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數字化設計與仿真技術范文1
關鍵詞:液壓 仿真技術 應用與發展
中圖分類號:TP27 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)08(a)-0097-01
仿真技術是液壓系統設計的必要手段,已經被業界廣泛認可。液壓仿真技術始于20世紀50年代,剛開始是運用傳遞函數法進行仿真,也只能分析系統的穩定性及頻率響應特性,這是一種用于單輸入單輸出的系統的仿真技術。進入20世紀70年代后,隨著液壓流體力學、現代控制理論、故障診斷技術、信息化技術的發展,液壓仿真技術也得到了一定發展,已經可以建立液壓系統的分析數學模型。近年來,加快了復雜的液壓系統的研究,這使得從以前對象單一的形式化模型及數字化信息空間的定量研究發展到對于對象建立起定性和定量相結合,將信息、智能集成在一個復雜的信息空間中的定性和定量的研究。液壓仿真技術由三個部分組成:數據建模;模型解算;仿真結果分析。在我國,液壓仿真技術起步比較晚,雖然取得了很大的進步,比如國內的液壓軟件仿真系統DLYSIM的研發成功,但是目前我國與國外的液壓仿真技術還有很大的差距。
1 液壓仿真技術存在的主要問題
目前液壓仿真技術存在的主要問題有以下幾類問題:結構要求更加復雜,系統建模不容易;技術要求更高,系統仿真的精度和可靠性不高達不到要求的水準;結構不斷復雜化,仿真模型庫不完善問題越來越突出;各類仿真軟件不斷被開發,但是仿真軟件的通用性不好的問題大量存在;液壓技術不斷發展,客戶對液壓仿真技術要求越來越高等。而液壓仿真技術目前主要有以下幾個關鍵點:一是加強液壓元件和系統建模理論的研究,深入探索液壓系統的機理,為液壓仿真技術的發展提供充分的理論基礎;二是繼續開展液壓專用仿真軟件的開發和研制,為行業提供更加方便快捷的仿真工具,提高整個行業的操作效率;三是提高仿真結果的精度,以滿足越來越高的客戶要求,使仿真軟件更加專業化;四是提高行業設計人員的素質,提高創新發展的能力;五是優化輸出結果的描述和分析的方法,讓結果分析更加明確清晰,效率更高。
2 現代化仿真技術在液壓系統中的應用
隨著信息化技術的不斷發展,仿真技術也越來越成熟,利用計算機和硬件編程作為工具來研究液壓系統動態特性已經成為一種發展趨勢。仿真技術是以計算機技術、信息化技術、系統編程技術及其應用有關的專業技術為基礎,以各種相似原理和物理效應的設備為工具,利用一些假想的簡化模型結構對實際情況進行模擬研究的一種技術。它綜合了計算機、網絡、故障診斷、液壓驅動技術、軟件工程、信息處理、自動控制等多個高新技術領域的最新成就,不僅可以用于產品或系統的性能測試,而且可以用于產品研制開發的整個過程及由多個系統綜合構成的復雜系統。
隨著仿真技術的發展,仿真類型也在不斷豐富,根據計算機類型的不同,仿真可以分為模擬仿真、數字仿真、數字模擬混合仿真和全數字仿真。模擬仿真是傳統的類型,它主要是以模擬計算機為主要工具,對液壓系統的模擬進行運算和研究。而數字仿真是現代化的仿真手段,它是以數字化計算機為主要工具。
仿真技術在液壓領域的應用主要包括以下幾點。
(1)通過理論推導建立已有液壓元件或系統的數學模型,用實驗結果與仿真結果進行比較,驗證數學模型的準確度,并把這個數學模型作為今后改進和設計類似元件或系統的仿真依據,深入探索液壓系統的機理,為液壓仿真技術的發展提供充分的理論基礎,這也能很好的解決目前仿真模型庫不完善的問題。
(2)通過建立數學模型和仿真實驗來模擬現實問題,在建模時對于不同的情況我們要采用不同的方案,例如采用有限元分析,甚至有時候還要適當簡化模型,這樣來找到模擬計算難度和切合實際問題之間的平衡。然后設置相應的各種數據參數,在設置參數時,我們首先要進行理論上的選擇,然后針對實際情況做出一些相應的修改。最后確定已有系統參數的調整范圍,這樣有利于掌握仿真的范圍也可以縮短系統的調試時間,減少犯錯的幾率,也提高了效率。
(3)通過仿真實驗研究測試新設計的元件各結構參數對系統動態特性的影響,要注重各個元件的配合和基本參數,如液壓泵的壓力、液壓泵的排量和流量、液壓泵的功率以及液壓泵的效率等,確定參數的最佳匹配,提供實際設計所需的數據,并把數據整理入庫,完善液壓仿真技術的數據庫。
(4)通過仿真實驗驗證新設計方案的可行性及結構參數對系統動態性能的影響,從而確定最佳控制方案和最佳結構。在這個過程中我們要綜合所有應該考慮的因素,不僅僅是技術方面的,還有一些技術以外的重要因素,比如造價、環境狀況和實現難易程度等。
3 液壓仿真技術的發展趨勢
3.1 創新建模方法
在整個液壓仿真技術中,建模是一個重要的基礎,一個正確的模型,可以很好的反應需要解決的問題和得到想要的數據。因此應大力發展系統自動建模技術、一體化開放性的圖形建模技術、具有在線自動調試功能的建模技術和采用高精度自適應的模型,來提高模型的可操作性和準確度,為液壓系統的分析提供技術支持。
3.2 開展人機交互的仿真研究
人機交互技術已經成為信息化技術追求的目標,不僅是仿真技術,其他計算機技術也在加大這方面的研究。人機交互旨在提供更好的操作技術,使操作更加方便,也更加智能化。
3.3 進行面向對象化的仿真技術研究
面向對象化的仿真技術是近幾年發展起來的新型技術,它突破了傳統的仿真方法的觀念,它根據組成系統的對象及其相互作用關系來構造仿真模型。它分析、設計和實現系統的觀點與人們認識客觀世界的自然思維方式一致,因而增強了仿真研究的直觀性和理解性。
4 結語
隨著信息技術的發展,我國液壓仿真技術也越來越成熟,但是還有很多關鍵問題還有待解決和提高,所以我們要不斷創新液壓仿真技術,加強對整個行業的重視和投入。液壓仿真技術正在朝著智能化、數字化方向發展,相信不久的將來液壓仿真技術會帶給我們更多的驚喜。
參考文獻
[1]王士剛.液壓系統動態仿真模型可視化建模技術研究[J].大連理工大學學報,2004(2).
數字化設計與仿真技術范文2
關鍵詞： 飛行器設計； 協同設計仿真管理平臺； SIMULIA SLM； 二次開發
中圖分類號： V414.41； TB115.1文獻標志碼： B
0引言
企業競爭力主要體現在創新設計能力方面，企業效益則直接受到產品的質量、周期和成本等要素的影響.設計是一項創造性的活動，主要是根據用戶的需求對產品進行定義.總體設計承擔整個設計過程的組織和協調任務，因此總體能力強弱直接影響產品開發的成敗.飛行器總體設計就是對飛行器系統工程進行科學的技術管理，即創造產品概念、形成總體方案、實施技術協調；建模與仿真技術是保障系統方案的整體優化、協調系統功能設計和實現的關鍵手段.
當前階段，數字化設計技術已在飛行器設計過程中得到眾多應用，但在傳統研發模式下，數字仿真技術還沒有成為核心技術手段和研制流程的標準環節.數字化技術已經加快飛行器設計進程，但許多設計師個人積累的研制經驗、模型和數據尚未得到有效管理，設計知識的傳承還沒有找到有效途徑.數字仿真技術是一項復雜的技術活動，在仿真建模、仿真模型確認和仿真結果評估等環節需要進行嚴格的過程管理，才能得到高質量仿真結果，支持產品設計.飛行器總體設計能力提升、知識積累和復用需要數字仿真技術，實施數字仿真技術需要在技術和資源保障等方面突破具體困難.
數字化設計技術代表當前先進的設計理念，國外在數字化設計技術方面取得很大進展，主要應用領域涉及航天、航空和兵器等.相關研究工作如美國沃特公司建立導彈綜合設計系統[1]，美國軍方建立IHAT系統，集成幾何、氣動、推進、彈道、熱、結構、穩定性與控制和費用指標等 [2]，美國NASA針對新一代運載技術建立AEE設計集成環境[3].
國內亦高度重視數字化設計技術發展，國內諸多企業和研究部門正著手建立一批有代表性的導彈集成設計平臺，如國防科技大學航天與材料學院采用J2EE架構建立導彈系統集成設計通用平臺[45]，西北工業大學航天學院建立導彈總體方案設計系統[67]等.
本文針對復雜環境下高超聲速飛行器總體設計集成度高、結構復雜、開發周期長和試驗成本巨大等特點，通過二次開發，應用SIMULIA SLM系統構建飛行器協同設計仿真管理平臺，基本實現飛行器總體方案數字化設計仿真、設計知識的積累和復用，為飛行器總體設計人員提供專業化設計、仿真分析和數據管理工具，研究成果對企業協同設計仿真管理平臺的構建具有一定的參考價值.
1平臺架構
高超聲速飛行器協同設計仿真管理平臺的架構見圖1，分為基礎資源層、平臺服務層、仿真應用層、設計應用層和平臺門戶層等5層.
2平臺實現
為實現平臺框架中提到的各項功能，需要基于成熟的仿真數據管理平臺框架軟件進行二次開發，本文選擇SIMULIA SLM系統作為基礎框架軟件進行二次開發.
圖 1平臺架構
2.1平臺門戶層
各專業設計師與仿真工程師可通過統一的門戶界面登錄，在統一平臺網絡環境中完成從預研論證、方案設計到工程設計等業務所需的飛行器全研制周期數字化設計仿真工作.系統客戶端包括總體、制導控制系統、結構和氣動等能力單元的人機交互操作界面.具體講，根據型號研制現狀，通過定制開發方式，平臺門戶層提供IE風格的、支持插件的滿足不同設計階段、不同設計人員的人機交互界面.
平臺登錄界面見圖2.
圖 2平臺登錄界面
2.2設計應用層
設計應用層主要由總體、制導控制系統、結構和氣動等能力單元的專業快速設計系統組成.設計能力單元是按照飛行器研制流程工作需求組織的小規模多專業協同設計環境.專業快速設計系統是按照型號作業需求、利用作業流程組織的單專業數字化設計系統.專業的通用分析流程是專業設計經驗積累、抽取、分解、標準化、組合配置串接出的復雜設計過程，數據、工具、過程與人員相互獨立，通過接口定制形成設計數據流，用標準過程形式封裝各類分析軟件（商業軟件和自編程序）形成技術支撐能力；通過計算過程自動化降低人員數量需求、人機交互補充系統智能處理水平，形成能力驅動型的研發模式.具體講，根據型號研制現狀，通過定制開發，設計師在人機交互界面上完成設計數據輸入、查看設計結果輸出、反饋設計決策和獲得設計幫助支持等.
2.3仿真應用層
仿真應用層主要由總體、制導控制系統、結構和氣動等能力單元的仿真系統組成，主要工作有：（1）將標準的自動化程度高的有精度保障的仿真流程添加界面，封裝成設計流程，供型號設計師使用.（2）將標準的有一定技術成熟度的仿真流程作為分析模版，供專業仿真工程師使用.（3）將企業共享的仿真工具、經驗參數、專業模型和分析模版作為技術資源，供平臺上的專業研究師使用，創建作業分析流程.
仿真應用層作為能力培養單位，具有仿真項目管理、專業知識管理、IT技術支持、仿真業務審核和仿真共享空間等交互工作界面.具體講，根據企業技術積累現狀和專業發展能力水平，通過二次開發定制，仿真應用層能建立滿足產品研發所需的數字化仿真環境.
2.4平臺服務層
平臺服務層將實現對企業現有的知識數據、專業模型、分析流程、專業工具和IT工具等進行有效的配置管理，通過IT技術能力有效實施系統工程思想的管理方法，在數據集成管理、工具集成及過程自動化、系統協同仿真和穩健性優化等信息處理能力方面通過大幅提高數據交互效率和質量、仿真計算效率和數據處理能力、豐富決策手段和其科學性，最終實現設計人員的工作效率提高、研發周期縮短、設計質量提升的目的.平臺服務層是數字仿真管理平臺建設的核心基礎條件，需要專業仿真數據管理平臺框架軟件的支持.
2.5基礎資源層
基礎資源層將產品研發中積累、總結、歸納所形成的產品設計經驗，軟件分析工具，硬件計算設備等進行有效的共享管理；分類存儲和積累產品設計數據有利于設計信息的匯總、設計知識的提煉和設計幫助的實時支持；共享軟硬件技術資源并通過與資源管理和調度系統的集成，能為全體設計人員提供高性能計算資源，提高設計效率和可靠性，提高投資的效益.基礎資源層中的技術元素需要專業數據庫系統等資源支持，接受平臺管理層的調度和管理.
3應用實例
以方案階段導彈典型設計參數的優化和仿真驗證為目標，將總體、彈道、氣動和結構等專業的仿真過程集成于數字仿真管理平臺，初步實現各專業的設計仿真工作的流程化.通過流程的運行考核數字仿真管理平臺的數據管理、任務管理和流程管理功能.相關應用成果見圖3～5.
圖 3飛行器總體參數初步設計圖 4氣動設計仿真
圖 5結構設計仿真
通過某型號方案設計仿真在平臺中的應用，實現導彈方案階段設計仿真工作的流程化，形成6大業務流程和21個仿真流程，實現設計方法的靈活調用、積累、復用和更新；通過平臺化的數據流轉和管理實現專業間數據流轉、過程數據版本的規范化管理和數據引用的可追溯性；通過4個專業應用驗證數字仿真管理平臺的基本功能；驗證知識積累和復用機制的可行性；驗證業務流程模型的提煉和仿真過程的組織符合型號研制的工作實際.
4結束語
將SIMULIA SLM系統作為基礎框架軟件進行二次開發，構建飛行器總體協同設計仿真管理平臺的雛形，并得到初步應用.研究成果對企業仿真數據管理平臺的構建具有一定的參考價值.
雖然數字化仿真技術已經應用于產品全生命周期的各階段，并取得顯著效果，很多企業越來越認識到仿真數據管理的重要性和必要性，但是構建企業級的仿真數據管理平臺仍面臨著許多挑戰.
（1）目前，市場上的商用仿真數據管理軟件都還處于發展和完善階段，并且仿真數據管理平臺需要根據企業自身的需求進行大量的定制開發和實施工作；
（2）結合定制開發，企業自身業務流程、仿真流程的梳理是1個不斷迭代的過程，需要專業級主任設計師長期不懈的努力；
（3）需要企業進行仿真數據、經驗知識的積累，并使仿真應用規范化、標準化；
（4）仿真工具的開放性和易集成性對仿真數據管理平臺的構建也有至關重要的影響.
因此，構建真正的能適應企業自身需求發展的數字仿真管理平臺還需要整體規劃、分布實施，本文所完成的工作只是萬里邁出的第一步.參考文獻：
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數字化設計與仿真技術范文3
關鍵詞: 建筑工程施工；數字化；管理手段
建筑工程施工管理是否科學關系到整個建筑工程能否高效完成，實現預期建設目標，能否完美展現建設藍圖?？茖W的施工管理離不開暢通的信息流動，即實現信息在建筑工程施工過程中的全方面流動，包括從上層到下層或從下層到上層的縱向流動，也包括層次間的橫向流動，使管理者及時了解施工信息，有效管理和控制施工進程等。傳統的建筑工程施工管理過程中，通常采用的是手工統計數據、編制報表的方式，這種方式工作量大，效率不高，也難以保證信息的及時性和精確性。隨著數字化時代的到來，數字化管理被引入建筑工程施工管理中，實現了現代建筑工程施工管理手段的突破。
一、當前建筑工程施工中數字化管理的優勢及現狀
相對于傳統建筑工程中的人工信息管理，“數字化”管理具有信息數字化、網絡化、智能化和可視化等優勢。它通過將施工過程的相關數據錄入計算機資料庫，運用智能化的整合分析方式，對整個建筑工程進行分析和掌控；還能運用現代電子器材，對施工過程進行隨時隨地的監控和管理。不僅使管理者能夠全面、精確地了解整個建筑工程概況或局部詳細信息，還能通過系統仿真計算、虛擬現實等等手段，實現對龐大建筑工程的歷史分析和前景推測。
當前，隨著電子計算機先后被引入建筑工程，除一些小型建筑施工依然采用傳統的人工計算、人工管理的方式，大型建筑工程基本上都已經普遍運用數字化管理，從施工前的藍圖設計、到施工過程中的管理以及完工后的工程檢驗、完工后的實際應用等，都已經離不開數字化管理手段了。
二，建筑工程施工中數字化管理手段的應用
在建筑工程施工中，數字化管理主要體現在空間信息技術、系統仿真技術、可視化與虛擬現實以及多智能體施工等方面。這些數字化管理新技術的運用，使傳統建筑工程施工管理有了質的飛躍。
(1)空間信息技術，即運用遙感技術RS，地理信息系統GIS，全球定位系統GPS等新型空間信息技術，搜集和處理包括施工場地的地形、地貌、地質狀況、地面建筑物以及施工項目等一切空間信息，通過科學管理和綜合分析這些數據，為科學規劃和決策提供依據。如利用地理信息系統GIS，可以動態反應路基、建筑物的施工進展詳細情況；此外隨著三維、四維數據模型的日趨成熟，將GIS技術與系統仿真技術和結合，以三維或四維可視化方式逼真顯現整個建筑施工概貌和流程，對于熟練掌握建筑施工情況，及時改進工程施工計劃和方式，加強施工各方面的協調程度具有重要意義。
（2）系統仿真技術是以計算機等設備為工具，運用相似性原理、系統工程方法以及信息技術等專業技術，用系統模型對真實的或正在設想中的系統進行動態研究的一門多種學科交叉的綜合技術。主要有分布式仿真、智能仿真、多媒體仿真以及可視化仿真等，被廣泛運用于隧洞施工、橋梁施工、管道施工等領域。運用現代仿真技術，對實際系統和設計藍圖進行試驗研究，是當前建筑設計中必不可少的一項先進的數字化技術，是對龐大復雜的建筑工程的分析、研究、設計、評價等的重要手段。
（3）可視化與虛擬現實的應用?？梢暬粗高\用圖像處理技術等，將相關數據和文字信息轉換成圖像、圖形，在屏幕上顯示出來，使之更為直觀和形象。虛擬現實即運用計算機相關技術生成逼真的集視覺、觸覺、聽覺等為一體的模擬環境，運用傳感設備，如立體眼鏡、頭盔顯示器等，使用戶產生身臨其境的感受或體驗。這種技術的運用能夠提高學生或被培訓人員的極度逼真的“實踐”經驗，可應用于一些由高難度、高危險度的操作，通過這種逼真的“實踐”，提高在實際操作中的應對能力，減少不必要的損失或傷亡。
（四）多智能體，即能夠為實現目標或任務獨立運行，能適應所處環境，并能從環境中獲取知識，提高自身能力，且具有學習能力和推理能力的智能實體。在復雜的多智能體系中，每個智能實體都能作用于自身和環境，是解決復雜大系統問題的新型智能技術。當前，建筑工程項目規模不斷擴大，形式愈加復雜的趨勢下，工程建設過程中涉及的問題、涉及的單位和個人都迅速猛增，以傳統人工管理模式已經很難駕馭，而采用多部門計劃協調支持系統的智能體協同工作組織結構，則化解了這一難題，計算機智能技術就能夠巧妙解決這一復雜系統中千頭萬緒的關系和問題。
三、當前建筑工程施工中數字化管理存在的問題
當然，數字化管理手段的應用，大大提高了建筑工程施工的工作效率、技術水平，更極大地提高了工程質量，降低了生產成本。但作為由于建筑工程地面作業強的施工特點，數字化管理在建筑工程施工管理中運用還是屬于新興事物，多智能技術、可視化與虛擬現實的運用只存在于少數極端復雜的龐大工程中，而大多數建筑工程施工對數字化的管理運用還處于初步階段，也存在著許多亟待改進的地方。
首先，由于建筑工程施工數字化管理應用的廣泛性、普遍性還不夠，還缺乏工程數字化管理的系統性的科學方法，大多都還處于摸索階段。單純的、教條式的模仿較多，缺乏創新意識，個性化、符合建筑施工特色的系統性數字化管理方式還亟待完善。
其二，由于建筑工程施工中數字化管理模式還不成熟，數字化數字化構架不夠完善，各個建筑施工系統的相互協調性、綜合運用性不強，缺乏統一有效的管理和指揮，還不能從整體上充分發揮數字化管理的高效性能。
其三，相關法律法規不夠完善，對建筑施工相關管理數據和信息的保護乏力，也缺乏足夠的保護意識和法律法規意識。由于疏忽導致的數據流失或被利用，給工程的建設以及相關方面的權益帶來損害。
四、建筑工程施工中數字化管理的改進
（一）培養新型建筑工程數字化管理人才，加強建筑工程施工過程中數字化管理的系統化和專業化。當前，對建筑工程施工中，數字化管理手段主要應用于基礎管理階段，而一些專業技術性的應用還較少。而當代土木工程大學生的大量出現，計算機技術的發展，必將推動數字化管理走向系統化和專業化。如運用數字化管理，提升對大型構件安裝的精確度控制、高層建筑中垂直度的控制、對建筑工程施工材料性能的檢測以及高空操作中混凝土自動化上料、建筑材料沉降檢驗等。及時改進更新建筑工程施工的設備，完善相關配套設施，建立起一套與數字化管理相配套的現代化施工設備，為建筑工程施工的數字化管理提供充分的硬件設備。
（二）搭建和完善基于網絡的建筑工程施工中的數字化管理平臺。隨著大型建筑工程的興起，建筑工程施工管理變得極為龐雜。從以前單純的進度管理和材料管理等基礎性粗略性的建筑管理，成為如今涉及進度、審核、圖紙、設計等各個方面，外向聯系的對象也涉及頗廣。因此，構建共享平臺和網上辦公系統，簡化各個數字、數據傳遞的復雜環節，成對提高建筑工程施工效率的有效途徑。
（三）加強建筑工程管理者的數字化管理意識，積極采用先進的管理方法和技術，推動數字化管理更快更廣泛地被應用到實際中來。同時，加快建立和完善相關法律法規規章制度，使數字化管理有章可循。并加強對建筑工程施工數字化管理的科學技術研究，建立先進的綜合性強的數字化管理體系。
參考文獻：
[1]胡鵬、黃杏元、華一新.地理信息系統教程[M].武昌：武漢大學出版社.2002
數字化設計與仿真技術范文4
關鍵詞：三維建模；三維動畫；仿真技術
中圖分類號：J218.7 文獻標識碼：A
文章編號：1005-5312（2012）17-0043-01
一、關于三維建模
（一）三維模型
所謂的三維模型就是一個物體用三維的多邊形表示出來，然后用計算機或者其他的設備用視頻的形式進行顯示?，F實的物體可以使在現實世界里存在的實際物體，也可以是設計者虛構出的，總之就是不管是有的沒得，只要是能想出來的都能用三維模型表示出來。
（二）三維建模的應用范圍
三維建模在現在這個科技發展迅猛的時代已經被運用在各個領域，其中在視頻游戲中，三維建模是作為計算機和視頻游戲中的資源被運用，而在醫療行業中，三維建模被使用于器官的制作模型等，在電影電視行業中，他們被用于特技手段和活動的人物制作，在建筑業中，三維建模用來展示所要表達的建筑物和地貌風景等。
（三）三維建模的方法
1、軟件建模
現在市場上有很多比較先進的建模軟件，比如3DMAX、Maya、AutoCAD等等，這些軟件的共性是用一些較基本的幾何體，如長方體、正方體、立方體和球體等，構建一系列的平移、旋轉、拉伸和一些較復雜的幾何場景來實現的。能夠用團建來進行三維建模的主要是屋里建模、幾何建模和行為建模等等，而其中尤幾何建模的創建和描述是三維建模之間的重點。
2、儀器設備測量建模
三維建模中重要的工具就是三維掃描儀，又被叫做三維數字化儀。這種儀器能夠將現實世界中的彩色努力提的信息快速的轉換成計算機能夠識別和處理的數字信號，并且能夠為三維建模實現數字化提供了有效的方法。
3、圖像或者視頻建模
在現在的計算機圖形學的研究領域，用圖像或者是視頻來進行三維建模是很多學者比較感興趣的，這種方法同那些比較傳統的建模方法相比，具有很多特別的優勢，比如，用圖像或者視頻創建的模型會比別的方法更加真實和自然，并且，運用這種方法創建模型會變得更方便，速度也會大大提升。質量和速度的提高，是圖像或視頻建模最大的特色。
二、關于三維動畫的仿真技術
（一）動畫
借用人的視覺暫留原理，一系列的靜態圖像播出之后，會在人的視網膜上留下動態的效果，而利用計算機設計的動畫效果，就是用計算機中比較高效的圖像處理的功能，用一連串的關鍵幀來對物體的關鍵時刻進行描述，準確的幾率物體關鍵時刻的位置結構和其他的參數，并且自動的形成中間的圖像，然后創建出一幅流暢的畫面。
（二）三維動畫的的仿真應用
三維動畫的仿真技術能夠將真實的物體模擬成一個虛擬的動畫，但是這個動畫會產生一定的價值。三維動畫的真實和精確，可操作性，三維動畫在教育、軍事、建筑和醫學、娛樂等領域都有很大的發展性。
在影視制作方面，三維動畫能夠制作出比較有創意的特效和3D動畫，還能夠制作出精良的后期效果和特效動畫，應用這項技術，吸引了越來越多人的眼球，得到很多客戶的青睞，劇中的爆炸，煙霧，下雨和光效還有撞車，變形和很絢麗的片頭片尾等等的出現，都得益于三維動畫的仿真效果，其真實性讓人們極大的體驗到了科技社會所帶給人們的視覺盛宴。
在工程建筑中，橋建設時，預先設計場景；建造跨江大橋，要考慮到橋附近的山水；建造立交橋，要考慮到城中居民區。這些效果都可用三維動畫的仿真技術制成。
三、總結
隨著科學技術的進步和人們工作的電腦化，三維建模和三維動畫設計會隨著動畫技術的進步有著飛一般的技術提高，而且在我國的科技領域，三維建模和三維動畫的仿真設計會有這廣闊的發展前景?，F在社會中計算機技術發展迅猛，多媒體技術的出現使各行各業有的新的生機，在這個信息技術稱霸的時代，電腦的技術運用對于我們生活和工作的影響是很大的，這也促使著我們在工作的過程中要嘗試著新的思路和方法，保證在工作中用最快最好的方法，最短的時間內高效率的完成工作內容，降低成本。不管是三維建模還是三維動畫的仿真技術，都用比較準確和真實的效果來表達設計者的思想，會對工程的施工方案的選擇還有施工方案的優化設計有很大的幫助，保證施工能夠達到最優。
參考文獻：
數字化設計與仿真技術范文5
關鍵詞：計算機技術；數字化設計；CAD；設計；應用
Abstract: design technology is a variety of ways and means that we in the design process to solve the specific design issues. Traditional design using the static, experience, passive, manual methods, the design efficiency and accuracy has been unable to meet the higher requirements of social development. Computer technology in the design of large-scale application is the integrated technology on the based of the traditional design technique interdisciplinary and multiple disciplines development. Along with the computer technology development, scientific, dynamic, active, modern design technology development and application, the design efficiency and accuracy are greatly improved.
Key words: computer technology; digital design; CAD; design; application
一、設計技術概述
設計技術是我們在設計過程中解決具體設計問題的各種方法和手段。傳統設計我們采用的是靜態、經驗、被動、手工式的方法，其設計的效率和準確性已無法滿足社會發展的更高要求。隨著計算機技術的大發展，動態、科學、主動、現代化的設計技術不斷發展和應用，使得設計的效率和精確性得到了最大程度的提高。計算機技術在設計中的大規模應用是在傳統設計技術的基礎上多專業和多學科交叉發展的綜合性技術?，F代設計技術由基礎技術、主體技術、支撐技術和應用技術4個不同層次的技術所組成?；A技術主要指傳統設計理論與方法。計算機輔助設計技術CAD是現代設計技術的主體技術。支撐技術則主要是可信式設計技術、試驗設計技術和現代設計方法學。應用技術則是各產品領域的知識和技術。
二、數字化設計與數字化產品開發
數字化設計是指將計算機技術應用于產品設計領域。數字化設計是基于產品描述的數字化平臺，建立基于計算機的數字化產品模型，并在產品開發全程采用，達到減少或避免使用實物模型的一種產品開發技術。 產品設計過程本質上是一個對信息進行采集、傳遞、加工處理的過程，其中包含了兩種重要的活動：設計活動和仿真活動。因此產品設計也可以看作是一個設計活動和仿真活動彼此交織相互作用的過程。設計活動推動信息流程向前演進，而仿真則是驗證設計結果的重要手段。2.1數字化設計的特點
1）實現并行設計一項設計工作可由多個設計隊伍在不同的地域分頭并行設計、共同裝配，形成一個可完成強度、可制造性、成本和功能測試的完整的數字化模型。
2）設計過程中減少或避免實物模型的制造傳統設計在產品定型生產前需經過“樣機生產―樣機測試―修改設計”的過程，且需反復多次，這不僅耗費物力、財力，還使得產品上市周期延長。數字化設計則在制造實物模型之前，先進行計算機仿真分析與測試，排除[1]某些設計不合理性。2.2數字化設計技術及應用
（1）參數化、變量化、模塊化設計
參數化、變量化技術也是配置設計和按定單設計的基礎。產品設計大多數是從已有產品進化而來的，據統計，典型定單產品中的標準件、外購件或變型件占90%，全新零件只占10%左右 利用參數化、變量化、模塊化建模技術，可方便地修改設計，提高設計的效率，保證設計的質量和可靠性。CAD中的尺寸驅動法是利用參數化、變量化技術修改設計的有力工具利用廣義相似理論，通過對功能單元、結構單元的重組可以獲得不同結構形式的系列化產品（2）反求工程和快速原型技術復雜產品的模仿創新是一條減少風險投入，加快產品創新的有效途徑。反求工程是利用某些測量方法（如三坐標測量、CT、核磁共振、自動斷層掃描法等），在實測數據的基礎上，重構產品三維數據模型的方法?？焖僭图夹g是20世紀末期制造領域的重大突破，它直接利用CAD的離散數據，簡單、快速、準確地將人的思想轉化成功能原型或零件，淡化了設計與制造的界線。數字化的核心是離散化，快速原型技術通過產品數據的分層和離散，將材料按需要添加到零件上，通過對材料配比的變化及燒結路徑的變化，可有效地控制零件的性能和變形。反求工程和快速原型技術的巧妙結合為加快產品開發過程和在實物原型的基礎上，深入探討和選擇設計方案奠定了基礎。
（3）虛擬產品開發方法
虛擬產品即存儲在計算機內部的產品數據模型，亦稱數字化原型或數字化樣機（Digital Mock-up）。虛擬產品開發不是簡單的數字化建模和仿真，它更強調虛擬技術的應用，通過虛擬現實的交互性，沉浸性和想象性達到虛擬產品開發環境的高速逼真化，并可對虛擬原型直接進行操作，產生身臨其境的感覺。數字化樣機是描述產品功能和行為特性的產品數字化模型，它支持產品的多學科優化設計及產品運動學、動力學和使用性能仿真，通過對模型的評估、測試和優化，可以預先了解相應物理樣機的特性。隨著虛擬現實技術的發展，在數字化樣機的基礎上提出了虛擬樣機的概念，它更強調仿真技術和VR技術的應用，通過VR環境中人對虛擬原型的操作，可有效地發揮人的創造性，提高了概念設計和總體設計中的分析、決策能力。虛擬產品開發技術（Virtual Product Development）是在信息技術、網絡技術、仿真技術和虛擬現實技術基礎上出現的最新數字化產品開發技術。虛擬產品開發是實際產品開發、制造、使用、維護在計算機上的本質表現，虛擬產品開發要求全面的產品數據描述和各種可視化的仿真工具及人機交互操作工具。數字化樣機和虛擬樣機技術不僅可以減少和替代部分實物實驗，降低產品開發費用和縮短產品的研制周期，而且也是提高產品創新能力的有利工具。虛擬產品演示可以在一般計算機環境下進行，也可以在虛擬實境環境下進行，它不僅可顯示產品的外觀、內部結構以及工作原理，還可改變金屬表面涂裝的顏色和光澤，以及皮革的紋理等。虛擬產品既可用于設計交流，還可作為設計者與銷售人員、銷售人員與客戶之間的交流。
三、CAD技術及應用
CAD技術的主要功能：零件造型、產品裝配、產品渲染、動態顯示、運動仿真；工程分析如有限元分析、優化設計、可靠性設計；繪制工程圖樣、編制物料清單等。
任何設計都表現為一種過程，每個過程都由一系列設計活動組成。這些活動既有串行的設計活動，也有并行的設計活動。目前，設計中的大多數活動都可以用CAD技術來實現，但也有一些活動尚難用CAD技術來實現，如設計的需求分析、設計的可行性研究等。將設計過程中能用CAD技術實現的活動集合在一起就構成了CAD過程。CAD的真髓不是繪圖，而是建模和仿真[2]。數字原型（DMU）就是在三維實體模型的基礎上，將零件組裝成數字化的虛擬產品。數字原型可用于檢驗零部件之間的裝配關系[3]，以防止相互干涉，從而可進行運動仿真。數字原型可用于透視復雜產品的內部結構，從而可進行裝配、維修等人機工程的研究。它還可用于產品的外觀藝術渲染，制作廣告。在三維實體模型的基礎上，將零件組裝成數字化的虛擬產品。
計算機輔助工程是借助計算機強大的計算和圖像處理能力解決工程技術中的各種問題，包括有限元分析、優化技術等。有限元分析FEA（Finite Element Analysis）是采用有限元法來近似求解數學物理問題的過程[4]。有限元法的基本思想是將問題的求解區域劃分離散為一組有限個單元，單元之間按一定方式僅靠節點相互連接在一起的組合體。單元內部點的待求物理量可由單元節點物理量通過選定的函數關系插值求得。將各個單元方程“裝配”在一起而形成總體代數方程組，加入邊界條件后即可對方程組求解。節點是空間中的坐標位置，具有一定自由度和存在相互物理作用。單元則是一組節點自由度間相互作用的數值、矩陣描述（稱為剛度或系數矩陣)。單元有線、面或實體以及二維或三維的單元等種類。信息通過單元之間的公共節點傳遞的。有限元模型是真實系統理想化的數學抽象。
集成化、網絡化和智能化是現代CAD技術所追求的功能目標。集成化要能支持信息集成、過程集成與企業集成，它涉及的技術如：數字化建模、產品數據管理、過程協調與管理、產品數據交換、CAX工具、DFX工具等[5]；網絡化要能支持動態聯盟中協同設計所需的環境與設計技術；智能化是指在實現集成化與網絡化時所采用的智能技術，如人工智能、專家系統技術等?，F代CAD技術的最終目的是要盡可能采用自動化設計技術使所設計的產品達到質量高、成本低、周期短，以便在先進制造模式下贏得市場競爭。隨著現代CAD技術的發展，設計過程中越來越多的活動都能用CAD工具加以實現，因此 CAD技術的覆蓋面將越來越寬，以至整個設計過程就是 CAD過程。
參考文獻
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數字化設計與仿真技術范文6
關鍵詞：車輛工程專業；應用型；實踐創新能力；教學體系
Research on practical innovation ability cultivation for application-oriented undergraduates of vehicle engineering
Yang Bin, Wan Maosong, Wang Jiankang
Nanjing forestry university, Nanjing, 210037, China
Abstract: According to market demand for automobile professionals and vehicle engineering orientation. Cultivation system of practical innovation ability for application-oriented undergraduates of vehicle engineering is established. Theory course teaching system, teaching content, teaching methods, the experiment practice course system and students'' comprehensive quality training system are also innovated and practiced.
Key words: vehicle engineering; application-oriented; practical innovation ability; teaching sysem
汽車產業是國民經濟支柱產業之一，近十年來，隨著我國汽車行業的飛速發展，用人單位對汽車類人才的需求十分旺盛。同時，對車輛工程專業人才培養的質量和類型提出了新要求，迫切要求改革和創新車輛工程人才培養模式，著重加強學生的工程素質和實踐創新能力的培養。
1 車輛工程專業定位
車輛工程專業培養學生具備扎實的基礎理論知識和汽車設計、制造、試驗方面的專業知識，能夠在汽車設計研究院、汽車制造企業、汽車行業管理部門(維修行業協會、保監會)、保險公司、交通管理部門和高等院校等從事汽車產品開發、技術研究、交通安全、教學和管理工作。本專業主要要求學生系統地學習和掌握機械設計與制造基礎理論、計算機應用技術等基礎知識。
近年來，我校車輛工程專業根據我國汽車工業未來發展趨勢和新的人才培養需求，對如何培養符合社會需求的實踐創新能力的人才進行了深入研究和探索。圍繞學校的“十二五”發展規劃，重新確立了車輛工程專業建設指導思想，明確了辦學指導思想和定位，著重培養學生在汽車產品的數字化設計和汽車測試等方面有較強的研究和應用能力，并對理論課程教學體系、教學內容、教學方法及實驗實踐課程體系、學生綜合素質培養體系等多方面進行了創新與實踐。
2 車輛工程專業應用型人才培養體系
2.1 理論課程教學體系的建設
2.1.1 “三模塊”理論課程教學體系
根據車輛工程應用型本科人才的能力結構和要求，首先確定車輛工程應用型人才培養的課程體系和教學內容，構建了“三模塊”理論課程教學體系，即與車輛工程專業相關模塊，包括通識教育模塊、汽車專業基礎課教學模塊和專業課教學模塊，確立了各模塊課程的知識要求和教學內容。具體做法是將本專業劃分為汽車產品的數字化設計和汽車測試方向，依據不同方向開設了不同的主干課程，制訂了新的課程教學大綱，組建了模塊化教學團隊，進一步優化了課程結構和不同課程之間的縱深關系，確立了各課程的教學目標和要求，修訂了新的教學計劃和教學大綱。
2.1.2 建設汽車數字化課程群
數字化設計與制造是現代汽車工業的發展趨勢。為了滿足現代汽車工業對既懂汽車結構又懂三維數字化設計技術復合型人才的需求，我校自2009年始開展了車輛工程本科專業數字化課群的建設，將數字化技術的應用能力培養作為專業人才培養主要目標之一。
通過對專業需求企業和相關院校廣泛調研與論證，提出符合自身特點的課程建設方案，修訂了各門課程的教學大綱，著手選擇或編寫教材，大膽嘗試與改革數字化課程的教學方法與手段，陸續開設CAD，CAE以及汽車仿真和汽車電子類課程，如汽車CAD/CAE技術、汽車結構有限元分析、Matlab及其應用、汽車車身設計基礎、汽車測試技術及設備、汽車電子控制技術等。同時，在教學內容和方法上也在不斷改革和嘗試，使學生不只局限于工具的使用，強調授課過程中訓練學生思維的啟發式教學方法，盡可能結合汽車零部件產品設計的案例式教學方法。
2.1.3 搭建汽車數字化應用平臺
圍繞著汽車數字化設計和汽車測試兩個專業發展方向，以培養工程應用型人才為目標，開展實驗儀器、設備和軟件建設，在原有實驗條件的基礎上成立了汽車數字化設計與應用中心。已建成擁有DELL和HP高性能工作站、40臺高性能計算機，80套汽車電子多功能實驗系統，汽車制造業普遍使用的汽車CAD(輔助設計類)軟件—CATIA v5r20，UG NX 6.0和PTC Cero 1.0，汽車CAE(結構性能分析類)軟件—ANSYS10.0，汽車動力學與性能仿真軟件—ADAMS，RECURDYN，虛擬儀器和檢測開發軟件—NI測控系統，LabView，Matlab等各種先進、正版軟件的汽車數字應用實驗室。
2.2 多途徑提高大學生數字化應用能力
依托汽車數字化設計建設平臺，將提高大學生的數字化技術實踐創新能力培養貫穿于整個大學階段課程學習、專業課課程設計、畢業設計、課外創新實踐訓練計劃中。
(1)推行“以學生為主體、以教師為主導”的教學思想，堅持理論教學與實踐教學并重，注重汽車新技術、新結構和新材料的介紹，正確處理各課程內容的縱深關系，周期性開展教學研討，總結課程教學經驗、不斷改進教學方法。
(2)推行“優秀本科生導師制”，聘請學術造詣深、責任心強、治學嚴謹的教師擔任優秀本科生導師，導師應在充分了解優秀本科生的學習基礎、特長、志趣等因素的基礎上，制訂出切合實際的培養方案和較強針對性的培養計劃及具體安排。安排優秀本科生參加科研工作和各類學科競賽。優秀本科生在培養期間應積極參與指導教師安排的科研課題或項目，在指導教師的指點下積極申報校級以上創業計劃、創新項目，并撰寫科研論文或申報成果獎，使學生數字化技術綜合應用能力得到提高。
(3)建立課外實踐創新汽車數字化應用平臺，鼓勵車輛工程專業大學生參與機械創新設計等各種大賽，在全國三維數字化創新設計大賽、機械創新等競賽中取得了較好成績，以賽促教、以賽促訓、以賽促用、以賽促新，培養了學生自我學習、自我開發的能力以及創新意識，同時也提升了專業能力和技術水平，促進了就業。
2.3 實驗實踐課程體系的建設
2.3.1 打破課程壁壘，實現實驗內容模塊化
從車輛工程專業人才培養需求的實際出發，實驗教學體系首先應打破課程的界限，以強化學生的創新能力和實驗技能培養為主線，對專業課實驗教學體系進行總體設計，統籌規劃所有專業課程實驗教學，構建與理論課教學既有機結合又相對獨立的技能培養實驗教學體系，形成了“專業教師指導實驗、實驗教師參與課程教學”的教學模式。由專業課教師參與指導汽車發動機和底盤構造、汽車拆裝與駕駛實習、汽車CAD/CAE技術等實驗課程，將理論與實驗教學課程緊密聯系，使學生對所學內容有更深層次的理解。
2.3.2 開放實驗室，充分利用教學資源
充分利用實驗室現有資源，完善實驗教學條件，積極開展實驗室開放工作，為學生學習服務，培養和鞏固學生的專業興趣，激發學生的學習興趣，培養學生的實踐能力和創新精神。實驗室開放包括認知實驗開放、實驗項目開放、計算機應用開放、科技活動開放等。同時，積極支持和組織大量的學生課外實踐活動，極大提高了學生專業學習積極性。
2.3.3 引入虛擬仿真技術，降低設備運行使用費用
虛擬仿真技術已在車輛工程學生的課程設計和畢業論文綜合設計環節開始廣泛使用，利用計算機多媒體技術和仿真技術進行實驗儀器設備操作與控制模擬，使學生全面了解和熟悉實驗儀器設備的使用原理，操作過程和維護保養。學生參與實驗教學儀器設備的自主開發及應用，要求學生利用3D(如UG，CATIA等)工程軟件，建立對象的三維數字化模型，然后利用相關虛擬仿真軟件制作成面向對象的交互系統。開發和利用虛擬仿真實驗系統是改革實驗教學的一個新的發展力向，可縮短熟悉儀器設備的時間，規范學生的實驗操作，提高儀器設備的使用完好率，降低實驗損耗和實驗成本。
3 學生綜合素質培養體系
(1)分析調查學生綜合素質培養要求，將學生表達能力、團隊合作能力和交流能力等素質培養要求落實到模塊化和實踐教學體系的環節中。在課程的教學方式方法、實驗、課程設計、畢業綜合設計等實踐教學過程中，強化學生的團隊合作意識，培養綜合素質。
(2)強化學生科技競賽、課外科技活動，提高學生的創業創新能力。在每年的機械設計競賽、數學建模大賽、三維數字化建模競賽等各類競賽和科技活動中，組織專業學生積極參與，由專業教師進行指導。幾年來，本校大學生廣泛地參與科技創新活動，已有多名學生獲得省級或國家級獎項，極大地鍛煉了學生的動手能力，提高了學習興趣，創造了良好的科技創新氛圍，提高了科技創新意識。
(3)通過汽車維修等級工(國家勞動和社會保障部職業技能鑒定中心授權)和三維CAD應用工程師(國家制造業信息化培訓中心授權)專業技能的認證，給本校學生提供了參加各項應用技能認證培訓的機會，大大提高了學生的就業技能。
4 專業課教學模式和方法的改革
車輛技術發展日新月異，各種新理論、新技術、新方法不斷涌現，教學內容和教學學時之間的矛盾日益突出。因此，改革教學模式和方法勢在必行。
4.1 制定合理的教學計劃
通過多年的教學實踐經驗和廣泛調研，制定了合理的課程教學計劃，將專業基礎課教學計劃提前，保證每個學期都有1～2門專業相關課程，使各門課程有一定的傳承性和互補性。汽車的各門專業課之間有著密切的聯系，特別是汽車構造、汽車理論、汽車設計這3門專業核心課程聯系更緊密。多門課程各有特點，串聯講解的授課模式使學生將知識融會貫通，更深入理解汽車的結構、原理和設計。
構建了理論與實踐一體化的教學模式。為保證理論和實踐的緊密結合，主干課程的實驗和課程安排在同一學期進行，或將實踐內容和理論教學放在同一課程內，有助于加深學生對課程的理解，也有利于提高學生的動手能力和工程素養。
4.2 數字化設計方法和理論與實踐教學相結合的模式
汽車產品的整個生命周期(PLM)都離不開各種數字化設計工具和軟件的引入。具體表現為：在產品設計開發階段，采用CATIA，UG NX等三維數字化造型設計軟件；在產品性能測試分析階段，采用ADAMS，ANSYS等工程軟件；在實際產品的檢測階段，引入NI測控系統等。在理論和實踐授課中引入這些工具，有利于促進學生對先進設計方法的學習，如在汽車構造授課中展示CATIA，UG NX等工具建立的三維汽車零部件構造模型；在汽車理論關于操縱穩定性、平順性的分析研究中引入ADAMS動力學對比分析；在汽車設計課程設計和畢業設計中要求使用CATIA，ADAMS，ANSYS等實現汽車產品的CAD/CAE設計要求，使學生快速掌握這些先進數字化設計方法，提高實踐創新能力。
5 結束語
汽車工業的快速發展既給車輛工程專業建設和人才培養帶來了機遇，也帶來了挑戰。結合本校情況，對車輛工程應用型本科專業建設和專業課授課模式進行了改革，以國家汽車產業對高級工程技術人才需求和學生就業為導向，在車輛專業的人才培養模式、課程體系、理論與實踐教學、學生綜合素質培養體系等方面進一步探索與實踐，大力加強專業學生的實踐創新能力的培養。結合本專業實際情況，發揮優勢和特色，培養出適應市場需求，具有實踐創新能力的高素質車輛工程高級應用型人才。
參考文獻
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