明显的优势特征，第一，利用计算机仿真技术可以快速地对多种施工方案进行比较和分析，计算机仿真技术在排水工程施工中的应用，一个最重要的方面就是能够快速地对各种方案进行比较分析，从而选出最合适的一个设计方案进行施工。在仿真阶段，基于仿真的结果，可以进行相应的探讨，从而决定出哪些因素对施工过程有较大的影响，哪些施工阶段的影响最大，从而采取政策的预防措施。第二，计算机仿真技术的成本较低。与传统的真实的原型实验不同的是，计算机仿真技术是利用软件的开发以及应用实现的一种模拟实验方式，其中需要支出的费用主要是计算机硬件以及软件的费用，相对于真实的模型实验而言，成本比较低。第三，计算机仿真技术的可靠性比较高，计算机仿真技术的效率主要取决于系统模型以及软件的正确性，在系统模型以及软件编制是正确无误的前提下，排水工程施工过程中的计算机仿真技术的应用，会对各种约束条件进行分析和考虑，与传统的人工操作过程中的可靠性进行比较而言，可靠性和稳定性更高。第四，计算机仿真技术的实用性更强。计算机仿真技术在很多方面都可以应用，只要是可以通过数学进行描述的模型，都可以利用计算机仿真技术进行仿真，比如在排水工程施工过程中的应用，可以对各个过程进行预测，对成本进行预测等，提高排水工程施工管理过程中的效率。

二、计算机仿真模拟技术在排水工程施工过程中的应用

（一）计算机仿真模拟技术的实现步骤

计算机仿真模拟技术是以数学理论为基础的，就计算机本身而言，是不能对施工过程中的问题进行分析和处理，需要建立一个能够反映出事物的本质特征的模型，在排水工程施工过程中的应用，主要分为四个步骤。

1、建立相应的模型

在建模的过程中，应该要对排水工程的实际问题进行分析，将施工过程中应该要注意的各种问题、限制条件、约束内容等进行考虑，然后利用数学、力学等理论将谁理工本工程施工过程中的数字模型描绘出来，利用计算机软件技术，将各种预定的数据输入到系统中去，对于各种数据应该要保证建模的精确性。此外，还可以通过人工干预的手段在建立的模型中进行数据的修改，保证各种数据的完整性。各种数据应该要涉及到施工阶段的总体场地布置情况、施工进度、材料用量等情况。

2、输入模型

输入模型指的是将建立起来的模型输入到计算机系统中进行处理的一种方式，计算机仿真模拟的模型就是最终体现出来的模型内容，这个步骤是计算机模拟仿真过程中的一个十分重要的步骤和环节，模型就是把建立的模型通过计算机进行系统的处理，这种形式所体现的模型内容也就是计算机仿真模拟模型，同时也是进行计算机进行仿真模拟计算的关键环节。

3、计算机仿真模拟

将模型放置到计算机模块中，从而可以实现对排水工程方案的模拟分析，是排水工程施工过程中的一个十分重要的步骤，这个环节是将排水施工过程中的各种数据进行分析的一个过程，通过对各种数据进行模拟，得到相应的模拟结果，从而为施工过程中的各种问题的预测奠定基础，确保施工过程中的精确度。

（二）计算机仿真系统的设计

计算机仿真系统首先需要建立排水工程的虚拟环境，这是进行仿真的第一步，比如地形、施工场地、电站建筑物、挡水地下建筑物等，都需要进行模拟，同时还要对各种排水工程的设备进行模拟，当前的排水工程模拟过程中，三维仿真技术的应用，对于排水工程施工过程中的各种运行状况进行动态监控，有助于进行智能化以及可视化管理。

计算机仿真系统的设计过程中，需要建立相应的三维模型。建立三维模型，主要是以排水工程为研究的对象，利用对应的模拟软件以及实时驱动软件，将各种数据进行转换，形成逼真的三维模型。三维几何模型是整个工程虚拟场景中的一个基础，模型的建立包括三维地形的建模以及建筑物的建模，比如在排水工程施工过程中会遇到很多挡水地下建筑物、管道等，模型建立的过程中应该要对各种建模任务进行划分，建立一个比较完整的仿真系统，还需要对各种植物、桥梁、公路、码头等场景进行描述，利用仿真实验，对各种参数进行设计和优化。计算机仿真技术的虚拟建模软件会根据二维平面文件，建筑物的立面图、剖面图建立三维模型，然后建立与模型相关的数据库，将数据与数据的各种属性进行有机结合，促进三维模型的完善。

结语

随着计算机和互联网的普及，各种信息技术在我们的生产生活中应用越来越广泛，计算机模拟仿真技术就是一种比较常见的计算机技术，对排水工程施工具有十分重要的意义。在模拟过程中，通过模型的建立、仿真以及仿真结果的分析，有助于对排水工程的施工进行高效管理，从而实现节约成本、提高施工效率的目的。

参考文献

[1] 程鹏军，李海燕.计算机仿真模拟技术在水利工程中的应用[J].东北排水水电，2010（09）

[2] 齐兆春，马刚琳.计算机三维仿真技术在水利工程中的应用[J].吉林排水，2007（01）

第2篇：计算机模拟仿真技术范文

【关键词】计算机；三维仿真技术；水利工程；应用

中图分类号： TV文献标识码：A

前言

文章对计算机三维仿真技术的特点和在水利工程中应用的意义进行了简要介绍，对计算机三维仿真模拟技术的实现过程进行了阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对计算机仿真技术在水利水电工程中的应用研究进行了探讨。

二、计算机三维仿真技术的特点

三维仿真技术是利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验的技术，以模拟的方式为使用者创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图形界面，使之在感知行为的逼真环境中，获得一种身临其境的感受。例如《韶关市城市规划三维辅助决策系统》，利用地理信息系统、三维空间建模、遥感等现代信息技术，以数字地形数据、遥感影像数据、数字高程模型数据以及三维城市要素模型等数据为基础，在三维虚拟空间内实现局部的规划和建筑设计方案与区域景观的实时、多方案综合分析与决策。计算机三维仿真技术的特点如下：

1.可快速对多种施工方案进行比较：如对于某个混凝土坝工程的浇筑施工模拟，通过计算机仿真技术可在短时间内就能仿真模拟出若干个可行性施工方案，施工技术人员在分析模拟结果的基础上，再分析判断出对工程浇筑施工有较大影响的因素，获得浇筑施工过程中的关键时期阶段信息，据此便可提前做好充分的预防准备措施。

2.成本相对较低，与进行真实的模型试验不同，计算机仿真模拟技术是对原型结构进行虚拟模拟，不需要制作真实的原型结构模型，只需要相应的软件购买费用，而且购买一个软件后可相对的长期进行多方案的模拟计算，软件的重复使用率较高，使得应用成本低。

3.模拟结果的可靠性较高，计算机的高准确性决定了在软件系统模型设置正确，以及软件程序编制正确的前提下，工程相应的施工模拟仿真分析就会满足在进行模型的模拟仿真分析前预先考虑到的各种约束条件。

4.实用性强，计算机仿真技术可应用的领域极为广泛，只要能用数学方式进行表达和描述的问题模型，基本上都能够用计算机进行相应的仿真模拟计算。

三、计算机三维仿真在水利工程中应用的意义

1.提供可视化功能支持

三维仿真技术可以依靠相关的软件进行辅助操作，对水利工程规划方案和规划过程进行详细的系统设计，能够提供可视化的支持，能适当的对规划的对象进行高度、方向、颜色等方案筛选和比较，使得规划的决策更为科学、合理、直观。同时，相比传统的设计辅助图，三维仿真技术拥有更强的决策和设计功能，可以降低规划决策的失误率，规避设计所带来的风险。如，2006年9月，人民大会堂公映的大型传奇史诗影片《圆明园》，通过先进三维仿真技术，将“圆明园”真实的再现在世界人们的眼中。

2.多样化的数据服务

利用三维仿真技术进行三维模拟和三维仿真系统的设计，可以利用三维仿真系统查询相对对象的信息资料，为规划设计者提供水利工程的信息资料。在水利工程规划三维辅助决策系统中，在功能方面提供了三维基础功能、规划信息查询、规划方案评审、规划辅助分析、规划辅助设计、三维管网管理等六大功能，并利用现有水利工程综合管理信息系统和基础数据共享平台进行对接。

3.提高规划项目的管理效率

通过制作项目模型或者提供静态的三维效果图来展示项目的整体规划过程，这具有很大的局限性，无法完成规划对象的修改和管理。水利工程三维仿真技术可以设计一个可操作的三维仿真系统，为开发机构或城市规划单位提供高精度的数据服务和视觉质量。在需要修改或增减项目工程的过程中，可以直接导入或更新相关的数据信息，可以及时作出方案调整和实施，提高规划项目的整体管理质量和效率。

四、计算机三维仿真模拟技术的实现过程

计算机仿真模拟技术是以数学理论为基础逐渐发展起来的一门技术，对于客观现实的事物和问题，计算机并不能直接对其进行分析和处理，而是需要建立一个能反映待研究事物或问题的本质特征，同时还要求能被计算机所分析处理的”模型”。计算机仿真模拟技术的实现流程主要如下：研究对象特征分析，建立数学模型，计算机分析处理，获得仿真结果。在实际应用过程中通常表现为以下步骤。

1.建立模型：根据具体的研究目的和研究对象的特征，在进行计算机仿真模拟计算前，应先根据实际问题的特征确定一个适当的分析系统，并结合实际工程参数确定系统的约束条件和边界条件。再利用相关的数学、力学及其他相应学科的有关理论，把抽象出来的分析系统用一个数学模型表达式描述出来，即建立了相应研究问题的“数学建模”，模型建立的准确程度决定着仿真模拟计算结果与工程实际情况相符合的程度。

2.输入模型：模型的输入过程即是对上一步骤建立的“数学建模”结合软件的功能特点转化为计算机能够识别和处理的形式，这种形式所体现的模型内容，即是相应的“计算机仿真模拟模型”。建立和输入模型是进行计算机进行仿真模拟计算的关键环节。

3.仿真计算分析：将上面输入计算机的仿真模型载入相应的计算机计算模块中，按照预先设置的各种施工方案，来进行相应的仿真模拟计算，这便是所谓的“计算机模型的仿真计算”过程。

4.仿真模拟计算结果分析：仿真模拟计算的目的是为了反映一个问题的发展状况，仿真模拟计算的结果包含着系统对输入模型运行处理的信息，对这些信息的分析和评估是进行计算机仿真模拟研究的最终目标，因此我们应充分结合工程的实际情况，结合经验来分析和处理仿真计算的结果，使防止模拟能够指导真实的实际工程施工。

五、计算机三维仿真技术在水利水电工程中的应用研究

1.复杂地下洞室群施工动态可视化仿真与优化方法研究

地下厂房系统施工开挖量大，施工强度高，施工条件复杂，是一个极其复杂的过程。由于工序的作业时间的随机性，容易产生随机排队现象而影响其他作业；由于地下洞室系统纵横交错，布置密集，高差大，施工通道少，使得各工序配合与相互干扰错综复杂；在安排各个洞室施工先后顺序及隧洞施工顺序时，需要考虑对工程的总工期、围岩稳定、通风散烟条件、施工强度以及交通运输等问题的影响。各个洞室施工在时间、空间上的逻辑关系复杂，传统横道图难以直观地揭示其复杂的时空关系。因而仅靠设计人员采用传统的方法分析计算，难以确定合理的施工机械设备配套方案、制定合理的施工进度计划和施工组织设计方案，难以全面、快速、准确地掌握施工全过程。

2.水利水电工程施工导截流三维动态可视化仿真方法研究

水利水电工程施工导流设计和管理过程，往往需要涉及大量的数据及图形信息，如坝区的水文、地形、地质资料以及枢纽设计、施工场地布置和施工导流方案设计等各种数据及图纸。高效、简便地对这些信息进行管理，是提高设计效率及施工管理水平的关键之一。同时，施工导流方案设计是施工组织设计的重要环节，其设计过程复杂，对不同的导流方案很难进行直观的比较，所以实现施工导流形象直观的表达具有重大的现实意义。

结束语

计算机三维仿真技术已经实现了可视化，这对水利工程中的相关施工和维修检测中相关问题的解决具有实际意义，随着计算机三维仿真技术的进一步发展，它在水利工程中奖发挥更好的效果，让我们拭目以待。

参考文献

第3篇：计算机模拟仿真技术范文

【关键词】计算机；仿真方法；汽车工程

汽车指的是以汽油等燃料或者太阳能灯新型能源作为发动机动力的运输工具，汽车在1885年由本茨所发明。汽车由原先简单的结构变得越来越复杂，原有的汽车结构相当简单，但是随着科技的进步、物质水平的提高，人们对于汽车的要求越来越高。现今的汽车包含有上万个零部件，并且适应能力极强。为了确保汽车的行使安全在汽车的研发过程中就使用到了较多的计算机仿真方法来模拟实际情况，通过计算机仿真方法的应用，汽车的安全性以及稳定性得到了较大的保障。利用计算机仿真方法可以修改汽车设计的参数，并利用模拟技术来确定参数是否合理，如果参数不合理那么就可以利用计算机仿真软件来重新设定参数直至符合安全要求。计算机仿真方法在一些豪华汽车或超级跑车的设计制造过程中运用的更多，因为这些汽车的设计要求更加严格。

一、基于数值模拟方法的仿真分析

数值模拟方法有较多的种类，其中包括有限元方法、统计能量分析方法、计算流体力学方法以及多体动力学分析方法，这些计算机仿真方法对于汽车工程有着较大的作用。

1、在汽车结构方面的应用 在汽车结构的设计中要考虑结构的强度大小、运动性能、耐久性等，为了使得汽车结构设计的更加合理就需要利用有限元方法以及计算流体力学等计算机仿真方法，利用这些仿真方法来设计汽车的结构，可以使得汽车的结构达到最优化[1]。利用数值模拟方法可以使得汽车各个部件的结构得到优化，并使得汽车的承载能力得到加强，通过这些优化必然会使得汽车的使用年限延长。另外通过数值模拟方法使得汽车的噪声降低、汽车自重减轻，这就可以使得汽车的动力效果更强，降低了汽车油耗，提高了汽车的经济性能。

2、汽车被动安全方面的应用 汽车被动安全指的是汽车在不可避免发生交通事故之后对于车内人员的保护作用，或者在发生车祸之后降低车内人员所受的损失[2]。为了提高汽车被动安全性能就需要进行大量的碰撞试验，但是利用实车进行试验的话会使得研究成本增大，那么就可以利用计算机数值模拟方法，即在不利用实车进行实验的情况下来进行汽车被动安全实验，这样就可以显著的节省实验成本，当模拟实验做到一定程度之后就可以利用实车进行实验，用实际情况来检验汽车被动安全性能，由此可见计算机数值模拟方法对于汽车设计有非常重要的作用。

二、基于MATLAB/Simulink的仿真技术

MATLAB/Simulink仿真技术在汽车工程中的应用主要是预测汽车的性能、能量消耗以及车辆零部件的效率，这对于汽车工程有着非常重要的作用。该仿真技术可以完整的模拟汽车运行时的状态以及逻辑结构，这对于车辆控制器的开发与测试有着较大的作用。利用该仿真技术还可以根据实际情况搭建，便于调整，使得仿真结果输出结构更加直观[3]。仿真过程中信息的流动分为前向仿真和后向仿真两类，前向仿真的数据流方向与实际系统的能量流动方向相同，即以驾驶员的需求目标作为仿真的起点，这样便可以真实的反应系统的运行状态。后向仿真循环的数据流方向与实际系统的能量流动方向相反，能够反映系统的静态特性，后向仿真循环常用于设计阶段的能量控制策略。

三、硬件在环仿真分析

硬件在环仿真最初是应用在结构复杂系统的开发和测试上，即用数学模型来描述一部分的仿真系统，然后利用虚拟运行环境进行逼真的模拟，其最大的特点就是实时性。硬件在环仿真分析可以充分的发挥物理仿真以及数学仿真的优点，避免了物理仿真与数学仿真的缺点，而且硬件在环仿真分析能够在没有车的情况下对于整车或者车部件进行仿真，这样就可以对各个部件的组合进行较好的评价，使得汽车的结构更加合理[4]。硬件在环仿真分析不仅能够缩短汽车的开发周期，而且在车辆测试过程中可以不必使用实际的硬件，有效的降低了车辆的研发成本以及维护资金。虽然硬件在环仿真分析能够对实际情况进行逼真的模拟，但是并不会产生真实的危险。

四、虚拟现实技术

虚拟现实技术是一种新型的使用技术，虚拟现实技术是以计算机作为基础，并在特定的环境下进行的虚拟实验，虚拟现实技术可以让人在虚拟的环境中感受到现实。现今虚拟现实技术在很多行业中都有较多的运用，包括军事、游戏等，当然虚拟现实技术也运用到了汽车工程中，利用虚拟现实技术可以将汽车数字化，然后配合一定的环境，驾驶员进行仿真驾驶，驾驶员进行仿真驾驶的过程中就可以感觉到汽车的震动、噪音，这样驾驶员就可以对于汽车的性能做出一个直观的评价，而且不需要利用实车进行测试，这样不仅减少了研发资金而且降低了汽车研发过程中的风险[5]。虚拟现实技术在汽车工程中的应用使得汽车的开发速度显著加快，而且汽车的舒适性也得到了较大的提高。

五、高层体系结构技术

高层体系结构技术是美国在1995年所研发出的技术，高层体系结构技术能够将应用层与环境分离，并最大限度的利用新技术来进行服务功能，这种系统有非常强大的适应能力。无人驾驶飞机就是利用高层体系结构技术发展起来的吗，如果将高层体系结构技术与交通工程仿真技术结合起来的话便可以达到更好的效果。随着计算机技术的不断发展，更多的计算机技术将运用到汽车工程之中，并以此来达到人们对于汽车的各种要求，使得汽车行业得到更好的发展。

参考文献

[1]李艳霞.计算机仿真五种方法在汽车工程中的应用[J].科技创新与应用，2013-12-18

[2]于志新，宗长富，何磊.基于LQR的重型半挂汽车列车稳定性控制策略[J].中国公路学报，2011年

[3]陈勇，罗大国，付军.基于CAE仿真的量产双离合器自动变速器开发实践[J].汽车工程，2013年

第4篇：计算机模拟仿真技术范文

关键词：计算机 虚拟制造技术 现代制造业 应用

中图分类号：G623.58 文献标识码：A 文章编号：

前言

所谓的虚拟制造,目前还没有统一的定义标准,但综合地讲,虚拟制造可定义为是利用仿真与虚拟现实技术,在高性能计算机及高速网络的支持下,采用群组协同工作,通过模型来模拟和预估产品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的问题,实现产品制造的本质过程,包括产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验,并进行过程管理与控制。

一、虚拟制造的关键技术

虚拟制造是一种新的制造技术,它以信息技术、仿真技术和虚拟现实技术为支持。虚拟制造技术涉及面很广,诸如环境构成技术、过程特征抽取、元模型、集成基础结构的体系结构、制造特征数据集成、多学科交驻功能、决策支持工具、接口技术、虚拟现实技术、建模与仿真技术等。其中后3项是虚拟制造的核心技术。

1、建模技术

虚拟制造系统VMS (VirtualManufacturing System)是现实制造系统RMS(RealManufacturing Systern)在虚拟环境下的映射,是RMS的模型化、形式化和计算机化的抽象描述和表示。VMS的建模应包括:生产模型、产品模型和工艺模型的信息体系结构。

(1) 生产模型可归纳为静态描述和动态描述2 个方面。静态描述是指系统生产能力和生产特性的描述。动态描述是指在己知系统状态和需求特性的基础上预测产品生产的全过程。

(2) 产品模型是制造过程中,各类实体对象模型的集合。目前产品模型描述的信息有产品结构明细表、产品形状特征等静态信息。而对VMS来说,要使产品实施过程中的全部活动集成,就必须具有完备的产品模型,所以虚拟制造下的产品模型不再是单一的静态特征模型,它能通过映射、抽象等方法提取产品实施中各活动所需的模型。

(3) 工艺模型将工艺参数与影响制造功能的产品设计属性联系起来。以反应生产模型与产品模型之间的交互作用。工艺模型必须具备以下功能:计算机工艺仿真、制造数据表、制造规划、统计模型以及物理和数学模型。

2、仿真技术

仿真就是应用计算机对复杂的现实系统经过抽象和简化形成系统模型,然后在分析的基础上运行此模型,从而得到系统一系列的统计性能。由于仿真是以系统模型为对象的研究方法,而不干扰实际生产系统,同时仿真可以利用计算机的快速运算能力,用很短时间模拟实际生产中需要很长时间的生产周期,因此可以缩短决策时间,避免资金、人力和时间的浪费。计算机还可以重复仿真,优化实施方案。

仿真的基本步骤为:研究系统收集数据建立系统模型确定仿真算法建立仿真模型运行仿真模型输出结果并分析。

产品制造过程仿真,可归纳为制造系统仿真和加工过程仿真。虚拟制造系统中的产品开发涉及到产品建模仿真、设计过程规划仿真、设计思维过程和设计交互行为仿真等,以便对设计结果进行评价,实现设计过程早期反馈,减少或避免产品设计错误。加工过程仿真,包括切削过程仿真、装配过程仿真,检验过程仿真以及焊接、压力加工、铸造仿真等。目前上述两类仿真过程是独立发展起来的,尚不能集成,而VM中应建立面向制造全过程的统一仿真。

3、虚拟现实技术VRT(Virtual Reality Technology)

虚拟现实技术是为改善人与计算机的交互万式,提高计算机可操作性中产生的,是人的想象力和电子学等相结合而产生的一项综合技术,它综合利用计算机图形系统,各种显示和控制等接口设备及多媒体计算机仿真技术,在计算机上生成一种特殊的、可交互的三维环境(称为虚拟环境) ,虚拟现实系统VRS(Virtual Reality Systern)包括操作者、机器和人机接口3个基本要素,用户可以通过各种传感系统与这种环境进行自然交互,使人产生身临其境的沉浸感觉。它不仅提高了人与计算机之间的和谐程度,也成为一种有力的仿真工具。利用VR系统可以对真实世界进行动态模拟,计算机能够跟踪用户的交互输入,并及时按输入修改虚拟环境,使人产生身临其境的感觉,充分发挥用户的想象力。交互性、沉浸性和想象力是VR系统在人—机关系上的基本特征。这3个特征充分反映了人的主导作用:从过去只能从外部观看计算机的处理结果,到能沉浸到计算机创建的环境中去;从只能通过键盘、鼠标同计算机环境中单维数字化信息发生交互作用,到有可能从定性和定量综合的环境中得到感性和理性的认识,让用户沉浸其中,以获取知识和形成新的概念。

二、虚拟制造技术在制造业中的应用

虚拟制造技术在制造业中的应用:机床是制造业的主要生产设备,制造业中许许多多产品的零件都直接或间接地经过机床加工。随着社会的进步,人们对各类产品的要求也越来越高,像汽车这样大批量生产的产品,也要求其个性化,因此不能采用传统的刚性生产线,要考虑适当的柔性。一些个批量生产的产品,其复杂度要求和精度要求也使通用机床难以胜任。相比之下数控机床恰恰满足了这些要求。基于虚拟制造技术的数控机床设计方法不仅能在各种虚拟环境中真实地模拟机床和的运动,并对其在各种工况下的运动和受力情况进行仿真分析,观察并实验机床各组成部件的相互运动情况,以此来修改设计上的缺陷,这样对整个系统进行不断改进,直至获得最优化设计方案,不但可以缩短开发周期,而且设计质量和效率得到了提高。这种设计方法将逐渐被企业所采用。

吊具在机械、有色金属、冶金行业中已得到广泛应用,但在实际开发设计中,由于不同用户根据自身需求对产品提出了不同指标、性能等诸多方面的设计要求,从而使设计单位重复工作多,工作任务量大,同时在关键结构技术及改造也有一定的难度。对于大型吊具的设计,引入虚拟制造技术,可以大大提高设计效率、优化设计质量。

三、虚拟制造技术应用现状

1、产品的外形设计:采用虚拟现实技术的外形设计,可以进行复杂的造型设计, 并对其参数可随时修改、评测。它可以直接用于装配、仿真和加工。

2、产品的布局设计:在复杂产品的布局设计中, 通过虚拟现实技术可以直观地进行设计, 避免可能出现的干涉和其它不合理问题。

3、产品的运动和动力学仿真:产品设计必须解决运动构件工作时的运动协调关系, 运动范围设计, 可能的运动干涉检查, 产品动力学性能、强度、刚度等。

4、热加工工艺模拟:利用数值模拟和物理模拟方法,对金属材料热成形过程和材料成形过程进行动态仿真,预测不同条件下成形的材料的组织、性能及质量, 进而实现热成形件的质量与性能的优化设计。

5、加工过程仿真:产品设计的合理性、可加工性、加工方法, 机床和工艺参数的选用, 以及加工过程中可能出现的加工缺陷等, 这些问题需要经过仿真、分析与处理。

6、产品装配仿真:机械产品的配合性和可装配性是设计人员常易出现错误的地方, 以往要到产品装配的时候才能发现, 但采用虚拟制造技术可以在设计阶段就对产品进行装配, 发现装配问题可进行修改,确保设计的准确。

7、虚拟样机与产品工作性能评测:在虚拟制造中可以模拟出产品的使用情况, 对存在问题的地方进行修改,提高产品一次试验成功率。

8、企业生产过程的仿真与优化:产品生产过程的合理制定、工厂人力资源、制造资源的合理配置, 对缩短生产周期和降低成本有更大影响。

结束语

虚拟制造（Virtual Manufacture) 出现于上世纪90 年代，是以计算机软硬件技术及网络技术的迅速发展为基础的一种全新的制造体系和模式。作为一种先进的制造模式，虚拟制造的应用范围必然会不断扩大，给更多的企业带来更大的收益。

参考文献

[1] 刘蓓华.虚拟制造技术在我国的发展现状及策略研究[J]. 商场现代化. 2009(04)

[2] 朱焕立,李响.虚拟制造技术的产生、应用及研究现状[J]. 科技风. 2009(06)

第5篇：计算机模拟仿真技术范文

关键词：电路；模拟电子技术实验教学；Multisim；仿真

1概述

计算机专业是软硬件结合、面向系统开发和应用的专业，而电路与模拟电子技术作为计算机专业的专业基础课，要求学生能够熟练掌握电子电路的基本分析方法，以便掌握计算机的硬件知识以及计算机接口电路的分析与设计。通过本课程的学习，要求学生掌握电路与模拟电子技术的基本理论、基本知识和基本技能，对其应用及未来发展方向有所了解，为今后学习后续课程以及毕业生就业拓展更宽的领域。

2课程教学中存在的问题

计算机专业很多学生认为计算机专业是学习软件编程的，电路与模拟电子技术课程不属于计算机专业课，能否学好无关紧要，在学习上重软件轻硬件；另一方面，该课程概念多、内容抽象、逻辑性较强，造成学生对课程学习力不从心，排斥这些课程的学习。当学生毕业后从事计算机相关工作的时候，发现自身硬件知识非常薄弱。嵌入式系统是当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一，随着嵌入式系统开发和应用的盛行，掌握硬件理论和计算机专业的软件理论是IT行业工作人员在新时代的基本要求[1]。电路与模拟电子技术课程的主要内容包括电路和模拟电子技术，理论知识既抽象又难懂，使得学生感觉枯燥乏味，学习热情大幅下降，而该课程的内容不断增加，教学计划要求讲授的知识与学时少的矛盾更加突出。以我校计算机专业为例，课程本身理论学时44学时，实验10学时。理论知识比较深奥，实验学时较少，要在有限的时间内让学生接受和理解课程还很困难。如果充分利用先进的媒体，适当地引入Multisim10仿真软件，这样有利于学生接受复杂的知识，取得良好效果[2-4]。

3Multisim仿真软件在电路与模拟电子技术教学中的应用

在电路与模拟电子技术课程中Multisim软件是美国NI公司推出的一个用于电路设计和仿真的工具软件，它的功能很强大，以形象生动的仿真效果而被誉为“虚拟电路电子实验室”，因此它是电子类专业教学的重要仿真软件。设计人员可利用此软件对所设计的电路进行仿真和调试。Multisim仿真软件在电路与模拟电子技术教学应用中的优势体现在[5]：

3.1电路与模拟电子技术课程是一门理论性很强、难度较大的课程。一台PC机和一个仿真软件就可以搭建电路，通过Multisim图形化的仿真环境，可以将抽象、枯燥的电路理论直观的展现出来，降低教学难度，提高课堂教学效率，学生容易理解和掌握。

3.2在实验教学中搭建电子实验平台，实现了虚拟实验和实际实验的结合。Multisim仿真实验和实际实验相比具有直观、简单和速度快等特点。学生既可以在计算机机房做实验，也可以把实验搬回宿舍。仿真实验不需要真实环境的介入,元器件较多,在实验过程中元件没有损耗,实验室维护方便，这样的“电子实验平台”有助于提高学生实践能力。

3.3电路易受到干扰模拟电子技术部分在实验室环境中实验波形易出现较大失真，而仿真实验没有干扰信号,可实时观测参数对波形的影响，比真实的实验更能反映实验的本质,更加准确、真实、形象。

4Multisim10在电路与模拟电子技术课程教学中的应用

4.1将开关J1断开，电路中暂不引入级间反馈

当输入电压是正弦交流电时，在输出端通过万用表可测得输出电压为。没有引入级间反馈时，该放大电路总的电压放大倍数为。

4.2将图中的开关J1合上，引入电压串联负反馈

加上正弦输入电压，由虚拟示波器看到，输出电压的幅度明显下降，但波形更好。

结束语

Multisim仿真软件在电路与模拟电子技术课程教学改革中的应用与实践顺应我校转型发展的大趋势，把仿真教学融入课堂，改变教学方法和手段，引导学生在课后自己去分析更多复杂的电路，通过对虚拟仪器的熟练使用，提高了学生的自学能力，增强了理论教学的灵活性，激发学习的兴趣和主观能动性，大大提高教学质量和教学效果。

参考文献

[1]包蕾,管冰蕾.计算机专业电子技术基础课程教学内容的组织[J].科教导刊,2015,(4):139-140.

[2]吴玲敏,王维娜.Multisim10仿真技术在“电路基础”教学中的应用与实践[J].教育教学论坛,2017,(9):64-66.

[3]张志友.Multisim在电工电子课程教学中的典型应用[J].实验技术与管理,2012,29(4):108-110.

[4]罗廷芳,南江,李伟.NIMultisim10在电工电子技术教学中的应用[J].电子设计工程,2012,20(6):154-157.

第6篇：计算机模拟仿真技术范文

随着经济的全球化与信息的社会化，市场竞争日益激烈，产品竞争已经由传统的价格竞争转化为技术含量的竞争，高科技产品成为市场的主流，创新成为企业发展的灵魂。为了适应新的市场变化，企业必须以最快的上市速度、最好的质量、最低的成本和最优的服务来满足不同用户的需求。面对不可预测、持续发展、快速多变的市场需求，企业的生产活动必须具有高度的柔性，对市场需求的变化做出快速反应。为此，探索新的设计制造方法是企业生存的最重要手段。

随着信息技术的迅猛发展，出现了一些先进的设计制造技术，现代设计制造技术的发展方向就是不断吸收现代科学技术，实现设计制造技术的数字化、功能化、智能化和网络化。虚拟技术已成为当今最活跃的制造业设计技术，它的发展，促进了虚拟制造(VitrualManufacturing)的形成和发展，为机械产品的设计、加工、分析以及生产的组织和管理提供了一个虚拟的仿真环境，从而在计算机上“组织”和“实现”生产，在实际投产前对产品的可制造性等方面进行评估，保证一次成功生产，从而降低生产成本，减少上市时间，快速响应市场，提高企业竞争能力。

1虚拟制造的内涵及其分类

1.1虚拟制造的内涵

随着制造业技术的飞速发展，人们对制造的内涵也有了全新的、更全面的认识。制造是指按照市场需求，运用知识和技能、借助工具、采用有效的方法、将原材料转化为最终产品并投放市场的全过程。虚拟制造(VitrulaManufacturingVM)是指利用计算机模型和仿真来实现产品的设计和生产的技术，它以信息技术、仿真技术、虚拟现实技术和高性能的计算机、高速网络为支持，在计算机上群组协调工作，实现产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验以及企业各级过程管理与控制等产品制造的本质过程。“虚拟制造”虽不是实际的制造，但却实现实际制造的本质过程，它在产品设计或制造系统的物理实现之前，就能通过模型来模拟和预估未来产品的形态、功能、性能以及可加工性等方面可能存在的问题，从而可以做出前瞻性的决策和优化实施方案，从而使制造技术发展到全方位预报阶段。虚拟制造是实际制造在计算机上的本质实现，它是各种计算机辅助技术面向产品全生命周期的集成化综合运用。

实际制造具有对物质、信息、能源进行转换的功能，即投人原材料、生产、信息、电力等能源，制造出所需的产品及与产品相关的信息。虚拟制造是将实际生产中的“物质”和“能源”信息化，针对实际生产系统中的信息及被信息化的“物质”和“能源”实现与实际生产在信息上的等价交换，虚拟制造虽然没有制造出实际产品，但却生成了有关产品的信息以及制造产品所需的信息。

1.2虚拟制造的分类

虚拟制造既涉及到与产品开发制造有关的活动，又包含与企业组织经营有关的管理活动。根据所涉及的范围及工程活动类型，可将虚拟制造分为三类：以设计为核心的虚拟制造；以生产为核心的虚拟制造；以控制为核心的虚拟制造。

1）.以设计为核心的虚拟制造。以设计为核心的虚拟制造将制造信息引人设计过程，利用仿真来优化产品设计，从而在设计阶段就可以对零件甚至整机进行可制造性分析，包括加工工艺分析、热力学分析、动力学以及运动学分析等。主要解决“设计出来的产品是什么样”的问题，以便对产品各方面性能进行仿真与评估；

2）.以生产为核心的虚拟制造。以生产为核心的虚拟制造将仿真技术溶人生产过程模型，以此来评估和优化生产过程，以低费用快速评价不同的工艺方案、资源需求计划、生产计划等。主要解决“这样组织生产是否合理”的问题，以便对生产过程进行仿真，对各个生产计划进行评估；

3）.以控制为核心的虚拟制造。以控制为核心的虚拟制造将仿真技术加到控制模型和实际处理中，实现基于仿真的最优控制。充分利用计算机的强大功能将传统的各种控制仪表、检测仪表的功能数字化，对生产线的优化等生产组织和管理活动进行仿真。主要解决“如何去控制”的问题。

2虚拟制造的特点

与实际制造相比，虚拟制造具有其本身的特点：

1）.虚拟性。虚拟制造不是真实的制造过程，不生产实际的产品、不消耗真实的材料与能源，是通过数字化手段来对真实制造过程进行动态模拟以实现制造的本质过程；

2）.基于数字化模型的集成。虚拟制造过程依赖于模型，涉及到的模型有产品模型、过程模型、活动模型和资源模型。通过这些数字化模型在计算机上的集成，实现对产品的设计、制造、测试、装配等操作，而不再做对传统的原型样机的反复修改；

3）.支持敏捷制造。由于整个过程的信息存储在计算机内，能够根据用户需求或市场的变化快速改型设计，快速投人生产，能够大幅度压缩开发新产品的时间、提高质量、降低成本；

4）.分布合作。借助于计算机网络，虚拟制造可使分不在不同地点、不同部门的不同专业人员对同一个产品模型同时工作，相互交流，实现信息共享，减少大量文档生成及其传递的时间和误差，从而使产品开发更快捷、优质、低耗地响应市场变化；

5）.仿真结果的高可信度。虚拟制造就是通过模型的验证、效验等仿真技术来检测设计出的产品或制订出的生产规划，使得产品开发或生产组织一次成功，所以它能真实地反应实际对象。

3虚拟制造的关键支撑技术

虚拟制造借助于虚拟环境中获取的各种信息，集成和综合了可运行制造的环境，用来改善从装配产品的概念设计到动态仿真的各个阶段。虚拟制造技术涉及面很广，如环境构成技术、过程特征抽取、集成基础结构的体系结构、制造特征数据集成、多学科交叉功能、决策支持工具、接口技术、虚拟现实技术、建模与仿真技术等。其中后三项是虚拟制造的核心技术。

3.1虚拟现实技术

虚拟现实(VirtualRealityVR)技术是美国JaronLanier于1989年首次提出的，该技术的内涵是由计算机直接把视觉、听觉和触觉等多种信息合成，并提示给人的感觉器官，在人的周围生成一个三维的虚拟环境。从而把人、现实世界和虚拟空间结合起来，融为一体，相互间进行信息的交流和反馈。虚拟现实技术或由它构建的系统，最重要的特征在于沉浸感(Immersion)，交互性(Interaction)和构想性(Imagination)。

虚拟现实技术综合利用计算机图形系统、各种显示和控制等接口设备，在计算机上生成可交互的三维虚拟环境。虚拟现实系统(VRS)由人机接口、软件技术、虚拟实现的计算平台等部分组成。利用VRS可以对真实世界进行动态模拟，通过用户的交互输人，并及时按输出修改虚拟环境，使人产生身临其境的沉浸感觉。

3.2建模技术

虚拟制造系统是现实制造系统在虚拟环境下的映射，是现实制造系统的模型化、形式化和计算机化的抽象描述和表示。虚拟制造系统的建模包括生产模型、产品模型和工艺模型。

(1)生产模型。可归纳为静态描述和动态描述两个方面。静态描述是对系统生产能力和生产特性的描述，给出产品设计方案的可能性；动态描述是对系统动态行为和状态的描述，进而预测产品生产的全过程；

(2)产品模型。产品模型是制造过程中，各类实体对象模型的集合。对虚拟制造系统来说，要使产品实施过程中的全部活动集成，就必须具有完备的产品模型，即产品模型描述的信息既包含产品结构、产品形状特征等静态信息，还包含能够进行干涉检查，各项性能分析等方面的动态信息，是能够通过映射、抽象等方法提取产品实施中各活动所需所有信息的模型；

(3)工艺模型。将工艺参数与影响制造功能的产品设计属性联系起来，以反应生产模型与产品模型之间的交互作用。工艺模型必须具备以下功能：计算机工艺仿真、制造数据表、制造规划、统计模型以及物理和数学模型。

3.3仿真技术

仿真就是应用计算机对复杂的现实系统经过抽象和简化形成系统模型，然后在分析的基础上运行此模型，从而得到系统一系列的统计性能。由于仿真是以系统模型为对象的研究方法，借助于计算机的快速运算能力，可以用很短时间模拟实际生产中需要很长时间的生产周期，因而可以缩短决策时间，避免资金、人力和时间的浪费，并可重复仿真，优化实施方案。

仿真的基本步骤为：研究系统、收集数据一建立系统模型*确定仿真算法*建立仿真模型神运行仿真模型*输出结果并分析。虚拟制造系统中的产品开发涉及到产品建模仿真、设计过程规划仿真、实际生产过程行为仿真、装配过程仿真、检验过程仿真等，以便对设计结果进行评价，实现设计过程早期反馈，减少或避免产品设计错误。

4虚拟制造技术的现状分析

尽管虚拟制造技术近年来在国际上取得了迅速的发展，但是目前还缺乏从产品设计全过程的高度开展虚拟制造的研究，集中体现在以下方面。

4.1基于集成的数字化产品模型技术尚处于概念阶段

(1)CAD模型中的产品信息含量太低。CAD模型是在产品的设计过程中形成的，很多信息(几何的非几何的)需要记录在其中，它是重要的数据源。在虚拟制造中，很多分析模型需要从CAD模型中提取相应信息。然而目前的CAD模型主要是从几何实体的角度描述产品，远不能全面的描述产品，能够提供的共享信息太少；

(2)现有的CAD模型无法支持产品的概念设计。产品的全新设计要经过概念设计、详细设计、产品工艺规划及制造几个过程，而CAD模型只支持产品的详细设计；

(3)缺乏良好的产品信息重用机制。由于目前各应用软件间的产品数据交换主要是通过专用的数据接口来实现，这种转换也是同一问题数据的简单映射，无法实现模型间数据的自动转换和衍生，无疑增加了虚拟制造产品开发的复杂性。

4.2产品创新支持工具尚不充分

(1)缺少创新设计支持系统。产品创新设计是一门综合性科学，需要新技术、新材料、新工艺的支持。虚拟制造的环境为创新设计提供了很好的运行机制，但是还需进一步组织开发创新设计的支持系统；

(2)缺乏将知识与虚拟制造结合的工具。知识可以创造革新产品和新技术，产品创新注重知识。但是由于知识表达与组织的复杂性与重要性，如何将其与虚拟制造的数字化产品结合起来是一个有待解决的难题；

(3)缺少交互式外形设计技术与虚拟制造的集成工具。

目前，虚拟制造被认为是最有发展前景的产品创新技术。如何解决将有关产品整体定位、外观设计的交互式外形设计技术引人到产品虚拟制造中并与之有机地集成起来尚需进一步研究。

4.3产品数字化技术

(1)基于产品数据管理(PDM)与其他软件的集成问题。产品数字化的核心是PDM技术的应用，目前，出现了各种版本的PDM软件，但是缺乏标准，由此造成了PDM软件与其他应用系统的集成问题。在虚拟环境下，各专业、各部门人员基于同一产品模型协同工作，必须解决PDM与其他应用软件的集成；

(2)虚拟产品开发的产品数据组织体系。虚拟产品开发方式生成的产品数字样机的产品结构树既要反映产品设计阶段的构造层次结构、产品的装配顺序，还要反映生产流程，制造部门可以直接根据产品数字样机进行制造。因此，研究适合虚拟产品开发的产品数据组织体系是切实必要的；

(3)与数字化产品模型相关数据的组织和管理。

产品的数字化包括建立产品的数字模型及其相关的性能指标，包括结构分析、运动学分析、动力学分析、热力学分析的结果，为产品的定型提供理论依据，并对产品性能进行改造。如何有效地解决数据的组织和管理，使之有效地适合虚拟制造的需要是目前研究的热点。

4.4制造过程仿真建模方法和技术

基于物理模型的制造过程仿真技术已经得到广泛应用，但建模方法与建模技术仍未有突破性进展。

(1)虚拟加工工具有待完善。目前已有很多商品化软件可以进行“可加工性”评价，但虚拟制造还需研究开发大量的虚拟加工分析工具，如具有切削力分析功能的加工过程仿真系统等；

(2)虚拟装配的基础理论研究。虚拟制造对虚拟配中的公差分析与综合技术还缺乏理论基础，在模型的生成以及对ISO公差标准、形位公差的支持方面还存在很多问题，迫切需要解决；

(3)装配工艺规划的进一步研究。目前基于虚拟装配工艺规划的研究存在很大的局限性，主要是指:仅考虑沿坐标轴方向的平移，装配运动方式过于简单；偏重于几何计算，工程语意知识的利用有待加强；装配顺序的选择标准不够广泛和统一；

(4)虚拟测试技术研究。虚拟测试是成功运用“虚拟产品开发”技术的关键环节，也是必不可少的。当所有环节计算机化后，测试和效验环节就成为影响效率的重要因素。

第7篇：计算机模拟仿真技术范文

【关键词】计算机仿真技术 信息化 制造业

1对系统仿真类型进行概述

顾名思义，“仿真”就是对现实世界的物体进行模拟的一种状态，使其达到逼真的情形。在工程技术领域，经常采用系统仿真技术来研究相关事物，如通过系统模型的相关实验来研究设计或者存在的某个系统。

2对计算机仿真技术在制造业中的应用以及发展现状进行概述

由于我国是一个制造业大国，并且制造业在我国的国民经济收入中也占很大的比例，因此，国家及企业都非常重视我国制造业技术的发展。随着我国科学技术及制造业的进步，使得CIMS、NC、FMS、CAPP、MRP等都得到了快速发展。而系统仿真技术作为工程领域里面的一个重要手段，其被大量应用到我国制造业进行研究及实践，从而产生出一些先进制造技术。对于系统仿真技术而言，如果从本质上面来讲，其就是通过建立仿真模型，然后再对仿真模型不断进行实践模拟的一种先进技术。它的实现过程主要是由仿真语言、计算机高级语言、以及计算机仿真软件来实现，具体情况如上图2-1所示。可以很明显的看出，对于一个典型的仿真软件来讲，它主要包括程序包、仿真语言、仿真环境三种不同的形式，它的覆盖功能也不是完全相同的，并且，从下到上是大致的反映了计算机仿真软件的一个发展情况。随着相关技术的发展，直到上个世纪80年代后期，出现了一体化的仿真环境。随着我国计算机技术的进一步发展，开始出现了面向对象的并发执行机制，这样，就非常容易的实现在数据库管理的基础之上来对实验及模型数据、以及实验仿真的结果等进行统一的管理，与此同时，人工智能等相关的先进技术也开始应用到仿真建模、运行以及对仿真的结果进行分析之中。另外，广义的制造系统的相关仿真器也开始大量出现，在某种程度上面很好的实现了对制造系统进行的非语言建模、以及模型数据驱动等相关的重要功能。比较典型的一体化仿真软件有TESS等，广义的仿真器有FATOR等。

3计算机仿真研究的热点以及对我国制造业的相关影响

自从上世纪末以来，随着我国制造业的竞争不断加剧，产品生产周期不断缩短，这样就导致系统仿真技术不断向横向的方向发展，在制造业里面比较典型的就是“虚拟制造技术”的发展。根据虚拟制造的概念可以得知，需要先采取计算机来模拟整个产品的设计及制造过程，这样便于发现各种问题，并且在产品制造之前就把问题解决掉，从而提高生产效率及产品质量。随着制造业的发展，仿真技术在我国制造行业里面的又一个重要研究热点诞生，即虚拟产品的开发（VPD），它最早是来源于并行工程的思想。并行工程技术（CE）在对产品进行开发之前就对产品的整个生命周期进行全面的考虑，这样，对解决相关产品的设计以及开发之间的矛盾是非常有益的。而虚拟产品开发是在并行工程的指导下，把大规模的产品数据管理系统以及CAD等产品设计系统等进行综合起来，从而进一步的形成虚拟产品的开发环境，这样就可以在该环境下进行产品的策划、设计等，以及预测产品在真实环境下的相关特征、功能及性能等，这样在进行实际设计、生产的过程中，可以减少反复或者变更等的次数。VPD技术能够深入到各种复杂产品的制造之中，从而为企业产生巨大的经济效益。随着计算机技术的高度快速发展，对仿真技术的相关应用已由单一的形式向复杂性的方向进行发展。由于现代制造企业面向全国甚至全世界，因此，它的仿真对象也是分布在不同的时空，在这样的背景下就产生了分布交互化仿真技术（DIS）。对于这种仿真系统来讲，它所包括的内容有：构造实体、实体-虚体、真实方面的实体等，并且，这些实体是可以基于不同时期的相关技术、不同产品的相互组成、不同的系统方面的目的、以及不同生产厂家的相关技术等，对于这样的复杂情况是允许他们进行交换操作的。分布交互化仿真技术（DIS）通过采用计算机网络将分布在不同地点的仿真设备进行连接起来，这样便可以通过实体之间的数据方面的交换构成时空到合成仿真环境的一种比较先进的仿真技术。如今，在我国制造业中已经产生了虚拟企业或者类似于DIS的虚拟研究开发中心等。就目前来讲，比较出名的就是香港城市大学与香港生产力方面的促进局共同构建的快速科技中心，它就是虚拟研究开发中心。由于当今社会是动态快速发展变化的，人们的需求更多转向个性化、多样化等方向，因此，对于制造企业来讲，它们就要抓住市场的需求，然后采取方式（如柔性生产制造）来快速响应市场需求，这样才能够为企业获取更多的市场利润，但是，通常情况之下，由于企业在短期内存在相关资源欠缺等方面的局限性，在这样的背景下，企业要想获得市场机会，它们就有可能通过互联网来临时连接成一种动态方面的联盟-也就是所谓的虚拟企业。

4结束语

随着我国社会的不断发展，导致计算机仿真技术的发展也日新月异。在制造业中，对于整个产品的生命周期来讲，仿真技术都表现出其强大的发展潜力。在当今制造业竞争激烈的社会，计算机仿真技术在制造领域的应用及发展在不断的扩展，其功能也更多的面向可视化、智能化生产、绿色制造等方面不断发展。

参考文献

[1]戴金海等.并行工程与仿真技术[J].计算机仿真,2013(23):54-59.

[2]熊光楞.计算机仿真及其在制造业中的应用[J].计算机仿真,2012,2(14):20-27.

[3]郑力,卢继平等.虚拟制造技术[J].计算机辅助设计与制造,2013(09):62-67.

第8篇：计算机模拟仿真技术范文

【关键词】结构强度 虚拟试验 物理试验

1 结构虚拟试验技术介绍

随着现代信息技术的飞速发展，建模与仿真、虚拟现实、计算机网络等技术也有了巨大发展，促成了仿真、虚拟技术与试验和评价的有效结合，正在改变着传统的飞机设计流程。

飞机结构强度分析与验证是飞机研制不可或缺的重要一环，飞机设计流程的改变必然要求强度分析与验证程序的变化。这种变化主要体现在，第一，在设计飞机数字模型的同时，利用有限元技术随时对结构的修改做出性能评估，相对于昂贵的结构试验而言，大大地降低了设计阶段的成本；第二，以经过验证的分析工具为基础，辅以必要的物理试验，采用虚拟试验（Virtual Testing）技术对结构进行认证，能缩短结构认证的周期，降低物理试验的成本。

结构虚拟试验一般指能够预测结构破坏能力的评估结构强度的数值分析技术，该技术适用于金属材料和复合材料，适用于结构的准静态和动态响应。飞机结构静力试验规模大，费用高，试验过程中无法预测的问题难以避免，试验风险较大。对此，开展结构强度虚拟试验技术研究有着极大的必要性和十分重要的意义。

2结构虚拟试验技术的内涵及特点

虚拟试验是在长期积累的大量有关数据、有关的力学模型以及各类三维模型的基础上，利用高性能计算机、网络环境、传感器或各种虚拟设备，建立能方便地进行人机交互的虚拟环境或虚实结合的环境，在此环境中对实体、物理样机或虚拟样机进行试验，用可视化的方法观察被试物体的性能及其相互间的关系，并对试验结果进行分析与研究。虚拟试验的内涵主要涉及三方面内容：

（1）试验手段即试验所需仪器设备的虚拟；

（2）试验对象的虚拟；

（3）试验环境的虚拟。

虚拟试验是相对于真实产品的物理试验而言的。虚拟试验技术属于可控制的、无破坏性的、耗费小并允许多次重复的试验手段。在复杂产品的研制过程中，虚拟试验不仅可以作为真实试验的前期准备工作，而且在一定程度上可以替代传统的物理试验，从而达到缩短新产品试验周期、降低试验费用、提高产品质量的目的。

虚拟试验不能完全代替真实试验，虚拟试验与真实的物理试验具有互补性。物理试验除了可以为虚拟试验模型的确认提供必要的数据和信息外，还可以发现虚拟试验不能涵盖的问题。

3 结构虚拟试验技术的发展概况

早在1984年，英国国家有限元方法及标准局（NAFEMS）就提出了在航空及其它相关领域开展仿真试验的设想，欧洲在20世纪80年代就在Fokkerl00飞机上进行过用虚拟试验替代全尺寸试验的尝试，美国采用试验与分析相结合的方式，开展了星舟号（Starship）飞机强度的认证工作。近年来，美国Boeing公司建立了协同虚拟试验（Collaborative Virtual TestingCVT）平台GENOA和积木式的虚拟试验验证方法，采用虚拟试验技术对X-37设计寿命性能进行了评估。

欧洲空客公司正在形成结构虚拟试验的能力，在项目开发阶段，主要验证集成技术/潜力；在设计阶段，采用参数化建模工具，支持设计或验证新的设计概念，评估设计方案和降低设计风险；在认证阶段，替代从主部件到全尺寸试验的认证试验。空客以过去的试验经验为基础，对A340前梁屈曲（静强度）、A380座舱鸟撞（瞬态动力学）、A300的47框裂纹分析（疲劳与损伤容限）以及发动机挂架的瞬态热模型作了分析验证，并提出了虚拟试验项目的目标和发展路线图。在空客公司，结构虚拟试验已成为结构分析的一部分，并已取得了巨大的成就。

4 结构虚拟试验与传统结构分析和试验的关系

4.1结构虚拟试验与结构分析、强度校核的关系

结构虚拟试验是以微观力学的逐渐破坏分析为基础，采用不同层次的分析模型和高保真的破坏分析方法，利用已有的试验数据，采用经过认证的、可靠的分析技术和软件，对结构的响应性能快速做出反应，以比较不同的结构材料/工艺，判别结构设计的多种候选方案。虚拟试验采用的破坏模式及分析模型需要通过一定的试验标定或验证，常规的结构分析软件只是虚拟试验的工具之一。

结构虚拟试验软件是一个开放式平台，具有不断完善补充经验数据和有效的分析方法、对比评估数值仿真和真实的物理试验结果的功能，通过不断地积累提高虚拟试验的可信度。结构虚拟试验也不同于常规的强度校核，不仅要给出强度极限以及在使用环境下是否安全的强度结论，而且要模拟破坏过程，模拟破坏机理，挖掘结构潜力。虚拟试验范畴远大于强度校核。

4.2结构的虚拟试验与物理试验的关系

结构的虚拟试验与物理试验共同点都是验证结构的强度性能。但是虚拟试验与物理试验面向的对象不同，一个是数字模型，一个是真实物理模型，因此，所采用的试验方法和核心技术不同。虚拟试验主要研究如何建立准确的数学模型和如何利用数学模型准确分析结构响应，而常规结构试验则侧重于如何准确地加载和如何精确地测量结构的响应。

物理试验主要证明结构在试验载荷下结构是否破坏，用以验证飞机结构的安全性，但是，物理试验的成本很高，而且物理试验通常并不做到破坏，即使进行破坏试验，也只能选取一种最危险载荷情况，验证破坏模式和破坏部位。虚拟试验可进行上千种仿真试验，验证每一种载荷情况及每一种可能导致破坏的载荷情况，覆盖面宽而且成本较小。

5 飞机结构静强度虚拟试验技术

5.1飞机结构强度试验虚拟试验要求

一种新型飞机的研制需要进行全机结构强度静力验证试验以及大量的、各种类型和各种规模的飞机结构部件强度静力验证试验，以保证整个飞机结构在强度设计上是可靠的和最优的，对于改进、改型飞机，也需要经过试验来验证结构的强度性能以及所用的分析方法和工具的正确性，总之每种飞机结构及结构部件都要进行多种载荷情况的强度试验，整个飞机结构静强度试验过程不仅要耗费大量的人力和物力，还要花费相当长的时间才能完成，是造成新型飞机研制成本很高、周期很长的一个重要原因。

使用计算机仿真技术，通过飞机结构强度静力虚拟仿真试验系统，在计算机上对虚拟的飞机结构或结构部件进行结构强度静力虚拟仿真试验，即：虚拟结构静强度试验，可以验证与发现飞机结构设计中的各种缺陷并及时修改，这无疑将会极大地降低试验成本，缩短试验周期。

虚拟结构静强度试验是建立在大量真实的物理的试验结果基础之上的、解决现实结构静强度试验问题的计算机虚拟仿真试验，飞机结构静强度试验仿真系统就是进行这种虚拟结构静强度试验的计算机软件系统。是结构强度试验的计算机仿真。

飞机结构静强度试验计算机仿真系统通过虚拟的结构静强度试验过程可以预先演练真实飞机结构静强度试验，发现试验方案与试验过程中可能存在的各种缺陷，保证真实强度试验的成功进行；可以定性或定量地得到飞机结构的试验结果，并随着这种试验结果准确性和可靠性的提高，在一定程度上可以取代部分结构静强度试验。

飞机结构强度虚拟试验过程中存在着多种结构设计方案、多种分析模型，对这些设计方案和分析模型要进行对比分析和评估。对于每一种设计方案，无论是哪一种强度特征虚拟试验，都涉及到虚拟试验过程的流程组织与控制、过程数据的管理、不同部门之间的协调以及提高工作效率等问题。

为了解决上述问题需要选择一个仿真管理平台，在该平台上研发飞机结构强度虚拟试验系统，为强度虚拟提供操作平台，从而建立虚拟试验架构。

5.2飞机结构强度虚拟试验架构

飞机结构静强度试验主要包括三个组成部分：

（1）结构静强度试验大纲和试验方案：

（2）静力试验的飞机结构试件：

（3）结构静强度试验过程。

针对飞机结构静强度试验的三个方面，所建立的飞机结构静强度虚拟试验系统包含：飞机结构静强度试验的试验环境、试验样机和试验过程的虚拟仿真。

对于上述虚拟试验系统的要求，建立试验虚拟试验系统平台架构，由三个子系统组成，即：结构静强度虚拟试验环境子系统、试验虚拟样机子系统和虚拟试验过程子系统。这三个子系统既相互关联又相互独立，试验虚拟环境和试验虚拟样机子系统可以分别开发，并可以独立运行或联合运行，虚拟试验过程子系统是建立在这两个仿真子系统之上的，与它们一起共同完成完整的飞机结构静强度虚拟试验。

5.2.1虚拟试验环境

静力试验环境仿真子系统能够进行飞机结构静强度试验的试验设计并同时模拟设计的设备安装与运动，验证试验设计的正确性与可靠性。试验环境仿真包括了结构静强度试验的试验设计和环境仿真，

试验设计环境仿真以真实比例尺寸显示三维飞机结构的外形以及各种试验设备的安装效果，可以直观地检查胶布带的粘贴位置、重叠情况、粘贴角度，杠杆系统的分区情况、连接效果以及加载设备连接情况。可以动态地检查加载系统的干涉情况。

5.2.2虚拟试验样机

试验样机仿真子系统通过虚拟的飞机样机模拟真实飞机结构在承受各种载荷过程中结构发生的外部变化（几何变形等）和内部变化（应力、应变等）规律。虚拟样机仿真需要针对飞机结构的不同研究领域（静力学、动力学、疲劳寿命等）建立不同的飞机结构仿真模型，飞机结构静强度试验仿真系统中的试验样机仿真模型是飞机结构强度静力仿真模型。飞机结构的静力有限元模型可以作为试验样机的一种仿真模型，有限元方法分析的结果作为仿真试验的结果，有限元方法作为一种建模方法，即：建立飞机结构静力分析的有限元模型。通过结构静力有限元分析系统模拟飞机结构承受载荷时的表现行为（结构变形、应力和应变的变化）。

5.2.3虚拟试验过程

结构静强度试验过程的计算机仿真是通过虚拟现实（Virtual Reality）技术，在试验环境仿真与试验样机仿真的基础上，对整个飞机结构静强度试验体系与结果进行的计算机仿真。虚拟试验过程调用和协调试验环境仿真与试验样机仿真子系统动态地、直观地表现飞机结构静力数字试验的过程和结果。

试验过程仿真子系统不仅能对结构静力试验的执行系统（试验载荷加载系统）进行仿真，也能对试验的反馈系统（试验数据采集系统）进行仿真。使用试验过程仿真子系统演练飞机结构静强度试验并得到仿真试验结果数据，以仿真结果为参考数据，在真实试验中可以及时检测出采集数据的异常并诊断出异常的根源，保证真实试验的成功进行。

5.3实施飞机结构静强度虚拟试验的工作流程

基于现阶段飞机结构设计情况，以及结构强度虚拟试验的特点、优点，建议开展结构强度虚拟试验技术研究，实施静强度虚拟试验。

首先在总体、结构、强度集成设计平台中建立飞机结构强度虚拟试验系统，用于提供结构强度虚拟试验平台

飞机结构虚拟试验技术的核心内容是对设计的飞机结构进行准确地结构破坏能力的强度评估，给出数值分析结果以及结构破坏模式。

飞机结构静强度试验虚拟试验流程可以归纳为以下几个阶段：

（1）制定试验项目，编制试验任务书、试验大纲；

（2）进行结构有限元计算分析；

（3）进行虚拟试验件设计，建立虚拟试验环境；

（4）进行虚拟试验；

（5）试验结果评估，编制试验报告。

基于上述规划的流程，并结合CAD/CAE技术，定制飞机结构静强度虚拟试验过程。

6 开展飞机结构强度虚拟试验的一些思考

飞机结构静强度虚拟试验系统的建立是开展飞机结构强度虚拟试验技术的开始。通过飞机结构虚拟试验结果与真实试验结果的对比分析，不断修正试验环境、试验样机和试验过程的建模方法和虚拟模型，建立飞机结构静力模型的校核、验证和确认（Verification Validation and Accreditation VV&A）方法和标准，使得对于某些结构类型或某些试验类型可以使用计算机仿真试验代替。

飞机结构静强度虚拟试验系统的建立不仅是飞机结构静强度试验计算机仿真的开始，也是其他飞机结构强度试验计算机仿真的开始。以飞机结构静强度试验仿真系统为平台，共享已建立的计算机软件资源和数据资源将能很快地建立其他类型的飞机结构强度试验仿真系统。

参考文献：

[1] 张宝珍.虚拟试验与仿真验证技术在国外武器装备研制中的应用.

[2] 孙侠生，段世慧.飞机结构虚拟试验与认证方法的发展趋势.计算机测量与控制.

第9篇：计算机模拟仿真技术范文

关键词：网络技术课程、模拟仿真软件、化虚为实、效果好

中图分类号：TP 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2014）26-01-01

一、计算机网络课程教学中存在的一些问题。

1.课程内容枯燥无味。计算机网络课程中的有比较多概念性、原理性、理论性的知识，这些知识都比较枯燥、难于理解。比如介绍计算机网络中通信设备工作原理与作用、通信协议（静态路由协议、OSPF路由协议等）时，不但教师觉得不容易讲述清楚、学生听起来也难于理解，网络课程内容显得既复杂又枯燥。

2.网络实验设备短缺。要组建一个网络硬件实验室需要花费几十万，甚至上百万经费，对很多学校来说是一个非常大的数字，由于资金投入问题，造成计算机网络实验所需的硬件与软件短缺。

3. 学习网络课积极性不高。计算机网络课程理论性、综合性比较强，涉及的知识面广；学生对生硬、抽象的理论知识理解起来比较困难，认为老师讲的这些知识不实用、与现实关系不大，慢慢地对网络课程失去兴趣，被动地完成老师布置的上机任务、课后作业，甚至为应付考试而学习，大部分学生对网络课程学习缺乏学习兴趣和积极性。

4. 网络课教学形式过于简单，教学效率低。随着计算机网络技术发展，网络新技术也不断出现与更新，知识点也不断增多，学习难度对应加大，部分老师上课还是采用传统教学方式，采用传统教学手段，多媒体教学还是停留在“演示”阶段，教学模式仍然是“老师讲、学生听为主”的模式，使得学生对网络知识的理解和认识停留在书本上，动手操作能力不强，教学效率低。

二、在计算机网络课程教学中使用模拟仿真软件的必要性。

本校是全国信息化示范校，基本上每年都组织信息化说课大赛、信息化教学设计大赛，参赛的不少教师为了丰富教学效果制作了优秀模拟仿真软件，比如设计出 “制作网线仿真软件”、“网络综合布线仿真软件”、“防火墙实验仿真软件”等，当初只是为了参赛，后来把这些作品应用教学当中，发现这些作品不但更加直观演示网络相关知识、丰富了课堂，而且也能让学生课堂中有机会进行互动式网络实践，提高动手能力。

1. 化虚为实、辅助学生理解。网络知识复杂又枯燥，老师非常需要借助虚拟软件帮助学生去理解与记忆，如果能把这些网络知识渗透到虚拟软件中的网络实验去讲解，并让学生在实践过程感悟其中的原理，以达到教学目的。

2.把抽象理论、乏味知识转化直观实验。有了虚拟软件后，就可以在一台计算机上完成网络仿真实验，在个人电脑上够虚拟出若干台路由器、交换机、服务器等设备，进行搭建网络、规划网络IP地址、划分子网、配置路由协议、网络访问控制、配置网络安全、安装配置服务器等实验。比如讲述OSPF路由协议案例时，可以直接在路由器上查看在配置OSPF路由协议之前与之后的路由表信息变化，结合使用ping命令比较配置OSPF之前与之后的结果，学生就很容易理解OSPF的作用与配置方法。

3.模拟仿真软件物美价廉，课堂效果好。可以从网络上免费下载、免费使用模拟仿真软件，不用需要增加学校开支就可以虚拟出很多网络硬件设备；为广大网络课程的授课教师、学习网络专业技能的学生、参与CCNA考证的考生提供了免费使用的平台。比如老师需要介绍无线上网时，为了达到更加好的教学效果，要么购买一批无线路由器和无线网卡、要么采用思科模拟器模拟无线网络实验。采用虚拟软件模拟器无线路由器、无线网卡、无线加密，不仅操作比在真实的设备上实验更加形象、更加方便，而且每个人都能实验操作。

4. 破除实验环境问题，提高实操技能。全国各地很多高校、中职学校均开设计算机网络技术专业或者有计算机网络技术相关的课程，但是很少学校配备有齐全的网络实验设备；有了仿真软件后就可以不受限制地虚拟出足够数量的网络设备、服务器主机进行网络搭建、网络管理、网络维护实操教学，达到每个学生都可以做网络实验的目的，也让更加多的学生与老师一起参与到课堂，训练网络实践技能，一起提高教学质量。

三、将模拟仿真软件应用到网络课程教学课堂，教学效果显著。

1.丰富课堂，提高教学质量与效果。安装网络模拟仿真软件辅助教学，是在不购买新设备、不增加学校开支情况下，只需要在原有的电脑室PC机上安装Packet Tracer即可，在Packet Tracer上完成网络实验，借助模拟仿真软件简单明了地掌握网络通信原理、通信协议，发挥多媒体教学手段的作用，使得学生积极地参与到网络课程的教学课堂，提高教学质量。

2.提高了学生动手能力，以达到零距离上岗。学生通过在模拟器上进行实操把网络通信原理、网络协议搞清楚了，那么学生的网络专业技能、动手能力就会得到了真正提高，其毕业之后假如从事网络通信、网络维护有关的工作，不管需要面向那个厂家的网络设备，都是触类旁通，只需要查查对应设备指令系统命令格式就可以开始对网络进行配置与维护。

3.利用模拟仿真软件还有其他独特的优势。使用虚拟软件不仅低成本、容易创建实验环境与平台，而且还可以节约用电量、节约实验室空间、实验操作更加安全，同时让更加多的学生参与技能实操。

四、把模拟仿真软件应用到计算机网络技术课程的教学中的方法。

1.从网上下载为提高网络课程教学效率有帮助的仿真软件。信息技术的发展与普及为提高教学效果与效率提供了形式多样的手段和方法，只要电脑、有网络的地方就可以从网上搜索、下载教学有关软件与资源。比如在网上不仅可免费下载设备仿真软件思科模拟器Cisco Packet Tracer与Virtual Box软件，而且还可以下载这些仿真软件的文字教程与视频教程。

2.利用信息化手段设计与制作网络设备模拟仿真软件以辅助教学。网络上的仿真软件很多，但不是所有的网络实验操作、网络模拟环境都能找到对应的软件，此时作为计算机教师可以借助Flash、3Dmax等工具发挥专业优势自行动手设计与制作仿真辅助教学软件。

3.有模拟仿真软件后教师不再为教学环境、教学平台而担心，专注教学研究。有了虚拟软件后教师上课不用再为能不能做这个网络实验，有没有网络设备，设备有没有问题，这个内容能不能教等问题而操心了。教师可以把主要精力放在教学设计、教学管理、以及如何提高教育教学效率等方面。