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關(guān)鍵詞： 虛擬仿真 家畜解剖學(xué) 三維模型

1.引言

家畜解剖學(xué)是農(nóng)業(yè)類高等學(xué)校動(dòng)物醫(yī)學(xué)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，本課程主要講授正常家畜、家禽的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、器官的位置關(guān)系和發(fā)生發(fā)展規(guī)律。本課程的特點(diǎn)是名詞眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)于首次接觸動(dòng)物醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生來說學(xué)習(xí)起來比較困難，不知道應(yīng)該怎樣學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)課堂講授方式難以滿足現(xiàn)代化教學(xué)發(fā)展需要，虛擬仿真技術(shù)正逐漸應(yīng)用到各專業(yè)教學(xué)課程中，對(duì)教育行業(yè)產(chǎn)生了巨大影響。

2.虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及其在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用

虛擬仿真技術(shù)是用計(jì)算機(jī)虛擬場(chǎng)景逼真地模擬現(xiàn)實(shí)世界事物的技術(shù)，涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人工交互、人工智能和傳感技術(shù)等。具有真實(shí)性、交互性和沉浸性的特點(diǎn)，逐漸成為現(xiàn)代教育技術(shù)領(lǐng)域的熱點(diǎn)，應(yīng)用于不同專業(yè)教學(xué)過程中。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)在人類醫(yī)學(xué)上得到了廣泛應(yīng)用。虛擬仿真技術(shù)打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)空間和經(jīng)費(fèi)的限制，在充分保證教學(xué)效果的基礎(chǔ)上，不僅節(jié)約了實(shí)驗(yàn)成本，而且大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。使學(xué)生通過虛擬場(chǎng)景的人機(jī)交互，由視覺、聽覺、觸覺等手段獲取場(chǎng)景的反應(yīng)，通過學(xué)生自我組織，制訂并執(zhí)行學(xué)習(xí)計(jì)劃，進(jìn)行自我評(píng)價(jià)，開展適應(yīng)式學(xué)習(xí)。很多高校、科研院開發(fā)了人體解剖虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)、虛擬動(dòng)畫、三維網(wǎng)絡(luò)課程等應(yīng)用于理論和實(shí)踐教學(xué)，充分發(fā)揮了現(xiàn)代教育技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提高了教學(xué)水平。

1989年美國(guó)首先開展了“可視虛擬人”的計(jì)劃，并于1994年完成世界第一例男性“虛擬人”數(shù)據(jù)采集，1998年完成女性虛擬人數(shù)據(jù)采集，共采集到56GB的數(shù)據(jù)。隨后，韓國(guó)“可視韓國(guó)人”項(xiàng)目于2000年完成第一例韓國(guó)人標(biāo)本的數(shù)據(jù)采集；2003年，鐘世鎮(zhèn)主持的“虛擬中國(guó)人”項(xiàng)目完成中國(guó)人體數(shù)據(jù)的采集工作。以這些虛擬人數(shù)據(jù)集為基礎(chǔ)，對(duì)人體器官進(jìn)行了三維重建，精細(xì)逼真的三維結(jié)構(gòu)為人體解剖學(xué)提供了大量素材?；谔摂M人體數(shù)據(jù)集產(chǎn)生了很多人體解剖三維虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)用于人體解剖學(xué)教學(xué)。在仿真平臺(tái)上可以對(duì)人體結(jié)構(gòu)進(jìn)行任意角度旋轉(zhuǎn)、縮放、標(biāo)注等操作。便于教師教學(xué)及學(xué)生學(xué)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。2010年10月在上海世博會(huì)期間，瑞典首次向公眾展示了代表先進(jìn)醫(yī)學(xué)虛擬仿真技術(shù)的“虛擬解剖臺(tái)”。此虛擬解剖臺(tái)數(shù)據(jù)來源于人體的磁共振（MRI）和CT成像數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)處理將這些數(shù)據(jù)從二維平面圖變成真實(shí)感極強(qiáng)的三維模型，將人體內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)完整地展示出來。這款虛擬解剖臺(tái)可用于人體解剖學(xué)教學(xué)，學(xué)生用手指通過觸摸屏進(jìn)行人體器官操作，能完整地展示骨骼、血管、肌肉等的不同形態(tài)，還可以移除或添加內(nèi)臟器官、血管、神經(jīng)等結(jié)構(gòu)，從而理解各器官的形態(tài)結(jié)構(gòu)和相互位置關(guān)系。

3.虛擬仿真技術(shù)在家畜解剖學(xué)的應(yīng)用現(xiàn)狀

家畜解剖學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，家畜的器官標(biāo)本、模型等教學(xué)材料在本課學(xué)習(xí)中有重要作用。但是近些年隨著招生規(guī)模擴(kuò)大，一般理論授課時(shí)學(xué)生人數(shù)較多，不能發(fā)揮標(biāo)本、模型的作用，學(xué)生只能在實(shí)驗(yàn)課上觀察標(biāo)本、模型。虛擬仿真技術(shù)在家畜解剖學(xué)中的報(bào)道較少，由于數(shù)字人的數(shù)據(jù)采集方法投資巨大，過程復(fù)雜，需要多領(lǐng)域?qū)I(yè)人員合作完成，目前還沒有完整的大家畜（牛、馬等）虛擬解剖系統(tǒng)。很多科研機(jī)構(gòu)利用數(shù)字人的數(shù)據(jù)采集方法對(duì)豬、兔、小鼠、大鼠等動(dòng)物進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集和虛擬仿真工作。Maierl等在1999年報(bào)道了第一例“可視化狗”，但其數(shù)據(jù)不完整，沒有四肢部分的結(jié)構(gòu)，而且圖像不精細(xì)。2005年9月，重慶理工大學(xué)、第三軍醫(yī)大學(xué)和重慶市畜牧科學(xué)研究院共同完成了世界第一例“數(shù)字可視化豬”數(shù)據(jù)集的采集工作，圖像質(zhì)量比較高，能夠清晰顯示內(nèi)部結(jié)構(gòu)[1]。2014年，連國(guó)云[2]采集完成了“數(shù)字化新西蘭兔”的數(shù)據(jù)集。但是對(duì)于家畜解剖學(xué)重點(diǎn)講授的牛、馬等大家畜，還沒有虛擬解剖數(shù)據(jù)集的報(bào)道。主要原因是牛、馬的體型比較龐大，采用數(shù)字人運(yùn)用的冷凍銑削設(shè)備無法完成銑削，牛、馬等動(dòng)物只能采用其他方法建立三維模型，雖然這些模型不如冰銑削得到的數(shù)據(jù)精確，但是仍然能夠在家畜解剖學(xué)教學(xué)中發(fā)揮巨大作用。蘇楊生[3]等報(bào)道了通過3D Max軟件建立了牛的椎骨模型，并建立了交互程序，學(xué)生可隨時(shí)隨地進(jìn)入程序觀察解剖標(biāo)本。張蕾[4]等采用Photoscan軟件對(duì)動(dòng)物頭骨進(jìn)行了三維重建。付大鵬等[5]采用三維激光掃描儀獲得了動(dòng)物股骨的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)行三維重建，得到了股骨的三維模型。以上研究成果為虛擬仿真技術(shù)在家畜解剖學(xué)中的應(yīng)用提供了思路和教學(xué)資源。

4.虛擬仿真技術(shù)在家畜解剖學(xué)的應(yīng)用前景

虛擬仿真技術(shù)在家畜解剖學(xué)及相關(guān)專業(yè)有著非常廣闊的應(yīng)用前景。三維模型能夠形象清晰地展示動(dòng)物的解剖結(jié)構(gòu)和器官的相互位置關(guān)系。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)⒗碚撌谡n中教師采用圖片、照片等素材難以描述清楚的概念、結(jié)構(gòu)給學(xué)生以感性認(rèn)識(shí)，能夠加深學(xué)生的理解程度，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和記憶。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)⒊橄蟮慕Y(jié)構(gòu)變具體，使枯燥的概念形象生動(dòng)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，突破傳統(tǒng)解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)空間和時(shí)間的限制，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)自由地學(xué)習(xí)，方便自學(xué)。綜上所述，虛擬仿真技術(shù)能夠?qū)⒓倚蠼馄蕦W(xué)的抽象教學(xué)內(nèi)容形象地展示出來，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生由被動(dòng)接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，極大增強(qiáng)家畜解剖學(xué)教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]張建勛，徐凱，邱宗國(guó).世界首個(gè)三維可視化的數(shù)字豬.重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，（03）：69-73.

[2]連國(guó)云.數(shù)字化新西蘭家兔的三維結(jié)構(gòu)重建研究.計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2014，（12）：24-26.

[3]蘇楊生，宋斯偉，李穎，等.牛骨骼模型三維數(shù)字化重建.黑龍江畜牧獸醫(yī)，2015，（09）：249-250.

[4]張蕾.動(dòng)物骨骼三維重建的探索.四川文物，2014，（06）：81-83.

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隨著經(jīng)濟(jì)的全球化與信息的社會(huì)化，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)由傳統(tǒng)的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)化為技術(shù)含量的競(jìng)爭(zhēng)，高科技產(chǎn)品成為市場(chǎng)的主流，創(chuàng)新成為企業(yè)發(fā)展的靈魂。為了適應(yīng)新的市場(chǎng)變化，企業(yè)必須以最快的上市速度、最好的質(zhì)量、最低的成本和最優(yōu)的服務(wù)來滿足不同用戶的需求。面對(duì)不可預(yù)測(cè)、持續(xù)發(fā)展、快速多變的市場(chǎng)需求，企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)必須具有高度的柔性，對(duì)市場(chǎng)需求的變化做出快速反應(yīng)。為此，探索新的設(shè)計(jì)制造方法是企業(yè)生存的最重要手段。

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，出現(xiàn)了一些先進(jìn)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造技術(shù)的發(fā)展方向就是不斷吸收現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造技術(shù)的數(shù)字化、功能化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。虛擬技術(shù)已成為當(dāng)今最活躍的制造業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)，它的發(fā)展，促進(jìn)了虛擬制造(VitrualManufacturing)的形成和發(fā)展，為機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工、分析以及生產(chǎn)的組織和管理提供了一個(gè)虛擬的仿真環(huán)境，從而在計(jì)算機(jī)上“組織”和“實(shí)現(xiàn)”生產(chǎn)，在實(shí)際投產(chǎn)前對(duì)產(chǎn)品的可制造性等方面進(jìn)行評(píng)估，保證一次成功生產(chǎn)，從而降低生產(chǎn)成本，減少上市時(shí)間，快速響應(yīng)市場(chǎng)，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力。

1虛擬制造的內(nèi)涵及其分類

1.1虛擬制造的內(nèi)涵

隨著制造業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)制造的內(nèi)涵也有了全新的、更全面的認(rèn)識(shí)。制造是指按照市場(chǎng)需求，運(yùn)用知識(shí)和技能、借助工具、采用有效的方法、將原材料轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品并投放市場(chǎng)的全過程。虛擬制造(VitrulaManufacturingVM)是指利用計(jì)算機(jī)模型和仿真來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的技術(shù)，它以信息技術(shù)、仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和高性能的計(jì)算機(jī)、高速網(wǎng)絡(luò)為支持，在計(jì)算機(jī)上群組協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗(yàn)以及企業(yè)各級(jí)過程管理與控制等產(chǎn)品制造的本質(zhì)過程?！疤摂M制造”雖不是實(shí)際的制造，但卻實(shí)現(xiàn)實(shí)際制造的本質(zhì)過程，它在產(chǎn)品設(shè)計(jì)或制造系統(tǒng)的物理實(shí)現(xiàn)之前，就能通過模型來模擬和預(yù)估未來產(chǎn)品的形態(tài)、功能、性能以及可加工性等方面可能存在的問題，從而可以做出前瞻性的決策和優(yōu)化實(shí)施方案，從而使制造技術(shù)發(fā)展到全方位預(yù)報(bào)階段。虛擬制造是實(shí)際制造在計(jì)算機(jī)上的本質(zhì)實(shí)現(xiàn)，它是各種計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)面向產(chǎn)品全生命周期的集成化綜合運(yùn)用。

實(shí)際制造具有對(duì)物質(zhì)、信息、能源進(jìn)行轉(zhuǎn)換的功能，即投人原材料、生產(chǎn)、信息、電力等能源，制造出所需的產(chǎn)品及與產(chǎn)品相關(guān)的信息。虛擬制造是將實(shí)際生產(chǎn)中的“物質(zhì)”和“能源”信息化，針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)中的信息及被信息化的“物質(zhì)”和“能源”實(shí)現(xiàn)與實(shí)際生產(chǎn)在信息上的等價(jià)交換，虛擬制造雖然沒有制造出實(shí)際產(chǎn)品，但卻生成了有關(guān)產(chǎn)品的信息以及制造產(chǎn)品所需的信息。

1.2虛擬制造的分類

虛擬制造既涉及到與產(chǎn)品開發(fā)制造有關(guān)的活動(dòng)，又包含與企業(yè)組織經(jīng)營(yíng)有關(guān)的管理活動(dòng)。根據(jù)所涉及的范圍及工程活動(dòng)類型，可將虛擬制造分為三類：以設(shè)計(jì)為核心的虛擬制造；以生產(chǎn)為核心的虛擬制造；以控制為核心的虛擬制造。

1）.以設(shè)計(jì)為核心的虛擬制造。以設(shè)計(jì)為核心的虛擬制造將制造信息引人設(shè)計(jì)過程，利用仿真來優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，從而在設(shè)計(jì)階段就可以對(duì)零件甚至整機(jī)進(jìn)行可制造性分析，包括加工工藝分析、熱力學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)以及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析等。主要解決“設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品是什么樣”的問題，以便對(duì)產(chǎn)品各方面性能進(jìn)行仿真與評(píng)估；

2）.以生產(chǎn)為核心的虛擬制造。以生產(chǎn)為核心的虛擬制造將仿真技術(shù)溶人生產(chǎn)過程模型，以此來評(píng)估和優(yōu)化生產(chǎn)過程，以低費(fèi)用快速評(píng)價(jià)不同的工藝方案、資源需求計(jì)劃、生產(chǎn)計(jì)劃等。主要解決“這樣組織生產(chǎn)是否合理”的問題，以便對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真，對(duì)各個(gè)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行評(píng)估；

3）.以控制為核心的虛擬制造。以控制為核心的虛擬制造將仿真技術(shù)加到控制模型和實(shí)際處理中，實(shí)現(xiàn)基于仿真的最優(yōu)控制。充分利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能將傳統(tǒng)的各種控制儀表、檢測(cè)儀表的功能數(shù)字化，對(duì)生產(chǎn)線的優(yōu)化等生產(chǎn)組織和管理活動(dòng)進(jìn)行仿真。主要解決“如何去控制”的問題。

2虛擬制造的特點(diǎn)

與實(shí)際制造相比，虛擬制造具有其本身的特點(diǎn)：

1）.虛擬性。虛擬制造不是真實(shí)的制造過程，不生產(chǎn)實(shí)際的產(chǎn)品、不消耗真實(shí)的材料與能源，是通過數(shù)字化手段來對(duì)真實(shí)制造過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬以實(shí)現(xiàn)制造的本質(zhì)過程；

2）.基于數(shù)字化模型的集成。虛擬制造過程依賴于模型，涉及到的模型有產(chǎn)品模型、過程模型、活動(dòng)模型和資源模型。通過這些數(shù)字化模型在計(jì)算機(jī)上的集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試、裝配等操作，而不再做對(duì)傳統(tǒng)的原型樣機(jī)的反復(fù)修改；

3）.支持敏捷制造。由于整個(gè)過程的信息存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)，能夠根據(jù)用戶需求或市場(chǎng)的變化快速改型設(shè)計(jì)，快速投人生產(chǎn)，能夠大幅度壓縮開發(fā)新產(chǎn)品的時(shí)間、提高質(zhì)量、降低成本；

4）.分布合作。借助于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，虛擬制造可使分不在不同地點(diǎn)、不同部門的不同專業(yè)人員對(duì)同一個(gè)產(chǎn)品模型同時(shí)工作，相互交流，實(shí)現(xiàn)信息共享，減少大量文檔生成及其傳遞的時(shí)間和誤差，從而使產(chǎn)品開發(fā)更快捷、優(yōu)質(zhì)、低耗地響應(yīng)市場(chǎng)變化；

5）.仿真結(jié)果的高可信度。虛擬制造就是通過模型的驗(yàn)證、效驗(yàn)等仿真技術(shù)來檢測(cè)設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品或制訂出的生產(chǎn)規(guī)劃，使得產(chǎn)品開發(fā)或生產(chǎn)組織一次成功，所以它能真實(shí)地反應(yīng)實(shí)際對(duì)象。

3虛擬制造的關(guān)鍵支撐技術(shù)

虛擬制造借助于虛擬環(huán)境中獲取的各種信息，集成和綜合了可運(yùn)行制造的環(huán)境，用來改善從裝配產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)到動(dòng)態(tài)仿真的各個(gè)階段。虛擬制造技術(shù)涉及面很廣，如環(huán)境構(gòu)成技術(shù)、過程特征抽取、集成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)、制造特征數(shù)據(jù)集成、多學(xué)科交叉功能、決策支持工具、接口技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、建模與仿真技術(shù)等。其中后三項(xiàng)是虛擬制造的核心技術(shù)。

3.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualRealityVR)技術(shù)是美國(guó)JaronLanier于1989年首次提出的，該技術(shù)的內(nèi)涵是由計(jì)算機(jī)直接把視覺、聽覺和觸覺等多種信息合成，并提示給人的感覺器官，在人的周圍生成一個(gè)三維的虛擬環(huán)境。從而把人、現(xiàn)實(shí)世界和虛擬空間結(jié)合起來，融為一體，相互間進(jìn)行信息的交流和反饋。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或由它構(gòu)建的系統(tǒng)，最重要的特征在于沉浸感(Immersion)，交互性(Interaction)和構(gòu)想性(Imagination)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)綜合利用計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)、各種顯示和控制等接口設(shè)備，在計(jì)算機(jī)上生成可交互的三維虛擬環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(VRS)由人機(jī)接口、軟件技術(shù)、虛擬實(shí)現(xiàn)的計(jì)算平臺(tái)等部分組成。利用VRS可以對(duì)真實(shí)世界進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，通過用戶的交互輸人，并及時(shí)按輸出修改虛擬環(huán)境，使人產(chǎn)生身臨其境的沉浸感覺。

3.2建模技術(shù)

虛擬制造系統(tǒng)是現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)在虛擬環(huán)境下的映射，是現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)的模型化、形式化和計(jì)算機(jī)化的抽象描述和表示。虛擬制造系統(tǒng)的建模包括生產(chǎn)模型、產(chǎn)品模型和工藝模型。

(1)生產(chǎn)模型?？蓺w納為靜態(tài)描述和動(dòng)態(tài)描述兩個(gè)方面。靜態(tài)描述是對(duì)系統(tǒng)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)特性的描述，給出產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的可能性；動(dòng)態(tài)描述是對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為和狀態(tài)的描述，進(jìn)而預(yù)測(cè)產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程；

(2)產(chǎn)品模型。產(chǎn)品模型是制造過程中，各類實(shí)體對(duì)象模型的集合。對(duì)虛擬制造系統(tǒng)來說，要使產(chǎn)品實(shí)施過程中的全部活動(dòng)集成，就必須具有完備的產(chǎn)品模型，即產(chǎn)品模型描述的信息既包含產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品形狀特征等靜態(tài)信息，還包含能夠進(jìn)行干涉檢查，各項(xiàng)性能分析等方面的動(dòng)態(tài)信息，是能夠通過映射、抽象等方法提取產(chǎn)品實(shí)施中各活動(dòng)所需所有信息的模型；

(3)工藝模型。將工藝參數(shù)與影響制造功能的產(chǎn)品設(shè)計(jì)屬性聯(lián)系起來，以反應(yīng)生產(chǎn)模型與產(chǎn)品模型之間的交互作用。工藝模型必須具備以下功能：計(jì)算機(jī)工藝仿真、制造數(shù)據(jù)表、制造規(guī)劃、統(tǒng)計(jì)模型以及物理和數(shù)學(xué)模型。

3.3仿真技術(shù)

仿真就是應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)經(jīng)過抽象和簡(jiǎn)化形成系統(tǒng)模型，然后在分析的基礎(chǔ)上運(yùn)行此模型，從而得到系統(tǒng)一系列的統(tǒng)計(jì)性能。由于仿真是以系統(tǒng)模型為對(duì)象的研究方法，借助于計(jì)算機(jī)的快速運(yùn)算能力，可以用很短時(shí)間模擬實(shí)際生產(chǎn)中需要很長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)周期，因而可以縮短決策時(shí)間，避免資金、人力和時(shí)間的浪費(fèi)，并可重復(fù)仿真，優(yōu)化實(shí)施方案。

仿真的基本步驟為：研究系統(tǒng)、收集數(shù)據(jù)一建立系統(tǒng)模型*確定仿真算法*建立仿真模型神運(yùn)行仿真模型*輸出結(jié)果并分析。虛擬制造系統(tǒng)中的產(chǎn)品開發(fā)涉及到產(chǎn)品建模仿真、設(shè)計(jì)過程規(guī)劃仿真、實(shí)際生產(chǎn)過程行為仿真、裝配過程仿真、檢驗(yàn)過程仿真等，以便對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程早期反饋，減少或避免產(chǎn)品設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。

4虛擬制造技術(shù)的現(xiàn)狀分析

盡管虛擬制造技術(shù)近年來在國(guó)際上取得了迅速的發(fā)展，但是目前還缺乏從產(chǎn)品設(shè)計(jì)全過程的高度開展虛擬制造的研究，集中體現(xiàn)在以下方面。

4.1基于集成的數(shù)字化產(chǎn)品模型技術(shù)尚處于概念階段

(1)CAD模型中的產(chǎn)品信息含量太低。CAD模型是在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中形成的，很多信息(幾何的非幾何的)需要記錄在其中，它是重要的數(shù)據(jù)源。在虛擬制造中，很多分析模型需要從CAD模型中提取相應(yīng)信息。然而目前的CAD模型主要是從幾何實(shí)體的角度描述產(chǎn)品，遠(yuǎn)不能全面的描述產(chǎn)品，能夠提供的共享信息太少；

(2)現(xiàn)有的CAD模型無法支持產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)。產(chǎn)品的全新設(shè)計(jì)要經(jīng)過概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品工藝規(guī)劃及制造幾個(gè)過程，而CAD模型只支持產(chǎn)品的詳細(xì)設(shè)計(jì)；

(3)缺乏良好的產(chǎn)品信息重用機(jī)制。由于目前各應(yīng)用軟件間的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換主要是通過專用的數(shù)據(jù)接口來實(shí)現(xiàn)，這種轉(zhuǎn)換也是同一問題數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單映射，無法實(shí)現(xiàn)模型間數(shù)據(jù)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換和衍生，無疑增加了虛擬制造產(chǎn)品開發(fā)的復(fù)雜性。

4.2產(chǎn)品創(chuàng)新支持工具尚不充分

(1)缺少創(chuàng)新設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)。產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)是一門綜合性科學(xué)，需要新技術(shù)、新材料、新工藝的支持。虛擬制造的環(huán)境為創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了很好的運(yùn)行機(jī)制，但是還需進(jìn)一步組織開發(fā)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的支持系統(tǒng)；

(2)缺乏將知識(shí)與虛擬制造結(jié)合的工具。知識(shí)可以創(chuàng)造革新產(chǎn)品和新技術(shù)，產(chǎn)品創(chuàng)新注重知識(shí)。但是由于知識(shí)表達(dá)與組織的復(fù)雜性與重要性，如何將其與虛擬制造的數(shù)字化產(chǎn)品結(jié)合起來是一個(gè)有待解決的難題；

(3)缺少交互式外形設(shè)計(jì)技術(shù)與虛擬制造的集成工具。

目前，虛擬制造被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的產(chǎn)品創(chuàng)新技術(shù)。如何解決將有關(guān)產(chǎn)品整體定位、外觀設(shè)計(jì)的交互式外形設(shè)計(jì)技術(shù)引人到產(chǎn)品虛擬制造中并與之有機(jī)地集成起來尚需進(jìn)一步研究。

4.3產(chǎn)品數(shù)字化技術(shù)

(1)基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)與其他軟件的集成問題。產(chǎn)品數(shù)字化的核心是PDM技術(shù)的應(yīng)用，目前，出現(xiàn)了各種版本的PDM軟件，但是缺乏標(biāo)準(zhǔn)，由此造成了PDM軟件與其他應(yīng)用系統(tǒng)的集成問題。在虛擬環(huán)境下，各專業(yè)、各部門人員基于同一產(chǎn)品模型協(xié)同工作，必須解決PDM與其他應(yīng)用軟件的集成；

(2)虛擬產(chǎn)品開發(fā)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)組織體系。虛擬產(chǎn)品開發(fā)方式生成的產(chǎn)品數(shù)字樣機(jī)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹既要反映產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的構(gòu)造層次結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品的裝配順序，還要反映生產(chǎn)流程，制造部門可以直接根據(jù)產(chǎn)品數(shù)字樣機(jī)進(jìn)行制造。因此，研究適合虛擬產(chǎn)品開發(fā)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)組織體系是切實(shí)必要的；

(3)與數(shù)字化產(chǎn)品模型相關(guān)數(shù)據(jù)的組織和管理。

產(chǎn)品的數(shù)字化包括建立產(chǎn)品的數(shù)字模型及其相關(guān)的性能指標(biāo)，包括結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析、熱力學(xué)分析的結(jié)果，為產(chǎn)品的定型提供理論依據(jù)，并對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行改造。如何有效地解決數(shù)據(jù)的組織和管理，使之有效地適合虛擬制造的需要是目前研究的熱點(diǎn)。

4.4制造過程仿真建模方法和技術(shù)

基于物理模型的制造過程仿真技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但建模方法與建模技術(shù)仍未有突破性進(jìn)展。

(1)虛擬加工工具有待完善。目前已有很多商品化軟件可以進(jìn)行“可加工性”評(píng)價(jià)，但虛擬制造還需研究開發(fā)大量的虛擬加工分析工具，如具有切削力分析功能的加工過程仿真系統(tǒng)等；

(2)虛擬裝配的基礎(chǔ)理論研究。虛擬制造對(duì)虛擬配中的公差分析與綜合技術(shù)還缺乏理論基礎(chǔ)，在模型的生成以及對(duì)ISO公差標(biāo)準(zhǔn)、形位公差的支持方面還存在很多問題，迫切需要解決；

(3)裝配工藝規(guī)劃的進(jìn)一步研究。目前基于虛擬裝配工藝規(guī)劃的研究存在很大的局限性，主要是指:僅考慮沿坐標(biāo)軸方向的平移，裝配運(yùn)動(dòng)方式過于簡(jiǎn)單；偏重于幾何計(jì)算，工程語(yǔ)意知識(shí)的利用有待加強(qiáng)；裝配順序的選擇標(biāo)準(zhǔn)不夠廣泛和統(tǒng)一；

(4)虛擬測(cè)試技術(shù)研究。虛擬測(cè)試是成功運(yùn)用“虛擬產(chǎn)品開發(fā)”技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是必不可少的。當(dāng)所有環(huán)節(jié)計(jì)算機(jī)化后，測(cè)試和效驗(yàn)環(huán)節(jié)就成為影響效率的重要因素。

篇3

【關(guān)鍵詞】三維虛擬仿真；高等職業(yè)教育；實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)

The Researching in The Three-dimensional Virtual Simulation Technology Applied in Higher Vocational Education Teaching

ABSTRACT：This paper expounds the three-dimensional virtual simulation technology application in each industry，analysis of the virtual simulation technology in higher vocational teaching in urgent need and application prospect，the three-dimensional virtual simulation technology application in higher vocational teaching existing problems，put forward recommendations.

KEY WORDS：Three-dimensional virtual simulation；Higher vocational teaching；Experiment and Practice

1.前言

三維虛擬仿真技術(shù)在國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家得到非常重視，在教育、科學(xué)研究、工業(yè)、交通、軍事、航空等領(lǐng)域得到大量的開發(fā)和應(yīng)用。韓國(guó)三星公司早已采用仿真虛擬技術(shù)在其網(wǎng)站上進(jìn)行新產(chǎn)品展示；英國(guó)陸虎汽車也采用了人性化的仿真虛擬技術(shù)向客戶提供模擬車型體驗(yàn)；雪佛蘭樂馳品牌的官方網(wǎng)站上提供了該車型生動(dòng)有趣的360?虛擬體驗(yàn)窗口；美國(guó)先靈葆雅公司出品的抗過敏藥開瑞坦在廣告中將三維虛擬技術(shù)應(yīng)用于廣告人物形象。

在我國(guó)，三維虛擬仿真技術(shù)也正在蓬勃發(fā)展。在這領(lǐng)域做出杰出貢獻(xiàn)的單位代表有中視典數(shù)字科技有限公司和上海景格汽車科技有限公司。中視典數(shù)字科技有限公司于2002年注冊(cè)于深圳高新技術(shù)園區(qū)，先后研發(fā)的產(chǎn)品有：虛擬現(xiàn)實(shí)編輯器、三維網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、工業(yè)仿真平臺(tái)等。這些虛擬仿真軟件能夠滿足不同領(lǐng)域不同層次對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的需求。上海景格汽車科技有限公司，是近幾年新崛起的一家專業(yè)從事多媒體仿真系統(tǒng)、教學(xué)軟件開發(fā)等業(yè)務(wù)的高科技企業(yè)。該公司自主研發(fā)的數(shù)字化汽車實(shí)訓(xùn)中心具有強(qiáng)大的三維仿真虛擬功能。

綜上所述，三維虛擬仿真技術(shù)已廣泛應(yīng)用于教育教學(xué)培訓(xùn)及實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)、軍事訓(xùn)練及軍事仿真演習(xí)、商業(yè)產(chǎn)品介紹及廣告宣傳等各行業(yè)。然而，三維虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于教育教學(xué)的情況尚處于自發(fā)的狀態(tài)，尚未形成完善的、良性循環(huán)的、自覺開發(fā)和應(yīng)用的體制，尤其在高等職業(yè)教育方面的應(yīng)用，更是存在著許多問題。

因此，開展三維虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于高職教學(xué)的研究，便顯得迫在眉睫以及具有深遠(yuǎn)的意義。

2.高職教育的現(xiàn)狀突出顯示了實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備不足的問題

高等職業(yè)教育的現(xiàn)狀突出顯示了實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備不足的問題。這問題從以下兩方面進(jìn)行闡述。

（1）高等職業(yè)教育的辦學(xué)定位，決定了在人才培養(yǎng)過程中，需要大量的與社會(huì)生產(chǎn)實(shí)際相符的實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

高等職業(yè)教育是國(guó)民教育體系中高等教育的一種類型和層次，是和高等本科教育不同類型不同層次的高等教育。高等職業(yè)教育的人才培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理與服務(wù)一線的高等技術(shù)應(yīng)用型人才，培養(yǎng)模式為“以能力為中心”，強(qiáng)調(diào)職業(yè)性和適應(yīng)性。這種辦學(xué)定位具有以下幾個(gè)特征：以培養(yǎng)適應(yīng)生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)第一線需要的高等技術(shù)應(yīng)用型人才為根本任務(wù)；以社會(huì)需求為目標(biāo)、技術(shù)應(yīng)用能力的培養(yǎng)為主線設(shè)計(jì)教學(xué)體系和培養(yǎng)方案；以“應(yīng)用”為主旨構(gòu)建課程和教學(xué)內(nèi)容體系，基礎(chǔ)理論教學(xué)以應(yīng)用為目的，以“必需、夠用”為度；專業(yè)課加強(qiáng)針對(duì)性和實(shí)用性；實(shí)踐教學(xué)的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力，在教學(xué)計(jì)劃中占有較大比例。

高等職業(yè)教育的辦學(xué)定位決定了在人才培養(yǎng)過程中，需要大量的與社會(huì)生產(chǎn)實(shí)際相符的實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

（2）高等職業(yè)教育辦學(xué)規(guī)模及在校學(xué)生總數(shù)的大幅擴(kuò)大，迫切需要與之配套的大量實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

1995年深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院的創(chuàng)辦，標(biāo)志著中國(guó)高等職業(yè)教育的起步。十多年，我國(guó)高等職業(yè)教育實(shí)現(xiàn)了跨越式的發(fā)展。如今高職教育已迅猛發(fā)展成為中國(guó)高等教育的“半壁江山”。近這兩三年，我國(guó)高等職業(yè)院校在數(shù)量上已基本穩(wěn)定，在辦學(xué)規(guī)模方面，許多院校正在加快擴(kuò)大發(fā)展，然而辦學(xué)規(guī)模及在校學(xué)生總數(shù)的大幅擴(kuò)大，給辦學(xué)條件帶來很大的壓力。尤其突出的是實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的不足與在校學(xué)生快速增長(zhǎng)的矛盾。

3.三維虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于高職教學(xué)的分析

高等職業(yè)教育的辦學(xué)定位及發(fā)展現(xiàn)狀，迫切需要與之配套的大量實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，然而，這些設(shè)備大多數(shù)都是比較昂貴，高等職業(yè)院校的辦學(xué)經(jīng)費(fèi)相當(dāng)有限，能在這方面的投入更是不足。如何更好地解決實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備不足的問題，成為當(dāng)今高等職業(yè)教育最關(guān)心的問題之一。

三維虛擬仿真技術(shù)是一種采用以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技手段生成逼真的視、聽、可操控性一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設(shè)備（鼠標(biāo)、方向盤等外部配件）以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行交互作用、相互影響，從而產(chǎn)生親臨真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)。

三維虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于高職教學(xué)的方案是應(yīng)用三維虛擬仿真技術(shù)開發(fā)出實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的仿真系統(tǒng)，將該仿真系統(tǒng)安裝在許多計(jì)算機(jī)上，讓學(xué)生在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真操作實(shí)訓(xùn)，待熟練后再安排少量時(shí)間到真實(shí)設(shè)備上進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。該教學(xué)解決方案主要優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為：

1）仿真系統(tǒng)運(yùn)行操作平臺(tái)是計(jì)算機(jī)，不受場(chǎng)地限制。

2）仿真系統(tǒng)表現(xiàn)效果更為優(yōu)美、逼真，具有很強(qiáng)的交互性，走進(jìn)三維虛擬仿真中的虛擬環(huán)境，恰如身臨其境。

3）大多數(shù)真實(shí)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備比個(gè)人計(jì)算機(jī)昂貴。該教學(xué)解決方案可以做到每個(gè)學(xué)生使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行獨(dú)立操作實(shí)訓(xùn)，對(duì)于給每一個(gè)學(xué)生購(gòu)買一臺(tái)真實(shí)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，將大幅減少經(jīng)費(fèi)的投入。

4）該教學(xué)解決方案，可做到每個(gè)學(xué)生使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行獨(dú)立操作實(shí)訓(xùn)，教師可進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)教學(xué)，提高了教學(xué)效率。

5）該教學(xué)解決方案，相對(duì)于學(xué)生一開始就直接到真實(shí)的設(shè)備上進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，大幅降低了危險(xiǎn)性以及設(shè)備損耗率。

三維虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于高等職業(yè)教育，就教學(xué)效率、技術(shù)先進(jìn)性、資源利用、經(jīng)濟(jì)投入、節(jié)能環(huán)保方面，順應(yīng)國(guó)家關(guān)于職業(yè)教育的發(fā)展方向及職業(yè)教學(xué)理念，在整個(gè)教學(xué)過程貫穿了數(shù)字化教學(xué)方法，使學(xué)校教學(xué)資源充分利用。三維虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于高等職業(yè)教育，有諸多優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)，可以大幅減少真實(shí)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的投入，能夠很好地解決高職教育中實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備不足的問題。

4.三維虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于高職教學(xué)的成功案例

筆者工作所在單位廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，我校的豐田花冠A245E自動(dòng)變速器實(shí)訓(xùn)設(shè)備只有5臺(tái)，隨著我校汽車類專業(yè)的發(fā)展擴(kuò)大，花冠A245E自動(dòng)變速器實(shí)訓(xùn)設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了教學(xué)及實(shí)訓(xùn)的需要。教師通過科研立項(xiàng)研發(fā)了豐田花冠A245E自動(dòng)變速器的三維虛擬仿真模型，以軟件的形式展現(xiàn)，安裝在計(jì)算機(jī)上。有了該項(xiàng)目的仿真模型，改變了原來整個(gè)班學(xué)生圍觀在少數(shù)設(shè)備旁聽教師講解原理及檢修過程的教學(xué)模式，形成了一人一臺(tái)計(jì)算機(jī)，教師可進(jìn)行廣播教學(xué)的新模式，提高了教學(xué)質(zhì)量；同時(shí)，實(shí)訓(xùn)教學(xué)時(shí)可以讓學(xué)生先在計(jì)算機(jī)上像玩電腦游戲似的進(jìn)行仿真操作，待操作熟練時(shí)再到實(shí)物上進(jìn)行，這樣可大幅降低設(shè)備的損耗率，提高了學(xué)生進(jìn)行實(shí)訓(xùn)操作的興趣，而且可以很大程度上解決了汽車類專業(yè)的快速發(fā)展與實(shí)訓(xùn)設(shè)備不足的矛盾。

5.三維虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于高職教育存在的問題及解決辦法

三維虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于高等職業(yè)教育，有諸多優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)，然而，三維虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于高等職業(yè)教育教學(xué)的情況尚處于自發(fā)的狀態(tài)，存在著許多問題。

（1）就單獨(dú)一所高等職業(yè)院校而言，可供應(yīng)用于教學(xué)的三維虛擬仿真軟件非常稀少，因此，三維虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于高職教學(xué)雖好，但無法在許多課程中普及。

（2）高等職業(yè)院校內(nèi)部，尚未形成能夠調(diào)動(dòng)教師隊(duì)伍積極參與開發(fā)和應(yīng)用三維虛擬仿真技術(shù)的體制。

針對(duì)三維虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于高等職業(yè)教育存在的上述問題，提出擬解決問題的幾點(diǎn)建議：

（1）相關(guān)教育主管部門建立一個(gè)全國(guó)性的三維虛擬仿真軟件共享平臺(tái)，同時(shí)建立相應(yīng)的管理制度，讓每個(gè)高校都積極地貢獻(xiàn)出自己學(xué)校開發(fā)出的三維虛擬仿真軟件到該共享平臺(tái)，同時(shí)，每個(gè)高校可根據(jù)自己的貢獻(xiàn)大小或通過付費(fèi)的方式獲得一定的分享權(quán)限，即相當(dāng)于參考“中國(guó)知網(wǎng)（http：///）”的運(yùn)營(yíng)模式來組織一個(gè)三維虛擬仿真軟件共享平臺(tái)，這樣我們就有了一個(gè)永不枯竭的三維虛擬仿真軟件庫(kù)。

（2）對(duì)于高校內(nèi)部，學(xué)?？芍贫ㄒ幌盗械囊?guī)章制度及獎(jiǎng)勵(lì)制度，促進(jìn)教師隊(duì)伍開發(fā)和應(yīng)用三維虛擬仿真技術(shù)軟件，如鼓勵(lì)教師進(jìn)行三維虛擬仿真軟件開發(fā)方面的科研立項(xiàng)以及給予相應(yīng)的經(jīng)費(fèi)支持；將三維虛擬仿真軟件開發(fā)和應(yīng)用作為職稱評(píng)聘的條件之一。從而，學(xué)校內(nèi)部在三維虛擬仿真技術(shù)方面形成了良性循環(huán)的、自覺開發(fā)和應(yīng)用的體制。

6.結(jié)論

三維虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于高等職業(yè)教育，有諸多優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)，可以大幅減少真實(shí)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的投入，能夠很好地解決高職教育中實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備不足的問題。然而，三維虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于高職教育教學(xué)的情況尚處于自發(fā)的狀態(tài)，尚未形成完善的、良性循環(huán)的、自覺開發(fā)和應(yīng)用的體制。因此，呼吁相關(guān)教育主管部門建立一個(gè)全國(guó)性的三維虛擬仿真軟件共享平臺(tái)，形成“眾人拾柴火焰高”的領(lǐng)域；同時(shí)，對(duì)于高校內(nèi)部，學(xué)?？芍贫ㄒ幌盗械囊?guī)章制度及獎(jiǎng)勵(lì)制度，促進(jìn)教師隊(duì)伍開發(fā)和應(yīng)用三維虛擬仿真技術(shù)軟件。從而，全社會(huì)在三維虛擬仿真技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用方面，形成“百花齊放”人人共享的良性循環(huán)的局面。

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作者簡(jiǎn)介：

鄭軍龍（1978—），男，壯族，廣西南寧人，碩士，講師，主要從事汽車運(yùn)用領(lǐng)域的科研和教學(xué)工作。

羅黎（1981—），男，廣西羅城人，工程碩士，講師，廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與信息工程系教師，主要研究方向：汽車電子控制系統(tǒng)。

篇4

關(guān)鍵詞：民用飛機(jī) 數(shù)字技術(shù) 競(jìng)爭(zhēng)

中圖分類號(hào)：V2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）05（b）-0092-02

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了民用飛機(jī)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。目前，飛機(jī)的制造過程實(shí)際就是利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)建立數(shù)學(xué)模型、進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真、設(shè)計(jì)定義產(chǎn)品，再根據(jù)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)定義，加工處理等，從而構(gòu)建出真實(shí)的飛機(jī)實(shí)物產(chǎn)品。近來幾年，數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)在民用飛機(jī)制造業(yè)中已得到廣泛應(yīng)用，根據(jù)飛機(jī)行業(yè)中日益加劇的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)可以了解，若想民用飛機(jī)在設(shè)計(jì)制造中處于先導(dǎo)地位，就需要建立數(shù)字化的應(yīng)用設(shè)計(jì)平臺(tái)，建設(shè)滿足適合飛機(jī)研制需求的數(shù)字化環(huán)境。該文中筆者介紹了民用飛機(jī)制造設(shè)計(jì)數(shù)字化的概念，采用先進(jìn)的制造設(shè)計(jì)技術(shù)和數(shù)字化的管理理念，根據(jù)自身發(fā)展特點(diǎn)，制造有競(jìng)爭(zhēng)的產(chǎn)品，提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。

1 數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的定義

數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造是在虛擬顯示、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、快速原形、數(shù)據(jù)庫(kù)和多媒體支撐技術(shù)的支持下，根據(jù)用戶的需求，迅速收集資源信息，對(duì)產(chǎn)品信息、工藝信息和資源信息進(jìn)行分析、規(guī)劃和重組，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和功能的仿真和原形制造，進(jìn)而快速生產(chǎn)出達(dá)到用戶要求性能的產(chǎn)品的整個(gè)制造過程。其實(shí)際就是建立數(shù)字化的設(shè)計(jì)空間模型，從而完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造工作。在民用飛機(jī)行業(yè)的設(shè)計(jì)制造中，將計(jì)算機(jī)技術(shù)、制造設(shè)計(jì)技術(shù)、信息管理技術(shù)不斷融合發(fā)展，建立數(shù)字化的環(huán)境是現(xiàn)代行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

民航企業(yè)采用數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)提高發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)力，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)信息的基礎(chǔ)之上，利用數(shù)據(jù)庫(kù)的廣泛應(yīng)用平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)的制造設(shè)計(jì)。在激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，在民用飛機(jī)行業(yè)的發(fā)展中力求搭建以科學(xué)技術(shù)為主體，以提高飛機(jī)設(shè)計(jì)、制造、管理、售后服務(wù)需求為目標(biāo)的綜合全面的數(shù)字化管理流程，建立數(shù)字化的設(shè)計(jì)制造體系，從而使民航企業(yè)在發(fā)展中實(shí)現(xiàn)真正意義上的數(shù)字化。

2 數(shù)字化技術(shù)在飛機(jī)制造中的問題分析

2.1 數(shù)字化設(shè)計(jì)與模擬仿真在應(yīng)用中的問題

數(shù)字化設(shè)計(jì)與模擬仿真在飛機(jī)開發(fā)研究中需要從產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)就著手使用，同時(shí)要貫穿整個(gè)工作流程，如工藝規(guī)劃、設(shè)計(jì)及工裝設(shè)計(jì)等過程。但是目前發(fā)現(xiàn)許多運(yùn)用時(shí)間的錯(cuò)誤問題，在飛機(jī)的研制過程中出現(xiàn)了產(chǎn)品之間、工裝產(chǎn)品間的協(xié)調(diào)作業(yè)，忽略了在設(shè)計(jì)初期采用數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真的重要性，從而誘導(dǎo)了該狀況的發(fā)生。

同時(shí)，在數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真的應(yīng)用中也存在參與人員的問題。對(duì)于數(shù)字化設(shè)計(jì)與模擬仿真的工作人員存在局限性，不應(yīng)該只將工藝設(shè)計(jì)人員作為限定目標(biāo)，要擴(kuò)大人員應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)人員與現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工人的全面參與，提高數(shù)字化技術(shù)的實(shí)用效果。

目前，在民用飛機(jī)的研制技術(shù)中，國(guó)外一般采用產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)人員集中協(xié)調(diào)合作方式的工作流程，在改善工作方式的同時(shí)還節(jié)約了飛機(jī)研制時(shí)間。在國(guó)內(nèi)飛機(jī)行業(yè)的發(fā)展中，要改善合作方式中的問題，從國(guó)外發(fā)展中汲取經(jīng)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)，為自身行業(yè)的快速完善發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。另外，數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)本身也存在一定的缺陷。

目前，民用飛機(jī)使用的是索尼公司生產(chǎn)的DELMIA軟件，它本身就存在技術(shù)上的缺陷，如，它無法真正實(shí)現(xiàn)重力仿真，在仿真中三維軟件都是懸空存在的；在模擬仿真時(shí)，不能客觀的反映鈑金器件的柔韌性。所以，在采用DELMIA軟件仿真后，仍要對(duì)存在的缺陷進(jìn)行分析判斷，減少設(shè)計(jì)中的誤差錯(cuò)誤。

在數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)的應(yīng)用中缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)要求，只是根據(jù)工作人員的工作經(jīng)驗(yàn)及產(chǎn)品的詳細(xì)程度來判定仿真細(xì)節(jié)，結(jié)果參差不齊，影響了模擬驗(yàn)證的權(quán)威性。所以，要制定標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范體制，按照標(biāo)準(zhǔn)，從建模開始，統(tǒng)一執(zhí)行。

2.2 數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真使用系統(tǒng)中的問題

數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真的使用系統(tǒng)面向的用戶面比較廣泛且個(gè)體之間差異較大，容易造成使用效果間的差異化。所以，在擴(kuò)大數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)使用范圍的同時(shí)，要合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)界面，安排適當(dāng)?shù)墓ぷ髋嘤?xùn)，提高數(shù)字化設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)的全面性、實(shí)用性。

2.3 缺少對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的及時(shí)采集和反饋

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與反饋可以為工作的開展提供便利的條件，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)進(jìn)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，制定合理的生產(chǎn)計(jì)劃，合理安排生產(chǎn)進(jìn)度。但是，目前民用飛機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中缺乏該種功能，不能很好的實(shí)現(xiàn)作業(yè)完工進(jìn)程的數(shù)據(jù)采集。

數(shù)字化的管理系統(tǒng)軟件還沒得到普及應(yīng)用，一般民航企業(yè)都存在紙質(zhì)的數(shù)據(jù)報(bào)表，缺乏對(duì)產(chǎn)品測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的采集分析。目前很多測(cè)量設(shè)備均可直接生產(chǎn)表格，將其輸入應(yīng)用系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的永久保存、為今后有效的控制質(zhì)量及安排生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。

3 數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的特點(diǎn)分析

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)研制方法主要包括概念設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)計(jì)三個(gè)階段，并且各個(gè)階段都需要設(shè)計(jì)繪制模型，工作人員按照制作的樣機(jī)對(duì)飛機(jī)及內(nèi)部配置進(jìn)行準(zhǔn)確詳細(xì)的設(shè)計(jì)，主要表現(xiàn)為串行模式。然而在數(shù)字化的設(shè)計(jì)與制造環(huán)境下，模線的繪制以及實(shí)物樣機(jī)均可由數(shù)字化的形式及樣機(jī)取代，表現(xiàn)為并行模式的研制過程，促進(jìn)了各學(xué)科之間的交錯(cuò)融合，將業(yè)務(wù)過程作為工作核心，實(shí)現(xiàn)了跨地域、多企業(yè)化的動(dòng)態(tài)研制。利用連通的互聯(lián)網(wǎng)信息使分散的制造商之間加強(qiáng)了技術(shù)的溝通交流，互相協(xié)調(diào)合作，交換相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)民用飛機(jī)設(shè)計(jì)制造中數(shù)據(jù)、人員設(shè)備及時(shí)間等資源的共享。

隨著數(shù)字化科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，各行業(yè)中實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化與先進(jìn)技術(shù)的融合交錯(cuò)。在民用飛機(jī)的發(fā)展制造過程中同樣存在這種融合技術(shù)，它充分發(fā)揮了當(dāng)前先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，改善了企業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益。

4 數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)在民用飛機(jī)設(shè)計(jì)制造中的發(fā)展構(gòu)想

4.1 加深對(duì)數(shù)字化設(shè)計(jì)仿真技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用

在民用飛機(jī)的開發(fā)研究過程中引入數(shù)字化設(shè)計(jì)仿真技術(shù)。從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研制工作開始，利用并行的工作運(yùn)行模式，使各部門設(shè)計(jì)人員相互合作，利用數(shù)字化的工作設(shè)計(jì)研究平臺(tái)，提升產(chǎn)品的開發(fā)研制質(zhì)量。同時(shí)要建立相互集成的軟件系統(tǒng)平臺(tái)。單一的DELMIA軟件只能將可視化的設(shè)計(jì)信息表現(xiàn)為信息孤島。如果在產(chǎn)品研制過程中，利用相互集成的系統(tǒng)不僅可以改觀這一情況，還能夠?qū)ELMIA軟件與PDM軟件相互集成，通過直接的保存與調(diào)用，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字資料的及時(shí)性和有效性；將DELMIA與CAPP相互集成，可以實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的文本處理功能，提高了系統(tǒng)的實(shí)用性。

4.2 建立數(shù)字化的組織管理體系

采用數(shù)字化的系統(tǒng)組織管理平臺(tái)，利用新型的管理方式，設(shè)置專業(yè)的管理團(tuán)隊(duì)，全面有效的利用各部門間的資源投資；采用產(chǎn)業(yè)鏈條的結(jié)構(gòu)形式利用數(shù)字化的信息平臺(tái)技術(shù)實(shí)現(xiàn)各企業(yè)間的連通協(xié)作，實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)供應(yīng)商的管理工作；在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研制過程中，要適時(shí)地對(duì)項(xiàng)目工作進(jìn)行監(jiān)督審查，改變傳統(tǒng)的管理模式，實(shí)現(xiàn)制造商與使用商在項(xiàng)目實(shí)施初期的良好溝通，組成專業(yè)的項(xiàng)目管理小組，及時(shí)解決項(xiàng)目實(shí)施中的問題，為飛機(jī)的技術(shù)研制提供良好的技術(shù)支持，縮短工程周期，提高工作效率，利用低價(jià)的成本實(shí)現(xiàn)高額的經(jīng)濟(jì)效益。

4.3 提高系統(tǒng)的實(shí)用價(jià)值

民航企業(yè)面向的客戶比較廣泛且不同客戶對(duì)工藝文件的格式與審簽流程也不盡相同，根據(jù)這一情況，民航企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)要采用靈活的應(yīng)用系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)文件格式及審簽工作的自定義化，從而滿足廣大客戶的需求；在管理系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)物料資源的條碼管理，降低資源的勞動(dòng)力度，盡量避免人工操作帶來的錯(cuò)誤；同時(shí)要設(shè)置人性化的管理界面，實(shí)現(xiàn)人人可以上手操作，使系統(tǒng)的功能特點(diǎn)得到充分發(fā)揮。

4.4 根據(jù)工作性質(zhì)，設(shè)置不同的數(shù)字化網(wǎng)頁(yè)

全球范圍的飛機(jī)設(shè)計(jì)與制造人員表現(xiàn)為一種分布式的協(xié)作關(guān)系，數(shù)字化的信息平臺(tái)根據(jù)關(guān)系等級(jí)的不同，分別授予不同的操作權(quán)限，分屬于不同的操作設(shè)計(jì)界面，實(shí)現(xiàn)相關(guān)的設(shè)計(jì)制造，對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行數(shù)字化操控，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)的改進(jìn)。截止目前為止，我國(guó)在飛機(jī)設(shè)計(jì)與制造業(yè)的發(fā)展中均實(shí)現(xiàn)了自身的特色發(fā)展，例如，沈飛的鈦合金結(jié)構(gòu)及成飛的鋁合金等。對(duì)機(jī)制造發(fā)展的目標(biāo)是在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上，建立一個(gè)虛擬化的數(shù)字化設(shè)計(jì)制造平臺(tái)，使飛機(jī)制造商之間通過網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)實(shí)現(xiàn)完美的相互協(xié)作、技術(shù)溝通交流等工作。同時(shí)，制造廠商也可以不受地理區(qū)域的限制，利用自身的權(quán)限主動(dòng)訪問虛擬飛機(jī)。同樣作為合作伙伴的供應(yīng)商也享有一定的權(quán)限，利用數(shù)字化信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各企業(yè)的信息資源共享。利用數(shù)字化開放式的信息技術(shù)平臺(tái)，可以有效及時(shí)的滿足合作伙伴的資源需求，提升了工作進(jìn)程及工作效率。

4.5 民用飛機(jī)適航要求下的數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)研制平臺(tái)

民用飛機(jī)的研制開發(fā)要滿足適航管理的要求，在保障安全的同時(shí)也要維護(hù)大眾的整體利益。在信息技術(shù)及資源共享的技術(shù)環(huán)境下，改變傳統(tǒng)的研制模式，建立數(shù)字化的設(shè)計(jì)研制平臺(tái)，為民航企業(yè)在制造業(yè)的發(fā)展中獲得了良好的競(jìng)爭(zhēng)力。

同時(shí)，在利用數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)的發(fā)展中也要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有資源的充分利用，綜合聯(lián)系未來發(fā)展因素，實(shí)現(xiàn)清晰明了的數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)的層次結(jié)構(gòu)。在基于WEB的發(fā)展環(huán)境要求下，結(jié)合WEB的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)間的合作聯(lián)系，建立一個(gè)系統(tǒng)的數(shù)字化研制平臺(tái)，建立全面的數(shù)據(jù)資源結(jié)構(gòu)，將數(shù)據(jù)按要求分類、分別管理、進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與審查全面提高信息資源的管理力度。綜合考慮項(xiàng)目中的各個(gè)工作環(huán)節(jié)，確保數(shù)字化研制平臺(tái)的全面參與。

4.6 以優(yōu)質(zhì)的服務(wù)質(zhì)量贏得發(fā)展市場(chǎng)

在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展環(huán)境的影響下，各企業(yè)的發(fā)展都存在一定程度上的不確定性。為了穩(wěn)定企業(yè)在發(fā)展中的堅(jiān)固地位，力求建立全能的公司企業(yè)。在民航企業(yè)的發(fā)展中，輔助服務(wù)市場(chǎng)在民用飛機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展中占有很大比重，擁有廣闊的發(fā)展前景。所以，在民航企業(yè)發(fā)展中，要建立健全的服務(wù)體系和完善的服務(wù)流程結(jié)構(gòu)，以此提高民航企業(yè)在發(fā)展中的競(jìng)爭(zhēng)力。優(yōu)質(zhì)的服務(wù)質(zhì)量是贏得市場(chǎng)發(fā)展的前提，所以，售前要做到優(yōu)質(zhì)的服務(wù)質(zhì)量，售后要做到細(xì)致入微。做到專業(yè)迅速，及時(shí)處理解決服務(wù)問題，工作人員要盡自身最大限度降低產(chǎn)品給客戶帶來的損失。

5 數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)在民航企業(yè)制造業(yè)中發(fā)展的預(yù)期效果

目前，三維數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用在民用飛機(jī)設(shè)計(jì)制造業(yè)中。數(shù)字化的設(shè)計(jì)技術(shù)減輕了設(shè)計(jì)工程師的工作負(fù)擔(dān)、提高了工作效率，利用仿真得到的真實(shí)模型，方便了工程師對(duì)后期工作的處理設(shè)計(jì)，提高了工作質(zhì)量；利用數(shù)字化的樣機(jī)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了零件結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，同時(shí)改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造模式，縮短了研制周期，降低了費(fèi)用成本。數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)為民用飛機(jī)設(shè)計(jì)制造資源計(jì)劃系統(tǒng)的實(shí)施提供了便利條件，為資源計(jì)劃的實(shí)施提供了實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。在激烈的社會(huì)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，由于網(wǎng)絡(luò)資源的擴(kuò)展，供應(yīng)鏈也逐漸形成了一種新的網(wǎng)鏈模式，利用數(shù)字化的設(shè)計(jì)技術(shù)提高了供應(yīng)商之間的運(yùn)作效率。從數(shù)字化的真實(shí)模型可以了解客戶的需求，加強(qiáng)了客戶與制造商的互動(dòng)聯(lián)系，根據(jù)用戶需求，制造設(shè)計(jì)出符合客戶要求的產(chǎn)品，提高客戶的滿意程度。

6 結(jié)語(yǔ)

在航空制造業(yè)的發(fā)展中競(jìng)爭(zhēng)力的提高主要受時(shí)間、成本、質(zhì)量及服務(wù)四個(gè)因素的影響，并且它們已成為航空航天領(lǐng)域各企業(yè)發(fā)展的追求目標(biāo)。數(shù)字化的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)為航空制造業(yè)的發(fā)展帶來了革命性的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，在高規(guī)格的質(zhì)量要求下縮短了研制周期、在低成本的基礎(chǔ)上提高了產(chǎn)品質(zhì)量，達(dá)到了客戶的滿意程度，加快了企業(yè)發(fā)展的進(jìn)程。在利用數(shù)字化的設(shè)計(jì)技術(shù)的同時(shí)，還要綜合采用系統(tǒng)的數(shù)字管理體系，對(duì)民航企業(yè)進(jìn)行整體的技術(shù)變革，領(lǐng)導(dǎo)者要高瞻遠(yuǎn)矚，建立專業(yè)的工作團(tuán)隊(duì)，從而全面提高企業(yè)在行業(yè)中的競(jìng)爭(zhēng)力。

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篇5

關(guān)鍵詞：船舶；虛擬仿真技術(shù)；建造評(píng)估；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）08-0084-02

1 船舶虛擬仿真技術(shù)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

在船舶工業(yè)里面對(duì)虛擬仿真技術(shù)加以應(yīng)用，能使敏捷造船、并行工程以及數(shù)字化造船得以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)它也是我國(guó)傳統(tǒng)造船模式轉(zhuǎn)向現(xiàn)代化的重要環(huán)節(jié)之一。對(duì)虛擬仿真技術(shù)加以運(yùn)用，在建造船舶之前，工程師可在虛擬環(huán)境下對(duì)船舶的建造過程進(jìn)行仿真，從而改進(jìn)和評(píng)價(jià)船舶的工藝與設(shè)計(jì)，這樣便于指導(dǎo)船廠進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)作業(yè)。在船舶行業(yè)里運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，能使生產(chǎn)效率得到提升，降低生產(chǎn)成本，使建筑周期縮短，從而為我國(guó)船舶行業(yè)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

船舶的建造評(píng)估和設(shè)計(jì)可以使先前工藝或前期設(shè)計(jì)導(dǎo)致的工程修改得以消除，進(jìn)而對(duì)船舶企業(yè)的成本、質(zhì)量以及生產(chǎn)效率產(chǎn)生直接的影響?，F(xiàn)如今，許多國(guó)家正在開展以虛擬仿真評(píng)估和數(shù)字化描述相結(jié)合的船舶虛擬制造、設(shè)計(jì)仿真技術(shù)的應(yīng)用研究，并且在船舶建造中也應(yīng)用了多種仿真評(píng)估軟件，而且其研制水平和效率還在近年來得到了大幅提升，包括我國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家都正在尋求提升研制質(zhì)量、節(jié)省研制費(fèi)用、縮短研制時(shí)間的新方式。

挪威UD公司作為船舶設(shè)計(jì)的佼佼者，現(xiàn)如今，他們?cè)趯?duì)新船型進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，全都會(huì)對(duì)三維模型加以利用，然后在虛擬環(huán)境下綜合評(píng)價(jià)鉆井船的設(shè)備布局、布置、外觀等，分析虛擬船舶水動(dòng)力，對(duì)虛擬評(píng)估進(jìn)行分段劃分，并仿真船舶的作業(yè)過程。

自20世紀(jì)90年代一來，我國(guó)開始對(duì)各種先進(jìn)的仿真技術(shù)加以研究，并開展大規(guī)模系統(tǒng)仿真。但將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在海洋和船舶領(lǐng)域的起步還比較晚，現(xiàn)如今，其工作最主要集中在初步實(shí)施和理論研究的應(yīng)用階段，此外，國(guó)內(nèi)的船舶研究所也開發(fā)有虛擬仿真的軟件系統(tǒng)和硬件平臺(tái)。

2 將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在船舶的建造評(píng)估中

此項(xiàng)技術(shù)通過對(duì)虛擬實(shí)體模型加以利用，來實(shí)現(xiàn)評(píng)估船舶建造過程的目的，包含船舶生產(chǎn)工藝規(guī)劃、操作順序驗(yàn)證、生產(chǎn)系統(tǒng)創(chuàng)建。它能支持船舶生產(chǎn)管理、機(jī)器人仿真、人機(jī)功效分析、作業(yè)時(shí)間測(cè)定、工藝規(guī)劃與驗(yàn)證等的內(nèi)容。

2.1 在建造前期的論證評(píng)估中運(yùn)用

船舶建造的內(nèi)容之一便是根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)力布局要求以及實(shí)際能力，對(duì)船舶企業(yè)的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和發(fā)展條件加以研究，對(duì)船舶企業(yè)的發(fā)展方向和規(guī)模進(jìn)行預(yù)測(cè)和論證，將企業(yè)建設(shè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)擬定出來。在建造船舶的前期對(duì)生產(chǎn)規(guī)劃進(jìn)行論證評(píng)估是一項(xiàng)綜合性非常強(qiáng)的工作，這個(gè)過程需要對(duì)企業(yè)多方面信息進(jìn)行分析。此項(xiàng)技術(shù)可用于對(duì)當(dāng)前企業(yè)環(huán)境、生產(chǎn)規(guī)模以及結(jié)構(gòu)分布進(jìn)行虛擬，并由設(shè)計(jì)人員在虛擬中模擬各種設(shè)想，經(jīng)由分析信息數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)各種設(shè)想利弊進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)其可行性加以論證，這就包括環(huán)境影響、船型選擇、生態(tài)保護(hù)、現(xiàn)狀分析等工作。此項(xiàng)技術(shù)為船舶的建造前期論證提供了論證方式和技術(shù)手段。

2.2 在建造方案的設(shè)計(jì)評(píng)估中運(yùn)用

船舶建造方案通過設(shè)計(jì)人員將各種想法不斷形象法和概念法，同時(shí)用相應(yīng)生產(chǎn)手段加以表達(dá)出來，這個(gè)過程需要對(duì)前后進(jìn)行參照，在設(shè)計(jì)方案時(shí)，要求方案的初步設(shè)計(jì)和深入設(shè)計(jì)必須具有交互性。對(duì)虛擬仿真技術(shù)所具備的交互性和真實(shí)性特征加以利用，可用于對(duì)三維空間進(jìn)行虛擬，從而使設(shè)計(jì)人員可以對(duì)他們的設(shè)計(jì)思想進(jìn)行更精確的表達(dá)。例如，由中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán)研究所開發(fā)出來的虛擬仿真評(píng)估系統(tǒng)。通過對(duì)不同總組方案的比較，將船舶的建造設(shè)計(jì)思維在虛擬環(huán)境里展現(xiàn)出來，讓設(shè)計(jì)人員可直觀的對(duì)其進(jìn)行評(píng)析，通過對(duì)方案生產(chǎn)環(huán)境、結(jié)構(gòu)布局的協(xié)調(diào)性進(jìn)行觀測(cè)并比較，可對(duì)設(shè)計(jì)思維進(jìn)行修改完善。對(duì)虛擬三維空間加以利用，進(jìn)而為生產(chǎn)方案在場(chǎng)地位置設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)調(diào)整、生產(chǎn)布局選擇、結(jié)構(gòu)調(diào)整等方面提供依據(jù)，從而使后續(xù)生產(chǎn)過程可以更為合理。

2.3 在生產(chǎn)方案的比較中運(yùn)用

此技術(shù)所創(chuàng)建的環(huán)境為三維虛擬環(huán)境，它可對(duì)構(gòu)建環(huán)境進(jìn)行全方位展示，并且通過虛擬現(xiàn)狀，讓建造方案可以更加真實(shí)。此技術(shù)可以讓建造方案在表現(xiàn)上突破原有平面、靜態(tài)的模式，讓建造人員的思想可以更形象和直觀的呈現(xiàn)在操作者面前，使規(guī)劃方案與操作者之間能有更強(qiáng)的交互性，從而對(duì)多人員多層次協(xié)調(diào)參與船舶的建造有利。

可通過許多途徑來實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)需要達(dá)到的目標(biāo)，而這當(dāng)中必不可少的一環(huán)便是方案比較。虛擬仿真技術(shù)為方案比較提供了一個(gè)更為有效和方便的應(yīng)用工具。在進(jìn)行方案比較時(shí)，可在船舶建造的虛擬系統(tǒng)中對(duì)生產(chǎn)方案加以直接使用，讓設(shè)計(jì)方案可以在虛擬三維空間里得到體現(xiàn)。對(duì)試用不同的方案，并考察其對(duì)生產(chǎn)環(huán)境所形成的影響，對(duì)各生產(chǎn)要素不同的設(shè)想進(jìn)行評(píng)價(jià)比較，并進(jìn)行不同方案的實(shí)時(shí)切換，然后在同一建造序列和生產(chǎn)項(xiàng)目中感受不同的生產(chǎn)效果，從而對(duì)設(shè)計(jì)合理性加以判斷。與此同時(shí)，還可運(yùn)用技術(shù)手段量化分析比較方案中的具體指標(biāo)，從而使船舶生產(chǎn)方案能更加合理。例如，運(yùn)用SPD-V3.2設(shè)計(jì)軟件虛擬布置機(jī)艙管路的結(jié)構(gòu)方案。在評(píng)估方案的基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)艙管路設(shè)計(jì)合理性以及工藝合理性進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)而將設(shè)計(jì)中存在的缺陷找出，從而使生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)返工率得以降低。

2.4 在建造過程中運(yùn)用

在建造船舶時(shí)，對(duì)虛擬仿真評(píng)估技術(shù)加以利用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶建造方案實(shí)施效果進(jìn)行先期檢驗(yàn)，也就是看其能否達(dá)到環(huán)境、生產(chǎn)的最佳綜合效益，并在實(shí)施中不斷選擇和修改，最終幫助決策者來決定后續(xù)的生產(chǎn)方案。比如，可通過虛擬仿真技術(shù)將某虛擬方案和船舶生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，進(jìn)而將建造方案實(shí)施狀況予以真實(shí)展現(xiàn)，從而使由于方案欠缺而造成的效益損失狀況得以減少。此外，此技術(shù)還能對(duì)溫度、噪音等不可見現(xiàn)象進(jìn)行模擬，從而達(dá)到檢測(cè)影響船舶生產(chǎn)各因素的目的。

3 船舶虛擬仿真的評(píng)估應(yīng)用實(shí)現(xiàn)現(xiàn)存問題

①虛擬仿真技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用。作為船舶建造領(lǐng)域極為重要的技術(shù)，虛擬仿真技術(shù)一定要與建造技術(shù)規(guī)范、規(guī)定等相符。但由當(dāng)前情況可知，因?yàn)榇敖ㄔ鞓?biāo)準(zhǔn)化問題尚未解決，為保障虛擬軟件商的軟件獨(dú)立性，使得軟件系統(tǒng)之間存在較差的兼容性，要想使仿真成果的協(xié)調(diào)和共享得以實(shí)現(xiàn)，就必須對(duì)仿真技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化問題加以研究。通過對(duì)同一設(shè)計(jì)平臺(tái)的開發(fā)，使協(xié)同平臺(tái)集成效率得到提升，從而在更大范圍上實(shí)現(xiàn)信息的共享和設(shè)計(jì)的協(xié)同。

②改進(jìn)建造設(shè)計(jì)技術(shù)。在傳統(tǒng)船舶的設(shè)計(jì)中絕大部分平面結(jié)構(gòu)圖的表達(dá)方式為二維表達(dá)，最近幾年開始引進(jìn)三維技術(shù)，從而形成了三維與二維相結(jié)合的建造技術(shù)模式。但在我國(guó)，由于虛擬仿真技術(shù)欠缺完善化和標(biāo)準(zhǔn)化的仿真軟件作為載體，假如能將生產(chǎn)技術(shù)改為規(guī)范化的三維表達(dá)和設(shè)計(jì)模式，將會(huì)對(duì)此技術(shù)在生產(chǎn)設(shè)計(jì)中的進(jìn)一步應(yīng)用有利。

③生產(chǎn)設(shè)計(jì)習(xí)慣與傳統(tǒng)觀念問題。因?yàn)榇隧?xiàng)技術(shù)尚且處在推廣使用期，現(xiàn)如今設(shè)計(jì)人員對(duì)此技術(shù)的認(rèn)識(shí)尚且不足，并且傳統(tǒng)觀念并未隨著技術(shù)進(jìn)步而有所改進(jìn)。絕大部分船舶企業(yè)在此項(xiàng)技術(shù)上尚且停留在演示層次，并未認(rèn)識(shí)到此項(xiàng)技術(shù)的深層效用。此外，由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)習(xí)慣對(duì)新方法的使用形成了一定制約作用，要想在短時(shí)間內(nèi)改變此種設(shè)計(jì)習(xí)慣還有一定難度。對(duì)此技術(shù)進(jìn)行及時(shí)的開發(fā)利用，對(duì)此技術(shù)的三維平臺(tái)設(shè)計(jì)平臺(tái)加以搭建，將對(duì)培養(yǎng)設(shè)計(jì)人員普及性有利。

④虛擬仿真技術(shù)有待完善。因?yàn)榇隧?xiàng)技術(shù)自身存在一定局限性，使得此技術(shù)在船舶設(shè)計(jì)某些場(chǎng)合中的應(yīng)用尚且存在一定難度。比如，對(duì)建造方案在構(gòu)思期的表達(dá)模糊性問題以及修改實(shí)時(shí)性問題，建立標(biāo)準(zhǔn)化的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系統(tǒng)、建立預(yù)測(cè)分析模型等問題上依舊存在一定的技術(shù)障礙。

⑤船舶行業(yè)中虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用效果不顯著。此項(xiàng)技術(shù)的開發(fā)需要投入大量資金和尖端設(shè)備。盡管此項(xiàng)技術(shù)在研究船舶生產(chǎn)作業(yè)形式和建造方案上屬于高科技手段，但由于開發(fā)此項(xiàng)軟件產(chǎn)品的價(jià)格確實(shí)相當(dāng)昂貴，并且其系統(tǒng)兼容性也比較差，現(xiàn)如今，國(guó)內(nèi)對(duì)此系統(tǒng)的應(yīng)用還多半依賴于進(jìn)口提供，因?yàn)槟壳拔覈?guó)的科研院無法對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行全面配置，在各高校也無法運(yùn)用多系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)學(xué)員的全面培訓(xùn)，導(dǎo)致此項(xiàng)技術(shù)在船舶行業(yè)中并不能取得很好的應(yīng)用效果，這也是實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)技術(shù)在船舶設(shè)計(jì)中應(yīng)用的一個(gè)難點(diǎn)。

要想使上述問題得到解決，極為重要的一點(diǎn)便是全面應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)，在軟件開發(fā)公司的作用下，開發(fā)具有普及型的仿真技術(shù)軟件是非常必要的，同時(shí)需要科研院和相關(guān)院校合作，對(duì)此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模的培訓(xùn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

因?yàn)樵趪?guó)內(nèi)的船舶生產(chǎn)評(píng)估過程中應(yīng)用虛擬仿真評(píng)估技術(shù)尚屬起步階段，并且在國(guó)外也并無標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用模式可供借鑒，再加上國(guó)內(nèi)造船現(xiàn)狀有別于國(guó)外，此外，由于船舶虛擬仿真的評(píng)估技術(shù)是伴隨船舶制造工藝以及技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的，所以，它的研究工作、虛擬維修、新工藝等許多方面還有待完善和改進(jìn)?，F(xiàn)如今，集成化仿真已經(jīng)成為船舶制造的發(fā)展方向，此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用也已經(jīng)成為船舶制造模式最為關(guān)鍵性的技術(shù)，并且已經(jīng)變成船舶制造能力得到提升的手段之一，此外，在船舶企業(yè)中應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)，將會(huì)為企業(yè)進(jìn)一步的發(fā)展提供技術(shù)支撐。

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篇6

【關(guān)鍵詞】 金屬結(jié)構(gòu) 焊接工藝 計(jì)算機(jī)技術(shù) 應(yīng)用范圍

1 引言

近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速度發(fā)展，社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民日常生活都隨之發(fā)生著巨大的改變。在金屬結(jié)構(gòu)焊接領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)技術(shù)以極快的速度向焊接科研、生產(chǎn)、管理等領(lǐng)域不斷滲透，在焊接過程控制、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造、焊接工藝管理、焊接自動(dòng)化控制、焊接數(shù)值模擬、焊接質(zhì)量預(yù)測(cè)等方面，都得到了極大的應(yīng)用，為提高焊接工藝技術(shù)和焊接質(zhì)量創(chuàng)造了平臺(tái)基礎(chǔ)。

2 計(jì)算機(jī)技術(shù)在焊接設(shè)備中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)技術(shù)與焊接設(shè)備的融合出現(xiàn)了數(shù)字化焊接設(shè)備，早期的數(shù)字化焊接設(shè)備大多采用單片機(jī)、DSP等數(shù)字芯片進(jìn)行，可以很方便利和通訊接口，實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與數(shù)字化焊機(jī)、數(shù)字化焊機(jī)與機(jī)器人等之間的通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化焊機(jī)內(nèi)部送絲機(jī)、水冷裝置、焊槍的數(shù)字化控制，提供更高的控制精度和更好的兼容性能。自1998年奧地利Fronius全數(shù)字化焊機(jī)進(jìn)入市場(chǎng)以來，新型數(shù)字化焊機(jī)的研究成為了國(guó)內(nèi)外焊接工作者的主要研究領(lǐng)域，經(jīng)過十余年的發(fā)展，數(shù)字化焊機(jī)在人機(jī)交互系統(tǒng)方面得到了深入的開發(fā)。但是，我國(guó)國(guó)內(nèi)數(shù)字化焊機(jī)的研究還入于起步階段，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的新型數(shù)字化焊機(jī)，其性能和功能同國(guó)外先進(jìn)焊機(jī)相比還有較大的差距。據(jù)資料顯示，目前日本擁有兩百余萬臺(tái)數(shù)字焊接機(jī)器人，被廣泛應(yīng)用于汽車制造、航空制造、建筑結(jié)構(gòu)等各個(gè)領(lǐng)域，大幅提高了焊接質(zhì)量和焊接效率，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起著至關(guān)重要的作用。

3 節(jié)能高效焊接工藝及自動(dòng)化技術(shù)

隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷成熟，自動(dòng)化焊接技術(shù)得到了巨大的發(fā)展，在焊接領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家焊接自動(dòng)化率已經(jīng)超過80%，而我國(guó)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，在今后十年，將是我國(guó)自動(dòng)化焊接技術(shù)高速發(fā)展的十年。在三峽工程、船舶工程、航天工程、西氣東輸工程等國(guó)家大型基礎(chǔ)工程的金屬結(jié)構(gòu)焊接領(lǐng)域，焊接自動(dòng)化技術(shù)得到了有效的應(yīng)用，并推動(dòng)了我國(guó)金屬結(jié)構(gòu)焊接領(lǐng)域向“高效、自動(dòng)化、智能化”發(fā)展的速度。熔化極氣體保護(hù)焊取代了傳統(tǒng)手工電弧焊成為金屬結(jié)構(gòu)焊接主流，高效、節(jié)能的自動(dòng)化智能型逆變焊機(jī)使焊機(jī)操作更為簡(jiǎn)單，在提高焊接質(zhì)量的同時(shí)，并有效的減少了操作人員。目前，金屬結(jié)構(gòu)焊接自動(dòng)化研究領(lǐng)域，正著重于焊接過程控制系統(tǒng)的智能化、焊接柔性化技術(shù)、焊接電源動(dòng)感特性等方面，焊接操作正由“技藝”向“科學(xué)”迅速演彎。

4 虛擬焊接模擬仿真技術(shù)

焊接是金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域最為廣泛的材料連接方式之一，在我國(guó)應(yīng)用極為廣泛，但在我國(guó)金屬結(jié)構(gòu)焊接領(lǐng)域，還存在許多落后的焊接工藝，虛擬焊接模仿仿真技術(shù)在金屬結(jié)構(gòu)焊接領(lǐng)域的應(yīng)用，利用計(jì)算機(jī)對(duì)焊接數(shù)值進(jìn)行模擬仿真，有效的對(duì)傳統(tǒng)焊接工藝進(jìn)行了改進(jìn)，加速了我國(guó)焊接信息化與工業(yè)化融合的進(jìn)程。目前，焊接工藝的仿真，主要采用計(jì)算機(jī)技術(shù)和有限元數(shù)值模擬，對(duì)焊接溫度場(chǎng)、殘余應(yīng)力、焊縫變形等各方面的參數(shù)進(jìn)行模擬，尋找出優(yōu)化焊接工藝的參數(shù)，包括如焊接材料、夾具條件、溫控、焊接流程等參數(shù)，為改善焊接部件制造，提高焊接質(zhì)量，優(yōu)化焊接流程等提供科學(xué)依據(jù)。目前，虛擬焊接模擬仿真主要集中在焊接溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬、焊接金屬學(xué)和物理過程的模擬、焊接應(yīng)力與變形的數(shù)值模擬、焊接接頭的力學(xué)行為和性能的數(shù)值模擬、焊縫質(zhì)量評(píng)估的數(shù)值模擬、具體焊接工藝的數(shù)值模擬等幾個(gè)方面。

5 焊接質(zhì)量預(yù)測(cè)與監(jiān)控技術(shù)

隨著金屬結(jié)構(gòu)焊接領(lǐng)域向大型化、高參數(shù)方向發(fā)展，以及低合金高強(qiáng)鋼、中高合金鋼等金屬材料的廣泛應(yīng)用，對(duì)焊接質(zhì)量的要求越來越高。傳統(tǒng)的焊接質(zhì)量檢測(cè)都是通過對(duì)焊后產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)來保證焊接質(zhì)量，這種檢測(cè)方法需要進(jìn)行大量的重復(fù)性試驗(yàn)，造成人力、物力的浪費(fèi)。計(jì)算機(jī)技術(shù)的深入應(yīng)用，包括熱彈塑性有限元模型預(yù)測(cè)技術(shù)、固有應(yīng)變法預(yù)測(cè)技術(shù)、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)技、基于數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的預(yù)測(cè)技術(shù)，為焊接變形和殘余應(yīng)力的預(yù)測(cè)、焊接接頭組織性能的預(yù)測(cè)、焊接裂紋的預(yù)測(cè)和診斷提供了有效的途徑。

在焊接質(zhì)量監(jiān)控方面，早在上世紀(jì)九十年代，世界先進(jìn)工業(yè)國(guó)家就開始將電弧傳感器、視覺傳感器等同新的控制策略相結(jié)合，在焊接生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)了焊接過程質(zhì)量的在線監(jiān)測(cè)，相對(duì)來說，國(guó)內(nèi)在焊接過程質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)方面的還處于研究階段。目前，焊接過程質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)主要是通過力學(xué)質(zhì)量信息采集法、聲光質(zhì)量信息采集法、焊接過程電參量信號(hào)采集法、視覺質(zhì)量信息采集法等方法，來實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接過程質(zhì)量的在線采集，并通過基于圖像處理算法的質(zhì)量評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)瞬時(shí)的焊接條件和工藝參數(shù)，如接縫裝配情況、焊縫成形、位置領(lǐng)頭、熔透程度、焊接缺陷等進(jìn)行反饋，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接質(zhì)量的在線監(jiān)控。

6 結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算機(jī)技術(shù)在金屬結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的應(yīng)用，除了改變了傳統(tǒng)的焊接設(shè)備、提高了焊接工藝和自動(dòng)化能力、有效的實(shí)現(xiàn)了焊接質(zhì)量的預(yù)測(cè)與在線監(jiān)控、有效的初現(xiàn)了焊接工藝的數(shù)字模擬仿真外，在材料連接工藝的優(yōu)化、焊接工程應(yīng)用管理、焊接資料數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等方面，都得到了極大的應(yīng)用，使現(xiàn)代焊接技術(shù)不斷向信息化和智能化方向發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 田愛芬、鄧軍平、邵水源，《基于知識(shí)庫(kù)的焊接式藝設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)》[J]，西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2006.2

[2] 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)，《2011年全國(guó)計(jì)算機(jī)輔助焊接工程學(xué)術(shù)研討會(huì)報(bào)告》[J]，中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)，2011.8

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汽車被動(dòng)安全指的是汽車在不可避免發(fā)生交通事故之后對(duì)于車內(nèi)人員的保護(hù)作用，或者在發(fā)生車禍之后降低車內(nèi)人員所受的損失[2]。為了提高汽車被動(dòng)安全性能就需要進(jìn)行大量的碰撞試驗(yàn)，但是利用實(shí)車進(jìn)行試驗(yàn)的話會(huì)使得研究成本增大，那么就可以利用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法，即在不利用實(shí)車進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的情況下來進(jìn)行汽車被動(dòng)安全實(shí)驗(yàn)，這樣就可以顯著的節(jié)省實(shí)驗(yàn)成本，當(dāng)模擬實(shí)驗(yàn)做到一定程度之后就可以利用實(shí)車進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用實(shí)際情況來檢驗(yàn)汽車被動(dòng)安全性能，由此可見計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法對(duì)于汽車設(shè)計(jì)有非常重要的作用。

二、基于MATLAB/Simulink的仿真技術(shù)

MATLAB/Simulink仿真技術(shù)在汽車工程中的應(yīng)用主要是預(yù)測(cè)汽車的性能、能量消耗以及車輛零部件的效率，這對(duì)于汽車工程有著非常重要的作用。該仿真技術(shù)可以完整的模擬汽車運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)以及邏輯結(jié)構(gòu)，這對(duì)于車輛控制器的開發(fā)與測(cè)試有著較大的作用。利用該仿真技術(shù)還可以根據(jù)實(shí)際情況搭建，便于調(diào)整，使得仿真結(jié)果輸出結(jié)構(gòu)更加直觀[3]。仿真過程中信息的流動(dòng)分為前向仿真和后向仿真兩類，前向仿真的數(shù)據(jù)流方向與實(shí)際系統(tǒng)的能量流動(dòng)方向相同，即以駕駛員的需求目標(biāo)作為仿真的起點(diǎn)，這樣便可以真實(shí)的反應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。后向仿真循環(huán)的數(shù)據(jù)流方向與實(shí)際系統(tǒng)的能量流動(dòng)方向相反，能夠反映系統(tǒng)的靜態(tài)特性，后向仿真循環(huán)常用于設(shè)計(jì)階段的能量控制策略。

三、硬件在環(huán)仿真分析

硬件在環(huán)仿真最初是應(yīng)用在結(jié)構(gòu)復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)和測(cè)試上，即用數(shù)學(xué)模型來描述一部分的仿真系統(tǒng)，然后利用虛擬運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行逼真的模擬，其最大的特點(diǎn)就是實(shí)時(shí)性。硬件在環(huán)仿真分析可以充分的發(fā)揮物理仿真以及數(shù)學(xué)仿真的優(yōu)點(diǎn)，避免了物理仿真與數(shù)學(xué)仿真的缺點(diǎn)，而且硬件在環(huán)仿真分析能夠在沒有車的情況下對(duì)于整車或者車部件進(jìn)行仿真，這樣就可以對(duì)各個(gè)部件的組合進(jìn)行較好的評(píng)價(jià)，使得汽車的結(jié)構(gòu)更加合理[4]。硬件在環(huán)仿真分析不僅能夠縮短汽車的開發(fā)周期，而且在車輛測(cè)試過程中可以不必使用實(shí)際的硬件，有效的降低了車輛的研發(fā)成本以及維護(hù)資金。雖然硬件在環(huán)仿真分析能夠?qū)?shí)際情況進(jìn)行逼真的模擬，但是并不會(huì)產(chǎn)生真實(shí)的危險(xiǎn)。

四、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種新型的使用技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是以計(jì)算機(jī)作為基礎(chǔ)，并在特定的環(huán)境下進(jìn)行的虛擬實(shí)驗(yàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以讓人在虛擬的環(huán)境中感受到現(xiàn)實(shí)。現(xiàn)今虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在很多行業(yè)中都有較多的運(yùn)用，包括軍事、游戲等，當(dāng)然虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也運(yùn)用到了汽車工程中，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將汽車數(shù)字化，然后配合一定的環(huán)境，駕駛員進(jìn)行仿真駕駛，駕駛員進(jìn)行仿真駕駛的過程中就可以感覺到汽車的震動(dòng)、噪音，這樣駕駛員就可以對(duì)于汽車的性能做出一個(gè)直觀的評(píng)價(jià)，而且不需要利用實(shí)車進(jìn)行測(cè)試，這樣不僅減少了研發(fā)資金而且降低了汽車研發(fā)過程中的風(fēng)險(xiǎn)[5]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車工程中的應(yīng)用使得汽車的開發(fā)速度顯著加快，而且汽車的舒適性也得到了較大的提高。

五、高層體系結(jié)構(gòu)技術(shù)

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關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；特征；VR技術(shù)構(gòu)成；教育

一、引言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VirtualReality，簡(jiǎn)稱VR）是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)生成模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真，能夠使用戶沉浸到該環(huán)境中；在這個(gè)空間中每個(gè)事物的活動(dòng)規(guī)律與現(xiàn)實(shí)中完全一樣，進(jìn)入其中的人還可以對(duì)這個(gè)空間加以控制和影響，反過來這個(gè)虛擬空間的事物也會(huì)對(duì)進(jìn)入其中的人產(chǎn)生影響。

二、VR技術(shù)的發(fā)展歷史

1965年，Sutherland在《終極的顯示》論文中第一次提出圖形的交互顯示（GraphicInteractiveDisplay）、力反饋設(shè)備（ForceFeedbackDevices）及聲音指示的VR系統(tǒng)的三個(gè)基本思想。1966年，美國(guó)麻省理工學(xué)院的Lincoln實(shí)驗(yàn)室開始研制頭盔式顯示器(HMD)，在第一個(gè)頭盔式顯示器的完成后，研發(fā)者又在系統(tǒng)中加入力量及觸覺的力反饋模擬裝置，到1970年，第一個(gè)功能比較齊全的頭盔式顯示器系統(tǒng)出現(xiàn)了。80年代，美國(guó)的賈朗•拉尼爾（JaronLanier）在前人所取得的一系列成就的基礎(chǔ)上，正式提出“虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality）”這一概念。同一時(shí)期，美國(guó)宇航局及美國(guó)國(guó)防部組織了一系列關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究，并取得了矚目的成就。進(jìn)入90年代，由于計(jì)算機(jī)的硬件技術(shù)水平不斷提高，軟件設(shè)計(jì)理論也在不斷改進(jìn)，二者相互匹配，這使得利用大數(shù)據(jù)集合下的音像信息制作實(shí)時(shí)動(dòng)畫變成了可能。進(jìn)入二十一世紀(jì)，互聯(lián)網(wǎng)推廣普及、計(jì)算能力大幅提升、3D建模技術(shù)出現(xiàn)，這大幅提升虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，使得虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)向商業(yè)化和平民化的方向發(fā)展。

三、VR技術(shù)的構(gòu)成原理

虛擬現(xiàn)實(shí)是多種技術(shù)的綜合，所包括的技術(shù)種類很多，這其中又有多個(gè)分支，對(duì)于不同類型的個(gè)體還要涉及與之相關(guān)的學(xué)科。對(duì)此在國(guó)外也未能嚴(yán)格細(xì)致地加以劃分與確定，但公認(rèn)的基礎(chǔ)技術(shù)構(gòu)成主要有人機(jī)接口技術(shù)、模擬仿真技術(shù)、真實(shí)存在技術(shù)3個(gè)方面。人機(jī)接口技術(shù)就是人與計(jì)算機(jī)相互影響與控制的技術(shù)，它是實(shí)現(xiàn)VR的關(guān)鍵。我們常用的鼠標(biāo)、鍵盤、顯示器其實(shí)就是一種人機(jī)接口設(shè)備。70年明的數(shù)據(jù)手套、80年代出現(xiàn)的內(nèi)置立體顯示裝置的數(shù)據(jù)頭盔和手寫輸入板、語(yǔ)音識(shí)別都是高一級(jí)的人機(jī)接口設(shè)備。參與者與虛擬世界的交互過程如下：參與者借助可穿戴設(shè)備（例如數(shù)字頭盔、數(shù)據(jù)手套、數(shù)字衣）為計(jì)算機(jī)提供輸入信號(hào)，這些可穿戴設(shè)備上配有傳感器及空間三維跟蹤系統(tǒng)，VR軟件接收到這些輸入信號(hào)后，通過虛擬環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)加以解釋，并對(duì)其作必要的更新。參與者轉(zhuǎn)換新視點(diǎn)后，當(dāng)前的虛擬環(huán)境將發(fā)生變化，變化后的三維場(chǎng)景的圖像及相關(guān)信息（如觸覺、聲音、力反饋等）將立即傳送到對(duì)應(yīng)的輸出設(shè)備（數(shù)據(jù)手套、耳機(jī)、數(shù)字頭盔等），使得參與者能夠?qū)崟r(shí)獲得各種感官上的虛擬效果（如圖1所示）。模擬仿真技術(shù)是影響VR效果好壞的重要因素。我們要模擬一個(gè)人的動(dòng)作時(shí)，肯定會(huì)分析這個(gè)人做這個(gè)動(dòng)作的特點(diǎn)，然后按這個(gè)特點(diǎn)去模仿。模擬仿真技術(shù)直接影響計(jì)算機(jī)在模擬方面的能力。在計(jì)算機(jī)模擬領(lǐng)域里，仿真數(shù)字模型是關(guān)鍵的技術(shù)，模型建得越好、越細(xì)致，將意味著對(duì)原體的模擬越真實(shí)。們真實(shí)存在技術(shù)也稱之為沉浸技術(shù)，為了通俗一點(diǎn)，暫將其命名為真實(shí)存在。這是VR對(duì)人產(chǎn)生影響的關(guān)鍵之處。它包括聲音、圖像和對(duì)人體其它感官的刺激，因?yàn)檫@些是人類對(duì)所處環(huán)境的最真實(shí)的認(rèn)識(shí)和感受。很明顯，它包括了尖端的多媒體數(shù)據(jù)處理技術(shù)，這些數(shù)據(jù)處理的質(zhì)量與快慢和計(jì)算機(jī)的水平是息息相關(guān)的，因此真實(shí)存在技術(shù)的發(fā)展是與計(jì)算機(jī)的發(fā)展緊密相連。

四、VR系統(tǒng)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用極為廣泛，目前在游戲、電影、直播等藝術(shù)娛樂領(lǐng)域占據(jù)主流，在教育與培訓(xùn)方面也有大量應(yīng)用，其次是軍事航天訓(xùn)練，商業(yè)VR購(gòu)物，醫(yī)學(xué)人體解剖等?，F(xiàn)今，VR技術(shù)正在越來越多的應(yīng)用于各行各業(yè)。教育，是人類社會(huì)前進(jìn)與發(fā)展的重要?jiǎng)恿?，將現(xiàn)代信息技術(shù)融入現(xiàn)代教育中，是教育發(fā)展的趨勢(shì)。因此，將新穎的VR技術(shù)引入現(xiàn)代教育后，要求開拓出與之相適應(yīng)教學(xué)模式，對(duì)于學(xué)生更高效、更主動(dòng)地掌握各類技能至關(guān)重要。針對(duì)于教育領(lǐng)域來說，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能將三維空間的景物清楚的表示出來，能使學(xué)習(xí)者自然、直接地與虛擬環(huán)境中的各種對(duì)象進(jìn)行交互，并通過多種形式參與到事件的變化發(fā)展過程中去，從而獲得最大的操作和控制整個(gè)環(huán)境的自由度。這種呈現(xiàn)信息多維度的虛擬學(xué)習(xí)和培訓(xùn)環(huán)境，將為參與者以最有效、最直觀的方式掌握一門新技能、新知識(shí)提供前所未有的新途徑。因此，該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展在很多培訓(xùn)與教育領(lǐng)域，諸如虛擬實(shí)驗(yàn)室、專業(yè)領(lǐng)域的訓(xùn)練、立體觀念、虛擬教學(xué)、仿真實(shí)驗(yàn)、虛擬數(shù)字化校園等應(yīng)用中，具有明顯的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。

（一）建立虛擬實(shí)驗(yàn)室

由于VR技術(shù)能夠創(chuàng)建出與現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)類似的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，這解決實(shí)驗(yàn)過程中的情景化及自然交互性的要求，因此較早被歐美一些主要國(guó)家應(yīng)用于建立虛擬實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)域。1985年，美國(guó)國(guó)立醫(yī)學(xué)圖書館就開始了人體解剖圖像數(shù)字化研究。隨后，德國(guó)的漢諾威大學(xué)建立了虛擬自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室、意大利帕瓦多大學(xué)建立了遠(yuǎn)程虛擬教育實(shí)驗(yàn)室、新加坡國(guó)立大學(xué)開發(fā)了遠(yuǎn)程示波器實(shí)驗(yàn)和壓力容器實(shí)驗(yàn)等。2016年英國(guó)外科醫(yī)生沙菲•艾哈邁德借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)向世界直播一臺(tái)由自己操刀的癌癥手術(shù)，這也是全球首次實(shí)現(xiàn)用虛擬現(xiàn)實(shí)身臨其境般“圍觀”的手術(shù)。國(guó)內(nèi)的清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)等高校利用VR技術(shù)開發(fā)創(chuàng)建了虛擬儀器庫(kù)，在次基礎(chǔ)上構(gòu)建了一系列虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并將其虛擬實(shí)驗(yàn)室用于教研，取得了很好的效果。通過虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立首先能夠避免在真實(shí)實(shí)驗(yàn)過程中由于操作失誤所導(dǎo)致的各種危險(xiǎn)。例如，虛擬的汽車駕駛教學(xué)，可免除學(xué)生操作失誤而產(chǎn)生的意外事故。虛擬的飛機(jī)駕駛系統(tǒng)，不會(huì)造成飛機(jī)墜毀事故。其次利用VR技術(shù)，可以創(chuàng)建多種多樣的技能訓(xùn)練場(chǎng)景，并且訓(xùn)練可以重復(fù)進(jìn)行，直到操作熟練為止。此外虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立大大減少教育經(jīng)費(fèi)的投入，緩解教育單位資金不足的困難，節(jié)約了各種實(shí)驗(yàn)原材料，減少資源的浪費(fèi)。

（二）虛擬教學(xué)

現(xiàn)今，信息技術(shù)不斷發(fā)展，也快速推動(dòng)著教育方法的不斷進(jìn)步。對(duì)教育內(nèi)容的表現(xiàn)手段，教學(xué)過程的交互形式也越來越豐富有趣。由于VR技術(shù)能將教學(xué)內(nèi)容生動(dòng)形象地表現(xiàn)出來，優(yōu)化了整個(gè)教學(xué)過程，有效地營(yíng)造一個(gè)跟隨技術(shù)發(fā)展的教學(xué)環(huán)境，提高學(xué)生掌握知識(shí)、技能的效率，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)質(zhì)量、突破教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)的作用。與此同時(shí)，VR技術(shù)較真實(shí)地再現(xiàn)了協(xié)作學(xué)習(xí)、情景化學(xué)習(xí)，還結(jié)合了游戲等益智手段，有效解決了許多以前無法解決的教育問題。例如，采用VR技術(shù)進(jìn)行教育教學(xué)活動(dòng)，可在實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器的交流、通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行人與人之間交流的同時(shí)，有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能夠在某種程度上實(shí)現(xiàn)寓教于樂，進(jìn)而為更高效地創(chuàng)建合作學(xué)習(xí)情景，促進(jìn)真實(shí)交流構(gòu)建良好渠道。

（三）虛擬數(shù)字化校園

隨著網(wǎng)絡(luò)教育的深入，人們對(duì)現(xiàn)有的校園網(wǎng)站提出了新的要求，已不僅僅局限于對(duì)校園環(huán)境的圖片式瀏覽，采用VR技術(shù)創(chuàng)建網(wǎng)上虛擬可視化校園呼之欲出，實(shí)現(xiàn)教務(wù)、教學(xué)、校園生活的三維虛擬化空間。利用網(wǎng)絡(luò)，以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為遠(yuǎn)程教育平臺(tái)，建立一個(gè)完整的、真實(shí)的、互動(dòng)的、情節(jié)化的虛擬校園體系，實(shí)現(xiàn)分布式虛擬校園系統(tǒng)，可為高校擴(kuò)招后設(shè)置的分校區(qū)和遠(yuǎn)程教育教學(xué)點(diǎn)提供可移動(dòng)的虛擬教學(xué)場(chǎng)所，對(duì)各個(gè)終端提供公開的、遠(yuǎn)程的虛擬教學(xué)，還可為眾多的社會(huì)人員提供高等職業(yè)培訓(xùn)的機(jī)會(huì)，創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。建設(shè)數(shù)字化虛擬校園，需要的多媒體數(shù)據(jù)超高速傳輸，采用分布式與并行技術(shù)對(duì)海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)與處理。通過這些技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步提高了學(xué)校信息化建設(shè)的步伐?？傊摂M數(shù)字化校園能為教育技術(shù)專業(yè)化隊(duì)伍提供一個(gè)高起點(diǎn)的科研環(huán)境，促進(jìn)教育技術(shù)的建設(shè)更上一個(gè)新的層次，讓我們感受到全方位的教育。

五、對(duì)未來的展望

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關(guān)鍵字：建筑工程；施工管理；數(shù)字化管理

中圖分類號(hào)：TU198文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

1、建筑工程施工數(shù)字化管理的涵義

建筑施工管理的數(shù)字化指的是：通過數(shù)據(jù)處理對(duì)建筑工程的內(nèi)容進(jìn)行量化,并對(duì)施工當(dāng)中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行有目的的搜集、處理,然后反饋到相關(guān)的部門。在把相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的處理和分析之后,完成對(duì)建筑工程施工過程的管理和控制,最終實(shí)現(xiàn)建筑項(xiàng)目施工的預(yù)期目標(biāo),這樣的管理形式稱為數(shù)字化管理。數(shù)字化管理和建筑施工的信息化管理內(nèi)容是完全不同的,信息化管理主要是對(duì)管理過程中產(chǎn)生的各種信息進(jìn)行及時(shí)的處理分析和傳輸。使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行的工程管理,能夠?qū)崿F(xiàn)建筑工程的信息共享,在一定程度上提高了信息處理的速度和準(zhǔn)確度。當(dāng)我們把數(shù)字化的管理方式融合到管理者信息化的平臺(tái)上,通過先進(jìn)的數(shù)字處理機(jī)制和設(shè)備,就實(shí)現(xiàn)了提高管理水平和效率的極大提升,有助于建筑施工的質(zhì)量保證。

2、建筑施工數(shù)字化管理的必要性

傳統(tǒng)的管理模式中，信息的加工和整理由手工完成。信息產(chǎn)生、加工、檢索和利用，都在以緩慢的速度在運(yùn)動(dòng)，影響作用的及時(shí)發(fā)揮。隨著建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，信息量不斷擴(kuò)大建筑施工復(fù)雜程度越來越突出。限制了在競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中的發(fā)展能力。實(shí)力雄厚的建筑施工單位率先應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)來進(jìn)行管理。信息化管理意味著在建筑施工項(xiàng)目?jī)?nèi)部的管理過程中使用計(jì)算機(jī)2 建筑工程施工中數(shù)字化管理的應(yīng)用

2.1 建筑空間信息技術(shù)的應(yīng)用

建筑空間信息技術(shù)主要是對(duì)施工場(chǎng)地的建筑物、地形、地貌等信息進(jìn)行分析，將其用于建筑工程施工管理工作中，具有很大作用。就現(xiàn)階段來看，建筑空間信息技術(shù)主要包括地理信息系統(tǒng)、遙感技術(shù)、全球定位系統(tǒng)，其中地理信息系統(tǒng)在建筑工程施工管理中的應(yīng)用十分廣泛，下面筆者分析建筑空間信息技術(shù)在建筑工程施工管理中的運(yùn)用。

地理信息系統(tǒng)能夠很好的用于工程項(xiàng)目選址分析、工程地址勘探、施工平面規(guī)劃、工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等工作中，并且地理信息系統(tǒng)具有強(qiáng)大的查詢功能，能夠在很大程度上提高工作人員的工作效率。例如在本住宅小區(qū)項(xiàng)目中，地理信息系統(tǒng)提供了文字查詢、圖形查詢、過程查詢、事件查詢等功能，通過地理信息系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，工作人員獲取了與空間坐標(biāo)相關(guān)的各項(xiàng)實(shí)體信息，同時(shí)還獲取了動(dòng)態(tài)的過程信息，為施工管理工作帶來了很大幫助，目前地理信息系統(tǒng)在水電工程、水利工程中的應(yīng)用也十分廣泛，普遍用于施工場(chǎng)地總布置、導(dǎo)截流施工管理工作中。

2.2 建筑設(shè)備數(shù)字化監(jiān)管技術(shù)的應(yīng)用

建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是智能建筑系統(tǒng)中的重要組成部分，建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)主要是對(duì)建筑工程中的給排水、暖通空調(diào)、運(yùn)輸、照明等設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)管，建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的通信基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)，其核心是計(jì)算機(jī)技術(shù)，建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)具有集中管理功能以及分散控制功能，與傳統(tǒng)的設(shè)備管理模式相比較，建筑設(shè)備數(shù)字化監(jiān)管技術(shù)的管理水平和管理效率都更加優(yōu)異。例如在本住宅小區(qū)工程中，充分應(yīng)用了建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，建立了機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)，方便了工作人員對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、調(diào)度、控制、操作以及綜合管理，不僅提高了工作效率，而且在一定程度上起到了節(jié)能作用。

2.3 數(shù)字化施工監(jiān)控的應(yīng)用

數(shù)字化施工監(jiān)控能夠?qū)崿F(xiàn)全過程、不間斷的實(shí)時(shí)監(jiān)控，將該技術(shù)應(yīng)用建筑工程施工管理工作中具有重要意義。在本住宅小區(qū)工程中采用了數(shù)字化施工監(jiān)控技術(shù)，通過此項(xiàng)技術(shù)，方便于工作人員對(duì)混凝土輸送、混凝土振搗、混凝土養(yǎng)護(hù)、鋼筋安裝和綁扎、模板安裝等環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)管，同時(shí)通過數(shù)字化施工監(jiān)控技術(shù)，還可以實(shí)時(shí)監(jiān)視施工人員是否按要求佩戴安全帶以及安全帽，監(jiān)視工程建設(shè)過程中是否按要求設(shè)置安全網(wǎng)，監(jiān)視外腳手架和落地竹腳手架的架設(shè)情況、吊籃暗轉(zhuǎn)及使用情況、纜風(fēng)繩固定及使用情況、吊盤進(jìn)料口及樓層卸料平臺(tái)的防護(hù)情況、塔吊及卷?yè)P(yáng)機(jī)安裝操作情況，監(jiān)視樓梯口、電梯口、預(yù)留洞口、坑井口防護(hù)、樓板、陽(yáng)臺(tái)、屋面等情況。綜上所述，數(shù)字化施工監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用可以確保工程建設(shè)的質(zhì)量及安全，此外在建筑工程的施工過程中，還可以運(yùn)用數(shù)字化施工監(jiān)控技術(shù)來加強(qiáng)施工重點(diǎn)的監(jiān)控，強(qiáng)化工地臨時(shí)用房的防盜、防火等工作。

2.4 建筑系統(tǒng)仿真計(jì)算的應(yīng)用

系統(tǒng)仿真技術(shù)主要是通過系統(tǒng)工程方法、相似性原理、信息技術(shù)等為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)等設(shè)備為工具，通過系統(tǒng)模型實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分析，早在20世紀(jì)70年代，一些國(guó)家就已經(jīng)將循環(huán)網(wǎng)絡(luò)仿真軟件應(yīng)用于土石方開挖、隧洞施工、管道施工、橋梁施工等領(lǐng)域中，目前建筑系統(tǒng)仿真計(jì)算技術(shù)在我國(guó)建筑工程施工管理中的應(yīng)用也越來越廣泛，本住宅小區(qū)工程中就應(yīng)用了建筑系統(tǒng)仿真計(jì)算技術(shù)，取得了良好效果。

2.5 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在航天、軍事等領(lǐng)域已經(jīng)應(yīng)用成功，隨著社會(huì)的進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)逐漸應(yīng)用到了建筑工程領(lǐng)域，例如在本住宅小區(qū)工程中，工作人員通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的可視化特性，檢驗(yàn)施工組織設(shè)計(jì)方案的可行性，比較不同施工方案，為了施工管理工作提供了很大幫助，確保了施工方案的可靠性。

數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用能夠提高建筑工程施工管理工作的質(zhì)量和效率，但是筆者認(rèn)為，在實(shí)際應(yīng)用過程中我們還應(yīng)該注意一些事項(xiàng)，例如當(dāng)工程項(xiàng)目位于偏遠(yuǎn)的山區(qū)地帶時(shí)，我們應(yīng)該注意監(jiān)控設(shè)備的安裝位置，確保信號(hào)良好，同時(shí)要保證電源持續(xù)供給，一旦供電中斷，很多數(shù)字化設(shè)備將無法工作，并且工作人員要定時(shí)對(duì)監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行檢查以及維修，保證監(jiān)控設(shè)備的使用性能。再比如，在應(yīng)用建筑空間信息技術(shù)時(shí)，要確保輸入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，進(jìn)而保證分析結(jié)果的可靠性，在應(yīng)用建筑系統(tǒng)仿真技術(shù)時(shí)，要注意實(shí)際建筑與仿真建筑的差異，在應(yīng)用建筑虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)時(shí)，要確保虛擬現(xiàn)實(shí)軟件為正版，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。 ，具有深刻的內(nèi)涵。使建筑施工活動(dòng)更加科學(xué)化，以提高施工管理的自動(dòng)化水平。

結(jié)束語(yǔ)

總的來說，數(shù)字化管理必須在施工管理過程中進(jìn)行實(shí)踐。數(shù)字化管理在逐漸滲入到施工過程中，這對(duì)未來施工工程在信息化管理上產(chǎn)生了一定的影響。數(shù)字管理體系的出現(xiàn)和使用，是以標(biāo)準(zhǔn)化的管理為準(zhǔn)則的，不但有利于量化管理理念的施展，同時(shí)也讓信息化的管理取得了進(jìn)一步的成長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐亮. 數(shù)字化項(xiàng)目管理──論計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在施工企業(yè)項(xiàng)目管理中的應(yīng)用 [J]. 哈爾濱鐵道科技，2011，（ 02） .

篇10

關(guān)鍵詞：三維建模；三維動(dòng)畫；仿真技術(shù)

中圖分類號(hào)：J218.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1005-5312（2012）17-0043-01

一、關(guān)于三維建模

（一）三維模型

所謂的三維模型就是一個(gè)物體用三維的多邊形表示出來，然后用計(jì)算機(jī)或者其他的設(shè)備用視頻的形式進(jìn)行顯示?，F(xiàn)實(shí)的物體可以使在現(xiàn)實(shí)世界里存在的實(shí)際物體，也可以是設(shè)計(jì)者虛構(gòu)出的，總之就是不管是有的沒得，只要是能想出來的都能用三維模型表示出來。

（二）三維建模的應(yīng)用范圍

三維建模在現(xiàn)在這個(gè)科技發(fā)展迅猛的時(shí)代已經(jīng)被運(yùn)用在各個(gè)領(lǐng)域，其中在視頻游戲中，三維建模是作為計(jì)算機(jī)和視頻游戲中的資源被運(yùn)用，而在醫(yī)療行業(yè)中，三維建模被使用于器官的制作模型等，在電影電視行業(yè)中，他們被用于特技手段和活動(dòng)的人物制作，在建筑業(yè)中，三維建模用來展示所要表達(dá)的建筑物和地貌風(fēng)景等。

（三）三維建模的方法

1、軟件建模

現(xiàn)在市場(chǎng)上有很多比較先進(jìn)的建模軟件，比如3DMAX、Maya、AutoCAD等等，這些軟件的共性是用一些較基本的幾何體，如長(zhǎng)方體、正方體、立方體和球體等，構(gòu)建一系列的平移、旋轉(zhuǎn)、拉伸和一些較復(fù)雜的幾何場(chǎng)景來實(shí)現(xiàn)的。能夠用團(tuán)建來進(jìn)行三維建模的主要是屋里建模、幾何建模和行為建模等等，而其中尤幾何建模的創(chuàng)建和描述是三維建模之間的重點(diǎn)。

2、儀器設(shè)備測(cè)量建模

三維建模中重要的工具就是三維掃描儀，又被叫做三維數(shù)字化儀。這種儀器能夠?qū)F(xiàn)實(shí)世界中的彩色努力提的信息快速的轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別和處理的數(shù)字信號(hào)，并且能夠?yàn)槿S建模實(shí)現(xiàn)數(shù)字化提供了有效的方法。

3、圖像或者視頻建模

在現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究領(lǐng)域，用圖像或者是視頻來進(jìn)行三維建模是很多學(xué)者比較感興趣的，這種方法同那些比較傳統(tǒng)的建模方法相比，具有很多特別的優(yōu)勢(shì)，比如，用圖像或者視頻創(chuàng)建的模型會(huì)比別的方法更加真實(shí)和自然，并且，運(yùn)用這種方法創(chuàng)建模型會(huì)變得更方便，速度也會(huì)大大提升。質(zhì)量和速度的提高，是圖像或視頻建模最大的特色。

二、關(guān)于三維動(dòng)畫的仿真技術(shù)

（一）動(dòng)畫

借用人的視覺暫留原理，一系列的靜態(tài)圖像播出之后，會(huì)在人的視網(wǎng)膜上留下動(dòng)態(tài)的效果，而利用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的動(dòng)畫效果，就是用計(jì)算機(jī)中比較高效的圖像處理的功能，用一連串的關(guān)鍵幀來對(duì)物體的關(guān)鍵時(shí)刻進(jìn)行描述，準(zhǔn)確的幾率物體關(guān)鍵時(shí)刻的位置結(jié)構(gòu)和其他的參數(shù)，并且自動(dòng)的形成中間的圖像，然后創(chuàng)建出一幅流暢的畫面。

（二）三維動(dòng)畫的的仿真應(yīng)用

三維動(dòng)畫的仿真技術(shù)能夠?qū)⒄鎸?shí)的物體模擬成一個(gè)虛擬的動(dòng)畫，但是這個(gè)動(dòng)畫會(huì)產(chǎn)生一定的價(jià)值。三維動(dòng)畫的真實(shí)和精確，可操作性，三維動(dòng)畫在教育、軍事、建筑和醫(yī)學(xué)、娛樂等領(lǐng)域都有很大的發(fā)展性。

在影視制作方面，三維動(dòng)畫能夠制作出比較有創(chuàng)意的特效和3D動(dòng)畫，還能夠制作出精良的后期效果和特效動(dòng)畫，應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，吸引了越來越多人的眼球，得到很多客戶的青睞，劇中的爆炸，煙霧，下雨和光效還有撞車，變形和很絢麗的片頭片尾等等的出現(xiàn)，都得益于三維動(dòng)畫的仿真效果，其真實(shí)性讓人們極大的體驗(yàn)到了科技社會(huì)所帶給人們的視覺盛宴。

在工程建筑中，橋建設(shè)時(shí)，預(yù)先設(shè)計(jì)場(chǎng)景；建造跨江大橋，要考慮到橋附近的山水；建造立交橋，要考慮到城中居民區(qū)。這些效果都可用三維動(dòng)畫的仿真技術(shù)制成。

三、總結(jié)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人們工作的電腦化，三維建模和三維動(dòng)畫設(shè)計(jì)會(huì)隨著動(dòng)畫技術(shù)的進(jìn)步有著飛一般的技術(shù)提高，而且在我國(guó)的科技領(lǐng)域，三維建模和三維動(dòng)畫的仿真設(shè)計(jì)會(huì)有這廣闊的發(fā)展前景?，F(xiàn)在社會(huì)中計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅猛，多媒體技術(shù)的出現(xiàn)使各行各業(yè)有的新的生機(jī)，在這個(gè)信息技術(shù)稱霸的時(shí)代，電腦的技術(shù)運(yùn)用對(duì)于我們生活和工作的影響是很大的，這也促使著我們?cè)诠ぷ鞯倪^程中要嘗試著新的思路和方法，保證在工作中用最快最好的方法，最短的時(shí)間內(nèi)高效率的完成工作內(nèi)容，降低成本。不管是三維建模還是三維動(dòng)畫的仿真技術(shù)，都用比較準(zhǔn)確和真實(shí)的效果來表達(dá)設(shè)計(jì)者的思想，會(huì)對(duì)工程的施工方案的選擇還有施工方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)有很大的幫助，保證施工能夠達(dá)到最優(yōu)。

參考文獻(xiàn)：