仿真設計流程

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仿真設計流程范文第1篇

關鍵詞：物流仿真；課程教學；物流

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

0 引 言

隨著社會經濟的發展，對物流的需求量越來越大，對人才的需求無論從數量上還是質量上都顯得更為迫切。目前國內有200多所高校開設了物流管理相關的專業，近年來也培養了大量的物流專業人才滿足市場需求。但是由于物流管理專業開設的歷史較短，缺乏完整的理論體系和實踐經驗，因此大量的物流管理教學依然處于不斷探索的階段。

物流管理課程是一門理論與實踐性均較強的專業核心課程，對學生專業知識體系的建立具有重要的框架性作用。在教學過程中首先需要使學生產生學習的興趣與積極性，其次是將理論能夠與實際問題相結合，使學生能夠學以致用，增強對專業的價值與意義的認同感。因此在教學過程中需要兩方面并重，在理性和感性層面加強學生對物流知識的認識，并能直觀地感受到物流系統運行的實際情況，避免空洞的理論講授使學生感覺過于抽象，難以產生學習的動力[1]。因此在物流管理課程教學中不僅需要知道教什么，更應該掌握如何教的方法，實現從感性認識向著理性分析的層面逐漸深入。一般來說，為了能夠更好地實現理論聯系實際教學，傳統做法為帶學生進行認識實習，到周邊相關企業去參觀并了解物流的設施設備、合理布局等方面的內容，但是受制于學時數、成本、組織難度等方面的考量，這種現場教學方式難以大面積的開展。

為了緩解這一需求和實際困難之間的矛盾，本文嘗試利用計算機仿真技術的先進成果，將物流系統的運行過程以及實際運行的狀態以動態三維可視化的方式向學生展示，并可由學生自己動手參與，通過自行動手調整設備以及參數，觀察和研究其中所發生的變化，從而更好地理解物流系統優化的含義以及方法，這對于講授物流系統組成以及系統優化均具有極強的現實意義，能夠有效地調動學生參與的積極性，將灌輸式學習向著探討式與研究式學習的方向發展。這一方法在筆者的課堂教學中嵌入，取得了良好的教學效果，值得在物流管理課程教學中推廣與應用。

1 仿真理論與工具分析

仿真理論認為，通過對現實環境的模擬，能夠在可控的條件下抽取主要影響系統的要素，使其在接近實境條件下展現系統的功能。仿真最初是從流程仿真開始，逐漸進入二維仿真、三維仿真以及更為接近實境的體感仿真。這一演化過程可以讓教學、培訓等工作更易于組織，實現成本也更低。例如在美國對伊拉克的沙漠風暴作戰中，美國士兵基本上是未曾經歷過任何實戰的新手，但是卻輕易地戰勝了伊拉克的有著豐富實戰經驗的精銳部隊。這一戰爭結果并不意外，因為美軍士兵已經在本土進行過多次沙漠作戰的仿真演練，而美軍認為，這一場實戰并不比仿真演習中的場景更困難[2]。這從一個側面說明了仿真系統的價值和重要性。

隨著當代越來越多的系統操作都是通過計算機進行的，操作者也只能通過計算機屏幕上的反饋得知真實系統的運行狀況。那么如果仿真系統足夠逼真，操作者在采用仿真訓練和真實訓練并沒有太大的不同，但是其成本和效率將發生較大變化，訓練者可以輕易地調整一些現實中無法便捷調整的參數，并觀察和體驗其結果的不同，因此仿真這一方法成為系統開發與人員技能培訓等領域不可或缺的重要工具，其價值表現得也越來越明顯。

物流仿真作為一個新興仿真領域，與工業仿真一樣得到了較多的關注，當前市場上能夠見到的仿真軟件主要有以下幾類：

（1）流程性系統動力學仿真

這一類工具主要研究系統中的存量與流量的因果關系，其建模過程較為抽象，主要可用于物流系統中庫存量決策等問題。

（2）二維平面仿真

此類工具將上一類仿真模型中的流程轉化為了二維實體對象，通過設定對象之間的連接邏輯以及對象屬性，建立了一個實體物流系統的映射關系，并通過加速系統的運行時間，能夠在較短時間內對系統進行仿真模擬，并得到系統分析結果。

（3）三維仿真系統

這是當前業界的熱點，這一類仿真軟件基于第二類軟件基礎上進行實體對象的三維模塊化，并將物流系統中的各項作業流程采用實時動畫的形式加以展現，能夠以較為直觀的方式展現物流系統的運行，分析其運行結果。

（4）體感仿真

這是下一代的仿真技術的發展方向。體感技術以及虛擬現實技術的不斷發展，已經形成了大量可以真實“感觸”的虛擬實體，而不是在計算機前用鼠標進行的操作，實驗者可以利用體感手套以及VR眼鏡操作虛擬環境中的設備與對象，并身臨其境地感受到系統的各種狀態。這需要軟件與硬件系統的整合，當前硬件平臺已經較為成熟，而軟件方面尚且欠缺，系統的整合仍需要經歷一個發展的階段。但不可否認，這將是未來最有前景的一種仿真形式。

2 物流管理仿真軟件選擇的基本原則

在物流管理課程教學中引入仿真系統，既需要考慮技術的先進性，同時也要考慮到易用性、成本、適用面等方面因素的影響。為此，經過筆者的實際教學經驗總結得出，在軟件選擇上應把握如下四個方面的原則：

（1）易學易用性

這是一個必要的條件，如果軟件復雜度很高，學習起來將花費大量的時間和精力，以及需要較多的編程和其他背景知識的話，會帶來較高的技術門檻，將仿真教學變成一個“不可能完成的任務”，這是尤其需要注意的地方，如果從一開始學生就無法對其產生興趣的話，即便后期能夠產生更好的效果，也只是一種空談而已。因此需要仿真系統強化人機界面，采取搭積木的方式將所需要的對象“拖拽”到工作空間中，并直觀地在各個對象間建立邏輯關系，這樣的系統才能夠使學生迅速入門。

（2）模塊標準化

在物流系統中同一類設備往往有各種不同的型號。但是在仿真過程中不需要如此多的不同設備，而只需要將設備的共性部分加以呈現，對主要的功能輸出加以描述。例如在實際中叉車有內燃機式和電瓶式之分，每一類下又有更多的指標參數。但是在仿真中并不關注這些差異，而只關注叉車的行駛速度、抬升高度、最大載重負荷等與性能相關的參數，這樣就能夠有更好的大局觀視角，將精力集中于系統的仿真，而不是設備。

（3）接口開放性

仿真系統需要能夠適用于多種不同的實際環境，例如在設備的三維模型中或者物流設施的平面布置中，三維仿真系統可能并不擅長于具體設備的建模或者平面布局，但是可以方便地從外部系統中導入AUTOCAD、3DMAX等專門化軟件所形成的布局或者對象，便于協作與共享。

（4）可控制性

在仿真系統中，可對于任意實體對象有更多的參數控制，可根據自己的需求任意修改其中的一部分參數，這可以滿足一些高端用戶對仿真系統的要求，具有更強的仿真能力。

3 物流管理課程仿真教學應用階段

在物流課程中引入仿真，可分為如下幾個階段：

（1）三維實體設備的仿真

在物流課程中講授不同物流設備及其應用，傳統上介紹設備的功能、參數，以及圖片視頻等，但是學生并無對設備的直觀印象。運輸車輛這些常見設備還能夠從日常生活中感知得到，但是對于AGV、ASRS等平時看不到的設備，則缺乏一個清晰的認識。通過三維矢量建模，將設備的三維模型根據實體尺寸進行再現，學生可以通過在計算機上用鼠標查看設備的各個不同細節，對其尺寸、部件功能等都能有更清晰的認識，同時矢量模型還可以支持無損縮放，因此，可將設備的細節進行放大，進行詳細的介紹和描述。這使學生在了解設備的時候有了更多的可參與性，效果較好。

（2）物流設備在系統中作用分析

物流系統中的設備需要通過鏈接來形成一個整體需要說明設備在物流系統中的作用，那么需要將設備嵌入在一個真實的場景中，讓其工作，表現出設備的功能特征。例如，在一個典型的物流倉庫中，由貨架、叉車等設備組成了一個倉儲系統，那么在給定了輸入輸出接口的時候，貨物的流動構成系統的主要功能，因此可以通過建模將此過程描述出來，如何接貨、叉車設備如何實現托盤上架、如何出貨等過程均可實現三維動畫方式表達，使學生能夠了解設備在系統中的作用。

（3）模塊化仿真系統運行與優化

作為物流管理，更多地是需要學生在了解系統作用的前提下進行如何才能更好地實現管理這一目標，所謂管理，即在資源受限的條件下實現系統效率的最大化，避免閑置、浪費以及資源配置不足等不經濟現象。例如在上一步完成的條件下，對系統中貨物的到達進行描述，可以給定一個真實的貨物到達時間數量表，或者按照一定的概率分布給定貨物到達，在系統中給出貨架的存放最大容量，叉車設備的作業時間等參數，那么通過讓系統在計算機中快速運行，并得出系統的使用率，使學生對系統瓶頸、優化等概念有更深入的理解。例如，在暫存區貨物出現了大量的堆積，而貨架利用率尚且不足，叉車卻是滿負荷工作，此時，學生便易于找到系統的瓶頸，并且嘗試著提出采取什么樣的方案才能夠更好地解決這一問題。這使得學生在學習過程中有了更強地參與和動手的積極性。

（4）模塊整合，綜合研究

將各個獨立的物流系統模塊進行整合，從而掌握更為復雜的大系統運行的仿真模擬，對物流有更為成熟的大系統觀。物流課程的講授一般是從系統的七大功能要素展開的，并最終要對其各個功能模塊有綜合性、整體性的認識，因此，給出各個子系統的接口，并將子系統定義為若干個子模塊，這樣可以方便地形成一個可運行的大系統，分析各個子系統模塊之間的關系，并實現物流效率的提升。在教學過程中加入了這些仿真的手段，使學生能夠實現“做中學”，使其產生學習的動力和興趣，極大地提高了教學的效果。

4 結 論

通過在物流管理教學過程中引入仿真軟件Flexsim，極大提升了學生的學習熱情，通過布置實際問題的形式，鼓勵學生主動地尋找問題答案，學生能夠在課后自覺地進行學習和研究，并開始對優化的概念進行思考，在嘗試解決系統瓶頸問題時，開始由問題驅動學習理論方法，對課本上所描述的大量抽象概念有了更為清晰的認識。并且通過這一工具的掌握，為后續的運輸與配送管理、倉儲管理以及物流系統規劃等課程的深入學習奠定了堅實的基礎，有助于學生將前后所學的內容進行貫通，逐步提高解決更為復雜的物流問題的能力，起到了比參加企業認識實習更好的效果。在教學實際運用過程中，需要能夠將企業的真實場景和問題引入到三維建模過程中來，而不僅僅采用一個假設的場景，這樣更易于使學生理解物流系統仿真的價值所在。

參考文獻：

仿真設計流程范文第2篇

關鍵詞：高壓電氣試驗 仿真技術 三維

中圖分類號：TM743 文獻標識碼：A 文章編號1672-3791（2014）01（a）-0055-01

傳統的變電修試培訓主要以教學視頻為主，學員通過觀看高壓電氣試驗教學視頻獲取變電修試過程中需掌握的基本知識。但教學視頻的講解過程為事先編排好的一段演示流程，往往根據一定的側重點進行設計，因此很難完整的展示出電氣設備試驗過程中包括試驗接線方式在內的所有細節。

該系統的產生使學員可以從三維空間的角度觀看設備試驗流程，可以自由的觀看試驗接線中的所有細節部分，大大提高了培訓效果。

1 系統的設計思路、原則、原理、方案及關鍵技術等

本系統以單個設備的完整試驗流程為獨立的培訓環節分階段進行設計，每個培訓環節作為系統的一個演示模塊，如變壓器試驗演示模塊等，每個演示模塊均自成體系，具備一套完整的變電修試教學內容，如電流互感器絕緣電阻測量試驗、局部放電試驗和交流耐壓試驗流程組成一個獨立的演示模塊和培訓環節，所有設備的試驗流程均以劇本的形式進行演示，嚴格遵守相應的標準規范。

各演示模塊均以變電修試仿真演示系統為媒介進行播放，保證了系統良好的可擴展性，設備的新試驗可以方便的加入到已有演示模塊當中，更新后的信息可被仿真演示系統自動識別并更新，新型設備試驗流程也可以設計成新的演示模塊，并導入到仿真演示系統中進行瀏覽。

基于準軍事化的變電修試仿真演示系統提供實時三維設備試驗場景，用戶可以隨時進入到試驗場地中，以第一人稱視角觀察試驗的過程，瀏覽各個細節。

1.1 功能介紹

本系統首先開發出一套三維演示平臺，即變電修試仿真演示系統，為各設備試驗演示模塊提供媒介。三維演示平臺實現了變電修試過程的實時三維演示，并提供了漫游功能，學員可以在試驗場地三維空間中漫游。

1.2 技術特點

（1）本系統針對變電修試的教學培訓特點，專門設計了一套變電修試仿真演示系統，該系統可以通過實時三維的形式演示變電修試過程。

（2）本系統維護簡單，可擴展性強，所有的培訓內容都可以單獨設計，減小了系統開發的難度，所有的教學演示環節設計完成后，本系統可以將其有機整合。

1.3 系統結構和框架

1.4 測試方法和要求

（1）變壓器試驗。

將變壓器試驗演示模塊導入到變電修試仿真演示系統中，觀看變壓器試驗流程，試驗內容應包括：測量繞組連同套管的直流電阻試驗；絕緣電阻測量試驗；測量繞組連同套管的介質損耗角試驗；測量繞組連同套管的直流泄漏電流試驗；變壓器繞組連同套管的交流耐壓試驗等5個試驗。試驗中安全措施應做好，接線應正確，試驗儀器操作應規范，同時實現現場漫游功能。

（2）真空斷路器試驗。

將真空斷路器試驗演示模塊導入到變電修試仿真演示系統中，觀看真空斷路器試驗流程，試驗內容應包括：絕緣電阻測量試驗；導電回路電阻測量試驗；分合閘動作時間與速度測量試驗；分合閘動作電壓測量試驗；交流耐壓試驗等5個試驗。試驗中安全措施應做好，接線應正確，試驗儀器操作應規范，同時實現現場漫游功能。

（3）電流互感器試驗。

將電流互感器試驗演示模塊導入到變電修試仿真演示系統中，觀看電流互感器試驗流程，試驗內容應包括：絕緣電阻測量試驗；局部放電試驗；交流耐壓試驗等3個試驗。試驗中安全措施應做好，接線應正確，試驗儀器操作應規范，同時實現現場漫游功能。

（4）氧化鋅避雷器試驗。

將氧化鋅避雷器試驗演示模塊導入到變電修試仿真演示系統中，觀看氧化鋅避雷器試驗流程，試驗內容應包括：絕緣電阻測量試驗；泄漏電流測量等2個試驗。試驗中安全措施應做好，接線應正確，試驗儀器操作應規范，同時實現現場漫游功能。

（5）電力電纜試驗。

將電力電纜試驗演示模塊導入到變電修試仿真演示系統中，觀看電力電纜試驗流程，試驗內容應包括：絕緣電阻測量試驗；交流耐壓試驗等2個試驗。試驗中安全措施應做好，接線應正確，試驗儀器操作應規范，同時實現現場漫游功能。

2 該系統的開發的意義和推廣應用前景

基于準軍事化的變電修試模擬仿真培訓系統開辟了高壓電氣試驗教學的新模式，它可以為高壓電氣試驗人員帶來全新的學習體驗。由于其具有很強的可控性，因此，用戶完全可以控制整個演示系統的開發過程，最終完成的仿真演示系統的演示效果也將完全符合用戶的實際需求。仿真演示系統打破了傳統視頻教學模式的局限性，對高壓電氣試驗乃至變電檢修全新教學培訓模式的探索具有極其深遠的意義。培訓系統以分離模式開發設計，其中變電修試仿真演示軟件可以應用到日常變電檢修工作的各個環節當中，所制作出的仿真教學演示模塊可以無縫的嵌入到系統當中，從而實現本系統的應用推廣。

參考文獻

仿真設計流程范文第3篇

【關鍵詞】起飛綠色帶；仿真計算；流程；民用飛機

【Abstract】Based on a certain civil aircraft， the significance and necessity of simulation analysis of green zoon of take off are depicted. On the basis of these， the flow of simulation analysis of green zoon of take off is introduced. The flow can be used in civil aircraft design and validation.

【Key words】Green zoon of take off； Simulation analysis； Flow； Civil Aircraft

0 引言

起飛綠色帶仿真計算分析是民用飛機研發研制過程中的一個重要科目。

飛機起飛之前，飛行員需要根據飛機的重量、重心，調整飛機預先設置好平尾的偏度值，使得飛機可以安全的起飛。由于該過程屬于人工設置，因此需要考慮出現錯誤設置的情況，起飛綠色帶正是為了保證飛行員在誤配平的情況下，飛機仍能安全起飛。它通過限制起飛時平尾的偏度范圍，使得飛機在該平尾范圍內有合適的俯仰力矩值，保證飛機安全起飛。起飛綠色帶是指在飛機起飛之前的平尾位置范圍，在該范圍內，飛機可以安全的起飛，是飛機上非常重要的參數。根據此要求，首先通過平尾配平方式對飛機起飛綠色帶進行了初步計算，計算狀態為設計要求中給定的狀態：起飛安全速度、起飛構型、起飛推力。然后對起飛綠色帶抬頭極限位置和低頭極限位置進行校核，該校核是通過桌面的飛機模型，結合六自由度方程，仿真誤配平起飛的過程。

本文對起飛綠色帶仿真計算分析提出一個通用的工作流程，使得從事這項工作的技術人員有一個清晰的工作思路和工作邏輯，減少重復性工作，節約飛機研發時間。

1 起飛綠色帶仿真計算分析流程

在確定起飛重量重心，起飛構型襟縫翼位置，性能參數后，需結合六自由度仿真模型以及設計要求，起飛綠色帶仿真計算分析流程如圖1所示。

實驗步驟概括為以下幾個過程：

1.1 確定計算狀態點

起飛綠色帶計算分析前需要確定狀態點，狀態點的內容包括：飛機重量，重心，構型，發動機推力，速度等。狀態點的取值范圍在飛機包線以內，考慮到飛機氣動力模型的線性程度，一般取極限以及中間位置。

1.2 確定仿真計算方法

為了保證計算范圍涵蓋所有誤配平的情況，需要進行起飛綠色帶抬頭極限位置校核和起飛綠色帶低頭極限位置校核。抬頭極限位置校核方法：當飛機為后重心，重量為最小使用起飛重量，且水平安定面處于綠色帶的飛機抬頭極限位置，在正常起飛速度上使用直至最大的機頭下俯縱向操縱，即推滿桿機動，考察飛機在俯仰方向是否能平衡。

起飛綠色帶低頭極限方法：當飛機為前重心，最大起飛重量，且水平安定面處機低頭的綠色帶極限位置，飛機在達到VR后使用最大縱向操縱，在某個時間內飛機應表現出明顯的抬頭。

1.3 進行仿真計算

結合氣動力模型和六自由度方程、起落架模型等在MATLAB軟件上進行仿真計算分析。

1.4 設計要求符合性判斷

根據仿真計算結果，判斷飛機在抬頭極限位置俯仰方向能否平衡，低頭極限位置是否能有明顯的抬頭。如不滿足設計要求，需要根據配平計算結果重新設置飛機的起飛綠色帶的范圍。如滿足設計要求，則編制起飛綠色帶仿真計算分析報告。

2 結論

本文介紹了民用飛機起飛綠色帶仿真計算分析流程，對起飛綠色帶設置的緣由，以及起飛綠色帶計算進行了詳細介紹，闡述了對計算結果的分析方法。對設計要求的符合性進行判斷，如不滿足要求則重新計算平尾配平范圍，確保飛機的安全起飛。本文所介紹的流程，可應用于民用飛機的操穩分析與設計。

仿真設計流程范文第4篇

總體設計

仿真系統在指揮控制系統設計全過程的作用，如圖所示：從上圖可見，仿真系統在反坦克導彈連指揮控制系統的設計過程中有著重要的頂層分析、輔助設計、論證優化作用。仿真系統的定制開發的基本流程是：

1）從作戰使用層面，需要詳細分析反坦克導彈體系的協同和信息交互及導彈連戰斗關系系統的使用環境、作戰原則、系統配置、攻擊對象特性和不同作戰過程、不同使用模式下的系統響應、狀態轉換關系，形成系統的工作流程。

2）從信息交互層面，需要詳細分析導彈連戰斗管理系統所需信息，研究信息交互的內容、對象、交互類型和方式、交互頻度和實時性要求等，明晰系統對信息融合、傳輸、處理和信息共享、分發及協同的需求。

3）根據需求，建立仿真所需的硬件平臺，并組成相應的通信網絡。

4）分析設計仿真對象，形成對象配置文件。

5）編輯系統結構、業務流程、程序接口，形成仿真規劃配置文件。

6）利用可視化開發工具，編輯二維、三維可視化設計，生成可視化規劃配置文件。

硬件系統設計

反坦克導彈指揮控制仿真系統通過構成無線、有線、有無線混合組網等通信方式，采用標準通信格式，模擬反坦克導彈連與上級、友鄰、協同部隊、保障分隊通信的互聯網，以及模擬反坦克導彈連內部指揮控制專用網絡，實現硬件節點間的互聯互通。

反坦克導彈指揮控制仿真系統包含下列硬件節點：

1）服務器：用于外部數據處理及數據傳輸。

2）任務規劃席：用于用戶對仿真任務的配置及過程控制。功能包括：開始、結束仿真；新建或選擇仿真任務；配置仿真對象屬性；仿真速度倍率控制。

3）車輛模擬席：用于仿真車輛的實際運行狀態，包括：仿真發射車運動狀態及位置數據，仿真車輛通信、偵察、指揮、射擊、裝填等業務能力、作業過程及作業結果。

4）車輛指控席：用于仿真車輛的指揮終端所執行的功能，當驗證在研指揮控制系統時，可更換為實裝設備，直接進行半實物仿真測試。

5）敵軍模擬席：用于顯示敵軍單位信息，包括：仿真敵軍位置數據及車輛的運動狀態，仿真已毀和剩余敵軍目標信息。硬件結構部署圖如下:

軟件系統設計

1軟件體系結構概述

反坦克導彈指揮控制仿真系統包括業務邏輯設計和可視化界面開發兩個基本層面。

1.1仿真對象模型

仿真對象的模型設計是干預、表現和分析仿真過程的實體要素，是決定仿真系統嚴密性、魯棒性、可控性的關鍵環節。仿真對象模型設計的關鍵是對各作戰單元的狀態分工的充分考慮，仿真對象的特性和狀態通過屬性變量來表述控制，仿真對象的全部狀態屬性，構成了虛擬作戰環境的總體狀態空間，各仿真對象屬性相互依存影響，對仿真對象屬性的更改程度直接決定了仿真過程的復雜程度。

1.2仿真算法庫

反坦克導彈連指揮控制系統的仿真算法庫的建立是指設計整理出指揮控制系統中的基礎的、典型的算法模型，定義相關數字接口，形成算法構件，實現系統的模塊化、體系化功能，這對于仿真系統的有效性、通用性有著至關重要的意義，涉及仿真系統物理結構、工況及狀態遷移、信息交互、信息融合等技術，主要包括：

1）基本數學庫；

2）數據類型轉換庫；

3）時間運算庫；

4）車體運動模型；

5）導彈運動模型庫；

6）彈藥信息組裝及解析庫；

7）擴展數學庫；

8）坐標系轉換庫；

9）休眠模塊。同時，仿真系統的通用軟件接口，可接入典型的反坦克導彈連指揮控制模型。

1.3事件響應關系

從仿真的角度來說，模型的執行序列是由作戰模擬系統的事件調度機制決定的，即使每個仿真對象都設計得完備有效，而模型間的事件調度機制不充分嚴密，可能無法實現想定的作戰意圖，甚至得到扭曲的仿真結果。事件響應關系就是進一步明確指揮控制系統中各單位分工、作戰使用需求和工作流程，建立起仿真對象的調用順序、調用條件和調用結果的規則庫，來體現模型運行的約束性。

2可視化界面開發

反坦克導彈連指揮控制仿真系統的可視化平臺建立了一個可視化仿真框架，包括分布式仿真系統配置模型和運行機制的可視化，以及配套的管理及開發工具，實現了仿真任務的可視化定制。同時，建立了一個具有多種指揮、顯示功能的綜合指揮顯示系統平臺，實現了整體作戰態勢及武器系統、車輛、設備的狀態和遷移過程的二維、三維可視化集中顯示和集成控制。以下為部分典型操作的可視化開發界面：

仿真設計流程范文第5篇

關鍵詞：機械制造；仿真技術；結構設計；加工設計

1機械設計制造與仿真技術概述

1.1機械設計制造

機械設計制造具有工作內容復雜等性質，機械設計制造過程中需要電氣自動化、電子工程等技術的支持，相關科技的快速進步，也推動機械設計與制造工作向更多元化的方向發展。以往的機械設計一般以設備零件、工業器械為主要內容，在制造中需要先建構模型，進行多種科學實驗，才能保證機械模型的合理性。利用各種自動化技術和仿真技術，能更科學、高效地進行標準化、非標準化的零件設計與加工。

1.2仿真技術

仿真技術應用多種硬件、軟件工具，基于仿真實驗、相關算法及問題求解，達到構建反映系統某一運行過程或行為的仿真模型的目的。仿真硬件以計算機和相關硬件為主，包括數字計算機、混合計算機、模擬計算機，以及目標仿真器、環境仿真器、運動仿真器等多種物理仿真設備；仿真軟件包括各類仿真語言及相關數據庫。在應用仿真技術過程中，為了構建基于仿真目標的系統模型，必須進行仿真實驗，一般會進行離散事件的系統仿真實驗和連續系統仿真實驗。在機械設計和制造中應用仿真技術，能大幅度提升機械設備研發速度，減少制造中花費的時間、資金，從而幫助相關機械生產企業獲得更高的經濟收益。

2仿真技術在機械設計制造中的應用意義

2.1節約設計與制造成本

在機械產品的研究開發過程中，企業需要投入大量資金及人力，特別是在大型機械設備的研發中，因為工程量大、結構復雜，需要統籌全方位的設計工作，因此設計成本相當高，而設計的合理性、效率與研發成本息息相關。應用仿真技術，能夠基于相關設計參數建立產品的二維、三維模型，對機械產品的全過程進行相應的模擬和實驗；還能基于計算機完成傳統研發過程中煩瑣復雜的內容，有利于降低工作人員的研發難度和勞動強度。利用機械模型研發產品，能不斷調整參數，降低利用實體模型等方法進行研發的經濟成本，從而提升產品的研發質量與效率，節約設計與制造成本。

2.2提升參數的準確性

我國各行各業均向機械化、自動化等方向快速發展，當前所需的機械產品類型越來越多，結構越來越復雜，對零部件精密程度也提出了更高的要求，機械設計的過程也變得更為多元、復雜，對相關零部件參數的準確性提出了更高要求。利用傳統機械設計方法難以滿足當前的標準要求，利用傳統計算機技術手段分析大量數據，不僅處理效率低，還無法直觀地顯示和調節相關數據，一旦出現數據計算失誤或數據傳遞失真，就會降低產品的技術性能。利用仿真技術，能124夠通過模型更直觀、準確地分析和優化大量設計參數，降低設計難度與出錯率，幫助設計人員快速完善產品設計和加工方案。

2.3確保設計方案的合理性

在傳統機械設計研發過程中，設計方案的制訂過程相當復雜，需要進行大量的人工分析，既浪費時間和精力，又難以保證設計方案的合理性、科學性，這主要體現在方案精細化程度不足，設計師未能全面分析制造過程等方面，導致最終制造出的機械產品在性能等方面往往與設計預期相去甚遠，甚至達不到相關技術要求。科學應用各項仿真技術，能使設計人員更合理地整合相關數據，確定機械產品的各項參數，如基于各項仿真實驗，獲取環境、運動等仿真數據，構建機械設備在實際工作環境下的三維模型，從而更便捷、直觀地調整相關參數，對比分析各個設計方案、制造方案，最終選擇最優方案。

3仿真技術在機械設計制造中的應用優勢

仿真技術在機械設計制造中得到廣泛應用，在機械產品的設計、制造、檢測等環節均發揮了重要的作用，這使得仿真技術在機械設計和制造中占據重要地位。仿真技術不僅能夠更好地把控產品的質量與制造效率，還有利于優化相關技術，更快地進行產品的更新迭代，制造出符合市場要求的高質量、高性能產品，提升生產企業的經濟收益。如今仿真技術應用范圍仍在擴大，仿真對象、仿真目標更為清晰準確，進一步提升了仿真技術在制造行業的應用有效性。

3.1集成度高

仿真技術的集成化屬性能更好地適應當前機械設計與制造工作的需求。仿真技術融合了多種科技與理念，本身十分復雜、多樣，因此能夠模擬不同類型機械產品的各個復雜模塊，進行模塊化、集成化的產品設計與制造，從而滿足當前市場對機械產品提出的模塊化、靈活組裝等要求。

3.2分布性強

仿真技術的分布特性十分明顯，這是由于仿真技術十分依賴網絡技術、計算機技術及各種電氣自動化技術。技術的不斷發展，使仿真技術的分布特性不斷加強。對仿真技術各軟硬件工具及相應的運行環節進行分析，可以發現各種仿真功能的實現充分應用了各種網絡技術、制造技術，整個技術的運行環節均需要配合各種理論和圖形規定進行。分布性強這一特點會在一定程度上強化仿真技術在機械設計制造中發揮的積極作用，更好地保障設計工作的合理性和設備的制造質量。

4仿真技術在機械設計制造中的應用前景及發展方向

4.1應用前景仿真技術

隨著各類計算機技術、電氣技術的進步而迅速發展，一些仿真硬件設備及軟件的水平快速提升，使數字化仿真技術的優勢進一步凸顯，當前主要體現在超小型計算機、處理器等工具相互配合方面，能夠降低傳統仿真技術中對大型仿真設備和實際仿真實驗的依賴性，從而有效降低研發成本。在仿真軟件方面，仿真技術正與AI技術融合，有利于提升仿真軟件的精確性、全面性，推動機械設計向虛擬設計與制造方向發展，虛擬設計與制造將更多地應用虛擬仿真技術，在更多的機械產品設計及制造內容中應用計算機對仿真對象、目標進行全過程結構設計、參數調整及資源調配，從而顯著提升機械產品研發水平和研發過程的管理水平，顯著降低機械設備設計與制造的周期及成本[1]。由此可見，仿真技術在機械設計領域具有廣闊的前景。

4.2發展方向仿真技術

在機械制造中的應用將向精確化、智能化方向快速發展。仿真過程的精確化發展體現在機械制造中的數控加工等過程將與仿真技術進行更深入的結合，通過模擬加工過程，可以更好地調整相關的加工參數或產品參數，從而以更低成本優化加工方案，使各項加工參數更精確、合理。仿真過程的智能化發展體現在機器人技術和網絡通信等技術與機械設計仿真過程更深入融合，將使仿真過程更自動化、智能化，技術人員將更多地通過計算機軟件進行仿真過程的設計與控制，基于各種通信技術進行數據交換和實時控制、監測。另外，仿真技術在機械領域的應用內容也將更為廣泛、精細化。

5仿真技術在機械設計制造中的應用流程和具體應用

5.1仿真技術的一般應用流程

仿真技術的應用涉及圖形學、幾何造型學知識，在對目標產品進行實質抽象化的數學模型處理時，需遵循一般的應用流程。首先，應確定目標產品的結構和相關參數，建構基礎的模型。基于各仿真工具建構能模仿真實環境及產品的可靠系統，加上邊界條件、約束條件等參數。其次，應用電氣工程、自動化、網絡通信等方面的技術，將數學模型中的參數進行相應的闡述，并結合時空關系劃分模型，構建每種環境下的動態模型與靜態模型。以構建動態模型為例，需要構建連續時間下的仿真模型、離散時間下的仿真模型、混合時間下的仿真模型，并重視各模型之間變換層面的構建[2]。再次，應用相關算法、仿真軟件及計算機語言，對仿真模型開展全面的分析。需要滿足模型自由變換、參數分析全面等要求。最后，進行仿真模型實驗工作，即將創建的仿真模型輸入搭載某一實驗環境的計算機中，使仿真模型虛擬運行，由此得到產品仿真運行的結果[3]。開展仿真實驗前，需要進行先期設計，并對實驗方案進行預運行，根據仿真實驗想要達到的實驗結果確定具體的衡量指標和標準，對仿真實驗結果進行合理的分析。為驗證實驗結果的可靠性，需要通過反向驗證等方法進行檢驗。經過這一系列的應用流程，才能保證仿真技術被合理地應用于機械設計制造。

5.2仿真技術在機械設計制造中的具體應用

5.2.1仿真技術在機械產品結構設計中的應用根據機械產品結構設計的一般工作流程可知，機械產品結構由完成不同功能的多個結構協同組建而成。結構設計直接關系到機械設備運行的安全性、效率及其他重要性能，研發人員在利用仿真技術進行結構設計時，需要優化產品結構的模擬實驗等工作，如通過高負荷環境下的功能性實驗來測試產品結構的安全性、可靠性等性能，然后基于各項測試最終確定最優的產品結構模型。與此同時，研發人員需要借助仿真技術、三維設計軟件及運動學理論，對產品結構設計模型進行多角度、多維度的展示、觀測和測試，在保證產品結構的運動狀態可靠性符合設計標準的基礎上，對不同零部件進行干涉實驗和細化分析，從而發現各零部件存在的金屬疲勞等問題或技術瓶頸，然后進行參數、材料等方面的優化調整，以全方位提升機械設備結構設計的合理性[4]。三維設計軟件在機械設計中已較為普遍，將運動仿真與三維設計進行更高程度的融合，能夠使研發人員實時地觀測機械結構在具體運動環境下的各項性能，有效提升結構設計質量，節約設計所需的時間和物料成本。例如，在一些機械設備的齒輪設計中，研發人員利用仿真技術能提升這些重要部件的質量和設計的合理性。齒輪是一些機械設備的關鍵部件，其性能直接影響整個機械產品的使用壽命與生產效率。應用仿真技術，能對齒輪結構設計及相應設計參數進行測試，判斷齒輪設計能否滿足產品的設計目標和相應的加工要求[5]。在具體應用中，基于仿真軟件模擬齒輪在相應環境中的工作環境，以此檢測齒輪結構設計、參數設計是否符合規范。若發現設計問題，還能進行相關參數的調試，最終完善齒輪設計。如利用仿真技術模擬和測試圓弧針齒的運行軌跡，測試齒輪是否能在相應環境下正常運行，并基于仿真技術深入完善各齒輪轉動接觸點的相關參數。5.2.2仿真技術在機械產品加工設計中的應用機械產品從設計到制造需歷經多個步驟，許多步驟的流程較復雜，特別是在設計和生產大型、超大型機械設備時，其過程尤為復雜，而應用仿真技術能在一定程度上使這一過程更加便捷[6]。機械加工設計過程中應用仿真技術，能切實優化研發設備的各項性能和工作效率。例如，在數控加工工作中，需要編寫相應的加工方案，而應用仿真技術能更便捷地完成加工方案的編寫，調試機床運行程序，生成相應的二維、三維圖形及加工數據，在機械設備生產中合理選擇刀具等加工工具，利用合理的流程、準確的加工指令高效完成設備加工作業。此外，應用仿真技術還能有效減少人為操作、降低失誤率。

6結束語

綜上所述，仿真技術已在多領域得到應用，具有很強的技術優越性，推動其在機械設計制造中的應用，能夠為機械制造領域帶來新的活力和發展機會。因此，相關企業需要積極、合理地應用仿真技術，優化相關的設計、制造工作，提升機械產品的質量與研發效率。

參考文獻

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