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數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)范文第1篇

關(guān)鍵詞：數(shù)字化仿真；卓越計(jì)劃；機(jī)械原理；創(chuàng)新能力

作者簡(jiǎn)介：李杰（1979-），男，河北石家莊人，石家莊鐵道大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，講師；范曉珂（1972-），女，河北石家莊人，石家莊鐵道大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，副教授。（河北 石家莊 050043）

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）05-0083-02

“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（簡(jiǎn)稱“卓越計(jì)劃”）是高等院校貫徹落實(shí)《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國(guó)家中長(zhǎng)期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》的一項(xiàng)重大改革項(xiàng)目，其目的在于培養(yǎng)造就一大批具有較強(qiáng)創(chuàng)新能力、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為國(guó)家工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略服務(wù)。該項(xiàng)目的實(shí)施將促進(jìn)高等教育面向社會(huì)需求培養(yǎng)人才，對(duì)全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量具有十分重要的示范和引導(dǎo)作用。[1]2011年，石家莊鐵道大學(xué)被教育部批準(zhǔn)成為第二批133所“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”培養(yǎng)高校之一。“機(jī)械原理”課程作為機(jī)械工程類的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是石家莊鐵道大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我?！保C(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)、車輛工程專業(yè)、“茅以升”試驗(yàn)班和“卓越”班的必修課程，占有重要的地位。由于學(xué)生人數(shù)的增加和新課程的開設(shè)，“機(jī)械原理”計(jì)劃學(xué)時(shí)不斷被壓縮，而教學(xué)內(nèi)容卻不斷補(bǔ)充，傳統(tǒng)的教學(xué)模式很難滿足“卓越計(jì)劃”的要求，很難培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才。[2]因此，利用數(shù)字化仿真技術(shù)改善“機(jī)械原理”以往傳統(tǒng)的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生成為具有工程思維的實(shí)用型與創(chuàng)新型人才，適應(yīng)“卓越計(jì)劃”的發(fā)展具有重要的意義。

一、課程教學(xué)內(nèi)容與安排

“機(jī)械原理”的課程內(nèi)容主要有：機(jī)械的結(jié)構(gòu)分析、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和力分析、機(jī)械的效率、自鎖與平衡、各種常用機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)等內(nèi)容，共64學(xué)時(shí)，講授54課時(shí)，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)，“機(jī)械原理”課程設(shè)計(jì)1周。講授的內(nèi)容中，主要重點(diǎn)介紹機(jī)械的結(jié)構(gòu)分析、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和力分析、機(jī)械的效率、自鎖與平衡、常用機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)，其中包括連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、輪系和其他的常用機(jī)構(gòu)等；[3]機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)內(nèi)容結(jié)合課程設(shè)計(jì)時(shí)完成；實(shí)驗(yàn)安排主要針對(duì)一些機(jī)構(gòu)的驗(yàn)證、設(shè)計(jì)與綜合，旨在提高學(xué)生的動(dòng)手能力和對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。但是，由于課時(shí)限制，該課程所設(shè)置的實(shí)驗(yàn)只能完成4個(gè)，很難滿足“卓越計(jì)劃”的要求，不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

二、教學(xué)方式的改革

數(shù)字化仿真技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法，它是指將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域，利用計(jì)算機(jī)分析軟件通過(guò)建?？蓪?duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬，對(duì)機(jī)構(gòu)及整機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。數(shù)字化仿真技術(shù)在“機(jī)械原理”教學(xué)中的應(yīng)用，不僅可以使得學(xué)生對(duì)機(jī)械原理中的各種機(jī)構(gòu)有感性的認(rèn)識(shí)，而且通過(guò)對(duì)各種機(jī)構(gòu)的仿真模擬可以使得學(xué)生對(duì)各種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力特性有直觀的了解，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。[4]筆者將數(shù)字化仿真技術(shù)引入到“機(jī)械原理”教學(xué)中，下面以連桿機(jī)構(gòu)為例，介紹在連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)中應(yīng)用數(shù)字化仿真技術(shù)的一些體會(huì)。

1.理論教學(xué)的改革

在連桿機(jī)構(gòu)的教學(xué)中，連桿機(jī)構(gòu)的基本形式為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，其三種基本形式分別為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)一個(gè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)時(shí)，通過(guò)機(jī)構(gòu)的倒置則可以得到雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)。

在教學(xué)過(guò)程中，利用數(shù)字化仿真軟件建立曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的數(shù)字化模型，按照要求對(duì)各相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，其中包括：各桿長(zhǎng)度、質(zhì)量、電機(jī)轉(zhuǎn)速、力矩大小等。如圖1所示，在四桿機(jī)構(gòu)中各桿分別以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，分別為A、B、C、D；各桿桿長(zhǎng)分別為280mm、520mm、500mm、720mm，然后對(duì)桿4固定，桿1為曲柄，在轉(zhuǎn)動(dòng)副A上加力矩，其數(shù)字化模型如圖1所示。通過(guò)運(yùn)動(dòng)仿真對(duì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)分析。[5]曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析如圖2所示。

在教學(xué)過(guò)程中，圖1能夠清晰演示四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)畫面，其中曲柄以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，搖桿則在一定角度范圍內(nèi)擺動(dòng)。從圖2的角速度圖中可以看出曲柄轉(zhuǎn)速為30°/S，而搖桿的擺角為0°～30°。

在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中其他參數(shù)保持不變的前提下，只改變曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架，取原來(lái)的桿件1為機(jī)架，桿件2為曲柄，對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，可以看出，通過(guò)改變機(jī)架后，原來(lái)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)變?yōu)榱穗p曲柄機(jī)構(gòu)。雙曲柄機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析如圖3所示。

在教學(xué)過(guò)程中，利用數(shù)字化仿真技術(shù)學(xué)生能夠直觀看出此時(shí)兩個(gè)曲柄都在做整周的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。從圖3中的角速度圖中可以看出主動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)速為30°/S，而從動(dòng)曲柄的轉(zhuǎn)速為不等速連續(xù)回轉(zhuǎn)，范圍在15°/S～65°/S之間。

最后，在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，取原來(lái)的搖桿3為機(jī)架，桿4為曲柄，在其他參數(shù)保持不變的前提下對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，可以看出，通過(guò)改變機(jī)架后，原來(lái)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)變?yōu)榱穗p搖桿機(jī)構(gòu)。雙曲柄機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析如圖4所示。

圖4的動(dòng)畫演示中能夠看出，兩個(gè)搖桿都不能在整周范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，都在一定范圍內(nèi)做往復(fù)擺動(dòng)，從圖4中的角速度圖中可以看出主動(dòng)曲柄搖桿轉(zhuǎn)速為30°/S，而從動(dòng)搖桿的轉(zhuǎn)速為不等速擺動(dòng)，范圍在0°/S～35°/S之間。

在課堂教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)四桿機(jī)構(gòu)的數(shù)字化仿真能夠使學(xué)生在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)機(jī)構(gòu)的倒置有清晰的認(rèn)識(shí)，同時(shí)提高了學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的興趣和創(chuàng)新能力。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革

由于課時(shí)的限制，“機(jī)械原理”課程實(shí)驗(yàn)共有四次，具體安排如表1所示。

由表1看出：“卓越”班的實(shí)驗(yàn)教學(xué)比較少，不能夠滿足學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力培養(yǎng)的需求。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，可以利用數(shù)字化仿真技術(shù)進(jìn)行有效的彌補(bǔ)，同時(shí)也可以對(duì)以上實(shí)驗(yàn)進(jìn)行虛擬驗(yàn)證。在實(shí)驗(yàn)2機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，可以先讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建不同的機(jī)構(gòu)，分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，并繪制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，課下讓學(xué)生通過(guò)計(jì)算機(jī)根據(jù)所繪制的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖建立所搭建的機(jī)構(gòu)模型，進(jìn)行數(shù)字化仿真模擬，直觀形象地模擬實(shí)際搭建機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。而對(duì)于實(shí)驗(yàn)3機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量與分析實(shí)驗(yàn)，事先讓學(xué)生在計(jì)算機(jī)上對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行數(shù)字化仿真，測(cè)量出機(jī)構(gòu)的位移、速度和加速度曲線，然后再與實(shí)驗(yàn)測(cè)量的曲線進(jìn)行相應(yīng)的比較。對(duì)于實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有的內(nèi)容，也可以通過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)的數(shù)字化仿真來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力和機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。

三、教學(xué)效果

通過(guò)數(shù)字化仿真技術(shù)在“機(jī)械原理”課程中的應(yīng)用，在理論教學(xué)過(guò)程中對(duì)所講授知識(shí)可以實(shí)時(shí)地進(jìn)行虛擬仿真，有效改變傳統(tǒng)理論教學(xué)加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法，節(jié)省課時(shí)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過(guò)數(shù)字化仿真技術(shù)和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合大大提高了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣，提高了學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)意識(shí)。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)教學(xué)實(shí)踐表明，將數(shù)字化仿真技術(shù)引入到“機(jī)械原理”教學(xué)中具有較大的新穎性，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)“機(jī)械原理”課程基本理論的理解，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)方法的創(chuàng)新。

新的教學(xué)方法能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，在教學(xué)過(guò)程中學(xué)生能夠變被動(dòng)接受為主動(dòng)思考，通過(guò)對(duì)不同的方案進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

數(shù)字化仿真技術(shù)在本門課程中的應(yīng)用鍛煉了學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的能力，同時(shí)也提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。這種教學(xué)模式的探索為其他工程類專業(yè)基礎(chǔ)課程適應(yīng)“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”的教學(xué)改革提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]盧梅，李威，邱麗芳.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)在機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].儀器儀表用戶，2006，4（13）：25-26.

[3]孫桓，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)范文第2篇

1.1數(shù)字化設(shè)計(jì)與模擬仿真在應(yīng)用中的問(wèn)題

數(shù)字化設(shè)計(jì)與模擬仿真在飛機(jī)開發(fā)研究中需要從產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)就著手使用，同時(shí)要貫穿整個(gè)工作流程，如工藝規(guī)劃、設(shè)計(jì)及工裝設(shè)計(jì)等過(guò)程。但是目前發(fā)現(xiàn)許多運(yùn)用時(shí)間的錯(cuò)誤問(wèn)題，在飛機(jī)的研制過(guò)程中出現(xiàn)了產(chǎn)品之間、工裝產(chǎn)品間的協(xié)調(diào)作業(yè)，忽略了在設(shè)計(jì)初期采用數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真的重要性，從而誘導(dǎo)了該狀況的發(fā)生。同時(shí)，在數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真的應(yīng)用中也存在參與人員的問(wèn)題。對(duì)于數(shù)字化設(shè)計(jì)與模擬仿真的工作人員存在局限性，不應(yīng)該只將工藝設(shè)計(jì)人員作為限定目標(biāo)，要擴(kuò)大人員應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)人員與現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工人的全面參與，提高數(shù)字化技術(shù)的實(shí)用效果。目前，在民用飛機(jī)的研制技術(shù)中，國(guó)外一般采用產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)人員集中協(xié)調(diào)合作方式的工作流程，在改善工作方式的同時(shí)還節(jié)約了飛機(jī)研制時(shí)間。在國(guó)內(nèi)飛機(jī)行業(yè)的發(fā)展中，要改善合作方式中的問(wèn)題，從國(guó)外發(fā)展中汲取經(jīng)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)，為自身行業(yè)的快速完善發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。另外，數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)本身也存在一定的缺陷。目前，民用飛機(jī)使用的是索尼公司生產(chǎn)的DELMIA軟件，它本身就存在技術(shù)上的缺陷，如，它無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)重力仿真，在仿真中三維軟件都是懸空存在的；在模擬仿真時(shí)，不能客觀的反映鈑金器件的柔韌性。所以，在采用DELMIA軟件仿真后，仍要對(duì)存在的缺陷進(jìn)行分析判斷，減少設(shè)計(jì)中的誤差錯(cuò)誤。在數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)的應(yīng)用中缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)要求，只是根據(jù)工作人員的工作經(jīng)驗(yàn)及產(chǎn)品的詳細(xì)程度來(lái)判定仿真細(xì)節(jié)，結(jié)果參差不齊，影響了模擬驗(yàn)證的權(quán)威性。所以，要制定標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范體制，按照標(biāo)準(zhǔn)，從建模開始，統(tǒng)一執(zhí)行。

1.2數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真使用系統(tǒng)中的問(wèn)題

數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真的使用系統(tǒng)面向的用戶面比較廣泛且個(gè)體之間差異較大，容易造成使用效果間的差異化。所以，在擴(kuò)大數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)使用范圍的同時(shí)，要合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)界面，安排適當(dāng)?shù)墓ぷ髋嘤?xùn)，提高數(shù)字化設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)的全面性、實(shí)用性。2.3缺少對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的及時(shí)采集和反饋現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與反饋可以為工作的開展提供便利的條件，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)進(jìn)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，制定合理的生產(chǎn)計(jì)劃，合理安排生產(chǎn)進(jìn)度。但是，目前民用飛機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中缺乏該種功能，不能很好的實(shí)現(xiàn)作業(yè)完工進(jìn)程的數(shù)據(jù)采集。數(shù)字化的管理系統(tǒng)軟件還沒(méi)得到普及應(yīng)用，一般民航企業(yè)都存在紙質(zhì)的數(shù)據(jù)報(bào)表，缺乏對(duì)產(chǎn)品測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的采集分析。目前很多測(cè)量設(shè)備均可直接生產(chǎn)表格，將其輸入應(yīng)用系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的永久保存、為今后有效的控制質(zhì)量及安排生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。

2數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的特點(diǎn)分析

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)研制方法主要包括概念設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)計(jì)三個(gè)階段，并且各個(gè)階段都需要設(shè)計(jì)繪制模型，工作人員按照制作的樣機(jī)對(duì)飛機(jī)及內(nèi)部配置進(jìn)行準(zhǔn)確詳細(xì)的設(shè)計(jì)，主要表現(xiàn)為串行模式。然而在數(shù)字化的設(shè)計(jì)與制造環(huán)境下，模線的繪制以及實(shí)物樣機(jī)均可由數(shù)字化的形式及樣機(jī)取代，表現(xiàn)為并行模式的研制過(guò)程，促進(jìn)了各學(xué)科之間的交錯(cuò)融合，將業(yè)務(wù)過(guò)程作為工作核心，實(shí)現(xiàn)了跨地域、多企業(yè)化的動(dòng)態(tài)研制。利用連通的互聯(lián)網(wǎng)信息使分散的制造商之間加強(qiáng)了技術(shù)的溝通交流，互相協(xié)調(diào)合作，交換相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)民用飛機(jī)設(shè)計(jì)制造中數(shù)據(jù)、人員設(shè)備及時(shí)間等資源的共享。隨著數(shù)字化科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，各行業(yè)中實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化與先進(jìn)技術(shù)的融合交錯(cuò)。在民用飛機(jī)的發(fā)展制造過(guò)程中同樣存在這種融合技術(shù)，它充分發(fā)揮了當(dāng)前先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，改善了企業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益。

3數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)在民用飛機(jī)設(shè)計(jì)制造中的發(fā)展構(gòu)想

3.1加深對(duì)數(shù)字化設(shè)計(jì)仿真技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用

在民用飛機(jī)的開發(fā)研究過(guò)程中引入數(shù)字化設(shè)計(jì)仿真技術(shù)。從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研制工作開始，利用并行的工作運(yùn)行模式，使各部門設(shè)計(jì)人員相互合作，利用數(shù)字化的工作設(shè)計(jì)研究平臺(tái)，提升產(chǎn)品的開發(fā)研制質(zhì)量。同時(shí)要建立相互集成的軟件系統(tǒng)平臺(tái)。單一的DELMIA軟件只能將可視化的設(shè)計(jì)信息表現(xiàn)為信息孤島。如果在產(chǎn)品研制過(guò)程中，利用相互集成的系統(tǒng)不僅可以改觀這一情況，還能夠?qū)ELMIA軟件與PDM軟件相互集成，通過(guò)直接的保存與調(diào)用，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字資料的及時(shí)性和有效性；將DELMIA與CAPP相互集成，可以實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的文本處理功能，提高了系統(tǒng)的實(shí)用性。

3.2建立數(shù)字化的組織管理體系

采用數(shù)字化的系統(tǒng)組織管理平臺(tái)，利用新型的管理方式，設(shè)置專業(yè)的管理團(tuán)隊(duì)，全面有效的利用各部門間的資源投資；采用產(chǎn)業(yè)鏈條的結(jié)構(gòu)形式利用數(shù)字化的信息平臺(tái)技術(shù)實(shí)現(xiàn)各企業(yè)間的連通協(xié)作，實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)供應(yīng)商的管理工作；在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研制過(guò)程中，要適時(shí)地對(duì)項(xiàng)目工作進(jìn)行監(jiān)督審查，改變傳統(tǒng)的管理模式，實(shí)現(xiàn)制造商與使用商在項(xiàng)目實(shí)施初期的良好溝通，組成專業(yè)的項(xiàng)目管理小組，及時(shí)解決項(xiàng)目實(shí)施中的問(wèn)題，為飛機(jī)的技術(shù)研制提供良好的技術(shù)支持，縮短工程周期，提高工作效率，利用低價(jià)的成本實(shí)現(xiàn)高額的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3提高系統(tǒng)的實(shí)用價(jià)值

民航企業(yè)面向的客戶比較廣泛且不同客戶對(duì)工藝文件的格式與審簽流程也不盡相同，根據(jù)這一情況，民航企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)要采用靈活的應(yīng)用系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)文件格式及審簽工作的自定義化，從而滿足廣大客戶的需求；在管理系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)物料資源的條碼管理，降低資源的勞動(dòng)力度，盡量避免人工操作帶來(lái)的錯(cuò)誤；同時(shí)要設(shè)置人性化的管理界面，實(shí)現(xiàn)人人可以上手操作，使系統(tǒng)的功能特點(diǎn)得到充分發(fā)揮。

3.4根據(jù)工作性質(zhì)，設(shè)置不同的數(shù)字化網(wǎng)頁(yè)

全球范圍的飛機(jī)設(shè)計(jì)與制造人員表現(xiàn)為一種分布式的協(xié)作關(guān)系，數(shù)字化的信息平臺(tái)根據(jù)關(guān)系等級(jí)的不同，分別授予不同的操作權(quán)限，分屬于不同的操作設(shè)計(jì)界面，實(shí)現(xiàn)相關(guān)的設(shè)計(jì)制造，對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行數(shù)字化操控，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)的改進(jìn)。截止目前為止，我國(guó)在飛機(jī)設(shè)計(jì)與制造業(yè)的發(fā)展中均實(shí)現(xiàn)了自身的特色發(fā)展，例如，沈飛的鈦合金結(jié)構(gòu)及成飛的鋁合金等。對(duì)機(jī)制造發(fā)展的目標(biāo)是在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上，建立一個(gè)虛擬化的數(shù)字化設(shè)計(jì)制造平臺(tái)，使飛機(jī)制造商之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)實(shí)現(xiàn)完美的相互協(xié)作、技術(shù)溝通交流等工作。同時(shí)，制造廠商也可以不受地理區(qū)域的限制，利用自身的權(quán)限主動(dòng)訪問(wèn)虛擬飛機(jī)。同樣作為合作伙伴的供應(yīng)商也享有一定的權(quán)限，利用數(shù)字化信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各企業(yè)的信息資源共享。利用數(shù)字化開放式的信息技術(shù)平臺(tái)，可以有效及時(shí)的滿足合作伙伴的資源需求，提升了工作進(jìn)程及工作效率。

3.5民用飛機(jī)適航要求下的數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)研制平臺(tái)

民用飛機(jī)的研制開發(fā)要滿足適航管理的要求，在保障安全的同時(shí)也要維護(hù)大眾的整體利益。在信息技術(shù)及資源共享的技術(shù)環(huán)境下，改變傳統(tǒng)的研制模式，建立數(shù)字化的設(shè)計(jì)研制平臺(tái)，為民航企業(yè)在制造業(yè)的發(fā)展中獲得了良好的競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，在利用數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)的發(fā)展中也要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有資源的充分利用，綜合聯(lián)系未來(lái)發(fā)展因素，實(shí)現(xiàn)清晰明了的數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)的層次結(jié)構(gòu)。在基于WEB的發(fā)展環(huán)境要求下，結(jié)合WEB的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)間的合作聯(lián)系，建立一個(gè)系統(tǒng)的數(shù)字化研制平臺(tái)，建立全面的數(shù)據(jù)資源結(jié)構(gòu)，將數(shù)據(jù)按要求分類、分別管理、進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與審查全面提高信息資源的管理力度。綜合考慮項(xiàng)目中的各個(gè)工作環(huán)節(jié)，確保數(shù)字化研制平臺(tái)的全面參與。

3.6以優(yōu)質(zhì)的服務(wù)質(zhì)量贏得發(fā)展市場(chǎng)

在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展環(huán)境的影響下，各企業(yè)的發(fā)展都存在一定程度上的不確定性。為了穩(wěn)定企業(yè)在發(fā)展中的堅(jiān)固地位，力求建立全能的公司企業(yè)。在民航企業(yè)的發(fā)展中，輔助服務(wù)市場(chǎng)在民用飛機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展中占有很大比重，擁有廣闊的發(fā)展前景。所以，在民航企業(yè)發(fā)展中，要建立健全的服務(wù)體系和完善的服務(wù)流程結(jié)構(gòu)，以此提高民航企業(yè)在發(fā)展中的競(jìng)爭(zhēng)力。優(yōu)質(zhì)的服務(wù)質(zhì)量是贏得市場(chǎng)發(fā)展的前提，所以，售前要做到優(yōu)質(zhì)的服務(wù)質(zhì)量，售后要做到細(xì)致入微。做到專業(yè)迅速，及時(shí)處理解決服務(wù)問(wèn)題，工作人員要盡自身最大限度降低產(chǎn)品給客戶帶來(lái)的損失。

4數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)在民航企業(yè)制造業(yè)中發(fā)展的預(yù)期效果

目前，三維數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用在民用飛機(jī)設(shè)計(jì)制造業(yè)中。數(shù)字化的設(shè)計(jì)技術(shù)減輕了設(shè)計(jì)工程師的工作負(fù)擔(dān)、提高了工作效率，利用仿真得到的真實(shí)模型，方便了工程師對(duì)后期工作的處理設(shè)計(jì)，提高了工作質(zhì)量；利用數(shù)字化的樣機(jī)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了零件結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，同時(shí)改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造模式，縮短了研制周期，降低了費(fèi)用成本。數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)為民用飛機(jī)設(shè)計(jì)制造資源計(jì)劃系統(tǒng)的實(shí)施提供了便利條件，為資源計(jì)劃的實(shí)施提供了實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。在激烈的社會(huì)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，由于網(wǎng)絡(luò)資源的擴(kuò)展，供應(yīng)鏈也逐漸形成了一種新的網(wǎng)鏈模式，利用數(shù)字化的設(shè)計(jì)技術(shù)提高了供應(yīng)商之間的運(yùn)作效率。從數(shù)字化的真實(shí)模型可以了解客戶的需求，加強(qiáng)了客戶與制造商的互動(dòng)聯(lián)系，根據(jù)用戶需求，制造設(shè)計(jì)出符合客戶要求的產(chǎn)品，提高客戶的滿意程度。

5結(jié)語(yǔ)

數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)范文第3篇

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；仿真；制造業(yè)

中圖分類號(hào)：TP278

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造業(yè)的作用越來(lái)越明顯，它在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和整個(gè)生產(chǎn)流程中都發(fā)揮著不可估量的作用。這種技術(shù)的應(yīng)用為開發(fā)和制造企業(yè)節(jié)約了大量的經(jīng)費(fèi)，減少了不必要的損失，大大縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期并提高了產(chǎn)品質(zhì)量。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在日趨激烈的制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中占有越來(lái)越重要的地位。現(xiàn)代制造業(yè)的飛速發(fā)展為計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)帶了新的機(jī)遇，同時(shí)也提出了新的要求。我們放眼計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展歷程，它已經(jīng)突破了在傳統(tǒng)領(lǐng)域的運(yùn)用，發(fā)展到了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)以及銷售方面?，F(xiàn)代社會(huì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展也為計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)開辟了新的發(fā)展空間，使得這種技術(shù)表現(xiàn)出許多新的特點(diǎn)。如交互性、分布性，集成化等。這也將成為計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)新的應(yīng)用趨勢(shì)。

1 在制造業(yè)中，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用的分類

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造業(yè)中按照模型種類，可大致分為三種，它以產(chǎn)品模型、開發(fā)模型以及制造系統(tǒng)模型為中心進(jìn)行拓展。

1.1 仿真技術(shù)以產(chǎn)品模型為中心的應(yīng)用。在產(chǎn)品模型中，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用對(duì)產(chǎn)品的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)性能，可制造型、可裝配性進(jìn)行分析。因?yàn)樵O(shè)計(jì)者在開發(fā)產(chǎn)品的時(shí)候，不僅要考慮它的實(shí)用功能和需求，還要考慮諸如外形，外觀以及尺寸等方面的因素，而且還要考慮產(chǎn)品的可制造性，可批量生產(chǎn)或者是在裝配、保養(yǎng)、維護(hù)等方面的因素。這就需要計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在產(chǎn)品模型中發(fā)揮作用。

1.2 仿真技術(shù)以制造系統(tǒng)模型為中心的應(yīng)用。制造系統(tǒng)模型包括制造設(shè)備的高仿真智能運(yùn)用、相對(duì)復(fù)雜的制造系統(tǒng)的模擬運(yùn)行。在檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行能力與實(shí)際運(yùn)行狀況時(shí)，如物料供給、資源分配或者是加工流程上發(fā)揮著巨大作用。

1.3 仿真技術(shù)以開發(fā)過(guò)程模型為中心的運(yùn)用。以開發(fā)模型為中心的仿真包括設(shè)計(jì)和制造過(guò)程的仿真。很多產(chǎn)品的性能以及生產(chǎn)成本在設(shè)計(jì)階段就基本定型了，設(shè)計(jì)階段對(duì)于一種新產(chǎn)品的開發(fā)非常重要，它需要反復(fù)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)，復(fù)雜的計(jì)算以及多學(xué)科的共同協(xié)作，這些特點(diǎn)決定產(chǎn)品的開發(fā)過(guò)程迫切需要一種能建立模型并仿真試驗(yàn)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。而在制造過(guò)程中運(yùn)用仿真技術(shù)將制造系統(tǒng)模型和產(chǎn)品模型結(jié)合到一起，多方位模擬，整體運(yùn)算，再綜合考慮庫(kù)存、成本控制以及負(fù)載等因素，開發(fā)出合格的新產(chǎn)品。

2 在當(dāng)代制造業(yè)中計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是一門高新科學(xué)技術(shù)，在當(dāng)代制造業(yè)中，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造都離不開它，尤其是一些諸如航空航天工業(yè)、國(guó)防工業(yè)等規(guī)模大，復(fù)雜性強(qiáng)的系統(tǒng)研發(fā)中，作用更加明顯。它作為一種新型的科學(xué)手段和工具，有效地減少了不必要的經(jīng)濟(jì)損失，節(jié)約了大量研究經(jīng)費(fèi)，并大大縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期和提高了產(chǎn)品質(zhì)量。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)貫穿于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試運(yùn)行的全過(guò)程。當(dāng)代企業(yè)的研發(fā)部門只有重視質(zhì)量、成本、時(shí)間、服務(wù)和環(huán)境這五項(xiàng)指標(biāo)，才能獲得更好的發(fā)展。這種需求也促進(jìn)了計(jì)算機(jī)集成技術(shù)、模擬測(cè)試系統(tǒng)，仿真運(yùn)行環(huán)境等技術(shù)的相互結(jié)合。他們已經(jīng)成為制造業(yè)不可缺少的重要技術(shù)手段。上世紀(jì)八十年代以后，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越快，應(yīng)用最為廣泛的就是“虛擬制造”。通過(guò)在計(jì)算機(jī)上模擬產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程，提前發(fā)現(xiàn)在制造中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

虛擬運(yùn)行環(huán)境，也稱虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或者是靈境技術(shù)，它通過(guò)模擬人在自然環(huán)境中的感官和行動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高級(jí)人機(jī)互動(dòng)，對(duì)產(chǎn)品的性能和運(yùn)行狀況進(jìn)行測(cè)試。它綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、高仿真技術(shù)以及計(jì)算機(jī)傳感技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)手段。“靈境感”和“交互感”是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本特征。通過(guò)計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將事物內(nèi)部各種關(guān)系的交互與真實(shí)作用模擬運(yùn)行，仿真出一個(gè)幾乎真實(shí)的虛擬環(huán)境讓用戶體驗(yàn)，從而使用戶的感受更加真實(shí)，人機(jī)交流的方式更為先進(jìn)。這種計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以支持產(chǎn)品的各個(gè)階段，客戶可以通過(guò)虛擬的現(xiàn)實(shí)環(huán)境，驗(yàn)證產(chǎn)品的各個(gè)部件是否合格，產(chǎn)品的性能是否穩(wěn)定，功能是否能夠滿足人們的日常需要。

隨著當(dāng)代制造業(yè)的發(fā)展，人們開始對(duì)仿真技術(shù)的另一個(gè)應(yīng)用熱點(diǎn)，即虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)越來(lái)越重視。并行工程的運(yùn)用促進(jìn)了虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展。并行工程思想將現(xiàn)代哲學(xué)、文化等與現(xiàn)代先進(jìn)組織思想集合起來(lái)，將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、使用和支持過(guò)程并行運(yùn)作，進(jìn)行一體化的設(shè)計(jì)和開發(fā)。并行工程從產(chǎn)品開發(fā)之初就將投資、制造、裝配以及銷售維護(hù)等產(chǎn)品生命周期中各種因素考慮在內(nèi)，有效地解決了產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)之間存在的矛盾。而虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)就是在并行工程思想的指導(dǎo)下，將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、CS和大型的產(chǎn)品數(shù)字化管理系統(tǒng)綜合運(yùn)用，虛擬一個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)環(huán)境。方便產(chǎn)品開發(fā)人員在近乎真實(shí)的環(huán)境下進(jìn)行策劃、設(shè)計(jì)和預(yù)測(cè)產(chǎn)品在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的性能及其他狀況，將產(chǎn)品在現(xiàn)實(shí)工況下的真實(shí)運(yùn)行能力，這樣就可以避免反復(fù)設(shè)計(jì)，不斷變更設(shè)計(jì)方案，避免因反復(fù)制作樣機(jī)而造成的資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失；方便對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)、指導(dǎo)和優(yōu)化，使產(chǎn)品的開發(fā)周期大大縮減，從而節(jié)省了大筆開發(fā)費(fèi)用。在計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展中，虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)是又一重要發(fā)展，它深入到產(chǎn)品復(fù)雜的制造過(guò)程中，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益不可小覷。

現(xiàn)在，仿真技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)從單一的系統(tǒng)走向開放復(fù)雜的大系統(tǒng)。當(dāng)仿真對(duì)象分布于廣闊的時(shí)空領(lǐng)域，仿真任務(wù)要求將不同地理位置、不同類型（包括人在內(nèi)）的仿真對(duì)象構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一整體進(jìn)行仿真時(shí)，產(chǎn)生了分布交互化仿真（DIS――Districted InteractiveSimulation）。這種仿真系統(tǒng)里包含有不同類型的實(shí)體―虛體、真實(shí)實(shí)體和構(gòu)造實(shí)體，這些實(shí)體可以基于不同目的系統(tǒng)、不同年代的技術(shù)、不同廠商的產(chǎn)品和不同產(chǎn)品組成，并允許它們交互操作。DIS實(shí)現(xiàn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將不同地點(diǎn)的仿真設(shè)備連接起來(lái)，通過(guò)實(shí)體間的數(shù)據(jù)交換構(gòu)成時(shí)空到合成仿真環(huán)境的一種先進(jìn)仿真技術(shù)。在這種復(fù)雜的分布綜合的系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真時(shí)，必須提供快速、高效、大量的信息通道和相應(yīng)的處理。美國(guó)是最早研究這種技術(shù)并投入使用的國(guó)家，已經(jīng)完成了多項(xiàng)基于虛擬仿真的DIS工程項(xiàng)目，相關(guān)的協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)完成或正在完成。

在制造行業(yè)，已經(jīng)產(chǎn)生了類似于DIS的虛擬研究開發(fā)中心或虛擬企業(yè)。香港生產(chǎn)力促進(jìn)局和香港城市大學(xué)共建的快速科技中心就是一個(gè)虛擬研究開發(fā)中心。此外，為了適應(yīng)快速變化的世界市場(chǎng)，克服單個(gè)企業(yè)難以在短期內(nèi)具備所需資源的局限性，出現(xiàn)了在一定時(shí)限內(nèi)，為了某一市場(chǎng)機(jī)遇，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)聯(lián)結(jié)的一種動(dòng)態(tài)聯(lián)盟――虛擬企業(yè)。美國(guó)波音（BOEING）公司可以把777飛機(jī)的研制、生產(chǎn)做到幾乎“無(wú)圖紙”的程度。波音777飛機(jī)的研制、整機(jī)設(shè)計(jì)、裝配、部件測(cè)試以及各種試飛，都是由計(jì)算機(jī)完成的。它能將開發(fā)周期從原來(lái)的8年縮短到5年，節(jié)約了數(shù)百萬(wàn)美元經(jīng)費(fèi)。

3 結(jié)論

當(dāng)代制造業(yè)中，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)已經(jīng)成為一種綜合性的高新科學(xué)技術(shù)，它綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、軟件工程、數(shù)字化控制技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)，在制造業(yè)中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用，在一些大型的復(fù)雜形同研發(fā)中，更是必不可少的重要工具，它有效地減少了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失，節(jié)省了大量的研發(fā)經(jīng)費(fèi)，使產(chǎn)品的開發(fā)周期大大縮減，產(chǎn)品質(zhì)量得到顯著提高。

參考文獻(xiàn)：

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數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)范文第4篇

關(guān)鍵詞 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)仿真；仿真建模

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）17-0036-01

1 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)即利用計(jì)算機(jī)制作真實(shí)系統(tǒng)模型，用來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估的技術(shù)手段。具體說(shuō)就是將真實(shí)系統(tǒng)作為仿真模型的根據(jù)，通過(guò)運(yùn)行具體仿真模型和對(duì)計(jì)算機(jī)輸出信息的分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和變化規(guī)律的綜合評(píng)估與預(yù)測(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)的改善或優(yōu)化。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速進(jìn)步，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)主要是用來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)，應(yīng)用于多項(xiàng)領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)作為一種可以客觀分析現(xiàn)有系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和評(píng)價(jià)現(xiàn)有設(shè)計(jì)系統(tǒng)性能的技術(shù)手段，在很多領(lǐng)域（例如航空航天、經(jīng)濟(jì)管理、通信網(wǎng)絡(luò)等）的發(fā)展中起到極為重要的促進(jìn)作用?？梢赃@樣說(shuō)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代和高科技產(chǎn)業(yè)中不可或缺的進(jìn)行系統(tǒng)分析和研究的一項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)手段。

由于在實(shí)際的操作過(guò)程中，需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇合適的計(jì)算機(jī)類型，因此根據(jù)在仿真過(guò)程中采用的計(jì)算機(jī)類型以及計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展過(guò)程，可以將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的類別劃分為模擬機(jī)仿真、數(shù)字機(jī)仿真和模擬―數(shù)字混合機(jī)仿真。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在20世紀(jì)50年代興起，模擬計(jì)算機(jī)是當(dāng)時(shí)采用的主要計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，其工作原理是：在仿真系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型明確的前提下，通過(guò)一系列運(yùn)算器和無(wú)源器件建立一個(gè)仿真的電路，通過(guò)這個(gè)仿真電路進(jìn)行后期的實(shí)驗(yàn)研究。但是，隨著計(jì)算機(jī)數(shù)字化的快速發(fā)展，在20世紀(jì)60年代后期，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)開始由模擬形式轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字機(jī)仿真。但是，航空航天等大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的發(fā)展對(duì)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)提出更高的要求，傳統(tǒng)的數(shù)字機(jī)對(duì)信息的處理能力等方面已不能滿足仿真系統(tǒng)的需求。為了盡快解決這一問(wèn)題，使計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)能夠?yàn)楦嗟念I(lǐng)域提供最佳的服務(wù)，以數(shù)字機(jī)與模擬機(jī)混合而成的數(shù)字混合機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字混合機(jī)不僅能夠滿足航空航天等復(fù)雜系統(tǒng)的應(yīng)用，而且也極大程度的促進(jìn)了這些領(lǐng)域的快速發(fā)展。而后仿真技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展。

計(jì)算機(jī)仿真主要三個(gè)方面的內(nèi)容組成：一是系統(tǒng)；二是模型；三是計(jì)算機(jī)。而這三方面的內(nèi)容主要是通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)、仿

圖1 仿真三方面內(nèi)容之間的關(guān)系圖

真模型的建立以及系統(tǒng)模型的建立相互聯(lián)系在一起的。圖1描述了這三者之間的關(guān)系。

在模型活動(dòng)的基礎(chǔ)上，可以將計(jì)算機(jī)仿真的全過(guò)程劃分為下面三個(gè)階段。

1）計(jì)算機(jī)模型的建立，通過(guò)建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，可以確定系統(tǒng)的原始狀態(tài)，計(jì)算機(jī)模型的準(zhǔn)確建立是計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)有效性的基礎(chǔ)技術(shù)。2）計(jì)算機(jī)模型的轉(zhuǎn)變，此過(guò)程通過(guò)將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)變成為相應(yīng)的模擬電路等可以用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言表達(dá)出來(lái)的仿真模型，并通過(guò)編寫相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件，變成可以直接應(yīng)用的計(jì)算機(jī)仿真工具。3）計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)階段，利用仿真輸出信息與實(shí)際存在的系統(tǒng)信息進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)已有的系統(tǒng)進(jìn)行改善和完善。

2 仿真模型的建立

模型分析之所以得到廣泛的應(yīng)用成為現(xiàn)代科學(xué)研究最常用的方法之一，是因?yàn)樗梢愿鶕?jù)實(shí)際系統(tǒng)抽象或是對(duì)事物本質(zhì)的描述來(lái)建立簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)模型或物理模型，這種模型與實(shí)際系統(tǒng)之間存在同構(gòu)或同態(tài)關(guān)系的，我們就可以通過(guò)此模型來(lái)分析實(shí)際系統(tǒng)，進(jìn)而對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行合理的控制和優(yōu)化。下面主要詳細(xì)討論兩種形式的仿真建模。

首先針對(duì)連續(xù)變量動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的仿真建模是由時(shí)間驅(qū)動(dòng)，狀態(tài)連續(xù)變化等一類物理系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)中時(shí)間和取值方式，可以將連續(xù)變量動(dòng)態(tài)系統(tǒng)劃分為連續(xù)時(shí)間動(dòng)態(tài)系統(tǒng)、離散時(shí)間動(dòng)態(tài)系統(tǒng)（工程采樣系統(tǒng)是最為常見的系統(tǒng)）和連續(xù)-離散時(shí)間混合的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)等多種類型。同時(shí)，對(duì)連續(xù)變量動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真系統(tǒng)常用的數(shù)學(xué)模型有多種，最常見的是常/偏微分方程模型，另外還有滑動(dòng)平均（MA）模型和受控自回歸滑動(dòng)平均（CARMA）模型等。

其次，離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)（DEDS）的仿真建模。離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)多是人造系統(tǒng)，相對(duì)于其他系統(tǒng)離散事件的變化關(guān)系較為復(fù)雜，常規(guī)的方程模型難以較準(zhǔn)確的對(duì)其進(jìn)行描述。人們針對(duì)離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了多方改進(jìn)，自20世紀(jì)80年代初以來(lái)出現(xiàn)了多種形式。例如，常見的依據(jù)事件發(fā)生時(shí)間對(duì)所考察對(duì)象變化過(guò)程的分析而言是否有必要這一條件作為研究范圍，將離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)劃分為：帶時(shí)標(biāo)的離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)（TIM/RTIL模型、雙子代數(shù)模型等）和不帶時(shí)標(biāo)的離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)（Petri網(wǎng)絡(luò)模型、過(guò)程代數(shù)模型等），同時(shí)也可以依據(jù)系統(tǒng)輸入信息以及狀態(tài)演變的確定性與否，將其劃分為確定性離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和不確定性離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型。

從現(xiàn)有的很多文獻(xiàn)以及不同種類的離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)（DEDS）描述來(lái)看，離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型的建立和分析研究仍不完善，有很大的發(fā)展空間。此系統(tǒng)模型種類多，那么在模型種類之間就需要必要的轉(zhuǎn)換關(guān)系，對(duì)每一種模型的描述方式通常僅適用于一種或是幾種問(wèn)題。

分析目前已有的系統(tǒng)建模方法，離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)最常用的方法主要包括網(wǎng)絡(luò)圖或事件圖法和形式語(yǔ)言與自動(dòng)機(jī)方法等。雖然離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型的建立為離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的仿真創(chuàng)造了條件，但是并不是所有的離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型都能直接用于計(jì)算。例如，常用的GSMP模型，可以用于描述多種模型方式不具備的或是很難描述的復(fù)雜過(guò)程，但GSMP模型在計(jì)算機(jī)上的實(shí)際應(yīng)用卻很復(fù)雜，需要專業(yè)的相關(guān)知識(shí)。離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真的核心問(wèn)題是仿真模型的有效性，保障與真實(shí)系統(tǒng)行為具有某種同構(gòu)或同態(tài)關(guān)系。在CVDS中的方法是使用以物理規(guī)則為根據(jù)，通過(guò)方程式的方法來(lái)描述模型設(shè)計(jì)，這樣并不完全適用于離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真模型的建立。另外一方面的問(wèn)題是由于離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)多是人造系統(tǒng)，變化形式表現(xiàn)出復(fù)雜的非線性。隨著需求的不斷變化計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)需要不斷的改進(jìn)，針對(duì)不同時(shí)間要選擇適當(dāng)?shù)哪Ｐ汀?/p>

參考文獻(xiàn)

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數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)范文第5篇

關(guān)鍵詞：仿真技術(shù)；機(jī)械設(shè)計(jì)；應(yīng)用

1 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在機(jī)械制造行業(yè)的重要作用

計(jì)算機(jī)仿真也被稱作虛擬樣機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)人員利用特定軟件在計(jì)算機(jī)上建立模型，通過(guò)各種動(dòng)態(tài)性能參數(shù)分析來(lái)優(yōu)化樣機(jī)方案，不需要大量制造實(shí)物樣機(jī)，從而用數(shù)字化新型技術(shù)取代了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法，并且具有節(jié)約資金、安全可靠、方便靈活以及可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。如今在機(jī)械工程計(jì)算中，為了解決許多復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、分析和實(shí)驗(yàn)等諸多難題，都需要在計(jì)算機(jī)中建立真實(shí)系統(tǒng)的仿真模型，來(lái)分析實(shí)際系統(tǒng)的活動(dòng)特征。在研發(fā)設(shè)計(jì)的初始階段，設(shè)計(jì)人員只需用工具軟件做不同的初始設(shè)計(jì)并建立起虛擬樣機(jī)，就可以對(duì)現(xiàn)實(shí)的或者假設(shè)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究和試驗(yàn)了，監(jiān)測(cè)和改進(jìn)系統(tǒng)也很便利。仿真技術(shù)的引入不僅極大地提高了機(jī)械設(shè)備研究設(shè)計(jì)的質(zhì)量，而且大幅減少了零部件的開發(fā)周期和降低了制造的成本。

2 計(jì)算機(jī)仿真的實(shí)現(xiàn)

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)的前提是建立符合實(shí)際的電腦數(shù)學(xué)模型和仿真模型，這個(gè)過(guò)程涉及到圖形學(xué)、幾何造型學(xué)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)和力學(xué)等知識(shí)的集合運(yùn)用。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是無(wú)法直接識(shí)別和處理研究對(duì)象的，所以要產(chǎn)生一個(gè)既能被計(jì)算機(jī)接受又可以呈現(xiàn)研究客體實(shí)質(zhì)的數(shù)學(xué)模型。

計(jì)算機(jī)處理這些將真實(shí)系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)抽象出來(lái)的數(shù)學(xué)模型，并輸出這些模型的相關(guān)參數(shù)來(lái)展示真實(shí)系統(tǒng)的某些特質(zhì)，這種展示也可以是具象的（如三維立體的）。三維立體模型具有更加直觀清晰的特點(diǎn)，所以越來(lái)越多的被研究人員所采用。數(shù)學(xué)模型建立起來(lái)以后，計(jì)算機(jī)仿真的精度將由建模的精準(zhǔn)程度來(lái)決定。綜上所述，要想實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真大體上分為三個(gè)步驟：

2.1 模型的創(chuàng)建

針對(duì)要研究的目標(biāo)或問(wèn)題，首先需要抽象出一個(gè)能達(dá)到仿真目的的可靠系統(tǒng)，并且要給其加上邊界條件和約束條件。然后，運(yùn)用相關(guān)學(xué)科的知識(shí)把這個(gè)系統(tǒng)通過(guò)數(shù)學(xué)表達(dá)式準(zhǔn)確地闡述出來(lái)，闡述的內(nèi)容就是計(jì)算機(jī)仿真的核心――數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型根據(jù)時(shí)間的關(guān)系可劃分為靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型，而動(dòng)態(tài)模型又分為連續(xù)時(shí)間、離散時(shí)間和混合時(shí)間三種；模型分為連續(xù)變量系統(tǒng)模型和離散事件系統(tǒng)模型是以系統(tǒng)的狀態(tài)描述和變化方式為依據(jù)的。

2.2 模型的變換

模型的變換就是把抽象出來(lái)的數(shù)學(xué)表達(dá)式轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠處理的形式，這需要運(yùn)用適當(dāng)?shù)乃惴ê陀?jì)算機(jī)語(yǔ)言，這種形式所表達(dá)的內(nèi)容就是進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的關(guān)鍵――仿真模型。實(shí)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程，既可以根據(jù)自身需要研發(fā)一個(gè)新的系統(tǒng)，也可以把當(dāng)下市面上已有的仿真軟件拿來(lái)直接運(yùn)用。

2.3 模型的實(shí)驗(yàn)

將創(chuàng)建的仿真模型輸入電腦中，運(yùn)行仿真模型會(huì)獲取一系列的仿真結(jié)果，這就是模型的仿真實(shí)驗(yàn)。由于是按照先期設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案來(lái)運(yùn)行的，所以仿真實(shí)驗(yàn)是一件很簡(jiǎn)單的事情。但是，仿真的結(jié)果又應(yīng)該按照什么標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量呢？這就需要具體辯析仿真結(jié)果的可靠性，檢驗(yàn)仿真結(jié)果可靠性主要有兩種方法（置信通道法和仿真過(guò)程的反向驗(yàn)證法）。

3 在機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)中計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用

3.1 在齒輪設(shè)計(jì)研究中的應(yīng)用

齒輪是機(jī)械裝備的主要基礎(chǔ)零部件，研究它的計(jì)算機(jī)仿真是很有意義的。如運(yùn)用Visual Lisp語(yǔ)言可以從幾何角度研究齒輪任何端面齒形的建模和傳動(dòng)仿真；圓弧針齒行星傳動(dòng)的動(dòng)力學(xué)研究也能運(yùn)用電腦仿真技術(shù)；利用計(jì)算機(jī)仿真研究了影響正交面齒輪傳動(dòng)接觸點(diǎn)的主要參數(shù)（包括主動(dòng)齒輪與刀具齒數(shù)差、齒數(shù)比、模數(shù)等）；在齒輪泵的齒輪研發(fā)設(shè)計(jì)中也很好的應(yīng)用了計(jì)算機(jī)仿真。

3.2 在機(jī)械結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用

機(jī)械產(chǎn)品要由大量的機(jī)構(gòu)組裝起來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)定好的工藝動(dòng)作，在進(jìn)行新產(chǎn)品研發(fā)時(shí)，這些機(jī)構(gòu)是否能正確地實(shí)現(xiàn)所設(shè)定的動(dòng)作，機(jī)構(gòu)與機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)動(dòng)是否配合得當(dāng)，機(jī)構(gòu)間是否存在干涉和干涉的部位，怎樣選擇各種機(jī)構(gòu)組合方案來(lái)更好地滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這些問(wèn)題都需要借助計(jì)算機(jī)仿真來(lái)解決。大型的三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件都會(huì)提供一個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真的功能模塊，在虛擬環(huán)境中設(shè)計(jì)好的裝配體可以模擬演示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，是一種直觀方便的工具軟件。這種軟件可以依據(jù)裝配的關(guān)系自行主動(dòng)來(lái)計(jì)算機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副，并能自動(dòng)增添附加的運(yùn)動(dòng)發(fā)生器、鉸鏈和彈簧；要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)的仿真只需要設(shè)定主運(yùn)動(dòng)件就可以了，還能從任何角度來(lái)觀察，軟件還能對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)干涉進(jìn)行檢查，設(shè)計(jì)人員可以很方便地進(jìn)行檢查驗(yàn)證。

3.3 在復(fù)雜數(shù)值計(jì)算分析方面的應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，以往許多由于條件限制無(wú)法進(jìn)行計(jì)算分析的復(fù)雜問(wèn)題，都可以通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真得到滿意的解決；另外，計(jì)算機(jī)輔助使大量復(fù)雜的工程計(jì)算分析簡(jiǎn)單化、層次化，節(jié)省了大量的時(shí)間，避免了低水平的重復(fù)勞動(dòng)，使計(jì)算分析更快、更準(zhǔn)確，在新產(chǎn)品研發(fā)的設(shè)計(jì)、分析等方面發(fā)揮了重要的作用。機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)的基本過(guò)程是概念設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)試驗(yàn)修正設(shè)計(jì)再試驗(yàn)，直到滿足產(chǎn)品的要求標(biāo)準(zhǔn)，仿真技術(shù)的引入最大限度的減少了材料的浪費(fèi)和縮短了耗時(shí)。對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)分析，可以獲得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度應(yīng)力、剛度應(yīng)變和變形、動(dòng)態(tài)特性固有頻率、振動(dòng)模態(tài)、熱態(tài)特性溫度場(chǎng)、熱變形等參數(shù)，根據(jù)計(jì)算分析能得到容易導(dǎo)致機(jī)械出現(xiàn)疲勞失效的風(fēng)險(xiǎn)因素以及其它潛在的問(wèn)題。