數字化仿真技術精選(九篇)

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第1篇：數字化仿真技術范文

目前，嵌入式計算機系統向著網絡化、平臺化和智能化發展，原由多個計算機分別完成的任務功能集由單一綜合化、集成化的計算機系統來完成[1]。原各計算機完成的使命任務由綜合化計算機上相應的硬件模塊和軟件來完成，模塊之間的通信由綜合化計算機的高速總線來完成，而且，許多模塊還包括FPGA、DSP等。該類嵌入式計算機系統的大多數為強實時、具有關鍵或重要安全的等級，基于分區高安全可靠操作系統來開發，軟件固化或動態加載到相應的模塊上，基于總線消息驅動的執行。由于綜合化嵌入式計算機系統各硬件模塊上的軟件基于高速總線自動交互以及各模塊軟件間的運行時序復雜，傳統的測試方法已難以確保各模塊軟件間的交互和時序、功能協調性、一致性的驗證，各種安全型故障模式難以實施充分性的測試，軟件安全性測試要求的路徑測試難以完成。為了確保綜合化計算機系統的軟件安全性、可靠性、互操作性和功能處理的正確性，本文提出相應的數字化仿真測試系統，以保證測試的充分性。

2系統框架

數字化仿真測試系統由嵌入式計算機數字化仿真系統、仿真測試支撐框架、仿真測試控制臺及系統數據庫組成，其系統框架如圖1所示。其中，嵌入式計算機數字化仿真系統包括嵌入式系統硬件結構仿真、嵌入式仿真系統運行控制及嵌入式操作系統[2]。嵌入式系統硬件結構仿真以構件技術模擬硬件系統中的基本芯片單元，包括CPU、寄存器、存儲器、定時器等，組裝這些仿真構件形成有具體功能的模塊；嵌入式仿真系統運行控制模塊監控所有的仿真構件、構件接口及各個總線，動態維護整個系統的運行，實現信號路由，時鐘管理及仿真構件的管理。通過仿真構件、仿真系統運行控制模塊及嵌入式操作系統這個3個部分搭建起與真實硬件系統功能相同的仿真系統。下文以此測試框架為基礎，重點研究數字化仿真運行環境相關模塊的設計。

3數字化仿真環境的設計

3.1體系結構

數字化仿真環境由仿真運行控制器、仿真環境配置器、時鐘管理模塊、信號路由模塊及仿真構件對象集組成，如圖2所示。圖2數字化仿真系統體系結構仿真環境啟動后，仿真控制模塊根據仿真環境配置器的配置結果，加載構件的DLL庫文件，創建這些即將在仿真環境中運行的對象；同時實例化信號路由器對象及仿真時鐘管理對象，信號路由器對象維護所有構件的引腳連接關系，動態地管理信號的傳輸。仿真時鐘管理對象以仿真構件中最高的時鐘精度為基本的仿真時鐘周期，對所有監控的構件進行時鐘同步。仿真控制模塊以線程的方式啟動構件對象、時鐘管理對象及信號路由對象，使它們可以并發運行。

3.2芯片級仿真

嵌入式硬件系統在靜態結構上由連接和邏輯功能部件組成[3]。邏輯功能部件包括微控制器芯片、存儲器芯片、AD轉換器及各種傳感器，這些部件功能獨立，運行時相互間的影響較小。因此，可以將硬件芯片設計為低耦合、高內聚的仿真構件。仿真構件是數字化仿真系統的基礎，對整個系統的性能及擴展性影響較大。因此，采用構件化的技術實現，便于用戶對構件庫的擴充并且增加了仿真構件的復用性。仿真構件在邏輯結構上可以劃分為屬性集合功能集。屬性集為芯片的GUI特性以及芯片的引腳特性。GUI特性用于支持仿真構件的可視化及模塊化配置，引腳特性描述芯片的各引腳傳輸信號的類型。具有模擬和數字2種。功能集是對芯片的邏輯功能的仿真實現，這些功能的運行會對仿真構件的GUI特性及芯片引腳特性做出相應的改變。

3.3模塊級仿真

在芯片級仿真的基礎上，產生了用于搭建虛擬系統的各種仿真構件，包括微控制器構件、存儲器構件、寄存器構件及串口通信構件等。而嵌入式是硬件系統由各個模塊組成，因此需要對仿真構件進行模塊化配置。本文設計了仿真環境配置器用于進行仿真構件的模塊化配置，生成模塊化的虛擬系統。仿真環境配置器圖形配置模塊和環境配置模塊2個部分組成，如圖3所示。其中，圖形配置模塊為用戶提供可視化的仿真構件配置途徑；環境配置模塊生成模塊化的配置文件，便于仿真環境動態運行時，對仿真構件的調度與配置。圖3仿真環境配置器結構用戶在進行虛擬系統的模塊化配置時，根據目標硬件系統的藍圖，在仿真構件庫中選擇對應的仿真構件，將其拖至配置區。在配置區可以獲取構件的基本信息，并根據設計需求，修改構件的部分外部特性及電氣屬性，得到與真實目標系統中硬件部件一致的仿真構件。得到需要的所有仿真構件后，可以用拖放的方式改變構件的圖形外觀大小及占用區域，使它們能合理的分布在配置區中。然后根據設計需求連接構件的引腳，搭建起數字化的目標系統硬件仿真平臺。設計中采用事件驅動的方式，驅動配置器的運行，實現系統的配置功能，如圖4所示。其中，箭頭代表事件。

3.4仿真運行控制

仿真運行控制器是數字化仿真系統的核心部分，其性能決定了數字化仿真系統與真實硬件系統的逼真程度。仿真運行控制器協調仿真構件集的運行；根據用戶的配置結果，在宿主機操作系統上對硬件系統進行虛擬化；為仿真環境中各模塊的運行提供仿真時鐘，保證運行時序的正確；另外仿真運行控制器為調試工具及測試工具與仿真硬件系統的交互提供支持。其體系結構如圖5所示。仿真運行控制器信號路由模塊仿真控制模塊仿真構件對象時鐘管理模塊工具對象圖5仿真運行控制器體系結構仿真環境啟動后，仿真運行控制器創建運行控制器對象和仿真環境配置器對象。依次加載工具、構件的DLL庫文件，創建這些即將在仿真環境中運行的對象。然后實例化維護仿真時鐘的時鐘管理對象及維護信號傳輸的信號路由對象，使它為環境運行提供服務。接著以線程的形式啟動工具、仿真構件、時鐘管理對象及信號路由器對象，進入它們的主工作流程。仿真運行控制器的設計采用面向對象的編程思想，所有功能都由對象完成，每個模塊對應一個主對象，只能通過對象對外輸出的方法訪問模塊的屬性。控制模塊是仿真運行控制器的主體，以對象形式管理內部屬性和方法，但它主要操作外部對象獲取信息或控制其運行，這些部分無法直接訪問或操作它，只有在外部啟動仿真運行環境時在主線程中創建和實例化。

3.5仿真時鐘的實現

虛擬的仿真系統是基于仿真構件的集合，構件采用消息驅動的方式運行，為了保證系統運行時序的正確性，需要提供時鐘同步機制[4]。本文設計時鐘管理模塊，為仿真運行環境中的各個構件提供仿真時鐘，保證時序的正確性。仿真時鐘的一個tick設定為仿真環境中最小的時鐘周期。仿真運行開始，時鐘管理模塊向所有監控的構件傳輸仿真時鐘t0，各個構件接收到時鐘t0后啟動構件運行單元，執行一個時鐘周期的任務，任務完成后通知時鐘管理模塊；時鐘管理模塊接收到所有監控的構件任務完成消息后繼續傳輸仿真時鐘t1。整個虛擬的仿真環境以此方式順序執行。另外，時鐘管理模塊要能夠為系統其他部件提供定時功能。為了保證系統的效率，采用如下所述的Δ時間鏈算法：要提高查找效率需要良好的數據結構支持，算法中采用散列表來記錄所有的構件的定時請求及定時到達請求，如圖6所示。NULL指向定時消息列表NULL指向定時消息列表指向定時消息列表指向定時消息列表NULLNULL散列基倍數構件ID線程ID定時器IDNEXT散列基倍數構件ID線程ID定時器IDNULL散列指針圖6定時消息散列表散列表的主鏈為循環鏈表，其每個節點可以掛接子鏈表，用于記錄定時請求時刻同時到達的構件信息；主鏈表的長度為散列基數，當定時請求時間較長，超出散列基數時，則將其換算成散列基數的倍數與余數的和，倍數記錄在鏈表節點中，按照余數將鏈表節點插入到對應的子鏈表中。這樣所有的定時請求都可以記錄在循環散列表中，處理定時請求的操作即為循環往復地訪問散列表，每次循環中，將子鏈表節點中的倍數遞減，若倍數遞減至0，則對應的定時時刻到達，通知相應的構件。具體表述如下(為便于描述，使用了部分符號)：Ticks指定時時間的長度；BaseSum代表散列基數；MultipleSum是散列基數的倍數；ComplimentSum代表在當前循環中時鐘還要計數多少刻度才觸發該定時事件；指針TimerInfPointer指向當前待喚醒的定時消息列表。若新定時請求到達，時鐘管理模塊記錄構件的基本信息，然后計算其在散列表中的位置，計算過程為：MultipleSum=(Ticks+TimerInfPointer)/BaseSumComplimentSum=(Ticks+TimerInfPointer)modBaseSum按ComplimentSum將此節點插入到對應的子鏈表中，子鏈表中的各節點按照其MultipleSum的值進行排序。仿真時鐘每計數一次，則檢查當前散列指針指向的子鏈表，子鏈表節點中的MultipleSum為0，則定時時刻到達，通知相應的構件，然后將該子鏈表中剩余節點的MultipleSum減1，將散列指針TimerInfPointer移向下一個單元，繼續處理下一個時刻到達的定時請求。

3.6信號路由的設計

目標板上的硬件部件通過發送和接收物理信號的方式，實現對外的控制和接收外來的觸發事件。物理信號在硬件系統中靠電壓驅動，其路徑由導體(導線)引導[2]。在數字化仿真環境中信號傳輸通過消息驅動來實現，為了保證信號傳輸路徑的正確性，本文設計路由模塊來維護系統的通信。仿真系統動態運行時，仿真構件是一個獨立的運行實體，它只需要關心如何把數據輸送到自己的引腳上，實際的傳輸過程由信號路由器來實現。信號路由器要傳送信號，首先要找到信號流向通路，即仿真構件之間的引腳連接關系，這些相互間的連接關系在配置硬件平臺時已經確定，因此，信號路由器需要在系統配置完成后，根據構件間的引腳連接關建立起仿真系統的引腳信號路由表，當構件從引腳輸出信號時，信號路由器查詢路由表，找到與該引腳連接的所有構件引腳，將信號組裝成消息發送到目標構件。具體設計中，路由表使用多級鏈表實現，如圖7所示。

當構件發出傳輸信號請求時，信號路由器依次處理該構件的每個引腳，檢查每個引腳的連接關系，如果連接對象合法，則針對該連接對象創建一個消息結構保存這個引腳上待傳輸的信號，把它掛接到連接對象的輸入信號鏈表上，并且記錄該結構地址；處理完所有引腳之后，依次向連接的對象發送消息，并通知連接的對象有信號需要接收。當構件接到通知有信號輸入請求時，進入臨界區，讀取消息輸入鏈表，依次取出保存引腳信號的數據結構，把信號填入自己的接收單元，取完信號后退出臨界區，進入內部處理過程。

第2篇：數字化仿真技術范文

關鍵詞：虛擬實驗室;自動化生產線;仿真技術

1 引言

隨著經濟發展，中國已成為制造大國，生產設備一直向生產線方向發展。各個企業對設備的安裝調試與維護、操作人員需求量急增，促進自動化生產線的產生和發展。

自動生產線是機電一體化和自動化專業的核心課程。它涵蓋機械結構、氣動、傳感器、PLC等技術。

實驗教學是自動化生產線教學中的重要部分，但是實驗儀器短缺、實驗設備老化，實驗場地擁擠，嚴重影響教學質量。隨著多媒體和互聯網技術的高速發展，通過網絡建立自動生產線仿真實驗教學系統。

實驗者可以在自動化仿真實驗室內完成實驗，系統向實驗者提供可視化界面。自動生產線仿真技術可以降低自動化生產線實驗教學的成本，減少儀器的損壞和易耗品的消耗，避免人為事故和人身安全。

2 自動化生產線實訓設計

2.1 生產線裝置

浙江亞龍和浙江天煌的自動化生產線設備是高職院校使用最多的自動化生產線設備。這兩家企業所生產的自動化生產線很好地模擬了企業生產線的基本工序。采用氣缸或電動機完成機械加工，采用PLC進行生產線控制工作。對應各自生產線有不同PLC控制模式。對于采用分布式控制設備，PLC網絡的組建是核心內容。對于采用集中式控制設備，控制程序較復雜，輸入輸出點數多，重點就是硬件組態。

自動線裝置主要有五個站組成：供料站、加工站、搬運站、裝配站、分揀站。這五個站包含電源模塊、按鈕模塊、PLC模塊、變頻器模塊、步進電動機驅動器模塊、各種傳感器、電磁閥等。

2.2 生產線設計

對生產線控制有如下要求：

（1）緊急按鈕。生產線設備要安裝緊急停止按鈕，一旦發生緊急情況，只要按下按鈕，生產線立刻停止。

（2）運行方式。設置兩種運行方式：自動、手動。生產線工作時是自動模式，設備調試或維修采用手動模式。

（3）聯鎖和互鎖。生產線各部分相互關聯，需要在各個條件下進行聯鎖。生產線有些機構不能同時工作，需要互鎖設置。

（4）硬件設計。使用觸摸屏和PLC共同組成自動化生產線。CPU單元負責控制生產過程，觸摸屏負責通訊。傳感器將檢測信號反饋到輸入模塊進行比較。

（5）軟件設計。使用PLC仿真軟件進行模擬調試，為了提高生產線的柔性，程序要考慮各站間的銜接。

2.3 自動線仿真實訓軟件模型

（1）仿真軟件組成。自動化生產線仿真軟件是基于C語言開發設計的。先要開發工作站的三維模型，建設電路控制庫和程序代碼，導入控件中。自動線仿真軟件的設計結構有四層：1）界面表示層：處理用戶與應用程序間的交互。2）電路設計層：定義用戶界面的內容，可以二次制作元件進庫。3）程序設計層：提供應用系統的消息傳送、工件調取、顏色的選擇。4）數據庫層：存放電路模型圖和控制程序數據。

將邏輯層分為若干組件集，每一個組件集完成響應的電路功能。用戶界面層需要連接多個組件集來完成一個邏輯層。多個邏輯層組合成控制電路模塊。組件集可以相互調用。

（2）仿真軟件模型設計。仿真自動化生產線是由硬件部分和軟件部分組成的。硬件包括自動化生產線運動部件、控制電路零件、執行器等。軟件由電氣控制線路。PLC控制程序、仿真控制平臺構成。自動化生產線仿真模型分三層：界面模型、電路庫、程序庫。界面模型通過邏輯層代碼來獲取數據，通過三維動畫顯示出來。當程序被修改時，只要表示層接口不改，就不需要更新用戶界面程序。

2.4 仿真實訓系統分析

自動化仿真實訓系統是基于機電仿真平臺基礎上二次開發的，側重于自主練習和各站考核。系統設計多個系統故障考核點，配有仿真儀表，方便學生在實訓中對故障點排除。另一種仿真是用組態技術動畫連接，將畫面中的各站平面圖形與變量建立連接，當變量發生變化，畫面的圖形也發生變化。

3 自動化生產線仿真實訓特點

3.1 具有高職特色

高職教育具有職業定向性，崗位針對性的特點。高職教育中實踐教學貫穿高職教學全過程。高職院校進行仿真系統研發彰顯高職教育的特色。平時要注重對學生操作能力培養，所開發的實驗項目要與機電專業的職業崗位要求一致，貼切學生將來工作環境，體現工學結合。

3.2 虛實結合，優勢互補

傳統實驗教學的真實性是仿真實驗無法取締的，而仿真實驗的靈活和安全是實踐操作所欠缺的。因此，在實驗教學中結合傳統實驗教學和仿真實驗的優勢互補。

對于采集數據困難，實驗設備短缺的實驗，學生操作容易出問題，儀器損壞嚴重的危險性實驗，可以采用仿真實驗。對于有實驗條件的實驗可以進行真實實驗。

3.3 配備硬件設備

為了實現仿真教學，要專門建立機房隨時對需要做實驗的學生開放，要有專業教師協助實驗員進行機房管理。

4 結束語

在自動化生產線實訓設備短缺，場地有限的情況下，采用仿真實訓系統可以更好地開展實訓教學。仿真技術更貼近工業自動化生產現場環境，與傳統flas仿真是完全不同的。仿真技術能提高學生電氣控制技術和可編程控制能力，是自動化專業核心課程最好的開發工具。

參考文獻：

[1]宋象軍.虛擬實驗室在高校實驗教學中的應用前景[J].實驗技術與管理，2005（01）：22.

[2]馬玉敏，樊留群.基于仿真的生產線的規劃設計[J].制造業自動化，2004（10）：33.

[3]金文.仿真實訓系統在實踐教學中的應用[J].中國職業技術教育，2008（06）：33.

[4]汪曉凌.仿真技術在自動化生產線實訓中的應用[J].南寧職業技術學院學報，2014，19（01）.

第3篇：數字化仿真技術范文

Abstract： Digital circuits is an important course of undergraduate education. However， the students are lack of perceptual knowledge when learning this course， and also experiments. This paper proposes a method to optimize the process of teaching and learning by Multisim simulation. This method， which has overcome the shortcomings of either blackboard writing and Power Point slices， provides an opportunity of getting perceptual knowledge before classes for students， an instrument of exact and exquisite expression for teachers when teaching in class， and a tool of getting quick feedback to debug and improve designs for students when doing homework.

關鍵詞：Multisim；數字電子技術；教學

Key words： Multisim；digital circuits course；teaching and learning.

中圖分類號：G622.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）35-0144-02

1 現狀描述

數字電子技術課程是很多工科專業必修的課程，通常以課堂理論課為主，輔以一定數量的實驗課。在教學過程中發現，在講授組合邏輯電路時，開始涉及到具體器件之后，學生的接受水平明顯下降，表現為作業質量的降低，以及實驗課順利程度的降低，尤其是設計類實驗課。在此之后，部分學生跟不上課程進度，最后不能通過期末考試。最終，數字電子技術課程和模擬電子技術課程一起，成為整個學院二年級學生補考率最高的課程。

2 原因分析

以下分析了上述現象出現的原因：第一，課程最初階段，主要講授關于編碼和邏輯代數的知識。這一部分內容，學生在之前的計算機編程語言以及數學類課程的集合理論中有所涉及，因此能夠較好地接受邏輯代數化簡等新知識。第二，數字電子技術是學生接觸到的第一門大量涉及到芯片的課程，他們沒有關于集成電路的感性認識，而被直接灌輸集成芯片的功能表等被歸納總結好的理性認識[1]，這使得他們在課堂上對教師的講解感到困惑。第三，實驗室資源有限，沒有可能開展有專人指導的課前體驗性實驗。課后驗證性和設計類實驗也常常與課堂教學內容有一周以上的延遲，導致學生學過的理論知識還沒經實驗操作鞏固，就又要學習新的內容。第四，學生設計電路，從完成設計到得到正確或者錯誤的反饋時間過長。傳統的教學是學生做完作業，教師批改講解，即使教師很勤奮，至少也是隔天了。這樣他們得到反饋時，已經過了專心設計的高峰時間，并且得知設計有錯誤之時，也同時知道了正確設計方案，學生沒有機會再獨立地做一遍，沒有機會自我改正，自我提高。

3 改進策略

針對上面這些原因，需要找到一種方法，既能夠讓學生課前先有感性認識，在上課時再把這種感性認識上升為理性認識，又能讓學生在課后的設計練習完成后，立即發現是否有錯誤，獨立地糾正錯誤并改進設計[2]。我們發現，在教學過程中加入大量計算機仿真[3]可以達到這一目的。

3.1 課前預習 以往只有極少數學生能做到課前預習，根據對學生的調查（2014年6月，成績公布之后），聲稱會在課前預習的只占不到3%。在不預習的學生中，不預習的主要原因是（多項選擇）：沒有預習的習慣（73%），教材中的電路圖、表格太枯燥（66%）和對課程沒有興趣（21%），另有17%的學生沒有透露原因。

在2014年秋冬學期的教學中，我們開始使用Multisim仿真軟件，并將一些構造好的預習電路通過QQ群分享給學生，如圖1所示是8線-3線優先編碼器，圖2所示是4位同步二進制計數器，告訴他們下節課將講解這些芯片。在沒有要求預習的情況下，課前電路文件的下載量在經歷最初的高峰后，穩定在約占學生人數的25%左右，可見能夠堅持預習學生的比例比前一個學期有明顯的提高。

第4篇：數字化仿真技術范文

[關鍵詞]物理仿真技術 一次系統物理模型 變電站綜合自動化 實訓系統

引言

變電站綜合自動化技術在迅速普及，它是將變電站的二次設備（測量儀表、信號系統、繼電保護、自動裝置和遠動裝置等）經過功能的組合和優化設計，利用先進的計算機控制技術、現代電子技術、通信技術和信號處理技術，實現對變電站的主要設備和輸、配電線路的自動監視、測量、控制、微機保護以及調度通信等綜合性的自動化功能。

由于變電站綜合自動化系統和微機保護裝置替代了傳統變電站中的控制臺和繼電保護裝置，開展變電站綜合自動化系統和微機保護裝置的安裝調試與運行維護及二次回路接線等方面的專業知識、相關技能的實訓，顯得尤為重要。為此，我院采用物理仿真技術，開發了一次系統基于物理模型的變電站綜合自動化實訓系統。經過5年的實訓教學，取得了令人滿意的效果。

一、一次系統基于物理模型的變電站綜合自動化實訓系統的優越性

變電站一次系統由物理模型構成，變電站的一次設備（線路、母線、變壓器、斷路器、隔離開關、電流互感器、電壓互感器等）看得見、摸得著，加電運行，營造了一個真實運行的變電站，變電站各設備的電氣量（電壓、電流、有功功率、無功功率等）可直接測量顯示。可進行變電站正常倒閘操作及運行維護。可進行變電站各設備的故障模擬，觀察和分析變電站各設備的電氣量的變化，分析保護動作的邏輯關系，進行反事故演練。

變電站一、二次設備之間的連接接線，二次回路的故障檢查及排除，一直是變電站技術人員十分必要地專業技能。我院開發的一次系統基于物理模型的變電站綜合自動化實訓系統，二次系統采用變電站典型的綜合自動化設備（測控裝置、監控系統、以太網通信等），能進行二次回路接線及二次回路的故障檢查及排除方面的技能培訓。

在該培訓系統上進行實訓教學，學生有真實感，提高了學習興趣，同學們認為學到了真本事，提高了實際工作技能，實訓教學效果十分令人滿意。

二、一次系統基于物理模型的變電站綜合自動化實訓系統的設計方案

采用物理仿真技術，一次系統由物理模型構建了一個典型的220kV變電站，一次系統的每一個設備都有相應的物理模型，提供了變電站綜合自動化系統所需的電氣量和開關量、操作控制的開關設備。

可仿真變電站正常運行，由CSC2000監控系統進行監視、測量、控制。還可仿真變電站線路、母線、變壓器的各種故障，與微機保護配合，可進行保護動作分析和故障錄波。

一次系統物理模型正常運行加三相380V電壓，分為8個實驗臺。每個實驗臺有相應的一次系統圖，按照實訓內容可以分成5個獨立小系統。

（一）變電站一次系統物理模型構成

1.220kV實驗系統

此系統由三個實驗合構成，包括220kV雙母線實驗臺、220kV線路A實驗臺和220kV線路B實驗臺。220kV線路設置了分相操作的斷路器，實現了220kV線路保護的綜合重合閘功能。

（1）220kV線路實驗臺

220kV兩條線路（每條線路分別由3組電抗器仿真）分別在線路首端和末端處各設置一個故障點，可仿真各種類型、瞬時或永久性故障，與保護的綜合重合閘配合可實現單跳單重、三跳三重。線路A按照高頻通信的微機保護RCS902配置仿真元件、線路B按照光纖通訊的微機保護CSC103B配置仿真元件。

本系統收發訊機發信頻率為342kHz。

阻波器電感線圈在加入工頻信號時，阻抗值不大于0.04歐，阻波器電感電容在342 kHz信號下諧振。

連接濾波器帶寬為342 kHz±10kHk。

耦合電容可以用開關控制電容容量，分別仿真耦合電容匹配與不匹配狀態。

實驗臺的前面板上繪出仿真通道的構成圖。相應位置上，留出測試孔。測試孔不影響通道正常運行。

耦合電容接地刀裝在前面板上，結合濾過器的接地點處設一切換開關，可以仿真現場的一點接地或兩點接地。

（2）220kV雙母線實驗臺

可分別在兩條母線設置相間和接地故障，可以為母差保護提供實驗條件。

2.35kV實驗系統

此系統由35kV線路A實驗臺，35kV線路B實驗合構成。

35kV兩段母線，每段母線有兩條串聯型出線，兩條出線共設4個短路點，均可設置各種類型故障，可以提供兩條線路保護階梯式的動作條件。滿足三段式電流保護、備用電源自動投入裝置的實驗需求。兩個實驗臺均裝設絕緣監察繼電器，可以仿真系統有接地故障時的狀況，并能發出接地預告信號。

35kV系統的斷路器控制、音響信號回路與現場一致。

35kV一條線路裝設電磁型電流保護及重合閘裝置，另一條線裝設微機型（測控、保護、低周減載、重合閘一體的裝置）CSC211。可以分別做電流保護和三相一次重合閘實驗。

35kV兩段母線的分段斷路器，裝有備用電源自投CSC246裝置，可進行備自投的實驗。

3.10kV實驗系統

本系統用一個實驗臺。10kV在Ⅱ、Ⅲ類負荷出線可設置故障。實驗臺裝設絕緣監察繼電器，可以仿真系統有接地時的狀況，并能發出接地預告信號。

4.變壓器實驗系統

本實驗系統用一個實驗臺。仿真主變由三臺單相三卷變壓器組成，接線方式為Yn，y，d。Yn側接220kV雙母線，y側接35kV單母線，d側接10kV單母線。仿真主變通過各電壓等級的母線可以聯網。本實驗臺可為變壓器保護提供實驗平臺，也是綜合自動化實驗的重要組成部分。

變壓器繞組內、外可設短路點，仿真各種類型故障。

變壓器高壓、中壓、低壓側裝有三相操作的仿真斷路器。

一次系統圖繪制在實驗臺前面板上。操作把手裝在系統圖的相應位置上。系統的故障點有明顯的標識，由開關設置仿真系統各種類型的故障，并以閃光信號形象地顯示出短路點和短路類型。

提供變壓器保護裝置CSC326的實驗，系統可以設置內部短路、外部短路、匝間短路、220kV側可設置接地故障，在30%和70%抽頭處設故障點；可以為變壓器的主保護、后備保護提供實驗條件。

5.發電機-變壓器組實驗系統

本實驗系統用一個實驗臺，按照發電機-變壓器組接線方式設計。由小發電機、一臺仿真220kV/35kV/10kV主變壓器接成發電機-變壓器組形式，本系統可進行發電機-變壓器組的有關實驗，還可進行低周減載實驗。

系統中用直流電動機作為原動機，帶動一臺同步發電機。

變壓器由三臺單相三卷變壓器組成，接線為Yn，y，d。Yn側接220kV雙母線，y側接35kV單母線，d側接發電機出口10kV。

發電機和變壓器繞組內、外可設短路點。

變壓器高壓、中壓側裝三相操作斷路器。發電機與變壓器由隔離開關連接。

一次系統圖繪制在實驗臺前面板上。斷路器的控制開關裝在系統圖的相應位置上。系統的故障點有明顯的標識，由開關設置仿真系統各種類型的故障，并以閃光信號形象地顯示出短路點和短路類型。

（二）仿真斷路器和隔離開關

220kV線路保護有綜合重合閘功能，220kV線路設置分相操作斷路器。

其他位置設置三相操作的斷路器及隔離開關。

斷路器可以在本實驗臺操作，也可由保護測控裝置或綜自系統遙控操作。實驗臺上設有操作切換開關。系統中有表示斷路器、隔離開關位置的紅綠燈。分相操作的斷路器分相設置。

就地操作時，實驗臺上設有與實際系統具有相同功能的控制開關，可以獨立實驗跳合閘功能。操作時配有紅光、綠光、閃光、平光燈光信號。實驗臺所用的控制開關與現場完全一樣，具有預跳、跳閘、跳后、預合、合閘、合后幾個位置。

實驗臺上設有保護裝置所需要的斷路器壓力異常接點，壓力異常時能夠閉鎖相關操作。

表示斷路器、隔離開關位置的輔助觸點，送到系統仿真屏和監控工作站上，提供所需的開關量。

綜合自動化的監控系統圖、馬賽克仿真系統圖與實際開關設備的狀態保持一致。

（三）二次系統的配置

該實訓系統配置了CSC2000變電站綜合自動化監控系統、CSI200E測控裝置、繼保工程師站、遠動工作站、調度工作站、 CSC系列和RCS系列微機保護裝置等。

CSC2000監控系統、工程師站、遠動主站、調度站、五防系統各用一臺計算機。

220kV一條線路，兩端裝設光纖通信的微機保護CSC103B；另一條線路，兩端裝設高頻通信的微機保護RCS902。220kV兩條線路均裝設CSI200E測控裝置（四臺）。

220kV線路配置線路故障錄波裝置。

220kV雙母線裝設微機母線保護CSC150。

一臺主變裝設微機變壓器保護裝置CSC326。

主變配置CSC200E測控裝置。

發變組裝設微機發電機-變壓器組保護。

35kV母線分段斷路器裝設微機備自投裝置CSC246；35kV負荷出線其中一條出線、10kV的Ⅱ、Ⅲ類負荷出線，均裝設微機線路保護、測控、低周減載、自動重合閘一體的保護裝置CSC211。

35kV另一條負荷出線裝設兩套電磁型三段式電流保護裝置。

為了便于實訓教學，配備了現場普遍應用的微機保護校驗儀和多媒體教學用的大屏幕投影設備。

三、實訓系統的主要功能

一次系統的物理模型，與CSC2000變電站綜合自動化監控系統、遠動工作站、微機保護裝置共同構建了一個變電站綜合自動化系統的實際工作環境。

該系統具有以下實訓教學功能：

（1）變電站綜合自動化系統、微機線路保護裝置、微機變壓器保護裝置、微機母線保護裝置、微機備用電源自動投入裝置、微機發電機變壓器組保護裝置、微機障錄波裝置、測控裝置、電磁型三段式電流保護裝置、遠動工作站、調度工作站及低周減載、重合閘裝置的安裝調試及運行維護。

（2）高頻保護通道的調試與檢驗。

（3）網絡信息管理與控制裝置的安裝調試與檢驗。

（4）變電站二次回路的接線及檢查。

四、實訓系統的技術特點

（一）物理模型與綜自系統的連接

物理模型開關設備的跳、合閘輔助接點接入測控裝置的開入量。互感器二次電氣量接入相應的測控裝置、線路保護、母線保護、發變組保護、變壓器保護、低周減載裝置、故障錄波裝置。將測控裝置、保護裝置等的開關量接物理模型的開關設備的跳、合閘線圈，實現了電氣量的遙測、遙信及斷路器、隔離開關的遙控。構成了變電站綜合自動化系統。

（二）一次系統物理模型的特點

一次設備的物理模型可設置不同位置、不同類型的故障，包括單相接地、兩相接地、兩相短路、三相短路等。可設置故障的持續時間（仿真瞬時性或永久性故障），仿真故障時若保護不跳閘，故障電流持續6S（6S以內可以整定故障時間）能夠自動解除故障，作為后備還可緊急手動解除故障。仿真斷路器正常和失靈兩種狀態。斷路器合閘時間和跳閘時間可以在20～990ms進行調整，調整級差為10ms。斷路器可以在本實驗臺操作，也可以由保護裝置、測控柜、綜自系統遙控操作。隔離開關與斷路器操作的閉鎖回路，符合變電站二次回路接線、控制的要求。

五、實訓系統的應用效果

為了加強對學生職業能力的培養，在應用該培訓系統實訓教學過程中，采用了任務驅動的六步法（資訊、決策、計劃、實施、檢查、評估）教學，根據不同的工作任務，開發不同的任務工單，按現場實際工作的要求進行實訓教學，培養學生的職業能力和職業素養。

幾年來，我院在該實訓系統先后進行了電力系統繼電保護及自動化、發電廠及電力系統、供用電技術等專業共82個班周的實訓教學，為電力企業培養高端技能型專門人才發揮了重要作用。

第5篇：數字化仿真技術范文

【關鍵詞】數字化工廠工藝規劃仿真優化

中圖分類號：S220文獻標識碼： A

1引言

圍繞激烈的市場競爭，制造企業已經意識到他們正面臨著巨大的時間、成本、質量、產品差異化等壓力。如何快速適應市場的變化，實現從“以產定銷”到“按訂單生產”模式轉變？數字化工廠提供了較為理想的解決方案。

2 數字化工廠概述

數字化工廠是BIM(建筑信息模型)技術、現代數字制造技術與計算機仿真技術相結合的產物，同時具有其鮮明的特征。

2.1數字化工廠

2.1.1數字化工廠的概念

數字化工廠是以產品全生命周期的相關數據為基礎，根據虛擬制造原理，在虛擬環境中，對整個生產過程進行仿真、優化和重組的新的生產組織方式。它是在設計建造階段，建立全面、詳實的信息，包括材料、工藝、設備運行管理等全生命周期的信息檔案數據庫，利用BIM(建筑信息模型)技術指導建筑物、構筑物及設備的科學使用和維護，為信息化、標準化管理提供數據基礎平臺，加上CAD、EEP、MEP等應用管理系統，實現工廠控制系統內部數字化信息的有效傳遞，既鏈接了生產過程的各個環節，又與企業經營管理相互聯系，進而把整個企業數字化的資金信息、物流信息、生產裝置狀態信息、生產效率信息、生產能力信息、市場信息、采購信息以及企業所必須的控制目標都實時、準確、全面、系統地提供給決策者和管理者，幫助企業決策者和管理者提高決策的實時性和準確性以及管理者的效率，從而實現管理和控制數字化、一體化的目標。

2.1.2數字化工廠的優勢

數字化工廠利用其工廠布局、工藝規劃和仿真優化等功能手段，改變了傳統工業生產的理念，給現代化工業帶來了新的技術革命，其優勢作用較為明顯。

預規劃和靈活性生產：利用數字化工廠技術，整個企業在設計之初就可以對工廠布局、產品生產水平與能力等進行預規劃，幫助企業進行評估與檢驗。同時，數字化工廠技術的應用使得工廠設計不再是各部門單一地流水作業，各部門成為一個緊密聯系的有機整體，有助于工廠建設過程中的靈活協調與并行處理。此外，在工廠生產過程中能夠最大程度地關聯產業鏈上的各節點，增強生產、物流、管理過程中的靈活性和自動化水平。

縮短產品上市時間、提高產品競爭力：數字化工廠能夠根據市場需求的變化，快速、方便地對新產品進行虛擬化仿真設計，加快了新產品設計成形的進度。同時，通過對新產品的生產工藝、生產過程進行模擬仿真與優化，保證了新產品生產過程的順利性與產品質量的可靠性，加快了產品的上市時間，在企業間的競爭中占得先機。

節約資源、降低成本、提高資金效益：通過數字化工廠技術方便地進行產品的虛擬設計與驗證，最大程度地降低了物理原型的生產與更改，從而有效地減少資源浪費、降低產品開發成本。同時，充分利用現有的數據資料（客戶需求、生產原料、設備狀況等）進行生產仿真與預測，對生產過程進行預先判斷與決策，從而提高生產收益與資金使用效益。

提升產品質量水平：利用數字化工廠技術，能夠對產品設計、產品原料、生產過程等進行嚴格把關與統籌安排，降低設計與生產制造之間的不確定性，從而提高產品數據的統一性，方便地進行質量規劃，提升質量水平。

2.2數字化工廠的差異性

“數字化工廠”貫穿整個工藝設計、規劃、驗證、直至車間生產工藝整個制造過程，在實施過程需要注意系統集成方面的問題，“數字化工廠”不是一個獨立的系統，規劃時，需要與設計部門的CAD/PDM系統進行數據交換，并對設計產品進行可制造性驗證（工藝評審），同時，所有規劃還需要考慮工廠資源情況。所以，“數字化工廠”與設計系統CAD/PDM和企業資源管理系統ERP的集成是必須的。同時，“數字化工廠”還有必要把企業已有的規劃“知識”（如工時卡、焊接規范等）集成起來，整個集成的底部是PLM構架。

同時，類似于PDM系統和ERP系統，每個企業都有自己的流程和規范，考慮到很多人都在一個環境中協同工作（工藝工程師、設計工程師、零件和工具制造者、外包商、供應商以及生產工程師等），隨時會創建大量的數據，所以，“數字化工廠”規劃系統也存在客戶化定制的要求，如操作界面、流程規范、輸出等，主要是便于使用和存取等。

3 數字化工廠的實現與應用

數字化工廠以突出的功能優點，在工業生產，尤其是制造業生產中具有廣泛的應用，但其實現過程也涉及多種關鍵技術。

3.1數字化工廠的關鍵技術

數字化工廠涉及的關鍵技術主要有：數字化建模技術、虛擬現實技術、優化仿真技術、應用生產技術。

數字化建模技術：數字化工廠是建立在數字化模型基礎上的虛擬仿真系統，輸入數字化工廠的各種制造資源、工藝數據、CAD數據等要求建立離散化數學模型，才能在數字化工廠軟件系統內進行各種數字仿真與分析。數字化模型的準確性關系到對實際系統真實反映的精度，對于后續的產品設計、工藝設計以及生產過程的模擬仿真具有較大的影響。因此，數字化建模技術作為數字化工廠的技術基礎，其作用十分關鍵

虛擬現實技術：虛擬現實技術能夠提供一種具有沉浸性、交互性和構想性的多維信息空間，方便實現人機交互，使用戶能身臨其境地感受開發的產品，具有很好地直觀性，在數字化工廠中具有廣泛的應用前景。虛擬技術的實現水平，很大程度上影響著數字化工廠系統的可操作性，同時也影響著用戶對產品設計以及生產過程判斷的正確性。

優化仿真技術：優化仿真技術是數字化工廠的價值所在，根據建立的數字化模型與仿真系統給出的仿真結果及其各種預測數據，分析虛擬生產過程中的可能存在的各種問題和潛在的優化方案等，進而優化生產過程、提高生產的可靠性與產品質量，最終提高企業的效益。由此可見，優化仿真技術水平對于能否最大限度地發揮企業效益、提升企業競爭力具有十分重要的作用，其優化技術的自動化、智能化水平尤為關鍵。

應用生產技術：數字化工廠通過建模仿真提供一整套較為完善的產品設計、工藝開發與生產流程，但是作為生產自動化的需要，數字化工廠系統要求能夠提供各種可以直接應用于實際生產的設備控制程序以及各種是生產需要的工序、報表文件等。各種友好、優良的應用接口，能夠加快數字化設計向實際生產應用的轉化進程。

3.2常見數字化工廠軟件

由于數字化工廠技術在工業生產過程中的優越性，各知名企業競相開發各種數字化工廠軟件，其中較為常見、應用最為廣泛的數字化工廠軟件主要有eM-Power和Demia等。

eM-Power是由美國的Tecnomatix技術公司開發的數字化工廠軟件，它在工業生產中應用十分廣泛。該軟件架構是建立在Oracle數據庫之上的三層結構，它為企業用戶提供零件制造解決方案、裝配規劃、工廠及生產線設計和優化、產品質量和人員績效等主要功能。這些主要的功能模塊建立在統一的數據庫eM_Server中，實現整個生產制造過程的信息共享。2007年以來，西門子公司在收購了UGS（UGS于2004年收購了Tecnomatix）的基礎上，推出了功能更為強大的Teamcenter 8和Tecnomatix 9，提供工廠設計及優化、制造工藝管理、裝配規劃與驗證、開發、仿真和調試自動的制造過程和質量管理等功能，在各大企業具有廣泛應用。

Delmia是由法國的Dassault公司開發的數字化工廠解決方案，該解決方案是構建在Dassault公司的PLM結構的頂層，由其專用數據庫（PPR-Hub）統一管理。Delmia的體系結構主要包括：面向制造過程設計的（DPE）、面向物流過程分析的（QUEST）、面向裝配過程分析的（DPM）、面向人機分析的（Human）、面向虛擬現實仿真的（Envision）、面向機器人仿真的（Robotics）、面向虛擬數控加工方針的（VNC）、面向系統數據集成的（PPR Navigato）等。它主要由面向數字化工藝規劃模塊、數字化仿真平臺工具集以及車間現場制造執行系統的集成模塊等組成。

3.3數字化工廠的應用

數字化工廠是信息化技術發展過程中出現的一種新的企業組織形式，是促進企業現代化發展的新興技術，目前主要應用在汽車制造、航空航天等大型制造企業。

3.3.1數字化工廠技術在汽車行業的應用。

目前，數字化工廠技術在國內外汽車制造業中得到了廣泛應用。在國外，如通用汽車公司使用Tecnmatix eMPower的解決方案，大大縮短了通用公司從新產品設計、制造到投放市場的時間，同時提升了其產品質量。奧迪公司使用eM-Plant進行物流規劃仿真，如A3 Sportback項目。通過物流規劃仿真不僅使得整個生產物流供應鏈之間建立起了緊密有序的聯系，同時也方便對物流方案進行先期評估和可行性分析。在國內，如一汽大眾在車身主拼線工藝設計中采用數字化工廠技術，改善了車身焊接工藝，提高車身焊接質量。上海大眾在發動機設計和產品總裝領域采用數字化工廠技術，大幅提升了公司的制造技術和產品質量。目前，華晨金杯公司引進西門子的Tecnomatix軟件，對產品的總裝工藝進行數字化改造。

3.3.2數字化工廠技術在飛機制造業的應用。

在飛機制造業，數字化工廠技術的先進性也得到了充分體現。如美國的洛克希德馬丁公司在F35研制過程中，采用數字化工廠技術縮短了2/3的研制周期，降低了50%的研制成本，開創了航空數字化制造的先河。有如波音787飛機在研制過程中采用基于Delmia的數字化工廠技術，實現其產品的虛擬樣機。空客A380飛機采用虛擬裝配方案，實現整機的三維虛擬裝配仿真和驗證。不僅國外飛機制造企業在其產品的研制、生產過程中使用數字化工廠技術，國內的飛機制造企業也是如此。如上海飛機制造廠利用數字化工廠技術在三維環境中進行人工裝配操作的數字化模擬，提高了人工操作的標準化。而西安航空動力控制公司則采用Tecnomatix的數字化工廠軟件對其異型件生產線進行仿真和優化，進行技術改造探索。

3.3.3數字化工廠在鑄造行業的探索

共享鑄鋼團《數字化工廠示范工程》擬運用先進制造理念（如虛擬制造、智能制造、綠色制造、柔性制造等）和先進鑄造技術、方法，結合共享集團在鑄造行業內領先的制造、技術和管理經驗，全面融合先進信息化技術，建設數字化模樣生產線、數字化柔性造型生產線、智能化熔煉控制系統、智能體聯合控制的鑄件精整線、數字化在線檢測等綜合集成的數字化鑄造工廠，在“多品種、小批量、快捷”鑄造生產方面達到同行業領先水平，建成一座在鑄造行業領先的“數字化、柔性化、綠色、高效”鑄造工廠，集成并創造數字化鑄造新模式。

4結束語

隨著計算機技術、網絡技術的飛速發展，數字化工廠技術不斷與現代企業相結合，已成為提升企業競爭力的新動力。在當前企業發展的新形勢下，數字化工廠技術出現了新的趨勢。首先，現場總線技術在數字化工廠中的應用，提升數字化工廠的現場可操作性；其次，應用網絡技術，拓展數字化工廠網絡互聯能力；最后，數字化工廠的智能化發展，實現虛擬仿真與企業真實生產的無縫鏈接，打造真正的智能數字化工廠。

作者簡介

郭兆祥（1976-）男，碩士研究生，從事技術質量管理工作。

參考文獻.

[1]李險峰.DELMIA讓數字化工廠成為現實[J].CAD/CAM與制造業信息化，2006，(9)：48-50.

第6篇：數字化仿真技術范文

清晨，你照例打開客戶端了解時事，看到移民危機，瞬間進入了一個移民男孩兒的故事，你就站在他家的一片廢墟之前，看著他無奈的離開，你聽見窗外爆炸的聲音、呼喊的聲音和這男孩兒離開時候的腳步聲.....

這種感覺可能是人們對于虛擬現實技術的普遍認識，就是能夠將人們帶入到一種近乎現實的虛擬環境當中。殊不知，虛擬現實技術也在另一個領域產生了巨大的影響，并引發了行業變革。

當前，隨著計算機、傳感、網絡通信等技術的快速發展，虛擬現實逐漸向工業領域滲透應用，為制造業的研發、生產、管理和服務等各環節帶來了深刻變革，進一步推動了智能工廠的發展。日前，西門子在英國一處工廠里安裝了Virtalis虛擬現實（VR）軟件和系統，用于實現裝配工藝的模擬和優化、提高概念設計的效率、精簡設計單位和更加有效地進行工廠規劃，通過VR技術對產品進行制造前的虛擬評估，解決其在制造過程早期階段出現的問題。

虛擬制造技術是以虛擬現實和仿真技術為基礎，對產品的設計、生產過程統一建模，在計算機上實現產品設計、加工、裝配、檢驗等全部流程的模擬和仿真。通過虛擬制造技術，企業能夠在設計階段就對產品制造的全過程進行虛擬集成，預測、檢測、評價產品性能和制造可行性，達到產品的開發周期和成本最小化、產品設計質量的最優化以及生產效率的最大化。奔馳、寶馬、大眾等公司利用虛擬制造技術建立“數字汽車”模型，設計發動機、車體、電氣線路等，并進行碰撞分析和運動分析、模擬數控加工和質量檢驗等，可將新車型的研發生產周期從一年以上縮短至2個月左右，開發成本最多可降到原先的1/10。

基于虛擬現實打造的數字化模擬工廠能夠對整個生產過程進行仿真、評估和優化，并進一步擴展到整個產品生命周期，推動生產組織方式變革。虛擬現實是數字化模擬工廠的核心技術，數字化模擬工廠是以產品全生命周期的相關數據為基礎，利用虛擬仿真技術對制造環節從工廠規劃、建設到運行等不同環節進行模擬、分析、評估、驗證和優化，指導工廠的規劃和現場改善。數字化模擬工廠的典型應用包括：加工仿真，如加工路徑規劃和驗證、工藝規劃分析等；裝配仿真，如裝配設計、裝配過程運動學分析等；物流仿真，如物流效率分析、物流設施容量、生產區物流路徑規劃等；工廠布局仿真，如新建廠房規劃、生產線規劃等。

第7篇：數字化仿真技術范文

一、引進虛擬仿真技術，解決諸多實訓難題

在實訓教學中，我校遇到職業學校共有的問題：加工制造類實訓設備造價貴，學校財力無法承擔全部教學需要，更無法經常更新對接前沿技術，且設備龐大、占地廣、能耗大、維護費用高。

為此，我校立足研討，在2008年就把校園網絡接入新實訓基地各車間、實驗室，統一配備多媒體教學系統，率先引入了虛擬仿真技術。近三年，學校加快了建設步伐，先后添置了上海宇龍數控仿真軟件、美國普魯易三維建模設計軟件、電工電子類PCV印刷電路板設計軟件等虛擬仿真教學軟件，利用其易學易用、交互能力強的特點，將抽象的過程形象化，提高了教學效果。同時，學校還與上海厚載智能公司校企共建數控車仿真實訓室；與美國參數技術（上海）軟件公司、南京培杉軟件公司共建校內數字化設計與制造實訓基地等，將仿真教學貫穿于實訓教學全過程，提高學生動手能力。

借助虛擬軟件和仿真設備，學校減少了資金的投入，充分利用了有限資源，完成部分實訓內容和實訓過程，很好地解決了以上職校實訓的一系列難題。

二、探索虛擬技術應用，形成了高效實訓模式

虛擬軟件和仿真實訓設備應用，重在提高實訓教學的效果。學校借助虛擬仿真技術，待學生練習到一定程度后改用生產設備，或者生產設備訓練與仿真訓練交替進行，最大限度擴展學生實訓時間，熟能生巧；同時借助仿真軟件，發揮學生的主觀能動性，滿足教學中的個性化需求，實現實訓與企業實際生產的接軌。如：在單片機實訓中，根據老師的銀行自動存取款機功能講解，學生通過網絡掌握設備工作原理后，利用單片機仿真實訓平臺相關模塊及元件，模擬一臺銀行自動存取款機控制器，如有困難，除向指導老師現場求助，還可通過教學資源庫中的教學課件找尋答案等。

虛擬仿真技術的應用，推進了學校教學改革的步伐，形成了“學做教合一”實訓教學新模式，包含任務的布置（學）――學生的操作（做）――教師的講解（教）――學生的檢驗修改應用――師生總結等環節，學生專業基礎理論學習與技能操作訓練同步，有效避免了理論、實踐脫節。

三、發揮虛擬教學作用，促進了師生專業成長

虛擬仿真技術在實訓教學的運用，極大提高學生學習積極性、技能水平。2010年至今，我校學生中級工一次通過率98%以上、高級工一次通過率89%以上。學生在各級各類技能競賽中成績優異，2008年以來，我校在全國技能大賽中獲得13金6銀1銅，其中3個全國狀元；2010年至今，學校在江蘇省技能大賽上獲得35金44銀31銅，其中26名省狀元，尤其秦鑫同學畢業后代表企業參加了江蘇省首屆技能狀元大賽，獲得“江蘇技能狀元”；在今年張家港市首屆職業技能大賽上，我校又產生3個狀元。技能帶動就業，學校對口就業率95%，就業率100%，大批學生到企業后成為生產一線骨干，普遍受到用人單位青睞。

第8篇：數字化仿真技術范文

關鍵詞：城市規劃；虛擬現實技術；應用

中圖分類號：G710 文獻標識碼：A 文章編號：1003-2851（2012）04-0236-03

一、虛擬現實技術的介紹

1.什么是虛擬現實技術

隨著計算機技術的不斷發展，虛擬現實技術成為近年來計算機軟件技術的一項新興技術。由于虛擬現實技術的直觀性很強，能在電腦上進行模擬仿真，比平面圖像更能說明問題，并且更具有經濟性，即省時間由省人力，能夠廣泛的為各個領域所運用。可以說虛擬現實技術給社會發展帶來的便捷將使其能夠大顯其道，虛擬現實技術的運用也是近年來的發展方向。

虛擬現實技術按照維度虛擬程度的不同分為三維虛擬技術和全維度虛擬技術。全維度虛擬技術是目前國外在虛擬仿真領域的研究，其研究內容是使虛擬技術完全脫離三位維度而向一個全立體虛擬環境發展。中國目前運用最為廣泛的是三維虛擬技術。而三維虛擬技術的運用正是本文重點論述的內容。

三維虛擬技術屬于三維圖形技術行列。三維圖形技術分為兩大類，一是三維虛擬技術；二是三維動畫技術，兩者都用于模擬真實世界和想象世界。由于兩者的應用原理不同，其應用領域也大不相同。

三維動畫技術采用的是傳統的計算機動畫，采用關鍵幀的方式制作，先進行三維預渲染，得到了完整的三維動畫視頻之后利用播放器將動畫播放出來，所以三維動畫技術被廣泛運用于電影、廣告等預先設計好的演示。

在此我將重點論述三維虛擬技術在城市規劃領域的應用和研究，之所以以此作為論題是由于三維虛擬技術在城市規劃上的應用最為廣泛，隨著時代的不斷進步，社會對城市建設、城市規劃的要求越來越高。網絡社會的概念不斷加強，三維虛擬技術能夠更好更便捷的為我們城市規劃建設服務。這種技術適應了社會現代化的要求，使虛擬仿真技術很好地運用在城市規劃設計上，為我們的城市建設工作更加省時省力并且能更加全方位思考。在計算機平臺上進行虛擬操作可以從各個方位多個角度思考規劃方案，能從早期發現問題解決問題。

由于三維虛擬技術的虛擬仿真性，使其更多運用在城市規劃建設的工作中。這一技術的擴充性和延展性很強，通過我們的不斷研究能使其在城市建設領域以及城市建設的其他領域起到的作用不斷加大，為城市建設事業帶來更多收獲。

2.三維虛擬技術的發展歷程

三維虛擬技術屬三維行業領域。三維行業在中國的起步時間是上世紀九十年代。自98年看是到現今其經歷了一個擴張時期，這是三維行業在中國市場大放異彩。目前在中國的三維行業可以分為以下幾個分支：1、電影、廣告；2、游戲；3、電視包裝；4、城市建筑，其中以城市建筑領域的運用最早也最為廣泛。

最早的三維技術實現平臺是由美國的Autodesk公司開發的3d Studio Max軟件。此軟件是一款基于PC系統的三維動畫渲染和制作軟件。早期的三維技術在中國建筑領域的運用由于技術原因有很大的局限性，三維技術只能實現建筑效果圖的繪制以及部分簡單的跑相機似的建筑動畫。隨著3D技術的不斷完善以及日益多元化的創作手段的出現，三維技術在建筑業所起的作用也日益增強。目前實現三維技術的主流軟件主要有：3ds Max、Maya、Softimage/XSI、Lightwave3D、Cinema4D、PRO-E、Rhino（Rhinoceros犀牛）等。由于三維技術的日益完善以及它所帶來的強大的經濟效應，三維虛擬技術的概念也日漸成熟。

三維虛擬技術是三維動畫技術的一種，與三維動畫技術的區別在于三維虛擬技術還具備三維動畫技術所沒有的實時性和交互性。三維虛擬技術是虛擬仿真技術的一種，是局限在三維空間之下的一種虛擬仿真，而虛擬仿真技術的另一種全維度虛擬仿真也被稱之為虛擬現實技術。這種技術出現在20世紀末期，它的出現引起了人們的廣泛關注。目前國外正在對此領域進行深入研究，我將在國外研究部分做出論述。

3.國內在虛擬仿真領域的研究以及存在問題

三維虛擬技術目前在建筑領域的運用有城市漫游動畫、建筑漫游動畫、房地產漫游動畫、小區瀏覽動畫、樓盤漫游動畫、三維虛擬樣板房、樓盤3D動畫宣傳片、地產工程投標動畫、建筑概念動畫、房地產電子樓書、房地產虛擬現實等動畫制作。

三維虛擬技術在我國城市規劃、城市建設的發展前景是不可估量的。由于三維虛擬技術的不斷發展，它既能帶給觀賞者身臨其境的感覺；又能模擬尚未實現或準備實施的項目的完成效果。從單一的幾何模型到復雜的動態形象，不論是道路、橋梁、隧道、立交橋、街景、夜景、景點、市政規劃、鄉村規劃、鄉村形象展示、數字化鄉村、虛擬鄉村、鄉村數字化工程、園區規劃、場館建設、機場、車站、公園、廣場、報亭、郵局、銀行、醫院、數字校園建設等都可以通過三維虛擬技術得以實現。

由三維虛擬技術和現代信息科學技術帶給中國經濟的發展空間正在不斷壯大；由它們所帶來的科技化、信息化、智能化的城市虛擬空間將成為21世紀的信息主流源。

二、虛擬現實技術在城市規劃領域的應用

1.城市規劃簡述

城市規劃指的是一個城市在一段時期內的發展計劃的設定，它研究的是一個城市在未來的一個發展動向，這其中包含了對城市地區的合理布局、城市的各項工程建設的合理部署。它是城市建設和城市管理的重要組成部分，也是城市建設和城市管理的重要依據。一個城市的三個重要管理階段是:城市規劃、城市建設和城市運行，而城市規劃則是三個管理階段中的龍頭。

2.城市規劃領域使用三維虛擬技術的必要性

在這個以知識經濟為核心的信息時代，計算機科學技術已成為全世界公認的本世紀最主要和最核心的科學技術，它已滲透到社會生活的各個方面，影響和改變著人類的思維模式和行為模式。它在城市規劃和城市建筑領域的作用更是不容小覷，隨著網絡技術的不斷發展與成熟，計算機輔助設計技術在建筑行業中的應用得到了進一步普及。

在城市規劃領域使用三維虛擬技術的必要性將從兩個方面進行：①是從城市規劃建設方面來看對三維虛擬術應用的必要；②是從城市規劃管理方面來看對三維虛擬技術應用的必要。

①是從城市規劃建設方面來看對三維虛擬技術應用的必要首先，我們必須要了解城市規劃建設在設計上的設計內容。城市建設設計內容主要有：城市宏觀設計、城市中觀設計、城市微觀設計三個層次。

城市的宏觀設計指的是對城市的格局和形態的設計，具體為城市的整體分布、城市的功能組團、環境保護、土地利用等。在設計上更加注重城市的關鍵性特征和自然景觀構成。在進行城市宏觀設計時，評估的重點是看能否創造高素質城市環境和優美的城市視野，以此來鑒定城市宏觀設計的成功與否。

城市中觀設計是指設計城市空間與城市建筑之間的關系；具體內容有：用地布局、建筑設計、地標物建設、街道分等等，也就是城市的連接度與整體性、城市的體量與高度的設計。城市中觀設計的內容與宏觀設計的內容相輔相成，是中觀設計更加注重城市的視覺質量、人工建造物的城市角度和適宜度、城市整體輪廓與體量的協調、具體環境的設計與美化等。

在計算機運用上要解決城市建設視景的要求就必須要能再計算機上感官看見以上所說的宏觀、中觀、微觀三個層次的內容，具體而言就是：一是三維地形的顯現；二是城市密度、容積率的顯現；三是大面積三維建筑的顯現。四是能速重繪畫面進行實時仿真。而針對以上的要求，三維虛擬仿真技術都能夠一一實現，文章在前面具體分析了三維虛擬技術的技術性能。并且可以看出，目前來看運用三維虛擬技術進行城市規劃設計適應了時代性和科技性的趨勢。

下面我們看看三維虛擬技術在城市規劃建設上的具體應用。

三維虛擬技術在城市規劃建設上的具體應用按地形而分可以歸為三類：一是局部地區城市設計研究；二是大范圍城市問題研究；三是區域規劃研究。

一是局部地區城市設計研究

城市設計的核心是研究建筑形體和空間要素之間的關系協調，從對城市的環境表現、具體建筑形體刻畫、整體模型處理和后續功能研發等方面來看運用三維虛擬仿真技術在制作時再合適不過了。

我們針對城市商務中心區的設計研究來具體說明問題，城市商務中心區設計是屬于典型的城市局部地區設計，由于范圍不大，我們在選擇計算機種類時可以選擇中高檔PC機進行制作。

然后，我們再根據現有照片、地形原有的平面、立面等圖紙資料進行交通設施、環境小品的建模，在三維虛擬技術環境下能夠高仿真建模，并且設置VEGA的漫游環境、添加動態模型等工作，最后將制作出的模型文件調入VEGA完成漫游。

二是大范圍城市問題研究

以新城區建設為例，新城區的建設規劃范圍更加廣泛，在建立三維仿真時重點應在規劃功能的設計開發上。

針對新城區三維仿真的主要功能應該有：方案替換、模型修改（ 高度修改、位置調整等）、矢量規劃數據疊加分析、日照陰影分析。其中還包括目前的仿真軟件無法實現在漫游過程中的動態陰影的實現。

值得慶幸的是目前國內的以遙感為基礎的仿真軟件彌補了技術上的不足，運用此軟件不僅可以實現在固定觀測點上表現建筑在不同時間陰影變化的功能，而且也能夠實現地理屬性查詢。

三是區域規劃研究

在進行區域規劃的仿真時我們將遙感應用和三維仿真技術結合運用，這樣我們就可以實現建立以衛星影像為數據的城區漫游，在數字高程模型的基礎上進行區域地區漫游的制作，這樣既不影響對區域原有面貌的觀看，又能再此基礎上進行區域建設和改造，并且能實時對比，運作時即高效又準確，這樣的技術結合給我們的城市規劃提供了直觀而又客觀的分析手段。

②是從城市規劃管理方面來看對三維虛擬技術應用的必要

三維虛擬技術已經運用到城市建設的方方面面，城市規劃作為可視化技術需求最為迫切的領域之一,虛擬現實技術在其諸多方面有著廣泛的應用和發展前景，三維虛擬技術提供了非常直觀、準確、現時性強的城市規劃資料，這為城市建設發展、提高城市管理水平、提升城市規劃設計提供了強而有力的依據。

可以說，在城市規劃領域對三維虛擬技術的應用是時代的召喚、是技術的支持，三維虛擬技術是城市建設所必不可少的關鍵性技術。

三、從上海世博會對虛擬現實技術的運用來看未來虛擬現實技術在城市規劃領域的發展

1.上海世博會網上世博簡介

2010年的上海世博會區別于往屆世博會的最大不同就是此次上海世博會運用了虛擬現實技術實現了網絡同步的網上世博會。通過2008年中國北京奧運會場館的建設，中國的建筑漫游動畫創作的發展速度越來越快，并且在國內得到了廣泛的傳播。2010年上海世博會再次使中國的建筑漫游動畫得到發展和創新的機會。世博會的主題是：“城市，讓生活更美好”，伴著世博會的推廣，中國的建筑漫游動畫引起了社會各界的廣泛重視，使其得到飛速發展。更由于此次世博會的一大亮點是首次舉辦網上世博會，通過網上媒介，全面引入互聯網的傳播方式，采用交互設計和多媒體技術等手段，這更加體現出當下互聯網的強大以及建筑動畫漫游的進步神速。

2.網上世博會的緣起與構架

網上世博會，全稱網上中國2010年上海世博會，它是指通過互聯網技術、三維技術、多媒體技術，通過虛擬和現實相結合的方式把上海世博會上展示的內容呈現于互聯網上，搭建出一個能夠進行網絡體驗和實時互動的世博會網絡平臺。網上世博會是上海世博會的重要組成部分，是實體世博會的導引、補充與延伸，是上海世博會的兩大亮點之一。

能夠實現網上世博會這樣的創舉是由于網絡科技時代的蓬勃發展以及三維數字技術的不斷進步。網絡和三位數字技術的完美結合給予上海世博會全新的展現舞臺，使全球公眾突破了時空界限，使他們能夠全面參與世博，使我們中國的上海世博會實現了真正意義上的全球化。

首屆網絡世博會的三大主要特色是：三維展示、互動體驗以及全球共建。通過網上平臺吸引全球公眾參與世博會，使無法親臨食博會現場的觀眾借由網上平臺體驗世博會的精彩以及希望將上海世博會的盛舉作為非物質文化遺產長期保留，是舉辦此界網上世博會的三大原因。

網上世博會的架構由基礎平臺和網上展館兩部分構成。基礎平臺由組織者搭建，內容包括門戶網站、網上園區、基本功能等，網上展館則分為瀏覽型和體驗型兩類展館。瀏覽館具備基本瀏覽和展示的功能，它是以實體展館為原型，通過文字、圖片、音頻、視頻、動畫等方式進行三維展示，瀏覽型展館由組織者為需要援助的參展方免費開發。體驗館是瀏覽館的增強版，瀏覽型展館在以瀏覽和展示為基本功能的基礎上，可實現其它更加豐富的功能和特效，網上參觀者可以得到更生動的互動和體驗。參展者還可以建設實體世博會中不具有的虛擬拓展空間和展項，利用更豐富的虛擬技術及手段延伸和拓展參展方網上展館所希望表達的意境和理念。二者相輔相成，完美呈現網上的世博會。

與普通網站相比，網上世博會的區別在于它能夠提供給觀眾全面的三維視覺體驗，網頁游客能夠主動操控三維圖像的角度。網上世博會的整個展示內容其中包括，世博園區、世博園片區、展館外觀、展館內景以及主要展項等都將進行三維數字化的制作。

與普通網站的最大區別在于網上世博會可以將組織者的建設內容和參展者的建設內容二者共存于一個平臺之上。也就是說網上世博會具有“全球共建”的特點。

3.三維數字化技術實現了網上世博

由于虛擬現實技術的先進性，使實體世博園區中的建筑、道路、綠化、設施等通過三維虛擬技術在網絡上實現了虛擬再現。在網上模擬的天空、云彩、太陽、燈光、裝飾、材質等效果通過CG技術在制作，使模擬效果很好地接近真實場館的場景。展現在網上游客眼中的每一個場景都是一個三維的空間，參觀者只需要通過鼠標和鍵盤操作就能夠輕松實現旋轉、升高降低的操作，在進行鳥瞰時也也可以通過放大、縮小來調整的場景范圍，獲得全方位的空間體驗。展項展示是網上世博會的有一大亮點，通過網絡，游客能夠進入場館和展項發生近距離的互動，游客可以多角度觀察或“觸摸”展項，特別是一些實體世博會現場不能觸碰的展項，在網絡上可以實現參觀者的觸碰愿望。參觀者還可以自由的旋轉縮放感興趣的物品，同時還可以通過圖片文字、動畫、FLASH等多種數字媒體形式了解到對展項的知識性介紹。不僅如此，游客可以在C/S上通過系統提供的部件，組裝個性化的展項，讓其它游客看到自己的作品，并且發表點評。

網上世博會的虛擬拓展空間可以由參展者根據自己的意念記性無限制的設計開發，由于不受現實空間的限制，參觀者可以延伸和拓展實體展館所希望表達的理念和意境，虛擬展項為參展者的主題演繹提供了進一步發揮的空間。

網上世博會由于運用了數字化技術作為包裝，它展示了數字化技術神奇的魅力，也使我們的實體世博會區別以往世博會的不同，使其大放異彩，網上世博會成為上海世博會乃至世博會歷史上的一個至高點。

四、結論和展望

從2000年的悉尼奧運會場館設計到2008年北京奧運會的成功舉辦再到2010年上海世博會的網上世博會亮點的產生，三維仿真虛擬現實技術正在朝向越來越先進的領域發展，特別是它在城市建設及城市規劃上的運用可以說是越來越廣泛，所起作用也是越來越突出。以2000年悉尼舉辦奧運會為例，悉尼在2000年時為了奧運會的順利召開以及加強對城市的推廣，悉尼市建立了全市三維仿真平臺，目的用于城市的信息服務、交通分析指揮、城市建設管理等方面，由此取得了巨大的成功。為了能夠順利申辦2008年的奧運會，加拿大的多倫多城市也使用了虛擬現實技術對城市進行管理和規劃。

在我國，北京、上海、深圳等大型城市在利用三維虛擬仿真技術運用于城市建設方面也已經取得了一定的研究成果，而利用三維虛擬仿真技術的方面是輔助城市重要地段的建設以及大范圍的城市設計研究。例如在北京商務中心區、上海浦東開發區、深圳福田中心區的規劃中均進行了城市三維仿真技術的初步嘗試，并取得了較好的效果。

三維虛擬仿真技術的主要作用在于以城市現貌為基點，融合規劃方案后模擬項目實現后的城市景觀，并且能夠進行多角度動態審視，全面評估城市設計的規劃方案，這為城市規劃建設和領導決策提供了更為直觀、可靠、科學的技術手段。

將三維虛擬仿真技術運用于城市規劃建設的優點與好處在于：

①提高了城市設計規劃方案的設計和修正效率；

②豐富了城市問題的研究角度；

③提高了城市建設項目的評估質量；

④提高了城市建設項目的管理能力及效率；

⑤提高了為市民公開展示宣傳城市形象的效果。

目前，國外虛擬仿真技術顯出其極大的優勢，國內正在迎頭趕上。從目前我國對三維虛擬仿真技術的運用而言，可以看出我國的三維仿真技術發展水平已經有相當不錯的程度。從三維仿真技術在我國城市規劃上的運用的效果來看，三維仿真技術在我國城市規劃中的應用前景是非常廣闊的，而且我們相信，三維仿真技術會使城市規劃產生技術性的革新，會極大地拓展和豐富城市規劃的工作思路。

參考文獻

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[4]申蔚，虛擬現實技術的理論、實現及應用[J].首都經濟貿易大學學報,2001.

第9篇：數字化仿真技術范文

[關鍵詞] 商場照明 計算機控制

一、引言

近年來,隨著現代科學技術的飛速發展,在商場照明領域由于微電子技術,計算機應用技術、數字化技術、機電一體化技術、可靠性理論和技術等高新技術的廣泛應用，技術設備已進入數字化時代。這些高新技術也為燈光系統新設備、新技術的開發、生產、使用和維護帶來了巨大的變化，商場照明設備數字化、智能化、電腦化、網絡化是不可避免的發展趨勢。計算機技術在商場燈光上的應用主要體現在以下幾個方面。

二、計算機燈光控制

燈光控制系統已由模擬調光設備逐步過渡到電腦數字調光設備。調光設備從最初的三相閘刀控制、空氣開關控制、可變電阻器控制、自耦變壓器控制、可控硅控制，到今天的計算機監測控制，實現了控制的數字化、程控化、多功能化、自動化。

1.系統要求

將輸入的燈光變化信息，包括燈號、亮度、編組情況、變光時間等予以處理，輸出相應信號，起到調光的作用。利用計算機控制燈光的最基本任務就是存儲全部燈光變化的亮度信息，并予以計算、處理，完成輸出，從而達到分路控制的目的。如圖1。

2.系統結構設計

根據以上分析，設計計算機燈光控制臺，應用計算機控制燈光變化過程。而關鍵是要做好信息的采集和處理。硬件控制部分設計如圖2。

硬件系統以計算機為核心。鍵盤、控制桿和其他一些裝置作為輸入部分，通過輸入接口進行模擬信號與數字信號的轉換，送往計算機處理。經過計算機處理的可控信號通過輸出接口進行數字/模擬轉換，對可控硅調光器件進行控制。

軟件系統:

整個控制臺在軟件系統的控制下按要求工作。軟件系統主要由C語言編寫，可以完成以下任務:

（1)現場光路亮度的信號處理;

（2)向解碼器發送任務數據;

（3)面板數據實時采集

電腦控制臺是計算機技術與調光技術結合的產物，它具有控制燈光亮度變化準確、容量大、操作方便靈活等特點，可編幾百至上千個燈光場，新編資料還可以保存。它不但具備常規的調光臺功能（如場、集控、效果、配線等），還拓展了調光臺的使用空間（如雙用調光臺兼有智能燈具控制及調光功能）具有多種特殊效果和效果模型的效果庫，用戶友好的編輯器等，還有各種信息的反饋。

三、商場燈光發展趨勢

1.自動控制系統

各類電腦燈具、調光立(硅)柜等就大量使用了自動控制系統。

2.數字化燈光控制系統

統一協調和處理諸如商場外燈光表演，燈具定位，亮度調整，顏色切換等。這一領域尚待大力開發。

3.專家系統

它是一個決策系統，包含有各類專業知識庫及推理規則。它根據外界反饋回來的信息進行綜合處理，并根據處理結果和推理規則做出決策。

4.電腦輔助設計(CAD)系統

它是必不可少的工具，通過CAD系統，勾畫出所需的操作模型，供專家系統和仿真技術使用。

5.仿真技術

它包括可視化、虛擬化技術等，是提高燈光設計效率的主要途徑。