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第1篇：數字化虛擬仿真技術范文

關鍵詞：數字化仿真；卓越計劃；機械原理；創新能力

作者簡介：李杰（1979-），男，河北石家莊人，石家莊鐵道大學機械工程學院，講師；范曉珂（1972-），女，河北石家莊人，石家莊鐵道大學機械工程學院，副教授。（河北 石家莊 050043）

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）05-0083-02

“卓越工程師教育培養計劃”（簡稱“卓越計劃”）是高等院校貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（2010-2020年）》的一項重大改革項目，其目的在于培養造就一大批具有較強創新能力、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，為國家工業的轉型升級、建設創新型國家和人才強國戰略服務。該項目的實施將促進高等教育面向社會需求培養人才，對全面提高工程教育人才培養質量具有十分重要的示范和引導作用。[1]2011年，石家莊鐵道大學被教育部批準成為第二批133所“卓越工程師教育培養計劃”培養高校之一。“機械原理”課程作為機械工程類的專業基礎課程，是石家莊鐵道大學（以下簡稱“我校”）機械設計制造及其自動化專業、車輛工程專業、“茅以升”試驗班和“卓越”班的必修課程，占有重要的地位。由于學生人數的增加和新課程的開設，“機械原理”計劃學時不斷被壓縮，而教學內容卻不斷補充，傳統的教學模式很難滿足“卓越計劃”的要求，很難培養具有創新意識、創新能力的高素質人才。[2]因此，利用數字化仿真技術改善“機械原理”以往傳統的教學與實驗存在的問題，提高學生的創新能力，培養學生成為具有工程思維的實用型與創新型人才，適應“卓越計劃”的發展具有重要的意義。

一、課程教學內容與安排

“機械原理”的課程內容主要有：機械的結構分析、機構的運動和力分析、機械的效率、自鎖與平衡、各種常用機構的設計和機械系統的方案設計等內容，共64學時，講授54課時，實驗8學時，“機械原理”課程設計1周。講授的內容中，主要重點介紹機械的結構分析、機構的運動和力分析、機械的效率、自鎖與平衡、常用機構的特點及其設計，其中包括連桿機構、凸輪機構、齒輪機構、輪系和其他的常用機構等；[3]機械系統的方案設計內容結合課程設計時完成；實驗安排主要針對一些機構的驗證、設計與綜合，旨在提高學生的動手能力和對機構進行創新設計的能力。但是，由于課時限制，該課程所設置的實驗只能完成4個，很難滿足“卓越計劃”的要求，不利于培養學生的實踐能力和創新能力。

二、教學方式的改革

數字化仿真技術是近幾年發展起來的一種先進的機械設計方法，它是指將計算機仿真技術應用于產品設計領域，利用計算機分析軟件通過建模可對該機構進行運動模擬，對機構及整機進行運動仿真。數字化仿真技術在“機械原理”教學中的應用，不僅可以使得學生對機械原理中的各種機構有感性的認識，而且通過對各種機構的仿真模擬可以使得學生對各種機構的運動與動力特性有直觀的了解，有利于培養學生的創新能力。[4]筆者將數字化仿真技術引入到“機械原理”教學中，下面以連桿機構為例，介紹在連桿機構教學中應用數字化仿真技術的一些體會。

1.理論教學的改革

在連桿機構的教學中，連桿機構的基本形式為鉸鏈四桿機構，其三種基本形式分別為曲柄搖桿機構、雙曲柄機構和雙搖桿機構，當一個鉸鏈四桿機構為曲柄搖桿機構時，通過機構的倒置則可以得到雙曲柄機構和雙搖桿機構。

在教學過程中，利用數字化仿真軟件建立曲柄搖桿機構的數字化模型，按照要求對各相關參數進行設置，其中包括：各桿長度、質量、電機轉速、力矩大小等。如圖1所示，在四桿機構中各桿分別以轉動副相連，分別為A、B、C、D；各桿桿長分別為280mm、520mm、500mm、720mm，然后對桿4固定，桿1為曲柄，在轉動副A上加力矩，其數字化模型如圖1所示。通過運動仿真對曲柄搖桿機構進行相應的運動分析。[5]曲柄搖桿機構的運動分析如圖2所示。

在教學過程中，圖1能夠清晰演示四桿機構的運動畫面，其中曲柄以等角速度轉動，搖桿則在一定角度范圍內擺動。從圖2的角速度圖中可以看出曲柄轉速為30°/S，而搖桿的擺角為0°～30°。

在曲柄搖桿機構中其他參數保持不變的前提下，只改變曲柄搖桿機構的機架，取原來的桿件1為機架，桿件2為曲柄，對機構進行運動仿真，可以看出，通過改變機架后，原來的曲柄搖桿機構變為了雙曲柄機構。雙曲柄機構的運動分析如圖3所示。

在教學過程中，利用數字化仿真技術學生能夠直觀看出此時兩個曲柄都在做整周的回轉運動。從圖3中的角速度圖中可以看出主動曲柄轉速為30°/S，而從動曲柄的轉速為不等速連續回轉，范圍在15°/S～65°/S之間。

最后，在曲柄搖桿機構中，取原來的搖桿3為機架，桿4為曲柄，在其他參數保持不變的前提下對機構進行運動仿真，可以看出，通過改變機架后，原來的曲柄搖桿機構變為了雙搖桿機構。雙曲柄機構的運動分析如圖4所示。

圖4的動畫演示中能夠看出，兩個搖桿都不能在整周范圍內轉動，都在一定范圍內做往復擺動，從圖4中的角速度圖中可以看出主動曲柄搖桿轉速為30°/S，而從動搖桿的轉速為不等速擺動，范圍在0°/S～35°/S之間。

在課堂教學過程中，通過四桿機構的數字化仿真能夠使學生在較短的時間內對機構的倒置有清晰的認識，同時提高了學生對計算機應用的興趣和創新能力。

2.實驗教學的改革

由于課時的限制，“機械原理”課程實驗共有四次，具體安排如表1所示。

由表1看出：“卓越”班的實驗教學比較少，不能夠滿足學生創新能力和實踐能力培養的需求。在實驗教學過程中，可以利用數字化仿真技術進行有效的彌補，同時也可以對以上實驗進行虛擬驗證。在實驗2機構運動方案創新設計實驗教學過程中，可以先讓學生根據實驗臺搭建不同的機構，分析機構的運動過程，并繪制機構的運動簡圖，課下讓學生通過計算機根據所繪制的機構運動簡圖建立所搭建的機構模型，進行數字化仿真模擬，直觀形象地模擬實際搭建機構的運動過程。而對于實驗3機構運動參數測量與分析實驗，事先讓學生在計算機上對機構進行數字化仿真，測量出機構的位移、速度和加速度曲線，然后再與實驗測量的曲線進行相應的比較。對于實驗中沒有的內容，也可以通過對機構的數字化仿真來培養學生的計算機應用能力和機械創新設計的能力。

三、教學效果

通過數字化仿真技術在“機械原理”課程中的應用，在理論教學過程中對所講授知識可以實時地進行虛擬仿真，有效改變傳統理論教學加實驗教學的方法，節省課時。在實驗教學中，通過數字化仿真技術和實驗相結合大大提高了學生對實驗的興趣，提高了學生的計算機應用能力，同時也培養了學生的機械創新設計意識。

四、結束語

通過教學實踐表明，將數字化仿真技術引入到“機械原理”教學中具有較大的新穎性，促進了學生對“機械原理”課程基本理論的理解，實現了教學方法的創新。

新的教學方法能夠調動學生學習的積極性，在教學過程中學生能夠變被動接受為主動思考，通過對不同的方案進行實時仿真，能夠激發學生的創新意識，提高分析問題、解決問題的能力。

數字化仿真技術在本門課程中的應用鍛煉了學生將理論知識與實際應用相結合的能力，同時也提高了學生的創新能力。這種教學模式的探索為其他工程類專業基礎課程適應“卓越工程師培養計劃”的教學改革提供了借鑒經驗。

參考文獻：

[1]毛婭.適應“卓越工程師培養計劃”的機械原理雙語教學探索與實踐[J].探索與踐，2006，4（13）：191-192.

[2]盧梅，李威，邱麗芳.虛擬仿真實驗技術在機械原理實驗教學中的應用研究[J].儀器儀表用戶，2006，4（13）：25-26.

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

第2篇：數字化虛擬仿真技術范文

數字醫學研究現狀

近年來，數字化技術的快速發展使得人類社會進入了數字化時代，同時也引起了許多學科領域的數字化變革，生命科學也不例外。通過與數字化技術的交叉融合，不僅大大加快了生命科學自身的發展，同時也產生了一些新興的前沿交叉研究領域，數字醫學就是其中的典型代表[13]。數字醫學技術的發展首先是由數字化虛擬人體三維重建開始的[14-18]。數字化虛擬人體三維重建是指運用計算機圖像處理技術和三維重建技術，對醫學二維圖像進行處理，建立人體組織結構的計算機三維虛擬模型。通過數字化虛擬人體建模技術，可將人體解剖組織結構數字化，可以在計算機上進行三維渲染、旋轉、縮放等操作，也可以實現虛擬手術規劃、假體設計、場景仿真等功能。進一步也可將人體功能性信息賦加到數字化三維模型上，結合運動捕捉系統及虛擬現實系統，可以仿真真實模擬人體的各種運動。通過力反饋裝置，可以提供視、聽、觸等高沉浸感操作，這就形成了數字化虛擬現實增強的模擬人。目前國外已經出現了個性化虛擬器官模型[19]，通過改變模型的參數可以得到不同的病理分析結果。此外，歐盟啟動的IUPS/EMBS生理人體計劃目標是建立一個能夠在計算機上模擬人體各種生理過程的虛擬人體模型，目前該項目在人體的生理系統建模方面已經進行了許多頗有成效的研究[20]。近些年來，隨著分子生物學、細胞生物學、醫學影像技術的不斷發展，超級計算機運算速度的飛速提高，以及一些新的醫工交叉領域研究方法的出現，促進了數字化虛擬人體技術的快速發展。我國雖然在這方面起步較晚，但發展很快。自2002年以來，南方醫科大學和第三軍醫大學分別完成了中國數字人的原始切片數據采集工作，2006年由上海交通大學牽頭啟動了中國力學虛擬人研究計劃，目前該計劃已經建立了中國力學虛擬人計算服務平臺，該平臺可通過互聯網為全球的用戶提供建模計算服務。同時與歐盟等國際同行進行了合作，將逐步建立國際力學虛擬人研究計劃，目前已經開展了亞洲人種虛擬建模研究項目。與此同時，數字醫學技術在臨床實際中取得了廣泛應用，獲得了較好的應用效果，大幅提高了臨床診斷和治療水平。以影像診斷為例，由X線、CT、MRI的二維圖像到三維、四維圖像，使影像診斷的準確性和精細度大為提高。近年來，隨著虛擬手術規劃、手術導航、個性化CAD/CAM等技術的數字醫學技術的出現，使得臨床手術的準確性和個體匹配性大為提高。隨著數字醫學技術研究的深入和應用的推廣，傳統醫學將會發生更大變化。

數字醫學技術在戰傷救治訓練中的應用

1數字醫學建模技術數字醫學建模是數字醫學及相關學科的研究基礎，沒有一個能夠精確地反映真實醫學過程的數字化模型，就無從進行任何數字醫學方面的研究。數字醫學建模主要分為3個部分，分別是數字醫學圖像處理與分析、人體組織器官的三維重建以及人體病理生理變化過程的數字建模。數字醫學圖像處理與分析是整個建模的基礎，醫學影像數據可以為醫務工作者提供多角度、多層次的信息，輔助醫生進行正確診斷、治療計劃、術間導航、術后跟蹤監測等。同時，準確豐富的醫學影像數據也是人工器官、醫用內植物、人工關節等醫學工程領域的重要參考依據。自從20世紀70年代MRI技術誕生以來，針對各種醫學影像的分割算法研究迅速發展起來。目前應用較多的醫學圖像分割方法主要有2種，分別是基于圖像區域的分割方法和基于邊緣檢測的分割方法。基于圖像區域的分割方法是通過檢測同一區域內的均勻性是否一致，來識別分割圖像中的不同組織，如閾值分割法、區域生長和分裂合并法、分類器和聚類以及基于隨機場的方法等。而基于邊緣檢測的分割方法則是通過邊緣檢測技術把不同區域組織提取出來進行圖像分割，如并行微分算子法等。

2戰傷救治場景的數字化三維重建技術戰傷救治場景的數字化三維重建技術是戰傷救治虛擬仿真訓練系統的主要內容，隨著計算機圖形技術的飛速發展，近年來出現了許多新的建模技術和設備，如數字化三坐標儀、人體運動捕捉系統、三維跟蹤器、數據手套、頭盔顯示器、Vega虛擬現實建模技術等，這些新技術和新設備的出現，使得沉浸式虛擬現實系統的應用更加廣泛。在采集和統計戰傷救治各種場景數據的基礎上，利用高效快速的數字化三維建模技術，可對戰傷救治場景進行數字化虛擬現實三維重建。目前常用的數字化三維重建方法主要有面繪制法和體繪制法兩類。面繪制法是指從醫學影像設備輸出的切片數據集構造出三維數據，然后在三維數據中抽取出等值面進行三角剖分，再用圖元繪制技術實現表面繪制。該方法可有效繪制三維數據中具有某個特定值的表面，但無法表達三維體數據的內部信息。而體繪制法則是將三維體數據中的“體素”作為基本的繪制單位，該方法充分利用了三維體數據中的每一個體素，能夠根據需要顯示三維對象的內部信息。其缺點是由于體素數據計算量大，從而導致重建速度變慢，可通過提高計算機計算渲染速度加以解決。

3戰傷救治訓練虛擬仿真技術由于各種技術條件的限制，傳統的戰傷救治訓練是采用書本授課的方式進行的，受訓人員缺乏實際操作經驗，訓練效果不夠理想，很難在真正需要時及時提供有效的救護。近年來，隨著先進制造技術和計算機技術的迅速發展，以美軍為代表的西方發達國家軍隊開始使用計算機仿真技術來進行戰傷救治訓練研究，取得了較好的效果[21-22]。美軍近年來在該領域投入了大量的經費，研發出了一系列用于戰傷救治訓練的數字化仿真模擬裝備。自1999年至2007年大約資助了超過150個該領域的研究項目，累計投入超過6000萬美元，使得該領域研究成為美國防部投入最多的科學研究領域之一。美軍建有醫療模擬培訓中心（medicalsimulationtrainingcenter），美國防部每年培訓10萬名部隊醫護人員。其研究內容涵蓋戰傷急救、護理及外科手術的模擬培訓等方面。取得一系列研究成果與實物裝備，如先進醫療訓練技術（advancedmedictrainingtechnologies，AMTT）系統、高級創傷救護仿真技術（simulationechnologiesforadvancedtraumacare，STATCare）系統及一系列虛擬現實培訓系統（如圖1~3所示）。目前我軍還沒有針對戰傷救治的模擬人。自2005年起，我所開展了虛擬現實、數字人體、操作感知等關鍵技術研究，研制成戰傷止血、心肺復蘇（CPR）、搬運等模擬訓練系統，取得了很好的訓練效果。#p#分頁標題#e#

第3篇：數字化虛擬仿真技術范文

［關鍵詞］數字化資源；信息技術；數控加工

隨著“中國制造2025”的提出，數控加工技術應用越來越受到人們的關注。中等職業學校是培養先進制造領域大國工匠的搖籃，數控加工專業已經成為我國中職學校中一個常見專業，主要為社會輸送數控機床編程和加工等方面的人才。近些年隨著信息技術的快速發展，很多學校都將新型的教學方式引入課堂，為數控加工專業的學生提供一個更好的學習環境，而我們今天想要科學地引入這些教學方式，就必須做到有針對性的教學改革，讓學生真正能夠從新的教學方式中有所收獲。

一、傳統課堂對教學的限制

（一）純粹理論教學難以引起學生興趣。數控加工技術教學是有關數控專業理論的重要教學。學生學習這一方面的內容，對其以后專業學習以及日后的工作都有很重要的意義。然而，純粹的理論教學往往會產生一個問題，那就是理論過于抽象，讓學生難以直觀地去把握理解，學生在學習過程中很容易受挫甚至放棄學習。而一些教師在教學過程中，也往往會忽視理論的抽象性，在課堂中直接進行理論的講解。這樣的教學方式會加重學生對理論學習的抵觸心理。（二）學生的視野不夠開闊。在傳統的教學過程中，學生對社會的接觸是比較有限的，雖然學生的實踐課，可以通過進入一些企業進行參觀或學習來實現，可是這樣的學習是蜻蜓點水式的，不能讓學生深入地了解生產中的實際情況。這會造成學生的視野不夠開闊，不能看到更多更廣闊的企業實際操作情景。如果學生一直以一個狹窄的視野去看待自己未來的職業道路，那么其職業發展也不會走得長遠。

二、數字化資源在教學中的應用方式

新型數字化資源的一大特征，就是可以跨越時間和空間的阻礙，將許多信息更直觀地展現在人們面前。通過應用數字化資源，我們可以將教學的范圍擴大，拓展學生的認知疆界。（一）通過虛擬仿真技術讓學生接觸到實操。在數字化資源發展的過程中，我們已經創造出許多可以與現實進行交互的軟件。這其中就包括虛擬仿真技術所衍生出的軟件。傳統的課堂教學常常會把理論教學與實踐教學割裂開，使得理論與實踐被時間和空間阻隔。然而虛擬仿真技術的出現，讓學生可以在理論課堂中聽取了理論知識后就直接進行相關的實踐操作。同時，在這種虛擬仿真技術下，教師還可以將一些由于客觀條件限制而不能進入學校的設備加入虛擬仿真軟件中，讓學生同樣也能夠進行操作。如圖1所示，運用數字化技術模擬數控機床進行實際操作教學。圖1數字化模擬數控機床實操教學這樣做一方面，我們可以提高學生操作的頻率，增加學生實際操作的經驗，另一方面還可以杜絕很多客觀條件的限制，以及實踐操作中會帶來的一些危險。（二）利用網絡平臺拓寬學生的視野。如今我們教學中的電子設備早已接通了網絡，這使我們的課堂不再孤立，它可以通過互聯網與世界上任何一個角落進行連線。利用互聯網的這一便利，我們可以為學生開拓視野。如圖2所示為通過網絡技術把工作現場引入課堂。教師在平時的教學過程中可以與一些企業進行聯系，每當上課時可以通過互聯網直播企業的生產流程，讓教師直接通過網絡直播來為學生講解生產流程中的具體內容。當教師遇到一些教學上的難點時，還可以直接邀請企業相關員為學生進行連線講解。在這樣的教學方式中，學生的視野將被打開，不會僅限于學校教學小天地，而是將自身的眼光放到整個行業、社會中去。（三）利用數字化資源進行課堂互動。在我們理論教學中，學生的思維活躍度會直接決定課堂教學效果。因此我們應該在課堂中加強課堂互動。為了豐富課堂互動的內容，加強課堂互動的趣味性，教師可以讓學生在課下利用網絡查找相關的學習資源。學生在課堂中可以展示自己查找的資料，運用多方面的材料印證自己的觀點，在課堂中與其他人進行思想碰撞。這樣的學習氛圍會使每一個學生都積極投入學習，課堂教學的整體有效性也會得到提高。

第4篇：數字化虛擬仿真技術范文

關鍵詞 開放式；實踐教學基地；信息化；仿真技術；高等職業教育

中圖分類號 G717 文獻標識碼 A 文章編號 1008-3219（2012）08-0064-03

實踐教學基地信息化建設就是利用計算機技術、多媒體技術、網絡通信技術、遠程控制技術、虛擬仿真技術等，將實訓基地的各類硬件資源、軟件資源、人力資源等有效重組，實施信息化管理，充分發揮教學資源的使用效益，實現實踐教學基地運行的現代化、開放化和高效化[1]。

一、開放式實踐教學基地信息化建設模式

浙江機電職業技術學院開放式實踐教學基地信息化建設重點是“一個平臺、兩種實驗室”，即打造開放式實踐教學基地信息管理平臺，建設虛擬仿真實驗室和遠程控制實驗室，從而加強基地教學資源的使用效率，提高基地管理水平，促進實踐教學基地的全面發展。

（一）開放式實踐教學基地信息管理平臺

開放式實踐教學基地信息管理平臺是利用計算機技術、網絡通信技術、數據庫技術，將實踐教學基地中的各項教學資源集中在一個統一的平臺上，實現教學資源的開放共享，并通過計算機與網絡進行開放式管理與使用，使得實訓基地在時間和空間上得以延伸，是一個以學生為中心，開放性的、共享性的實踐教學管理平臺。

1.實訓基地信息管理系統

主要功能是實訓基地日常管理和教學信息，內容包括實訓基地功能與組成介紹、實踐教學課程設置、實踐教學課程變動公告，以及與實訓基地相關的規章制度、教學資源、科研成果、建設情況、師資力量等信息。實訓基地信息管理系統整合了實訓基地的各類信息與資源，教師和學生通過瀏覽，能夠全面地了解實訓基地的情況，并可以查詢所需信息，促進工作效率和管理水平的提高。

2.實訓基地建設項目管理系統

實訓基地建設項目管理系統是基于計算機技術和網絡技術的信息管理平臺，集合項目申報、論證、審批、采購、驗收、付款等過程管理于一體，具有實訓基地建設項目網絡申報、網上審批，確認書管理、合同備案、貨款支付等模塊，實現了項目建設過程數據的自動統計與匯總，各種信息的靈活查詢和共享，以及建設狀態實時監控等功能。該系統的應用使得實訓基地建設效率明顯改善，建設過程的信息透明度大大提高；學校監管部門可以全程跟蹤建設過程的各環節，實現網上監督。

3.教學儀器設備管理系統

設備管理是高職院校實訓基地管理工作中的重要組成部分。隨著高職院校規模的擴大和實訓室建設的快速發展，學校投入大量資金用于購買教學儀器設備，儀器設備的數量和質量有了明顯提高。由于受分散管理、封閉使用的傳統管理機制的影響，造成大量儀器設備，特別是大型貴重儀器設備的重復購置、利用率低、信息封閉等問題[2]。利用網絡技術、計算機技術開發教學儀器設備管理系統，可以及時準確地掌握實踐教學基地儀器設備的資源配置及運行情況，實現資源共享，最大限度地利用現有資源，提高儀器設備的使用率，達到儀器設備使用效益的最大化[3]。

教學儀器設備管理系統學校儀器設備使用、管理的相關政策，公布儀器設備名稱、型號規格、技術指標、服務領域、安裝地點、技術管理人員及聯系方式、收費標準、開放時間等各類信息，為教學和科研工作者提供便捷的查詢服務。

4.實踐教學信息管理系統

實踐教學信息管理系統是對實踐教學的各個環節和教學資源進行信息管理，實現遠程教學互動、網絡溝通的平臺[4]。通過信息管理系統，學生可以查詢教師、課程、實訓項目、儀器設備等信息，還可以進行網上實訓預習、實訓預約、提交報告等活動；教師可以在網上制訂教學計劃，進行日常教務管理、成績管理、查詢預約結果、實訓項目管理等活動。

（二）虛擬仿真實驗室

虛擬仿真實驗室是綜合運用多媒體、計算機網絡和虛擬現實等技術而產生和發展的開放式實驗平臺[5]，采用JAVA編程語言、NET技術、VRML技術等進行開發建設。虛擬仿真實驗室具有沉浸性、交互性、自主性、開放性、共享性等特點，能夠降低認知難度，為學生提供身臨其境的體驗，激發學生學習的積極性和自主性，使學生更快更好地理解、掌握專業知識，從而提高實踐教學效果。

虛擬仿真實驗室解決了危險性大、費用高、儀器設備數量少、環境污染等實踐教學中可能出現的問題，尤其適合難以實現實際操作的航天航空、化工、熱處理、高壓電工、工業醫藥等專業的實踐教學。但虛擬仿真實驗室并不能完全代替實際動手操作，學生要具有扎實的動手能力和較強的專業技能，仍需要現場操作儀器設備，只有虛擬仿真與實際操作相結合才能取得更好的實踐教學效果。

（三）遠程控制實驗室

遠程控制實驗室將教學儀器設備特別是貴重儀器設備接連到遠程控制教學平臺，通過網絡、計算機、軟件進行遠程控制與互動，實現儀器設備的遠程操作，從而進行遠程實踐教學與技能培訓。遠程控制實踐教學平臺允許多用戶、多任務同時進行，實時遠程操作真實的物理儀器設備，操作結果實時反饋，借助軟件可實現對操作數據的實時分析，達到與現場操作相同的實驗效果。與傳統實驗室相比，遠程控制實驗室具有提高儀器設備使用效率和資源共享，避免貴重儀器設備的重復購置；突破傳統實踐教學模式的時間、空間限制，提高實踐教學效率等優點。

二、開放式實踐教學基地信息化建設實踐效果

（一）信息管理平臺開發

浙江機電職業技術學院為適應開放式實踐教學的需求，探索開發了高職院校開放式實踐教學基地信息管理平臺。管理系統平臺采用實訓基地四級管理模式，即學校—院（系）—實訓基地—實訓室，從實訓基地的信息化管理、資源管理、教學管理等幾個方面進行整合，充分實現了對指導教師和實訓學生、實驗實訓設備、教學課件、教學活動的高效管理。

開放式實踐教學基地信息管理平臺為實訓室開放管理提供了安全、有序、便捷的管理模式，改變傳統實訓室管理工作繁重和復雜的局面，減輕實訓室管理人員的工作負擔，提高了工作效率和服務水平，同時也適應了不同層次學生個性化學習需要。

（二）虛擬仿真技術應用

浙江機電職業技術學院在雙閉環直流調速實驗教學中，采用Matlab環境中的Simulink仿真工具箱的仿真功能，實現了雙閉環晶閘管不可逆直流調速系統的虛擬仿真，提高了學生的學習積極性與趣味性，使學生對雙閉環不可逆直流調速系統的工作原理、組成環節及各主要單元部件的作用有了更直觀的認識[6]，從而更好地理解雙閉環的工作原理、調速過程以及速度調節器對系統性能的影響。

（三）構建數字化制造實訓車間

為了滿足企業對高素質數控技術應用人才的需求，學校啟動建設了數字化制造實訓車間。數字化制造實訓車間采用以太網接口將數控機床與互聯網相連，利用數控系統中的遠程控制系統，實現數控機床加工的遠程控制、狀態監測、故障診斷等功能，建成了數控加工遠程控制教學系統。學生通過遠程控制系統，實時采集數控機床的運行狀態、程序跟蹤和加工仿真等數據，實現對數控機床的遠程控制。通過數字化制造實訓車間，培養學生對數控系統和數控機床遠程故障診斷的技能，學習數控機床遠程維修與操作的前沿技術，提高了畢業生的就業競爭力。

信息化管理是實踐教學基地建設的發展趨勢，只有緊跟時代步伐，不斷將新的管理理念和管理技術納入實踐教學基地的管理體系中，才能推動高職院校實踐教學基地建設朝著現代化、信息化、開放化的方向發展[7]。

參考文獻：

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[2]趙醒文.高校大型精密貴重儀器設備共享管理的研究與探索[J].中國教育技術裝備，2011（15）：6-7.

[3]刁叔鈞.基于資源共享的高校實驗儀器設備網絡化管理初探[J].實驗室研究與探索，2010（8）：154-156.

[4]王巖，徐金榮，高珍，等.實驗教學信息管理系統的開發與探索[J].實驗技術與管理，2010（2）：82-85.

[5]岳浩.以數字化為依托 創辦高職院校虛擬實訓基地[J].中國市場，2010（49）：232-233.

[6]尚麗，崔鳴，陳杰.Matlab/Simulink仿真技術在雙閉環直流調速實驗教學中的應用[J].實驗室研究與探索，2011（1）：181-184.

[7]周翔.職業學校實驗實訓基地信息化管理的思考[J].江蘇教育，2010（7）：82-83.

Exploration on the Informationalization Construction of

Open Practice Teaching Base

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

WANG Zhao-peng

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

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

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

收稿日期：2012-02-11

作者簡介：王召鵬（1977- ），男，山東萊州人，浙江機電職業技術學院助理研究員。

第5篇：數字化虛擬仿真技術范文

關鍵詞：計算機；仿真技術；結合探究

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）13-0253-03

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

Key words： computer； simulation technology； combination of inquiry

計算機仿真技術是現代社會中用到的最廣泛的的技術之一，發展的速度極為快速，適用人群眾多，無論是生活還是工作，滲透到各個方面。作為計算機技術的一種方式，它的工作原理是以計算機為基礎，加以模擬仿真，達到仿真的再現，將抽象的看不見的形象通過仿真展現出來。目前由于這項技術具有精確的仿真效果，受到各行各業的青睞，在各個領域中都有廣泛的應用。對于計算機仿真技術的研究，一直是計算機技術研究領域的一個重要的話題和工作。對于信息技術而言，也與計算機仿真技術具有緊密的聯系，也是計算機發展領域的一個重要的方面。信息化依靠仿真技術得到抽象化的轉化，進行有關的信息處理的工作。

1 計算機仿真技術

1.1 計算機仿真技術的含義

計算機仿真技術是運用相關的信息進行軟件處理工作，可以對音頻、視頻及圖片等方面進行整理，把現實中的各種事物模擬成計算機仿真的形式，再通過各種信息媒介進行傳達給觀眾。在觀看某個事物時候，如果利用計算機仿真技術觀看，可以有多種視覺的角度進行觀賞，并且可以對環境進行任意的觀察，營造一種實與虛結合的視覺效果。對于讓人們可以多方面的進行交流信息具有重大的意義和作用。

計算機仿真技術有兩點重要的意義。第一，計算機的仿真技術是與一些計算機工程的進行緊密聯系的，缺一不可。計算機仿真技術對于系統的工程的開發，起到了至關重要的作用。第二，計算機仿真技術是一種重要的商業分析信息的工具，在公司的運行中，可以運用計算機仿真技術節約各種投資的成本，降低投資的風險等工作，為企業的發展具有預算和分析的作用。

1.2 計算機仿真技術的應用

計算機仿真技術應用于社會生活中的各個領域，涉及到工作和生活的方方面面，推動了不同的行業的方展方向，為工作帶來了新的發展動力和源泉。對于計算機的仿真技術的應用主要是用于以下的幾個領域。

1.2.1 在教育界的應用

最近幾年，由于教育的不斷改革，逐漸的對學生的實操能力越來越重視，所以對于學生的實際操練的水平就可以用計算機的模擬實驗來進行考核工作。計算機模擬實驗是一種新型的考核項目，利用現代信息技術的各方面元素把教學的內容和指導實踐等合理有效的整合成一個有機體，建立起一個實操平臺，能夠提高學生的學習興趣，提高學生的實踐能力的水平。

這項模擬實驗方式的出臺，活躍了原本閉塞的學習氛圍，把理論與實踐充分的結合了起來，培養了學生的實際操練的能力，對所學習的理論內容能夠進一步的加深理解和記憶。培養學生的全面素質發展。

1.2.2 在運輸界的應用

隨著現代化科技的發展，交通運輸工具早已普及到城市及小鎮的各個街道。由于車輛的不斷增加，交通事故也就常有發生，現在而言，交通方面的安全隱患一直是出于事故發生的主要問題。在運輸的系統中，避免不了三個方面的因素，主體是人，客體是車和路。所以，計算機仿真技術的應用，可以作為分析交通安全的現代化先進的方式。工作原理就是，建立起一個模擬形式的交通路段，在這個交通路段中系統的研究發生事故的原因，并通過對交通事故的分析對交通的安全方面做出評價和探究。

交通的安全仿真系統中，計算機仿真技術是它的最核心的部分。作為該系統的仿真技術，用于交通的安全的仿真技術系統是與其他的一般的仿真數據存在一定的區別的。在對一個區域的交通安全進行評估的時候，交通安全仿真系統必須運用精確的數法和事故率法進行評價，而且還必須考慮到人們的各種思想和行為方面的因素等。對于進行摸模擬的交通路段，交通工具的選擇就可以做任意的選擇，環境設置也沒有固定的要求，盡量把環境設置的真實化。再以一個旁觀者的角度來對交通事故進行分析與探討，通過進行系統的分析得出交通路段的精確的安全評估結果，并為安全事故提供出一個合理的解決方法。

1.2.3 在制造界的應用

計算機仿真技術在制造行業方面也具有較為廣泛的應用。比如，將這一技術運用于汽車制造業，可以為投資進行風險預測，解決成本大、難度高的相關問題。計算機仿真技術在對進氣管內氣體的流動的模擬工作的時候，就可以把發動機工作的整個過程呈現出來，能夠進行較較直觀的描述。計算機仿真技術在汽車流場上的應用，可以模擬出氣流的分離的整個狀態，將抽象的形式表達出來，建立起了一個空氣動力學模型。如果遇到汽車碰撞的狀況，計算機仿真技術可以通過一些相關的數據建立碰撞的數學模型。

1.2.4 在通信業中的應用

隨著通信技術的發展，傳統式的設計方法已經不能夠適用于通信系統的多端的要求。通信系統的仿真技術已經成為現代的通信的手段的重要應用方式。比如說，可以做對通信系統的規劃工作，以及測試它的性能等方面。計算機仿真技術對于通信系統的不同的模塊具有精確的分析性能的作用。

在網絡協議教學中，很難運用傳統的數學來分析它的復雜性。在協議設計的教學過程中間，通信網絡協議中的代碼可以把它設計成為可以得以實現的代碼。所以，在信息的學科教學中，仿真技術在網絡協議的復雜性問題的解決中也有相當重要的作用。這項技術可以做到對一些信息學科進行的網絡教學過程中網絡協議進行合理有的評估工作。另外，如果運用這項技術也能夠避開由于不恰當的分析造成的判斷阻礙。通過對網絡建模工作，實現參數的精確確認，就能夠迅速的把模擬的系統在現實環境中展現出來。所以根據這項仿真技術的應用，可以把教學中的相關評估工作進行改進處理。同時為了考察網絡信息傳輸的及時性和應用的效率，要構建起相關的通信網絡。所以，通過以上可以看出計算機仿真技術對現實生活中的網絡協議仿真具有至關重要的分析和進行評估的作用和意義。

2 計算機仿真技術的類型

計算機仿真技術已經廣泛的運用在各個領域，具有較強的實用性。在對技術上的分析，計算機仿真技術主要有兩種類別。一種是OOS，它是一種面向對象的計算機仿真技術，運用操作目標的對象，把系統的功能和對象充分的運用起來，再通過與對象間的信息進行傳送工作。另一種是DIS，它是一種分布式的計算機交互的仿真技術，它主要是通過計算機的網絡方面的系統進行設備之間的相互連接，形成一個虛擬的仿真環境。

3 計算機仿真技術的技術分析

計算機仿真技術，它的主要核心技術就是計算機平臺的一種虛擬模擬技術，包括了建模的思想，數字化的基礎，以及對圖像的處理技術。計算機仿真技術由于它的仿真技術做到極其逼真，所以這項技術運用的領域也是極廣泛的，具有極強的優勢條件能夠把顯示仿真的效果做到最好。計算機仿真技術的實現方式有幾個步驟：

3.1 建立數據模型

建立起數據模型，是計算機仿真技術建立的前提工作。對于其的建立方式會有兩種不同的方法，一般可以運用演繹法或者歸納法。或者兩種方法結合起來一起運用也能達到對數據模型的建立。在分析法中，第一步工作是把數字化模擬的數據進行分析，將數據模型建立是以實際情況為前提的。建立模型的工作中，先做數據分析的工作，充分的對數據做好分析工作，然后再進行仿真的準備。

3.2 實現仿真模型

在數據模型建立完畢后，就要對數據模型進行程序化的處理工作。在這一工作過程中，要運用很多的編程語言來完成。把它模型化是一個重要而有些難度的工作，必須經過對大量的數據進行分析，然后做程序化的管理，最終才能實現數學模型的建立。

3.3 仿真實驗驗證

通過建立好數據模型，和實現數學模型的仿真，接下來的工作就是驗證仿真實驗。驗證的工作中，是對數據進行驗證工作，進而得到相關的仿真結果。

4 計算機仿真技術的發展

社會科學技術的不斷革新與進步，使計算機仿真技術也要根據時代的需求進行不斷的完善發展，適應社會的發展步伐，與時俱進，才能夠在未來的市場應用中能夠持續穩步的發展。

4.1 計算機仿真技術會與網絡聯系交融

計算機仿真技術現在雖被廣泛的運用在了各個領域，但是目前開發出來的絕大多數都還不能夠交融或者轉移，要實現共享的局面還達不到要求，具有一定的困難性。對于計算機仿真技術的高成本的開發現狀，這還是一個急需解決的問題，關鍵之處就是將計算機仿真技術進一步的擴展到網絡化的層面。這項工作在未來的發展中必將會有更為廣闊的運用前景，首先一點就是可以避開又一次的投資，另外，可以在這項工作進程中獲得一些共享資費。所以，實現計算機仿真技術的網絡化具有重要的意義。

4.2 虛擬制造技術

該領域是計算機仿真技術發展的又一廣闊前景。虛擬制造技術的各項工作的完成，要依托計算機仿真技術的應用，比過程之中的產品的設計，產品出廠和企業的管理工作等等，都離不開計算機仿真技術的應用使其正常運營。另外，虛擬制造已經能夠實現對制造的多維度的進行預測工作，制造技術不再單一。

4.3 計算機仿真技術

該技術是在軟件模擬的實驗下進行的一項科學的實驗。作為一個先進的技術，運用較經濟，安全可靠，并且還可以實現多次的實驗。仿真技術在現代的很多實驗系統中都有所應用，是對系統分析并進行涉及的重要方式。

5 計算機仿真技術與信息處理結合的分析

對于計算機仿真技術，在不同的層面上進行分析以后確切的認識到，之所以這項技術能夠被廣泛的運用到生活和工作的各個領域，就是因為它具有極強的使用價值。在對新的處理方面當然也會有更大的運用意義。在對光的信息的處理上，起著至關重要的作用。

作為先進的信息技術的處理方式，光信息處理的最大的優點在于容量大，速度快和具有并行的特性。計算機技術中的處理二維碼圖像信息的技術，光的信息處理可以對信息的增強處或者一些特別的特征方面進行識別都有很重要的影響作用。現在，有很多的計算機軟件都對信息的處理技術具有深刻的研究和發展。

計算機仿真技術對信息的處理方法還有對軟件的信息處理。例如，matlab軟件是科學計算機軟件的一種，對于信息的處理也具有極強的靈活性，處理的方式涉及到矩陣的運算和信息處理的很多方面。運用此項信息處理是先利用軟件輸入進信息進行的仿真模擬，最后進行可視化信息處理工作。這項軟件輸入快速，運算很安全，而且具有方便的處理信息的優點。

將計算機的仿真技術與光信息處理技術結合起來，仿真技術的功能也會更加的進步與發展。通過將仿真技術和信息處理技術的結合，能夠作為一項很好的信息處理方法。把抽象的信息具體的展現出來，使其實現可視化，對于信息的處理的精確性能夠有更高層次的提升。所以，基于此原因，要做好計算機仿真技術與信息處理的結合運用工作。

因此，計算機仿真技術作為靈活性較強的計算機技術，計算機的應用也主要是對信息進行處理工作。把計算機仿真技術與信息處理結合起來，可以有效的提高信息處理的精確性和工作的效率。計算機仿真技術通過圖像技術或者數學建模思想，進行虛擬的轉換，將現實世界利用圖像的形式表現出來，具有可觀，并可以把抽象的信息具體化，再進行高效率的處理工作，能夠適應現代社會中高效率快節奏的環境。

6 結語

計算機仿真技術在未來的發展道路上，必將隨著時代的進步步伐不斷的完善自己科學化的發展。作為目前應用最為廣泛的計算機技術，在數字計算或是信號通信方面都都有他的獨特的優勢和應用價值。仿真技術中，它將虛擬的抽象世界還原成可視的現實世界。而對于信息處理，它另一方面來說又被大量的植入進計算機仿真技術中。所以，將計算機仿真技術與信息處理合理的結合起來，就具有極強的發展空間，同時有更廣闊的研究價值。

參考文獻：

[1] 艾莉莎.物聯網空間域的泛傳播構型[D].北京郵電大學，2014.

[2] 唐穎.蠟印圖案的數字仿真及噴墨印花[D].江南大學，2011.

第6篇：數字化虛擬仿真技術范文

【摘要】隨著時代的發展，科技的進步，虛擬仿真技術在實訓教學中的作用也越來越明顯。虛擬仿真技術的應用可以有效地提高教學的質量和效率。本論文通過闡論虛擬仿真實訓系統的虛擬仿真機器人機械臂模型用到的三維建模技術及軟件（如Maya、Max等）、原理以及虛擬仿真技術的應用領域和發展趨勢，從而研究它的價值和市場經濟效益，并探析了虛擬仿真實訓系統開發的技術在實訓教學中的應用。

【關鍵詞】虛擬仿真技術/平臺；虛擬仿真訓練系統；實訓教學

一、虛擬仿真實訓系統的三維建模技術及軟件研究

虛擬仿真系統的功能主要體現在它可以讓使用者借助于專用的視、聽、觸覺等具有感知功能的設備，進入仿真系統制造的虛擬空間，并且還能夠與虛擬環境中的人和物體進行實時交互，從而感知和操作虛擬環境中的各種對象，最終達到身臨其境的效果。它的組成主要是把計算機作為主要的部分，其次綜合利用三維圖形、多媒體、仿真等技術構建起一個逼真的虛擬系統。從它的組成部分和應用程序來看，虛擬仿真實訓系統對三維圖形的利用還是十分頻繁的，因此我們應當對其進行重點研究。虛擬仿真實訓系統在工業機器人上的應用設計主要是利用三維建模軟件，通過虛擬現實標準語言建立虛擬環境中的實體模型表現出來，最后通過描述它們之間的結構關系，快速、真實地顯示三維虛擬工業機器人，并為工業機器人控制系統提供一個研究觀察平臺。本段主要通過對虛擬仿真實訓系統的三維建模技術及軟件研究，來發現虛擬仿真技術的優點和研究其未來的發展方向。

Maya軟件是美國Autodesk公司出品的世界頂級的三維動畫軟件，通過對Maya軟件的運用，能夠使虛擬仿真實訓系統在一定程度上提高制作三維動畫的效率和品質，調節出仿真的角色動畫，使其得出更加真實的效果。這是因為Maya軟件不僅僅包括一般三維和視覺效果制作的功能，而且還能夠和世界上最先進的建模、數字化布料模擬、毛發渲染、運動匹配技術相結合，使得虛擬仿真實訓系統所創造出的畫面更加真實有立體感。

二、虛擬仿真技術在各領域內的作用

隨著科技的發展，虛擬仿真技術在一些高科技等高端領域的地位越來越凸顯出來，地位與作用也逐漸提升。尤其是在移動互聯網的應用與開發、手機游戲設計及其所用到的一些主流引擎甚至高端引擎方面的價值更為突出。

Maya軟件是虛擬仿真技術的一種，它應用的對象是專業的影視廣告，角色動畫，電影特技等。它能夠在工作的過程中展現的比較靈活，易學易用，制作出動畫的效率非常高，渲染出畫面的真實效果比較強，它對畫面中角色動作的捕捉尤為清晰，與畫面角色的綁定的聯系性也十分緊密，是虛擬仿真實訓系統中一個比較不錯的系統軟件。MAX軟件它最開始的應用是在電腦游戲中的動畫制作，后來又進一步的開始參與影視片的特效制作，MAX軟件還被廣泛地應用于廣告、影視、工業設計、建筑設計、多媒體制作、游戲、輔助教學以及工程可視化等領域，也就是虛擬仿真實訓系統當中。它強大的立體三維功能被新媒體、影視動畫、游戲動畫等領域廣泛運用。

三、虛擬仿真技術為機器智能實驗課帶來的好處

虛擬仿真技術的應用為現代化的社會帶來了許多的方便，讓機器實驗課、項目實訓的智能科學與技術專業實驗教學越來越豐富化。虛擬仿真技術的應用可以有效地提高教學的質量和效率。通過對虛擬仿真技術的應用，使得上級和下級、老師和學生的客戶信息以及實訓項目、實訓指導、模擬操作、技能測評等等的信息存儲在管理信息庫中，與此同時，上級和下級或是老師和學生之間就可以通過客戶機對下級或者學生之間的實訓進行遠程的指導與管理。

隨著時代的發展，科技的進步，虛擬仿真技術在在現代職業技能教學中的作用也越來越明顯。虛擬仿真技術的不斷完善和發展，將為機器智能實驗課等實訓課程帶來更多的方便和益處。由于它能夠為人們提供一種高級的人機接口，具備交互性、想象性、沉浸性等特點，所以它主要的應用領域在政府、企業、學校等這些需要實訓學習環境的地方。

四、虛擬仿真實訓系統的應用領域和發展趨勢

作為一項新興的科學技術，虛擬仿真技術還處在一個不斷探索前進與不斷完善的階段當中，其發展趨勢呈一個不斷上升的大幅增長的趨勢。從目前來看，雖然目前政府、教育部門、學校、教師都已經認識到了虛擬仿真技術對于職業教育實踐性教學環節的重要作用和發展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決，因此虛擬仿真技術正在與教育、培訓等領域不斷地相適應和匹配。

其次，雖然目前政府、教育部門、學校、教師都已經認識到了虛擬仿真技術對于職業教育實踐性教學環節的重要作用和發展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決。雖然目前政府、教育部門、學校、教師都認識到了虛擬仿真技術對于職業教育實踐性教學環節的重要作用和發展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決。例如：虛擬仿真技術對計算機及相關硬件的要求比較高，但是這些方面的發展不能夠滿足人們對虛擬仿真技術的需要，虛擬仿真軟件數據是一個龐大的數據庫，三維立體仿真軟件的應用對顯卡和顯示器等也有很高的要求，也就是說，虛擬仿真系統對硬件的要求較高。因此需要對計算機及相關硬件的發展有一個更高的要求。最后，教學類虛擬仿真軟件的質量還有待提高、對虛擬仿真技術的研發標準也不統一和對虛擬仿真技術應用不夠廣泛等等，這些都是需要發展改善的地方，也是未來虛擬仿真技術發展的一個大的趨勢。

五、虛擬仿真實訓系統的價值和市場經濟效益

虛擬仿真實訓系統作為一個高端的科技系統，對政府、企業、學校等的發展，起到了至關重要的作用，并為其創造了更大的價值。同時虛擬仿真技術的不斷發展，也在打開了市場，擴大了市場份額的同時為市場創造了更多的經濟利益。

在市場經濟為主導的今天，虛擬仿真實訓系統也為市場經濟的發展做了一定的貢獻，為市場經濟的發展添磚加瓦，在自己發展得同時也促進了市場經濟的發展。因此，我們應當不斷地發展虛擬仿真實訓系統，使其深入到更多的地方，讓更多的地方和人們體會到虛擬仿真實訓系統為人們帶來的價值。

總結

虛擬仿真實訓系統的日漸完善，使得人們的生活也不斷的豐富活躍起來，政府、企業、學校等地方對其的應用，也促進了虛擬仿真實訓系統的發展。本論文通過闡論虛擬仿真實訓系統的虛擬仿真機器人機械臂模型用到的三維建模技術及軟件（如Maya、Max等）、原理以及虛擬仿真技術的應用領域和發展趨勢的研究，探討了虛擬仿真實訓系統的價值和市場經濟價值，同時也為虛擬仿真實訓系統的發展奠定了理論基礎。

參考文獻：

[1]劉仲波 李瑞濤 《擬仿真技術在城市軌道交通工程實訓中的應用》 吉林大學交通學院、吉林交通職業技術學院 2012年第12期

第7篇：數字化虛擬仿真技術范文

1仿真技術對機械設計制造行業的作用

仿真技術指的是設計人員以計算機為載體，通過利用相關軟件建立數據模型，對各性能參數進行分析從而選擇最優的設計方案，與傳統的設計方法相比安全可靠、使用靈活，大大節約了資金，也節約了反復制造實物的時間，因其不需要制造實物而又被稱為虛擬樣機技術。現代的機械設計制造行業中，因為很多系統設計非常復雜，數據量龐大，在實驗中存在很多難題，因此需要在計算機中建立相對應的模型對其進行仿真，對其各項參數性能等進行分析。在機械設計制造的初期，設計人員只要根據不同的方案在仿真軟件中建立虛擬樣機，便可以完成對不同假設的虛擬實驗，選擇最優方案或者對方案進行改進都非常方便。在機械設計制造行業中使用仿真技術不僅可以使計算更加精確，提升研發質量，而且也在一定程度上提升了研發效率，節約了研發資金。

2仿真過程的實現

2.1模型的建立

在機械設計制作的過程中，若要使用仿真技術，首先就要設計編輯條件和約束條件，確定研究目標，進而建立一個可以滿足系統要求的仿真運行系統。系統初步建立之后，便要求設計者根據相應的學科知識對該系統進行數字化表述，也就是對系統建立數學模型。通常狀況下，數學模型由于時間不同可分為動態和靜態兩種，其中動態模型又可以分為離散、連續和混合時間三種。

2.2模型的變換

這一步驟指的是把初步建立的模型通過數學表達式的作用變換成計算機能夠識別的樣式，這一過程運用了部分合適的計算機算法及語言，是仿真的基礎，也稱之為仿真模型。若要實現模型的變換，設計者可以使用現有的仿真軟件，也可以根據系統需求自行開發。

2.3模型的實驗

模型的實驗指的是通過在計算機中運行仿真模型能夠得到相應的仿真結果。做好了模型的建立和變換這兩大步驟，也就為模型的實驗打下了基礎，只要是按照預期設計目標來展開的前幾個步驟，那么這一步驟的實現并不困難。在對仿真結果進行衡量時，要對其可靠性進行分析，通常使用的方法有以下兩種：置信通道法以及仿真過程的反向驗證法。

3仿真技術在機械設計制造中的應用

3.1在齒輪設計中的應用

在機械裝備中，齒輪可謂是最重要的零部件之一，因此，在設計中對其性能進行仿真意義重大，并且不少設計者也針對此問題做了大量研究。其中包括：使用visuallisp語言對齒輪端面的建模和仿真，從任意幾何角度對其性能進行評估；用計算機仿真技術展開對圓弧針齒行星傳動的研究；對影響正交齒輪傳動接觸點的主要參數進行研究等等。此外，計算機仿真技術在齒輪泵的齒輪設計中應用也十分廣泛。

3.2在機械結構件設計方面的應用

一個機械系統的完成需要各部分機械結構件的組合，共同發揮它們的綜合作用。因此，在對一個新產品進行設計時，各零部件的性能能否正常發揮、它們之間的配合是否得當、如何選取組合方案等問題，都離不開事先用仿真技術進行模擬優化。現在市場主流的大型三維設計軟件都對結構運動仿真功能進行了開發，根據在該軟件中設計的裝配體的性能，對演示結構的運動展開模擬，如果需要運動學仿真，只需要提前設置好主運動件，具有極大的便利性。此外，在這些大型三維設計軟件的仿真運動過程中，設計者能夠從任意角度觀察運動結果，還能幫助設計者檢查結構的運動干涉等問題，功能十分強大。

3.3在復雜機械加工研究方面的應用

作為機械設計制造行業的生產基礎，用仿真技術對機械加工尤其是復雜機械加工能夠幫助設計者研究深層次機理，在理論程度上提升了這一步驟的性能與質量。在數控加工的過程中，可以使用仿真技術編寫CNC機床的零件加工程序，然后轉換成為對應的圖形信息，通過這些信息設計者很容易對加工參數進行設置。在磨削加工中，通過磨削時間的不同展開對這一步驟的建模，以此建立的仿真模型可以對磨削的性能和質量進行預測，促使磨削步驟的最優化。

4結語

隨著經濟規模的擴大，現代工業技術得以迅速發展，各生產步驟和工藝越來越復雜，因此，必須借助自動測試和仿真等計算機技術幫助設計者對設計方案進行優化。尤其是伴隨著仿真技術在機械設計制造中的使用，實現了設計者從復雜龐大的信息中對機械部件或者加工過程的最優化控制，解決了傳統機械設計制造過程中無法實現的問題。

作者:熊勇 單位:內江職業技術學院機械工程系

參考文獻:

[1]張小亞.淺談虛擬現實技術在機械設計與制造中的應用[J].企業導報,2011(16):276-277.

第8篇：數字化虛擬仿真技術范文

[關鍵詞]數字樣機技術，工程設計，應用研究

中圖分類號：TB21 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）15-0382-01

一、前言

數字樣機技術是使用數字代替實物進行產品數字化設計的技術。使用數字樣機能夠快速靈活的進行設計，而且更加有真實感。并且能夠縮短研發周期，降低成本。

二、虛擬樣機技術的概念

虛擬樣機技術是一種通過綜合運用計算機輔助設計中先進的建模、信息管理和多領域仿真等對產品進行設計和分析的方法。利用虛擬樣機技術建立產品計算機模型，對模型進行仿真分析，根據分析結果指導產品的后續研發以及產品的改進設計；同時可以分析機械產品在不同應用環境下的整體性能，進而對產品的質量性能進行評價。

在以往的機械產品研發過程中，對方案進行論證、根據經驗進行初步的設計、后續的細節進一步修正或改進設計等一系列流程總是在不斷的循環討論當中。為了驗證設計是否合理、可行，功能能否實現，還需要對物理樣機進行多次的測試實驗，根據實驗結果，再對產品的設計方案進行改進，同時再次制造或改進物理樣機進行實驗以達到設計的要求。在機械產品設計和研發中應用數字化的虛擬樣機技術改變了產品設計樣機建造測試評估反饋設計的傳統設計流程，避免了物理樣機的生產及其修改加工，節約了設計研發成本。通過數字化的計算機輔助設計技術，可迅速縮短產品開發周期，同時也有利于不同設計工作的協同進行。

三、虛擬樣機技術的特點

機械產品的設計是一個不斷的循環過程。為了驗證設計方案是否合理，需要制造樣機進行性能測試，但設計過程中往往需要對設計及樣機進行多次改進，才能獲得符合要求的設計方案，這種設計方法往往耗時、耗力、耗物。

利用虛擬樣機技術對機械產品進行的設計研發是一個并行的過程。通過對多種設計方案進行如有限元、運動學和動力學等仿真分析，對仿真結果比較，最終確定一個最優化的方案，產品研發周期短，研發成本低，有效地提高了產品質量。

1、全新的研發模式

傳統的產品設計研發是一個串行的過程，而采用虛擬樣機技術則可以實現產品不同設計工作的同時進行，通過仿真得到產品在不同使用環境下的動態響應，進而評價不同設計方案可行性。

2、產品研發周期短、成本低、質量高

基于虛擬仿真平臺建立初步設計完成后的產品模型，對所建模型進行多次仿真試驗，這樣省去了樣機的制作時間，縮短產品開發周期，同時也能夠提高產品的質量和性能。

3、實現動態設計的重要手段

企業間可以通過網絡將各自的產品的信息進行傳遞，以便雙方就一些產品設計信息進行交流，同時可以就設計問題進行討論，實現了不同時間、地點、人員對產品設計的進行。

4、支持產品的全方位測試、分析與評估

利用虛擬樣機技術對產品在不同應用環境下的動態響應進行仿真，根據結果對產品結構進行分析，得到產品全方位的測試結果，有利于對產品進行全方位的分析和評估。

四、應用現狀

數字樣機技術在一些工程設計與制造技術較發達國家，如美國、德國、日本等已得到廣泛的應用，應用領域從汽車制造業、航空航天業、國防工業到人機工程學、醫學以及工程咨詢等很多方面。所涉及的產品從龐大的卡車到照相機的快門、火箭到輪船的錨鏈。在各個領域里，針對各種產品，數字樣機技術都為用戶節約了開支、時間并提供了滿意的設計方案。采用虛擬現實技術，基于數字樣機軟件，借助VR外設工具可對產品的不同層面（零部件級、組件級、系統級）進行數字化樣機裝配和維護，實現具有沉浸感的產品裝配與維護，對產品裝配性能、裝配工藝性和維護性進行評估和優化，在設計階段驗證產品的裝配和維護性能。如在寶馬汽車公司，虛擬裝配被用于驗證整車裝配，在整車總計806個裝配操作中，有494個操作得到評估，并且據此制定了標準的操作規程。該公司為車門的裝配操作設計了一個虛擬裝配系統。該系統能夠識別語言輸入，完成相應的操作，當發生干涉碰撞時，能夠發出聲音報警。

洛克希德馬丁在戰斗機系統F-16項目研究中，為了解決F-16維護性和人因學方面的技術問題，公司經過多次論證，淘汰了基于金屬實物模型方案，轉而利用數字樣機進行維護性和人因學設計評估與驗證，從經濟角度看，飛機裝置的一次重新設計和樣式翻新所

需要的金屬模型的造價就會超出一個虛擬維修系統的費用。虛擬維護的其他優勢還在于它比金屬模型更能夠縮短研制進度。利用金屬模型的時候，設計組對模型進行設計審查的準備工作要花費數周時間；而利用虛擬維護系統，在幾天內就可以將模型轉換成虛擬維修模型，在一周內就可以將詳細的分析結果返回到設計組。通過利用數字樣機技術，極大地改善了維修性設計技術手段，該公司提出在以后的飛機維修性設計與分析中要廣泛采用數字樣機技術。

五、虛擬樣機技術在機械領域的應用

產品的設計流程包含結構設計、結構有限元分析、系統運動學與動力學分析、控制系統設計、虛擬樣機作業過程模擬、系統穩定性與安全性評價、系統故障預測及冗余設計等。該設計過程在設計初期就充分考慮結構系統與控制系統的相互耦合作用，并進行產品作業全過程的計算機模擬，預測產品的性能、壽命及可靠性，從而縮短了開發周期，降低產品開發成本和開發風險。

1.虛擬樣機技術軟件

比較有影響的有美國MSC公司的ADAMS、比利時LMS公司的DADS以及德國航天局的SIMPACK。ADAMS占據市場50%以上份額。其他軟件還有：WorkingModel、Flow3D、IDEAS、Phoenics、ANSYS和Pamcrash。ADAMS（AutomaticDynamicAnalysisMechanicalSystem）軟件是美國MDI公司（現已并入MSC公司）開發的機械系統動力學仿真分析軟件，是目前世界上最具權威的，使用最廣的機械動力學分析軟件。ADAMS軟件的仿真可用于預測機械系統的性能、運動范圍、碰撞檢測、峰值載荷以及計算有限元的輸入載荷等。包括ADAMS/ViewADAMS/Solver及其他擴展模塊

2.虛擬樣機技術在機械系統中有三種不同性質的分析

（1）機械系統的靜力學分析：剛性系統。（2）機械系統的運動學分析：主要涉及系統及其構件的運動分析。當機構的自由度=0時，進行運動學分析。（3）機械系統的動力學分析：主要涉及由外力作用引起的系統運動分析

當機構的自由度>0時，進行動力學分析。主要有基于運動學和動力學可靠性分析技術：基于運動學和動力學虛擬樣機制造技術；基于運動學和動力學結構綜合優化技術；基于運動學和動力學機構優化分析技術（如多連桿桿系分析）；運動學和動力學設備故障分析技術；下面就我們機械壓力機的曲柄連桿結構用虛擬樣機如果處理來舉例一下：

六、結束語

數字樣機技術是使用數字代替實物進行產品數字化設計的技術，被廣泛的應用。使用數字樣機能夠快速靈活的驚醒設計，而且更加有真實感。并且能夠說短研發周期，降低成本。

參考文獻

[1] 劉國昌，韓虎.基于ADAMS協同仿真技術的研究與實現[J].起重運輸機械，2010（6）：38-40.

第9篇：數字化虛擬仿真技術范文

一、機械設備制造仿真技術概論

仿真技術的迅猛發展,為機械產品的設計開發、性能分析與制造提供了強有力的利研手段,逐漸形成了專業的機械系統仿真技術。主要的仿真技術包括cAD三維建模、結構有限元分析、多體系統動力學分析、優化設計。應用它們可以解決從零件到裝配件的結構剛強度和產品的各項性能要求等問題,這些技術作為機械系統仿真技術中的幾個最為關鍵的部分,相互滲透,相互關聯,大有一體化和集成化趨勢。

二、設備仿真技術發展

(一)加工設備布局仿真

設備布局是構造一個有效車間系統最為重要的環節,相同車間地址、相同的人員、相同的技術和設備,僅僅由于布置方式的不同,生產系統的功能可產生天壤之別。高效率的設備布局作為提高企業生產效率和效益的手段之～,越來越受到人們的重視。在工業發達國家,除了降低原材料和能源消耗外,已把改進物料搬運、改善工廠中的物流組織看作是減少和節省開支以獲取利潤的重要方面。現代生產管理理論減少企業內部生產物流的具體途徑可以概括為以下三點:

一是通過最優的工廠布局,建立順暢的物流線路,或者采用加工中心,實現工序集中,減少運輸次數,縮短物流距離;二是成組搬運,直接減少搬運次數;三是確定最優的運輸路線和運輸速度,建立連續短捷的運輸路線,減少運輸的停頓、路線交叉和倒流現象。

(二)多學科優化理論在仿真中的應用

機械設計技術及設計方法學的研究大都開始于工程應用問題的研究,再隨著研究工作的進展逐步上升為獨立的理論,然后反饋應用于產品設計的實踐。多學科設計優化理

論的研究也遵循了同樣的規律。在航空航天領域發展起來的MDO技術是當前國際上一個最活躍的研究課題。MDO問題涉及到的變量數目較多,學科之間的信息交換極為復雜,直接搜索目標函數和約束值的計算量令人難以忍受,某些學科分析會產生一些無法預計的失真,難以采用效率較高的梯度算法進行設計空間搜索,影響處理速度。因此,優化過程中一般不將設計空間搜索程序與多學科分析直接禍合起來,而是對目標函數和約束給予近似的表達,將直接搜索和這些易于計算的近似表達禍合起來,得到近似問題的最優解后,通過最優解處的重分析來修正改進近似模型,避免頻繁的多學科全分析。

(三)基于虛擬樣機的機械仿真

在機械設計領域,虛擬樣機技術作為一種嶄新的產品開發方法,更是一種十分重要的綜合仿真式開發手段。機械系統虛擬樣機是基于虛擬樣機的機械系統仿真技術,是指在制造的一臺物理樣機生產出來之前,利用計算機技術建立該機械系統f產品)的三維數字化模型(即虛擬樣機);對其進行靜力學、運動學和動力學分析,較好地仿真該機械系統的運動過程,以預測機械系統的整體性能。該技術以機械系統運動學、動力學和控制理論為核心加上成熟的三維計算機圖形技術和基于圖形的用戶界面技術,將分散的零部件設計和分析技術集成在一起,提供一個全新的研發機械產品的設計方法。它通過設計中的反饋信息不斷的指導設計,保證產品尋優過程的順利進行。

三、sOILDwROK建模導入ADAMS

ADAMS軟件具有強大的動力學解算器,但其實體建模功能相對比較薄弱。對于比較復雜的零部件,如用ADAMS建模模塊進行三維實體建模,不能保證模型的尺寸精度和裝配的位置精度。應用SoildWorks軟件對設備進行整機建模,按工程圖紙將其變為一個數字樣機,然后將其轉換并導入到ADAMS壞境中使用。由于SoildWorks和ADAMS是兩個完全不同的系統,所以各自的數據都難以被對方識別。要將SoildWorks中創建的三維實體模型導入到ADAMS環境中,必須兩種軟件具備某一相同的幾何數據轉換模塊,先將SoildW01.ks的數據轉換成中性(不依賴于SoildWoI_ks系統),然后將中性數據通過幾何數據轉換模塊轉換成AI)AMS數據。

(一)虛擬設備的裝配

經上面步驟零部件導入AI)AMS后,各構件之間還只是毫無聯系地獨立存在于ADAMS中。這種狀態下即使全部零部件都己導入,也不能構成一臺具有現實意義的虛擬樣機。這就如一堆拆散的零件擺在地上不能構成一整的機器。下面的工作就是要將這些分散的零部件"裝配"成一整的機械,并賦予一定的工作環境,使其能夠模擬現實的工況工作。

(二)仿真實驗

所謂仿真就是在模型上進行實驗,它是將被研究的對象及其特征抽象成模型,通過對模型的實驗操作及實驗結果的分析,探討和推斷對象本身所具有的性質及其運動變化規律。