仿真軟件
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仿真軟件范文第1篇
【 關(guān)鍵詞 】 差分功耗分析；功耗分析仿真軟件；高階功耗分析
【 中圖分類號(hào) 】 TP311.52 【 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 】 J
1 引言
自P. Kocher提出功耗分析概念以來，在功耗分析實(shí)施過程中的功耗采集、功耗軌跡生成、功耗分析攻擊三個(gè)主要實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)中，只有功耗分析攻擊的討論最為深入。究其原因，功耗采集、軌跡生成都有固定的方案可循。而功耗分析攻擊涉及到密碼算法及其運(yùn)行過程中一切數(shù)據(jù)的變化和中間值的估計(jì)，必然會(huì)復(fù)雜和深入得多。一般，功耗分析攻擊都是在加密設(shè)備的物理硬件平臺(tái)上完成。對(duì)加密芯片設(shè)計(jì)者而言，所設(shè)計(jì)的算法軟件和其他方面的設(shè)計(jì)必須在樣品設(shè)備制造出來之后才能測(cè)試驗(yàn)證。對(duì)一個(gè)已經(jīng)設(shè)計(jì)并付諸生產(chǎn)的嵌入式加密芯片而言，后期的驗(yàn)證已經(jīng)來不及對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的調(diào)整和修正，且測(cè)試周期長(zhǎng)，代價(jià)高。因此，如能設(shè)計(jì)一個(gè)好的功耗分析仿真軟件，不需要搭建硬件實(shí)驗(yàn)環(huán)境和物理目標(biāo)設(shè)備，通過軟件仿真硬件功耗消耗，執(zhí)行功耗分析攻擊，能仿真多種加密算法在多種類型加密設(shè)備上進(jìn)行測(cè)試，并能及時(shí)反饋所用攻擊方法及防御方法的性能和效果，具有極大的實(shí)用價(jià)值。
1.1 功耗分析仿真軟件研究現(xiàn)狀
到目前為止，國(guó)內(nèi)外對(duì)功耗分析方法的研究仍屬于探索和起步階段。
2003年Einhoven大學(xué)的ECSS研究小組設(shè)計(jì)和開發(fā)一種基于功耗泄露攻擊的仿真試驗(yàn)平臺(tái)PINPAS，該仿真平臺(tái)能對(duì)AES，ECC算法在內(nèi)的密碼算法的功耗泄露進(jìn)行仿真。PINPAS仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單功耗分析攻擊、一階差分功耗分析攻擊。
2004年劍橋大學(xué)的EMA項(xiàng)目組以電磁輻射攻擊為背景展開相關(guān)研究，通過對(duì)密碼芯片運(yùn)算時(shí)的電磁泄露進(jìn)行建模，在設(shè)計(jì)階段對(duì)密碼芯片進(jìn)行電磁分析。EMA項(xiàng)目開發(fā)了一套電磁攻擊的仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，能處理簡(jiǎn)單電磁攻擊和差分電磁攻擊。
2005年清華大學(xué)的研究人員提出一種功耗分析模擬研究平臺(tái)，該平臺(tái)為功耗分析及抗功耗分析提供一個(gè)理論研究平臺(tái)，可以為最終的芯片實(shí)現(xiàn)提供一定的安全依據(jù)。
2007年上海交通大學(xué)的研究人員在進(jìn)行功耗分析實(shí)驗(yàn)的研究中，對(duì)旁路功耗分析測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行了詳細(xì)的描述，給出了整個(gè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖，用圖表的方式描述了攻擊測(cè)試的流程。
2008年電子科學(xué)技術(shù)大學(xué)的范明鈺、張濤、李欣等研究人員在開發(fā)旁路攻擊仿真軟件上進(jìn)行了一些嘗試，初步完成了一個(gè)仿真軟件SSSCA的相關(guān)設(shè)計(jì)與編寫工作。該仿真軟件中加密算法和SSSCA平臺(tái)均是用高級(jí)語言描述，目前只完成簡(jiǎn)單功耗分析攻擊和一階差分功耗分析攻擊。
2 仿真軟件設(shè)計(jì)目標(biāo)和總體架構(gòu)
2.1 功耗分析仿真軟件設(shè)計(jì)目標(biāo)
本文所開發(fā)的功耗分析仿真軟件模塊作為整個(gè)仿真軟件系統(tǒng)的一部分，已完成幾個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)。
1） 采用自上而下的設(shè)計(jì)，搭建軟件的整體架構(gòu)，功耗分析仿真軟件的最終目的是能夠仿真多種加密算法在多種虛擬硬件平臺(tái)上的泄露功耗進(jìn)行分析，隨著項(xiàng)目開展，能不斷擴(kuò)充算法模塊，因此整個(gè)軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要良好的擴(kuò)展性。
2） 完成密碼算法的IP（Intellectual Property Core）核設(shè)計(jì)。
3） 設(shè)計(jì)從硬件描述語言到高級(jí)語言的接口設(shè)計(jì)。
4） 設(shè)計(jì)加密算法的一階功耗分析模塊，該模塊包括功耗統(tǒng)計(jì)，功耗分析攻擊，最后獲得一條直觀的功耗分析攻擊曲線。
5） 設(shè)計(jì)加密算法二階功耗分析模塊，該模塊包括功耗統(tǒng)計(jì)，功耗分析攻擊，最后獲得一條直觀的功耗分析攻擊曲線。
2.2 功耗分析仿真軟件總體架構(gòu)
本文設(shè)計(jì)了一個(gè)功耗分析仿真軟件總體架構(gòu)，對(duì)加密算法IP核進(jìn)行功能模擬，提取出功耗曲線，并對(duì)其進(jìn)行功耗分析；另一方面，亦可以利用這一軟件評(píng)估抗功耗分析攻擊算法設(shè)計(jì)的有效性和可行性。功耗分析仿真軟件總體架構(gòu)如圖1所示。
3 仿真軟件各功能模塊
3.1 加密算法IP核設(shè)計(jì)
用硬件描述語言實(shí)現(xiàn)加密算法。模擬加密芯片從數(shù)據(jù)輸入到數(shù)據(jù)輸出的全過程。
3.2 代碼仿真模塊
代碼仿真模塊主要是建立在大量的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，完成密碼算法過程中中間值與功耗數(shù)值之間的工作、功耗數(shù)據(jù)采集工作。
本文中代碼仿真器選擇的是Mentor Graphics 子公司Model Technology的產(chǎn)品Modelsim，屬于編譯型的Verilog/VHDL混合型仿真器。它是一個(gè)第三方軟件，其功能仿真和綜合布線后的時(shí)序仿真便捷快速，在軟件環(huán)境下，驗(yàn)證電路的行為與設(shè)想是否一致。
3.3 功耗分析模塊
功耗分析模塊是整個(gè)仿真軟件架構(gòu)的核心，流程圖如2所示。它的能力代表了仿真軟件的能力，由于加密算法的實(shí)現(xiàn)不同，功耗分析工具不能做到完全通用化。本文自主設(shè)計(jì)開發(fā)出一個(gè)功耗分析仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)PASP（Power Analysis and Simulation Platform），完成功耗分析模塊的處理工作。
數(shù)據(jù)預(yù)處理是指對(duì)加密算法IP核經(jīng)Modelism運(yùn)行后，收集到與密鑰相關(guān)的中間變量的值進(jìn)行處理，以實(shí)現(xiàn)從硬件描述語言到高級(jí)語言設(shè)計(jì)的接口。
功耗分析處理又是功耗分析模塊的核心部分，它主要包括兩個(gè)部分：功耗統(tǒng)計(jì)和功耗分類處理。
數(shù)據(jù)后處理，將得到的功耗偏差作為縱坐標(biāo)，子密鑰解空間的值作為橫坐標(biāo)，畫出一條直觀的功耗分析波形圖。
4 功耗分析實(shí)例
4.1 仿真工作流程
一個(gè)完整的功耗分析仿真軟件工作流程如圖3所示。
4.2 功耗分析實(shí)例
本文在自主開發(fā)功耗分析仿真軟件上做了一些嘗試，初步完成一個(gè)功耗分析軟件PASP（Power Analysis Simulation Platform）的編寫工作。圖4為PASP軟件界面，通過選擇可分別進(jìn)入一階或高階功耗分析。
以AES的一階功耗分析和FVMAES二階功耗分析為例，展示本文所開發(fā)的PASP平臺(tái)。點(diǎn)擊功耗分析的類型，分別進(jìn)入一階功耗分析和高階功耗分析界面。
選擇密碼算法類型，此處可以擴(kuò)展，本文以AES、FVMAES加密算法為例，先選擇算法類型，然后輸入信號(hào)文件，信號(hào)文件為經(jīng)Modelsim運(yùn)行后與密鑰有關(guān)的中間值文件，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)預(yù)處理，得到功耗點(diǎn)時(shí)刻即D值時(shí)刻。由于一階界面與高階界面展示的內(nèi)容一致，只是內(nèi)部實(shí)現(xiàn)算法不同，本文只給出一階界面圖片。
進(jìn)行功耗統(tǒng)計(jì)，計(jì)算加密運(yùn)算過程中，中間變量在D值時(shí)刻，所產(chǎn)生的功耗。
功耗分類處理，用D值對(duì)功耗數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)分，采用基于均值檢驗(yàn)的方法進(jìn)行分析，結(jié)果如圖9所示。
數(shù)據(jù)后處理，將得到的功耗偏差作為縱坐標(biāo)，子密鑰解空間作為橫坐標(biāo)，畫出直觀的波形圖。AES一階功耗分析和FVMAES二階功耗分析圖分別如圖10、圖11所示。
5 結(jié)束語
設(shè)計(jì)了一個(gè)功耗分析仿真軟件總體架構(gòu)，描述了仿真軟件各模塊實(shí)現(xiàn)的功能，最后通過實(shí)例展示本文開發(fā)的PASP平臺(tái)。該平成模擬用硬件描述語言實(shí)現(xiàn)的密碼算法IP核進(jìn)行功耗分析的全過程，在設(shè)計(jì)階段即可驗(yàn)證和評(píng)估嵌入式加密芯片的功耗分析攻擊及抗功耗分析方法的性能，大大提高工作效率，降低開發(fā)時(shí)間和開發(fā)成本，具有很高的實(shí)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)介：
仿真軟件范文第2篇
關(guān)鍵詞：分條機(jī)；底刀輪；流場(chǎng)分析；ANSYS Fluent
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.03.204
0 引言
分條機(jī)采用的是分條切割，可將產(chǎn)品同時(shí)分切成多條，其生產(chǎn)效率非常高。與傳統(tǒng)的分離方式相比而言，盡管有些昂貴并且安裝不便，但是它的切割速率非常高，切割邊緣還能夠達(dá)到最好的質(zhì)量，不會(huì)有毛邊和鋸齒。
分條切割機(jī)在工作時(shí)，由上下兩個(gè)切割的刀輪相互接觸，擠壓原料，使之在刀輪口產(chǎn)生剪應(yīng)力，從而切斷原料。如同剪刀一樣，兩個(gè)刀輪的刀口處同樣很鋒利。但是，在實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)發(fā)現(xiàn)，刀口附近在刀輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，周圍會(huì)產(chǎn)生明顯的“風(fēng)”，而“風(fēng)”會(huì)影響原料的剪切，使剪切后的邊緣呈現(xiàn)毛邊或者鋸齒狀，甚至?xí)a(chǎn)生歪斜，使產(chǎn)品報(bào)廢。為了避免“風(fēng)”的出現(xiàn)，研究底刀輪在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下的周圍流場(chǎng)情況是極具意義的。
1 底刀輪周圍流場(chǎng)建模
由于底刀輪形狀結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，無需對(duì)其幾何形狀做任何的相似簡(jiǎn)化。但是在流場(chǎng)搭建過程中，要注意流場(chǎng)區(qū)域的大小，不能過小，過小會(huì)導(dǎo)致觀察到的結(jié)果與真實(shí)情況有出入，其次邊界形狀也要設(shè)計(jì)合理。本文中的底刀輪的運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，故流場(chǎng)采用圓柱形。由于本文只做流場(chǎng)的模擬分析，不涉及零件的固體應(yīng)變分析，所以刀輪的零件部分在模型中需要挖去。同時(shí)，又因?yàn)榱鲌?chǎng)區(qū)域較大，對(duì)計(jì)算機(jī)負(fù)擔(dān)較大，為了減小計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)，采用周期邊界的方法減少流場(chǎng)模型，本文采用1/4區(qū)域進(jìn)行建模。
2 模型網(wǎng)格劃分和計(jì)算參數(shù)設(shè)定
在完成幾何建模后，退出Geometry，進(jìn)入Mesh功能。由于流場(chǎng)為三維狀態(tài)，故網(wǎng)格采用四面體網(wǎng)格，因形狀較為規(guī)則，只有部分區(qū)域網(wǎng)格劃分細(xì)密，網(wǎng)格數(shù)量共計(jì)282069個(gè)。
導(dǎo)入Fluent后，首先進(jìn)行基本設(shè)置，計(jì)算的流體模型選用k-omega中的SST模型。只所以選用SST，是由于底刀輪在工作時(shí)周圍僅有空氣這一中流體，且空氣的密度小，粘度低，而刀輪所做的運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于刀輪處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，故采用相對(duì)位移原理，將流場(chǎng)設(shè)置為旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)，刀輪不動(dòng)，轉(zhuǎn)速為3200rpm，周期邊界屬性設(shè)置為周期。調(diào)整殘值監(jiān)測(cè)中的absolute criteria數(shù)值為0.0001，然后開始計(jì)算。
3 流場(chǎng)分析結(jié)果對(duì)比
計(jì)算結(jié)束后，退出Fluent設(shè)置，進(jìn)入CFD-Post查看Y果，在刀刃處和輪緣處分別做一個(gè)平面，在平面上顯示壓力結(jié)果圖。
從結(jié)果圖中可以看出，在刀口附近的輪緣處有范圍較大的壓力變化，而在刀刃處壓力變化范圍較小。這說明刀輪在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中的壓力變化有可能是因?yàn)榈度薪Y(jié)構(gòu)的凸起，凸起的刀刃與輪緣的直徑數(shù)值不同，在旋轉(zhuǎn)時(shí)線速度不一樣，可能導(dǎo)致周圍空氣流場(chǎng)產(chǎn)生風(fēng)。
當(dāng)然，以上結(jié)論只是一個(gè)推測(cè)，并不能說明風(fēng)的真正來源，為了驗(yàn)證以上結(jié)論，還需要做一個(gè)轉(zhuǎn)盤實(shí)驗(yàn)?zāi)M。
為了檢驗(yàn)以上結(jié)論，本次模擬依舊采用Fluent軟件，流體、計(jì)算模型等參數(shù)不變，只改變流場(chǎng)的幾何模型。新建集合模型，以底刀輪的刀刃面為轉(zhuǎn)盤，設(shè)置單側(cè)的流場(chǎng)，流場(chǎng)形狀為圓柱形，網(wǎng)格數(shù)量為291411。然后開始計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖4所示。
在volume velocity圖中可以看出，在轉(zhuǎn)盤附近處有明顯的速度變化，但是變化范圍比較小。從velocity streamline中可以看出，氣流在轉(zhuǎn)盤形成漩渦狀。這說明，底刀輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)，刀刃外側(cè)面也會(huì)有氣流產(chǎn)生，該氣流也可能是產(chǎn)生風(fēng)的一個(gè)原因。
4 結(jié)論
在模擬試驗(yàn)之前，并不了解風(fēng)的產(chǎn)生原因，猜測(cè)是單一原因造成。在模擬實(shí)驗(yàn)之后，雖然證實(shí)了猜測(cè)的原因，但是同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了其他原因，所以產(chǎn)生風(fēng)的原因不唯一，既有刀刃與輪緣的直徑差距導(dǎo)致線速度不同造成風(fēng)，也有刀刃側(cè)面與空氣接觸的部分因高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生風(fēng)，是否還有其他原因產(chǎn)生風(fēng)，還有待進(jìn)一步的模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
參考文獻(xiàn)：
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仿真軟件范文第3篇
關(guān)鍵詞：數(shù)控教學(xué)；VNUC；仿真加工
Abstract: The VNUC simulation software of NC teaching as the research subject, introduced the VNUC simulation software and its features, analyzes the advantages and disadvantages of CNC simulation software in the teaching of NC, proved by teaching practice, the application of VNUC simulation software can not only make up the equipment deficiencies, and mobilize the enthusiasm of students, improve the quality of teaching.
Key words: CNC teaching; VNUC; the simulation process
中圖分類號(hào)：G42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2104（2013）
隨著“三本”院校加強(qiáng)對(duì)于學(xué)生動(dòng)手能力的要求，以及數(shù)控加工在機(jī)械制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，對(duì)數(shù)控相關(guān)技術(shù)人員的需求日益增加，數(shù)控操作者的大量培訓(xùn)便成為迫切的問題。在傳統(tǒng)的操作培訓(xùn)中，數(shù)控編程和操作的有效培訓(xùn)必須在實(shí)際機(jī)床上進(jìn)行，這既占用了設(shè)備加工時(shí)間，又具有風(fēng)險(xiǎn)，培訓(xùn)中的誤操作經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致昂貴設(shè)備的損壞[1]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，尤其是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和理念的發(fā)展，產(chǎn)生了可以模擬實(shí)際設(shè)備加工環(huán)境及其工作狀態(tài)的計(jì)算機(jī)仿真軟件。它用計(jì)算機(jī)仿真軟件進(jìn)行培訓(xùn)，不僅可迅速提高操作者的素質(zhì)，而且安全可靠、費(fèi)用低。
數(shù)控機(jī)床仿真加工是數(shù)控技術(shù)課程的輔助教學(xué)手段，能充分利用現(xiàn)有資源節(jié)省時(shí)間降低風(fēng)險(xiǎn)，最大限度為學(xué)生提供動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)，將課本上所學(xué)數(shù)控加工知識(shí)通過仿真加工模擬完成。數(shù)控仿真通過不同類型典型零件的模擬加工彌補(bǔ)實(shí)踐操作中的種種不足，從而刺激學(xué)生的感官認(rèn)識(shí)，提高他們學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，快速提高學(xué)生的理論和實(shí)際水平。因此VNUC數(shù)控仿真軟件在數(shù)控教學(xué)中發(fā)揮著重要的作用。
結(jié)合我校數(shù)控技術(shù)這門課程來說，由于學(xué)生基礎(chǔ)差，學(xué)習(xí)被動(dòng)無興趣等，要在這樣的條件下要培養(yǎng)一個(gè)合格的數(shù)控技術(shù)人才談何容易，這就要求探索出一套適合當(dāng)前現(xiàn)狀的教學(xué)方法。通過一段時(shí)間的數(shù)控教學(xué)，發(fā)現(xiàn)數(shù)控仿真軟件能在其中顯示出橋梁作用，能使理論和實(shí)踐有效的銜接，打破了傳統(tǒng)的數(shù)控教學(xué)模式，增加了學(xué)生動(dòng)手的機(jī)會(huì)，提高了操作的熟練程度。因此，把數(shù)控仿真軟件用于教學(xué)，是解決這一問題的有效途徑[2]。
1 VNUC數(shù)控仿真軟件的簡(jiǎn)介
在數(shù)控加工過程中，為了檢查數(shù)控程序的正確性，傳統(tǒng)上采用試切的方法進(jìn)行檢驗(yàn)，但這種方法費(fèi)工費(fèi)料，代價(jià)昂貴，使生產(chǎn)成本上升，增加了產(chǎn)品加工時(shí)間和生產(chǎn)周期。后來又采用軌跡顯示法，即用計(jì)算機(jī)控制鉛筆繪圖器，以筆代替刀具，以紙代替毛坯來仿真刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的二維圖形。這種方法可以顯示二軸加工軌跡，也可以檢查一些大的錯(cuò)誤，但其運(yùn)動(dòng)僅限于平面，局限性很大。對(duì)于工件的三維和多維加工，也有用易切削的材料代替工件（如石蠟、木料、改性樹脂和塑料等）來檢驗(yàn)加工的切削軌跡。為此，人們一直在研究能逐步代替試切的仿真方法，并在試切環(huán)境的模型化、仿真計(jì)算和圖形顯示等方面取得了重要的進(jìn)展。在這種情況下，數(shù)控加工的計(jì)算機(jī)仿真軟件應(yīng)運(yùn)而生。
目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了各種數(shù)控加工仿真教學(xué)系統(tǒng)，如北京斐克(VNUC)、上海宇龍和南京宇航等不同數(shù)控加工仿真軟件。但結(jié)合學(xué)?，F(xiàn)有的資源，在教學(xué)中主要以北京斐克(VNUC)系統(tǒng)為主輔助教學(xué)。該軟件由北京市斐克科技有限責(zé)任公司和北京聯(lián)高軟件開發(fā)有限公司依據(jù)《全國(guó)現(xiàn)代制造技術(shù)應(yīng)用軟件課程遠(yuǎn)程培訓(xùn)》中的教學(xué)要求，聯(lián)合研制開發(fā)的一款基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的數(shù)控加工技術(shù)教學(xué)軟件[1]。
VNUC包含了常見型號(hào)的數(shù)控機(jī)床，如臥式數(shù)控車床、3軸立式數(shù)控銑床和3軸立式數(shù)控加工中心。該軟件更包含了種類繁多的主流數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC、GSK、華中HNC、KND和SIEMENS等系統(tǒng)。系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理的刀具材料、特性參數(shù)庫，含數(shù)百種不同材料、類型和形狀的車刀、銑刀，同時(shí)還支持用戶自定義刀具及相關(guān)特性參數(shù)。數(shù)控車床上的圓柱狀毛坯可以是實(shí)心棒料和空心套筒兩種，銑床或加工中心的毛坯是可以自行定義大小尺寸的長(zhǎng)方體毛坯。不論車床還是銑床其毛坯材料的種類十分豐富，操作者可以根據(jù)實(shí)際情況來選擇使用。
2 VNUC數(shù)控仿真系統(tǒng)功能
（1）熟悉數(shù)控系統(tǒng)的操作
系統(tǒng)中包括國(guó)內(nèi)外大部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)。如：FANUC、西門子、華中數(shù)控等，在主要的三大系統(tǒng)中，又分車、銑、加工中心，不同的系統(tǒng)型號(hào)共20多種。學(xué)生可以通過此軟件熟悉多種數(shù)控系統(tǒng)的操作。
（2）檢驗(yàn)程序的正確性
學(xué)生在學(xué)習(xí)編程知識(shí)后，編寫好程序后，可模擬加工仿真過程，像數(shù)控機(jī)床一樣，進(jìn)行一系列的數(shù)控加工過程，看程序是否正確。
（3）檢測(cè)操作的規(guī)范程度
學(xué)生在操作VNUC仿真軟件時(shí)，出現(xiàn)操作真實(shí)數(shù)控機(jī)床時(shí)相同的誤操作，軟件可以發(fā)出報(bào)警，以便改正。
（4）記錄操作功能
在學(xué)生操作過程中，可以把操作過程全程記錄下來，以備老師來檢驗(yàn)操作是否正確。
（5）全面的檢測(cè)功能
碰撞和干涉檢驗(yàn)在這里主要檢驗(yàn)刀具和主軸相對(duì)于非加工部件如夾具、工件的非加工部位、加工工作臺(tái)的干涉現(xiàn)象，也可用來檢驗(yàn)由用戶指定的物體之間的干涉現(xiàn)象，由于加工過程由NC代碼驅(qū)動(dòng)，通過有數(shù)控程序預(yù)檢查和運(yùn)行中的動(dòng)態(tài)檢查功能，干涉出現(xiàn)位置的NC代碼信息可及時(shí)反饋提交用戶進(jìn)行檢查和修改，從而防止了誤操作的發(fā)生。
（6）具有數(shù)控程序處理功能
能夠通過DNC導(dǎo)入各種CAD／CAM軟件生成的數(shù)控程序，例如Mastercam、Pro／E、UG、CAXA等，也可以導(dǎo)入手工編制的文本格式數(shù)控程序，還能夠直接通過面板手工編輯、輸入、輸出數(shù)控程序。
（7）具有互動(dòng)教學(xué)功能
仿真軟件的互動(dòng)教學(xué)功能也使得教師通過教師機(jī)，在每位學(xué)生機(jī)上演示其教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生可以非常清楚地觀看和練習(xí)，同時(shí)教師也能在教師機(jī)上觀察每位學(xué)生的操作情況，對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)指導(dǎo)；還可利用仿真軟件的考試功能對(duì)學(xué)生進(jìn)行考試，了解學(xué)生對(duì)數(shù)控加工過程的掌握情況，不斷調(diào)整教學(xué)進(jìn)度。利用數(shù)控加工仿真軟件教學(xué)，可使抽象內(nèi)容形象化，以達(dá)到最佳教學(xué)效果 [3]。
3 VNUC數(shù)控仿真軟件教學(xué)中的優(yōu)缺點(diǎn)
VNUC數(shù)控仿真軟件在教學(xué)中的優(yōu)點(diǎn)：
1)通過情境教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意思。
可以彌補(bǔ)學(xué)校數(shù)控設(shè)備不足的問題。
通過在教學(xué)過程中利用VNUC數(shù)控仿真軟件學(xué)習(xí)，結(jié)合“三本”加強(qiáng)動(dòng)手能力的特點(diǎn)，充分體現(xiàn)理論指導(dǎo)實(shí)踐的理念。通過邊學(xué)邊練，讓他們?cè)谟淇斓姆諊薪邮苄轮R(shí)和新技能。
利用VNUC數(shù)控仿真軟件的全面檢測(cè)功能，可以設(shè)計(jì)出實(shí)際加工中可能出現(xiàn)的任何問題，讓學(xué)生進(jìn)行思考和解決，從而加深認(rèn)識(shí)在課堂教學(xué)中無法達(dá)到的效果。
數(shù)控加工仿真軟件的應(yīng)用，雖然為我們?cè)谙喈?dāng)程度上彌補(bǔ)了因數(shù)控設(shè)備不足而無法滿足學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作訓(xùn)練的缺陷，但也不是完美無缺，事實(shí)上在它發(fā)揮優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也存在一定的問題。如下：
1）VNUC數(shù)控仿真軟件無法替代學(xué)生在真實(shí)切削加工中的實(shí)際感受。譬如：加工過程中刀具的影響、切削用量選擇合理與否在加工中的作用、產(chǎn)品粗糙度無法檢驗(yàn)以及加工環(huán)境和氛圍的感受等。而這些恰恰是學(xué)生技能訓(xùn)練的要求。
2）利用VNUC數(shù)控仿真軟件教學(xué)容易使學(xué)生對(duì)仿真加工產(chǎn)生依賴心里，
疏于實(shí)際加工，造成學(xué)生的自滿情緒，從而放松學(xué)習(xí)，懈怠訓(xùn)練。
3）雖然它的操作面板和系統(tǒng)和實(shí)習(xí)機(jī)床是相同的，但VNUC仿真軟件在車床上安裝毛坯時(shí)，毛坯只能選成棒料，在選擇好的一個(gè)機(jī)床上加工好的零件不能在另外的機(jī)床上后續(xù)加工等。
4）學(xué)生對(duì)數(shù)控的加工工藝的合理安排、工藝參數(shù)的正確設(shè)置無法產(chǎn)生深刻的體會(huì)。如應(yīng)用仿真軟件時(shí)無論學(xué)生任意安排工藝路線及工藝參數(shù)，比如切削速度和刀具設(shè)置不一樣，加工出來的工件效果幾乎一樣，因此學(xué)生們對(duì)合理的工藝路線和參數(shù)難以仔細(xì)考慮。
因此作為一個(gè)仿真軟件，它和實(shí)際機(jī)床還是有很多區(qū)別的，無法真正代替實(shí)際機(jī)床，所以仿真軟件使用只能作為縮短實(shí)習(xí)時(shí)間，提高實(shí)習(xí)效率的一種輔助手段，必須適當(dāng)?shù)陌才艑?shí)際操作來彌補(bǔ)其不足之處。
4 結(jié)語
VNUC數(shù)控加工仿真軟件是利用計(jì)算機(jī)虛擬動(dòng)畫技術(shù)來模擬實(shí)際機(jī)床的加工過程，可使用戶既能掌握數(shù)控機(jī)床加工的基本原理，又能掌握數(shù)控機(jī)床操作的基本技能。將該軟件應(yīng)用于教學(xué)培訓(xùn)和實(shí)際生產(chǎn)中，可以減少培訓(xùn)成本，保證生產(chǎn)質(zhì)量，具有十分重要的意義[4]?？傊?，只有科學(xué)、合理的將VNUC仿真軟件與實(shí)際操作有機(jī)結(jié)合起來并應(yīng)用到數(shù)控教學(xué)中，就能更好地為教學(xué)服務(wù)，提高教學(xué)質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)：
[1]李芹.基于VNUC數(shù)控仿真軟件下的教學(xué)[J].科技風(fēng),2009,（19）
[2]陳國(guó)慶,沈先君.數(shù)控機(jī)床仿真在數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用[J].科教文匯,2007,（30）
仿真軟件范文第4篇
關(guān)鍵詞：電路；仿真軟件；應(yīng)用
電路是高校電子與電氣信息類專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，是后續(xù)專業(yè)課程，如模擬電子技術(shù)、電力系統(tǒng)分析等課程的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)理論教學(xué)較為枯燥，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)積極性；實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多采用掛箱，學(xué)生難以發(fā)揮自主性。為解決這些問題，教師可以將仿真軟件引入電路教學(xué)。
一、傳統(tǒng)電路教學(xué)現(xiàn)狀
電路研究對(duì)象是實(shí)際電路按照一定的依據(jù)進(jìn)行科學(xué)抽象而得到的電路模型，所有元件具有確定的電磁性質(zhì)和精確的數(shù)學(xué)定義。傳統(tǒng)理論教學(xué)中，以介紹理想電路元件的電壓電流關(guān)系、電路的求解方法為主，理論知識(shí)和數(shù)學(xué)推導(dǎo)居多，學(xué)生覺得抽象、難度大、枯燥，缺乏學(xué)習(xí)積極性。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，大部分高校采用實(shí)驗(yàn)掛箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只需按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書按部就班操作即可，難以對(duì)實(shí)際電路元件、接線、原理有較好的認(rèn)識(shí)，實(shí)驗(yàn)也就成了走過場(chǎng)。由于實(shí)驗(yàn)室器材及實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間有限，一些綜合性、探索性實(shí)驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)，制約了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。
二、教學(xué)中引入仿真軟件的優(yōu)勢(shì)
電路仿真軟件，如Multisim、EWB、PSPice等都具有電路設(shè)計(jì)與仿真的功能，在教學(xué)中引入仿真軟件，可以解決傳統(tǒng)教學(xué)中的一些問題。
理論教學(xué)中引入仿真軟件后，教師可以在仿真軟件中搭建電路模型，將理論計(jì)算結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。對(duì)于一些復(fù)雜的波形，如動(dòng)態(tài)電路的電壓、電流變化波形，可以通過軟件仿真得到，效果更加直觀，可以提高教學(xué)效率和質(zhì)量。一些仿真軟件還具有分析功能，如MATLAB，可以對(duì)仿真得到的波形作更深入的分析，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。
實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以將實(shí)物實(shí)驗(yàn)與仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)合進(jìn)行。在實(shí)物實(shí)驗(yàn)前，先通過仿真熟悉電路工作原理，有效避免實(shí)物實(shí)驗(yàn)中因不熟悉工作原理導(dǎo)致的器件損壞或人員傷害事故。仿真軟件具有豐富的元件庫，參數(shù)修改靈活，連線方便。一些綜合性、探索性實(shí)驗(yàn)可以通過仿真進(jìn)行，能有效解決實(shí)驗(yàn)室器材及教學(xué)時(shí)間受限的問題。仿真實(shí)驗(yàn)沒有器材、地點(diǎn)、時(shí)間、安全的限制，學(xué)生可以自主進(jìn)行仿真，擴(kuò)展了實(shí)踐空間。
三、MATLAB/Simulink在教學(xué)中的應(yīng)用舉例
MATLAB/Simulink中的SimpowerSystems工具箱提供了一些電路元件，學(xué)生可以搭建電路模型進(jìn)行仿真，借助于MATLAB強(qiáng)大的編程功能，可以進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析。
本文以一階RC電路的零輸入響應(yīng)為例，在MATLAB/Simulink中搭建了仿真模型，如圖1所示。R=100Ω，C=10mF，電容初始電壓U0=100V，開關(guān)在t=0時(shí)閉合，觀察電容電壓的變化。按理論分析，，將理論波形與仿真波形對(duì)比，如圖2所示，可以加深學(xué)生對(duì)一階RC電路動(dòng)態(tài)波形的理解。將一些典型的電容電壓仿真值與對(duì)應(yīng)時(shí)間列于表1中，理論上電容電壓從U0變?yōu)?6.8%U0，對(duì)應(yīng)的時(shí)間為τ，，仿真中對(duì)應(yīng)時(shí)間為0.0102s，與理論值0.01s接近，由此能形象說明時(shí)間常數(shù)的意義。
四、結(jié)語
將仿真軟件引入電路教學(xué)中，可以使理論教學(xué)更加直觀、形象，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；可以使基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)最大限度地發(fā)揮作用，加深學(xué)生對(duì)電路工作原理的理解；還可以為綜合性實(shí)驗(yàn)、探索性實(shí)驗(yàn)提供不受時(shí)間、空間、器件限制的計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為培養(yǎng)學(xué)生的自主思考和創(chuàng)新能力提供了機(jī)會(huì)。
參考文獻(xiàn)：
仿真軟件范文第5篇
關(guān)鍵詞：三維虛擬仿真；視景仿真；機(jī)械結(jié)構(gòu)模擬；軟件設(shè)計(jì)；圖像處理
0引言
隨著機(jī)械設(shè)計(jì)工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的精度和時(shí)效性提出了更高的要求，機(jī)械內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成單元復(fù)雜，各個(gè)零部件的尺寸精密度較高[1]，傳統(tǒng)的工業(yè)制圖方法進(jìn)行設(shè)計(jì)誤差較大，不能有效滿足精度設(shè)計(jì)和精準(zhǔn)診斷的應(yīng)用需求。而計(jì)算機(jī)圖形與圖像處理技術(shù)的快速發(fā)展并有效應(yīng)用在機(jī)械結(jié)構(gòu)模擬設(shè)計(jì)中[2]，通過高精度的計(jì)算機(jī)測(cè)量計(jì)算，從而改善機(jī)械結(jié)構(gòu)的制圖精度。為了提高機(jī)械設(shè)計(jì)的精密度和機(jī)械故障診斷的準(zhǔn)確度，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)VR技術(shù)和視景仿真技術(shù)[3]，本文提出一種基于三維虛擬的機(jī)械結(jié)構(gòu)模擬仿真軟件設(shè)計(jì)方案，通過機(jī)械結(jié)構(gòu)三維虛擬設(shè)計(jì)軟件開發(fā)，改善機(jī)械內(nèi)部結(jié)構(gòu)繪圖的精準(zhǔn)性，為機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造和機(jī)械故障診斷提供更為有效的手段。
1軟件總體設(shè)計(jì)構(gòu)架
基于三維虛擬的機(jī)械結(jié)構(gòu)模擬仿真軟件采用循環(huán)傳輸和多線程加載方案進(jìn)行機(jī)械測(cè)量參數(shù)加載，采用接觸式射頻識(shí)別進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的三維信息測(cè)量，這是一種遠(yuǎn)程傳感測(cè)量方法，能有效滿足機(jī)械部件測(cè)量的精準(zhǔn)度要求。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸模塊由模塊FRINF⁃16CCL⁃M和主單元FRINF⁃16M組成。后端服務(wù)器采用Java+MySQL并行程序加載方式搭建，視景仿真構(gòu)架下的機(jī)械結(jié)構(gòu)三維虛擬模擬系統(tǒng)主要由機(jī)械結(jié)構(gòu)信息采集單元、機(jī)械結(jié)構(gòu)信息存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫、Web網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)器單元及服務(wù)后臺(tái)組成。采用MultigenCreator建模軟件進(jìn)行視景仿真，對(duì)機(jī)械內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行紋理和質(zhì)地渲染，渲染出質(zhì)感極強(qiáng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的三維虛擬模型。在服務(wù)后臺(tái)通過紋理映射和人機(jī)交互，輸出三維虛擬圖像，在網(wǎng)絡(luò)通信輸出終端進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，建立OpenFlight數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)和故障診斷分析等應(yīng)用功能[4]。根據(jù)上述設(shè)計(jì)原理和總體結(jié)構(gòu)構(gòu)架分析.進(jìn)行功能模塊化分析，軟件系統(tǒng)的功能模塊主要由圖形微處理器模塊、總線集成模塊、3D幾何建模模塊、機(jī)械結(jié)構(gòu)測(cè)量數(shù)據(jù)采集模塊、對(duì)外接口模塊、數(shù)據(jù)建模模塊和機(jī)械圖像輸出模塊等組成.根據(jù)上述系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)構(gòu)架，進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)三維虛擬模擬系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，首先進(jìn)行工程文件構(gòu)建，采用4類基本實(shí)體對(duì)象（三維虛擬信息處理、視景仿真、中間件和感知視場(chǎng)）構(gòu)建軟件系統(tǒng)的應(yīng)用業(yè)務(wù)適配層，結(jié)合MobileGIS服務(wù)構(gòu)建視景仿真軟件的客戶端/服務(wù)器端，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的三維虛擬模擬中，三維視景仿技術(shù)主要采用的是紋理映射（TextureMapping）的三維渲染技術(shù)[5]，采用多線程自上而下開發(fā)模式，在三維仿真模型中構(gòu)建渲染畫面，確定機(jī)械結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位點(diǎn)的位置和方向，結(jié)合三維虛擬場(chǎng)景的層次化結(jié)構(gòu)進(jìn)行虛擬位圖顯示和圖像增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的亮點(diǎn)特征分析。
2系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2.1機(jī)械結(jié)構(gòu)的三維虛擬模擬實(shí)體建模
對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的三維模擬仿真建立在MultiGenCre⁃ator專業(yè)化的建模工具基礎(chǔ)上。通過工程文件配置，使用MultiGenCreator的結(jié)構(gòu)化軟件界面輸入視景仿真的參量模型，采用由“點(diǎn)”連接成“面”的設(shè)計(jì)方式進(jìn)行三維紋理信息渲染[6]。進(jìn)入Creator的主界面，在三維虛擬視景仿真端的網(wǎng)格空間中采用紋理映射方法調(diào)整網(wǎng)格的大小。在選擇好三維映射的網(wǎng)格和機(jī)械結(jié)構(gòu)的測(cè)量單位模型后，開始建造三維虛擬模型。采用高程數(shù)據(jù)特征分解方法進(jìn)行原始的機(jī)械結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的線性化處理，使得機(jī)械結(jié)構(gòu)三維模擬得到的圖形具有真實(shí)物體的光澤感。對(duì)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行剪切和自適應(yīng)篩選，添加/dev、/etc主要目錄。在VirtualBox虛擬機(jī)中將選定的材質(zhì)賦給模型，在Windows編輯圖像處理代碼，通過MapTextureTools選擇貼圖方法進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的二次曲面重構(gòu)[7]，調(diào)整模板文件，輸出機(jī)械結(jié)構(gòu)的三維虛擬模擬實(shí)體建模結(jié)構(gòu).根據(jù)上述設(shè)計(jì)流程，在工程實(shí)例中進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)三維虛擬模擬分析。按步驟安裝完MultiGenCreator軟件后，根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)的外形測(cè)量參數(shù)配置工程文件，使用批處理模塊進(jìn)行信息加載和圖像處理。以工程實(shí)例為背景，進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的三維虛擬模擬實(shí)體。（1）在FaceTools中選擇面的類型，將待貼紋理的面定義為標(biāo)志牌[8]，維持圖形顯示速度，調(diào)整網(wǎng)格的大小。（2）在InsertMaterialstool工程模塊中，通過Geom⁃etryTools把面變換為體，根據(jù)需要的材質(zhì)、模型的顏色、透明度進(jìn)行紋理映射和圖形渲染，將選定的材質(zhì)賦給模型，在OpenFlight建模環(huán)境中打開圖形觀察器，生成機(jī)械結(jié)構(gòu)的三維虛擬模擬實(shí)體模型并進(jìn)行參數(shù)調(diào)整[9].
2.2機(jī)械結(jié)構(gòu)三維虛擬視景開發(fā)實(shí)現(xiàn)
根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)的三維虛擬視景仿真軟件的設(shè)計(jì)和要求，需要建立一個(gè)LynxPrime圖形界面，其實(shí)現(xiàn)步驟描述為：（1）創(chuàng)建套接字。利用API函數(shù)直接調(diào)用視景模型，通過socket函數(shù)創(chuàng)建套接字，首先定義VegaPrimeAPI非類型的變量s，初始化內(nèi)核的socket函數(shù)，配置仿真類、仿真循環(huán)，采用socket進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)參量配置，通過公用vpApp定制第一個(gè)參數(shù)（af），指定機(jī)械結(jié)構(gòu)三維模擬自定義變量地址族，用函數(shù)configure（）用來解析.acf，通過TCP/IP協(xié)議用配置人機(jī)交互接口，持續(xù)調(diào)用beginframe（），實(shí)現(xiàn)機(jī)械三維虛擬圖像在二維位圖上像素值特征提取。（2）利用紋理映射技術(shù)使得輸出的三維虛擬機(jī)械結(jié)構(gòu)圖像與套接字綁定（bind），進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的表面層次（FaceLevel）渲染，調(diào)用bind函數(shù)，在三維圖形觀察器中組織機(jī)械結(jié)構(gòu)模擬的視景數(shù)據(jù)。（3）調(diào)用recvfrom接收三維虛擬圖形輸出。定義整型變量為len，在編譯生成可執(zhí)行程序代碼后，機(jī)械結(jié)構(gòu)信息數(shù)據(jù)庫根文件系統(tǒng)配置到數(shù)據(jù)交換端口，使用批處理模塊進(jìn)行圖像處理，實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)三維虛擬模擬設(shè)計(jì)。（4）關(guān)閉套接字。在圖形輸出和信息處理完成之后，調(diào)用closesocket函數(shù)關(guān)閉套接字，在UDP的服務(wù)器端釋放WSACleanup函數(shù)，終止對(duì)套接字庫的調(diào)度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)信息的對(duì)象存儲(chǔ)、虛擬計(jì)算服務(wù)以及遠(yuǎn)程調(diào)用。
3軟件測(cè)試分析
為了測(cè)試本文方法在實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)三維虛擬模擬仿真中的應(yīng)用性能，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)分析。軟件開發(fā)環(huán)境是Windows7操作系統(tǒng)，利用VisualC++7.0進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。CPU為IntelPentium4500MHz，內(nèi)存為2.5GB，采用OpenGL和VegaPrime軟件聯(lián)合編程進(jìn)行視景仿真設(shè)計(jì).采用本文方法進(jìn)行機(jī)械機(jī)構(gòu)的三維虛擬模擬仿真，能有效實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)的三維模擬，對(duì)各個(gè)部位的擬合程度較高，視覺效果較好，能有效指導(dǎo)機(jī)械設(shè)計(jì)制造。
4結(jié)語
為了提高機(jī)械設(shè)計(jì)的精密度和機(jī)械故障診斷的準(zhǔn)確度，提出基于三維虛擬的機(jī)械結(jié)構(gòu)模擬仿真軟件設(shè)計(jì)方案。實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，軟件能有效實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)的三維模擬，對(duì)各個(gè)部位的擬合程度較高，在機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械故障診斷等工程實(shí)踐中具有較好的指導(dǎo)意義。
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