三维仿真论文精选(九篇)

第1篇：三维仿真论文范文

【关键词】三维仿真教学软件 开发 应用机制

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2017）04B-0027-03

计算机仿真是在计算机上建立形式化的数学模型，然后按一定的实验方案，利用系统的模型通过模型解算的方法来获得系统动态行为的一种研究系统的过程。计算机仿真技术是以计算机为工具，以相似原理、系统技术、控制理论、信息处理技术以及各种相关领域技术为基础，以计算机和其他专用物理效应设备为工具，根据系统试验目的，建立系统模型，并在不同的条件下，对模型进行动态运行试验的一门综合性技术。随着计算机仿真技术的迅速发展，仿真技术由二维平面图形向三维虚拟现实逐步转化。三维仿真技术具有生动、形象、经济实用等优点，已广泛应用于科学研究、工业制造、交通运输、工程设计、教育培、军事、医疗等众多领域之中。

一、三维仿真技术在职业教育领域的应用

仿真教学是利用实物或计算机创设各种虚拟环境来模拟真实环境，并根据真实环境中的理论和实际操作情况在虚拟的环境中进行操作、验证、设计、运行、优化等的教学方式。它的出现对职业教育的发展产生了极大的推动作用，为新的教学手段开发奠定了基础，使教学方式、方法的改革和创新成为职业教育发展的必然趋势，结合互联网使用，可以使职业技术教育实现远程学习、在线学习，突破传统职业教育依赖于硬件设备进行教学的局限，促进职业教育跃上了一个新的台阶。目前，许多职业院校充分利用现代计算机技术和仿真技术开发了三维仿真教学软件、实验或实习仿真教学系统，开展仿真教学和实验、实训操作训练，如利用数控加工仿真教学系统，可以实现学生编程刀具路径轨迹校验、检查碰撞、工件过切、程序优化等教学过程，尽可能避免未经校验的程序在实机操作过程发生碰撞等危害事故。电梯技术实训仿真教学系统可实现电梯技术中的机械、电路、传感器、变频调速、PLC 控制等技术实训的仿真教学。建立与课程相对应的仿真实验室、仿真实训室、仿真实训车间、工厂，利用仿真实训室开展单项技能训练和综合项目实训，如数控仿真实训室、三维电子导游仿真实训室、财务仿真实训室、冶金仿真实训室、变电仿真实训室等仿真实训室，使学生直观地、低成本地体验生产环境，完整地、清晰地了解生产流程和各个岗位的工作任务等。

二、三维仿真教学软件的开发方式

教育部的《教育信息化十年发展规划（2011―2020年）》明确提出：加快职业教育信息化建设，建设职业教育虚拟仿真实训基地。由此可见，虚拟仿真实训基地是专业实训基地的一个重要组成部分，职业院校要积极建设仿真实训基地等信息化教学设施，组织力量开发适合学校发展需要的仿真教学软件，以满足信息化教学的需要和专业建设的需求。三维仿真教学软件的开发通常有学校自主开发、校企合作开发、软件购置三种方式。学校组织教师自主开发虚拟仿真教学软件，主要是解决教师教学定的教学问题，这是提高教师信息技术水平的一个重要举措，也是解决学校信息化教学资源不足的主要途径。例如，广西机电工业学校教师自主开发的基于单片机技能大赛的三维虚拟仿真软件，仿真度高，可以根据训练项目进行编程和调试程序实训操作，包括单片机控制的机械手进行实时仿真等。校企合作开发的虚拟仿真教学软件主要是学校根据自身需要定制的产品，学校根据自身教学需要提出仿真软件系统的总体要求、技术要求、教学模块功能、产品的指标等需求，成立由学校专业教师和企业专家组成的开发小组，教师根据教学目标、教学内容、教学方法、教学认知规律和企业的岗位要求及工作过程进行教学设计，再由软件技术开发公司来负责技术实现。例如，广西机电工业学校开发的基于工作过程的模拟电路分析与制作三维仿真、地质灾害三维仿真等与教材配套、具有学校特色的教学软件。软件购置是学校根据教学需要和使用场所，购置易于实现与其他设备、软件衔接的行业中具有代表性的教学软件系统。

三、三维仿真教学软件开发的流程

教学软件是为实现特定的教学目标、实施特定的教学过程而设计开发的应用软件，教学性是它固有的属性。在开发过程中应将教学设计和软件工程二者有机结合，软件开发团队应该由职教专家和专业技术专家等组成。自主开发和校企合作开发仿真教学软件一般由分析、论证、设计、实现、测试、验收这六个阶段组成，而软件购置则省略了设计和实现这两个阶段，三维仿真教学软件开发的流程如图 1 所示。

（一）需求分析。教学软件的需求分析是保证教学软件开发质量的重要前提。其主要任务是回答“软件必须做什么”，从而确定软件开发的目标和预期效果，并在使用条件分析、软件功能分析和教学特性分析的基础上，确定软件的使用条件、教学功能、教学特性等其他方面的要求。

（二）方案论证。根据软件开发的目标和预期效果，对所要开发的软件产品现状进行比较分析，明确已有教学软件同类产品可以解决的问题和不能解决的问题。依据教学需求分析和已有产品现状分析的结论论证教学软件开发的必要性，从教学软件开发的经费、开发团队的组成及其成员的技术水平、教学功能实现的技术手段等方面论证教学软件开发的可行性，进一步确定开发软件的总目标。

（三）软件设计。为了保证教学软件的教学性、科学性和可操作性，软件设计很重要的一部分工作就是进行教学设计，围绕教学软件的教学目标、教学内容、教学策略和评价方式分别进行分析设计，确定教学软件整体框架结构，功能模块等。

（四）软件实现。软件实现是教学软件开发流程中最能体现教学软件特色的重要环节。首先要进行技术预研，选择合理的开发平台以及软件工具，然后根据软件设计的结果，围绕教学软件的界面、数据库、功能模块等详细规划。比如，对机械部件的实物原型进行三维建模、运动功能、驱动控制、外部数据接口等功能设计。最后，使用 Unity3D 软件作为开发平台，实行仿真环境的场景、环游功能和人机交互功能。具体实现步骤包括：先测量实物的实际尺寸，使用 CAD 软件绘制二维图像（.DWG 格式），然后利用二维图像在 3DsMax 软件中建立三维模型（.FBX格式），最后在 Unity3D 软件中导入三维模型，针对三维模型的碰撞检测以及人机交互功能进行代码的编写。

（五）软件测试。软件测试是确保教学软件|量的重要环节，分为单元测试、整体测试。由教育专家、技术专家、教师和学生对所开发的软件产品进行功能和效果等测试，及时发现软件产品存在的问题，再根据存在的问题和修改建议进行修改优化。

（六）评审验收。教学软件的评审验收需要专家、同行和用户三方结合进行。专家和同行的评审可以保证教学软件的教学功能和技术，用户评审有利于积累教学软件的开发经验。

四、三维仿真教学软件的应用机制

仿真教学软件（系统）应用的主体是教师、学生和在职培训者。应用仿真教学软件的目的主要有三个方面：一是通过仿真教学软件的虚拟交互，使抽象内容形象化，学习活动变得生动有趣味，降低学习难度，调动学习者的学习积极性，从而提高教学效果；二是利用仿真软件开展教学，可以弥补场地、设备和师资的不足，实现理论与实践的同步教学，提高教学效率；三是利用仿真教学软件和网络搭建的平台，打破地域和时间的限制，实现网络教学和远程培训。为更好实现上述目标，必须建立相应的仿真软件运行管理机制、学习者学习机制、教师培训机制、仿真软件应用的考评机制、仿真软件使用评价机制，如图 2 所示。

（一）仿真软件运行管理机制。为教师、学生和培训者提供便捷的教学使用平台是仿真教学软件应用的基本前提，因此教学软件运行管理机制是教学软件应用中最重要的机制。经评审验收后仿真教学软件由学校信息中心或相应的部门进行集中管理，负责教学平台的运行管理和维护。相关的专业教学部门或开发部门负责开发与之对应的教材、学习指导等教学资料，并建立相应的教学平台，为仿真教学软件的应用提供基本的保障。可通过建立完善相关管理制度和明确工作职责来建设仿真教学软件运行管理机制。

（二）学习者学习机制。网络课程在线学习和远程培训的主要对象是在校学生和在职职工。可通过把学生利用网络课程学习或职工参加远程学习的情况与对应课程考核成绩挂钩的方式建立学习者的学习机制。

（三）教师培训机制。教师是仿真教学软件的主要用户之一。教师要对软件的使用方法、应用场合及其主要功能、教学性能要十分清楚，并能熟练演示和操作仿真软件，才有可能在教学实施过程中应用仿真软件进行教学。可采取企业培训、校本培训和开展相关教学教研活动的方式对教师开展培训，并建立教师学习培训跟踪考核评价制度，确保教师会用、想用，使之成为教学中不可缺少的重要手段，提高教师信息化教学应用水平。

（四）仿真教学软件应用的考评机制。教师是教学的组织实施者。要充分调动教师利用仿真软件开展课堂教学或组织实施项目的积极性，改革教学方式、方法和教学模式，（下转第38页）（上接第28页）更好地利用仿真软件辅助教学，提高教学效率和教学质量。建立教师应用仿真软件的考评机制可以从以下几个方面入手。一是将教师应用仿真软件（信息化）教学明确为工作职责之一；二是把教师应用仿真软件（信息化）教学的考评机制纳入教师学期业务考核内容；三是与教师的专业技术职务晋升挂钩，将教师运用应用仿真软件（信息化）教学的能力作为教师的岗位能力，作为资格晋升的必要条件之一；四是建立奖励制度，对教师开发仿真软件和应用仿真软件参加信息化教学比赛给予业务考核加分和物质奖励。

（五）仿真软件使用评价机制。建立有效的仿真软件使用评价机制。从教师、学生、培训者的多维角度，对软件教学功能、性能、效果和可操作性及开发水平等方面进行调查评价，在调查评价基础上分析其使用效率、使用效果、评价反馈意见等，为同类仿真教学软件的开发提供改进的依据和借鉴。

总之，教育信息化已经成为职业教育发展的必然趋势。随着计算机技术和仿真技术水平的不断提高和计算机仿真的硬件与软件成本的逐渐降低，三维仿真教学软件将不断地升级更新，更加智能化、真实化，从而使得仿真软件具有成本较低、贴近真实的工作场景、操作简单、灵活方便、维护容易、学生参与性强、互动性好、易于接受的特点，最终三维仿真教学软件将会在职业教育领域中发挥越来越重要的作用，成为新时期的重要辅助教学手段。

【参考文献】

[1]廖守亿，陈 坚，等.计算机仿真技术[M].西安：西安交通大学出版社，2015

[2]郝丽娜，刘兴刚.计算机仿真技术及CAD[M].北京：高等教育出版社，2009

[3]周志明.企业远程培训系统应用机制建设思考[J].中国成人教育，2014（1）

[4]刘新阳.关于新型教学软件开发模式的构想[J].中国电化教育，2003（5）

第2篇：三维仿真论文范文

关键词：物流仿真；课程教学；物流

中图分类号：G642 文献标识码：A

0 引 言

随着社会经济的发展，对物流的需求量越来越大，对人才的需求无论从数量上还是质量上都显得更为迫切。目前国内有200多所高校开设了物流管理相关的专业，近年来也培养了大量的物流专业人才满足市场需求。但是由于物流管理专业开设的历史较短，缺乏完整的理论体系和实践经验，因此大量的物流管理教学依然处于不断探索的阶段。

物流管理课程是一门理论与实践性均较强的专业核心课程，对学生专业知识体系的建立具有重要的框架性作用。在教学过程中首先需要使学生产生学习的兴趣与积极性，其次是将理论能够与实际问题相结合，使学生能够学以致用，增强对专业的价值与意义的认同感。因此在教学过程中需要两方面并重，在理性和感性层面加强学生对物流知识的认识，并能直观地感受到物流系统运行的实际情况，避免空洞的理论讲授使学生感觉过于抽象，难以产生学习的动力[1]。因此在物流管理课程教学中不仅需要知道教什么，更应该掌握如何教的方法，实现从感性认识向着理性分析的层面逐渐深入。一般来说，为了能够更好地实现理论联系实际教学，传统做法为带学生进行认识实习，到周边相关企业去参观并了解物流的设施设备、合理布局等方面的内容，但是受制于学时数、成本、组织难度等方面的考量，这种现场教学方式难以大面积的开展。

为了缓解这一需求和实际困难之间的矛盾，本文尝试利用计算机仿真技术的先进成果，将物流系统的运行过程以及实际运行的状态以动态三维可视化的方式向学生展示，并可由学生自己动手参与，通过自行动手调整设备以及参数，观察和研究其中所发生的变化，从而更好地理解物流系统优化的含义以及方法，这对于讲授物流系统组成以及系统优化均具有极强的现实意义，能够有效地调动学生参与的积极性，将灌输式学习向着探讨式与研究式学习的方向发展。这一方法在笔者的课堂教学中嵌入，取得了良好的教学效果，值得在物流管理课程教学中推广与应用。

1 仿真理论与工具分析

仿真理论认为，通过对现实环境的模拟，能够在可控的条件下抽取主要影响系统的要素，使其在接近实境条件下展现系统的功能。仿真最初是从流程仿真开始，逐渐进入二维仿真、三维仿真以及更为接近实境的体感仿真。这一演化过程可以让教学、培训等工作更易于组织，实现成本也更低。例如在美国对伊拉克的沙漠风暴作战中，美国士兵基本上是未曾经历过任何实战的新手，但是却轻易地战胜了伊拉克的有着丰富实战经验的精锐部队。这一战争结果并不意外，因为美军士兵已经在本土进行过多次沙漠作战的仿真演练，而美军认为，这一场实战并不比仿真演习中的场景更困难[2]。这从一个侧面说明了仿真系统的价值和重要性。

随着当代越来越多的系统操作都是通过计算机进行的，操作者也只能通过计算机屏幕上的反馈得知真实系统的运行状况。那么如果仿真系统足够逼真，操作者在采用仿真训练和真实训练并没有太大的不同，但是其成本和效率将发生较大变化，训练者可以轻易地调整一些现实中无法便捷调整的参数，并观察和体验其结果的不同，因此仿真这一方法成为系统开发与人员技能培训等领域不可或缺的重要工具，其价值表现得也越来越明显。

物流仿真作为一个新兴仿真领域，与工业仿真一样得到了较多的关注，当前市场上能够见到的仿真软件主要有以下几类：

（1）流程性系统动力学仿真

这一类工具主要研究系统中的存量与流量的因果关系，其建模过程较为抽象，主要可用于物流系统中库存量决策等问题。

（2）二维平面仿真

此类工具将上一类仿真模型中的流程转化为了二维实体对象，通过设定对象之间的连接逻辑以及对象属性，建立了一个实体物流系统的映射关系，并通过加速系统的运行时间，能够在较短时间内对系统进行仿真模拟，并得到系统分析结果。

（3）三维仿真系统

这是当前业界的热点，这一类仿真软件基于第二类软件基础上进行实体对象的三维模块化，并将物流系统中的各项作业流程采用实时动画的形式加以展现，能够以较为直观的方式展现物流系统的运行，分析其运行结果。

（4）体感仿真

这是下一代的仿真技术的发展方向。体感技术以及虚拟现实技术的不断发展，已经形成了大量可以真实“感触”的虚拟实体，而不是在计算机前用鼠标进行的操作，实验者可以利用体感手套以及VR眼镜操作虚拟环境中的设备与对象，并身临其境地感受到系统的各种状态。这需要软件与硬件系统的整合，当前硬件平台已经较为成熟，而软件方面尚且欠缺，系统的整合仍需要经历一个发展的阶段。但不可否认，这将是未来最有前景的一种仿真形式。

2 物流管理仿真软件选择的基本原则

在物流管理课程教学中引入仿真系统，既需要考虑技术的先进性，同时也要考虑到易用性、成本、适用面等方面因素的影响。为此，经过笔者的实际教学经验总结得出，在软件选择上应把握如下四个方面的原则：

（1）易学易用性

这是一个必要的条件，如果软件复杂度很高，学习起来将花费大量的时间和精力，以及需要较多的编程和其他背景知识的话，会带来较高的技术门槛，将仿真教学变成一个“不可能完成的任务”，这是尤其需要注意的地方，如果从一开始学生就无法对其产生兴趣的话，即便后期能够产生更好的效果，也只是一种空谈而已。因此需要仿真系统强化人机界面，采取搭积木的方式将所需要的对象“拖拽”到工作空间中，并直观地在各个对象间建立逻辑关系，这样的系统才能够使学生迅速入门。

（2）模块标准化

在物流系统中同一类设备往往有各种不同的型号。但是在仿真过程中不需要如此多的不同设备，而只需要将设备的共性部分加以呈现，对主要的功能输出加以描述。例如在实际中叉车有内燃机式和电瓶式之分，每一类下又有更多的指标参数。但是在仿真中并不关注这些差异，而只关注叉车的行驶速度、抬升高度、最大载重负荷等与性能相关的参数，这样就能够有更好的大局观视角，将精力集中于系统的仿真，而不是设备。

（3）接口开放性

仿真系统需要能够适用于多种不同的实际环境，例如在设备的三维模型中或者物流设施的平面布置中，三维仿真系统可能并不擅长于具体设备的建模或者平面布局，但是可以方便地从外部系统中导入AUTOCAD、3DMAX等专门化软件所形成的布局或者对象，便于协作与共享。

（4）可控制性

在仿真系统中，可对于任意实体对象有更多的参数控制，可根据自己的需求任意修改其中的一部分参数，这可以满足一些高端用户对仿真系统的要求，具有更强的仿真能力。

3 物流管理课程仿真教学应用阶段

在物流课程中引入仿真，可分为如下几个阶段：

（1）三维实体设备的仿真

在物流课程中讲授不同物流设备及其应用，传统上介绍设备的功能、参数，以及图片视频等，但是学生并无对设备的直观印象。运输车辆这些常见设备还能够从日常生活中感知得到，但是对于AGV、ASRS等平时看不到的设备，则缺乏一个清晰的认识。通过三维矢量建模，将设备的三维模型根据实体尺寸进行再现，学生可以通过在计算机上用鼠标查看设备的各个不同细节，对其尺寸、部件功能等都能有更清晰的认识，同时矢量模型还可以支持无损缩放，因此，可将设备的细节进行放大，进行详细的介绍和描述。这使学生在了解设备的时候有了更多的可参与性，效果较好。

（2）物流设备在系统中作用分析

物流系统中的设备需要通过链接来形成一个整体需要说明设备在物流系统中的作用，那么需要将设备嵌入在一个真实的场景中，让其工作，表现出设备的功能特征。例如，在一个典型的物流仓库中，由货架、叉车等设备组成了一个仓储系统，那么在给定了输入输出接口的时候，货物的流动构成系统的主要功能，因此可以通过建模将此过程描述出来，如何接货、叉车设备如何实现托盘上架、如何出货等过程均可实现三维动画方式表达，使学生能够了解设备在系统中的作用。

（3）模块化仿真系统运行与优化

作为物流管理，更多地是需要学生在了解系统作用的前提下进行如何才能更好地实现管理这一目标，所谓管理，即在资源受限的条件下实现系统效率的最大化，避免闲置、浪费以及资源配置不足等不经济现象。例如在上一步完成的条件下，对系统中货物的到达进行描述，可以给定一个真实的货物到达时间数量表，或者按照一定的概率分布给定货物到达，在系统中给出货架的存放最大容量，叉车设备的作业时间等参数，那么通过让系统在计算机中快速运行，并得出系统的使用率，使学生对系统瓶颈、优化等概念有更深入的理解。例如，在暂存区货物出现了大量的堆积，而货架利用率尚且不足，叉车却是满负荷工作，此时，学生便易于找到系统的瓶颈，并且尝试着提出采取什么样的方案才能够更好地解决这一问题。这使得学生在学习过程中有了更强地参与和动手的积极性。

（4）模块整合，综合研究

将各个独立的物流系统模块进行整合，从而掌握更为复杂的大系统运行的仿真模拟，对物流有更为成熟的大系统观。物流课程的讲授一般是从系统的七大功能要素展开的，并最终要对其各个功能模块有综合性、整体性的认识，因此，给出各个子系统的接口，并将子系统定义为若干个子模块，这样可以方便地形成一个可运行的大系统，分析各个子系统模块之间的关系，并实现物流效率的提升。在教学过程中加入了这些仿真的手段，使学生能够实现“做中学”，使其产生学习的动力和兴趣，极大地提高了教学的效果。

4 结 论

通过在物流管理教学过程中引入仿真软件Flexsim，极大提升了学生的学习热情，通过布置实际问题的形式，鼓励学生主动地寻找问题答案，学生能够在课后自觉地进行学习和研究，并开始对优化的概念进行思考，在尝试解决系统瓶颈问题时，开始由问题驱动学习理论方法，对课本上所描述的大量抽象概念有了更为清晰的认识。并且通过这一工具的掌握，为后续的运输与配送管理、仓储管理以及物流系统规划等课程的深入学习奠定了坚实的基础，有助于学生将前后所学的内容进行贯通，逐步提高解决更为复杂的物流问题的能力，起到了比参加企业认识实习更好的效果。在教学实际运用过程中，需要能够将企业的真实场景和问题引入到三维建模过程中来，而不仅仅采用一个假设的场景，这样更易于使学生理解物流系统仿真的价值所在。

参考文献：

第3篇：三维仿真论文范文

主要阐述了三维CAD软件在产品设计研发中的几项应用，如复杂曲面的建模、虚拟装配及模拟仿真，从而论证了三维CAD软件在产品设计研发中具有优势及重要作用。

关键词：

三维CAD软件；曲面建模；虚拟装配；模拟仿真

三维CAD软件在产品的设计研发过程中，能够直观地反映设计方案，实现产品的模拟仿真，缩短了产品的研发周期，有利于产品的更新换代和技术改进，提高了产品质量，增强了产品的市场竞争力［1］。但是，相对二维CAD软件而言，三维CAD软件也存在一些不足。例如，三维CAD软件需要较高的计算机配置；设计人员上手相对困难；市场上各类三维CAD软件的设计习惯、规则等各不相同，因此，使得三维CAD软件的推广具有一定的难度［2-3］。目前，我公司在进行产品设计时主要应用二维CAD软件，三维CAD软件作为辅助应用主要表现在以下几个方面：对一些复杂曲面、曲线进行建模；对产品进行虚拟装配；对重要零部件的受力情况进行模拟仿真。

1三维CAD软件在复杂曲面、曲线建模中的应用

对于一些复杂曲线或组合曲线而言，二维CAD软件不能精确地绘制出其形状。以我单位生产的穿孔机顶头为例，如图1所示。其表面由不同大小的圆弧、斜线及直线段相切而成，在二维CAD软件里很难精确地绘出其外形图。三维CAD软件可以对产品进行参数化设计，通过输入曲线的参数方程可以绘制各种复杂的曲线，通过添加约束可以精确地控制产品的外形。应用三维CAD软件，如SolidWorks，对顶头进行建模，如图2所示。将SolidWorks建立的模型转换为工程图即可用于生产。对于复杂曲面应用三维CAD软件可快速、准确地绘制出工程图，提高了设计人员的工作效率。

2三维CAD软件在虚拟样机装配中的应用

应用二维CAD软件设计的产品往往在实物装配过程中才发现零件间的干涉，影响了生产进度。因此，我公司对于新产品进行研发时，在完成图样设计后，应用三维CAD软件对产品进行虚拟样机装配，以检查设计是否存在缺陷。SolidWorks是一款常用的三维CAD软件，其具有强大的基于特征的实体建模、装配设计、工程图设计等功能。SolidWorks提供自底向上的装配体设计，用户可使用不同的方法将零部件插入到装配体文件中，利用丰富的装配约束关系对零部件进行定位；也可以用鼠标拖动未完全定位的零部件，带动结构进行有限的运动仿真，从而了解整体设计与目标的一致程度。装配完成后，可以对装配体进行静态干涉检查，也可以通过旋转或移动零部件对装配体进行动态的干涉检查或动态计算零件间的间隙［4］。例如，我公司在准340穿孔机芯棒小车的设计过程中，图样设计完成后对零部件进行虚拟样机装配，如图3所示。对完成的装配体进行干涉检查，发现车体与端盖存在干涉，通过对设计图样的修改，避免了材料的浪费，保证了正常的生产进度。

3三维CAD软件在模拟仿真中的应用

SolidWorksSimulation是一款基于有限元（即FEA数值）技术的三维CAD分析软件，是SRAC开发的工程分析软件产品之一。能对零件和装配体进行静态、热传导、扭曲、频率、跌落测试、优化及疲劳分析［5］。例如，在轧管机生产线设计过程中，主机架、机盖作为穿孔机、轧管机的主要受力部件，对其进行受力分析及优化成为了穿、轧主机的研究关键，在对其进行理论分析时，应用Simulation对其实际受力状况进行模拟仿真，可以更直观有效地反应机架、机盖的受力分布情况，并可以对其进行优化处理。应用SolidWorksSimulation对机架、机盖的受力情况进行模拟仿真主要分为3个步骤：1）建立机架、机盖的三维模型，如图4所示；2）对模型进行预处理，主要包括定义分析类型、添加材料属性、施加载荷和约束及划分网格，如图5所示；3）对模型进行求解；4）对求解结果进行分析。应用SolidWorksSimulation对卷筒的受力情况进行模拟仿真，其仿真结果如图6所示。仿真结果既对机架、机盖的强度进行了校核，又直观地反映了机架、机盖的受力分布、变形位移分布及应变分布情况，为机架、机盖的设计提供了理论依据。

4结语

本文结合我公司的生产实际，论述了三维CAD软件在产品设计研发中的应用。三维CAD软件在产品的直观性、虚拟装配及模拟仿真等方面具有一定的优势，是技术创新和产品设计的有效辅助工具。在产品的设计研发过程中有效地应用三维CAD软件可以提高设计人员的工作效率，提升企业的整体技术水平，从而增强企业的竞争力。

［参考文献］

［1］刘李梅，解青．三维CAD软件浅析［J］．机械管理开发，2011（2）:205-206.

［2］李渝，张雪驰．三维空间计算机辅助设计技术在冶金设计中的应用［J］．河南冶金，2009（4）:53.

［3］魏茜茹．推动三维设计实现设计手段飞跃［J］．中国勘察设计，2009（11）：32-34.

［4］魏峥，王一惠，宋晓明．SolidWorks2008基础教程与上机指导［M］．北京：清华大学出版社，2008

第4篇：三维仿真论文范文

关键词：模拟仿真技术；液压传动系统；维修；教学

经过几个世纪的发展，汽车已经走入千家万户，在追求极致性能的当下，汽车零部件结构越来越复杂。高校在开展汽车发动机、底盘和电气系统维修实操教学时，学员操作上的失误很可能会导致零部件损坏，造成教学成本的提高。同时，实训设备数量的缺少限制了学员的练习次数，导致其基本技能水平不能有效提高。为了解决这些问题，大部分高校将模拟仿真技术运用到了汽车维修教学中，学员在使用仿真软件学习的过程中能对各种训练环节进行真实模拟，切实体会汽车修理的整个过程。农用机械本质是复杂机械的组合体，近年来向着智能化、自动化方向发展，随着农民老龄化严重，在操纵机械时不能很好地应用机械出现操纵不当、维护不及时等问题，使机械故障频发。通过模仿汽车维修模拟仿真技术解决农机维修可视化问题，对农机技术状况进行诊断，根据结果进行调整、更换、优化，全面恢复农机使用性能，大大降低维修教学成本。目前模拟仿真技术应用在农用机械液压控制元件上可分为如下几类：1）对实体液压系统或元件进行数字建模，仿真模拟，将仿真结果与实验数据进行分析，验证理论研究准确度，通过数据校准，使仿真数据接近理论设计，为产品更新换代提供依据。2）对于已完成设计系统，通过仿真试验调整参数，结果作为理论依据，进而缩短调试周期。3）对于新一代元件设计，仿真元件各部分指数对动态性影响，进而确定结构参数，为设计提供依据。4）对于新一代系统设计，对控制方案进行验证，研究整体参数对动态性能影响，以此获得最佳控制方案［1］。同时液压系统结构复杂，可视程度低，故障发生的主要原因是液压油污染。液压油作为传动介质，受流动性、压缩性、粘稠性及温度、压力等环143境因素影响，故障表现往往比机械传动复杂，容易出现噪音、振动、爬行、渗漏、冲击等异常工作状态，且故障原因不易寻找，在课堂中难以呈现［2］。本文将对农用机械液压维修模拟仿真技术展开探讨分析，以期该技术在教学中能得到广泛应用。

1模拟仿真技术在农用机械液压维修教学中的应用前景

以武警士官学校教学实际为例，农用机械液压传动系统维修（以下简称农用机械液压维修）主要依托报废件拆装和实车拆装开展教学活动。报废液压件的拆解教学，优点在于可以加深学员对零部件结构和工作原理的理解，其缺点也相对突出，即缺乏与整车结合，不利于学员掌握农用机械液压系统常见故障的成因及解决办法。液压元件的实车拆装，可以更好的解决以上问题，但学员操作不规范极易造成精密部件的损坏，使整车不能正常工作。同时，实训设备的短缺不能满足大量培养高技术人才的需求。在教学中运用模拟仿真技术就体现出了其优点。1）模拟仿真技术可以将农用机械全车液压系统及其零部件以动态图和三维图的形式展现出来［3］。学员在仿真平台既可以实现对液压零部件的拆装，又能根据不同的故障现象对全车液压系统进行诊断排查。2）模拟仿真技术的应用可以很好地满足高技术人才培训的需求［4］。模拟仿真软件只需要一个电子平台就可以实现教学资源重复利用，有效解决了实训教学需要大面积的场地问题；有效缩短了实训教学的时间；有效提高了学校接收学员的数量，使学校能够以较少的师资力量培养更多的学员。3）采用模拟仿真与实物教学相结合的教学方式，可以为学校节省近10％的教学成本。模拟仿真软件可以实现零部件的无限次拆装，学员熟练掌握模拟拆装以后再进行实物拆装，就可以极大地降低操作失误率，从而减少配件购买次数降低教学成本。

2模拟仿真技术在农用机械液压维修教学中的应用途径

根据已有经验，模拟仿真技术在农用机械液压维修教学中的具体应用途径为：创造三维模型、进行场景模拟构建、建立故障诊断数据库、搭建考评系统。

2.1创造三维模型

农用机械整车液压系统及零部件三维模型的构建是一项重大而艰巨的任务。其主要利用力学、结构学、运动学、物理学等理论知识，对于各零部件进行模型构建。同时，采用动态的形式模拟各个部件的整合分装等。这要求工程师不仅要对所研究的液压元件或系统的基本原理和具体构造有深入的了解，还要具备深厚的数字建模能力。三维模型技术开发的第一步需要查阅农用机械产品说明书及相关资料，保证模型数据的精确，包括各零部件的外部尺寸、内部构造、油路连接、装配位置等。第二步需要利用3DMAX、SolidWorks等专业的三维造型软件，建立农用机械液压传动系统各零部件的数字模型，统一建模格式后装配形成模型。农用机械液压系统通常包括工作液压系统、转向液压系统、先导控制系统，其中主要零部件包括工作泵、转向泵、控制阀、液压缸等，应分别对各个零部件进行三维建模，建立各总成模型组，最后装配形成各系统数字模型。第三步需要对农用机械整车进行建模。工程师除要根据实车数据建立整车外观模型，还要考虑模型与液压传动系统的适配性，严格按照实际将液压元件与外观模型进行装配。

2.2进行场景模拟构建

三维模型创建完毕后，需采用3D技术对农用机械整车液压系统的维修场景进行模拟。模拟的场景包括整车液压系统组装和分拆以及零部件的维修和调整。液压系统场景应包括以下功能：1）模型接受驾驶舱操纵指令，仿真液压系统功能，发送信号到与液压系统连接的装置；2）模型应包括发动机转速及主泵流量、排量特性；3）响应模型所有变量，例如时速、牵引力、操作质量、燃油消耗率等；4）模型应能反映原始液压系统性能，并遵守建模规范；5）液压系统应能提供提升、下降、侧倾、卸载、制动、转向等功能；6）模型应包括失效情况下紧急预案［5］。建立复杂系统模型模拟仿真一般采用自内到外的建模方式。首先建立功能复杂核心动力装置，然后根据所模拟液压系统的特性，将所有功能区域有效结合，逐步完善整个模型。从整体到部分提高学员的观察能力、逻辑思维能力及最终工作技能。除此之外，场景模拟软件应实现良好的人机互动，学员在操作时系统能根据输入信息做出准确判断，对错误的操作及时进行纠正，并在结束时对学员的技术水平做出客观评价。场景模拟技术开发的关键在于以下两方面，一是对三维模型进行交互式处理。首先将三维模型导出为STL格式；然后将其导入3DSMAX进行贴图、煊染和动画制作，并导出为C3D格式；然后将渲染好的C3D格式的三维模型导入到安装有Cult3DExporterfor3DMAX插件的Cult3D软件中，就可输出为具有交互功能的三维模型了；二是利用3DVR技术将模型嵌入虚拟场景并进行交互编辑。该过程需要将具有交互功能的三维模型导入OpenGL中，在VC＋＋环境下进行模型的可视化交互控制［6］。

2.3建立故障诊断数据库

在三维模型和场景模拟的基础上，采用数据库的形式对农用机械液压系统常见故障进行统计分析，存储的数据包括故障点、故障表现、排除和解决方法等。教师可以在仿真软件中调用已有数据对液压系统设置单个或多个故障点，学员则可以在软件中根据故障现象，对液压系统进行排查，准确发现故障点，并采取有效方法解决故障问题。可开展各类故障模式分析，如液压系统多元件故障模式识别试验研究；故障树分析法；液压缸内泄漏特定故障模式［7］。

2.4搭建考评系统

在模拟仿真教学软件的基础上增加考评系统，构建“实模结合—数据融通—量化评估—即时反馈”的考核方式。教师可利用软件考评系统组织模拟考核，并通过系统收集学员成绩，随时掌握学员技能水平，为改进训练方法提供可靠依据。该技术的开发需要工程师与一线教学人员进行密切配合，对操作步骤进行逐项分解，并确定分值。

2.5软件结构

图1为农用机械液压传动系统模拟仿真软件结构图。

3结语

模拟仿真技术可以在课堂上充分刺激学员的视觉、听觉等感官，切实有效地帮助学员提高农用机械液压传动系统零部件拆装调整、整车故障诊断等基本技能。有效解决了传统农用机械液压维修教学中存在的实训场地面积大、耗费人力、培训人数少等一系列问题。在未来模拟仿真技术一定会充分发挥其作用，在更多领域的教学活动中不断发展壮大。

参考文献：

［1］王秋敏．模拟仿真技术及其在液压系统中的应用［J］．山东机械，2005（5）：34－36．

［2］苏乃权，周瑞强，蔡业彬，等．基于动网格的液压缸内部流场的数值模拟仿真［J］．装备制造技术，2017（5）：4－6＋11．

［3］黄永亮．仿真技术在汽车维修教学中的应用探讨［J］．电子制作，2013（9）：234．

［4］赵海宾．仿真技术在汽车维修教学中的应用［J］．学术论坛，2015（15）：187．

［5］姚志超．基于工程模拟器的液压系统仿真模型开发与应用［J］．软件导刊，2017，16（7）：140－142．

［6］薛志斌，张倩．基于OpenGL的3DS模型的可视化与控制的实现［C］．∥第21届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集（CCSSTA21st2020），2020：212－215．

第5篇：三维仿真论文范文

影视动画中大型水场景的制作影视特效中大型水场景，如洪水、海啸等，如果要达到某种逼真的效果，在实际拍摄取景的过程中，往往需要经过多次拍摄才能完成。对于一些危险性、破坏性场面不仅拍摄起来困难，而且还可能会对演员造成一定的人身安全。另外有些虚构的场景也很难在现实世界中找到。如果能借助于计算机来生成具有高度真实感的虚拟场景，则可以为制作者节省大量的钱财，还可以保证人员的安全。在国内外的电影拍摄与制作过程中，如《海神号》、《水世界》、《水啸雾都》、《泰坦尼克号》等，均采用了虚拟仿真技术实现水场景特效的建模与仿真。

虚拟现实场景中水体的制作为了增强虚拟环境的真实感，往往需要在虚拟环境中添加各种自然景象。而自然景象中一个重要的组成部分便是水体的制作，包括了江河湖海、瀑布、喷泉等，如军事仿真训练海战场景中海洋仿真，河流整治效果虚拟展示、港口海岸工程与水利工程建设虚拟仿真、城市建设规划中河流的设计等。这些水场景要求尽可能真实，同时满互性、实时性要求。

3D游戏中水场景的制作电脑游戏要能吸引更多的玩家，一个趋于真实的自然景物场景制作非常关键，如逼真的江河湖海、溪流、水池、瀑布、喷泉等，可以让玩家有种身临其境的感觉。目前流行的一些游戏软件中，都有一些逼真的水场景仿真，比较典型的有《勇闯水世界》中海天相接、波光粼粼的大海场景，逼真的水池仿真，《航海世纪》中壮观的海洋、瀑布场景等。《极品飞车》中赛道两边流淌的小溪、一望无际的大海、交错的河流、鳞次栉比的城市以及飞奔而下的瀑布等。

数字流域的三维可视化仿真随着各领域数字化进程的发展，水利行业正在逐步开展数字化流域三维可视化研究，推动数字流域建设的发展。流域三维可视化仿真研究是构建数字流域可视化信息平台的基础，其中三维可视化仿真系统的关键环节是流域中水虚拟场景的仿真，包括了洪水演进实时动态仿真、海浪风暴潮预报仿真、涌潮实时仿真、溃坝波仿真等。三维可视化仿真的主要目的在于利用计算机图形学和图像处理技术将科学计算得到的数据和仿真结果转换为三维模型，并能实现动态仿真和交互控制，以弥补原先数值仿真中所采用的二维表现形式直观性不强、表现力不足、交互性差的缺点。

各种水现象的虚拟仿真

1海浪仿真海浪作为生活中最常见的自然现象之一，其仿真结果可广泛应用于电脑游戏、电影电视、虚拟海战环境、海港与堤岸工程建设等领域中，成为了水体虚拟仿真的主要研究热点。海浪作为一个时刻变化的复杂环境，它的产生、传播、消失与风场、气候、潮汐、水下地形等因素息息相关。海浪从外观上看是杂乱无章的，总体上表现为海面连续变化的紊乱的波峰和波谷，波形极不规则，其波高、波长、周期等物理量均为随机量，传播方向也变化不定，而且海浪的范围非常广阔，因此海浪的仿真十分困难。随着计算机软硬件技术的发展，其研究的重点从最初研究静态海浪高度场的生成，动态海浪网格的构建，到现如今研究海浪特效的生成技术等，总体上可分为三类:一类是深海区域海浪的仿真，侧重于大面积海域的构建，以及海浪在风作用下无规则涌动、以及波浪翻滚的效果。这方面研究代表性的有DamienHinsinger等人［3］仿真的逼真的深海区海浪，ViorelMihalef［4］仿真的风暴潮作用下的波浪翻滚效果;第二类是近岸海浪的虚拟仿真，侧重于仿真海浪与潮滩或堤岸交互后产生的浪花及波浪破碎效果，以及海面与堤岸建筑物相互映射的视觉效果等，代表性的有Peachey［5］等人仿真的近岸海浪沿海滩地形变化所产生的反射、折射现象以及浪花、泡沫等效果;QiangWang等人［6］仿真出海浪冲击码头和冲上海滩形成破碎波的效果。第三类主要研究海水在船的作用下形成的海浪效果，如曾芬芳等人［7］仿真出随机海浪，以及舰船航行中的浪花，如艏浪、艉浪等，从而为海战场视景图生成创建了一个较为逼真的海洋虚拟场景。从波浪的构造技术来看，对于深海区相对比较平静的海浪大多采用基于波浪谱或基于Perlin噪声函数的方法，通过构建海面高度场来实现。而对于波涛翻滚的海浪和近岸海浪，一般通过构造特殊的波浪函数，如基于Gerstner波的方法或通过匹配适当的二维破碎波浪库来实现。对于波浪的破碎部分和浪花的仿真，则采用基于粒子系统的方法，通过改变浪尖处粒子的位置、速度、颜色来实现。对于船形波，一般先利用开尔文波理论构建出船行波模型，然后采用粒子系统技术构造出船行波的浪花。

2河流湖泊的仿真河流湖泊是数字流域的主要研究内容，同时也是虚拟现实、计算机游戏场景的重要组成部分，因此其研究受到了较大的关注。相对于海洋来讲，河流湖泊属于中等尺度的流体，其研究重点主要关注的是两个方面的内容:一是仿真河水的动态流动效果;二是仿真水流与障碍物的交互碰撞效果等。这方面研究比较典型的有PeterKipfer等人［8］仿真的河流中水绕过岩石障碍物流入水池的仿真效果。QizhiYu［9］则实现了大范围流域内河流的三维可视化仿真技术，从近处观察可见河面的波纹与涟漪，并仿真了河水分叉及绕开障碍物进行流动的效果。另外程甜甜［10］针对太湖水域进行了研究，仿真出太湖湖面连续动荡变化的效果，以及小面积水域内(如水塘)雨滴落入水面后，水面波动的效果。FabriceNeyret［11］仿真了小溪在流动过程中产生的振荡波和涟漪效果等。流动的河水仿真一般采用网格高度场的方法或基于物理的方法来实现。网格高度场的方法把河水看作是一个由大量水粒子构成的网格，每个水粒子沿一定的速度和方向平稳推进，便可仿真出水流的动态效果。基于物理的方法则通过求解二维浅水波方程，得到水流的速度场，在进而得到水域各处的压强，把压强大小伸缩后当作第三维的数据，即当作水表面高度后，逼真地仿真物体在水域里移动时产生的波纹或漩涡。湖泊的仿真类似于较为平静的海面波浪的仿真，大多采用波浪谱方法或构造Perlin噪声函数来实现。

3水波的仿真当物体落入水池中，会产生水波。水波以扰动点为中心，并向四周传播;由于水存在的一定的阻尼作用，水波在传播过程中能量会逐渐的衰减，直至最后消失。水波的仿真为平静的水面赋予了生机，增加了虚拟现实的真实感。当传播中的水波碰到池壁反弹后会产生干涉与叠加效果，另外如果碰到小的障碍物后会产生绕射效果，增加了仿真的难度。从水波的传播效果来看，水波仿真包括了深水波和浅水波两个部分。在深水区域，水波可以自由地进行传播，而不用考虑地形和海岸线对波形的影响。在浅水区域，则需要考虑波的反射、折射、干涉、叠加等各种现象。从引起水波的介质来看，则主要有雨点波、船行波和落物波等。雨点波产生的波纹小，但密集、波与波之间会产生干涉等现象，如杨怀平等人［12］在水池中仿真雨点波、反射波、紊乱波以及水花效果等。陈前华等人［13］仿真了近距离观察雨点或水龙头的水滴掉入水池后产生涟漪的场景。在水波仿真过程中同时考虑了水波的叠加、反射、绕射，以及坝缺口处的穿越效果。落物波是当物体落入水中所产生的波形，同时伴随着水花的产生，如NilsThuerey等人［14］仿真出物体落入水面后溅起的水花产生到消亡及引起的水波传播效果。船形波是船在水上航行时产生的一种特殊水面波动效果，随船的运行轨迹变化而变化。如CemYuksel等人［15］仿真出船行驶过程中产生的破碎波效果。相对于海浪来说，水波的波纹一般较小，属于小振幅波，而且其影响范围也相对较小，因此其构建一般采用小振幅波理论，通过邻域传播思想来构建。还有一种方法是通过求解二维浅水方程来实现，通过水流方程控制水波的传播效果。#p#分页标题#e#

4喷泉的仿真逼真的喷泉效果可以大大增强虚拟现实系统的沉浸感。喷泉的形式多种多样，如一柱擎天式、宝塔式等，同时当喷泉喷水口的压力值比较高时，高速的水流与空气碰撞会产生很多水雾，使喷泉产生雾蒙蒙的效果。逼真的喷泉仿真同样是虚拟现实场景中不可或缺的景象，成为许多虚拟现实爱好者的重要研究对象。如万华根等人［16］实现了音乐喷泉的实时仿真。他采用流体动力学和粒子系统方法，通过求解纳维—斯托克斯方程的特例———均匀圆管中的平稳流体Hagen－Poisuelle流来仿真喷泉的动作，结合音乐的强度来控制喷泉喷射的高度。肖何等人［17］提出了一种基于等加速运动和色彩融合的喷泉仿真方法。其基本思想是在运用物理学原理仿真实现喷泉粒子的运动轨迹时，结合等加速运动来简化粒子运动状态，并采用纹理色彩融合绘制粒子。蒋恒恒等人［18］仿真出喷泉在不同喷射层数、不同喷射角度、不同喷射力作用下形成的视觉效果，同时仿真了喷泉从高处向下落入水面时产生的水花效果。

5瀑布的仿真当流动的河水流经具有一定落差的岩石或大坝时，便成了瀑布。瀑布的仿真可用于网上虚拟漫游系统、3D实时游戏、动画及影视广告的制作过程中，也可以重现消失的瀑布景观。由于受地形和风力风向的影响，瀑布的形状千姿百态，特别是瀑布流下时与障碍物的碰撞形成的水花飞溅现象更是难以仿真。瀑布仿真相对比较逼真的有管宇等人［19］仿真出水流下大坝时形成的瀑布效果，同时考虑了瀑布与物体间碰撞时形成的水花效果。张亚旭［20］不仅实现了水流从高处流下时形成的瀑布效果，而且仿真出与岩石碰撞后的水花飞溅效果，此外还加入了天空、光照和雾化等效果来增加场景的真实感。瀑布的仿真常采用基于粒子的方法，通过改变粒子群的位置、速度、加速度等参数来实现逼真的瀑布效果。

6洪水的仿真洪水作为一种自然现象，给人类造成极大的灾难。随着计算机三维图形技术和流体仿真技术的发展，使得在计算机上仿真洪水的行为特性成为可能。对洪水淹没过程进行动态仿真和三维可视化展示，可以再现和预测洪水淹没的变化，为防洪减灾提供决策支持。因此其研究也受到了很大的关注。比较典型的有Jasrul等人［21］采用基于光滑粒子动力学的方法，针对2007年6月10日发生在吉隆坡的洪水淹没过程进行了仿真;康玲等人［22］采用基于数字高程模型的流域变动等流时线方法开发出洪水演进仿真系统，能够实时仿真流域洪水的淹没演进过程，较为逼真地仿真了洪水在流域内的形态变化，为防洪减灾提供了较好的决策支持。

7其它水现象的仿真除了针对海洋、江河、湖水、小溪、喷泉、瀑布等中大尺度范围的水体进行虚拟仿真外，国内外许多科研人员还针对一些小尺度的水现象进行了仿真研究。如HilkoCords［23］仿真出水管中的水快速流入水池，并产生水波，以及物体在水面漂浮的视觉效果。DouglasEnright等人［24］仿真出水倒入杯子时水的晃动效果。Jeong－MoHong等人［25］仿真出水倒入容器时气泡流的形成过程。PaulW．Cleary等人［26］仿真出啤酒倒入杯中产生泡沫的过程。对于小尺度的水体，大多采用基于物理的方法，通过求解光滑粒子动力学方法和欧拉法求解三维Navier－Stokes方程来实现。

研究趋势

纵观三十年来水体研究的发展变化过程，从最初主要研究海浪的虚拟仿真，到现如今研究各种水现象与水景观的虚拟仿真;从最初的静态仿真到现如今逼真的动态仿真;从单纯依赖CPU到现如今CPU与GPU相结合实现水体的仿真与渲染，无论是在研究方法上，还是在研究内容上，都有了长足的发展和进步。随着近年来计算机软硬件技术的飞速发展，特别是GPU技术的广泛应用，必将迎来水体研究新的热潮。今后一段时期水体的主要研究方向可归结为两点:多方法融合、多物体融合。

1多方法融合在研究方法上，从单一建模方法向多方法融合转变。因为对于一个复杂水场景的仿真，很难用一种方法表示出各种视觉效果。如虚拟海战场景中，对于海浪的仿真，不仅需要仿真出风平浪静时海面的视觉效果，还需要仿真出波涛汹涌的海浪所产生的浪花、泡沫等，同时需要仿真船在海面航行时所产生的轨迹浪等。因此结合每种建模方法各自的特点进行综合处理，从而可以达到性能和效果的平衡。比如黄玲等人［27］采用了基于3DGerstner海浪模型、Perlin噪声、NURBS几何曲面、粒子系统等多种方法实现海洋卷浪的建模与绘制。她首先基于三维Gerstner海浪模型，加入Perlin噪音扰动来构建海浪的基本造型;然后采用基于物理的NURBS卷浪曲面生成算法，构建3D卷浪曲面库;随后动态搜索波面波峰，用卷浪曲面取代海面波峰，将卷浪曲面与初始波面无缝拼接，最后采用基于粒子系统的方法构造出海浪的泡沫。NathanHolmberg等人［28］采用流体静力学理论产生二维高度场，然后构造一个非均匀有理B样条曲面来实现高度场的拟合，以此来构建主要水体;水与物体碰撞产生的浪花则用粒子方法来构建。

2多物体融合在研究对象上，从研究单个水体到研究水体与其它物体的交互方向转变。在这方面，近些年重点研究的对象主要有风暴对海面的影响，船与水的交互、海水与潮滩的交互，河水与堤坝的交互，瀑布与岩石的交互、洪水与地形及建筑物的交互、物体落入水中的交互、水倒入容器产生的交互等。如ToonLenaerts等人［29］仿真了水与多孔材料的交互过程。当拧一条湿的毛巾或捏一块带水的海绵时，水会逼真地从中流出。WitawatRungjiratananon［30］仿真了沙堆在水的冲击下塌陷、流动、变湿的过程。ToonLenaerts等人［31］仿真了水与沙及土壤之间的交互现象。当水流入沙堆时，沙受水力的冲击而流动，同时水融入沙堆中使沙变湿，达到了沙与水的相互融合。NuttapongChentanez等人［32］仿真了水倒入容器、溃坝后的水体冲击墙体，以及近岸海浪冲击灯塔和海滩时产生的破碎波、浪花、泡沫和薄雾的效果。H．Cords等人［33］逼真地仿真出船在水面上行驶产生的水波和绕过障碍物的效果等。

第6篇：三维仿真论文范文

【Abstract】 This paper introduces the development of stereo garage and the application of three-dimensional design software in this field. Improving the quality of the design and making the product design more accurate、professional has become the focus of the majority of designers. According to the structure characteristics and transmission principle of stereo garage， focuses on the application of SolidWorks software related functions in the stereo garage design， and optimize the mechanical design of stereo garage using 3D simulation technology to a certain extent.

【关键词】立体车库；三维模拟；SolidWorks

【Keywords】 stereo garage； three - dimensional simulation； SolidWorks

【中图分类号】TP 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）04-0166-02

1 引言

传统的机械设计理念中，总是会因为图纸问题或者设计者的意见分歧造成设计的过程相当漫长，这样时间长、费尽力、耗经费，也会因为设计中出现的一些缺陷而造成项目进度严重滞后。本论文主要针对市场占有率适用率最高的升降横移立体车库进行论述，对其进行机械设计的主要参数、性能及运动原理建立了相应的模型，且利用SolidWorks三维制图软件的微观仿真技术对立体车库的模拟装配，直观、标准化的进行分析、比较、评价。利用强大的计算机技术平台，实现了对立体车库的仿真与模拟，使设计效率和设计质量有了明显的提高[1]。

2 立体车库的市场现状

随着城市建设的迅速发展，城市空地和巷道越来越少。从现有停车位的缺口情况和今后市场的需求可以看出，机械式停车设备的市场前景十分良好。据中国产业调研网的2016年中国立体车库市场现状调研与发展前景预测分析报告显示，停车产业在国外已经发展成为年产值数十亿美元的大产业。兴建自动化立体停车库应是缓解城市交通拥堵、泊车难的一个十分有效的办法，是改善城市停车难的有效途径。有关专家预测，随着我国私人汽车的迅猛发展，在未来几年内即将催生上百亿的蕴藏巨大市场和商机的“停车经济”。

随着我国汽车工业的发展和企业对自动化水平要求的不断提高，将为立体车库应用产业的拓展带来前所未有的机遇，也将为三维仿真软件的快速提升提供一个良好的平台。

3 立体车库的类别、型式及基本参数

立体车库的类别及代号按其工作结构及传动原理分为九大类，即：升降横移类（SH）、简易升降类（JS）、垂直循环类（CX）、水平循环类（SX）、多层循环类（DX）、平面移动类（PY）、巷道堆垛类（XD）、垂直升降类（CS）和汽车专用升降机（QS）。各类产品的优缺点各有不同，就普及率而言，升降横移式立体车库的市场占有率最高，达到了75%左右。所以本论文以升降横移类立体车库为案例进行分析。

4 立体车库的三维模拟设计

采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式停车设备的立体停车库叫作升降横移类停车库。

三维模拟是计算机技术平台开发的一种模拟技术，基于几何原理，通过对现实实物的模拟，从而建立虚拟平台的模型。计算机三维模拟技术在一定程度上实现了对现实世界的还原，并且能够将显示物体进行真实模拟，实现对现实实物在虚拟世界中的改变和呈现。那么，对于立体车库的设计而言，如何更好地利用计算机三维模拟技术呢？

为了能顺利地将三维模型建立起来，首先，对SolidWorks环境中单位及材料等参数进行准确设置。

其次，根据设计思路确定好后期工艺、制造及安装所需要的基剩设置准确的建模基本参数。设置主参考系数：几何中心，基准点、线、面等。

最后，输入相关数据和特征完成几何模型（零部件模型）的生成。利用三维标准件库生成国家标准件材料，也可进行数据无缝交换。这为实体数值模型进行仿真技术提供了方便。

5 立体车库的仿真设计

设计中经常要对设计方案以及设计产品进行构思与小样的设计，常常会出现更改现象，而传统的设计是逐步找到相关联的零部件进行修改，假如有一处未做（或漏掉）设计更改，后面将会带来无法估算的麻烦。SolidWorks软件就能突破这样的瓶颈，利用三维仿真平台，就可实现对设计的产品进行随时修改，随时更新，极大的提高其工作效率和质量[1]。

首先，三维模型的装配及模型的修改与整合。在SolidWorks的装配界面导入各个零部件，根据设计要求，在满足立体车库传动系统功能要求的情况下，对各个零部件完成装配体的生成，然后重新命名。

其次，对模型应加定义及自由度分析。整合的三维数值根据仿真要求摆好位置，并设置好坐标系，及各点、线、面之间的关系，并根据框架实际工作情况加以定义，为了调试通过应边定义边检查。同时应注意分析自由度，以免过定义或少定义。

最后，进行仿真结果处理。运用SolidWorks三维建模的模块中可以进行动画仿真，通过对立体车库真实的工作状况进行模拟，对其进行设计上的干涉和漏洞检查，提前进行改善和修正，为设计分析提供可靠依据。

6 结论

本文通过建立立体车库零部件的仿真实体，对各个零部件进行仿真装配，为设计提供了科学、准确的参考依据，使得产品设计质量和可靠性大幅度提高。SolidWorks软件集零件设计、装配、工程图、三维设计、运动模拟、运动结构分析等于一体[2]。只要将SolidWorks三维软件运用的如火纯青，那么在立体车库这么高技术、高质量、低成本的条件下必也能获得高速发展，真正实现与国际接轨，也必将为民族产业的发展带来新的生机。

【参考文献】

第7篇：三维仿真论文范文

关键词：三维实体造型 虚拟仿真 液压与气动 教学资源制作

液压与气动课程是机械设计制造及其自动化专业重要的技术基础课。该课程重要性是由其在工业、农业、林业、矿业、国防、军事等各个领域应用的广泛性和优越性所决定的。该课程理论和实践联系紧密，具有概念抽象、公式推导烦琐、结构和原理复杂等特点，所涉及的专业知识面广、教学内容多，在课时有限、实验室资源缺乏的情况下，完成教学大纲所规定的任务，并在课程教学中达到培养学生自主创新和综合思维能力的要求，具有很大的难度。在教学实践中，它是一门教师难教、学生难学的课程，我们虽然在课程体系及教学内容方面进行了一些有益的尝试和改革，取得了一些成绩，但仍存在一些不足，比如：实验设备配置滞后于课程内容的更新，有些重要的教学内容没有相应的实验设备支撑；现有多媒体课件中多是平面结构图，缺乏课程教学的直观性，阻碍了学生学习的积极性和创新性；实物教学操作的局限性，浪费了教师大量的教学时间，限制了教学信息量的扩充。为了解决课程教学中遇到的这些问题，不能完全参照其他高校的做法[1-3]，应根据自己的实际教学要求和条件，积极探索有效的措施，因此，我们提出将三维实体造型技术和虚拟仿真技术应用到液压与气动课程教学中，以齿轮液压泵为例阐述教学资源的制作过程。这对机械类其他专业技术基础课和专业技术课的教学实践也有借鉴作用。

1 三维实体造型与虚拟仿真软件的选择

三维实体造型技术和虚拟仿真技术的应用离不开相应的软件，目前在市场上流行的三维软件中，SolidWorks是世界销量最多，占有率居于首位，最为顾客所满意的，是市场快速增长的领军者，重要的是，该软件在三维造型等方面，相对其他软件是非常容易掌握的，并且与其无缝连接功能强大的三维虚拟仿真软件COSMOSMotion以菜单的形式添加其中，使用起来非常方便。SolidWorks的建模核心采用Parasolid形式，与著名的机械系统动力学仿真软件ADAMS相同，COSMOSMotion仿真算法得到ADAMS的支持[4]。因此，从操作方便性和资源可升级的角度，选用三维造型软件SolidWorks和虚拟仿真软件COSMOSMotion来进行教学资源的制作。首先用SolidWorks进行零件三维实体造型、装配，然后转换到COSMOSMotion环境中，装配约束会自动转化为仿真模型的约束，添加必要的运动、驱动力、工作负载阻力以及COSMOSMotion特有的其他约束，建立仿真模型，就可以模拟液压和气压元件的运行状况，进行运动和动力分析。仿真结果可以用动画、图形、数据等多种形式输出，为教学质量的提升提供了一种切实有效的手段和途径。

2 SolidWorks三维实体造型

2.1 零件造型

齿轮液压泵的零件较多，以从动轴和齿轮的零件实体建模为例说明。

运行SolidWorks，选择文件新建零件命令，建立一个新零件文件，以“从动轴”命名后保存。在特征管理器中选择材质编辑材料命令，选用“普通碳钢”。选择前视基准面，再选择插入草图绘制，工具栏中出现草图绘制命令，绘制从动轴外轮廓草图，并标注草图尺寸。选择插入凸台/基体旋转命令，旋转草图。选择上视基准面，再选择插入草图绘制，绘制键槽轮廓，标注尺寸。选择插入凸台/基体切除命令，作等距给定深度切除。选择插入特征倒角命令，进行倒角。最后得到从动轴零件实体（如图1所示）。

图1 从动轴造型

SolidWorks没有提供齿轮渐开线轮廓的直接绘制工具，可利用SolidWorks内嵌的VBA语言进行二次开发。在SolidWorks新建的零件文件环境中，选择工具宏新建，创建VBA程序，并打开VBA编辑界面，进行渐开线齿廓程序代码编写，运行代码，可得渐开线齿廓草图。齿轮其他部分的实体建模操作过程与从动轴类似。得到的齿轮三维实体造型如图2所示。

图2 齿轮造型

2.2 装配

为了方便总体装配和模拟仿真，先完成5个子装配体。

（1）中壳子装配体，由中壳和两个相同的密封圈组成，中壳零件已在零件造型中创建完成，密封圈与中壳配合在一起更能方便地确定尺寸，所以在装配图里进行。新建一个装配体文件，保存后选择插入零部件现有零件/装配体命令，添加中壳零件。选择插入零部件新零件命令，以文件名“中壳密封圈”保存该零件文件，在装配图中绘制密封圈零件图，同时完成配合装配（如图3所示）。

图3 中壳子装配体 图4 后端盖子装配体

（2）后端盖子装配体，新建装配体文件，插入后端盖、滚针轴承、连接螺栓、定位销，进行各种配合操作（如图4所示）。

（3）前端盖子装配体，新建装配体文件，插入前端盖、滚针轴承、骨架密封圈、骨架密封支撑环，O型密封圈，完成各种配合操作（如图5所示）。

（4）主动轴子装配体，包括主动轴、平键、弹簧挡圈、齿轮（如图6所示）。

（5）从动轴子装配体，除了从动轴与主动轴尺寸和结构不同外，其余零件与主动轴子装配体中的相应零件相同（如图7所示）。

新建一个装配体文件，插入各子装配体，进行各种配合，得到总装配体（如图8所示）。

3 COSMOSMotion仿真

在特征管理器里选择运动分析命令，总装配体自动转换到运动仿真环境中，设置主从动轴子装配体为运动零部件，在主动轴上添加360度/秒的运动驱动，主从动齿轮间添加3D碰撞、阻尼、摩擦等，设置仿真参数，进行仿真（如图9所示）。图9中右下曲线图为从动轴角速度，不为定值，在360度/秒附近上下波动，这是由齿面碰撞引起，符合实际情况，减小齿面啮合间隙，速度波动会降低。右上曲线图为主动轴产生360度/秒运动速度时需要的驱动力矩。曲线图和实体动作图一一对应，易于理解和掌握基本原理，探索本质规律。仿真结果还可以动画、数据等其他形式输出，便于演示和进一步处理。

4 结束语

从齿轮液压泵教学资源的制作，可以看出，SolidWorks三维造型和COSMOSMotion运动仿真软件的操作简单、容易掌握，尤其从SolidWorks三维实体模型到COSMOSMotion运动仿真模型的自动转换，极大地方便了课程教学资源制作的实际应用，是一种提升教学质量的辅助手段。无论是对学生的课程学习，还是课外科技活动、自主创新能力培养、毕业设计等，都有很大的帮助。

参考文献

[1] 杨雪荣.“液压传动”课程教学探讨[J].广东工业大学学报：社会科学版，2008，8（7）：134-135.

[2] 邓晓刚，李良.液压与气动技术教学思考与探索[J].黑龙江教育：高教研究与评估，2011（10）：27-28.

第8篇：三维仿真论文范文

关键词：Vis5D；虚拟仿真；热带气旋

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）29-0244-03

一、Vis5D软件简介

虚拟仿真教学主要为一些高危、成本较高，以及难以在现实中实现的实验提供一种可靠、安全和经济的代替方式，有效突破了真实实验中实验条件、实验成本、交互性和安全性等方面的局限。目前虚拟仿真已经在煤矿、仪器、高危实验等众多项目中得到广泛应用。对于气象专业学生来说，由于研究对象的复杂性、多变性等因素，气象专业的虚拟仿真教学一直在探索中。目前，虚拟仿真软件有Unity3D、3DMax、Maya等虚拟仿真软件，然而由于云、雨、雾等虚拟对象的特殊性，模拟的效果很难满足学生对气象系统模拟的需要。Vis5D是美国威士康星-麦迪逊大学研发的可视化系统，用于数值预报和相类似的格点数据的可视化分析研究，其数据可以是数值天气预报模式的输出数据、地面观测数据或其他类似数据。是一款针对气象虚拟仿真的专业软件，通过五维空间变量即纬度、经度、高度、以及时间和各种物理变量等进行数据的可视化仿真。不同于一般的仿真软件，Vis5D是由模拟数据得到的仿真效果，其仿真程度得到较高的准确性。Vis5D在我国气象模拟中的应用早已有之，贝刚早在2000年提出“用Vis5D软件包在PC机上实现模式预报输出结果的可视化”。屠妮妮等在2007年《一种四维绘图软件V is5d使用要点简述》中介绍了Vis5D的安装、编译、数据的转换、地图文件的设置以及模拟的效果图。由于Vis5D软件具有开放性，数值模拟可视化的易操作性，受到国内学者的广泛关注。

二、热带气旋虚拟仿真的必要性

热带气旋是发生在热带海洋上的一种具有暖中心结构的强烈气旋性涡旋，发生在西北太平洋地区的热带气旋也被称为台风。登陆后的台风常伴随狂风、暴雨等天气现象，给人类社会带来巨大损失。我国濒临西北太平洋，拥有漫长的海岸线，而西北太平洋地区是热带气旋生成最多的区域，平均每年达到热带风暴强度及以上的热带气旋有26个，占全球总数的三分之一。这使我国成为全球受台风影响最严重的国家之一。因此对热带气旋的学习是我国气象专业学生学习过程中必不可少的一部分。影响台风发生发展过程的因素众多，包括大尺度环流、海温、湿度等。在以往的课堂中，通过静态的卫星云图以及从高空拍摄的俯视视频给学生讲解热带气旋的产生与消亡的过程，学生只能根据已有的影像资料来感受台风生消演变的过程，无法直观的对热带气旋进行探索。图1是热带气旋的截面图，以往的教学中，只能根据类似的图片对学生进行讲解，虽然能让学生对台风结构有一个比较直观的了解，但是对台风的运动过程，影响台风路径的因素无法进行细致的模拟。目前，热带气旋生消演变的理论模拟已经初步建立，表征海温、地形、风切变等影响热带气旋发生发展机制的教学材料愈发繁多，这需要将其进一步统一建设到本仿真平台，利于学生通过交互式仿真平台，系统地学习、认识和理解热带气旋发生发展过程。

三、Vis5D中数据的导入与显示

如图2所示以风矢量和流线为例，点击水平和垂直方向风矢量按钮得到某一时刻、某一区域的风矢量三维效果图，在Vis5D中可以进行三维立体旋转观测，可以了解区域中的风矢量和流线情况。图3则是在Vis5D中热带气旋生消演变过程模拟效果图。台风系统由一开始零散的对流发展为有组织的螺旋结构，再到后来对流减弱，系统随之消亡。整个过程得到较为形象准确的模拟。同时在海洋、陆地等实际场景的衬托下，台风系统的尺度也得到较为直观的体现。

四、基于B/S模式的三维可视化

在教学中如果模拟的效果图只能在软件中打开观看，则会影响虚拟资源的共享，因此必须实现将模拟的效果图在公共平台上浏览观看。韩伟杰提出了基于B/S的结构模型及实现，通过用户浏览器、web浏览器及可视化服务器实现资源的共享。“接受用户提交的各项参数和命令，然后启动可视化服务器进行可视化处理。在处理结束后通Applet将生成的图形图像返回到Web服务器供用户浏览。”而Vis5D自身具备三维虚拟格式的输出，可以保存VRML格式的文件，因此模拟的三维立体图可以从vis5D中分离出来。为了提高资源的利用率，通过第三方插件方式可以让VRML在网页中打开，选择安装Cortona3D Viewer插件。实现B/S模式的从web服务器到用户浏览器的三维数据的可视化。如图4，即可实现web环境下的气象虚拟仿真的实现，从而通过搭建web服务平台实现用户的在线访问。在浏览器中同样实现立体图像的放大、缩小、立体旋转等三维操作，从而使学生对台风进行立体式的了解学习，熟悉台风的内部结构。

五、总结

Vis5D是数值模拟可视化的有效工具，对于气象工作者来说并不陌生。热带气旋作为一种强烈的灾害性天气，对它的研究学习是气象工作中尤为重要的一部分。而热带气旋发生发展时常伴随狂风、强对流等天气现象，非常不便于直接观测。运用Vis5D对热带气旋生消演变过程进行模拟，不仅可以提高模拟的准确性，更可以提高模拟的效率。通过装Cortona3D Viewer插件实现B/S模式下的立体展示，提高了资源的利用率，方便学生直观的了解台风的生消演变过程。运用Vis5D对气象过程模拟可以提高气象系统虚拟仿真的效率，大大减少了开发的成本。热带气旋生消演变的虚拟仿真系统将理论知识与实际天气过程的有机结合，实现教和学的有机统一，提高学习兴趣，加强学生的理解深度和研究、创新意识和能力。

参考文献：

[1]范永开，林君.网上虚拟实验室的建设方案与实现[J].黑龙江工程学院学报，2011，15（4）：48-50.

[2]胡超，程建钢.《理论力学》多媒体仿真教学实验[J].力学与实践，2003，25（1）：67-70.

[3]马月辉，陈立松，俞梅.虚拟仪器在电工实验中的应用[J].实验技术与管理，2003，20（4）：57-59.

[4]贝刚.用Vis5D软件包在PC机上实现模式预报输出结果的可视化[J].气象，2000，（11）：14-18.

[5]屠妮妮，陈静，夏茹娣.一种四维绘图软件Vis5d使用要点简述[J].四川气象，2007，（01）：39-41.

[6]朱乾根，林锦瑞，寿绍文，唐东N.天气学原理与方法[M].气象出版社，2000，（10）：508.

[7]牛海燕，刘敏，陆敏，权瑞松，张丽佳，王静静.中国沿海地区近20年台风灾害风险评价[J].地理科学，2011，31（6）：764-768.

[8]袁金南，林爱兰，刘春霞.60年来西北太平洋上不同强度热带气旋的变化特征[J].气象学报，2008，66（2）：213-223.

[9]王慧，丁一汇，何金海.西北太平洋夏季风的变化对台风生成的影响[J].气象学报，2006，64（3）：345-356.

[10]王坚红，邵彩霞，苗春生，钟青，吴云荣.近海海温对再入海台风数值模拟影响的研究[J].热带海洋学报，2012，31（5）：106-115.

第9篇：三维仿真论文范文

关键词：仿真系统　应用 琅谯集控站

中图分类号：TP39　文献标识码：A　文章编号：1007-3973(2011)007-037-02

变电运行人员素质的高低直接影响到变电运行工作的安全和质量，公司系统上下各级培训人员一直在努力探索的有效的培训方式和方法，特别是通过技术手段提升运行人员综合业务素质。三维立体式仿真系统的建设和应用，改变了传统的变电培训方式，对提升变电运行人员基本业务技能起到了良好的推动作用。

1　建立三维立体式仿真系统的必要性

1.1　为新进人员提供培训平台

变电站仿真系统室十分有效的培训手段。仿真系统主要功能是针对变电运行人员的日常工作需求，为变电站的运行人员提供逼真的培训环境。在现场实际工作中，由于继电保护和自动化的水平较高，设备出现故障的概率较低，新进人员很难能遇到设备异常、故障和事故处理，使得他们很难在实际操作中获得倒闸操作和事故处理的机会和经验，很难将学校学到的理论知识很快运用到实际工作中来。而变电站仿真系统可以使运行人员在仿真的环境中进行正常的倒闸操作培训，还能模拟各种异常和事故，特别是同一种异常和事故可以重复演练，让新进运行人员从不同的角度进行分析、研究和处理，提高他们的实际技能。

1.2　能提高变电运行人员的综合素质

集控站的管理模式，造成人员少，受控站多，设备型不一，操作方法复杂，现场操作水平参差不齐，使得集控站的值班员压力大，精神容易紧张。一旦发生事故，由于时间紧，经验少，精神紧张，很难准确分析、判断故障，从而影响了事故处理的进度。琅谯集控站仿真系统可以模拟本集控站所管辖的变电站一、二次设备的各种故障，可以在仿真系统上进行本站的各种类型的倒闸操作，其中现场设备的三维仿真，可以让运行人员身临其境的进行设备巡视检查、倒闸操作和事故处理，提高了运行人员对所辖各站设备的熟悉程度、提高运行人员实际操作技能，增强对事故的判断、处理的综合能力。

1.3　的针对性强，能满足各种培训需求

变电站值班员的按要求是三年一次培训，这样的培训周期已不能满足设备的更新速度，更不能满足日常操作、事故处理培训I和反事故演习的需求，配备了仿真系统就可以解决该问题。

随着变电站设备自动化程度的提高，和集控站的成立，变电站值班人员日趋减少。在人员较少的情况下，分批组织人员外出培训存在一定困难，再加上变电运行人员岗位的不同(值班长、正值、副职、学员)，需要培训的内容和层次也不同，很难做到按需培训，因材施教，就不能满足各个层面人员的培训需求。因此，应用于现场实际相一致的仿真系统，就可以针对不同岗位，因材施教，有效的提高运行人员的技能。

目前，引对变电运行人员的培训主要是在具有典型的仿真系统上进行操作，这种仿真培训主要是对共性的问题进行培训，很少具备个性，而我省各个地市公司、各个变电站的设备、保护均不相同，可以说现场差异较大，操作方法、闭锁逻辑也不尽相同。特别是各个集控站的模式各不同，典型的仿真系统的培训就不能真实的展现各种作业现场和环境，培训的重点也就不能放在现场实际操作中，就不能发挥仿真系统的最大实效。

2　琅谯集控站仿真系统的实用性

琅谯集控站仿真系统是针对计算机监控系统的集控站模式量身定值的集控站仿真系统，它的二维仿真能实现仿真该集控站所辖变电站一、二次设备的全部运行工况。可以在二维仿真中进行集控站监控模式后台遥控操作；三维仿真能实现仿真该集控站所辖变电站一次设备现场实际位置，控制室、保护室、保护屏、站用电屏、直流屏的现场实际位置，也可以在三维仿真中进行变电站现场设备的实际操作、检查巡视、缺陷检查等。该仿真系统的各种动、静态效果逼真，能正确反映各种设备的运行工况、异常、事故现象、保护装置动作信号以及保护装置的故障测距，功能全面、实用，操作灵活，运行稳定。

2.1　正常倒闸操作培训

培训人员可以在指定的变电站内根据给定的操作任务，先开出操作票，并经过模拟操作正确后，在仿真系统二维上进行倒闸操作，三维现场画面中进行设备的检查和核对，与现场实际操作效果一样，使值班员的倒闸操作水平得到提高。

2.2　异常、事故处理的培训

仿真系统不但可以再现变电站发生过的异常、事故现象，还可以人为模拟现场难得遇见复合性的异常和事故现象。特别是在系统中很少发生的复合性故障如线路故障，开关拒动、失灵保护动作等。该系统可以重复性的设置故障，让值班员多次进行处理，提高他们的熟练程度和心里素质。另外，重复性的处理同一种类型的事故，可以让值班员从不同的角度。不同的层面去分析、判断事故，积累了事故处理的经验，提高事故判断能力。

该系统可以真实反映值班员发生误操作时的现象和效果，让他们明白发生错误的后果和为什么会犯错，切实帮助他们找出错误及纠正错误的方法。

2.3　正常值班和巡视的培训

集控站的正常值班在发生电压不合格时，很难判断是投、退无功设备，还是调节主变档位。我们就根据该站正常负荷增减、有功、无功及潮流的变化，在仿真中做出操作无功设备和调节主变档位电压后，负荷、有功、无功及潮流各变化多少，让值班员很容易判断出此时应该如何控制电压。

在仿真系统三维现场巡视模式中人为设置设备缺陷，可以锻炼和提高运行人员设备巡视的质量和缺陷判断的准确性。

2.4　培养变电值班员电网的系统概念

变电站值班员的工作范围仅限于变电站，使得他们对电网的概念不清楚，操作和事故处理有一定的局限性，只注重该变电站，而忽视整个电网，发生延误送电的现象。在仿真系统中就可以针对这一现象制定相应的培训内容，提高他们对网的概念。

3　琅谯集控站仿真系统的功能介绍

3.1　仿真系统的的基本配置

琅谯集控站仿真系统配有一台教练员机(仿真模型运行的主机)和两台学员机。每台学员机有操作站2台，分别用于二维监控和三维现场设备仿真。

3.2　仿真系统模块的功能介绍

二维仿真包括：完全模拟集控站的监控系统、变电站一次接线图、保护信号、告警窗口、故障信息、各级母线、站用电电压，线路的有功、无功、潮流等。三维仿真包括：与现场设备位置一致的一次设备、二次保护屏、直流屏、站用电屏、安全工具

室及各种标示牌。不论在二维还是三维中，也不论是在教练员机还是学员机上，一个变电站运行工况下，设备对象是唯一的，比如滁县变母联2800开关变位，教练员机、学员机、二维图和三维场景中看到现象都是此开关已变位。对于开关和闸刀的状态而言，二维图和三维场景中的一次设备状态始终保持一致。

3.3琅谯控仿真系统的二维仿真对象及异常、事故类型以220kV滁县变为例

3.3.1　母线(220kV／110 kV／10 kV)

220kV母线为双母线的接线方式，母线上有三相CVT，配置RCS-915母差保护。

110 kV母线为双母线的接线方式，母线上有三相CVT，RCS-915母差保护。

10kV母线均为分段单母线接线方式，母线上有三相CVT。

显示的运行参数有：线电压、相电压

异常及事故类型有：母线单相接地、母线多项故障、母差保护停信

3.3.2　开关

仿真开关的分合及操作控制回路。开关可以在监控系统及现场测控屏上操作。

显示的运行参数有：电压、电流、有功、无功、压力异常及事故类型有：开关柜拒动、开关和闸刀之间引线故障

3.3.3　线路

仿真各电压等级线路的停送电操作，保护和自动装置动作情况。

保护配置：高频保护，光纤保护、过流保护、速断保护等

显示的运行参数有：电压、电流、有功、无功异常及事故类型有：线路单相瞬时接地、线路单项永久接地、线路多项故障、线路PT故障

3.3.4　主变

仿真变压器的变比及分接头的调节、变压器的投切操作。

保护配置：电气量保护和非电气量保护(主变本体保护和有载调压装置保护)组成。电气量保护分主保护和后备保护，主保护双重化配置，带电流试验端子。

显示的运行参数有：主变温度、主变档位、电流、有功、无功

异常及事故类型有：主变外部故障、主变内部故障(匝间短路、铁心与绕组间短路、铁心故障)

3.4　琅谯控仿真系统的三维仿真异常、事故类型

以220kV滁县变为例

3.4.1　母线(220kV／110kV／10 kV)

异常及事故类型有：母线异物、GIS气压异常(GIS设备)

3.4.2　开关

异常及事故类型有：瓷瓶开裂、气压低告警、气压低闭锁、接地线锈蚀、六氟化硫气压异常、接头发红、引线断股、操作电源断开、巡视定位。

3.4.3　线路

异常及事故类型有：线路断线、线路PT冒烟、线路PT爆炸。

3.4.4　主变

异常及事故类型有：主变气压异常、主变油温异常、主变漏油、主变引线断股、主变接地线锈蚀、主变均压环歪斜、主变呼吸器变色、主变着火。

上述所有故障均在教练机上设置，事故可以在线路、母线、主变上同时发生，也可以单独设置。三维和二维中的故障也可以同时设置。故障设置后，三维和二维中动静态画面同时响应与现场实际故障效果一样。