数字化仿真技术概念范文

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建设工程施工是一个高度动态的过程，施工不仅复杂而且施工时期较长，如何应用先进的技术手段进行安全而有序的管理，使施工体系达到现代化水平的目标已成为施工管理人员的共识。随着数字技术的飞速发展和互联网的日益普及，以互联网技术为基础，借助于系统仿真技术以及数字化的概念，实现工程项目的透明化、传播化和智能化施工管理，已成为工程项目施工管理的一个重要研究课题与发展方向。

一、数字化施工的概念以及核心思想

数字化施工是在“数字地球”这一大课题背景下提出的。美国于 1998 年率先提出了“数字地球”（Digital Earth）的概念，数字地球的概念不是一成不变的，而是随着社会的发展而不断进步的。 “数字化施工”就是将施工过程数字化，其核心思想是用数字化手段的整体性去解决工程施工问题并最大限度地利用信息资源，使得在施工质量得到保障的同时可以达到高效的施工。它不仅仅指由计算机代替传统的手工制作报表，而且应用在多项事件及职能上，可以对施工进行全面性的控制。

空间信息是数字化施工管理的必须品，它包括施工场地的地形地貌的现场勘测与记录、建筑物的区位信息以及施工项目的安排等一切空间的信息，是对特定空间内的全面操控。空间信息技术是全面而宏观的空间处理技术，它主要包括遥感技术、地理信息系统和全球定位系统，即 3S认证技术。其中，地理信息系统在建设工程施工中具有重要作用，地理信息系统是一门新兴学科，它介于地球信息与信息科学之间，以存储，采集，分析，管理，描述和应用相关资源为导向的数据系统。地理信息技术可以对施工区域持续的进行监控与管理，可以随时发现施工的问题以及运算相关的施工数据。

二、数字化系统的仿真运算

系统仿真技术是随着计算机技术的发展逐步形成的一门新兴技术，它以相似性原理、系统工程方法、信息技术及应用领域相关专业技术为基础，以计算机等设备为工具，利用系统模型对真实的、或设想的系统进行动态研究的一门多学科的综合技术。例如在我国体育场（馆）建设中，就是通过前期不断的仿真运算来推测体育场（馆）建成之后的型貌，并在施工过程中随时通过仿真运算的结果显示来更改施工措施及方案，使得工程进度与仿真情况形成了对比，更有利于施工单位明确自己的施工体系，从而完善施工过程。随着仿真技术的发展，现代仿真技术已经成为工程单位的常规科技手段。仿真技术可以通过架设的方式让施工单位看到施工完成后的大概情况，然后根据施工完成的情况优劣而决定施工中的方案调整，简单的说就是一种反推理的过程，为复杂的工程以及运算提供了不可缺少的分析、研究、设计、评价、决策和训练的重要手段。

三、虚拟现实

所谓虚拟现实（Virtual Reality，简称 VR），就是采用以计算机技术为核心的现代高新科技生成逼真的模拟环境，该环境中包含了视觉、听觉、触觉与嗅觉为一体的特定环境，通过多种传感设备（如头盔显示器、立体眼镜、数据手套、数据衣等）使用户以自然的方式与模拟环境中的物体进行相互交融，从而产生身临其境的感受和体验。虚拟现实有重要的 3 I特性：

（1）Immersion（沉浸度）。VR 系统不再像传统的计算机接口技术一样，它强调用户与计算机的自然接触，就像现实中人与人之间的交流或者人与自然的融汇一样。

（2）Interaction（交互性）。VR 系统区别于传统三维动画的特征是用户不再被动地接受计算机所给予的信息，或者是旁观者，而是主动的参与到三维动画之中，能够使用交互输入设备来操纵虚拟物体，以改变虚拟世界的。

（3）Imagination（想象性）。用户利用 VR 系统可以从定性和定量综合集成的环境中获得感性和理性的认识，从而更深刻的认识环境、相应区位的情况及变化，从而深化概念和萌发新意。

四、智能施工

智能体（Agent）是一种完全创新的非人工技术，是指为了实现自己的设计目标或任务而独立自主的运行，能适应自身所处的环境，并能不断地从环境中获取知识以提高自身能力的具有学习和推理功能的智能实体。多智能体技术具有自主性、分布性、协调性，并具有自组织能力、学习能力和推理能力并完全不需要人工操作。目前多智能体的建模软件主要有 JAVA、Visual C++、VisualBasic、SQL Server、Delphi、PowerBuilder 中的 CLIPS 等。随着国民经济的发展和新技术、新材料、新工艺的不断出现，工程项目规模不断扩大、形式日益复杂，工程建设过程涉及的单位和个人也越来越多，因而对建设工程管理的统筹性、协调性、时效性提出的要求就越来越高。对于这样一个复杂的系统，应用多智能体技术来保证工程建设任务的顺利进行是非常合适的。

五、结语

将来随着数字化施工的普及，我国的场地施工质量和效率必将有显著性的提高，而通过更合理的改造及加工，我们的信息模块也可以在短时期内发展到较为完整的水平。只是我国如今的施工项目对于数字化施工的利用率还不高，有些施工项目的施工成本较低和对数字化施工的优势利用认识不清导致数字化施工无用武之地。这就需要我们的管理者首先要明确数字化对施工效率的促进作用及在施工管理过程中的优势，加大对数字化人员的培训力度，使数字化技术在缩短工程周期、强化工程质量和节省资源方面发挥更大的作用，以促进数字化技术在施工过程中的利用率达到更高的水平。

参考文献：

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Abstract: This paper from the basic concept and the significance of the development of 3D simulation technology, 3D platform to establish Shaoguan surveying and Mapping Institute as an example, the auxiliary city planning decision using three-dimensional simulation technology, can be in the city of real-time interactive scene simulation evaluation and analysis plan, provide more intuitive and scientific basis for planning management. In the application of engineering to promote the 3D simulation technology, how to build a good standard, database and platform system and discusses in detail to have great influence on the overall operating structure, construction method of updating maintenance measures and other supporting mechanism. Finally, several typical cases to illustrate the practical application of 3D simulation technology application in city planning work.

中图分类号：U412.1+2 文献标识码：A 文章编号：

1.引言

近年来，三维及相关技术得到了讯速发展，过去无法突破的城市复杂性描述、海量信息管理等技术瓶颈相继被攻克，计算机硬件不断提高，以虚拟现实技术、三维展示技术为核心的内容的技术得到快速发展。

三维仿真技术在规划中的应用主要是通过对城市地形、建筑及其它人工设施进行三维地理建模，形成覆盖全市的数字城市立体场景，同时结合虚拟仿真等技术，实现城市的三维可视化管理，是提高城市规划编制技术水平，实现科学规划的有效手段，是推进“数字城市”、“和谐城市”建设，实现公共事务可视化管理的基础保障，可以促进经济社会的全面可持续发展。

2.基本概念和意义

城市三维仿真是城市空间信息在计算机环境中的三维直观表达，是数字城市概念城市规划、建设、管理领域的延伸，同时也是数字城市建设的重要基础内容。城市三维仿真技术在规划中的应用前景主要有以下几个方面：

⑴ 完善韶关市数字化规划控制体系，实现城市规划精细化管理

实现从总规-控规-修规的全面三维数字化控制目标，在以往基于控规的城市规划统一管理平台的基础上进一步细化、深化和优化规划管理工作，使韶关市城市规划管理进入精细化管理阶段。

⑵ 创新规划理念和技术方法，提高规划编制的科学水平

利用三维数字城市、GIS等信息化技术，为规划编制过程中的信息采集、指标分析、方案决策、成果展示等工作提高新方法，实现控规编制的技术方法信息化和过程管理信息化，体现规划编制“科学性”、“过程性”、“动态性”特点。

⑶ 实现城市规划可视化管理，迈入规划管理数字化时代

城市三维仿真技术将全面突破传统二维空间系统诸多限制，建成三维全景数字规划支持系统，为有关领导和管理部门对城市规划、建设、管理的重大问题决策，提供准确、实时的信息支撑及直观、真实的可视化和互动操作环境。

3.工作内容及应用

韶关城市规划三维辅助决策支持系统利用三维仿真技术建立城市三维虚拟环境，在城市规划、建设的各阶段进行城市现状及规划的三维模拟描述，为决策者提供直观、科学、准确的城市规划宏观决策支持，满足规划业务审批管理的应用、成果的展示及规划方案管理和评审的需要。

韶关城市规划三维辅助决策支持系统项目主要包含软件和三维数据建模两方面的工作。项目共投入280万，计划在三年内完成。2011年6月开始进行系统开发和三维建模，2013年5月份，系统主要体系结构开发完成，并完成韶关主建城区三维模型数据生产制作。

（1） 数据建设内容

数据建设主要包括数据标准制定和三维数据建模两部分。

制定数据标准和技术规范是实现系统互联互通、资源共享的重要基础工作，也是后期数据更新、管理、维护的依据。数据标准建设主要包括：三维数据采集与制作标准、三维数据更新规范。

三维数据建模是系统建设的基础，以及各种应用和分析的依据。初次项目建设覆盖范围为主城区50平方公里的基础模型建设工作（建筑物约有30平方公里）：其中包括约15平方公里的精细模型、10平方公里的标准模型、50平方公里的地形及市政配件模型。

（2）系统特色及基础功能

体现三维场景的美观和真实性；是一套安全、可靠、稳定，功能强大的系统。在应用于实际规划工作中，发挥辅助决策作用，系统的布局合理、操作简便。可进行场景浏览漫游、重点导航、路径导航、图层控制、场景输出等。三维数据应用广泛，可广泛应用于规划、市政、城管、公安、交通、旅游、房产等行业领域。

（3）城市规划辅助决策

提供直观的三维可视化环境；提供多种空间数据、规划专题数据的叠加分析功能；三维辅助设计、建筑信息查询。规划地块查询、用地红线查询、空间量测、地形分析、规划辅助分析。方案比对、日照分析、控高分析，视域分析、通视分析、指标分析，三维标注、图形绘制、路网绘制、规划元素库、三维模型库，管网查看、管网查询、管网统计、管网分析等。4.在城市规划中的应用实例

（1）规划方案对比分析

利用虚拟的三维场景，使城市的规划工作不在于仅仅建立在平面图上做规划，三维的场景模型使规划变得更简单直观。一般人都能参与到城市的规划中去。如某个小区的三旧改造工程，通过三维仿真模型，规划前后的场景就一目了然了，为设计者提供了思路。规划前后的场景如图1所示：

图1

（2）日照分析的功能

在城市建筑规划设计时，日照分析是必不可少的一个环节。通过对待规划建筑物的高度、形状进行模拟，应用TerraExplorer Pro 提供的接口，在系统中很容易就继续日照分析。如在城市的某个小区旁欲修建一座建筑物，建筑物对小区附近的楼房的日照影响分析情况如图2、3所示：

图2建筑物上午八点钟的日照情况

图3建筑物下午15点钟的日照情况

（3）地下管线信息的查询功能

在旧城区的改造中，决策者需了解地下管线的状况。可以直接三维系统中反应出来，如图4所示：

图4

（4）建筑信息的查询功能

将前期测绘的建筑物数据属性信息输入数据库中，使用户点击具体的建筑物时能够显示其详细的属性信息，在表达上更加直观。如图5所示：

图5

5.结语

三维仿真技术能够促进规划工作从“定性分析”到“定量分析”，从“平面规划”向立体规划“的转变，实现城市规划的精细化、科学化管理。三维仿真技术的应用，明显的提高规划审批的效率和方案设计的科学科学性，避免了传统规划评审采用大量设计文稿的方式，极大提高了设计单位、业主单位和管理单位的沟通效率，协调了与周围建筑群的空间、色彩、材料，有利于体现城市的特点，促进城市的可持续发展。

参考文献：

[1]彭一刚著，建筑空间组合论，北京；建筑工业出版社，2008.

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随着信息技术的迅猛发展，出现了一些先进的设计制造技术，现代设计制造技术的发展方向就是不断吸收现代科学技术，实现设计制造技术的数字化、功能化、智能化和网络化。虚拟技术已成为当今最活跃的制造业设计技术，它的发展，促进了虚拟制造(VitrualManufacturing)的形成和发展，为机械产品的设计、加工、分析以及生产的组织和管理提供了一个虚拟的仿真环境，从而在计算机上“组织”和“实现”生产，在实际投产前对产品的可制造性等方面进行评估，保证一次成功生产，从而降低生产成本，减少上市时间，快速响应市场，提高企业竞争能力。

1虚拟制造的内涵及其分类

1.1虚拟制造的内涵

随着制造业技术的飞速发展，人们对制造的内涵也有了全新的、更全面的认识。制造是指按照市场需求，运用知识和技能、借助工具、采用有效的方法、将原材料转化为最终产品并投放市场的全过程。虚拟制造(VitrulaManufacturingVM)是指利用计算机模型和仿真来实现产品的设计和生产的技术，它以信息技术、仿真技术、虚拟现实技术和高性能的计算机、高速网络为支持，在计算机上群组协调工作，实现产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验以及企业各级过程管理与控制等产品制造的本质过程。“虚拟制造”虽不是实际的制造，但却实现实际制造的本质过程，它在产品设计或制造系统的物理实现之前，就能通过模型来模拟和预估未来产品的形态、功能、性能以及可加工性等方面可能存在的问题，从而可以做出前瞻性的决策和优化实施方案，从而使制造技术发展到全方位预报阶段。虚拟制造是实际制造在计算机上的本质实现，它是各种计算机辅助技术面向产品全生命周期的集成化综合运用。

实际制造具有对物质、信息、能源进行转换的功能，即投人原材料、生产、信息、电力等能源，制造出所需的产品及与产品相关的信息。虚拟制造是将实际生产中的“物质”和“能源”信息化，针对实际生产系统中的信息及被信息化的“物质”和“能源”实现与实际生产在信息上的等价交换，虚拟制造虽然没有制造出实际产品，但却生成了有关产品的信息以及制造产品所需的信息。

1.2虚拟制造的分类

虚拟制造既涉及到与产品开发制造有关的活动，又包含与企业组织经营有关的管理活动。根据所涉及的范围及工程活动类型，可将虚拟制造分为三类：以设计为核心的虚拟制造；以生产为核心的虚拟制造；以控制为核心的虚拟制造。

1）.以设计为核心的虚拟制造。以设计为核心的虚拟制造将制造信息引人设计过程，利用仿真来优化产品设计，从而在设计阶段就可以对零件甚至整机进行可制造性分析，包括加工工艺分析、热力学分析、动力学以及运动学分析等。主要解决“设计出来的产品是什么样”的问题，以便对产品各方面性能进行仿真与评估；

2）.以生产为核心的虚拟制造。以生产为核心的虚拟制造将仿真技术溶人生产过程模型，以此来评估和优化生产过程，以低费用快速评价不同的工艺方案、资源需求计划、生产计划等。主要解决“这样组织生产是否合理”的问题，以便对生产过程进行仿真，对各个生产计划进行评估；

3）.以控制为核心的虚拟制造。以控制为核心的虚拟制造将仿真技术加到控制模型和实际处理中，实现基于仿真的最优控制。充分利用计算机的强大功能将传统的各种控制仪表、检测仪表的功能数字化，对生产线的优化等生产组织和管理活动进行仿真。主要解决“如何去控制”的问题。

2虚拟制造的特点

与实际制造相比，虚拟制造具有其本身的特点：

1）.虚拟性。虚拟制造不是真实的制造过程，不生产实际的产品、不消耗真实的材料与能源，是通过数字化手段来对真实制造过程进行动态模拟以实现制造的本质过程；

2）.基于数字化模型的集成。虚拟制造过程依赖于模型，涉及到的模型有产品模型、过程模型、活动模型和资源模型。通过这些数字化模型在计算机上的集成，实现对产品的设计、制造、测试、装配等操作，而不再做对传统的原型样机的反复修改；

3）.支持敏捷制造。由于整个过程的信息存储在计算机内，能够根据用户需求或市场的变化快速改型设计，快速投人生产，能够大幅度压缩开发新产品的时间、提高质量、降低成本；

4）.分布合作。借助于计算机网络，虚拟制造可使分不在不同地点、不同部门的不同专业人员对同一个产品模型同时工作，相互交流，实现信息共享，减少大量文档生成及其传递的时间和误差，从而使产品开发更快捷、优质、低耗地响应市场变化；

5）.仿真结果的高可信度。虚拟制造就是通过模型的验证、效验等仿真技术来检测设计出的产品或制订出的生产规划，使得产品开发或生产组织一次成功，所以它能真实地反应实际对象。

3虚拟制造的关键支撑技术

虚拟制造借助于虚拟环境中获取的各种信息，集成和综合了可运行制造的环境，用来改善从装配产品的概念设计到动态仿真的各个阶段。虚拟制造技术涉及面很广，如环境构成技术、过程特征抽取、集成基础结构的体系结构、制造特征数据集成、多学科交叉功能、决策支持工具、接口技术、虚拟现实技术、建模与仿真技术等。其中后三项是虚拟制造的核心技术。

3.1虚拟现实技术

虚拟现实(VirtualRealityVR)技术是美国JaronLanier于1989年首次提出的，该技术的内涵是由计算机直接把视觉、听觉和触觉等多种信息合成，并提示给人的感觉器官，在人的周围生成一个三维的虚拟环境。从而把人、现实世界和虚拟空间结合起来，融为一体，相互间进行信息的交流和反馈。虚拟现实技术或由它构建的系统，最重要的特征在于沉浸感(Immersion)，交互性(Interaction)和构想性(Imagination)。

虚拟现实技术综合利用计算机图形系统、各种显示和控制等接口设备，在计算机上生成可交互的三维虚拟环境。虚拟现实系统(VRS)由人机接口、软件技术、虚拟实现的计算平台等部分组成。利用VRS可以对真实世界进行动态模拟，通过用户的交互输人，并及时按输出修改虚拟环境，使人产生身临其境的沉浸感觉。

3.2建模技术

虚拟制造系统是现实制造系统在虚拟环境下的映射，是现实制造系统的模型化、形式化和计算机化的抽象描述和表示。虚拟制造系统的建模包括生产模型、产品模型和工艺模型。

(1)生产模型。可归纳为静态描述和动态描述两个方面。静态描述是对系统生产能力和生产特性的描述，给出产品设计方案的可能性；动态描述是对系统动态行为和状态的描述，进而预测产品生产的全过程；

(2)产品模型。产品模型是制造过程中，各类实体对象模型的集合。对虚拟制造系统来说，要使产品实施过程中的全部活动集成，就必须具有完备的产品模型，即产品模型描述的信息既包含产品结构、产品形状特征等静态信息，还包含能够进行干涉检查，各项性能分析等方面的动态信息，是能够通过映射、抽象等方法提取产品实施中各活动所需所有信息的模型；

(3)工艺模型。将工艺参数与影响制造功能的产品设计属性联系起来，以反应生产模型与产品模型之间的交互作用。工艺模型必须具备以下功能：计算机工艺仿真、制造数据表、制造规划、统计模型以及物理和数学模型。

3.3仿真技术

仿真就是应用计算机对复杂的现实系统经过抽象和简化形成系统模型，然后在分析的基础上运行此模型，从而得到系统一系列的统计性能。由于仿真是以系统模型为对象的研究方法，借助于计算机的快速运算能力，可以用很短时间模拟实际生产中需要很长时间的生产周期，因而可以缩短决策时间，避免资金、人力和时间的浪费，并可重复仿真，优化实施方案。

仿真的基本步骤为：研究系统、收集数据一建立系统模型*确定仿真算法*建立仿真模型神运行仿真模型*输出结果并分析。虚拟制造系统中的产品开发涉及到产品建模仿真、设计过程规划仿真、实际生产过程行为仿真、装配过程仿真、检验过程仿真等，以便对设计结果进行评价，实现设计过程早期反馈，减少或避免产品设计错误。

4虚拟制造技术的现状分析

尽管虚拟制造技术近年来在国际上取得了迅速的发展，但是目前还缺乏从产品设计全过程的高度开展虚拟制造的研究，集中体现在以下方面。

4.1基于集成的数字化产品模型技术尚处于概念阶段

(1)CAD模型中的产品信息含量太低。CAD模型是在产品的设计过程中形成的，很多信息(几何的非几何的)需要记录在其中，它是重要的数据源。在虚拟制造中，很多分析模型需要从CAD模型中提取相应信息。然而目前的CAD模型主要是从几何实体的角度描述产品，远不能全面的描述产品，能够提供的共享信息太少；

(2)现有的CAD模型无法支持产品的概念设计。产品的全新设计要经过概念设计、详细设计、产品工艺规划及制造几个过程，而CAD模型只支持产品的详细设计；

(3)缺乏良好的产品信息重用机制。由于目前各应用软件间的产品数据交换主要是通过专用的数据接口来实现，这种转换也是同一问题数据的简单映射，无法实现模型间数据的自动转换和衍生，无疑增加了虚拟制造产品开发的复杂性。

4.2产品创新支持工具尚不充分

(1)缺少创新设计支持系统。产品创新设计是一门综合性科学，需要新技术、新材料、新工艺的支持。虚拟制造的环境为创新设计提供了很好的运行机制，但是还需进一步组织开发创新设计的支持系统；

(2)缺乏将知识与虚拟制造结合的工具。知识可以创造革新产品和新技术，产品创新注重知识。但是由于知识表达与组织的复杂性与重要性，如何将其与虚拟制造的数字化产品结合起来是一个有待解决的难题；

(3)缺少交互式外形设计技术与虚拟制造的集成工具。

目前，虚拟制造被认为是最有发展前景的产品创新技术。如何解决将有关产品整体定位、外观设计的交互式外形设计技术引人到产品虚拟制造中并与之有机地集成起来尚需进一步研究。

4.3产品数字化技术

(1)基于产品数据管理(PDM)与其他软件的集成问题。产品数字化的核心是PDM技术的应用，目前，出现了各种版本的PDM软件，但是缺乏标准，由此造成了PDM软件与其他应用系统的集成问题。在虚拟环境下，各专业、各部门人员基于同一产品模型协同工作，必须解决PDM与其他应用软件的集成；

(2)虚拟产品开发的产品数据组织体系。虚拟产品开发方式生成的产品数字样机的产品结构树既要反映产品设计阶段的构造层次结构、产品的装配顺序，还要反映生产流程，制造部门可以直接根据产品数字样机进行制造。因此，研究适合虚拟产品开发的产品数据组织体系是切实必要的；

(3)与数字化产品模型相关数据的组织和管理。

产品的数字化包括建立产品的数字模型及其相关的性能指标，包括结构分析、运动学分析、动力学分析、热力学分析的结果，为产品的定型提供理论依据，并对产品性能进行改造。如何有效地解决数据的组织和管理，使之有效地适合虚拟制造的需要是目前研究的热点。

4.4制造过程仿真建模方法和技术

基于物理模型的制造过程仿真技术已经得到广泛应用，但建模方法与建模技术仍未有突破性进展。

(1)虚拟加工工具有待完善。目前已有很多商品化软件可以进行“可加工性”评价，但虚拟制造还需研究开发大量的虚拟加工分析工具，如具有切削力分析功能的加工过程仿真系统等；

(2)虚拟装配的基础理论研究。虚拟制造对虚拟配中的公差分析与综合技术还缺乏理论基础，在模型的生成以及对ISO公差标准、形位公差的支持方面还存在很多问题，迫切需要解决；

(3)装配工艺规划的进一步研究。目前基于虚拟装配工艺规划的研究存在很大的局限性，主要是指:仅考虑沿坐标轴方向的平移，装配运动方式过于简单；偏重于几何计算，工程语意知识的利用有待加强；装配顺序的选择标准不够广泛和统一；

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中图分类号： V414.41； TB115.1文献标志码： B

0引言

企业竞争力主要体现在创新设计能力方面，企业效益则直接受到产品的质量、周期和成本等要素的影响.设计是一项创造性的活动，主要是根据用户的需求对产品进行定义.总体设计承担整个设计过程的组织和协调任务，因此总体能力强弱直接影响产品开发的成败.飞行器总体设计就是对飞行器系统工程进行科学的技术管理，即创造产品概念、形成总体方案、实施技术协调；建模与仿真技术是保障系统方案的整体优化、协调系统功能设计和实现的关键手段.

当前阶段，数字化设计技术已在飞行器设计过程中得到众多应用，但在传统研发模式下，数字仿真技术还没有成为核心技术手段和研制流程的标准环节.数字化技术已经加快飞行器设计进程，但许多设计师个人积累的研制经验、模型和数据尚未得到有效管理，设计知识的传承还没有找到有效途径.数字仿真技术是一项复杂的技术活动，在仿真建模、仿真模型确认和仿真结果评估等环节需要进行严格的过程管理，才能得到高质量仿真结果，支持产品设计.飞行器总体设计能力提升、知识积累和复用需要数字仿真技术，实施数字仿真技术需要在技术和资源保障等方面突破具体困难.

数字化设计技术代表当前先进的设计理念，国外在数字化设计技术方面取得很大进展，主要应用领域涉及航天、航空和兵器等.相关研究工作如美国沃特公司建立导弹综合设计系统[1]，美国军方建立IHAT系统，集成几何、气动、推进、弹道、热、结构、稳定性与控制和费用指标等 [2]，美国NASA针对新一代运载技术建立AEE设计集成环境[3].

国内亦高度重视数字化设计技术发展，国内诸多企业和研究部门正着手建立一批有代表性的导弹集成设计平台，如国防科技大学航天与材料学院采用J2EE架构建立导弹系统集成设计通用平台[45]，西北工业大学航天学院建立导弹总体方案设计系统[67]等.

本文针对复杂环境下高超声速飞行器总体设计集成度高、结构复杂、开发周期长和试验成本巨大等特点，通过二次开发，应用SIMULIA SLM系统构建飞行器协同设计仿真管理平台，基本实现飞行器总体方案数字化设计仿真、设计知识的积累和复用，为飞行器总体设计人员提供专业化设计、仿真分析和数据管理工具，研究成果对企业协同设计仿真管理平台的构建具有一定的参考价值.

1平台架构

高超声速飞行器协同设计仿真管理平台的架构见图1，分为基础资源层、平台服务层、仿真应用层、设计应用层和平台门户层等5层.

2平台实现

为实现平台框架中提到的各项功能，需要基于成熟的仿真数据管理平台框架软件进行二次开发，本文选择SIMULIA SLM系统作为基础框架软件进行二次开发.

图 1平台架构

2.1平台门户层

各专业设计师与仿真工程师可通过统一的门户界面登录，在统一平台网络环境中完成从预研论证、方案设计到工程设计等业务所需的飞行器全研制周期数字化设计仿真工作.系统客户端包括总体、制导控制系统、结构和气动等能力单元的人机交互操作界面.具体讲，根据型号研制现状，通过定制开发方式，平台门户层提供IE风格的、支持插件的满足不同设计阶段、不同设计人员的人机交互界面.

平台登录界面见图2.

图 2平台登录界面

2.2设计应用层

设计应用层主要由总体、制导控制系统、结构和气动等能力单元的专业快速设计系统组成.设计能力单元是按照飞行器研制流程工作需求组织的小规模多专业协同设计环境.专业快速设计系统是按照型号作业需求、利用作业流程组织的单专业数字化设计系统.专业的通用分析流程是专业设计经验积累、抽取、分解、标准化、组合配置串接出的复杂设计过程，数据、工具、过程与人员相互独立，通过接口定制形成设计数据流，用标准过程形式封装各类分析软件（商业软件和自编程序）形成技术支撑能力；通过计算过程自动化降低人员数量需求、人机交互补充系统智能处理水平，形成能力驱动型的研发模式.具体讲，根据型号研制现状，通过定制开发，设计师在人机交互界面上完成设计数据输入、查看设计结果输出、反馈设计决策和获得设计帮助支持等.

2.3仿真应用层

仿真应用层主要由总体、制导控制系统、结构和气动等能力单元的仿真系统组成，主要工作有：（1）将标准的自动化程度高的有精度保障的仿真流程添加界面，封装成设计流程，供型号设计师使用.（2）将标准的有一定技术成熟度的仿真流程作为分析模版，供专业仿真工程师使用.（3）将企业共享的仿真工具、经验参数、专业模型和分析模版作为技术资源，供平台上的专业研究师使用，创建作业分析流程.

仿真应用层作为能力培养单位，具有仿真项目管理、专业知识管理、IT技术支持、仿真业务审核和仿真共享空间等交互工作界面.具体讲，根据企业技术积累现状和专业发展能力水平，通过二次开发定制，仿真应用层能建立满足产品研发所需的数字化仿真环境.

2.4平台服务层

平台服务层将实现对企业现有的知识数据、专业模型、分析流程、专业工具和IT工具等进行有效的配置管理，通过IT技术能力有效实施系统工程思想的管理方法，在数据集成管理、工具集成及过程自动化、系统协同仿真和稳健性优化等信息处理能力方面通过大幅提高数据交互效率和质量、仿真计算效率和数据处理能力、丰富决策手段和其科学性，最终实现设计人员的工作效率提高、研发周期缩短、设计质量提升的目的.平台服务层是数字仿真管理平台建设的核心基础条件，需要专业仿真数据管理平台框架软件的支持.

2.5基础资源层

基础资源层将产品研发中积累、总结、归纳所形成的产品设计经验，软件分析工具，硬件计算设备等进行有效的共享管理；分类存储和积累产品设计数据有利于设计信息的汇总、设计知识的提炼和设计帮助的实时支持；共享软硬件技术资源并通过与资源管理和调度系统的集成，能为全体设计人员提供高性能计算资源，提高设计效率和可靠性，提高投资的效益.基础资源层中的技术元素需要专业数据库系统等资源支持，接受平台管理层的调度和管理.

3应用实例

以方案阶段导弹典型设计参数的优化和仿真验证为目标，将总体、弹道、气动和结构等专业的仿真过程集成于数字仿真管理平台，初步实现各专业的设计仿真工作的流程化.通过流程的运行考核数字仿真管理平台的数据管理、任务管理和流程管理功能.相关应用成果见图3～5.

图 3飞行器总体参数初步设计图 4气动设计仿真

图 5结构设计仿真

通过某型号方案设计仿真在平台中的应用，实现导弹方案阶段设计仿真工作的流程化，形成6大业务流程和21个仿真流程，实现设计方法的灵活调用、积累、复用和更新；通过平台化的数据流转和管理实现专业间数据流转、过程数据版本的规范化管理和数据引用的可追溯性；通过4个专业应用验证数字仿真管理平台的基本功能；验证知识积累和复用机制的可行性；验证业务流程模型的提炼和仿真过程的组织符合型号研制的工作实际.

4结束语

将SIMULIA SLM系统作为基础框架软件进行二次开发，构建飞行器总体协同设计仿真管理平台的雏形，并得到初步应用.研究成果对企业仿真数据管理平台的构建具有一定的参考价值.

虽然数字化仿真技术已经应用于产品全生命周期的各阶段，并取得显著效果，很多企业越来越认识到仿真数据管理的重要性和必要性，但是构建企业级的仿真数据管理平台仍面临着许多挑战.

（1）目前，市场上的商用仿真数据管理软件都还处于发展和完善阶段，并且仿真数据管理平台需要根据企业自身的需求进行大量的定制开发和实施工作；

（2）结合定制开发，企业自身业务流程、仿真流程的梳理是1个不断迭代的过程，需要专业级主任设计师长期不懈的努力；

（3）需要企业进行仿真数据、经验知识的积累，并使仿真应用规范化、标准化；

（4）仿真工具的开放性和易集成性对仿真数据管理平台的构建也有至关重要的影响.

因此，构建真正的能适应企业自身需求发展的数字仿真管理平台还需要整体规划、分布实施，本文所完成的工作只是万里迈出的第一步.参考文献：

[1]ROCH A J. Missile integrated design analysis systems （MIDAS）[C]//Proc AIAA 19th Aerospace Sci Meeting， AIAA19810285， St Louis， 1981.

[2]BAKER M L， MUNSON M J， HOPPUS G W， et al. The integrated hypersonic aeromechanics tool[C]//Proc 10th AIAA/ISSMO Multidisciplinary Anal and Optimization Conf， AIAA20044565， New York， 2004.

[3]MONELL D， VERHAGE M， KAM J V， et al. The advanced engineering environment project for NASA’s next generation launch technologies program[C]//Proc AIAA 42nd Aerospace Sciences Meeting， AIAA20040202， Reno， 2004.

[4]陈敏， 张为华， 戴金海. 导弹系统集成设计通用平台及关键技术[J]. 弹箭与制导学报， 2008， 28（2）： 15.

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1关于数字化设计技术

数字化设计是随着计算机在各个行业应用和辅助下而诞生的一门新型技术，因此，数字化设计技术的核心和发展，其实是以计算机信息处理技术在数字领域的升级与应用为依托（如压缩与编码）。CAD（计算机辅助设计）就是最早应用在设计与制造行业中的数字化技术，而且涵盖非常广泛，有效推动了设计技术的应用与升级，也在很大程度上拓宽了数字化设计技术的应用领域。[1]数字化设计技术的关键是以打造呈现产品形态的信息平台为基准，借此生成以计算机为核心的数字化模型，然后再将其渗透到产品开发的各个环节，从而实现不需要再借助实物模型就可以完成产品开发的目标。其核心优势主要体现在如下几个方面。

1.1优化设计的实用性与消解缺陷

不同的设计环节，会对产品生出不一样的定义，具有很大的不确定性；而且各个类型的定义模块在彼此转化时，非常容易造成数据的流失。这就造成数字化设计会形成定义产品的单一模型，但这种单一性会随着信息密集程度的改变而导致产品模型也随之发生转化，如全信息化模型和集成类产品模型的差别。对数字化设计而言，这其实是一种有效的技术辅助，从而让设计更具针对性与有效性。但同时，因为数字化设计的概念还是过于抽象，所以会在制造环节存有不足之处,需要反复修改和测试。这会加大成本的耗损，并拉长了产品上市的时间。为此，需要在制造实物模型之前，先进行大量且有效的仿真分析与测试，不断消解设计缺陷。

1.2优化数字化设计合作

对于所有的设计工作者而言，一个产品项目的设计与开发，必须结合不同小组的特色与优势来进行科学化的分工协作。唯有这样，才能实现技术优势的全面整合，共同搭建出更加完善和具有可行性的数字化制造模型，以此提高设计和开发的效率。

1.3减少对实物模型的依赖

数字化技术的应用，让设计越来越脱离了对实物模型的依赖，并且可以通过仿真技术的不断测试和分析，将设计中存在的缺陷尽可能地剔除，从而达到制作出与设计要求最匹配的实物模型。这将大大缩减产品的开发成本，提高设计的成功率与效率。

2数字化设计技术在农业机械设计中的应用

2.1行业竞争推动数字化技术的普及

随着社会的进步与发展，农业机械设计越来越希望让消费者具备更多的选择性。因此应用创新和减少故障发生率，成为优化农业机械产品设计的必经之路。为了降低常见故障的发生，在设计时就必须采取相应的改进方法，并提前进行仿真推演与测试，一旦验证了改进方法的有效性，就能将制造与生产环节的成本纳入可控范围，极大地增强了企业在同类农业机械产品中的竞争力。于是更多的农业机械制造企业为了赢得市场，就会加大在设计环节的创新投入来获取消费者的认可。农业机械行业采用以数字化技术为支撑的决策模式，相继开发出了知识型数据库，进一步加大了整个行业对数字化设计技术的应用程度。

2.2在普及中优化了虚拟化现实技术

数字化技术应用的普及和升级，加快了农业机械产品设计向虚拟化现实技术的转化，并通过融入和吸收诸如多媒体与3D图形新形态，让设计者在进行产品设计时拥有了更为真实的多维体验，也让用户能对产品的性能有了更具体的视觉感受，极大地优化了产品性能和提高了上市成功的概率。特别对于农业机械这种相对复杂的产品，设计意图与应用效果之间会存在很大的差距。虚拟化现实技术的出现，不仅有效解决了农业机械的设计与应用两个环节无法实现无缝对接的难题,而且优化了针对农业机械的设计周期长、内部结构复杂等问题的处理办法，让农业机械的产品性能通过模拟性应用来进行验证，然后再根据验证情况着手进行改进。在设计目标完成后，便可让目标用户来对产品结构和性能进行模拟应用评估，并从他们口中得到最有效的反馈建议，使产品在上市后就能获得用户的极大认可。目前农业机械设计，首先是借助CAD系统形成模型，再将其导入虚拟环境中，以此提高设计的可视化程度。其次是利用VR-CAD（虚拟现实-计算机辅助设计）系统帮助设计者在虚拟化的环境中进行设计。但我国在虚拟化技术层面的研究还处于相对滞后的阶段，仍需对更为系统和完善的研究理论与应用方案进行深入探索。

2.3加强数字化设计的协同性

农业机械生产企业既要参与市场竞争，同时又要实现跨企业的协同合作，以满足客户越来越个性化的定制需求。因此协同化设计同样成为农机企业生存与发展的重要经营手段，并可能成为整个行业创新发展的重要方向。为了从浩瀚的技术信息与零件资源中找到有效的资讯，就必须对搜索技术加以优化。比如某个服务器存储了上百万的零件信息，而且还在不断成级数增加。农机企业在进行新产品设计时，就要对需要的零部件的参数和性能进行搜索，并且探讨怎样才能匹配到有效的供应商客户端。随着数字化设计技术在农业机械领域应用影响的不断扩大，设计者、供应商与制造商之间，必须在设计端就要开展深入的协同合作，才能借助各自的资源与软件技术优势，实现新型农业机械产品的不断升级，并从设计和制造两个环节不断提升产品的国际竞争力和生产效率，并确保达到最佳的制造品质。

3农业机械数字化设计技术的创新之处

农业机械本身属于制造业的范畴，产品种类齐全且复杂，优势是国内外的市场需求体量非常巨大。近年来，我国企业将数字化技术应用于大型农业机械的研究与开发，其力度越来越大。通过引进更多的工程技术和仿真技术来对产品性能进行设计和检测，希望能借此不断优化产品结构和性能。对今后的研发趋势应多关注如下几个重点。

3.1强化产品的创新思维

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中图分类号：J218.7 文献标识码：A

文章编号：1005-5312（2012）17-0043-01

一、关于三维建模

（一）三维模型

所谓的三维模型就是一个物体用三维的多边形表示出来，然后用计算机或者其他的设备用视频的形式进行显示。现实的物体可以使在现实世界里存在的实际物体，也可以是设计者虚构出的，总之就是不管是有的没得，只要是能想出来的都能用三维模型表示出来。

（二）三维建模的应用范围

三维建模在现在这个科技发展迅猛的时代已经被运用在各个领域，其中在视频游戏中，三维建模是作为计算机和视频游戏中的资源被运用，而在医疗行业中，三维建模被使用于器官的制作模型等，在电影电视行业中，他们被用于特技手段和活动的人物制作，在建筑业中，三维建模用来展示所要表达的建筑物和地貌风景等。

（三）三维建模的方法

1、软件建模

现在市场上有很多比较先进的建模软件，比如3DMAX、Maya、AutoCAD等等，这些软件的共性是用一些较基本的几何体，如长方体、正方体、立方体和球体等，构建一系列的平移、旋转、拉伸和一些较复杂的几何场景来实现的。能够用团建来进行三维建模的主要是屋里建模、几何建模和行为建模等等，而其中尤几何建模的创建和描述是三维建模之间的重点。

2、仪器设备测量建模

三维建模中重要的工具就是三维扫描仪，又被叫做三维数字化仪。这种仪器能够将现实世界中的彩色努力提的信息快速的转换成计算机能够识别和处理的数字信号，并且能够为三维建模实现数字化提供了有效的方法。

3、图像或者视频建模

在现在的计算机图形学的研究领域，用图像或者是视频来进行三维建模是很多学者比较感兴趣的，这种方法同那些比较传统的建模方法相比，具有很多特别的优势，比如，用图像或者视频创建的模型会比别的方法更加真实和自然，并且，运用这种方法创建模型会变得更方便，速度也会大大提升。质量和速度的提高，是图像或视频建模最大的特色。

二、关于三维动画的仿真技术

（一）动画

借用人的视觉暂留原理，一系列的静态图像播出之后，会在人的视网膜上留下动态的效果，而利用计算机设计的动画效果，就是用计算机中比较高效的图像处理的功能，用一连串的关键帧来对物体的关键时刻进行描述，准确的几率物体关键时刻的位置结构和其他的参数，并且自动的形成中间的图像，然后创建出一幅流畅的画面。

（二）三维动画的的仿真应用

三维动画的仿真技术能够将真实的物体模拟成一个虚拟的动画，但是这个动画会产生一定的价值。三维动画的真实和精确，可操作性，三维动画在教育、军事、建筑和医学、娱乐等领域都有很大的发展性。

在影视制作方面，三维动画能够制作出比较有创意的特效和3D动画，还能够制作出精良的后期效果和特效动画，应用这项技术，吸引了越来越多人的眼球，得到很多客户的青睐，剧中的爆炸，烟雾，下雨和光效还有撞车，变形和很绚丽的片头片尾等等的出现，都得益于三维动画的仿真效果，其真实性让人们极大的体验到了科技社会所带给人们的视觉盛宴。

在工程建筑中，桥建设时，预先设计场景；建造跨江大桥，要考虑到桥附近的山水；建造立交桥，要考虑到城中居民区。这些效果都可用三维动画的仿真技术制成。

三、总结

随着科学技术的进步和人们工作的电脑化，三维建模和三维动画设计会随着动画技术的进步有着飞一般的技术提高，而且在我国的科技领域，三维建模和三维动画的仿真设计会有这广阔的发展前景。现在社会中计算机技术发展迅猛，多媒体技术的出现使各行各业有的新的生机，在这个信息技术称霸的时代，电脑的技术运用对于我们生活和工作的影响是很大的，这也促使着我们在工作的过程中要尝试着新的思路和方法，保证在工作中用最快最好的方法，最短的时间内高效率的完成工作内容，降低成本。不管是三维建模还是三维动画的仿真技术，都用比较准确和真实的效果来表达设计者的思想，会对工程的施工方案的选择还有施工方案的优化设计有很大的帮助，保证施工能够达到最优。

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二、数字化展示设计的艺术特征分析

1.数字化晨示设计的时代特征

现代高科学技术的突飞猛进的发展丰富了展示设计的各个领域。不用像传统展示设计那样通过展览会、博览会的现场陈列来展示产品，而是一种通过互联网来自己的新产品的过程。展示企业形象可以用一种最简单的方式如个人通过网页来全面展示自己的个性和爱好。在不断要求知识创新的信息大爆炸时代，现代数字化展示设计彰显出“以人为本”的新时代特征。现代数字化展示设计理念中，人是主体来观赏展品、展示内容作为客体。要想使展品要传达的意义和知识内涵得到高效地传递给观众，让他们从中获得相关信息，需要设计师能够为观众创造一个舒适而实用的观赏环境。

2.数字化展示设计的形态特征

没有任何一种展示设计形式不受技术发展的影响，并且技术的潜力与优势发挥地越大，展示设计尤其是数字化展示设计的形态特征表现地就越充分，由此可见，数字化展示设计与技术性紧密相关，主要归纳表现为三个“I”：Immersion即身临其境)、Interaction(交互作用)、Imagination(想象天地)。首先，数字化展示设计具有“模拟仿真”的特点。它所构成的情景很广泛，包括当前现实和已成废墟的古迹的重建，甚至是虚幻空间。其次，数字化展示设计存在交互性。在数字的环境中，你可以充分发挥自身的想象力，根据自己的意愿行事而不会影响他人。这一点符合对代的个性化特征，而且它将给人们带来一种全新的视角去观察我们的环境和生活，并帮助我们刨造绚丽多彩的拟的环境合无数的数字化三维生命体。再次，数字化展示设计带动观者情感。三维数字的生命体走出了物质世界的不可能达到的世界，更加自由和丰富发挥自己的优势，不能限制你想象力空间。

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一、引言

Bill Gates认为：“在当今世界，一座城市如果不跟踪最新观念，将技术运用到极限，明天它就可能成为一座鬼城。” 近年来，伴随着计算机及网络技术的飞速发展，数字化潮流已是全球经济发展的必然趋势，建立在城市信息化平台上的虚拟银行、虚拟商务、虚拟政府、虚拟学校、虚拟影剧院、虚拟旅游、虚拟医院等已纷纷出现。由于城市的各个子系统都可以在计算机中直观地发映出来，从而可以很方便地对城市的物流、人流、信息流进行集中而有效的控制和管理。所以，如何利用先进的计算机技术实现现代城市本身的数字化，是城市管理者、规划部门、企业、城市居民所共同关心的问题，而城市仿真技术作为数字城市的支撑技术之一，也成为当前的研究热点。

二、城市仿真技术简介

2.1什么是城市仿真

城市仿真(Urban Simulation)对大多数人来说，还是一个比较陌生的概念。简单来说，“城市仿真”就是将“虚拟现实”技术应用在城市规划、建筑设计等领域。近几年，城市仿真在国内外已经得到了越来越多的应用，其前所未有的人机交互性、真实建筑空间感、大面积三维地形仿真等特性，都是传统方式所无法比拟的。

2.2与传统方法的比较

传统的规划、建筑设计表现方法基本包括以下4种：人工手绘、建筑微缩模型、建筑效果图和三维动画。其中，人工手绘（或非真实渲染-NPR）只是偶尔作为点缀用在早期的概念设计中。建筑效果图、三维动画、建筑微缩模型是目前广泛采用的三种方式。由于其市场的成熟，单做其中某一个或几个方面即可支撑一个中型公司(100人以下)的发展。

这三种方法虽然流行，但它们各自的不足还是很明显的。制作建筑微缩模型需要经过大比例尺缩小，因此只能获得建筑的鸟瞰形象，无法以正常人的视角来感受建筑空间，无法获得在未来建筑中人的真正感受；常用的效果图表现也只能提供静态局部的视觉体验；三维动画虽然有较强的动态三维表现力，但不具备实时的交互性，人是被动的，而且对方案的修改以及观察路线的变化需要重新计算，几天甚至几周后才能看到结果。

而在城市仿真应用中，人们能够在一个虚拟的三维环境中，用动态交互的方式对未来的建筑或城区进行身临其境的全方位的审视：可以从任意角度、距离和精细程度观察场景；可以选择并自由切换多种运动模式，如：行走、驾驶、飞翔等，并可以自由控制浏览的路线。而且，在漫游过程中，还可以实现多种设计方案、多种环境效果的实时切换比较。这是传统的建筑效果图和预渲染回放的三维动画所无法达到的。

2.3城市仿真技术的重点

1、在一定软硬件的基础之上，创建尽可能真实的场景

在城市仿真中，场景的真实感是最为关键的一个因素。而如前面已提到过的，由于实时三维渲染的要求及硬件显示能力的限制，场景的复杂程度不能太高。同时，由于实时仿真技术的限制，一些比较费时的渲染选项，如动态阴影、Bump map等实现起来还有一定困难。这些都会直接影响场景的真实感。

在硬件渲染能力的限制下，为创建尽可能真实的场景，一方面需要发掘各种软件的功能，进行优化组合；另一方面，要发展更为高级的算法，如程序几何（Procedural Geometry）和分形算法（Fractal Mathematics）。

但“发展算法”不是一件简单的事，非个人所能为，只能是由某家公司开发出相应的软件，我们再来应用。所以，从一般的制作者而言，要创建真实场景还是在于充分利用各种已存在的软件工具。从实际的开发经验来看，主要有以下几种软件：

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实时三维模型创建软件：Multigen Creator；

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纹理处理软件：Photoshop

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实时场景管理/驱动软件：Vega

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辅助软件：

建模方面可以用3DsMax/Maya辅助，Maya有免费的flt文件(Multigen Creator格式文件)输入/输出插件，3DsMax则要通过Okino Polytrans软件来进行格式转换；

在三维纹理贴图方面，可用DeepPaint 3D和Deep UV辅助；

在灯光效果贴图方面，可用Lightscape；

AutoCAD用于接收用户原始DWG文件，预览并输出DXF。

在项目之初，就要详细规划、分配任务，根据任务思考如何充分利用上述各种软件达到最终效果。除了从这几个方面着手以外，我们所能期待的就只能是计算机硬件显卡能力的迅速提高了。

2、在三维漫游的基础之上，开拓新功能

不满足于仅仅简单的三维场景漫游，在此基础之上进行人机互动效果的开发，并和用户应用紧密结合，如在Vega/VC下开发数据库点击查询、三维/二维结合、多媒体结合、3D GIS(地理信息系统)等。 三、城市仿真应用系统与城市规划

由于城市规划的关联性和前瞻性要求较高，城市规划一直是对全新的可视化技术需求最为迫切的领域之一。从总体规划到城市设计，在规划的各个阶段，通过对现状和未来的描绘（身临其境的城市感受、实时景观分析、建筑高度控制、多方案城市空间比较等），为改善人居生活环境，以及形成各具特色的城市风格提供了强有力的支持。规划决策者、规划设计者、城市建设管理者以及公众，在城市规划中扮演不同的角色，有效的合作是保证城市规划最终成功的前提。城市仿真技术为这种合作提供了理想的桥梁，运用城市仿真技术建立的城市仿真应用系统能够使政府规划部门、项目开发商、工程人员及公众在一个统一的平台上，可从任意角度，实时互动真实地看到规划效果，更好地掌握城市的形态和理解规划师的设计意图，这样决策者的宏观决策将成为城市规划更有机的组成部分，公众的参与也能真正得以实现。这是传统手段如平面图、效果图、沙盘乃至动画等所不能达到的。

3.1城市仿真应用系统的应用范围

城市仿真应用系统可被广泛应用于规划设计、方案评估、领导决策、规划审批、市民公示、宣传展示及招商等各方面。

3.2城市仿真应用系统的特点

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仿真的虚拟环境:

类似于时下流行的三维动画，同样是通过强大的三维建模技术建立逼真的三维场景，对规划项目进行真实的“再现”。但是城市仿真技术建立的虚拟环境是由基于真实数据建立的数字模型组合而成，严格遵循工程项目设计的标准和要求，属于科学仿真系统；而传统动画的三维场景则是由动画制作人员根据资料或想象绘制而成，与真实的环境和数据有较大的差距，严格意义上来说属于一种演示作品。

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多方式、运动中感受城市空间：

在城市仿真应用系统中，可以全方位，多种样式（步行、驱车、飞行、UFO等），完全由用户自由控制在场景中漫游。城市仿真技术与传统的三维动画最根本的区别就是：传统动画的观察路径都是预先设定好的，用户只能按照事先设定的路径浏览场景；而城市仿真技术可以由用户在三维场景中任意漫游，人机交互，甚至还可以使用专用的头盔把用户的视觉、听觉及其他感觉封闭起来，产生一种身临其境的错觉。这样一来，很多不易察觉的设计缺陷能够轻易地被发现，减少由于事先规划不周全而造成的无可挽回的损失与遗憾，大大提高了项目的评估质量。

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实时多方案比较：

运用城市仿真应用系统，我们可以很轻松随意的进行修改，改变建筑高度，改变建筑外立面的材质、颜色，改变绿化密度，……所看即所得，只要修改系统中的参数即可，而不需要象传统三维动画那样，每做一次修改都需要对场景进行一次渲染。这样不同的方案、不同的规划设计意图通过城市仿真技术实时的反映出来，用户可以做出很全面的对比，并且城市仿真应用系统可以很快捷、方便的随着方案的变化而作出调整，辅助用户作出决定。从而大大加快了方案设计的速度和质量，提高了方案设计和修正的效率，也节省了大量的资金。

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三维空间信息交流：

城市仿真应用系统的沉浸感和互动性不但能够给用户带来强烈、逼真的感官冲击，获得身临其境的体验，还可以通过其数据接口与GIS信息相结合，从而可以在实时的虚拟环境中随时获取项目的数据资料，方便大型复杂工程项目的规划、设计、投标、报批、管理等需要。此外，城市仿真应用系统还可以与网络信息相结合，实现对三维空间数据的远程操作。

3.3城市仿真应用系统的功用

一套完善的城市仿真应用系统能够很好的展示城市规划、宣传城市建设、提升城市形象。系统根据城市的当前状况和对城市的未来规划，将城市的过去、现在和将来任意时间的情况展示在规划设计者、政府决策者、投资开发者和普通市民面前。系统首先根据城市的当前状况和对城市的规划资料完成城市的设计，然后该系统的交互控制软件可以帮助使用者从不同角度遍历城市的各个部分，帮助有关人员作出决策。

提高项目管理能力和效率

规划部门使用城市仿真应用系统，可以使方案评估更为准确、公正和快捷。另外，如果系统中需要增加新的项目，或其中的项目遇到方案修改，可以随时导入或更新系统的数据信息，并且可供日后存档，极大地方便了政府规划管理部门的管理工作，提高了效率，节省了成本。

提高公众参与度和部门协同作业

由于城市仿真技术打破了专业人士和非专业人士之间的沟通障碍，使得各部门能够在统一的城市仿真应用系统平台下进行交流，能更好的理解设计方的思路和各方的意见，能更快的找到问题、达成共识和解决一些设计中存在的缺陷。

提高方案设计和修正的效率

通过城市仿真应用系统，我们可以很轻松随意对设计方案进行修改，改变用地布局，改变建筑高度，改变绿化密度，改变外立面的颜色……所看即所得，只要修改系统中的参数就可以轻松实现，大大加快了方案设计的速度和质量。

提高展示和城市形象宣传的效果

城市仿真应用系统的沉浸感和交互性不但能够让用户获得身临其境的体验，同时还能随时获取项目的相关数据资料。对于公众关心的大型规划项目，在项目方案设计过程中，城市仿真应用系统可以将现有的方案导出为视频文件用来制作多媒体资料予以一定程度的公示，让公众真正的参与到项目中来。当项目方案最终确定后，也可以通过视频输出制作多媒体宣传片，进一步提高项目的宣传展示效果。

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1 计算机仿真技术在机械制造行业的重要作用

计算机仿真也被称作虚拟样机技术，设计人员利用特定软件在计算机上建立模型，通过各种动态性能参数分析来优化样机方案，不需要大量制造实物样机，从而用数字化新型技术取代了传统的实验方法，并且具有节约资金、安全可靠、方便灵活以及可重复使用等优点。如今在机械工程计算中，为了解决许多复杂系统的设计、分析和实验等诸多难题，都需要在计算机中建立真实系统的仿真模型，来分析实际系统的活动特征。在研发设计的初始阶段，设计人员只需用工具软件做不同的初始设计并建立起虚拟样机，就可以对现实的或者假设的系统进行仿真研究和试验了，监测和改进系统也很便利。仿真技术的引入不仅极大地提高了机械设备研究设计的质量，而且大幅减少了零部件的开发周期和降低了制造的成本。

2 计算机仿真的实现

计算机仿真技术实现的前提是建立符合实际的电脑数学模型和仿真模型，这个过程涉及到图形学、几何造型学、数据处理技术和力学等知识的集合运用。计算机系统是无法直接识别和处理研究对象的，所以要产生一个既能被计算机接受又可以呈现研究客体实质的数学模型。

计算机处理这些将真实系统的实质抽象出来的数学模型，并输出这些模型的相关参数来展示真实系统的某些特质，这种展示也可以是具象的（如三维立体的）。三维立体模型具有更加直观清晰的特点，所以越来越多的被研究人员所采用。数学模型建立起来以后，计算机仿真的精度将由建模的精准程度来决定。综上所述，要想实现计算机仿真大体上分为三个步骤：

2.1 模型的创建

针对要研究的目标或问题，首先需要抽象出一个能达到仿真目的的可靠系统，并且要给其加上边界条件和约束条件。然后，运用相关学科的知识把这个系统通过数学表达式准确地阐述出来，阐述的内容就是计算机仿真的核心――数学模型。数学模型根据时间的关系可划分为静态模型和动态模型，而动态模型又分为连续时间、离散时间和混合时间三种；模型分为连续变量系统模型和离散事件系统模型是以系统的状态描述和变化方式为依据的。

2.2 模型的变换

模型的变换就是把抽象出来的数学表达式转换成计算机能够处理的形式，这需要运用适当的算法和计算机语言，这种形式所表达的内容就是进行计算机仿真的关键――仿真模型。实现这个过程，既可以根据自身需要研发一个新的系统，也可以把当下市面上已有的仿真软件拿来直接运用。

2.3 模型的实验

将创建的仿真模型输入电脑中，运行仿真模型会获取一系列的仿真结果，这就是模型的仿真实验。由于是按照先期设计的实验方案来运行的，所以仿真实验是一件很简单的事情。但是，仿真的结果又应该按照什么标准来衡量呢？这就需要具体辩析仿真结果的可靠性，检验仿真结果可靠性主要有两种方法（置信通道法和仿真过程的反向验证法）。

3 在机械设计制造行业中计算机仿真技术的广泛应用

3.1 在齿轮设计研究中的应用

齿轮是机械装备的主要基础零部件，研究它的计算机仿真是很有意义的。如运用Visual Lisp语言可以从几何角度研究齿轮任何端面齿形的建模和传动仿真；圆弧针齿行星传动的动力学研究也能运用电脑仿真技术；利用计算机仿真研究了影响正交面齿轮传动接触点的主要参数（包括主动齿轮与刀具齿数差、齿数比、模数等）；在齿轮泵的齿轮研发设计中也很好的应用了计算机仿真。

3.2 在机械结构件设计方面的应用

机械产品要由大量的机构组装起来实现设定好的工艺动作，在进行新产品研发时，这些机构是否能正确地实现所设定的动作，机构与机构之间的运动是否配合得当，机构间是否存在干涉和干涉的部位，怎样选择各种机构组合方案来更好地满足设计标准，这些问题都需要借助计算机仿真来解决。大型的三维机械设计软件都会提供一个机构运动仿真的功能模块，在虚拟环境中设计好的装配体可以模拟演示机构的运动，是一种直观方便的工具软件。这种软件可以依据装配的关系自行主动来计算机构中的运动副，并能自动增添附加的运动发生器、铰链和弹簧；要进行运动学的仿真只需要设定主运动件就可以了，还能从任何角度来观察，软件还能对机构的运动干涉进行检查，设计人员可以很方便地进行检查验证。

3.3 在复杂数值计算分析方面的应用

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1数字化设计技术的含义及特点

1.1含义。农业机械设计需要结合使用方向来进行，优化功能组成，这样在使用阶段可以降级故障发生几率，农业生产任务也能够高效完成。数字化设计理念在农机产业中虽然应用实践较短，但却取得了很好的成果，所设计的机械结构更能够满足使用需求，基于计算机设备完成的设计任务，可以节省数据分析运算所用时间。借助计算机中的功能软件，能够轻松的完成图纸绘制工作，并通过系统模拟来观察运行期间的设备稳定性，最终得到的产品生产方案更安全可行。

1.2特点。数字化技术是科技发生的成果，农机生产行业正在向自动化控制方向发展，要求设计环节科学高效，必然会应用到数字化技术。分析技术应用特点可以了解到，在设计时间上有明显的节约，可以同时完成多项任务，包括数据的录入与运算，帮助提高产品设计效率。数字化技术还能够结合使用需求对设计方案做出优化，并通过计算机软件来完成设备的运行模拟，这样所确定的最终方案更安全可靠，有效的降低来生产成本。传统设计方法中，需要同时得出多种设计方案，增大了工作任务的难度，这一点在数字化技术中得到来解决。

2当今数字化设计技术研究的热点

2.1计算机辅助概念设计（CACD）。新型技术的应用离不开计算机设备，农机设计过程中会涉及到大量的图纸绘制，计算机绘图软件可以完成这一任务，在工作任务开展期间，技术人员将所得到的参数输入到计算机中，选择相应的功能，便能够将机械图形展现在其中。目前管理图纸绘制的软件也正在完善，功能也有明显的增多，为农业机械设计提供来便捷性。

2.2知识工程（KBE）。知识工程在数字化设计技术中的应用愈来愈广泛。现代设计之所以不同于传统的设计，是由于市场、竞争和技术进步形势的变化，它比过去任何时候都更加依赖于对新知识的获取，而不是依赖经验。过去的一二十年间，在人工智能和知识工程等领域发展起来的基于框架、规划、模型、本体等多种知识建模技术，主要是为实现计算机对知识的智能推理，提高计算机智能服务的。对于新知识的获取，通常有以下几个来源：已有知识；市场信息；数字仿真或虚拟现实；物理模型试验；样机试验；已有产品运行表现。

2.3虚拟原型（VP）。虚拟原型技术，近年来作为数字化设计的一个重要的分支，得到了人们的普遍关注。虚拟原型技术是在CAX（如CAD、CAM、CAE等）/DFX（如DFA、DFM、DFS等）等技术基础上发展而来，它将信息技术、先进制造技术和先进仿真技术等应用于复杂系统全生命周期，并进行综合管理，从系统的层面来分析复杂系统，支持“由上至下”的复杂系统开发模式。虚拟原型是根据产品设计信息或产品概念产生的在功能、行为和感观特性等方面和物理原型尽可能相似的可仿真的计算机模型。虚拟原型技术经过近十年的发展，已经可以部分替代物理原型，在产品设计中得到了广泛的应用。

3农业机械数字化设计技术的发展趋势

农业机械属于制造业的范畴，门类广、种类多，市场需求潜力巨大，据统计，目前我国农业机械产品拥有14大类、95小类，3000多种产品。尽管我国能生产的农业装备品种很多，但产品技术水平、产品结构与发达国家还存在相当差距。在构型设计方面除了利用计算机辅助设计加速产品开发的同时，基于知识工程，利用计算机仿真对产品性能进行预测以优化产品结构也得到了人们的关注。在农业机械产品概念设计方面的研究也有学者开始涉及。今后数字化设计技术在农业机械中的发展趋势，应注重以下几点。

3.1突出产品创新设计。设计过程中应当突出产品的使用功能以及创新性，消费者在购买机械设备时拥有更多的参考。应用数字化技术后，设计阶段创新理念可以更好的展现，结合农机设备使用阶段容易发生的故障问题来进行，将故障发生几率降至最低，这样才能够降低农业生产的成本投入，确保设备具有消费市场。农机设计生产企业有很多，只有突出设计阶段的创新性，才能偶在激烈的市场竞争中占据有利位置。可以明确，产品创新设计涉及到数据开采、知识发现及其重用技术、知识的表达与组织、知识数据库的开发、基于知识的决策技术等。

3.2重视虚拟现实技术。虚拟现实技术的出现，给产品设计带来了一场新的革命，它集3D图形、声音等多媒体为一身，让设计者/用户身临其境的感受产品的设计过程，体验其性能，从而提高设计的成功率。该技术在农业机械设计及制造中非常重要。对于结构复杂、设计困难、设计周期长的大型农业机械的设计，采用虚拟现实技术，既便于模拟产品的某些性能，又便于设计人员对产品的修改，更便于用户针对产品的原型了解产品的结构和性能等，提出反馈意见，加快了产品投入市场的速度。目前国外已提出了两种基于VR的工程设计方法，一种是增强可视化，它利用现有的CAD系统产生模型，然后将模型输入到VR环境中，用户充分利用各种增强效果设备如头盔显示器等产生临境感。另一种是VR-CAD系统，设计者直接在虚拟环境中参与设计。国内相关的研究才刚起步，尤其是VR在工程上的应用方面还缺乏一套较为完善的理论和方法。

3.3强调产品协同设计。农业机械制造企业面临着新的商业环境，如产品定制需求的增多；跨部门甚至跨企业共同协作进行产品设计与制造等，因此，产品设计制造的协同是现代企业适应全球经济的重要手段，也是我国发展农业机械行业乃至整个机械行业所需要瞄准的方向。据估计，发达国家制造企业在新产品的开发过程中往往有40%~70%的工作是与其他企业和合作伙伴共同完成的。如何从浩瀚的产品资源中选择合适的为己所用，这就提出了在已有知识库中的搜索算法实现问题。PTC公司的Web服务器上保存了众多世界领先的零件供应商的百余万个零件，且每月增加几万个新的零件。尽管象PTC公司这样将所有资源都纳入自己的服务器的做法在搜索算法实现上较为容易，但在我国目前采用是不现实的，并且从长远看也不是方向。一个可行的办法就是由供应商在自己的服务器上提供零件的资源信息，这样采用什么特征及其参数引导在众多的供应商之间搜索，以及如何实现客户端各种异构的应用系统与服务器各种异构数据库之间信息的传递就成为研究的方向。农业机械在农业经济和农业的发展中始终处于十分重要的地位，将数字化设计技术引入农业机械行业是改变传统农业机械生产方式，用新技术改造传统农业，支持新兴农业技术，提高农业竞争力的重要手段。

参考文献

篇11

一、远程网络化制造概念

网络化制造是网络经济的产物，随着信息技术和计算机网络技术的发展，世界经济正经历着一场深刻的“革命”，这场革命极大地改变着世界经济面貌，塑造着一种“新世界经济”，即“网络经济”[1]。面对市场机遇，针对市场需要，利用因特网（INTERNET）为标志的信息高速公路，灵活而迅速地组织制造资源，把分散在不同地区的现有生产设备资源、智力资源和各种核心能力，按资源优势互补的原则，迅速地组合成一种没有围墙的、超越空间约束的、网络远程控制与连接手段联系一起，集中管理与使用－－企业网络中心。制造业遵循着从信息集成走向知识集成，从单一管理到综合集中管理的新的发展阶段。对市场的响应时间将成为21世纪企业赢得竞争优势的最主要因素。所以，以制造过程的知识融合为基础、以数字化建模仿真与优化为特征的“数字化制造”正成为制造技术发展的重要领域。

实施网络化制造技术的行为主体是企业网络制造业协同平台的构架，在这构架中实现从全生命周期来思考与模拟企业运作行为的一系列问题，面对市场机遇时的市场分析、资源重组分析、产品设计与制造管理，生产经营状态分析、企业网（内、外网）组建实施构成的网络化制造新概念。

网络化制造的实施技术涵盖了以下几方面：组织管理与运营管理技术；资源重组技术；网络与通讯技术；信息传输、处理与转换技术等，必须建立在以因特网为标志的信息高速公路的基础上，建立企业制造资源信息网，形成远程高速信息支持环境。

如果将制造工艺过程中的研究作为微观过程数字化的范畴，那么生产系统的布局设计与实际企业优化运作可作为宏观生产过程数字化的领域。数字化制造更重要、更困难的问题是在产品设计、制造活动中在互联中进行两个层次的虚拟过程，一是设计阶段用户能够自由地在任何地方都可以参与建立数字化产品模型，实现远程交互和沉浸式并行开发的虚拟环境，从而达到设计组人员、管理人员与用户预先体验产品性能的目的；二是在制造系统层次上，能够实现异地远程控制、远程仿真，对生产制造过程与性能进行有效而近乎实时的评价。数字化制造过程分析、评估、实时运作和全局控制是当今网络化制造科技发展和现代企业需求的必然结果。

QX_RIMS网络化远程信息协同管理系统，就是实现上述新概念、新思想，朝着网络化远程制造这个方向发展，与国际上刚开始发展的研究热点同步，必将对我国未来制造业发挥巨大的推动作用。

RIC通俗说三个概念：互联网Windows平台、互联网空间站、互联网远程联控。四个方向：远程通讯接口映射、远程视频界面映射、远程软件资源、远程双向交互协同。属于国际领先技术，已通过在美国、北京、天津、南京、厦门、广东的测试，并在港商、台商等企业应用，在汽车、机床、服装、珠宝、自行车行业进行应用性验证，真正实现信息高速、安全方便。

二、远程网络化制造集成

企业网络化集成关键是企业资源更新与整合协同工作平台构架。将企业生产经营活动中所涉及的相关要素（如人力资源、技术资源、设备资源、资金资源、环境资源等）在远程网络环境下有机地集成起来，符合企业生产经营活动工作环境，可以利用一切可利用的资源，及时、快速、准确地组织实施决策、市场调查、新产品开发设计与创新、生产、管理、营销、售前与售后服务等活动，从而极大地提高企业的工作效率、最大限度地降低成本，增强企业争夺市场机遇，大幅度地提高企业的经济效益和社会效益。

远程网络化集成包括系统服务器集成、企业数据集成（数据中心）、应用程序综合集成和企业资源集成，通过RIC集成组合构成一个虚拟企业，完成企业活动。

从软件资源来说，有网络结构模式：B/S结构、C/S结构；单机结构模式：执行程序、非执行文档（含图形文档）资料。

从操作平台来说：有Windows操作系统平台、Linux操作系统平台、Unix操作系统平台。

集成的目的：虚拟制造（制造包含：调研、开发、设计、加工、采购、销售、服务的全过程），只有综合全面的资源利用，依靠数字建模、仿真技术和虚拟现实技术，不受时间与空间的限制，完成模拟各层次的管理与加工过程，在远程网络计算机上将产品“制造”出来，并行地模拟出产品未来制造过程，乃至产品全生命周期的各种活动对产品设计的影响，预测、检测和评价产品的可制造性等。

QX_RIMS网络化远程信息协同工作管理系统创造性完全实现上述功能。

三、远程网络化制造的组成

远程网络化制造应该具有以下三种能力：

1)QX_RIMS网络化远程信息协同工作管理系统——远程协同交互工作能力（非S/B结构）；

2)图形工作站/服务器+数据管理中心+互联网联控信息中心，组合成虚拟数据化企业——远程运行、远程服务（什么地方需要服务，就在什么地方提供服务）能力；构成WAN/VLAN的有线与无线的混合网络结构。

3)实现企业活动在于用户需求、计划、设计、制造、生产、质量、经营等方面，进行实时、高速、跨地区地实现信息存储、交换和通讯，而且设置方便——高速远程通讯能力。

为了具备上述三种能力，必须要有一个实现上述功能的远程协同工作网络平台构架RIC和远程通信技术QCS协议组成。

远程网络化制造有以下三种远程网络类型，突破传统的网络集成框架：

1)一主多从型（离散型）网络系统：

2)专有技术型（连续型）网络系统：

3)动态联盟型（随机型）网络系统：

远程网络化制造的关键技术是同时适应上述三类网络集成框架，在一个平台集中完成以下八种基本网络工作，是一种适应跨越多平台,多台服务器机,多域名,多端口优化组合的平台,突破局部网构架，形成自由网络构架，能够机动灵活进行资源整合集中管理的应用模型.在这种平台下管理企业所有的资源,只要具有权限的合理用户,可在任何地方只要具备上网条件的情况进行以下工作.

1）企业信息网络与通讯

2）设计与制造网络与通讯

3)产品工艺网络与通讯

4)生产管理网络与通讯

5)电子商务网络与通讯

6)电子财务网络与通讯

7)企业办公网络与通讯

8）工程分析与计算网络与通讯

网络化制造八种网络工作都涉及五种关键技术：

(1)建模技术：产品模型、工艺模型、工艺仿真、制造数据表和制造规则、生产模型。

(2)仿真技术：构造虚拟环境，包括从宏观、微观两个角度进行生产系统、加工过程和加工单元的仿真，以支持制造全过程。

(3)可制造性评价：基于规则或基于方案，通过工艺模型和生产系统动态模型，应能精确地预测技术可行性、加工成本、工艺质量和生产周期等。

(4)系统集成Web支撑技术：M-OA、office、CAD/CAE/CAPP/PDM/CAM平台、数据库、ERP等。

(5)虚拟现实技术：数据资源、软件技术和虚拟现实协同计算平台。

这就是说，在QX_RIMS网络化联控信息协同工作平台，能够整（组）合、管理资源、资源，从而能够最大利用资源，发挥资源效益，能够实现最快应用世界上最先进的技术。

四、远程网络化制造协同工作平台构成

整个系统运转都是处在团队协作工作环境，所有的活动均可认为：数据的索取、数据加工、数据。

4．1QX_RIMS网络化远程信息协同管理系统由四个协同工作模块：

1、互联网联控RIC

2、互联网Web远程登录remote

3、互联网办公(互联网桌面办公office,互联网电务办公OA)

4、互联网企业文化展示

4．2互联网联控RIC资源

由三个部分组成：程序资源管理器、QCS控制器、QCSWebServer。

程序资源管理器：主要作用将分布资源变为集中资源，将过去的资源优化为当今资源，将有限资源变为有效资源。

QCS控制器：对用户管理、程序管理、资源使用权限管理，系统端口管理、系统授权管理。

QCSWebServer：主要实现远程连接与控制，服务器脚本文档连接与应用程序启动。平台如下（互联网上高速运行CAD、CAM、ERP、加工仿真软件）：

4．3互联网联控remote远程桌面登陆

由三个部分组成：公司服务器远程维护，RIC资源服务器联控，目标服务器远程登陆。

公司服务器远程远程维护主要解决远程维护服务器，RIC资源服务器联控主要是实现企业内部资源整合、外部资源交流，促进资源效益最大化，目标服务器远程登陆主要用于局部网计算系统管理。

(1)制造业共享信息可分为三大类：工程类主要为产品设计与制造包括产品信息和工艺信息提供信息服务；管理类主要面向产品管理提供ERP信息服务；市场类主要面向客户提供电子商务信息服务、产品制造信息。

(2)制造过程网络化服务。对制造业企业活动来说，主要强调规划过程、制造过程、管理过程、服务过程。这些“过程活动”就要转化为“数据信息”，通过网络交流。集中体现在过程活动信息；跟踪过程活动信息，加工过程活动信息，交流过程活动信息，共享数字化产品信息，建立一个虚拟产品的“图书馆—集中数据中心”。

五、远程网络化制造图形工作服务

在互联网上提供图形工作服务（含：又称互联网Windows设计桌面平台、图纸存储服务管理系统，图纸浏览服务系统，图纸信息管理服务系统，产品自动化加工通讯DNC系统）具备以下效能：

1）具有高速产品造型与制图CCG，以及具有自动存储与查询、获取、发送PACS功能；

2）具有方便的辅助设计与绘图工具

3）具有常用标准件、基础件（模具）辅助绘图

4）具有CAD/CAM/DNC一体化的集成平台

5）具有协同作战的工作环境

5．1CCG切削构造几何造型：

具有以下造型功能：快速倒角、倒圆；柱锥形体、长方体、球体、园环与弹簧；园孔构型、钻中心孔；键槽构型、环槽构型、退刀槽构型、螺纹构型、切割构型；花键构型、齿轮构型；椭圆构型、蜗抡构型。解决80%以上的基本造型的速度。形体越复杂，效果越明显。

5．2方便的计算机辅助设计（机械设计）

在CAD平台上，可以边绘制、边设计计算，对齿轮、蜗杆、螺栓、弹簧、轴承进行强度、疲劳计算，尺寸公差查询。

5．3CAD/CAM/DNC一体化的集成平台

在该造型环境中能够对产品进行常规工艺、数控工艺规划、编制，并对工艺进行NC程序仿真模拟，模拟成功可进入实际机床加工模拟（对毛坯、夹具、装夹方式、刀具、机床参数、切削参数、换刀点。。。。。。），对工艺进行综合性评估。

5．4协同作战的工作环境

在RIC服务器启动远程监控S，客户机启动远程监控C，在RIC服务器上可以看到各客户机图标，只需选择图标，就可以观察对方绘图，采用网络电话及可进行消息对话。

五、其他服务

如多媒体教学、远程监控、广告制作与服务、人力资源管理、商务管理等等。

参考文献

[1]陶德言．知识经济浪潮．北京:中国城市出版社，1998

[2]杨叔子,吴波等．网络化制造与企业集成.中国机械工程．2000(1-2)：45-48

[3]Camarinha-MatosL.M.,AfsarmaneshH.,C.GaritaandLimaC.Towardsanarchitectureforvirtualenterprises.JournalofIntelligentManufacturing,1998(9):189-199

[4]梅绍祖,吕殿平.电子商务基础.北京:清华大学出版社,2000

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作者简介：刘镇（1978-），男，大连职业技术学院讲师，硕士，注册一级建造师、造价师，研究方向为工程管理、工程造价。

中图分类号：G712

文献标识码：A

文章编号：1001－7518（2012）17－0034－02

一、虚拟仿真技术的含义

仿真技术，也被人称之为模拟技术，即用一个系统模仿另一个真实系统的技术。而虚拟现实技术则是在仿真技术的基础上发展而来的，当前仿真系统正在向虚拟环境的系统演变。虚拟现实技术和仿真技术作为对现实世界的模拟，都是基于模型而开展的，都是对现实世界尽可能的再现，因此，由仿真技术和虚拟现实技术两者相结合形成了虚拟仿真技术。

虚拟仿真技术是指运用计算机和专用物理效应设备，借助相应的系统模型，对实际的或假想的系统进行相关动态试验研究的一种新技术，具有可控性、经济性、快速性等特点，有助于解决抽象与实体之间相互联系的问题。

二、目前虚拟仿真教学与高职土建类专业教育的关系

职业教育是以就业为导向的教育，技能教育是职业教育的核心，同样职业教育信息化也要为职业技能服务，信息技术已经成为提高教育质量的重要手段。教育部《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》（［2006］16号文件）指出，要充分利用现代信息技术，开发虚拟工厂、虚拟车间、虚拟工艺、虚拟实验。

当前，建筑技术含量要求越来越高，不断呈现出结构多样、工艺复杂、施工难度加大等特点，这就需要教育和培养出更多的建筑技术人才，不仅能进行工程设计，而且具有较强的实践技术指导和管理能力。根据2010年统计，开办土建类高职学校达1099所、专业3423个、招生人数307412人。数据表明高职土建类教育不仅规模大、分布广，而且发展速度快。高职土建类教育在强调系统地设计基于学科系统性原则的理论教学体系基础上，应系统地设计基于工作过程化的实践教学体系。而虚拟仿真技术通过交互式环境、情景复现功能，实现对抽象概念的具体化，对传统教学进行革新的一种方式，能够很好的满足“情景教学”与“项目教学”需要。目前，虚拟仿真技术已在多学科领域的教学及实践中使用，并且虚拟仿真技术已运用于工程建设。这些都表明了在土建类教学中采用虚拟仿真技术是可行的、必要的。

三、虚拟仿真技术在土建类专业教学中的应用

（一）形象直观，利用情景教学

心理学指出：传统的课堂教学，学生一般只能吸收不到三成的内容，并且随着时间推移，所掌握的知识会逐步遗忘。[3]同时，研究证实：阅读到的信息我们能学习到10%；听到的信息我们能学习到18%，但所亲身体验过的事我们能学习到80%。毫无疑问，学习体验是最好的方式。土建类学科是一门技术复杂多样，设备材料繁多，实践性强的学科，在教学中需要学生有亲身经历体验。虚拟仿真技术通过虚拟现场情景，仿真施工工艺和过程等，充分调动学生的积极性。将学习目标与教学主题相结合，通过形象直观的方式让学生学习知识。在情景体验教学中，教师与学生更加的积极主动，使教学效果得到明显提高。

（二）提高学生空间想象能力

土建工程是将二维表现的设计图纸实现为三维的、立体的、复杂的建筑物。这就对学生的空间立体想象能力提出了较高的要求。但刚接触该专业的学生，总有想象不出或理解困难的感觉，以往授课中需要通过教师绘图、模型展示等，但效果一般。利用虚拟仿真技术，能够模拟出建筑物的建筑构造，能够真实展示建筑物的各个结点，空间布局、立体图形的生成过程。通过虚拟仿真技术能够使学生置身虚拟建筑空间内，从而对这些建筑空间的认识和理解更形象、更全面、更深刻。

（三）改进管理类课程授课方式

在土建类专业课程体系中，存在很多管理类的课程，这些课程突出特点是很难看到真实场景，甚至在学习中也不可能亲身经历，只能阅读到成果性资料。以工程招投标与合同管理为例，标书制作、合同签订，开标过程等，教学中很难体验这类过程的工作流程和内涵。虚拟仿真技术则能够虚拟相关情景，让学生在课堂中，分角色扮演，经历开标、评标、谈判这些工作，使学生得到充分体验，真实的领悟，从而有效的促进管理类知识转化，完成项目教学。

（四）促进实践教学

土建类专业的实践课程是非常重要的，对学生理解知识点，以及理论与实践相结合有着很强的促进作用。土建类专业需要的实训项目及设备种类数量繁多，各院校受资金、场地、安全教学管理等多方面的制约，很难具有全面的实践条件，而虚拟仿真技术利用自身优势，能够很好的促进实践教学。

第一，保证实训科目的质量，节约成本。为确保实践项目教学的效果，传统的实践教学模式需要巨大的资金投入及购置教学所用的设备，并且在教学过程中会消耗大量的材料，容易淘汰教学仪器和设备，因此很难满足教学所需。从教学资源全过程管理来看，虚拟仿真技术实践减少投入包括占地、建筑投入、设备投入、材料投入、指导教师投入，经过考察统计可以降低30%~80%。同时也降低实训污染（如粉尘实训、噪声污染等），而学生因为得到多次实践机会，效果也远远好于传统教学。

第二，容错功能强，可开展探究性实验。土建类专业实践存在较高的安全风险，尤其是学生到施工现场实训，而企业也为回避对安全事故的各种约束处罚而不愿意接收学生现场实训。为了防止意外事故的发生，通常是采取增加实训操作过程的相关约束条件来确保师生的安全。但限制的越多，与实践就越脱节，教学质量难以得到保障。虚拟仿真技术可引导学生积极在仿真实践中进行实训，不必担心出现任何以外的风险，保证实训安全性（设备安全、人身安全）。通过运用虚拟仿真技术，教师在教学中可以设置各种不同的故障等状态，“虚拟”不同的事故，学生通过反复试验，运用各种方式方法，分析问题、解决问题，在这方面实际实训是无法做到的。

第三，科学定量考核，与职业资格接轨。在土建类的实践项目的考核常常仅是一份报告（施工组织设计、合同、招投标文件等）或是实践指导教师根据学生在实践中的表现，依靠主观给学生评定成绩。而在虚拟仿真实践的软件中，可根据不同需求，设计不同性质的考试、考核方式。而虚拟仿真实践软件通过采取随机出题、海量题库、在线考试等方式，保证考试考核的公平、真实。从而实现了考教分离、分量一致，实现了以考试、考核额成绩来衡量教学质量、评价教学效果、评估学生的学习能力的可能性。

四、如何制作虚拟仿真教学软件

仿真教学软件的研制的总体过程基本上可划分为两大阶段，即教学设计阶段和软件制作阶段，如图1所示。

虚拟仿真教学软件制作是一项复杂的项目管理工程。编制适应高职教育的虚拟仿真软件要把握以下几点:

（一）树立职业教育理念

教学设计应以教育科学的观点和方法为指导，按照职业教育额教学目标、教学内容、教学对象的特点等，结合国家相关职业（工种）标准，优化教学软件的系统结构与模块设计，并选择适当的媒体信息，使其在系统中得到有机结合，以实现课程与实训的教学目标。

（二）创作团队进行脚本编写

脚本作为仿真教学软件的第一关，事关教学实训内容的正确性与科学性，贯穿于脚本编写之中的教学设计，决定了教学软件的生命。

土建类虚拟仿真软件脚本通常由具有丰富教学与实训经验并了解现代教育技术的人来编写。因此，需要组成专业教师、现场工程师、教育技术专家组成的创作队伍。脚本创作中的整体结构要依据研制大纲的要求进行，除了在保证科学性的前提下，重视教学实训项目、任务、技能点、操作步骤的设计，重视文字符号图形的标准化外，还要格外重视屏幕设计，重视交互性设计，重视操作工艺、安全规范等方面的设计。

（三）素材制作要保证质量

素材不仅是构成教学软件的基本单元，也是教学软件完成系统合成的重要前提与基础。素材的制作（包括三维建模）是制作环节中耗费时间最多的环节，据统计，素材制作将占用70%~80%的制作工作量，因此，素材制作是数字化教学资源开发的重心，是制作的重要环节，是制约开发周期的主要环节之一。土建类虚拟仿真软件中的素材要实物、现场场景严格匹配，这样就能保证软件的质量，防止给后期合成带来隐患。

五、虚拟仿真教学与实操教学之间的关系

（一）互补关系：实操教学不能实现的，利用仿真教学可以实现。

（二）融入关系：—份完整的现代化的教学方案，必定是仿真教学与实操教学的完美融入的方案。

（三）顺序关系：一般情况下，仿真教学在前，实操教学在后。

（四）不可替代关系：仿真教学与实操教学，二者不可替代。

（五）随着计算机技术快速发展，仿真教学对实操教学的互补作用会越来越强，同时，实操教学对虚拟仿真教学的依赖程度会越来越高。对于实操教学的设备，有与虚拟仿真系统实现一体化的趋势。

六、结束语

从微观层面看，高等职业教育是以技术人员的职业劳动为导向的，是产生于技术人员的能力、知识和素质，是一种专业劳动。因此，作为高职土建类专业的教学，应以生产目标为导向，有针对性地对学生进行体验式教学。应该通过虚拟仿真技术和赴实地现场进行教学，在课本之外给学生更生动易懂的知识，并通过虚拟的或者真实的实验、实训、实习等实践教学培养具备较高的知识、能力和素质等综合性的高端土建专业技能型人才。

参考文献：