数字化仿真技术范文
时间：2023-11-17 11:26:25
数字化仿真技术范文第1篇
关键词：模拟信号；提高；分析
1 引言
随着通信技术的发展，数字通信成为主流技术。那模拟信源提供的模拟信号如何在数字通信系统中传输呢？模拟信号要想在数字通信系统进行传输，首先需要在发送端把模拟信号数字化，即进行模数转换，然后在数字通信系统进行传输；在接收端需把数字信号还原成模拟信号，即进行数模变换。一般模数转换常采用脉冲编码调制（pcm）、差分脉冲编码调制等。
1.1 脉冲编码调制
脉冲编码调制（pulse code modulation——pcm）是典型的编码方式，通常把从模拟信号抽样、量化、直到变为二进制符号的基本过程称为pcm。
1.2 差分脉冲编码调制
pcm体制需要用64kb的速率传输1路数字信号，而传输一路模拟电话仅占用4khz带宽。相比之下，采用pcm，则数码率太高，传输pcm信号占用更大带宽。例如，对于频带为1mhz的可视电话信号进行编码，根据采样定理，采样速率 ，若每样值采用8位编码，则数码率为16mbit/s。对于电视信号，图像信号宽带为6mhz，若也采用8位编码，则数码率将达100mbit/s。为了降低数字电话信号的比特率，改进方法之一是采用预测编码方法。预测编码方法有多种，差分脉冲编码调制，简称差分脉码调制dpcm，是其中广泛应用的一种基本预测方法。
2 dpcm的simulink仿真
simulink模块库中提供了dpcm编码模块“dpcm encoder”、解码模块“dpcm decoder”等，利用这些模块构建dpcm串行传输仿真模型，如图1所示。
信号源输出200hz正弦波，经放大、dpcm编码输出，再经过并串转换得到二进制码流送入二进制对称信道。解码端信道输出经串并转换送入dpcm解码，之后输出解码结果并显示波形。改变信道错误比特率，以观察信道误码对dpcm传输的影响。当信道错误比特率为0.02时仿真结果和波形如图2所示。
由图2可知，对应于信道产生误码的位置，解码输出波形中出现的干扰脉冲，干扰脉冲的大小取决于信道中错误比特位于一个dpcm编码字串中的位置，位于高位时将导致解码值极性错误，这时引起的干扰最大，而位于低位的误码引起的干扰最轻微。
3 信道误码对语音质量影响的仿真分析
以一语音文件gdgvoice8000.wav为信号源，基于前面最佳预测器的理论来进行仿真分析。先计算一段采样率为8000hz的语音信号（文件名cdgvoice8000.wav）的最佳预测器抽头系数。给定预测器的阶数p=5。首先估计出语音信号的归一化自相关函数值rj，j=1，…，5，常用的估计方法是： 代入归一化自相关函数然后列出方程并求解即可。
3.1 构建测试模型及仿真
基于上面的原理构建一个dpcm编解码仿真系统。其中预测器为5阶fir滤波器，抽头系数设置为实例1的计算结果，被编码信号为语音文件“gdgvoice8000.wav”，量化器采用均匀量化方式，将[-1，1]上的归一化信号样值量化为n=4比特编码序列。
simulink通信库中提供了dpcm编码解码模块“dpcm encoder”和“dpcm decoder”。 dpcm解码模块的设置参数要和编码模块相对应。其输出为解码恢复信号以及量化预测误差。
dpcm编码模块的输入为被编码的样值序列，输出为量化电平序号以及相应的量化信号值，设置参数如下：预测器滤波分子分母系数响亮，一般采用fir滤波器，分母系数设置为1，分子系数可由实例所示的有话方法进行确定；量化分割电平集合；量化输出电平集合；当给定被量化的样本信号时，可以通过函数dpcmopt来计算最优化的预测器抽头系数，最佳量化分割电平以及最佳量化输出电平。
dpcm解码模块的设置参数要和编码模块相对应。其输出为解码恢复信号以及量化预测误差。dpcm编解码模块的构成细节可以通过选中模块以鼠标右键打开内部子系统来观察，其 dpcm传输误码与解码话音质量仿真模型。
设置bsc信道的误码率分别为0.1、0.01、0.001、0.0001等，执行仿真，从听到的输出音质中，发现将误码率设置在0.1，话音基本可懂，但解码输出信
中“咯咯”的噪声很严重；误码率在0.01数量级上解码噪声仍比较明显，但音质已经大为改善；误码率在0.001数量级上，解码噪声就不明显了。在dpcm电话系统中，对话音解码通常要求误码率在10-3或10-4以下，本仿真验证了该指标的合理性。但对于数据通信，对误码率要求更加严格，如果信道误码率不能满足要求，可采用纠错编码来进一步降低传输误码率。
3.2 与pcm话音解码对比分析
使用simulink中的dsp模块库的音频输入输出模块可以对真实的音频信号（文件名“gdgvoice8000.wav”）进行处理，并基于pcm编解码模块构建pcm传输误码与解码话音质量仿真模型。同样，设置bsc信道的误码率分别为0.1、0.01、0.001、0.0001等，执行仿真，从听到的输出音质中，发现将误码率设置在0.1，输出为纯噪声，相当于通信中断。若将误码率设置在0.01，解码输出信号中“咯咯”的噪声虽很严重但话音基本可懂，误码率在0.001数量级上解码噪声仍比较明显，但音质已经大为改善；误码率在0.0001数量级上，解码噪声就不明显了。
通过与前面dpcm话音进行对比，说明dpcm的抗噪声能力比pcm强。所以，尽管在无误码传输中dpcm的解码音质不如pcm强，但dpcm的抗噪声能力比pcm强，因此得到广泛应用。
4 结论
数字化仿真技术范文第2篇
关键词： 城市规划；城市仿真技术；虚拟现实
Abstract: In this paper, from the change of city planning under the background of the digital city, introduces the characteristics and the key technology of city simulation technology, describes its plays in the city planning work in the role and significance of.
Key words: city planning; city simulation technology; virtual reality
中图分类号：TU984文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
1 引言
随着城市社会科技的迅猛发展，社会对城市规划、建设和管理要求越来越高，这是由城市规划在城市发展中的战略地位所决定的。然而过去传统的城市规划中，主要以感性规划为主，存在自上而下命令式、强制控制等级式的管理体制，缺乏相应的客观性、独立性和权威性，公众参与的缺失，也影响了规划设计方案的科学性、前瞻性，影响了政府决策的宏观和全局性的把握。
随着计算机及网络技术的飞速发展和数字化潮流的掀起，基于数字城市平台上的虚拟学校、虚拟影院等应运而生。如何利用先进的计算机技术实现现代城市本身的数字化，是城市管理者、规划部门、公众所共同关心的问题，而城市仿真技术作为数字城市的支撑技术之一，也成为了当前各个领域所研究的热点。
2 数字城市背景下城市规划的变化
2.1城市规划设计理念的转变
随着数字化、信息化概念的不断深入，数字城市建设的不断发展，传统的城市规划理念也受到了强烈的冲击。传统老式的静态规划面临着向多阶段过程转化为一系列单阶段问题逐个求解的动态规划转变，从简单考虑资源配置的物质规划向全面考虑社会经济文化发展需要的精神规划转变，从集中式的由规划设计专家评审到规划设计人员、决策者和社会大众三者共同参与的协作式规划模式转变，从行政管理到法制化管理的转变。
数字城市的建立为城市规划提供了数字平台与技术基础。它一方面使城市规划所需要的一切信息通过数字技术表现出来，城市规划和管理人员能够从整体上了解和掌握城市各类信息，从更大和更广的范围研究和探讨城市发展的一般规律。另 一 方面，通过数字城市提供的多种分析手段和模型，对城市现象进行更多的定量分析，从而进一步提高规划的科学性、可操作性和前瞻性。规划和管理工作者的观念和逻辑思维也随之发生重大变化，从工业社会的物质生产方式转向信息社会和数字化社会的知识生产方式，思维从单一化转向了多元化。
2.2城市规划技术方法的转变
（1）获取信息的手段发生转变。数字城市具备了海量数据存储设备，高速宽带的信息传输系统和高效智能的处理系统，规划设计所需的大量数据也由传统的现场踏勘方式转变为室内数据处理方式，实现了城市规划的现代化。
（2）规划设计方案决策和表现方式发生转变。数字城市的建立，使得规划设计及规划成果的表现由原来的二维平面转变为可视化、动态化、形象化，使规划人员可以利用多种分析手段和模型对城市发展现象、过程、趋势进行量化分析和预测，使得规划方案更加科学、合理、准确。
（3）公众参与度发生转变。对于城市规划成果，利用可视化技术，通过网络展现虚拟城市景观，公众可以实时、在线参与城市规划，提出自己的意见和设想，在充分展现群众的参与权和监督权的同时，充分体现出了规划工作的公平、公正和客观性。
3 城市仿真技术
3.1 概念及特征
通俗地讲，城市仿真(Urban Simulation)就是将“虚拟现实”技术应用在城市规划、建筑设计等领域。而“虚拟现实”（Virtual Reality）又称为灵境技术，是一种用来构建和体验虚拟世界的计算机技术。它具有实时的三维空间表现能力，自然的人机交互式操作系统并能给人类带来身临其境的感受。虚拟现实技术广泛应用在军事模拟、视景仿真、虚拟制造等方面。
城市仿真具备三个特点：（1）良好的交互性。提供了任意角度、速度的漫游方式，可以快速替换不同的建筑；（2）形象直观，为专业人士和非专业人士之间提供了沟通的渠道；（3）利用数字化的手段，使得数据更新和维护变得非常容易。
3.2 关键技术
（1）3D建模技术
为了实现基于Web的三维虚拟城市，必须建立大量相应的3D模型和2D纹理素材。常用的建模方式有：常规的语言编写3D模型、3DS建模输出3D模型、规划成果经过格式转换生成3D模型、根据2D信息进行3D模型重建等等。
（2）真实感图形的实时绘制技术
场景造型是构造虚拟现实系统的第一步，不同于传统真实感图形绘制算法，它追求的是图形的真实感和高质量，我们往往需要通过一些算法在“真实”和“实时”之间寻求一种平衡，常用的包括光亮度计算、纹理映射技术和实时消隐技术等，以满足我们的需要。
（3）立体声合成和立体显示技术
在虚拟现实系统中，如何消除声音的方向与用户头部运动的相关性已成为声学专家们研究的热点；同时，虽然三维图形生成和立体图形生成技术已经较为成熟，但复杂场景的实时显示一直是计算机图形学的重要研究内容。
（4）交互技术
交互性能的高低是衡量虚拟现实技术水平的重要标志。虚拟现实中的人机交互远远超出了键盘和鼠标的传统模式，三维交互技术、触觉反馈是虚拟现实技术的难点。此外，语音识别与语音输入也是虚拟现实系统的一种重要人机交互手段。
4 城市仿真技术在城市规划中的应用
城市仿真技术应用于城市规划，可以为城市规划提供辅助设计、查询分析、成果展示、模型更新等技术手段。人们可以将城市设计方案放入虚拟世界，考虑这些规划方案对现实环境的影响，观察方案是否合理、与周边环境是否和谐，实现设计方案的推敲对比、评审，甚至实时地进行方案修改，同时结合城市规划、城市建设进程，通过进行方案评审和成果入库，动态更新城市模型，从而避免实际建造所消耗的资本和时间，对提高城市规划和生态环境，降低城市合理规划的成本，缩短城市合理规划的时间有着非常重要的意义。
（1）规划审批工作更具科学性。虚拟现实可视化，结合3D、GIS技术，具备了规划方案的多方案比较、对照分析、通视分析、空间信息分析服务，地下管网及城市网线布局控制显示功能，实现城市多维、多源、多尺度时态和动态数据的维护与更新管理，能解决规划审批工作中的诸多难题。
（2）多部门协同工作更具共享性。城市仿真应用系统可实现三维数据库动态应用与一体化管理，能为多部门提供便捷的城市立体空间数据信息共享，在根本上实现城市数字一体化管理进度。
（3）领导决策更具可依性。通过将具体项目在真实场景中进行多方案比较分析，提高了项目的可行性，也为领导层提供了直观、真实、科学的空间综合数据决策依据，提高了项目方案配比合理化水平。
（4） 规划建设更具民主性。虚拟现实可视化，能够实现网络与市民公示。市民通过在线浏览共享和查询分析，参与评论和投票，从而增加项目的民意性参与，树立良好的市政形象。
（5）城市在线宣传更具推广性。虚拟现实可视化，可以对特定场所进行高精度渲染，可以预设待开发项目的规划效果，为今后城市的在线宣传与投资政策起到了巨大的直观推动作用。
5 结束语
城市仿真技术作为信息技术中的一种新兴技术，正在逐渐成为帮助城市规划和管理的重要手段，它对于城市规划的影响不仅表现在对城市规划所需信息的采集、处理和利用方面，更为重要的是它改变了城市规划内部信息流程和规划部门与社会的信息交流与反馈机制，进而对城市规划管理体制产生深远的影响。随着网络技术和计算机软硬件的发展，城市仿真技术在城市规划管理中的应用将会更加广泛，同时，城市仿真技术还可以拓展到如市政管理、公共交通、环境保护、地产开发、公安消防等其他领域的应用，可以实现各种道路系统设计的三维立体仿真，包括高速公路线路选择、立交体系的仿真、城市交通仿真等，前景令人期待。
参考文献：
[1] 黄丽娜，庞前聪，费立凡.基于GIS的城市规划仿真系统开发与实现[J]. 国土资源科技管理，2006.
[2] 姜峰.数字规划中的虚拟现实技术[J]. 武汉大学学报（工学版），2004，37（6）.
[3] 石教英.虚拟现实基础及实用算法[M]. 北京：科学出版社，2002.
数字化仿真技术范文第3篇
【关键词】传统教学，虚拟仿真技术
科技发展带动着教育方式的更新。传统课堂教学方式已经远远不能满足现代教学发展的需求。多媒体虚拟仿真技术逐渐应用到现代课堂教学中。
一、传统教学的弊端
首先，传统课堂教学方式重理论讲授，实践操作没有提升到同等高度。但实际上，知识本身就是具有生动的、丰富的实际内容，而作为他的表述性的语言文字、符号图表等等则是抽象和简约的。学生在课堂上学习的教材只是由汉字和语法汇集成的书本知识，这就要求学生不论学习什么知识，都要透过语言文字、符号图表把它们所代表的实际内容想清楚，以至想"活"起来，按照教育心理学的观点，这样的学习才是有意义的学习，即理解性的学习。
其次，传统课堂教学方式重理性认识、轻感性认识。在传统课堂教学中，感性认识被认为是只能提供认识的具体材料，唯有理性认识才能把握事物的本质。这种感性认识与理性认识之间被人为地设置一道鸿沟。这种重理性、轻感性的理念会影响教学追求理论化、抽象化，不利于学生对知识的掌握。教育心理学研究表明，学生掌握知识的过程是一个感性认识和理性认识相结合的过程。如果学生的感性认识丰富，表象清晰，想象生动，形成理性认识及理解书本知识就比较容易。反之，要掌握书本上的概念、公式、原理等就比较困难。
从心理学的角度看，感性是指人的感知、想象、情感、灵感、直觉等心理机制与功能；理性是指人运用概念进行推理、判断的心理机制与功能。传统课堂教学缺乏对人的感性因素的刺激和满足，从而也使其自身丧失了应有的感染力和召唤力。再次，传统课堂教学方式重视结论，轻视过程。在很多学科的学习过程中结论与过程的关系是学生求知过程中的一个十分重要的关系。重结论、轻过程正是传统静态知识观的反映和体现。重结论、轻过程的教学只是一种形式上走捷径的教学，把形成结论的生动过程变成了单调刻板的条文背诵，它从源头上剥离了知识与智力的内在联系。就认识活动而言，它主要是学生自主阅读独立思考的过程。现代教育心理学研究指出，学生的学习过程和科学家的探索过程在本质上是一样的，都是一个发现问题、分析问题、解决问题的过程。这个过程一方面是暴露学生各种疑问、思维、障碍和矛盾的过程，另一方面是展示学生聪明才智、独特个性、创新成果的过程。
重理论、轻实践，重理性、轻感性，重结论、轻过程，使以书本知识为本位的课堂教学丧失了素质教育的功能。改革课堂教学首先要进行价值本位的转移，即由以知识为本位，转向以发展为本位。以发展为本位并非不要传授书本知识，而是要把传授书本知识服从、服务于学生的发展。为此必须着眼于更新知识观和学习现。知识的直观化、形象化、情感化、个性化、活动化、智慧化是通往素质的必经之路，是教学通向发展的必经之路。
二、现代教学方式进步
现代教学方法有了很大的进步与发展，无论从形式还是内容都较传统教学有所提高。随着计算机技术，多媒体技术和网络技术的深入发展，虚拟技术逐渐由商业环境走向现代的教育教学领域。无论是幼儿园、小学、初中、高中、大学，还是各种各样的培训机构，都涉及到现代多媒体虚拟仿真技术的产物。大众对虚拟教学仪器环境和人类文明的认知不能仅仅局限于一般的浏览，在试验、教学仪器、管理、校园生活等因素基础上三维立体仿真教育系统应运而生。一个完整的虚拟校园教育体系真实、交互的特点正好是虚拟仿真技术的精髓和魅力所在，也将会对教育方式的变革起到极大推动作用，将会为教育事业增添强大的生命力。
当今社会已经步入数字科技信息时代。加快虚拟仿真技术在现代教育领域开发应用。如虚拟仿真实训平台、网络课程、虚拟仿真动画（工作过程模拟软件）、通用素材库等多种形式的教育数字化信息资源。
三、现代的教育数字化发展
虚拟仿真技术周期短、安全性高、真实感强等特点 ，已逐渐成为现代教育领域不可缺少的组成部分。原来老师黑板写，学生底下记的时代已近过去。各种层出不穷的虚拟仿真实训平台、虚拟仿真动画、网络课程，提升了现代教育的实力，改变了现代教育的理念，升华了现代教育的层次。一系列计算机虚拟仿真技术在现代教育的应用发挥着不可取代的作用。
现代教育数字化研究和开发是迎合科技发展，将仿真技术应用到教育教学中，提高现代教育数字化信息化进程，完善了现代教育的结构。虚拟仿真技术的发展影响着现代教育。一个具备高素质的教育平台，不单单是对硬件的需求，教育软实力的发展程度同样制约着该教育平台的高度。现代教育机构的竞争、学习、发展，在多方面体现在多媒体虚拟技术的发展程度。做好现在教育领域多媒体仿真技术的研究与应用，是对当代教育领域新的发展空间的拓展，具有划时代的意义。
多媒体仿真技术在现代高校教学过程中虚拟平台的搭建，如虚拟仿真动画的设计与制作。特别是针对“课堂上无法实际操作”高难度教学内容，例如：建筑外立面效果替换、某生产工艺的生产流程、某建筑的建造流程展示、某仪器设备的使用、维护、保养。提高教学质量，真正实现《教育部关于加快推进职业教育信息化发展的意见》中，加快开发现代课堂教育数字化优质信息资源。
通过多媒体虚拟仿真技术形象化模型信息的特点，针对实际课程有的放矢。依据课程特点设计合理有效的多媒体仿真平台，针对教育教学方法提出实际改革方法。（促进教育教学观念转变，引领教学内容和教学方法改革； 推动多媒体仿真技术在现代高校数字信息化进程。
虚拟仿真技术的交互性、逼真性、虚拟性、沉浸性在现代课堂教学中，充分发挥其特色，有效的辅助教师现代课堂教学。切实推进现代教育广泛、深入、有效地应用数字信息技术，不断提升现代高校虚拟仿真平台、虚拟仿真动画、网络课程、虚拟环境的建设，全面加强数字信息技术支撑现代课堂教学改革发展的能力，以先进的现代教育数字信息技术改造传统教育教学模式，以信息化促进现代该等教育现代化的进程。
参考文献：
[1]姜大源，关于职业教育课程体系的思考[J].中国职业技术教育，2003（5）.
[2]何向彤.高等职业教育实践教学管理特质初探[J].教育与职业，2007（17）.
数字化仿真技术范文第4篇
关 键 词：榫卯结构 数字化仿真 有束腰凳
一、前言
传统榫卯工艺是传统文化中的瑰宝[1]，在现代家具设计中迫切需要对其进行深入学习与研究。但是由于榫卯工艺结构复杂，在教学中此类物理教具制作困难，不能进行批量的机械化生产。并且内部榫卯结构不能通过物理教具直接观察到，学习者不能直观的理解其结构，这造成学习榫卯结构的过程非常困难[2]。针对榫卯工艺在研究过程中存在的此类问题，本文提出引入数字化设计中的新方法、新技术，将数字化仿真设计与榫卯工艺相结合，以“有束腰方凳”为例，进行虚拟仿真设计。利用仿真技术对榫卯结构进行数字化模型的构建，并利用虚拟装配技术对其进行装配和构建。这样避免了物理教具的批量制造，降低教学成本，提升了教学效率，为榫卯结构的教学研究提供了一条新的思路，本文主要研究的是通过仿真模拟技术对传统榫卯工艺进行研究及其数据库的建立。
二、数字化仿真构建方法
1、数字化仿真技术含义
数字化仿真技术是以虚拟现实和仿真技术为基础，对产品的设计过程统一建模，在计算机上实现产品从设计、加工和装配、检验、整个生命周期的模拟和仿真。这样可以在产品的设计阶段就模拟出产品及其性能和制造过程，以此来优化产品的设计质量和制造过程。与传统的工业设计相比，数字化设计技术在设计方法、设计过程、设计质量和效率等各方面都发生了质的变化，数字化工业设计将主要包括数字化建模，数字化装配，数字化评价，数字化制造，以及数字化信息交换等几方面。
2、数字化仿真设计流程
在现实家具榫卯工艺研究的方法是：把已有的家具进行拆解，对拆解后的榫卯结构进行测量、记录与学习。而在Pro/E系统中，学习研究榫卯结构的方法是：首先通过对榫卯家具进行拆解，并对其结构进行精细测量；然后通过数字化设计技术，并采用数字化样机来代替原来的物理原型，在数字状态下进行仿真分析，对原设计进行装配重组。这样不需要实物原型，就可以让更多的设计人员在不同时间不同的地点在计算机上进行榫卯结构的学习和研究。
三、数字化仿真实例
首先是建模平台的选取，考虑到数据格式的通用性、三维模型建设的便捷性，以及数据管理方式的先进性，最终选用了软件Pro/E作为三维建模平台。对结构件和零件用软件Pro/E进行建模来更直观的展示传统结构，以此来系统阐述榫卯结构制图和模型制作的现代工艺流程。由于凳子是明清家具中最基本的单品，其结构也是桌、案、几等家具的本源。本文将具有榫卯结构的束腰凳进行拆解，并对拆解后的结构进行仿真模拟。
1、定义初步产品结构
在进行详细设计之前要对产品进行初步结构分析：首先采用自顶向下设计方法规划出束腰凳的整体造型结构关系，即产品结构包含了一系列的子装配件，以及它们所继承的设计意图。产品结构由各层次装配和元件清单组成，在定义设计意图时，有许多子装配是预先确定下来的：比如对本例束腰凳进行结构分析，可以看到本例凳子一共使用了攒边打槽装板、抱肩榫、格肩榫这三种榫卯装配结构。
2、数字化样机详细设计
在明确了设计意图并定义了“有束腰凳”产品基本结构和框架前提下，将围绕设计意图和基本框架展开零件和子装配的详细设计。首先是子装配件的确定，通过对基本框架的研究分析得出产品共分为三个子装配体：攒边打槽装板结构子装配体、抱肩榫结构子装配体、格肩榫子装配体。当子装配体确定下来，设计基准传递下去之后，可以进行单个的零件设计。
2.1凳面榫卯结构仿真
从拆解图二可以看出，凳面采用的是攒边打槽装板连接方式。我们将攒边打槽装板连接方式定义为子装配件，在子装配件下进行板心及边框的详细设计。趱边打槽装板的装配结构是首先将板心装纳在四根边框之中，然后将装板的边框装配起来[3]。这种装配结构的优点在于边框伸缩性不大，使得整个家具的结构不至由于面板的胀缩而受影响，起到了稳定坚实的作用。
趱边打槽装板装配结构定义完之后开始进行零部件的详细设计，由图四可以看出此装配零部件由凳面的带榫头的两根大边和两条带榫眼的抹头组成。这四根木框两根长而出榫的叫“大边”，两根短而凿眼的叫“抹头”。经过以上分析，在Pro/E环境中建立这四根带有榫卯结构的木框零部件。
2.2腿足的抱肩榫结构仿真
从图三可以看出，凳面与腿足及其束腰采用的是抱肩榫连接方式，将抱肩榫连接方式定义为子装配件，抱肩榫是束腰家具的腿足与束腰、牙条相结合时使用的榫卯结构。首先通过测绘获得各种数据为基础，在获得详细的数据基础上，通过三维仿真建模技术，对抱肩榫结构进行子装配件的建立。之后在子装配件下进行牙条与腿足的详细设计。通过对三维仿真模型的拆解可以看出来，抱肩榫子装配件的详细结构是在腿足上挖出肩，将牙条插挂在上面来固定四方的框架。同时挂销进一步定位横材和竖材，将面受到的压力均匀传递到四足上，腿足上端的长短榫通过抹头的插接固定了承重面。
2.3.脚档的格肩榫模型仿真
通过下图对束腰凳的拆解可以看出，数字化模型中脚档与腿足的连接方式为格肩榫，将格肩榫装配方式定义为子装配体，然后分析其详细零部件。本实例束腰凳的腿足是方形竖材，此家具用的是大格肩榫结构，肩部为尖角，格肩部分和长方形的阳榫贴实在一起的，为不带夹皮的格肩榫，又叫“实肩”。详细零部件构成为：格肩榫榫头在中间，两边为榫肩，格肩部分和长方形的阳榫贴实在一起的，为不带夹皮的格肩榫，又叫“实肩”。 齐头碰在形式上有透榫。
3、数字化样机虚拟装配
假如在榫卯结构的物理教具装配演示过程中，需要将装配的各个零部件拿到装配现场进行装配[4]。而在Pro/E虚拟系统中，只需要在计算机屏幕上装配零部件，查看和分析零件的配合情况，这样可减少对物理样机的依赖。
具体的虚拟装配的方法是：首先是装配建模体系结构的建立，根据有束腰凳装配给定的功能要求和设计约束，先确定产品的大致组成和形状，确定各组成零部件之间的装配关系和约束关系。然后再把束腰凳分解成若干个零部件，在总体装配关系的约束下，同步根据装配关系对这些零部件进行设计。
其次是装配体层次关系的定义，束腰凳的装配体分解成不同层次的子装配体，子装配体又可分解成若干子装配体和各个零件。通常将零件、子装配体、装配体之间的这种层次关系直观地表示成装配树，树的根节点是装配体，子节点是组成装配体的各个零件，中间节点则是子装配体。装配树的的关系体现了实际形成装配体的装配顺序，同时也表达了装配体、子装配体及零件之间的父、子从属关系。图6是有束腰凳的仿真装配结果。
四、 结语
传统榫卯结构是我国宝贵的传统工艺非物质文化遗产，同时明式家具榫卯结构工艺也是当今学习榫卯结构的难点，所以有必要对传统榫卯结构进行三维数字模型的仿真研究，使学习和掌握榫卯结构的过程更快捷。通过三维模型的仿真研究和实践，探索出一套学习榫卯工艺的学习方法，为当今家具设计提供有益的参考，同时也促进了明式家具的深入研究，有助于传统文化的广泛传播和发展。
本文为天津市高等学校人文社会科学研究一般项目资助 课题号：20112303
参考文献
[1] 胡中艳，曹阳.中国古代家具设计的继承与发展[J].包装工程，2009，30（1）158-160
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[3] 王世襄.明式家具研究[M].北京：三联书店，2008.
数字化仿真技术范文第5篇
关键词：数字化；施工；信息资源
建设工程施工是一个高度动态的过程，施工不仅复杂而且施工时期较长，如何应用先进的技术手段进行安全而有序的管理，使施工体系达到现代化水平的目标已成为施工管理人员的共识。随着数字技术的飞速发展和互联网的日益普及，以互联网技术为基础，借助于系统仿真技术以及数字化的概念，实现工程项目的透明化、传播化和智能化施工管理，已成为工程项目施工管理的一个重要研究课题与发展方向。
一、数字化施工的概念以及核心思想
数字化施工是在“数字地球”这一大课题背景下提出的。美国于 1998 年率先提出了“数字地球”（Digital Earth）的概念，数字地球的概念不是一成不变的，而是随着社会的发展而不断进步的。 “数字化施工”就是将施工过程数字化，其核心思想是用数字化手段的整体性去解决工程施工问题并最大限度地利用信息资源，使得在施工质量得到保障的同时可以达到高效的施工。它不仅仅指由计算机代替传统的手工制作报表，而且应用在多项事件及职能上，可以对施工进行全面性的控制。
空间信息是数字化施工管理的必须品，它包括施工场地的地形地貌的现场勘测与记录、建筑物的区位信息以及施工项目的安排等一切空间的信息，是对特定空间内的全面操控。空间信息技术是全面而宏观的空间处理技术，它主要包括遥感技术、地理信息系统和全球定位系统，即 3S认证技术。其中，地理信息系统在建设工程施工中具有重要作用，地理信息系统是一门新兴学科，它介于地球信息与信息科学之间，以存储，采集，分析，管理，描述和应用相关资源为导向的数据系统。地理信息技术可以对施工区域持续的进行监控与管理，可以随时发现施工的问题以及运算相关的施工数据。
二、数字化系统的仿真运算
系统仿真技术是随着计算机技术的发展逐步形成的一门新兴技术，它以相似性原理、系统工程方法、信息技术及应用领域相关专业技术为基础，以计算机等设备为工具，利用系统模型对真实的、或设想的系统进行动态研究的一门多学科的综合技术。例如在我国体育场（馆）建设中，就是通过前期不断的仿真运算来推测体育场（馆）建成之后的型貌，并在施工过程中随时通过仿真运算的结果显示来更改施工措施及方案，使得工程进度与仿真情况形成了对比，更有利于施工单位明确自己的施工体系，从而完善施工过程。随着仿真技术的发展，现代仿真技术已经成为工程单位的常规科技手段。仿真技术可以通过架设的方式让施工单位看到施工完成后的大概情况，然后根据施工完成的情况优劣而决定施工中的方案调整，简单的说就是一种反推理的过程，为复杂的工程以及运算提供了不可缺少的分析、研究、设计、评价、决策和训练的重要手段。
三、虚拟现实
所谓虚拟现实（Virtual Reality，简称 VR），就是采用以计算机技术为核心的现代高新科技生成逼真的模拟环境，该环境中包含了视觉、听觉、触觉与嗅觉为一体的特定环境，通过多种传感设备（如头盔显示器、立体眼镜、数据手套、数据衣等）使用户以自然的方式与模拟环境中的物体进行相互交融，从而产生身临其境的感受和体验。虚拟现实有重要的 3 I特性：
（1）Immersion（沉浸度）。VR 系统不再像传统的计算机接口技术一样，它强调用户与计算机的自然接触，就像现实中人与人之间的交流或者人与自然的融汇一样。
（2）Interaction（交互性）。VR 系统区别于传统三维动画的特征是用户不再被动地接受计算机所给予的信息，或者是旁观者，而是主动的参与到三维动画之中，能够使用交互输入设备来操纵虚拟物体，以改变虚拟世界的。
（3）Imagination（想象性）。用户利用 VR 系统可以从定性和定量综合集成的环境中获得感性和理性的认识，从而更深刻的认识环境、相应区位的情况及变化，从而深化概念和萌发新意。
四、智能施工
智能体（Agent）是一种完全创新的非人工技术，是指为了实现自己的设计目标或任务而独立自主的运行，能适应自身所处的环境，并能不断地从环境中获取知识以提高自身能力的具有学习和推理功能的智能实体。多智能体技术具有自主性、分布性、协调性，并具有自组织能力、学习能力和推理能力并完全不需要人工操作。目前多智能体的建模软件主要有 JAVA、Visual C++、VisualBasic、SQL Server、Delphi、PowerBuilder 中的 CLIPS 等。随着国民经济的发展和新技术、新材料、新工艺的不断出现，工程项目规模不断扩大、形式日益复杂，工程建设过程涉及的单位和个人也越来越多，因而对建设工程管理的统筹性、协调性、时效性提出的要求就越来越高。对于这样一个复杂的系统，应用多智能体技术来保证工程建设任务的顺利进行是非常合适的。
五、结语
将来随着数字化施工的普及，我国的场地施工质量和效率必将有显著性的提高，而通过更合理的改造及加工，我们的信息模块也可以在短时期内发展到较为完整的水平。只是我国如今的施工项目对于数字化施工的利用率还不高，有些施工项目的施工成本较低和对数字化施工的优势利用认识不清导致数字化施工无用武之地。这就需要我们的管理者首先要明确数字化对施工效率的促进作用及在施工管理过程中的优势，加大对数字化人员的培训力度，使数字化技术在缩短工程周期、强化工程质量和节省资源方面发挥更大的作用，以促进数字化技术在施工过程中的利用率达到更高的水平。
参考文献：
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[2] 朱学清. 浅谈数字化施工管理要点的分析[J].建筑工程,2011年.第七期.
数字化仿真技术范文第6篇
[关键词]数字样机，开发，关键技术
中图分类号：P631.4+24 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）12-0045-01
一、前言
数字样机技术又叫做虚拟样机技术，是随着计算机技术发展而新起的技术。是对机械产品进行建模装配等的相关技术，企业的发展有着重要作用。
二、数字样机的概念
数字样机（DigitalPrototype）是相对于物理样机的概念，是一个能够考察产品的外形、装配性、可加工性以及功能能特性的三维数字模型。而数字化样机（DigitalPrototyping）是开发和应用数字样机的过程，是在产品开发的数字阶段，使用数字样机进行设计、优化、分析、模拟、数据管理乃至市场宣传的技术解决方案。可以说，由于数字信息化的技术和手段在产品生命周期的各个环节中应用地越来越广泛，数字化样机所带来的价值已经远远超出了原本的产品设计、测试阶段，其影响力已经逐渐扩散到了产品生命周期的各个环节。
数字化样机强调将产品整个生命周期的模型实现数字化，而不仅仅是最终产品的数字化。数字样机贯穿了从产品的概念设计（工业设计）、工程设计（基于三维CAD和二维CAD的双向集成，机电软件混合设计等技术）、工程分析（虚拟仿真）、市场推广（动画和3D广告制作）的全过程。基于实物物理样机的传统设计开发试验研制方法，将在很大程度上被基于数字计算机的三维数字化虚拟样机技术所取代。
目前，关于数字样机尚无统一定义，以下描述仅供参考。
狭义数字样机：从计算机图形学角度出发，认为数字样机是利用虚拟现实技术对产品模型的设计、制造、装配、使用、维护与回收利用等各种属性进行分析与设计，在虚拟环境中逼真地分析与显示产品的全部特征，以替代或精简物理样机。
广义数字样机：从制造的角度出发，认为数字样机是一种基于数字计算机的产品描述，从产品设计、制造、服务、维护直至产品回收整个过程中全部所需功能的实时计算机仿真，通过计算机技术对产品的各种属性进行设计、分析与仿真，以取代或精简物理样机。
我国航空制造业对数字样机作了如下较为完整的描述：
数字样机是对产品的真实化、集成化的虚拟仿真，用于工程设计、干涉检查、机构仿真、产品拆装、加工制造和维护检测等模拟环境，它需要具备集成化造型、可视化、功能检测、产品结构和配置管理等完整的功能，并为数据管理、信息传递和决策过程等三大领域提供方案。它覆盖了产品从概念设计到售后服务的全生命周期，是支持产品设计和工作流程控制、信息传递与共享、决策制定的公共数据平台。
三、数字样机技术特点
1、真实性
数字样机的根本目的是为了取代或精简物理样机，所以数字样机必须在仿真的重要方面具有同物理样机相当或者一致的功能、性能和内在特性，即能够在几何外观、物理特性以及行为特性上与物理样机保持一致。
2、面向产品全生命周期
数字样机是对物理产品全方位的一种计算机仿真，而传统的工程仿真是对产品某个方面进行测试，以获得产品该方面的性能。数字样机是由分布的、不同工具开发的甚至是异构子模型的联合体，主要包括CAD模型、外观模型、功能和性能仿真模型、各种分析模型、使用维护模型以及环境模型。
3、多学科交叉性
复杂产品设计通常涉及机械、控制、电子、流体动力等多个不同领域。要想对这些产品进行能够完整而准确的仿真分析，必须将多个不同学科领域的子系统作为一个整体进行仿真分析，使得数字样机能够满足设计者进行功能验证与性能分析的要求。
4、全面实现数字化
数字样机强调将产品整个生命周期的各个研发环节实现数字化，而不仅仅是最终产品模型的数字化。
5、不需要制造成本
数字样机是根据产品开发过程中所有的技术数据制作完成的，其特点是不需要制造成本，不仅能一直保持最新版本的设计方案，而且所有数据都可以进行保存、回溯和跟踪。利用先进的虚拟仿真技术，可以使用数字样机取代物理样机来进行空气动力学分析、人机工程学研究、碰撞测试与市场调研等工作。
6、绿色环保
由于数字样机不需要用实体材料进行加工制造，所以不会污染环境，自然是“绿色”的了。
四、基于虚拟样机的机械设计方法研究
1、建模技术
虚拟样机建模技术一般分为三个步骤：首先，要建立三维模型。建立三维实体模型是虚拟样机技术得以实现的基础和前提，任何仿真技术都要从三维模型开始。在建立三维模型的过程中，一般会遇到两个难题，一是齿轮、扇叶等机械零件的外形结构复杂，二是约束关系较为复杂，这就要求设计虚拟样机需要依靠专业的三维CAD软件。其次，要为三维模型添加约束。建立三维模型后，需要依靠约束副把它们相互连接起来，从而定义物体间的相对运动。目前比较常用的CAD软件一般都有动力或运动学插件，以实现约束关系与装配关系的映射。此外，还要为三维模型施加驱动。施加驱动的目的是为了让虚拟样机能够按照一定的运动规律来进行运动。
2、协同仿真技术
仿真技术指的是在缺乏实际系统的情况下，实现活动或系统本质的一种技术，是一种以模型为基础的活动，它的基本框架是先建模，然后进行实验，最后再进行分析。而协同仿真技术就是指在复杂产品的仿真过程中，采用多种仿真软件来建立不同的模型，通过各种通讯方法来实现信息的交流，并利用求解器来进行求解，最终完成整个系统的仿真。
当前的仿真技术一般侧重于电子、机械或控制等的单个领域，相互间的联系非常少甚至是根本没有联系，这就很难满足机械设计的要求。现今大多数的机械研发过程需要涉及到机械、电子、液压、控制、以及计算机软件或硬件等多种学科领域，再加上产品本身是由多个子系统和零部件组合而成的，相互之间有着或多或少的联系，单一的仿真技术不能实现对复杂产品的准确完整分析，因此必须采用协同仿真技术来实现对机械设计全过程的分析和评估。
3、协同设计技术
协同设计技术是设计领域的一项新型设计技术，是指在计算机技术的支持和辅助下，所有设计成员对同一个设计项目，各自承担一部分设计任务，并交互进行设计工作，从而得到一个最为符合设计要求的设计方法。协同工作的主要目标就是尽可能地缩短机械产品的研发周期、降低产品成本、提高产品质量，从而提高企业的经济和社会效益，增强企业的竞争力，促进企业实现更好的发展。协同设计一般需要做到以下几点：首先，需要认知同步，建立共享的知识和语义；其次，要共同协商设计方法和策略，一般协同策略分为提案型、层次型、型、以及对等伙伴型四种类型；最后还要规划设计的任务和方法。
4、有限元分析
有限元是一种现代化的设计方法，可以比较准确地分析机械结构件的强度和动态特征。它的主要优点是通用性，可以求解边界条件和结构形状都较为随意的有关力学的问题，是一种比较值得信赖的计算方法，特别是对于虚拟样机而言，是一种必不可少的工具。当前市场上有限元分析的软件多种多样，比较简单方便的例如Cosmos/Works软件。
五、结束语
数字样机技术又叫做虚拟样机技术，是随着计算机技术发展而新起的技术。是对机械产品进行建模装配等的相关技术，企业的发展有着重要作用。
参考文献
[1] 吴菌.数字样机真的是老生常谈吗[J].中国制造业信息化，2010.
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数字化仿真技术范文第7篇
【关键词】计算机；仿真技术；轿车；发展
1前言
计算机仿真技术是一门利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验的技术。它具有经济、可靠、实用、安全、灵活、可多次重复使用的优点,已经成为对许多复杂系统进行分析、设计、试验、评估的必不可少的手段。它是以数学理论为基础,以计算机和各种物理设施为设备工具,利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验仿真研究的一门综合技术。
2计算机仿真技术的发展
计算机仿真技术主要是随着计算机技术、计算技术、图形图像技术、复杂系统建模技术和专业建模技术的发展而发展的。从历史上看,计算机仿真大致经历了四个发展阶段:
2.1模型试验
最原始的仿真思想,其模型试验是基于物理模型进行的,缺乏柔性和精度。
2.2数字化仿真
采用计算机进行分析计算,但是计算结果表达局限于记录文件和图表上,缺乏直观形象。
2.3图像化仿真
大量采用丰富的图形图像技术来表达仿真结果,如三维图形。
2.4虚拟现实技术
不光采用三维图形技术表达计算结果,而且采用特殊装置,如戴上三维数据头盔,触摸仪器等,使人有身临其境的效果。
3计算机仿真技术的关键
目前,计算机仿真计算的关键技术主要包括:
3.1面向对象的仿真
(object-OrientedSimulation-OOS)其主要是将整个系统的功能设计和实现归属为对对象的操作及对象信息的彼此综合利用来实现,对象间信息的传送引起了系统的活动。
3.2分布交互仿真
(DistributedInteractiveSimulation-DIS)主要是通过计算机网络将分散在各地的仿真设备互连,构成时间与空间互相耦合的虚拟仿真环境。
3.3智能仿真
(IntelligenceSimulation-IS)主要是以知识为核心和人类思维行为作背景的智能技术,引入整个建模与仿真过程,构造各处基本知识的开发途径。是人工智能(如专家系统、知识工程、模式识别、神经网络等)与仿真技术(如仿真模型、仿真算法、仿真语言、仿真软件等)的集成化。
3.4人机和谐仿真
主要包括可视化仿真、多媒体仿真、虚拟现实仿真。[1]
4计算机仿真技术在汽车领域的应用
汽车产业是我国的支柱产业之一，具有极大的发展潜力。尤其是在轿车生产方面同其他发达国家相比还有很大差距，入世必然会对我国的民族轿车工业产生一定的冲击。为了抵御这种冲击，迫切要求我们认真分析世界轿车工业发展的新趋势，学习和借鉴其中的新思想和新技术，使我国的轿车产业能够顺利地同国际接轨，争取在未来的竞争中处于有利的位置。目前世界轿车工业的激烈竞争集中反映在降低生产成本上，即以价格优势去争夺市场。围绕着成本的降低，出现了许多新的发展趋势，如开发周期缩短化、生产管理精益化、目标成本控制化、零部件采购全球化等等。在这种情况下，传统的轿车设计开发过程显得周期过长、成本过高、而且效率低下，已经很难适应激烈的市场竞争的需要。为了解决这些问题，各种新的思想和技术纷纷出现，并被各大轿车生产厂家所采用，其中计算机仿真技术就是被广泛应用的技术之一。仿真技术是出自对系统研究的需要，用系统的模型对真实的或设计中的系统进行试验，以达到分析、研究和设计该系统的目的而计算机仿真就是利用现代计算机技术，对待分析的系统进行数字建模，并根据需要编制相应的程序对系统模型进行仿真分析的过程。计算机仿真技术为轿车产品的设计开发提供了强有力的工具和手段。通过将计算机仿真技术全面应用于轿车产品的设计开发过程，使得在设计阶段即可以对产品的全生命周期进行分析和测,[2]从而保证了产品的制造要求、使用要求、维护要求、销毁要求等。由于其先进性和革命性，计算机仿真技术已经得到汽车界的广泛重视。如福特公司第一辆样车定型之前，已经完成了全部仿真分析的95%以上，可以在工程开发阶段节省四千多万美元，在制造阶段节省超过十亿美元。通用公司由于在轿车设计开发过程中全面采用了计算机仿真技术，使得开发时间由原来的39个月减少到24个月奔驰汽车公司1998年之前已经完成了数字化轿车的设计，并实现了较强的虚拟显示技术，可以在设计阶段对轿车的总体性能匹配和车身系统布置设计等进行仿真分析、评价和改进。
4.1计算机仿真技术在轿车方案阶段的应用
方案阶段的主要任务是根据市场的发展和客户的需求等信息进行需求定义，包括参考样车选型、系统功能定义、技术经济评价等等。在方案阶段实际系统并不存在，设计人员根据不同的功能模型建立系统的动态模型，以便于比较不同方案的优劣。尽管此时模型的粒度较粗，但仍可为设计人员提供不同方案下的比较分析结果，并为进一步的设计提供决策依据。例如，轿车的技术经济评价就是在方案阶段，对轿车产品的技术质量信息、成本信息以及竞争对手信息进行建模，并在此基础上运用合适的理论方法综合处理这些模型，从而产生出可以对设计、管理与决策提供依据的综合知识。
4.2计算机仿真技术在轿车设计阶段的应用
在轿车的设计阶段，各种CAD/DAE工具已经得到广泛的应用，具有比较完善的数字化基础。因此这个阶段的仿真活动是同这些计算机辅助工具紧密结合的，甚至可以直接将CAD产品模型作为仿真模型输入，即由CAD软件来完成仿真建模工作，实现了部分的信息集成。这种信息集成是以一些图形信息交互标准为基础的，常用的格式有IGES、STEP等。但在实际使用时，由于各种软件对这些标准支持程度的差别，某些情况下CAD模型直接导入到仿真软件中会产生部分信息丢失现象，需要进行必要的修补工作后才能进行仿真分析。随着信息集成技术的发展，这些问题将会得到很好的解决。[3]
4.3计算机仿真技术在轿车制造阶段的应用
这里的制造主要是从技术角度出发，对产品的制造工艺的进行数值模拟与优化，对制造装备的进行数值模拟与改进。典型的如轿车车身覆盖件冲压成型工艺的数值模拟、模具型面抛光仿真等等。以轿车车身覆盖件冲压成型工艺为例，轿车中金属冲压件占到总重量的3/4，整个轿车的开发周期中，近40%的时间用于车身的设计和定型。采用传统的试错方法来解决冲压成型中的工艺问题已经无法满足现代轿车生产的需要。[4]在计算机仿真技术的支持下，通过在计算机上建立数字化模型，用有限元方法进行成型模拟，可以全面了解板料在成型过程中的应力、应变及厚度分布，预测成型缺陷，从而给设计人员提供进行工艺分析和模具设计的科学依据。通常所用的仿真/分析软件有CATIA、ANSYS、ADAMS、SIMPACK等。在西方发达国家，板料冲压成型的数值模拟技术已经称为缩短模具产品研制周期、提高产品质量、降低生产成本的必不可少的手段和工具。
4.4计算机仿真技术在轿车生产线阶段的应用
计算机仿真技术在轿车生产线阶段的主要应用包括确定生产管理控制策略、车间层的设计和调度、库存的规划管理等。其中用于生产管理控制策略的仿真包括确定有关参数以及用于不同控制策略之间的比较；用于车间设计和调度的仿真主要用于对各种可能方案进行分析评价，进而选择出最优方案；用于库存管理的仿真主要目的为确定订货策略、确定订货点和订货批量、确定仓库的分布、以及确定安全库存水平等等。[5]
4.5计算机仿真技术在轿车销售阶段的应用
在轿车的销售阶段，可以根据收集到的客户和对手的信息，通过计算机仿真手段来分析和比较各种方案，进而调整市场价格、制订销售策略等等。[6]
4.6计算机仿真技术在轿车使用阶段的应用
轿车的使用阶段，可以通过计算机仿真技术对用户进行驾驶培训、维修培训等。同生产设计阶段的仿真相比，这种面向用户的仿真大量应用了虚拟现实技术，由计算机全部或部分生成的多维感觉环境，使参与者产生沉浸感。通过这个虚拟环境，人们可以进行观察、感知和决策等活动。[7]
4.7计算机仿真技术在轿车回收阶段的应用
在回收阶段，计算机仿真技术可以用于对产品拆卸分解过程提供决策支持。严格的说，产品的可拆卸性应该是在设计阶段就予以考虑的因素。产品材料的使用和产品结构的合理性，直接影响废旧产品的可拆卸和回收价值。利用计算机仿真技术对产品回拆卸序列的分析和优化，可以对现有产品给出最大回收价值的拆卸方案。[8]
参考文献：
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数字化仿真技术范文第8篇
关键词：低压电器；数字化仿真设计；发展；应用
一、低压电器仿真与数字化设计技术进展
解决了从三维造型软件，如UG-Ⅱ和pro/E的三维建模与三维仿真，到如ADAMS和Ansys的接口问题，为低压电器的仿真与数字化设计技术在实践中的应用打通了前进的道路。该项技术的开始阶段，着眼于低压电器各个部件的仿真，依靠静态至动态特性仿真，寻求各个部件的优化设计，如以低压断路器的机构操作速度为提高目标的优化设计，磁脱扣器的保护特性仿真与优化设计，交流接触器磁系统的静、动特性仿真与优化设计等。但一个电器的基本性能不是仅由单个部件的优化设计所能决定的。对低压断路器来说，分断特性与各个部件的配合有关，与多种物理现象的综合有关；另外，与仿真条件是否完全按照国家和IEC标准的要求进行也有关，因为实际样机的型式试验和出厂试验都是严格按照标准进行的。为了满足上述要求，当前低压电器仿真与数字化设计技术正向以下几个方面进展：
（1）多场域、多物理现象综合的仿真技术
例如，在对低压器结构进行仿真设计的时候，如果不考虑计算连杆本身的应变、应力，而只针对连杆之间的相互配合，那么这种低压电器无论是从部分结构到整体功能都不能实现设计的最优化；另外，如万能式断路器短时耐受的仿真设计，它的仿真不是单领域、单独部分的，而是对瞬态电磁场、热场和电路瞬态包括材料相变等相结合的仿真设计。想要将这种仿真技术实现好，不仅需要利用当下的电磁场仿真软件，还需要将自开发设计的软件、代码和商品软件的特点综合起来进行整合利用。
（2）基于磁流体动力学（MHD）电弧数学模型
想要实现灭弧室的仿真，一定要对灭弧室的电弧的物理现象进行具体的分析掌握，才能使灭弧室的仿真设计达到最佳效果。当前，已经有数位研究人员对电弧数学模型进行分析，研究表明电弧的磁流体动力学模型能够准确具体的将灭弧室的分段过程的物理现象表现出来，从而加快了其应用发展。电弧数学模型可以将灭弧室内的温度、磁场、压力以及离子密度等在分段过程中的先向变化进行分析，可以得到以下结论：灭弧室的几何尺寸、结构、材料等都会影响到电弧电压和电弧电流过后的介质性强度的恢复。MHD的电弧数学模型发展还不完善，对于一些复杂的计算，难以同电路瞬态、电极表面、机构动态等物理现象结合起来，计算中涉及电流过大时，难以进行收敛。
（3）建立简化的工程用电弧数学模型
对低压器的分段过程进行仿真，分段特性作为低压开关电器的主要特性，若要实现低压器的优化仿真设计，就要保证低压电器在无论尺寸怎样缩小的同时，都能够将额定极限短路分断能力ICU和额定短路分断电流ICS提高。要想实现这样的优化目标，其关键不是磁脱扣器、机构和触头系统，重点是建立简化的工程用数学模型，在电弧模型MHD难以耦合的时候，进行应用。
（4）使仿真技术严格按国家标准要求进行
产品通过仿真和优化设计后是否满足技术要求，需要用国家标准来考核，因而仿真工作必须严格按国家标准要求来进行。如万能式断路器的短耐仿真，在规定的功率因数条件下，选择合闸相角使短路电流第一个半波峰值达到可能的最大值；又如接触器的热仿真，按国家标准要求，发热试验时接触器的主回路和线圈要同时通电，且主回路触头间的连接导线要按规定选择。
（5）建立更有效的工程计算方法
在对多场域的静态或者动态仿真进行计算时往往会耗费大量的时间。因此我们应该从实际应用的角度出发，找到一种简单省时且不影响计算准确度的计算方法这也是仿真技术发展的需要和前进的目标。例如，我们将三维有限元热场应用于电器热计算当中，另外，当前所被广泛应用的热路网络计算方法，不仅能够减轻计算难度和计算量，还能够确保计算的准确度。
（6）仿真与数字化设计技术和节能减排的关系
社会经济的飞速发展，人们的用电需求越来越大，而我国的主要电力供给都是以煤炭资源为主体，所以说，节能减排、加大利用可再生能源、发展智能电网已经成为当今电力工业发展的必然趋势和目标。在配电系统中，低压电器是其中最主要的元器件，所以在进行研究的时候始终将低压电器作为重点研发对象。为了节能减排的需要，要加大对小尺寸低压气的开发，保证其性能和可靠性，从而使配电系统能够正常运行。随着直流系统、光伏系统作为可再生能源的发展应用，因而要不断提高直流开断技术。
二、实例应用介绍
1、与多体动力学耦合求解
近些年，我国对接触器的动态性仿真技术已经有了一定的研究分析，接触器动态性仿真的主要功能就是减少在分闸时出头的弹跳，从而延长AC―3的使用寿命，对触头弹跳进行仿真，将电磁场、电路瞬态两者结合起来，同时与多体动力学进行耦合，之后运用ADAMS软件以对偶和计算的接口进行计算。
2、热路网络的应用及紧凑型断路器的设计
想要减少原料，避免资源浪费，那么就要加强对紧凑型开关电器的设计，从而避免工艺与资源的浪费。核心技术是降低温升和热计算，之前一般都是借助三维有限元热仿真技术，但是这种方法计算复杂且耗时过长，因此当前一般都发展并广泛应用热路网络的热分析，不仅计算简单还能够在工程中得以应用发展。
3、基于MHD电弧数学模型的中间和两侧出气
中间和两侧出气在直流分断过程中存在差异性，出气结构不同从而决定了电弧不同的动态过程，尤其是电弧弧柱运动到出气口附近。中间出气是比较传统的的方式，出气口的电弧前端为尖形，并主要集中在灭弧室中间区域，这是由于在出气口处流体受到明显压缩作用；两侧出气结构中，由于气流场的作用，在出气口处电弧呈现向两侧出气口分裂，有利于增大电弧与灭弧栅片和介质的接触面积，增加电弧在灭弧栅片“腹部”的运动。
4、 基于链式电弧模型，实现低压断路器的分断特性仿真
虽然低压电器一直在发现进步，各个零件特性的仿真性也越来越好，但是仍旧受到电弧数学模型的制约，特别是低压器在分断这一部分的仿真性还需要深入研究。虽然MHD在国内外都收到广泛的关注，但是MHD模型的最高断电仿真不能高于几千分，否则电弧不容易收敛，而且该模型不能和机构运动、触头拆开等阶段进行结合，因此，在实际的应用中，国内外都普遍选择比较简单的电弧数学模型，达到使低压电器达到整个过程的仿真。
三、结语：
综上所述，本文主要分析了低压电器数字化仿真设计的发展进程，并通过具体的实力应用做进一步的详细分析，从而进一步证明了数字化仿真技术的可信、可靠性，以及在低压电器上的应用推广，为今后低压电器数字化仿真设计的发展和应用提供一定的借鉴参考意义。
参考文献：
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数字化仿真技术范文第9篇
关键词： 飞行器设计； 协同设计仿真管理平台； SIMULIA SLM； 二次开发
中图分类号： V414.41； TB115.1文献标志码： B
0引言
企业竞争力主要体现在创新设计能力方面，企业效益则直接受到产品的质量、周期和成本等要素的影响.设计是一项创造性的活动，主要是根据用户的需求对产品进行定义.总体设计承担整个设计过程的组织和协调任务，因此总体能力强弱直接影响产品开发的成败.飞行器总体设计就是对飞行器系统工程进行科学的技术管理，即创造产品概念、形成总体方案、实施技术协调；建模与仿真技术是保障系统方案的整体优化、协调系统功能设计和实现的关键手段.
当前阶段，数字化设计技术已在飞行器设计过程中得到众多应用，但在传统研发模式下，数字仿真技术还没有成为核心技术手段和研制流程的标准环节.数字化技术已经加快飞行器设计进程，但许多设计师个人积累的研制经验、模型和数据尚未得到有效管理，设计知识的传承还没有找到有效途径.数字仿真技术是一项复杂的技术活动，在仿真建模、仿真模型确认和仿真结果评估等环节需要进行严格的过程管理，才能得到高质量仿真结果，支持产品设计.飞行器总体设计能力提升、知识积累和复用需要数字仿真技术，实施数字仿真技术需要在技术和资源保障等方面突破具体困难.
数字化设计技术代表当前先进的设计理念，国外在数字化设计技术方面取得很大进展，主要应用领域涉及航天、航空和兵器等.相关研究工作如美国沃特公司建立导弹综合设计系统[1]，美国军方建立IHAT系统，集成几何、气动、推进、弹道、热、结构、稳定性与控制和费用指标等 [2]，美国NASA针对新一代运载技术建立AEE设计集成环境[3].
国内亦高度重视数字化设计技术发展，国内诸多企业和研究部门正着手建立一批有代表性的导弹集成设计平台，如国防科技大学航天与材料学院采用J2EE架构建立导弹系统集成设计通用平台[45]，西北工业大学航天学院建立导弹总体方案设计系统[67]等.
本文针对复杂环境下高超声速飞行器总体设计集成度高、结构复杂、开发周期长和试验成本巨大等特点，通过二次开发，应用SIMULIA SLM系统构建飞行器协同设计仿真管理平台，基本实现飞行器总体方案数字化设计仿真、设计知识的积累和复用，为飞行器总体设计人员提供专业化设计、仿真分析和数据管理工具，研究成果对企业协同设计仿真管理平台的构建具有一定的参考价值.
1平台架构
高超声速飞行器协同设计仿真管理平台的架构见图1，分为基础资源层、平台服务层、仿真应用层、设计应用层和平台门户层等5层.
2平台实现
为实现平台框架中提到的各项功能，需要基于成熟的仿真数据管理平台框架软件进行二次开发，本文选择SIMULIA SLM系统作为基础框架软件进行二次开发.
图 1平台架构
2.1平台门户层
各专业设计师与仿真工程师可通过统一的门户界面登录，在统一平台网络环境中完成从预研论证、方案设计到工程设计等业务所需的飞行器全研制周期数字化设计仿真工作.系统客户端包括总体、制导控制系统、结构和气动等能力单元的人机交互操作界面.具体讲，根据型号研制现状，通过定制开发方式，平台门户层提供IE风格的、支持插件的满足不同设计阶段、不同设计人员的人机交互界面.
平台登录界面见图2.
图 2平台登录界面
2.2设计应用层
设计应用层主要由总体、制导控制系统、结构和气动等能力单元的专业快速设计系统组成.设计能力单元是按照飞行器研制流程工作需求组织的小规模多专业协同设计环境.专业快速设计系统是按照型号作业需求、利用作业流程组织的单专业数字化设计系统.专业的通用分析流程是专业设计经验积累、抽取、分解、标准化、组合配置串接出的复杂设计过程，数据、工具、过程与人员相互独立，通过接口定制形成设计数据流，用标准过程形式封装各类分析软件（商业软件和自编程序）形成技术支撑能力；通过计算过程自动化降低人员数量需求、人机交互补充系统智能处理水平，形成能力驱动型的研发模式.具体讲，根据型号研制现状，通过定制开发，设计师在人机交互界面上完成设计数据输入、查看设计结果输出、反馈设计决策和获得设计帮助支持等.
2.3仿真应用层
仿真应用层主要由总体、制导控制系统、结构和气动等能力单元的仿真系统组成，主要工作有：（1）将标准的自动化程度高的有精度保障的仿真流程添加界面，封装成设计流程，供型号设计师使用.（2）将标准的有一定技术成熟度的仿真流程作为分析模版，供专业仿真工程师使用.（3）将企业共享的仿真工具、经验参数、专业模型和分析模版作为技术资源，供平台上的专业研究师使用，创建作业分析流程.
仿真应用层作为能力培养单位，具有仿真项目管理、专业知识管理、IT技术支持、仿真业务审核和仿真共享空间等交互工作界面.具体讲，根据企业技术积累现状和专业发展能力水平，通过二次开发定制，仿真应用层能建立满足产品研发所需的数字化仿真环境.
2.4平台服务层
平台服务层将实现对企业现有的知识数据、专业模型、分析流程、专业工具和IT工具等进行有效的配置管理，通过IT技术能力有效实施系统工程思想的管理方法，在数据集成管理、工具集成及过程自动化、系统协同仿真和稳健性优化等信息处理能力方面通过大幅提高数据交互效率和质量、仿真计算效率和数据处理能力、丰富决策手段和其科学性，最终实现设计人员的工作效率提高、研发周期缩短、设计质量提升的目的.平台服务层是数字仿真管理平台建设的核心基础条件，需要专业仿真数据管理平台框架软件的支持.
2.5基础资源层
基础资源层将产品研发中积累、总结、归纳所形成的产品设计经验，软件分析工具，硬件计算设备等进行有效的共享管理；分类存储和积累产品设计数据有利于设计信息的汇总、设计知识的提炼和设计帮助的实时支持；共享软硬件技术资源并通过与资源管理和调度系统的集成，能为全体设计人员提供高性能计算资源，提高设计效率和可靠性，提高投资的效益.基础资源层中的技术元素需要专业数据库系统等资源支持，接受平台管理层的调度和管理.
3应用实例
以方案阶段导弹典型设计参数的优化和仿真验证为目标，将总体、弹道、气动和结构等专业的仿真过程集成于数字仿真管理平台，初步实现各专业的设计仿真工作的流程化.通过流程的运行考核数字仿真管理平台的数据管理、任务管理和流程管理功能.相关应用成果见图3～5.
图 3飞行器总体参数初步设计图 4气动设计仿真
图 5结构设计仿真
通过某型号方案设计仿真在平台中的应用，实现导弹方案阶段设计仿真工作的流程化，形成6大业务流程和21个仿真流程，实现设计方法的灵活调用、积累、复用和更新；通过平台化的数据流转和管理实现专业间数据流转、过程数据版本的规范化管理和数据引用的可追溯性；通过4个专业应用验证数字仿真管理平台的基本功能；验证知识积累和复用机制的可行性；验证业务流程模型的提炼和仿真过程的组织符合型号研制的工作实际.
4结束语
将SIMULIA SLM系统作为基础框架软件进行二次开发，构建飞行器总体协同设计仿真管理平台的雏形，并得到初步应用.研究成果对企业仿真数据管理平台的构建具有一定的参考价值.
虽然数字化仿真技术已经应用于产品全生命周期的各阶段，并取得显著效果，很多企业越来越认识到仿真数据管理的重要性和必要性，但是构建企业级的仿真数据管理平台仍面临着许多挑战.
（1）目前，市场上的商用仿真数据管理软件都还处于发展和完善阶段，并且仿真数据管理平台需要根据企业自身的需求进行大量的定制开发和实施工作；
（2）结合定制开发，企业自身业务流程、仿真流程的梳理是1个不断迭代的过程，需要专业级主任设计师长期不懈的努力；
（3）需要企业进行仿真数据、经验知识的积累，并使仿真应用规范化、标准化；
（4）仿真工具的开放性和易集成性对仿真数据管理平台的构建也有至关重要的影响.
因此，构建真正的能适应企业自身需求发展的数字仿真管理平台还需要整体规划、分布实施，本文所完成的工作只是万里长征迈出的第一步.参考文献：
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数字化仿真技术范文第10篇
1.1数字化设计与模拟仿真在应用中的问题
数字化设计与模拟仿真在飞机开发研究中需要从产品开发设计时就着手使用，同时要贯穿整个工作流程，如工艺规划、设计及工装设计等过程。但是目前发现许多运用时间的错误问题，在飞机的研制过程中出现了产品之间、工装产品间的协调作业，忽略了在设计初期采用数字化设计与仿真的重要性，从而诱导了该状况的发生。同时，在数字化设计与仿真的应用中也存在参与人员的问题。对于数字化设计与模拟仿真的工作人员存在局限性，不应该只将工艺设计人员作为限定目标，要扩大人员应用范围，实现设计人员与现场作业工人的全面参与，提高数字化技术的实用效果。目前，在民用飞机的研制技术中，国外一般采用产品设计、工装设计、工艺设计人员集中协调合作方式的工作流程，在改善工作方式的同时还节约了飞机研制时间。在国内飞机行业的发展中，要改善合作方式中的问题，从国外发展中汲取经验优点，为自身行业的快速完善发展奠定坚实的基础。另外，数字化设计与仿真技术本身也存在一定的缺陷。目前，民用飞机使用的是索尼公司生产的DELMIA软件，它本身就存在技术上的缺陷，如，它无法真正实现重力仿真，在仿真中三维软件都是悬空存在的；在模拟仿真时，不能客观的反映钣金器件的柔韧性。所以，在采用DELMIA软件仿真后，仍要对存在的缺陷进行分析判断，减少设计中的误差错误。在数字化设计与仿真技术的应用中缺乏统一的标准要求，只是根据工作人员的工作经验及产品的详细程度来判定仿真细节，结果参差不齐，影响了模拟验证的权威性。所以，要制定标准的规范体制，按照标准，从建模开始，统一执行。
1.2数字化设计与仿真使用系统中的问题
数字化设计与仿真的使用系统面向的用户面比较广泛且个体之间差异较大，容易造成使用效果间的差异化。所以，在扩大数字化技术应用系统使用范围的同时，要合理设计系统界面，安排适当的工作培训，提高数字化设计制造系统的全面性、实用性。2.3缺少对现场生产数据的及时采集和反馈现场数据的采集与反馈可以为工作的开展提供便利的条件，可以实现生产进程的实时监控，制定合理的生产计划，合理安排生产进度。但是，目前民用飞机的应用系统中缺乏该种功能，不能很好的实现作业完工进程的数据采集。数字化的管理系统软件还没得到普及应用，一般民航企业都存在纸质的数据报表，缺乏对产品测量数据进行统一的采集分析。目前很多测量设备均可直接生产表格，将其输入应用系统，可以实现数据的永久保存、为今后有效的控制质量及安排生产具有一定的指导意义。
2数字化设计与制造的特点分析
传统的设计研制方法主要包括概念设计、初步设计、生产设计三个阶段，并且各个阶段都需要设计绘制模型，工作人员按照制作的样机对飞机及内部配置进行准确详细的设计，主要表现为串行模式。然而在数字化的设计与制造环境下，模线的绘制以及实物样机均可由数字化的形式及样机取代，表现为并行模式的研制过程，促进了各学科之间的交错融合，将业务过程作为工作核心，实现了跨地域、多企业化的动态研制。利用连通的互联网信息使分散的制造商之间加强了技术的沟通交流，互相协调合作，交换相关产品的设计，实现民用飞机设计制造中数据、人员设备及时间等资源的共享。随着数字化科学技术的快速发展，各行业中实现了数字化与先进技术的融合交错。在民用飞机的发展制造过程中同样存在这种融合技术，它充分发挥了当前先进科学技术的优势，改善了企业的整体经济效益。
3数字化设计技术在民用飞机设计制造中的发展构想
3.1加深对数字化设计仿真技术的开发应用
在民用飞机的开发研究过程中引入数字化设计仿真技术。从产品的设计研制工作开始，利用并行的工作运行模式，使各部门设计人员相互合作，利用数字化的工作设计研究平台，提升产品的开发研制质量。同时要建立相互集成的软件系统平台。单一的DELMIA软件只能将可视化的设计信息表现为信息孤岛。如果在产品研制过程中，利用相互集成的系统不仅可以改观这一情况，还能够将DELMIA软件与PDM软件相互集成，通过直接的保存与调用，可实现数字资料的及时性和有效性；将DELMIA与CAPP相互集成，可以实现较强的文本处理功能，提高了系统的实用性。
3.2建立数字化的组织管理体系
采用数字化的系统组织管理平台，利用新型的管理方式，设置专业的管理团队，全面有效的利用各部门间的资源投资；采用产业链条的结构形式利用数字化的信息平台技术实现各企业间的连通协作，实现全球范围内供应商的管理工作；在产品的设计研制过程中，要适时地对项目工作进行监督审查，改变传统的管理模式，实现制造商与使用商在项目实施初期的良好沟通，组成专业的项目管理小组，及时解决项目实施中的问题，为飞机的技术研制提供良好的技术支持，缩短工程周期，提高工作效率，利用低价的成本实现高额的经济效益。
3.3提高系统的实用价值
民航企业面向的客户比较广泛且不同客户对工艺文件的格式与审签流程也不尽相同，根据这一情况，民航企业在产品设计开发时要采用灵活的应用系统软件，实现文件格式及审签工作的自定义化，从而满足广大客户的需求；在管理系统中实现物料资源的条码管理，降低资源的劳动力度，尽量避免人工操作带来的错误；同时要设置人性化的管理界面，实现人人可以上手操作，使系统的功能特点得到充分发挥。
3.4根据工作性质，设置不同的数字化网页
全球范围的飞机设计与制造人员表现为一种分布式的协作关系，数字化的信息平台根据关系等级的不同，分别授予不同的操作权限，分属于不同的操作设计界面，实现相关的设计制造，对虚拟机进行数字化操控，实现飞机设计研发的改进。截止目前为止，我国在飞机设计与制造业的发展中均实现了自身的特色发展，例如，沈飞的钛合金结构及成飞的铝合金等。对机制造发展的目标是在科学技术的发展基础上，建立一个虚拟化的数字化设计制造平台，使飞机制造商之间通过网络信息平台实现完美的相互协作、技术沟通交流等工作。同时，制造厂商也可以不受地理区域的限制，利用自身的权限主动访问虚拟飞机。同样作为合作伙伴的供应商也享有一定的权限，利用数字化信息平台，实现各企业的信息资源共享。利用数字化开放式的信息技术平台，可以有效及时的满足合作伙伴的资源需求，提升了工作进程及工作效率。
3.5民用飞机适航要求下的数字化设计技术研制平台
民用飞机的研制开发要满足适航管理的要求，在保障安全的同时也要维护大众的整体利益。在信息技术及资源共享的技术环境下，改变传统的研制模式，建立数字化的设计研制平台，为民航企业在制造业的发展中获得了良好的竞争力。同时，在利用数字化设计平台的发展中也要实现现有资源的充分利用，综合联系未来发展因素，实现清晰明了的数字化设计平台的层次结构。在基于WEB的发展环境要求下，结合WEB的特点，实现企业间的合作联系，建立一个系统的数字化研制平台，建立全面的数据资源结构，将数据按要求分类、分别管理、进行实时监控与审查全面提高信息资源的管理力度。综合考虑项目中的各个工作环节，确保数字化研制平台的全面参与。
3.6以优质的服务质量赢得发展市场
在世界经济发展环境的影响下，各企业的发展都存在一定程度上的不确定性。为了稳定企业在发展中的坚固地位，力求建立全能的公司企业。在民航企业的发展中，辅助服务市场在民用飞机市场的发展中占有很大比重，拥有广阔的发展前景。所以，在民航企业发展中，要建立健全的服务体系和完善的服务流程结构，以此提高民航企业在发展中的竞争力。优质的服务质量是赢得市场发展的前提，所以，售前要做到优质的服务质量，售后要做到细致入微。做到专业迅速，及时处理解决服务问题，工作人员要尽自身最大限度降低产品给客户带来的损失。
4数字化设计技术在民航企业制造业中发展的预期效果
目前，三维数字化设计技术已经开始应用在民用飞机设计制造业中。数字化的设计技术减轻了设计工程师的工作负担、提高了工作效率，利用仿真得到的真实模型，方便了工程师对后期工作的处理设计，提高了工作质量；利用数字化的样机结构，实现了零件结构及系统之间的协调设计，同时改变传统的设计制造模式，缩短了研制周期，降低了费用成本。数字化设计技术为民用飞机设计制造资源计划系统的实施提供了便利条件，为资源计划的实施提供了实时准确的动态数据。在激烈的社会经济竞争环境下，由于网络资源的扩展，供应链也逐渐形成了一种新的网链模式，利用数字化的设计技术提高了供应商之间的运作效率。从数字化的真实模型可以了解客户的需求，加强了客户与制造商的互动联系，根据用户需求，制造设计出符合客户要求的产品，提高客户的满意程度。
5结语
在航空制造业的发展中竞争力的提高主要受时间、成本、质量及服务四个因素的影响，并且它们已成为航空航天领域各企业发展的追求目标。数字化的设计与制造技术为航空制造业的发展带来了革命性的机遇与挑战，在高规格的质量要求下缩短了研制周期、在低成本的基础上提高了产品质量，达到了客户的满意程度，加快了企业发展的进程。在利用数字化的设计技术的同时，还要综合采用系统的数字管理体系，对民航企业进行整体的技术变革，领导者要高瞻远瞩，建立专业的工作团队，从而全面提高企业在行业中的竞争力。