数字化仿真技术篇1
【关键词】数字化工艺设计装配仿真
数字化装配仿真技术在产品的设计阶段，实现虚拟产品的预装配，验证和改进产品的装配工艺过程，生动直观地展示产品的可装配性，从而提高产品的装配效率，减少装配时间和费用。数字化技术的应用从根本上改变了传统的飞机设计和制造方式，大大地提高了设计水平，最大限度地避免了设计漏洞和缺陷，减少了返修率。近年来，国外飞机数字化装配技术的研究主要集中在装配分析与仿真、装配数据管理、装配工装夹具设计制造以及自动化装配等方面。装配过程仿真与优化技术的使用使波音、空客取得了显著的效益，比如空客典型部件的装配周期缩短了60%，装配工艺的设计周期缩短了30%～50%，装配成本却减少了近20%～30%。
一、传统装配设计存在的问题
（一）装配工艺设计仍然停留在二维方式
传统的工艺设计是由设计人员在头脑中想象出三维装配空间，以及设计装配顺序，然后再用二维的方式描述出来。传统的工艺设计质量主要取决于工艺设计人员的高超的技术水平和丰富的设计经验，操作人员则要根据设计人员的设计文件以及二维工程图纸，在大脑中还原设计人员构建的三维装配空间，进而理解装配顺序及需求，如此设计非常容易在设计人员与操作人员之间产生偏差，造成严重的装配错误，因此，二维模式的装配工艺设计严重阻碍了制造业的快速发展。
（二）缺少科学的工艺设计优化方法
传统工艺设计主要以二维的设计为主要模式，工艺设计的修改和优化周期较长，方案的优劣主要取决于设计人员的工作经验，缺乏科学的研究方法，没有定性定量的分析，制造工艺水平因人而异，会增加制造周期和制造成本。传统工艺设计中制造资源的二维描述可能导致设计过程中对细节设计的淡化，不能充分利用三维CaD数据，不能完全消除工艺设计转换造成与产品设计数据的不一致性，难以实现工艺设计的继承性、规范化、标准化。
（三）无法进行一些三维工艺设计
工艺设计环境不具备三维工艺验证能力，不能用三维的方式准确的检测工艺设计过程中存在的错误，还可能会导致装配中装配顺序是否合理、工艺设备是否满足需求、操作空间是否要开敞等一系列的问题，直到在生产试制阶段才会发现。任何一个环节出现了问题，都会影响飞机制造的进度和质量，进而造成巨大的损失。
二、数字化装配设计和仿真
（一）aRJ21中央翼组件特点
aRJ21中央翼组件式飞机上机身与外翼对接部位，是全机对接基准件。该组件有一些特点，比如定位精度要求高，协调部位多，工人操作困难，工装定位器多等，使得工艺设计过程更细致，也更复杂。如果按照传统工艺设计模式，不仅不能在规定时间内完成中央翼工艺准备，而且可能因为考虑不周、经验不足等原因造成试制过程停工，甚至返修等严重问题。
（二）工艺规划设计
我们采用DeLmia软件来进行设计，在DeLmia的数字化工艺设计模块支持下，将产品数据导入到数字化工艺设计环境，直接使用产品数字化数据进行工艺设计，能够有效提高设计效率，保证产品数据的准确性和唯一性。工艺规划设计方法有两种：
方法一：1在数字化工艺设计模块，以设计树为基础来构建工艺树；2在数字化工艺仿真模块浏览三维装配顺序；3根据三维模拟效果，在数字化工艺仿真模块下修改工艺组件定义及装配顺序；4根据三维显示，在数字化工艺设计模块直接修改工艺组件定义。重复123步骤，直到获得满意的规划设计并记录下装配工艺设计模型。
方法二：1在数字化工艺设计模块命名工艺装配件；2在数字化仿真模块，拆分设计装配模型获得装配顺序；3在数字化工艺仿真模块，浏览三维动态装配顺序，修改并完善工艺组件定义，直到获得满意的规划设计并记录下装配工艺设计模型。
（三）装配过程仿真及结果输出
在数字化工艺设计模块对装配过程进行实时仿真与分析，然后优化飞机零部件的装配顺序以及装配路径、装配操作姿态、工具使用方案等，检验装配工具的可达性、装配操作空间的开敞性，为产品设计、工装设计、工艺设计提供可靠的依据。数字化的装配工艺设计输出结果十分丰富，可以实现我们想象的大部分形式。可输出aVi文件，比如详细装配操作aVi文件等。还可以输出各种形式的报表，比如输出包含零件三维信息的文件等。
三、数字化工艺装配技术特点
（一）工艺设计特点
首先，数字化装配工艺设计以产品设计数据为源，在工艺设计数据的基础上，通过增加和补充工艺设计内容的方式来建立符合要求的工艺装配模型，使得工艺效率得到大大的提高，同时也保证了产品数据的前后一致性。其次，数字化装配工艺设计的工艺人员很容易能够获得相关的制造资源的详细数据，这不仅为工艺设计提供了坚强有力的支持，在很大程度上使工艺设计更加标准，更加规范，而且使工艺设计的效率大大提高，质量也得到了保证，同时也降低了制造成本。然后，二维设计与三维设计相互结合，汲取各个的优势，使工艺人员可以以多种方式完成并完善工艺设计，工艺优化简单而且有效。此外，数字化装配工艺设计有各种各样的输出形式，工艺人员不需要接受培训就可以方便地使用相关的设计数据，这将在很大程度上提高产品数据利用率，保证工作效率。
（二）过程仿真特点
装配过程仿真是当前先进产品设计的验证、优化手段。DeLmia的数字化工艺仿真系统具有优秀的特性，可以使工艺人员更直观、定性、定量的分析每个工艺设计细节，可以将以前大量的再试制过程中验证、优化的设计结果提前在计算机网络环境中模拟，这种方式不但可以提前发现问题，而且可以通过科学测量和分析手段，设计比较合理的改进方案。
比如在装配仿真过程中发现的部分工艺设计问题：1中央翼下壁板距型架地板约1350mm，操作人员很难把工具钻进中央翼里进行相关工作，为此可以在工装对称两侧分别增加一个高约800mm的活动梯，方便操作人员的进出。2操作人员需要拿着工具进入中央翼里工作，我们在仿真分析中分析得到右腿与上部躯体夹角106.53度，接近极限113度，工作环境极其恶劣，可以根据仿真结构，更改连接方式，尽最大程度的改善操作人员的工作姿态。
四、结束语
数字化装配技术在制造业中起着举足轻重的作用，是产品制造过程中的关键工序。数字化装配仿真技术有着强大的优势，可以大大缩短产品的开发时间，提高产品的生产质量，还可以降低产品生产成本，可以检验装配顺序。
近年来，科学技术与信息技术迅猛发展，传统的设计方法逐渐地被现代的科学的设计方法所取代，国内投入大量的人力物力财力进行新的设计方法的探索与研究，在机械系统中，数字化装备仿真技术的得到了广泛的应用。产品数字化制造的基本前提是数字化的工艺设计，产品设计是制造业的灵魂，只有高质量的产品设计方案，才能进行高质量、高标准的数字化制造。在我国，大力推广仿真技术应用能力建设已经成为贯彻科学发展观、建设创新型国家的迫切需要。
参考文献：
[1]刘江省，姚英学.数字化装配技术[J].兵工自动化.2004年
[2]周炜.单元化装配规划关键技术研究[D].华东理工大学.2011年
[3]李云，朱理.虚拟装配系统的技术与实现[J].微计算机信息.2006年
[4]董兴辉，童秉枢.装配仿真关键技术的研究和实现[J].计算机应用.2000年
数字化仿真技术篇2
关键词:液压仿真技术应用与发展
中图分类号:tp27文献标识码:a文章编号:1672-3791(2012)08(a)-0097-01
仿真技术是液压系统设计的必要手段,已经被业界广泛认可。液压仿真技术始于20世纪50年代,刚开始是运用传递函数法进行仿真,也只能分析系统的稳定性及频率响应特性,这是一种用于单输入单输出的系统的仿真技术。进入20世纪70年代后,随着液压流体力学、现代控制理论、故障诊断技术、信息化技术的发展,液压仿真技术也得到了一定发展,已经可以建立液压系统的分析数学模型。近年来,加快了复杂的液压系统的研究,这使得从以前对象单一的形式化模型及数字化信息空间的定量研究发展到对于对象建立起定性和定量相结合,将信息、智能集成在一个复杂的信息空间中的定性和定量的研究。液压仿真技术由三个部分组成:数据建模;模型解算;仿真结果分析。在我国,液压仿真技术起步比较晚,虽然取得了很大的进步,比如国内的液压软件仿真系统DLYSim的研发成功,但是目前我国与国外的液压仿真技术还有很大的差距。
1液压仿真技术存在的主要问题
目前液压仿真技术存在的主要问题有以下几类问题:结构要求更加复杂,系统建模不容易;技术要求更高,系统仿真的精度和可靠性不高达不到要求的水准;结构不断复杂化,仿真模型库不完善问题越来越突出;各类仿真软件不断被开发,但是仿真软件的通用性不好的问题大量存在;液压技术不断发展,客户对液压仿真技术要求越来越高等。而液压仿真技术目前主要有以下几个关键点:一是加强液压元件和系统建模理论的研究,深入探索液压系统的机理,为液压仿真技术的发展提供充分的理论基础;二是继续开展液压专用仿真软件的开发和研制,为行业提供更加方便快捷的仿真工具,提高整个行业的操作效率;三是提高仿真结果的精度,以满足越来越高的客户要求,使仿真软件更加专业化;四是提高行业设计人员的素质,提高创新发展的能力;五是优化输出结果的描述和分析的方法,让结果分析更加明确清晰,效率更高。
2现代化仿真技术在液压系统中的应用
随着信息化技术的不断发展,仿真技术也越来越成熟,利用计算机和硬件编程作为工具来研究液压系统动态特性已经成为一种发展趋势。仿真技术是以计算机技术、信息化技术、系统编程技术及其应用有关的专业技术为基础,以各种相似原理和物理效应的设备为工具,利用一些假想的简化模型结构对实际情况进行模拟研究的一种技术。它综合了计算机、网络、故障诊断、液压驱动技术、软件工程、信息处理、自动控制等多个高新技术领域的最新成就,不仅可以用于产品或系统的性能测试,而且可以用于产品研制开发的整个过程及由多个系统综合构成的复杂系统。
随着仿真技术的发展,仿真类型也在不断丰富,根据计算机类型的不同,仿真可以分为模拟仿真、数字仿真、数字模拟混合仿真和全数字仿真。模拟仿真是传统的类型,它主要是以模拟计算机为主要工具,对液压系统的模拟进行运算和研究。而数字仿真是现代化的仿真手段,它是以数字化计算机为主要工具。
仿真技术在液压领域的应用主要包括以下几点。
(1)通过理论推导建立已有液压元件或系统的数学模型,用实验结果与仿真结果进行比较,验证数学模型的准确度,并把这个数学模型作为今后改进和设计类似元件或系统的仿真依据,深入探索液压系统的机理,为液压仿真技术的发展提供充分的理论基础,这也能很好的解决目前仿真模型库不完善的问题。
(2)通过建立数学模型和仿真实验来模拟现实问题,在建模时对于不同的情况我们要采用不同的方案,例如采用有限元分析,甚至有时候还要适当简化模型,这样来找到模拟计算难度和切合实际问题之间的平衡。然后设置相应的各种数据参数,在设置参数时,我们首先要进行理论上的选择,然后针对实际情况做出一些相应的修改。最后确定已有系统参数的调整范围,这样有利于掌握仿真的范围也可以缩短系统的调试时间,减少犯错的几率,也提高了效率。
(3)通过仿真实验研究测试新设计的元件各结构参数对系统动态特性的影响,要注重各个元件的配合和基本参数,如液压泵的压力、液压泵的排量和流量、液压泵的功率以及液压泵的效率等,确定参数的最佳匹配,提供实际设计所需的数据,并把数据整理入库,完善液压仿真技术的数据库。
(4)通过仿真实验验证新设计方案的可行性及结构参数对系统动态性能的影响,从而确定最佳控制方案和最佳结构。在这个过程中我们要综合所有应该考虑的因素,不仅仅是技术方面的,还有一些技术以外的重要因素,比如造价、环境状况和实现难易程度等。
3液压仿真技术的发展趋势
3.1创新建模方法
在整个液压仿真技术中,建模是一个重要的基础,一个正确的模型,可以很好的反应需要解决的问题和得到想要的数据。因此应大力发展系统自动建模技术、一体化开放性的图形建模技术、具有在线自动调试功能的建模技术和采用高精度自适应的模型,来提高模型的可操作性和准确度,为液压系统的分析提供技术支持。
3.2开展人机交互的仿真研究
人机交互技术已经成为信息化技术追求的目标,不仅是仿真技术,其他计算机技术也在加大这方面的研究。人机交互旨在提供更好的操作技术,使操作更加方便,也更加智能化。
3.3进行面向对象化的仿真技术研究
面向对象化的仿真技术是近几年发展起来的新型技术,它突破了传统的仿真方法的观念,它根据组成系统的对象及其相互作用关系来构造仿真模型。它分析、设计和实现系统的观点与人们认识客观世界的自然思维方式一致,因而增强了仿真研究的直观性和理解性。
4结语
随着信息技术的发展,我国液压仿真技术也越来越成熟,但是还有很多关键问题还有待解决和提高,所以我们要不断创新液压仿真技术,加强对整个行业的重视和投入。液压仿真技术正在朝着智能化、数字化方向发展,相信不久的将来液压仿真技术会带给我们更多的惊喜。
参考文献
[1]王士刚.液压系统动态仿真模型可视化建模技术研究[J].大连理工大学学报,2004(2).
数字化仿真技术篇3
关键词：分布式电源规划设计关键技术
中图分类号：tm71文献标识码：a文章编号：1674-098X（2016）12（a）-0007-02
为了逐步提升微电子关键技术应用水平，提升微电网规划设计的科学性和合理性，实现电网的优化运行及相关问题的有效控制。下面我们就微电网关键技术加以总结分析，并从微电网数字仿真及实验研究等方面做出简要论述，提出更加有效的技术发展意见和建议。
1微电网仿真
1.1数字仿真
微电网常用的应用手段之一就是数字仿真，并就规划设计、运行机理、保护控制等问题进行了有力的技术支撑。对数字仿真方向而言，微电网就是热力学和化学等方面的耦合。由于微电网控制系统和设备存在一定的时间常数差异，微电网系统强刚性特点，该技术能够实现系统稳态运行和动态过程的整体仿真。微电网数字技术研究就是不断提升数字仿真性能，实现电网系统性能，满足电能供应需求。
1.2建模技术
微电网建模有利于实现各个结构层面和时间尺度的划分，并根据不同研究目的和各种原件时间尺度仿真模型建设，更好地满足仿真模型建立要求，提高仿真建模技术的仿真效率和精度。微电网就是要提高仿真速度或是非线性部分，进而实现分布式电源非线性静态特性拟合化简。
1.3数字仿真方法
基于微电网稳定性规划、仿真、调度进行微电网稳态分析，其特殊性主要体现在发电系统建模上。分布式电源就是要综合全面进行交直流混合微电网特点研究，提升交直流稳定性仿真水平。微电网特点就是要在解决过程中，逐步描述代数方程和微分方程，提升隐式算法计算量，实现对仿真速度的有效控制，优化系统稳定性和仿真速度。微电网使用过程中应合理选择仿真数据计算方法。微电网暂态仿真应逐步加强计算精度，以实现更加精确的仿真计算。对电子设备计算矩阵和精确求解等相关数值振荡和开关动作问题进行线性插值调整，以便于更好地实现非线性方程、精确求解过程。
由于受仿真计算速度的影响，微电网暂态仿真计算规模受到限制。常用的计算方法有并行仿真算法和高效稀疏技术，这可以极大地提升仿真计算效率。微电网特点有利于实现对电能控制系统求解过程的并行计算；从算法层面增加仿真速度，并从矩阵指数的角度实施数值积分算法，努力提升状态空间网络简化，通过维持算法稳定性逐步改善微电网电磁暂态仿真速度和计算精度。
如上图所示，微电网规划设计大致如此。相较于传统的输电网仿真，微电网实时仿真要结合诸多问题，合理选择研究环节或是部分仿真区域，微电网系统实时仿真就是最极端的状况。以微电网仿真技术手段进行仿真速度的控制，综合考虑成本影响因素和仿真实时性，进一步推动微电网仿真系统的发展。
2微电网实验研究
微电网使用规模较小，与传统电力系统规模有着一定的差距，微电网实验研究可以通过真实物理装置实验增进对相关数据的了解，构建科学合理的微电网实验系统，更好地反映实验研究对象。微电网系统建设的意义和建立仿真实验室的根本原因在于以下几点。
笔者将微电网实验和仿真结果相对应，并进一步验证了仿真参数和模型的正确性，建立微电网仿真研究平台，满足电网能源供应需求。微电网实验运行研究能够及时提出有效的解决对策和意见，创造更加有利的调查研究条件。
实验系统研究能够加强微电网能量管理、控制、运行和保护、技术理论载体，笔者结合了数字仿真和物理模拟实验系统，综合仿真系统建设，更好地发挥实验研究作用，逐步扩大数字仿真实验系统，努力提升动模实验室仿真能力，促进微电网实验系统未来发展。
微电网实验平台建设已经成为近年来电力系统发展的主要趋势，但微电网实验平台在建设初期功能单一、结构简单、针对性较强。微电网实验平台最早建立是在欧洲，进而加深对微电网分层控制结构验证，电力可靠性技术研究，使得微电网概念更加明确，实现了微网实验平台分布式电源建设。
微电网实验研究有利于提升分布式电源控制策略的有效性，验证了技术应用的效率，实现微电网暂态频率和电压的优化调整，增加了微电网孤岛模式与并网模式间切换的有效性。可再生能源实验室包括3个子微电网交直流微电网平台建设，并充分利用分布式发电系统可靠性测试和并网技术研究，积极加入微电网管理规则和分布式发电工作当中。
随着微电网应用范围的快速发展，大部分地区先后建立结构各异、类型多样的微电网实验平台，进而不断完善能量管理功能、实施微电网平台有效控制，丰富电源类型，提升微电网结构的合理性。微电网实验平台建设离不开相关技术的研究和应用，微电网实验平台建设具有以下几方面特点。
首先，储能种类与分布式电源较为丰富。常见的电网能源有燃料电池、风机、光伏、微型燃气轮机等几种分布式电源，储能设备有超级电容、锂离子电池、液流电池、压缩空气等。其次，微电网运行场景较为丰富、结构灵活多变。通过对工程测试和实验要求研究实现电网结构的合理化，并进行各种不同运行场景模拟。最后，完善能量管理、监测、保护和控制等方面的功能。微电网系统结构的优化需要实现分布式电源、储能协调控制、故障特性了解，逐步加强实验研究，进而取得更加有效的电网运行结果。
微电网技术的日趋完善极大地加快了微电网示范工程和实验平台建设，同时创造了更大的技术应用价值。结构复杂化将是未来微电网发展的主要趋势，例如：交直流混合型的微电网也十分常见，这也将成为微电网并网发展建设常态。微电网关键技术研究有利于分布式电源并网运行问题的进一步解决，技术研究有利于能源效率的优化，降低能源应用成本。
微电网从局部解决了分布式电源大规模并网时的运行问题，同时，它在能源效率优化等方面与智能配电网的目标相一致，是智能配电网的重要组成部分。对用户，微电网除了提供电能外，还充分发挥其供冷、供热、供气的能力，进一步提高终端能源的利用效率；对电网，随着电力市场的完善、需求侧响应技术的发展，微电网将更多地参与配电网的调度，提供多种辅助服务。上述问题都将对未来微电网的规划设计、优化运行、控制保护等多方面提出新的要求。
3结语
综上所述，微电网关键技术研究有利于满足整体结构的规划设计、控制保护、优化运行等方面的要求，提升配电网调度的有效控制，提升能源利用率，完善电力市场。
参考文献
[1]杨柳，袁志，张晓冬，等.微电网技术进展及其对实现智能电网的影响[J].山东电力高等专科学校学报，2011（3）：4-8.
数字化仿真技术篇4
关键词:eDa技术；数字电子技术；实验
eDa技术也叫做电子设计自动化,是一项新的电子技术,该技术的涉及范围相对较为广泛,具有很高的精准性。同时,从eDa技术来说,该项技术主要是通过硬件扫描的形式,并且通过利用计算机、编程软件等方面,对其相应的软件系统,进行二次开发、电子系统等方面的设计。另外,eDa技术在数字电子技术实验的过程中,具有很强的逻辑性,可以有效的实现了逻辑仿真分析、逻辑布线规划、逻辑优化设计、逻辑翻译等功能,为其硬件电子电路的设计,提供了重要的参考信息,也为我国电子行业的进一步发展,提供了重要的技术支持。
1eDa技术分析
eDa技术也叫做电子设计自动化设计技术,是电子行业发展中的一项新的技术形式,其内容和涉及的范围相对较广。从eDa技术的内容分析,主要是利用可编程控制器,作为该项技术运行的基础设备,并且通过利用计算机、编程软件的形式,完成电子系统的硬件和软件的开发。在eDa技术运行的过程中,主要包括有:优化设计、布线规划、仿真分析等方面,也正是凭借着自身的优势,为相对较为复杂的电路设计,提供了相对便捷的设计流程。
2eDa技术在数字电子技术实验的应用形式
2.1实验模块的构建
eDa技术在数字电子技术实验的过程中,可以将其功能进行全面的展现,能够将其实验中的模块,变得更加的完整和紧密。同时,在eDa技术在数字电子技术实验应用的过程中,主要是在原来虚拟系统的基础之上,对其相关的模块进行全面的仿真分析,从而可以有效的获取相关的信息和数据,并且利用相关的虚平台,对其信息和数据进行全面的评估,提出可以用到的数据和信息,从而在最大程度上发挥了eDa技术的仿真功能,另外,在实验模块虚拟构架中,eDa技术对其数据库的构建,是非常重要的,主要是将相应的信息和虚拟参数进行全面的整合,这样对以后电子电路设计提供了重要的参考信息。除此之外,在该项技术子在应用的过程中,对其实验模块构建存在的故障,进行全面处理,并且由专业的工作人员,进行全面维护,从而在最大程度上保证了eDa技术在数字电子技术实验中的稳定、可靠、安全的运行。
2.2仿真设计
仿真设计是eDa技术在数字电子技术实验中,非常重要的一项技术形式,主要是在编程软件的基础之上,通过eDa技术中的相关工具和功能,对其系统生成的结果进行全面的模拟监测,这也是eDa技术在数字电子技术实验中非常重要的一项应用形式。eDa技术中的仿真功能主要为:功能仿真、时序仿真等。下面就针对这两种仿真技术,进行了简要的分析和阐述:(1)功能仿真主要是对其电路的设计形式,进行逻辑性的描述,并且进行全面的监测,这样可以在最大程度上满足了数字电子技术的要求。(2)在时序仿真的过程中,主要是根据适合的、匹配的数据和信息,进行全面的整合,进行全面的仿真,这样不仅仅有效的提升了eDa技术的准确性,也在最大程度上保证了数字电子技术稳定、安全的运行。同时,在时序仿真技术应用的过程中,对一些延时的信息和数据,都进行了全面的分析,以此提升了延时信息和数据的准确性,这对该的行业的发展,非常重要的。
2.3编程设计
编程设计作为eDa技术一项非常重要应用形式,也是整个电路设计中非常重要的一个环节。eDa技术在数字电子技术实验应用的过程中,主要通过利用的仿真确定设计以后,应当将适配以后所生成的文件,进行全面的下载,并去通过利用Byteblaster软件,对下载相应的设计线路电缆线,并且将其设计项目以JtaG的方式下载到FpGa/CpLD器,这样可以方便后期的调试工作。另外,在eDa技术在数字电子技术实验应用的过程中,通过FpGa和CpLD等硬件形式,对其设计的系统,进行全面统一的监测,这样可以在最大程度上方便了对其相关故障的监测,并且根据其故障发生的情况,进行全面的改进,以此保证了该系统稳定、安全的运行。
3结语
总之,对于数字电子技术实验来说,要想在原基础之上,得到进一步的发展,对新的技术形式进行有效的应用,是非常必要的,尤其是eDa技术。因此,本文对eDa技术进行了简要的分析阐述,并且针对eDa技术在数字电子技术实验中的一些应用形式,展开了简要的分析和阐述,例如:仿真、实验模块、编程设计等方面,从而在在最大程度上保证该系统稳定、安全的运行,提升数字电子技术的发展进程,同时对我国电子行业的发展,提供了重要的技术支持。
参考文献
[1]王彩凤,胡波,李卫兵,杜玉杰.eDa技术在数字电子技术实验中的应用[J].实验科学与技术,2011(01):4-6+110.
[2]方校.eDa技术在数字电子技术实验中的应用[J].电子技术与软件工程,2016(20):102.
[3]王雪丽.eDa技术在数字电子技术实验中的应用分析[J].电子制作,2014(21):212.
数字化仿真技术篇5
关键词：电子技术课程体系融合
电子技术课程体系中包括了模拟电子、数字电子、电子系统仿真、CaD、硬件描述语言、课程设计、实验等课程，其中模拟电子技术和数字电子技术为专业基础课，侧重知识的系统性和理论分析，而电子系统仿真、CaD、硬件描述语言等课程为专业应用工具课程，是将理论转化为实践的桥梁，侧重于实际操作和应用，其中的eDa技术已经成为数字系统设计的必备技术，也是当今技术领域的前沿技术［1］。所以整个电子技术课程体系是相互融合和促进的，课程和课程之间有着非常密切的联系，但在教学实践中，还不能有效地将其很好地融合在一起，传统的模拟电子和数字电子教学实践只注重理论教学，课堂内容单调，学生学完之后并没有掌握解决实际问题所需的方法和能力。而在学习电子系统仿真、CaD、硬件描述语言等课程时，需要用到先前学过的数字电子和模拟电子的知识时，学生往往又倍感生疏，致使教学效果不好。这种割裂式的教学模式极大地浪费了教学资源，致使学生在学习过程中思维连贯性差，不能建立电子技术知识体系，思路狭窄。
我在多年的教学实践的基础上，结合教学实际，提出一种全新的教学模式，即把电子技术的理论教学、实验、课程设计、仿真、CaD、eDa、硬件描述语言等充分融合，课程的学习互相穿插和渗透，从而把孤立的课程形成一个教学体系，在教学实践中充分实现。同时在电子技术的基础上结合当今技术领域先进的知识和发展趋势，对学生进行新技术的引导，使学生在掌握好基础的同时，以最快的方式跟踪时展。
一、学科融合的基本思路
1.在模拟电子技术的教学过程中融合CaD和系统仿真技术。
在模拟电子的教学中，充分利用仿真软件能直观得到结果的优势，把理论教学与仿真有效结合，利用波形分析讲解电路功能是经常使用的一种方法。但是，传统的讲解只是在黑板上或者在投影屏幕上进行理论分析，学生看不到更直观的图像和结论，如果在课堂上结合protel或ewB中的仿真功能，在课堂上讲解波形分析的同时，又给学生介绍仿真的概念和仿真工具的应用。这样一方面可以使学生掌握理论知识，另一方面可以使学生掌握一种仿真工具，在以后的课程设计或者是课外电子制作中加以应用，能大大地提高学生的学习兴趣和分析问题的能力。
2.在数字电子技术中融合eDa技术。
数字电子相对于模拟电子发展的空间较大，速度也很快，在教学中应大胆抛弃过时的技术和知识，采用“案例法”进行教学。在此基础上，应最大限度地在课堂上结合相关课程的新知识和新技术。特别是在有关数字电路的设计章节，我们可以在课堂讲解中结合利用最新的eDa技术、硬件描述语言，以maX+plusⅡ或Quartus［1］软件为载体进行数字电路的设计、仿真。
3.以上提到的在教学课堂中的应用的各种技术，并不需要我们占用大量的课时对其进行讲解，它们是为模拟电子和数字电子课程服务的。我们利用它们来获得我们需要的波形或者结论，在这个过程中潜移默化地使学生了解这些技术，拓宽视野。
4.鼓励学生自学相关软件，也可以通过作业由在作业本上做题逐渐向完成一个整体实物设计倾斜，工程可以是很简单的命题，但要求其有一套完整的材料：VHDL程序［2］、图纸、仿真结果等来加强引导这方面能力的培养。
5.经过前期模拟电子和数字电子课程中对CaD、eDa、系统仿真的应用和介绍，学生已经具备了一定的基础知识，则在具体讲解这些课程时，就可以提高难度，加快进度，尽快地与社会工程实践接轨。
6.以课程设计和实验为载体检验课程体系融合教学效果。课程设计和设计性实验是综合性很强的教学环节，能直接地体现电子技术课程体系融合的教学效果。
二、电子技术课程中多课程融合实例
我以用74161设计9进制计数器为例介绍在数字电路教学中的一个过程。
第一步，进行理论分析和设计，设计出9进制原理图，如图1。
图19进制计数器原理图
第二步，为了更直观地表现9进制计时器的计数效果，在课堂上我们用maX+plusⅡ软件进行仿真，教师对软件maX+plusⅡ简单介绍和演示，在仿真软件中画出相应的9进制原理图，如图2；
图274161组成的9进制计数器
第三步，进行波形仿真［4］，如图3。
图39进制计数器波形图
第四步，布置课外作业，采用反馈置位法［3］完成9进制计数器功能，给出电路原理图和仿真结果。
通过该实例，使学生初步接触到数字仿真软件maX+plusⅡ，并通过波形图直观地看出9进制的结果，加深了学生对计数器的理解，并为以后设计仿真同类电路提供了有效的方法。
我们按照这一思路，在自动化专业班级进行了对比实验，结果表明在课程设计，实验等教学环节上，采用课程体系融合的班级动手能力，分析和解决问题能力明显好于采用传统教学培养的学生。大多数学生能独立地完成理论设计，模拟仿真，实物制作等环节。
三、结语
实践证明，将软件应用等技术类的课程融合到模拟电子和数字电子等理论类课程中去，既使理论课程变得生动直观，帮助学生更好地理解所学的理论知识，又给学生介绍了电路分析和设计的工具，使电子技术教学系统性更强，理论与实践之间的结合更紧密、更自然，也使后续的技术类的课程结合了应用，有的放矢。教学实验结果表明体系融合式教学方法在学生基础理论和实践环节的教学中均有较好的效果。
参考文献：
［1］潘松，黄继业.eDa技术与VHDL［m］.清华大学出版社，2007.1.
［2］曾繁泰，陈美金.VHDL程序设计［m］.清华大学出版社，2001.1.
［3］康华光.电子技术基础（数字部分）［m］.高等教育出版社，2004.4.
数字化仿真技术篇6
【关键词】数字化工厂；仿真；虚拟制造
1.引言
在市场竞争日趋激烈，新产品上市周期越来越短，生产设备和制造系统日趋复杂、昂贵的情况下，为了获取最佳利润和保持市场占有率，制造企业必须从传统制造模式向数字化制造模式转变，实现产品的多元化，缩短产品上市时间，缩短生产准备时间，并进一步提高产品的质量。由此，数字化工厂作为优化生产过程的解决方案也越来越成为研究的热点。
2.数字化工厂含义
数字化工厂（DigitalFactory，简称DF）是基于仿真技术和虚拟现实技术的发展而产生的，是以产品全生命周期的相关数据为基础，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式，通过对生产过程进行分析和优化，保证产品在可制造的前提下，实现快速、低成本和高质量的制造，从而实现柔性制造和并行工程[1]。
3.数字化工厂平台架构
数字化工厂软件是虚拟制造平台，对于缩短新产品的开发周期、提高产品质量、减少制造成本和降低项目决策风险都具有重大意义。
数字化工厂软件还是实现并行工程的工具。产品设计部门和制造工艺部门可以在产品的制造特征（焊点、定位点、装配位置等）领域紧密协作，在产品设计的早期阶段进行工程制造的仿真，在新产品的制造中尽量对标准化的工艺和工装卡具重复利用，从而实现产品设计和产品制造的并行互动的工作方式，缩短新产品的开发周期、降低制造成本和加快新产品投放市场[2]。
数字化工厂在工艺层面的主要应用包括工厂布局仿真优化、工艺流程规划及仿真验证、虚拟装配设计与验证、物流仿真。工厂布局仿真优化是建立车间厂房、物流通道、制造资源等的三维数字模型，为工艺、装配、物流仿真建立基础。是工艺流程规划及仿真验证在三维数字环境下对产品的工艺进行规划，制定工艺路线，如nC编程、流程排序、资源分配、工时定额，成本核算等，并对加工工艺过程进行三维仿真，仿真工艺路线，刀具切换，装夹过程等。虚拟装配设计与验证是提供一个虚拟制造环境来规划验证和评价产品的装配制造过程和装配制造方法，检验装配过程是否存在错误，零件装配时是否存在碰撞。它把产品、资源和工艺操作结合起来来分析产品装配的顺序和工序的流程，并且在装配制造模型下进行装配工装的验证、仿真夹具的动作、仿真产品的装配流程，验证产品装配的工艺性，达到尽早发现问题、解决问题的目的。物流仿真是工厂布局规划与仿真的辅助工具之一，在三维环境下对物流仿真逻辑进行建模，主要分析工位装配任务分配的合理性，物流路径规划的合理性，物流设备的分配以及利用率等，从而评价和优化物流规划方案；基于建立的物流仿真模型，可以调整参数和物流方案，实时获得仿真结果。
数字化工厂平台在制造层面的主要应用为meS系统，包括制造数据管理、计划排程、生产调度执行、现场数据采集及归档、产品跟踪等功能。
4.数字化工厂收益
一个制造企业完善的企业信息平台应由三大块构成，即：pDm/CaD系统，为企业提品数据结构和数学模型，进行产品数据管理；eRp系统，为企业提供物质资源、资金资源和信息资源集成信息，进行企业资源管理；数字化工厂平台，即制造过程管理系统，为企业提供数字化的制造信息平台，进行制造工艺规划设计，工程仿真和生产过程管理。成为数字化工厂，首先要做到柔性制造，即通过自动化的理念把产品的工艺设计与自动化设计集成到一个平台上。系统能够根据加工对象的变化或原材料的变化而确定相应的工艺流程。第二点，也是比较关键的部分，即虚拟投产，即借助虚拟化过程来检验整个生产过程，验证产品。
国内制造企业通过利用数字化工厂技术能够带来的收益包括：
（1）在3D的环境下进行制造工艺过程的设计，提高工艺设计、现场工人、数控测量的效率；
（2）用数字化的手段验证产品的制造工艺可行性，避免工艺制造与设计脱节，提高工艺设计质量；
（3）现场的工艺问题在数字化仿真环境下提前得到分析，避免在后期对产品和流程进行改变返工，避免规划的失误，对风险可进行精确掌控；
（4）掌握产品和流程的复杂性，提高产品的变种及对流程影响的透明度，建立典型工艺，经验库，减少重复工作；
（5）缩短产品工艺准备周期，缩短新产品投放市场时间（6）结合meS现场数据的及时采集、反馈，实现成本的及时统计、工艺的持续改进，支持产品的后期维修。
5.实施关键因素
数字化工厂平台涉及多层仿真层次，不同仿真目的，需要对物流，装配，加工等进行独立仿真，并在统一的可视化环境下进行结果分析。数字化工厂贯穿整个工艺设计、规划、验证、直至车间生产工艺整个制造过程，不是一个独立的系统，需要与设计部门的CaD/pDm系统进行数据交换，并对设计产品进行可制造性验证（工艺评审），同时，所有规划还需要考虑工厂资源情况数字化工厂与设计系统CaD/pDm和企业资源管理系统eRp的集成是必须的。同时，数字化工厂还有必要把企业已有的规划知识（如工时卡、焊接规范等）集成起来，整个集成的底部是pLm构架。所以，需要与其他部门的信息系统进行数据交换，并在pLm体系框架的指引下开展实施工作。
6.小结
数字化工厂涉及生产，设计，工艺、物流，管理，it部门等业务单位以及多领域的技术人员，需要相关专业部门的全力配合，需要对整个生产链的数据进行整理和整合（包括产品，工艺，车间等）。对企业各方面的影响巨大，可能需要流程重组。因此，企业在具体的实施过程中，需根据自己的生产制造的实际过程和企业资源条件来决定，即需要在设计、工艺规划、加工、装配、物流的哪一部分加强，进而采取先点后面、循序渐进的实施策略，不要一下铺得太大。
参考文献
[1]张浩，樊留群，马玉敏，等.数字化工厂技术与应用[m].北京：机械工业出版社，2003：5-12.
数字化仿真技术篇7
关键词：eDa技术数字电子技术实验实践
中图分类号：tn79-4文献标识码：a文章编号：1007-9416（2015）09-0000-00
1eDa技术的概述
eDa是在电子电路技术和CaD技术结合的基础上发展的，是一种借助计算机软件进行实验教学的系统，其运用了计算机辅助系统和信息技术，将计算机作为应用平台，并且能够借助良好的开发环境，从而能够更好地对硬件进行描述，使用了可编程软件，结合了SoC芯片，从而能够实现对高级语言的描述，结合了系统的仿真，从而能够使电子技术课程的实验朝着自动化的方向发展。eDa技术是电子设计技术的一个新的突破，能够将计算机作为设计的平台，而且能够实现自上而下的设计方法，从而能够对整个系统结合，按照功能的不同划分不同的模块，借助各类软件从而能够对语言进行编译，使较为复杂的语言变得简单，而且能够对编程语言进行综合和分割，能够将布线的布局进行优化，实现了编程软件的下载，能够对数字逻辑电路进行高层次的设计。这种方法也能够实现对软件的修改，非常简便，从而能够在软件设计的过程中对软件进行修改，使软件的设计更加具有实效性，而且使软件研发的成本降低，节省了软件研发的时间。
1.1eDa技术设计的流程
通过对设计的方法进行分析的基础上，eDa技术能够对电子技术的设计进行创新，能够将电路设计的每一个环节都在计算机上完成，通过对硬件的设计到对硬件的调试，都能够借助计算机来完成。
1.1.1设计输入
在对电子和电路设计的过程中，其是由不同的源文件构成的，所以，其文件的构成可以使图像，也可以文本。
1.1.2综合
在对设计综合时，运用的是eDa软件，实现软件和硬件的结合，能够将软件转化成硬件，采用综合器能够对原文化进行统一，所以，在综合后的文件中，一般都具有硬件的特征。eDa能够具有良好的逻辑编程能力，而且能够对各类设计进行优化处理，其能够将设计人员设计的逻辑电路直接转化成方便地门级电路，而且能够将文件以表格的形式呈现出来，能够按照顺序对文件进行分析。
1.1.3适配
在进行适配的时候，可以采用的是FpGa布局的方法，这类方法能够将王彪文件进行统一，然后按照统一的目标实现逻辑的映射，能够对底层的硬件进行配置，也能够实现逻辑的升级，能够分清各类布局。在适配后能够通过对时序的仿真，从而能够下载各类文件，而且文件支持各类格式，适配的对象能够与器件的结构匹配起来。
1.1.4仿真
在对编程的软件进行下载后，一般可以借助eDa软件分析适配的结果，从而能够通过分析这些结果，形成仿真，可以采用两种不同形式的时序仿真，第一种是按照时序进行仿真，这种方法能够按照适配后产生的文件进行仿真，其能够更加真实的反应器件在运行中存在的问题，在仿真中能够通过对各类器件性质的不同，从而能够提高其精度，时序仿真中的文件一般都是精确的，而且一般是器件在运行中产生的延迟的文件。在进行功能仿真的过程中，一般是在对电子电路设计中完成的，一般是对电子电路的逻辑功能进行模拟和测试，分析器件的功能是否可以达到要求，在仿真的过程中是否可以展现出硬件的优点，分析器件的延迟特征。
1.1.5编程下载
通过模拟和仿真能够将实验的思路确定下来后，可以通过适配的方法，将下载的文件运用电缆线连接到器件上，从而能够对硬件进行调试，然后将含有CpLD的硬件进行分析，将那些错误进行改进。
1.2Quartusii软件的主要特征
Quartusii软件是具有自身的数据库的，其能够提供上百只能够电子器件，能够实现各类功能，而且其参数也是可以调节的。这些元件能够让学生更加充分地了解各类电路元件，从而能够了解各类电路参数的调试。Quartusii软件具有模拟和仿真的效果，而且能够对电子电路的时序进行判断，这样通过仿真的方法，让学生能够提高自己的理解能力。Quartusii软件能够对各类逻辑电路进行演示，而且还实现了对各种电路的测试，在仿真中能够发现电路存在的问题，从而能够在教学中分析故障，提高学生对于解决电子电路问题的能力。
2传统的数字电子技术实验教学问题
在传统的数字电子技术实验教学中，一般使用的是小规模的集成电路，这种方法会出现接触不良的问题，使实验的效率降低，而且会产生比较大的能耗，实验的作用比较单一，而且在试验的过程中容易出现错误，当出现错误的时候，修改的过程中还是比较麻烦的，而且在对各类元件使用时，线路的稳定性非常得差，线路之间会发生各类干扰的问题，出现仪器和设备的损坏。在教学过程中，老师和学生要花大量的时间去找出实验的错误，这样学生会产生疲倦感。
3结语
在数字电子技术教学的过程中，采用eDa技术，能够让学生看到模拟的实验，让学生能够更加形象的了解实验的过程，从而能够了解电路的原理，使学生学习的积极性得以提高。其能够借助计算机技术，实现适配的功能，而且还能够进行仿真测试，从而能够使学生的思维能力得到拓展，使学生在学习理论知识的过程中提高自身的实践能力，提高学生的学习效率。
参考文献
[1]王彩凤，胡波，李卫兵，杜玉杰.eDa技术在数字电子技术实验中的应用[J].实验科学与技术，2011，01：4-6+110.
[2]周小仨.eDa技术在数字电子技术实验中的应用[J].电子制作，2014，15：27-28.
[3]王雪丽.eDa技术在数字电子技术实验中的应用分析[J].电子制作，2014，21：212.
数字化仿真技术篇8
为了实现柴油机的数字化设计制造一体化集成，本文研究了数字化技术的发展趋势，描述了柴油机数字样机的定义，阐述了主动地应用、创建设计重用资源，构建柴油机数字样机的关键技术，主要包括仿真模型的阶段性继承重用、自顶向下模块化设计方法、产品数据管理、知识工程以及软件系统集成等技术。
目前，美、德、日等发达国家通过采用先进的物联网技术，打造数字化工厂，实现了从采购、生产到销售和服务的全产业链的数字化，而我国在数字化制造领域尚缺乏自主知识产权的数字化制造技术，迫使我国加快工业转型升级的步伐，借鉴德国工业4.0计划，使工业化、信息化深度融合，力争在2025年从工业大国转型为工业强国。企业要进行产品结构调整和自主产品创新，通过产品设计手段与设计过程的数字化和智能化，应用数字样机技术，以全新的设计模式和开发体系，给设计过程加入数字化的验证手段，显著提高产品研发速度和研发质量，降低研发成本，不断提高企业的产品创新能力、快速反应能力、竞争能力和经济效益。
面向设计重用，就是主动地应用和创建设计重用资源(包括知识、技术和系统等)。构建柴油机数字样机是充分体现了设计重用思想的创新活动。
一、柴油机数字样机
随着虚拟产品开发（VirtualproductDevelopment，VpD）和产品全生命周期管理（productLifecyclemanagement，pLm）等多种数字化技术的应用，产品创新领域引发了大变革，数字样机技术是各领域CaX/DFX技术的发展和延伸。在数字样机概念出现前期，国内外文献出现了数字化产品模型技术（Digitalmock-Up）或数字化样机（Digitalprototype）、功能虚拟样机（FunctionalVirtualprototype）或虚拟样机（Virtualprototype）、虚拟工厂仿真（VirtualFactorySimulation）或数字工厂（e-Factory）等概念，表明仿真在产品设计过程中的应用趋于协同化和系统化，而且越来越广泛而深刻，由原先的局部应用（单领域、单点）逐步扩展到系统应用（多领域、全生命周期）。
GB/t26100-2010《机械产品数字样机通用要求》对数字样机（Digitalmock-Up，DmU）的定义是：对机械产品整机或具有独立功能的子系统的数字化描述，这种描述不仅反映了产品对象的几何属性，还至少在某一领域反映了产品对象的功能和性能。产品的数字样机形成于产品设计阶段，可应用于产品的全生命周期，这包括：工程设计、制造、装配、检验、销售、使用、售后和回收等环节；数字样机在功能上可实现产品干涉检查、运动分析、性能模拟、加工制造模拟、使用者培训、宣传和维修规划等方面。
根据功能和应用对象，柴油机数字样机可以分为以结构样机、性能样机和功能样机等为主的设计信息样机，以及以制造样机、装配样机、展示样机和培训样机等为主的专用样机。
结构样机是用于描述柴油机几何形状的数字样机，是柴油机外形轮廓、基本结构等方面的数字化表达。除了柴油机内部和外部各零部件的几何形状外，结构样机还包含了柴油机重量、重心等信息，并支持零部件运动间隙、干涉检查和尺寸链等信息的获取。
性能样机是侧重于产品性能描述的数字样机，用于柴油机性能、子系统参数的设计与表达，支持燃烧过程分析与控制。通过从性能样机中提取结构及参数，可以进行供油系、进排气系（含增压）、冷却系和润滑系的参数设计和结构优化，支撑子系统间协调优化。性能样机还包含柴油机可靠性、维修性、保障性、安全性、测试性和环境适应性等方面的信息。性能样机允许按子系统（燃烧、供油、电控、进排气和冷却和润滑等）分别创建。
功能样机是侧重于产品功能描述的数字样机，用于柴油机零部件的设计与表达，可以进行曲轴连杆机构、传动机构和配气机构及其支撑、定位结构的分析，支持密封及紧固设计。通过从功能样机中提取结构及参数，可以进行运动机构刚强度、运动状态及接触状态等的分析。除了柴油机运动过程中零部件的运动学信息（位移、速度和加速度等）和动力学信息（作用力、摩擦力及预紧力等）外，功能样机还能够表达柴油机各运动机构的协调关系。功能样机可按运动机构（曲轴连杆机构、配气机构和传动机构）分别创建，并可以支持运动机构间协调优化工作。
专用样机是为支持柴油机全生命周期过程中特殊用途而构建的柴油机数字样机，是实物样机用于制造、装配和使用的数字化表达。制造样机包含零部件的Cam及Capp仿真分析，零部件的成型、加工过程，表面粗糙度要求，以及尺寸公差等信息；装配样机包含样机装配工装、装配路径、装配顺序以及装配过程中的人机工程学模拟信息；展示样机着重表达了柴油机的关键技术的零部件、子系统等，以及新材料、新工艺的应用信息；培训样机着重于表达柴油机操作过程，日常维护等信息。
二、构建柴油机数字样机的阶段性继承重用
数字化产品开发主要包括三维几何建模技术、产品数字化定义、数字化装配技术、数字化仿真分析以及产品的数字化加工等部分。在产品数字化定义的基础上，通过虚拟装配，协调各零件之间的间隙，排除各种不合理的设计和干涉，进行运动机构分析，模拟零部件安装、拆卸分析，功能、性能交互仿真分析，系统部件行为的交互模拟分析等一系列设计活动，最终形成数字样机。
柴油机数字样机研发过程中至少需要进行概念设计、方案设计和工程设计三轮样机构建。数字样机仿真是可演进的，上一阶段的数字样机是下一阶段设计的输入和依据，每一阶段数字样机都已经首先包含上一阶段数字样机的所有相关信息，不同阶段仿真模型是继承重用。具体如表所示。
1.构建概念设计阶段数字样机
柴油机概念设计阶段数字样机，用于描述柴油机的基本技术方案，确定柴油机外形，并完成各子系统结构及协调关系，对零部件外形及功能结构进行确认。概念设计阶段提交的数字样机至少包含结构样机和性能样机。
概念设计阶段的结构样机至少包含柴油机各部件、系统的基本结构和在柴油机内的布置，柴油机缸盖进排气道结构和三维形状，柴油机整机支撑布局及主要承力结构，柴油机外部轮廓限制尺寸，柴油机与台架、整机的主要接口。
概念设计阶段的性能样机至少包含柴油机单缸机试验及一维燃烧分析信息，供油系部件试验及分析信息，进排气道性能部件试验及分析信息，冷却系、润滑系一维分析信息，电控策略信息。
2.构建方案设计阶段数字样机
柴油机方案设计阶段数字样机，用于定义柴油机的基本物理布局和重要结构尺寸，同时完成柴油机整机和部件级结构可靠性的分析和确认，并完成整机及零部件的设计仿真和优化。方案设计阶段提交的数字样机至少包含结构样机、性能样机和功能样机。
方案设计阶段的结构样机至少包含整机及关键零部件刚度三维仿真分析信息，柴油机主要附件布置，柴油机所有部件间结构划分和部件间的详细结构尺寸，零部件的主要结构，柴油机主要维护保养点所需结构，柴油机主要管路系统、电控系统及其连接，柴油机的初步轮廓和主要接口。
方案设计阶段的性能样机至少包含柴油机燃烧过程三维仿真信息，柴油机冷却、润滑、进排气和供油系统三维仿真信息。
方案设计阶段的功能样机至少包含柴油机整机及主要零部件刚度三维仿真信息，柴油机整机振动噪声三维仿真信息，柴油机运动机构机械运动仿真信息和运动学、动力学分析信息，柴油机紧固和密封设计信息。
3.构建工程设计阶段数字样机
柴油机工程设计阶段数字样机，用于支持全生命周期的数字化设计、仿真分析、制造、装配、试验、使用及维护。工程设计阶段提交的数字样机包含结构样机、性能样机、功能样机和专用样机。
工程设计阶段的结构样机包含柴油机数字化预装配信息，柴油机所有零部件的详细结构尺寸，柴油机所有维护保养点所需结构尺寸，完整的管路、电控系统结构尺寸，柴油机所有接口。
工程设计阶段的性能样机包含柴油机可靠性、维修性、保障性、安全性、测试性和环境适应性等信息。
工程设计阶段的功能样机包含整机关键部位疲劳安全系数信息，关键零部件应力分析信息，关键运动件变形信息和接触及疲劳安全系数信息。
三、构建柴油机数字样机的自顶向下、模块化设计方法
数字样机的构建流程采用模块化设计方法，设计任务由总体到系统、部件逐级分解，由部件、系统到整机逐步组合，实现产品的并行设计，支持多专业人员的协同。
模型重用的基础是模块化，即每个可重用的模型必须以一个可分离的方式独立存在，通过标准的输入/输出接口定义实现模块功能和表现形式的独立性。模块化设计是在对一定范围内的不同功能或相同功能而不同性能和规格的产品进行市场预测、功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合构成不同的产品，以满足市场的不同需求的设计方法。重用已有的经过试验、生产和市场验证的模块，可以降低设计风险，提高产品的可靠性和设计质量。构建数字样机只是实现了几何上的模块化，我们要实现产品研发过程的模块化。
模型结构的层次化是组织复杂模型的有效方法。数字样机构建过程中参数及接口传递按照自顶向下的顺序分层次构建，逐步细化。顶层通过参数文件和总体骨架模型，表达及协调设计参数、设计结构、外廓约束、部件间接口、联接、紧固和密封等，并以协调卡片和骨架的形式阶段性稳定设计状态。柴油机整机模型构建程序如图1所示。
柴油机数字样机设计间、设计与仿真间、设计与工艺间协同方法和协同节点按照柴油机各阶段设计流程开展。数字样机包含柴油机的机械结构和子系统协调关系，以用于结构和性能分析。
四、构建柴油机数字样机的数据管理平台
数字样机是表达产品所有状态最根本的依据。完备的数字化产品模型，不仅是要描述产品整个生命周期某个过程的产品构成情况，而且对产品技术状态的标识、审核和控制都要求很高。数字样机是通过产品数据管理（productDatamanagement，pDm）系统进行存储和管理的。将产品在自顶向下建模设计过程中产生的与产品相关的设计、分析数据（包括骨架模型、三维模型、二维图样、运动机构仿真动画及虚拟装配动画、测试数据和仿真分析报告等），按研制阶段的不同应用要求提交到pDm系统，根据数据类型的不同分别进入产品、参数、试验和生产等数据管理系统进行统一的规划和管理。签入并确认有效性的数字样机数据在全生命周期内为单一数据源，数据的关联、提交、版本、更改和衍生应进行受控管理。应根据不同平台、不同阶段、不同单位和不同用途等情况,考虑数字模型的转换和合并,提出模型的交互格式要求。由于产品数据安全集中共享，设计人员可以很方便地查找、借用其它同类产品的设计经验，设计重用率大大提高。
pDm管理的不仅是数据，设计重用的对象包括可重用的设计结果和设计方法、工具和过程等抽象知识。可重用的结果可以减少重复的零部件的设计；可重用的过程就是模块化封装的过程，可以减少设计过程中某一环节的重复。
数字样机的仿真分析需要结合实物试验数据。用数字样机技术进行仿真分析（含有简化和假设）的结果，只有重用并对比了企业积累的用实物样机进行产品开发的试验测试结果，如图2所示，才能建立对仿真分析的置信度，提高产品设计水平，实现原始创新。
企业要有目的地建立和挖掘提取可重用设计资源，减少创新开发中的重复劳动。按参数化设计要求，构建产品需求的通用件、标准件库，而且通用件、标准件等模型库必须唯一，保证设计重用时的方便准确调用。
五、构建柴油机数字样机的知识工程
在柴油机全生命周期中，数字样机创建过程中的每一步实质上都是知识应用和驱动的过程。应用知识工程(KnowledgeBasedengineering，KBe)，将知识、技能、经验、原理和规范等融合、重用到产品的设计开发环境中，构建了一个知识驱动的可回溯的迭代与进化过程，使得工程设计人员在自动或交互的复合环境中，只要输入工况参数或工程参数或应用要求，系统就能依据相关的知识（规则），自动推理构造出符合该特定要求下的产品零部件数字模型。
数字化仿真技术篇9
关键词：matLaB仿真软件；通信；教学
《数字通信原理》是通信技术专业一门重要的专业课，内容涉及信源编码、信道编码、数字基带传输、数字频带传输、同步等重要的数字通信技术，有着较强的系统性、理论性和实践性。学生在学习相关的理论后，都希望能有进一步的感性认识，包括对系统组成、信号波形、系统在各种可能条件下工作性能的对比等。
通信原理课程的主要特点是理论性强、直观性差，长期以来，一直采用黑板教学的单一模式，缺乏可视化的直观表现，学生难以理解，严重影响和制约了课程的教学效果。即使在多媒体教学大量普及以后，教师通常只是把课本内容搬到了屏幕上，没有从根本上解决直观性差、趣味性差的缺点。在教学过程中，学生普遍反映课堂教学难于理解和掌握，内容空泛、抽象，教学效果不理想。将仿真软件运用到通信原理教学中，可简化计算过程，把计算结果以图的形式形象地显示出来，同时仿真软件可以仿真许多通信系统，通过改变某些参数来观察通信系统的性能，加深学生对知识的理解，从而可以获得比较通信原理课程的主要特点是理论性强、直观性差、好的教学效果。
在担任“现代通信原理的教学中，采用matLaB对基本原理和方法进行计算机仿真，能够使复杂的计算筒单化，抽象的理论具体化、直观化，从而提高学习效率。增强学习兴趣，在一定程度上培养学生进行通信系统工程设计的能力。同时，对于受到各方面条件限制通信实验室建设不完善的学校，采用计算机仿真的方法可以在一定程度上克服没有仪器设备所带来的问题。
一、matLaB软件的功能和特点
matLaB的全称是matRiXLaBoRataRY（矩阵实验室），它是由美国的Clevemoler博士在newmexico大学讲授线性代数课程时开发的，其基本的数据单元是一个维数不加限制的矩阵，在matLaB下，矩阵的运算变得异常的容易。1984年moler博士推出了该软件的正式版本，在后来的版本中又陆续增添了控制系统、系统辨识、信号处理及通信等十余个工具箱，使matLaB广泛的应用于自动控制、图像信号处理、生物医学工程、语音处理、雷达工程、信号分析、优化设计等领域。它具有以下的功能和特点∶高效的数值计算及符号计算功能，能使我们从繁杂的数学运算分析中解脱出来；完备的图形处理功能，实现了计算结果和编程的可视化；功能丰富的应用工具箱，提供了大量方便实用的处理工具；友好的界面及接近数学表达式的自然化语言，便于学习和掌握。实践证明，学生可以在几十分钟的时间内学会matLaB的基本知识，经过几个小时的使用就能初步掌握它。
二、应用matLaB仿真软件的优势
1.matLaB语言作为当前国际最流行的面向工程、数值和科学计算的高级语言，能够设计出功能强大、界面优美、稳定可靠的高质量程序。利用mat—U语言，可以培养学生的综合分析能力和设计能力，完成由硬件设计难以实现的综合性和创新性实验。而matLaB环境下的SimULinK拥有丰富的系统建模、仿真和分析的动态仿真集成环境工具箱，在众多仿真软件功能是最强大、最优秀、最容易使用的。由于matLaB功能的不断扩展，所以现在的matLaB是一种包罗众多学科的功能强大的“技术计算语言”。
2.随着微电子技术和计算机软件技术的发展，计算机辅助设计方法已经开始逐渐进驻各个领域，借助计算机仿真技术，完成现有实验设备难以实现的复杂实验，提高了现有实验设备的利用率，更加完整地分析实验对象的系统性能指标，优化系统设计，具有直观、完整的优势。
3.可以充分发挥学生的想象力，不必担心实验失败会对相关设备造成的损坏，同时还促使学生在实验中上网查阅、学习相关资料，这无形中提高了学生的自学能力和科研创新能力，为学生创造力的发挥提供了十分广阔的空间。
4.仿真实验不需要真实环境的介入，但可以逼真的模拟出真实环境中系统的运行状态。实验过程中也没有元件使用数量的限制和元件的损耗，可以弥补实验器材缺乏的不足，减少实验耗材，实验室维护管理将更加方便。
三、matLaB仿真在实验教学中的举例
移动通信中主要以数字调制为基础，而数字调制中，相移键控（pSK）系统是应用最广泛的一种。它的抗干扰噪声性能及通频带的利用率均优于aSK移幅键控和FSK移频键控，因此pSK技术在中、高速数据传输中得到了十分广泛的应用。我们就以通信原理实验中的pSK调制实验和二相pSK解调实验为例阐述一下对实验内容的改进。
在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控（2pSK）信号。2pSK信号的数学表达式为：e0（t）=[∑ang（t—nts）]CoSωt
在通信原理实验中，2pSK调制实验采用直接调相法来实现。2pSK解调实验是采用同相正交环解调电路来实现的。学生通过实验可以掌握2pSK调制解调电路的工作原理及工作过程。我们可以先让学生在实验箱中进行实验，然后让他们运用matLaB对整个实验内容进行仿真。
matLaB仿真实验的步骤：①根据通信系统模型，做整体系统设计，确定仿真选用的模块及连接框图。②利用SimULinK功能模块、调用m函数或编写s函数等建立通信系统仿真模型；③设置仿真参数，如数值算法、仿真时间、步长、相对误差、绝对误差等；④运行仿真模型并输出各个测量点的结果；⑤分析仿真结果并与实验中的理想结果相比较。按照以上步骤得到2pSK的仿真模型。
为了验证matLaB仿真在实验中的作用，我们对同年级的两个班进行了试验：甲班学生仍然使用传统的硬件实验设备进行实验；乙班学生使用了本文的matLaB仿真实验方法，即在传统实验的基础上，还安排了matLaB仿真实验。学期末，针对通信原理课程实验内容，设计了一套测试试卷，在相同的考试条件下，对甲、乙两班进行考试。通过统计考试成绩，乙班的均考试成绩明显高于甲班。
四、结论
将matLaB运用到通信原理教学中，可以深入浅出地分析各类信号的特性以及各类参数对通信系统性能的影响，实现了教学和实验验证同步进行。实践证明：在《数字通信原理》的教学过程中引入由matLaB制作的演示软件，能够帮助学生更好的学习该课程，提高学习兴趣，取得较好的教学效果。除此之外，还可以为其他课程的教学提供一个很好的借鉴作用。制作matLaB演示软件不仅适合于《数字通信原理》这一门课程，还适合其他通信类课程的教学，比如《数字信号处理》、《信号与系统》等课程。
总之，在中职学校通信类课程的教学实践中，这样的教学方式能激发学生的学习兴趣，扩展学生的思维空间，取得良好的教学效果。弥补通信类课程实践学时少、实验建设费用高的不足，是理论教学与实验教学的有力工具。（作者单位：广东省汕尾市海丰县中等职业技术学校）
参考文献
[1]孙屹，《matLaB通信仿真开发手册》[m]，国防工业出版社，2004年版。
数字化仿真技术篇10
关键词：家具数字仿真个性定制快速设计
中图分类号：tS664.01文献标识码：a文章编号：1007-9416（2015）07-0000-00
abstract：Furnituremanufacturingtraditionaldesignapproachhasbeendifficulttomeettheglobalizationofmarkets，thedemandforindividualrequirements.Howtoimprovethequalityoffurnitureproducts，shorteningproductlifecyclesfurniture，furnituremarkettomeettheneedsofpersonalizedcustomfurniturebusinessisacommonproblemfaced.Digitalsimulationplatformfurnitureproductsthroughitsvastlibraryofstandardparts，usedpartslibrary，variabletypeofproductsmanufacturedmodellibraryconceptualdesignandvariantdesign，therebyenhancingthecorecompetitivenessofenterprisesradically.thisarticleintroducesanumericalsimulationbasedplatformandpersonalizedcustomfurnitureproductdesignprocess，andthearchitectureandkeytechnologiesofdigitalsimulationplatformforaanalysis.
Keywords：furniture；digitalsimulation；personalizedcustom；rapiddesign
随着用户对家具的个性化要求不断提高，家具制造行业正在发生以下方面的变化：（1）激烈的市场竞争以及数字化生产技术的应用使家具产品的生命周期缩短；（2）传统家具市场逐渐呈饱和趋势，以整体衣柜、整体橱柜为代表的更具选择性的销售行为使家具市场朝着个性化、多样化的方向快速发展；（3）用户售前体验和使用质量已经成为用户购买的首要因素之一；（4）数字化制造可以大大加快产品的开发速度并降低开发风险。
1家具制造行业现状
近年来，自动化的家具制造装备普及应用使我国家具行业有了飞速发展，但是大多数企业仍然以工厂模式设计、生产传统家具，设计环节大部分也只是采用通用CaD软件。与德国等制造业强国相比，我国家具制造业存在的主要问题是：（1）家具产品以低端固定产品为主，缺乏原创性和定制化；（2）劳动力成本和材料价格上升等原因致使成本增加，传统家具企业竞争优势正在减弱，一大批小型家具企业面临倒闭。这些问题促使家具行业与其他相关产业相互渗透、交叉、重组，行业融合有深入发展趋势。当前，以“互联网+家具”的数字化家具设计与制造模式处于萌芽期，发展潜力巨大。与此同时，政府扶持下的产学研一体化进程加快，互联网制造和产品虚拟化设计受到空前重视。
如何能在高质量低成本的基础上缩短家具产品的生命周期，开发出具有市场竞争力的产品，是家具制造企业普遍面临的问题。企业能否根据用户的个性需求快速地设计制造出定制产品，已经成为企业能否占领市场、发展壮大的关键。数字仿真技术支撑下的快速设计方法，用户个性定制支撑下的快速设计理念将成为家具行业未来设计发展的主要方向。
2定制化家具产品设计方法
传统的家具生产中，卖方主导市场，生产出标准产品供用户选择，消费者对商品没有选择的主动权，卖方只关心产品数量，很少考虑市场的个性化需求。传统的家具产品设计流程如图1所示。
在经融危机、劳动力成本上升、传统家具市场逐步饱和等因素的冲击下，家具制造企业必须转型升级。同时，面对消费者不断变化的个性化需求，制造过程需要不断缩短产品生命周期，降低生产成本，更加直接的面对用户需求设计家具产品。此时，更高效的家具产品设计流程如图2所示。
上述对比可知，数字化定制设计来源除了概念设计（分析用户需求生成概念产品的设计活动）外还有变形设计（修改参数或局部调整结构的设计活动）。与传统的概念设计相比，现在的概念设计来源不单单是用户需求下的重新设计，而是家具产品标准件、常用件标准库支撑下的组合设计，其设计效率更高。新增的变形设计则是根据用户的实际需求，对已有的可进行生产制造的产品模型进行合理改动并快速生成，新产品的设计周期更短。在庞大的由标准件库、常用件库、可变型制造的产品模型库组成的数据库支撑下，产品的开发设计时间会大幅缩短。同时，概念设计中补充进来的新数据将进一步的扩充标准数据库，从而促进后续的开发设计，使整个开发设计形成良性循环。
此外，与传统的基于通用CaD的家具产品设计流程相比更高效的家具产品设计流程中多了通过建立虚拟产品模型（样机），并对其做仿真测试与实验的步骤。一方面，设计人员通过虚拟家具产品能够更好的模拟其生产出来的效果，提升用户的售前体验，评估是否满足购买需求；另一方面，设计人员通过虚拟产品能够发现可能遇到的设计缺陷、制造缺陷等。
家具产品的虚拟设计可通过搭建家具产品数字仿真平台来实现。
3数字化仿真平台研究
数字仿真技术，就是在数字化参数下运用一个虚拟的系统模拟真实系统的技术。数字仿真技术已经成功应用在航空航天、信息、生物、材料等领域，并在产品研制的全生命周期中得到广泛的使用。在家具设计领域，该技术尤其是在家具组建库的建立以及三维渲染效果方面有待进一步探索。图3给出了家具产品数字仿真平台的整体研究架构。
数字化仿真平台的研究构架中，通过基础项目的研究，完成各项数字化支撑技术进而开发出各类工具，最终完成整个平台的搭建。在虚拟现实技术VR（VirtualReality）等设备的支持下，以家具行业工艺和知识库为基础，通过相关学科的优化算法来研究家具三维数据下的动态工艺生成、三维渲染、拆单排样等技术。并以三维引擎为核心研究仿真元模型建模技术、模板定制技术、组件模型装配技术、模型资源库中的家具产品分类标准技术。这些技术的互动则是通过虚拟交互动作规则与虚拟交互产品行为算法来实现的。在这些支撑技术的基础上，开发相应的管理工具、模型建模、装配仿真工具以及配套的数据web交互系统和接口。
以下5点是建立数字仿真平台的关键：（1）三维数据引擎。平台主要是面向设计与虚拟交互，其中存在大量的三维图像实时互动，这对系统的三维数据引擎提出了较高的要求。三维数据引擎作为底层开发工具支撑着高层的图形软件开发，它包含了基本图形的通用算法和工具的封装。三维引擎还包括仿真图形的三维渲染算法，使得用户能够观测到逼真的设计效果图。（2）零件族模型的信息模型描述。产品建模是变型设计的必要手段，而建模的核心任务是建立能够变型的产品和零件族模型。而零件族模型的变型能力（尺寸变型能力和局部结构变形能力）与所建立的信息模型描述息息相关。因此，零件族模型的信息模型即其数据结构的确定非常重要。（3）设计过程中的数据层次结构的建立与维护的算法。在产品设计过程中，需要确定一种数据结构类型来描述组件间的层次关系，并确定相关实现算法。（4）产品设计中的基于约束的选配算法。大批量定制设计是根据产品主体结构、零部件主模型和文档来进行，根据产品特性可将所要选配的模块分为：基础模块、必选模块和可选模块。在选配时，已被选配的模块可能对后者选配时有约束作用，因此需借助于关联矩阵，构建基于属性约束的选配算法。（5）产品设计中的装配建模技术。目前比较典型的装配方法有两种：自底向上和自顶向下的建模方法。但在大批量的定制设计中，装配的自动化程度决定了装配建模的速度，采取上述方法进行装配建模不能满足设计要求，因此需要研究基于特征约束的预定义的装配方式。
4平台实现
定制家具数字化设计与仿真平台（图4）采用VisualStudio2010环境开发，基于openGL三维图形引擎。平台构建了板式家具零件族模型和组建库，并建立了模型组件间的形变关系约束与装配参数约束，平台能够根据设定的家具外形尺寸自动生成组建尺寸和加工工艺，目前已经初步应用于衣柜等板式定制家具产品的仿真设计。
5结语
家具产品数字仿真平台革新了企业的产品设计和生产方式。一方面，在三维建模环境中，由家具行业标准件库、常用件库支撑的概念设计能有效的缩短家具产品的设计周期，平台能直接根据用户个性定制的需求完成家具产品的变形设计；另一方面，数字化设计平台能够与企业的自动化生产线进行对接，从而实现设计数据驱动生产的定制家具制造执行系统。平台有效提升了定制型家具企业的产品设计效率，显著缩短家具产品的生命周期，降低企业的生产成本，通过数字化的方式控制生产，还有效的降低了出错率。
参考文献
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