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數字化虛擬仿真技術范文1
關鍵詞：數字化；施工；信息資源
建設工程施工是一個高度動態的過程，施工不僅復雜而且施工時期較長，如何應用先進的技術手段進行安全而有序的管理，使施工體系達到現代化水平的目標已成為施工管理人員的共識。隨著數字技術的飛速發展和互聯網的日益普及，以互聯網技術為基礎，借助于系統仿真技術以及數字化的概念，實現工程項目的透明化、傳播化和智能化施工管理，已成為工程項目施工管理的一個重要研究課題與發展方向。
一、數字化施工的概念以及核心思想
數字化施工是在“數字地球”這一大課題背景下提出的。美國于 1998 年率先提出了“數字地球”（Digital Earth）的概念，數字地球的概念不是一成不變的，而是隨著社會的發展而不斷進步的。 “數字化施工”就是將施工過程數字化，其核心思想是用數字化手段的整體性去解決工程施工問題并最大限度地利用信息資源，使得在施工質量得到保障的同時可以達到高效的施工。它不僅僅指由計算機代替傳統的手工制作報表，而且應用在多項事件及職能上，可以對施工進行全面性的控制。
空間信息是數字化施工管理的必須品，它包括施工場地的地形地貌的現場勘測與記錄、建筑物的區位信息以及施工項目的安排等一切空間的信息，是對特定空間內的全面操控。空間信息技術是全面而宏觀的空間處理技術，它主要包括遙感技術、地理信息系統和全球定位系統，即 3S認證技術。其中，地理信息系統在建設工程施工中具有重要作用，地理信息系統是一門新興學科，它介于地球信息與信息科學之間，以存儲，采集，分析，管理，描述和應用相關資源為導向的數據系統。地理信息技術可以對施工區域持續的進行監控與管理，可以隨時發現施工的問題以及運算相關的施工數據。
二、數字化系統的仿真運算
系統仿真技術是隨著計算機技術的發展逐步形成的一門新興技術，它以相似性原理、系統工程方法、信息技術及應用領域相關專業技術為基礎，以計算機等設備為工具，利用系統模型對真實的、或設想的系統進行動態研究的一門多學科的綜合技術。例如在我國體育場（館）建設中，就是通過前期不斷的仿真運算來推測體育場（館）建成之后的型貌，并在施工過程中隨時通過仿真運算的結果顯示來更改施工措施及方案，使得工程進度與仿真情況形成了對比，更有利于施工單位明確自己的施工體系，從而完善施工過程。隨著仿真技術的發展，現代仿真技術已經成為工程單位的常規科技手段。仿真技術可以通過架設的方式讓施工單位看到施工完成后的大概情況，然后根據施工完成的情況優劣而決定施工中的方案調整，簡單的說就是一種反推理的過程，為復雜的工程以及運算提供了不可缺少的分析、研究、設計、評價、決策和訓練的重要手段。
三、虛擬現實
所謂虛擬現實（Virtual Reality，簡稱 VR），就是采用以計算機技術為核心的現代高新科技生成逼真的模擬環境，該環境中包含了視覺、聽覺、觸覺與嗅覺為一體的特定環境，通過多種傳感設備（如頭盔顯示器、立體眼鏡、數據手套、數據衣等）使用戶以自然的方式與模擬環境中的物體進行相互交融，從而產生身臨其境的感受和體驗。虛擬現實有重要的 3 I特性：
（1）Immersion（沉浸度）。VR 系統不再像傳統的計算機接口技術一樣，它強調用戶與計算機的自然接觸，就像現實中人與人之間的交流或者人與自然的融匯一樣。
（2）Interaction（交互性）。VR 系統區別于傳統三維動畫的特征是用戶不再被動地接受計算機所給予的信息，或者是旁觀者，而是主動的參與到三維動畫之中，能夠使用交互輸入設備來操縱虛擬物體，以改變虛擬世界的。
（3）Imagination（想象性）。用戶利用 VR 系統可以從定性和定量綜合集成的環境中獲得感性和理性的認識，從而更深刻的認識環境、相應區位的情況及變化，從而深化概念和萌發新意。
四、智能施工
智能體（Agent）是一種完全創新的非人工技術，是指為了實現自己的設計目標或任務而獨立自主的運行，能適應自身所處的環境，并能不斷地從環境中獲取知識以提高自身能力的具有學習和推理功能的智能實體。多智能體技術具有自主性、分布性、協調性，并具有自組織能力、學習能力和推理能力并完全不需要人工操作。目前多智能體的建模軟件主要有 JAVA、Visual C++、VisualBasic、SQL Server、Delphi、PowerBuilder 中的 CLIPS 等。隨著國民經濟的發展和新技術、新材料、新工藝的不斷出現，工程項目規模不斷擴大、形式日益復雜，工程建設過程涉及的單位和個人也越來越多，因而對建設工程管理的統籌性、協調性、時效性提出的要求就越來越高。對于這樣一個復雜的系統，應用多智能體技術來保證工程建設任務的順利進行是非常合適的。
五、結語
將來隨著數字化施工的普及，我國的場地施工質量和效率必將有顯著性的提高，而通過更合理的改造及加工，我們的信息模塊也可以在短時期內發展到較為完整的水平。只是我國如今的施工項目對于數字化施工的利用率還不高，有些施工項目的施工成本較低和對數字化施工的優勢利用認識不清導致數字化施工無用武之地。這就需要我們的管理者首先要明確數字化對施工效率的促進作用及在施工管理過程中的優勢，加大對數字化人員的培訓力度，使數字化技術在縮短工程周期、強化工程質量和節省資源方面發揮更大的作用，以促進數字化技術在施工過程中的利用率達到更高的水平。
參考文獻：
[1] 李景茹, 胡程順. 數字化施工淺議[J].建筑管理現代化,2004年,第五期.
數字化虛擬仿真技術范文2
關鍵詞：計算機；仿真；制造業
中圖分類號：TP278
計算機仿真技術在制造業的作用越來越明顯，它在產品設計和整個生產流程中都發揮著不可估量的作用。這種技術的應用為開發和制造企業節約了大量的經費，減少了不必要的損失，大大縮短了產品的開發周期并提高了產品質量。計算機仿真技術在日趨激烈的制造業競爭中占有越來越重要的地位?，F代制造業的飛速發展為計算機仿真技術帶了新的機遇，同時也提出了新的要求。我們放眼計算機仿真技術的發展歷程，它已經突破了在傳統領域的運用，發展到了產品的設計開發以及銷售方面。現代社會網絡技術的發展也為計算機仿真技術開辟了新的發展空間，使得這種技術表現出許多新的特點。如交互性、分布性，集成化等。這也將成為計算機仿真技術新的應用趨勢。
1 在制造業中，計算機仿真技術應用的分類
計算機仿真技術在制造業中按照模型種類，可大致分為三種，它以產品模型、開發模型以及制造系統模型為中心進行拓展。
1.1 仿真技術以產品模型為中心的應用。在產品模型中，計算機仿真技術的應用對產品的靜態與動態性能，可制造型、可裝配性進行分析。因為設計者在開發產品的時候，不僅要考慮它的實用功能和需求，還要考慮諸如外形，外觀以及尺寸等方面的因素，而且還要考慮產品的可制造性，可批量生產或者是在裝配、保養、維護等方面的因素。這就需要計算機仿真技術在產品模型中發揮作用。
1.2 仿真技術以制造系統模型為中心的應用。制造系統模型包括制造設備的高仿真智能運用、相對復雜的制造系統的模擬運行。在檢測設備的運行能力與實際運行狀況時，如物料供給、資源分配或者是加工流程上發揮著巨大作用。
1.3 仿真技術以開發過程模型為中心的運用。以開發模型為中心的仿真包括設計和制造過程的仿真。很多產品的性能以及生產成本在設計階段就基本定型了，設計階段對于一種新產品的開發非常重要，它需要反復設計和試驗，復雜的計算以及多學科的共同協作，這些特點決定產品的開發過程迫切需要一種能建立模型并仿真試驗的計算機仿真技術。而在制造過程中運用仿真技術將制造系統模型和產品模型結合到一起，多方位模擬，整體運算，再綜合考慮庫存、成本控制以及負載等因素，開發出合格的新產品。
2 在當代制造業中計算機仿真技術的廣泛應用
計算機仿真技術是一門高新科學技術，在當代制造業中，產品的設計和制造都離不開它，尤其是一些諸如航空航天工業、國防工業等規模大，復雜性強的系統研發中，作用更加明顯。它作為一種新型的科學手段和工具，有效地減少了不必要的經濟損失，節約了大量研究經費，并大大縮短了產品的開發周期和提高了產品質量。計算機仿真技術貫穿于產品的設計、制造和測試運行的全過程。當代企業的研發部門只有重視質量、成本、時間、服務和環境這五項指標，才能獲得更好的發展。這種需求也促進了計算機集成技術、模擬測試系統，仿真運行環境等技術的相互結合。他們已經成為制造業不可缺少的重要技術手段。上世紀八十年代以后，計算機仿真技術的發展越來越快，應用最為廣泛的就是“虛擬制造”。通過在計算機上模擬產品的設計和制造過程，提前發現在制造中可能出現的問題，減少不必要的經濟損失。
虛擬運行環境，也稱虛擬現實技術或者是靈境技術，它通過模擬人在自然環境中的感官和行動，實現高級人機互動，對產品的性能和運行狀況進行測試。它綜合運用了計算機圖形學、高仿真技術以及計算機傳感技術等多種科學技術手段?！办`境感”和“交互感”是虛擬現實技術的基本特征。通過計算機虛擬現實技術，將事物內部各種關系的交互與真實作用模擬運行，仿真出一個幾乎真實的虛擬環境讓用戶體驗，從而使用戶的感受更加真實，人機交流的方式更為先進。這種計算機虛擬現實技術，可以支持產品的各個階段，客戶可以通過虛擬的現實環境，驗證產品的各個部件是否合格，產品的性能是否穩定，功能是否能夠滿足人們的日常需要。
隨著當代制造業的發展，人們開始對仿真技術的另一個應用熱點，即虛擬產品開發技術越來越重視。并行工程的運用促進了虛擬產品開發技術的出現和發展。并行工程思想將現代哲學、文化等與現代先進組織思想集合起來，將產品的設計、制造、使用和支持過程并行運作，進行一體化的設計和開發。并行工程從產品開發之初就將投資、制造、裝配以及銷售維護等產品生命周期中各種因素考慮在內，有效地解決了產品設計與開發之間存在的矛盾。而虛擬產品開發技術就是在并行工程思想的指導下，將計算機輔助設計、CS和大型的產品數字化管理系統綜合運用，虛擬一個產品的開發環境。方便產品開發人員在近乎真實的環境下進行策劃、設計和預測產品在現實環境中的性能及其他狀況，將產品在現實工況下的真實運行能力，這樣就可以避免反復設計，不斷變更設計方案，避免因反復制作樣機而造成的資源浪費和經濟損失；方便對產品的設計進行檢驗、指導和優化，使產品的開發周期大大縮減，從而節省了大筆開發費用。在計算機仿真技術的發展中，虛擬產品開發技術是又一重要發展，它深入到產品復雜的制造過程中，產生的經濟效益不可小覷。
現在，仿真技術的應用已經從單一的系統走向開放復雜的大系統。當仿真對象分布于廣闊的時空領域，仿真任務要求將不同地理位置、不同類型（包括人在內）的仿真對象構成一個統一整體進行仿真時，產生了分布交互化仿真（DIS――Districted InteractiveSimulation）。這種仿真系統里包含有不同類型的實體―虛體、真實實體和構造實體，這些實體可以基于不同目的系統、不同年代的技術、不同廠商的產品和不同產品組成，并允許它們交互操作。DIS實現用計算機網絡將不同地點的仿真設備連接起來，通過實體間的數據交換構成時空到合成仿真環境的一種先進仿真技術。在這種復雜的分布綜合的系統進行實時仿真時，必須提供快速、高效、大量的信息通道和相應的處理。美國是最早研究這種技術并投入使用的國家，已經完成了多項基于虛擬仿真的DIS工程項目，相關的協議與標準已經完成或正在完成。
在制造行業，已經產生了類似于DIS的虛擬研究開發中心或虛擬企業。香港生產力促進局和香港城市大學共建的快速科技中心就是一個虛擬研究開發中心。此外，為了適應快速變化的世界市場，克服單個企業難以在短期內具備所需資源的局限性，出現了在一定時限內，為了某一市場機遇，通過網絡臨時聯結的一種動態聯盟――虛擬企業。美國波音（BOEING）公司可以把777飛機的研制、生產做到幾乎“無圖紙”的程度。波音777飛機的研制、整機設計、裝配、部件測試以及各種試飛，都是由計算機完成的。它能將開發周期從原來的8年縮短到5年，節約了數百萬美元經費。
3 結論
當代制造業中，計算機仿真技術已經成為一種綜合性的高新科學技術，它綜合了計算機技術、計算機輔助設計技術、多媒體技術、網絡技術、信息技術、軟件工程、數字化控制技術等多種科學技術，在制造業中發揮著越來越大的作用，在一些大型的復雜形同研發中，更是必不可少的重要工具，它有效地減少了企業的經濟損失，節省了大量的研發經費，使產品的開發周期大大縮減，產品質量得到顯著提高。
參考文獻：
[1]吳秀平，梅江平.大批量、多類型電池自動分選裝備的建模與仿真[J].組合機床與自動化加工技術，2008，4.
[2]尚煒，寧汝新.一種以拓撲結構信息為骨架的線纜數字化模型[J].計算機集成制造系統，2012，12.
數字化虛擬仿真技術范文3
1建立虛擬仿真實驗室的必要性
實驗室是現代大學的心臟，是實踐創新設想、產生創新思維和培養創新能力的重要場所。21世紀信息化的快速發展使教育發生了重大變革，教育信息化受到了國家的高度重視?！秶抑虚L期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》指出：信息技術對教育發展具有革命性影響，必須予以高度重視［2］。教育部印發了《教育信息化十年發展規劃（2011—2020）》，要求“利用先進網絡和信息技術，整合資源，構建先進、高效、實用的高等教育信息基礎設施”，推進“實驗教學平臺等信息化建設”［3］。虛擬仿真實驗室的建設順應了新常態下高等教育的發展趨勢，是高等學校實驗教學信息化的最新舉措。以華中師范大學為例，近年來，學校堅持“一體兩翼，建設高水平大學”的辦學思想，大力推進信息化、國際化兩項重點改革舉措。在數字化建設和網絡教育建設的基礎上，華中師范大學整合心理、信息、工程等學科資源，依托2010年獲批的“青少年網絡心理與行為教育部重點實驗室”和2012年獲批的“國家級心理學實驗教學示范中心”，大力推進心理與行為虛擬仿真實驗室的建設，并于2014年1月獲批建設“國家級心理與行為虛擬仿真實驗教學中心”（以下簡稱“中心”）。該中心旨在貫徹教育部“科學規劃、共享資源、突出重點、提高效益、持續發展”的指導思想，將虛擬仿真技術引入心理學的教學和科研，更好地促進對處于多維信息空間中的個體如何與外部世界進行信息交流的理解和探索，成功模擬、實現了一批在傳統實驗室中無法做到，或者具有高風險和高成本的心理學實驗教學項目，體現了綠色實驗教學的理念，有效地拓展了實驗的時間和空間，提高了心理學實驗教學質量。
2虛擬仿真實驗室在心理學實驗中的作用
1989年，美國的Wulf教授提出了虛擬仿真實驗室概念。虛擬仿真實驗室使用虛擬現實（virtualreal－ity，VR）技術，綜合了各種計算機技術和網絡技術，是現代仿真技術的延伸。它是由計算機模擬真實的環境，參與人員對虛擬環境中的目標進行操控和交流，從而產生與真實環境相同或相近的體驗［4］。對于心理學實驗來說，虛擬現實技術可以很好地呈現視覺圖形，也能呈現聽覺刺激，而這兩種通道是人獲得外部世界信息的主要通道，占人所獲得外部信息量的95％，是進行心理學研究的主要領域。VR技術不但可以較好地模擬、再現現實場景，構建某些基于倫理學原因無法通過其他手段使用的實驗場景（例如道德兩難問題的實驗場景），還可以對其所模擬場景中的元素（包括刺激的內容和表象、任務的復雜度和被試的響應等）實施精確、實時、全面的控制與記錄。總之，以虛擬現實為代表的虛擬仿真技術在心理學實驗教學、研究中具有廣泛的應用價值和深遠的意義。
2．1突破時空和各種因素的限制
虛擬仿真實驗室是基于網絡平臺的實驗室，因此學生可隨時隨地進行學習和交流，不受時間、空間和實驗次數的限制。對于某些傳統實驗教學中需要數天或更長時間才能觀察到的變化過程，虛擬仿真實驗室則可在較短的時間內將全部過程及結果模擬、呈現給學生進行觀察分析［5］。以虛擬“數字化生理心理實驗平臺”為例，它的界面設置簡潔、選單操作清晰，只需進行點選就能完成高度復雜的虛擬解剖實驗操作，獲得連續人體斷層掃描數據信息（每個斷層厚度約1mm），能涵蓋人體所有的解剖結構。該系統有助于教師和學生全方位觀察人體任一器官的形態、內部結構、在人體中的位置以及斷層中的位置，并且可以做任意角度的旋轉觀察，可方便地用于系統解剖學、局部解剖學、斷層解剖學以及運動解剖學等多門課程的教學，擺脫了傳統生理解剖實驗對實驗動物和人體器官模型實物的依賴。此外，通過借助校園高速無線網絡，學生在校園各場所（教室、圖書館、宿舍、運動場等）都可以隨時隨地登錄客戶端，高速、快捷、互動地開展生理心理實驗項目，從而達到突破實驗課時空限制，隨時隨地開展數字化生理、心理實驗操作。
2．2創新虛擬仿真實驗項目，豐富實驗教學內容
實驗項目建設是實驗教學的靈魂。虛擬仿真實驗室在改進、完善傳統實驗項目的基礎上，重點補充了有助于提高學生研究、創新能力和動手能力的創新型虛擬仿真實驗項目。中心在實驗課程建設方面明確提出：在虛擬仿真實驗項目建設中體現虛實結合、相互補充、能實不虛的原則。中心明確要求骨干實驗課教師根據自己實驗課程的專業特色，將傳統實驗項目與虛擬現實技術相融合，將每門實驗課程安排20％～30％的學時開展虛擬仿真實驗教學。在實驗內容方面，新增加的虛擬仿真實驗項目既包括相關學科最新、最前沿的一些實驗，也包括一些利用已有科研成果轉化的實驗教學內容。通過持續的實驗項目建設，實驗項目庫不斷擴大和創新，大大地豐富了實驗教學內容，為學生提供了實驗的多樣性和靈活性［6］。目前，實驗項目庫中已增加了近30項心理學綜合性、創新型實驗，例如：“虛擬學習情境中注意多動障礙兒童認知加工特征”、“虛擬現實在社交焦慮癥治療中的應用”、“虛擬現實在恐高癥治療中的應用”、“虛擬創造性問題解決實驗”、“虛擬兒童養育系統”、“虛擬情境下執行功能檢測和訓練”、“虛擬情景中人類空間導航”等實驗項目。
2．3模擬高危環境，避免實驗風險
利用虛擬仿真實驗室可以模擬一些在傳統實驗室中無法做到的有高度風險、高成本的實驗教學項目。以虛擬心理咨詢與治療實驗平臺為例，通過構建一系列能夠使恐高癥患者產生恐高心理的模擬實驗場景（例如觀光電梯、高樓頂層、空中索道、懸崖頂端等），然后讓患者反復暴露在這些場景中，利用系統脫敏法減少患者的恐高心理。虛擬仿真治療中的任何一個恐高癥模擬場景，都可以應患者要求隨時開始、暫停、中止和結束。這使得虛擬場景治療方法更安全、也更具有彈性。虛擬仿真實驗對真實事物的模擬，使危險系數較真實實驗降低很多，學生無需為自己的失誤承擔后果，給他們帶來更多的安全感，滿足學生心理安全的需要。
2．4開放性和共享性
虛擬仿真實驗打破了傳統實驗的模式。學生利用課余時間登錄網站，輸入正確的用戶名、密碼就可進入虛擬仿真實驗室，選擇相應的實驗項目就可以進行虛擬仿真實驗操作。以虛擬現實心理實驗平臺為例，該平臺依托虛擬現實、多媒體呈現、人機交互、數據庫和高速網絡通信等技術，構建高度仿真的心理與行為虛擬仿真實驗環境，讓學生在虛擬環境中進行實驗，達到教學大綱所要求的教學效果［7］。在實驗教學中，教師和學生無需親歷每個真實環境，卻能最大化地體驗真實環境，開展實驗教學和示范應用。中心的虛擬仿真平臺還可以幫助尚不具備真實實驗條件和心理學應用服務條件的地區，大幅度提高實驗教學和心理學應用服務水平，實現心理學實驗教學資源的地區平衡和最大化共享。再以“數字化生理心理實驗平臺”為例，該平臺所有教學過程的中間環節都能夠以圖像方式輸出，并支持音頻、視頻文件導入。因此，教師的教學過程、學生的學習過程以及師生的互動過程都可以通過添加語音、視頻標簽的方式保留記錄。該設計思路旨在方便教師編輯教案和解答學生提出的疑問。教師和學生也可以就虛擬仿真實驗教學和學習過程中遇到的問題，在中心教學管理平臺的“互動交流”頻道開展反饋與交流。
2．5提供多項虛擬心理學實踐技能訓練項目
華中師范大學是一所具有鮮明的“教師教育”特色的部屬重點師范大學，不但重視培養學生較強的基礎教育和基礎研究能力，也高度重視培養面向社會、面向市場的理論與實踐結合的復合型、高技術人才。利用本中心的專業資源優勢和虛擬仿真技術，華中師范大學心理與行為虛擬仿真實驗教學中心面向校內高年級本科生、研究生，提供了多項以實踐技能為導向的大型綜合性心理學實訓項目。這些大型實訓項目，依托當代最前沿的虛擬現實技術，廣泛采用網絡視頻、在線交流、多媒體演示等信息化教育手段，模擬學生在課堂管理、教學技術、心理咨詢與治療等過程中所接觸的實踐場景與環節。通過數字化教學演示和學生在虛擬實踐平臺中的反復練習，讓學生將心理學理論知識與解決實際問題的實踐技能相結合［8］。這種虛擬仿真的實訓方式既生動又安全，又可對場景多次重復，有助于培養學生的實踐創新能力。
2．6綠色環保，降低成本
傳統的實驗需要借助于具體實驗設備，然而實際使用的一些實驗設備昂貴、損耗大、實驗成本較高；而虛擬仿真實驗室最大的優點是成本低。虛擬設備只是概念上的設備，沒有磨損、損壞，可供學生無限次重復使用。另外，由于虛擬仿真實驗室設備是由軟件虛擬出來的，因此可有效避免大型設備重復購置，在同一計算機中運行不同的實驗系統就可構建不同的虛擬仿真實驗室，使實驗室建設成本降低。此外，虛擬仿真實驗室不會出現傳統實驗室因管理不善造成的儀器損壞、器械丟失等問題，使實驗室運行成本降低。虛擬仿真實驗室在教學前無須準備各種器械、材料，教學結束也無須進行瑣碎的整理工作，維護管理工作量減少，使實驗室管理成本降低［9－14］。
3結束語
數字化虛擬仿真技術范文4
【關鍵詞】單片機開發 仿真技術 Proteus仿真軟件 應用
隨著電能路徑技術在單片機開發技術中的應用，仿真技術水平在我國的貿易、科技領域發展較為迅速。單片機仿真技術的開發原理是依托于集中解決機器和多類I/O暫停系統的技術原理，集合集中解決機器和多類I/O暫停系統的硅片，將仿真技術的數據存放在硅片上，進而建立一個系統化、全面化、層次化的仿真開發技術系統。作為集中電能路徑的重要組成部分之一的單片機，SCM、SOC、MCU是控制單片機仿真技術電能路徑的三個主要環節。其特點使耗電容量少、在集中解決機器和多類I/O暫停系統可以靈活延伸、制造工序簡單易懂、使用效率比較高。
1 單片機仿真技術概述
隨著我國計算機水平和通訊技術水平的日益成熟，單片機仿真技術成為現代教育領域的一門教學課程。作為單片機的智能化體系主要組成部分之一的微小解決機器，其不僅承擔著控制和檢測復刻電能路徑的責任，還要在電能路徑受到電容量壓力過大時調節電阻力，扮演調節角色。因此，對單片機仿真技術研究的核心內容是合理控制電阻力對微小解決機器的影響、調節電能路徑，避免出現電阻容量過大或者電能路徑受阻的情況。據算計技術和數字技術理論的日趨成熟促使了單片機發掘技術的發展，也為仿真技術模擬體系提供了理論基礎。專家們在對單片機發掘技術理論進行研究的過程中，要運用任意存放機器設備的協調技術，保證仿真技術模擬技術在模擬平面得以正常施展，調節電能路徑。模擬仿真技術的應用不當可以減少單片機的成本，節約研發費用和時間成本，還可以減低生產單片機的設定風險。因此，模擬仿真技術不僅為單片機的大量生產提供了成長舞臺，還促進了單片機仿真技術的不斷發展。
2 Proteus仿真軟件的引入
計算機水平和通訊技術水平的不斷提升，促使各類模仿體系的產生。各類模仿體系的產生一方面為技術人員研發單片機仿真軟件節約了大量的人力、物力、財力，另一方面促使單片機仿真技術的誕生。Proteus仿真軟件作為單片機仿真模擬體系中的一員，是集虛擬電能路徑、數據電能能路徑為一體化的仿真軟件，不僅可以有效地將電能路徑于模擬體系得到結合，還可以在計算機仿真技術中對電能路徑的結構、單片機數據編碼、電能路徑理論模型進行虛擬制定和演練操作，把模擬仿真技術理論圖表成功實踐到單片機Proteus仿真軟件中，依托與單片機編碼的調節作用，從而生成PCB檢測體系。
目前，Proteus單片機仿真軟件與課堂教學試驗融為一體，不僅提升了課堂教學的質量，將仿真技術與計算機合成技術得到有效整合，還能夠降低軟件開發過程中的費用成本支出。我國的Proteus仿真軟件開發技術主要是結合設備設定生產、現代計算機開發技術、數字化研發技術的相關理論基礎，利用模擬模仿研發范圍，使Proteus仿真軟件再工程軟件開發領域、商品研發領域、服裝貿易研發領域得到廣泛應用，促進我國工程、服裝貿易行業的快速發展。另外，工程的兼容研發和商品的循環研發時間是有嚴格標準的，即不能夠超過模擬模仿研發環節的期末時間，確保商品的初始狀態在模擬模仿氛圍中得以真實展現。比如安裝Proteus仿真軟件系統中的LabView和Soliworks軟件在器材上，不僅可以保障機械運用元素在仿真技術三維空間中正常應用，避免出現三維度運作操作出現失誤或者失靈的現象。
3 單片機開發中仿真技術的應用
3.1 性能要求
設定多向研發應用設備的前提是遵循單片機仿真技術原理，研發適合克服需求的單片機模仿機器。技術研究人員在開發多向研發應用裝備的同時，要考慮特殊客戶對單片機仿真機器的性能要求，實現小組共享多向研發應用器材的目的。研發小組共享機器設備不僅可以幫助提升單片機器材的使用效率，還可以避免單片機器材在研發過程中出現反復投資器材的現象，為形成和諧的研發模擬模仿提供良好的條件。
3.2 多路開發器整體結構
多向研發運用板是多路開發器設定的條件之一，不僅可以為單片機完成仿真技術提供原理，還可以幫助多路開發器在模擬模仿計算機體系中達到仿真技術標準。仿真多路開發器的原理可以看出，技術研究人員在開發仿真多路開發器時，在模擬模仿軟件系統中設置多個開發用戶的目的是為了提升仿真技術的使用效益。其中，多路控制器控制著多個開發用戶、多路請求電路、多路狀態指示，單片機開發板在仿真多路開發器中居于核心位置，其存在的作用就是實現單片機仿真技術目標的標準化。
3.3 多路開發器電路設計
仿真多路開發器研究原理可以得出結論，多路控制器控制者多類客戶主體機器，多類客戶主體機器在受到多路控制器的嚴格控制下，根據單片機開發板的相關規定進行遠程操控，以“多對一”或者“一對一”的形式開展模仿應用任務。所謂“多對一”形式就是多類客戶對應一個單機片開發板，“一對一”就是一個客戶對應一個單片機開發板。多路開發器電路設計的主要元素是電磁繼電器和74LSO4反相器，作為構建一類單片機遠程控制電能的數字化通訊設備，從而共同完成“多對一”或者“一對一”的模仿應用任務。
4 結束語
隨著計算機處理水平和通訊技術水平的不斷提升，以及Proteus仿真軟件的引入，仿真技術在單片機開發中的應用越來越廣泛。仿真技術在多路開發器電路中運轉還比較順利，不僅完成了“多對一”或者“一對一”的模仿應用任務，還提升了電能器材的使用效率。
參考文獻
數字化虛擬仿真技術范文5
[關鍵詞]數字化模型；繼電保護；計算機仿真；系統性校驗
中圖分類號：TM727 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）37-0039-01
0 引言
電網規模的不斷擴大和一次系統接線方式的日益復雜對電力系統的安全穩定運行提出了更高的要求。繼電保護設備作為維護電網安全穩定運行的第二道防線，已越來越受到人們的重視。
由于電力系統本身是一個動態的系統，電網故障的發生也具有突發性、瞬時性、不可預見性等特點，電網二次系統作為電網安全穩定運行的主要控制手段，有必要在設備投運前對二次系統全面的測試和校驗。
目前的繼電保護校驗只能對二次系統中的繼電器（保護裝置）的功能與動作特性進行校驗，對于在系統故障時能否正確切除故障起決定作用的繼電保護定值及二次系統其它參數無法進行驗證。
因此本項目提出了在建立電網一次精確模型的基礎上，進一步建立二次系統的主要構成元件――各種保護繼電器的數字化模型（即虛擬繼電器），從而搭建整個電網系統的數字化模型，利用計算機仿真這一先進的技術手段對電網的第二道防線進行模擬，從根本上解決目前難以對電網中的二次系統配置的合理性、準確性、以及各項控制功能的有效性進行全面驗證的問題。
1 國內外研究水平綜述
目前，對電網中繼電保護系統的校驗仍然處于裝置級水平，即僅僅對單臺（套）繼電保護設備進行硬件性能、邏輯功能、動作特性等方面的檢驗，而對于關系到繼電保護設備能否正確動作的保護定值的合理性及準確性無法進行檢驗。
電網本身是由眾多元件連接成的統一的系統，對電網中繼電保護設備的要求不僅僅局限于邏輯功能正確、動作可靠，更重要的是強調各級電網的繼電保護設備的動作特性必須嚴格配合，在一次設備發生故障時，保護裝置必須做到該動必動，不能誤動。繼電保護定值作為保護設備能否動作的直接依據，各級繼電保護裝置動作特性的配合實際上就是保護定值的配合。如果對保護定值的正確性進行校驗就必須考慮到各級保護定值的逐級配合，聯系各級電網對定值進行系統的校驗。
由于電力系統故障的瞬時性、突發性、破壞性以及故障過程的不可逆轉性，現有的技術手段尚不能對電網各級保護定值進行系統的檢驗。本文在現已成熟的電網一次設備電磁暫態仿真技術的基礎上，提出了建立電網中各種繼電保護設備的數字化模型――虛擬繼電器，將電網中各級保護定值置入虛擬繼電器，通過對電網進行各種電磁暫態仿真過程，觀察各虛擬繼電器的動作情況，從而檢驗電網中各級繼電保護定值的正確性。
2 理論和實踐依據
（1）虛擬繼電器模型的建立
實現本文的關鍵在于建立各種繼電保護裝置的數字化模型，即虛擬繼電器。利用先進的數字建模技術，根據常見繼電保護裝置的基本原理及動作邏輯，編制程序完成各種繼電保護裝置的基本功能，并進行測試完善，使之具有與實際繼電器相同的動作特性，并預留同外部程序的接口。
（2）虛擬電網的繼電保護系統的建立
根據電網的實際情況，實現對電網的電磁暫態仿真模型（一次系統）的保護配置，主要實現虛擬繼電器對一次系統模型中相應斷路器的控制功能。
（3）對電網一、二次系統模型的仿真研究
利用現已成熟的電網的電磁暫態仿真模型，通過模擬一次系統的各種異常及事故運行狀況，分析電網中各種繼電保護設備及斷路器的動作行為，在此基礎上進一步分析繼電保護設備的配置與參數整定是否合理。
（4）本文的創新點
本文提出建立電網二次系統的數字化模型，對電網的二次系統進行全面的仿真研究，克服了以前的電網仿真只研究一次模型，忽略二次模型的弊端，只有對電網的一、二次設備進行全面的仿真研究，才能真正實現對電力系統的全方位、全過程的動態仿真。
繼電器作為構成電網二次系統的基本元素，本文提出了虛擬繼電器的概念，建立虛擬繼電器是本文的關鍵部分，在國內外尚未看到有關虛擬繼電器的有關報道。
3 研究內容和實施方案
本文利用計算機建模技術建立虛擬繼電器，使之具有與實際繼電器相同的故障分析、邏輯判斷、動作出口等功能，并具有良好的人機界面，可方便的實現對虛擬繼電器進行各種參數及定值設置，從而實現與實際繼電器完全相同的功能。
設想電網系統的數字化模型開發及仿真系統由三部分構成，分別為基于微機保護的電網實時仿真裝置，通訊和信號轉接口以通用自動化二次設備，如圖1。
圖1 電力系統仿真系統構成圖
電力系統是一個龐大而復雜的系統，按照其內在的物理規律、相互關系及實際功用，可將電力系統紛繁復雜、形態各異的設備歸納為若干種類。依其內在機理確定算法，算法面向一類設備，代表其共性。
然后根據實際系統，將通用性的算法應用到特定的設備，對各輸入、輸出、系數進行配置以反映其特性。并依據物質流向、控制信息流向將它們一一連接起來，即構成模型。建模工程師無須專門的計算機軟件知識，只要熟悉仿真對象的工藝流程，具備相應的專業知識，即可從事模型開發和維護工作。
具體到繼電保護設備，可根據每種保護的輸入、輸出量及工作原理建立數學模型，正確反映保護的啟動、動作、復歸、時間等特性。
所有設備算法均依據物理機理建立，算法涵蓋了仿真對象的全工況動、靜態特性，既反映了正常運行的規律，又模擬了異常、故障情況下的特性。
在原有電網一次系統仿真模型上，根據實際電網保護配置情況，實現電網二次系統的配置，從而形成完整的電力系統。然后利用現已成熟的電網電磁暫態仿真技術，模擬電網的各種故障及異常運行方式，觀察電網中一、二次設備的動作情況，從而判斷電網中的各種繼電保護設備的配置情況及參數整定是否合理、正確。
4 預期目標和成果形式
本文利用計算機建模技術建立虛擬繼電器，使之具有與實際繼電器相同的故障分析、邏輯判斷、動作出口等功能，并具有良好的人機界面，可方便的實現對虛擬繼電器進行各種參數及定值設置，從而實現與實際繼電器完全相同的功能。
在原有電網一次系統仿真模型上，根據實際電網保護配置情況，實現電網二次系統的配置，從而形成完整的電力系統。然后利用現已成熟的電網電磁暫態仿真技術，模擬電網的各種故障及異常運行方式，觀察電網中一、二次設備的動作情況，從而判斷電網中的各種繼電保護設備的配置情況及參數整定是否合理、正確。圖2為系統進行單相重合閘的仿真結果，圖1中給出了一次系統故障電壓、電流的曲線以及二次系統虛擬繼電器的動作情況，為設計人員及繼電保護整定計算人員提供直觀的分析依據。
圖2 系統進行單相重合閘的仿真
參考文獻
[1] 楊樂平，李海濤.LabVIEW程序設計與應用.北京：電子工 業出版社，2005：1～32.
數字化虛擬仿真技術范文6
關鍵詞:仿真;虛擬樣機;計算機輔助設計
以信息技術、計算機技術、系統理論、通信技術為基礎的系統仿真技術得到了前所未有的發展。特別的是,系統仿真技術在機械設備制造領域也得到了廣泛的應用。比如世界上的許多大飛機制造公司(如美國波音、洛克希德?馬丁、法國空中客車等公司)和大汽車制造公司(如通用、福特、戴姆勒-奔馳、豐田、寶馬、大眾等公司)都在產品的開發設計、實驗分析、制造和管理的各個階段大量地、充分地使用仿真技術,不僅大大地縮短了產品的開發周期,極大地減少了人力。
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。
四、結束語
機械設備制造中的仿真技術,其本質也是一種計算機輔助設計。但是與以往技術相比,它更形象、更先進。需要看到的是,與發達國家我們的路還很漫長,只有迎頭趕上才能滿足國家經濟發展的要求。
參考文獻:
[1]殷國富.楊隨先計算機輔助設計與制造技術原理及應用[M].成都:四川大學出版社.
[2]劉德貴.動力學系統數字仿真算法[M].北京:科學出版社,2000.
