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关于UG虚拟装配技术中的Top-Down Desingn

1.关于UG虚拟装配技术中的Top-Down Desingn

2007-08-20 12:34

虚拟装配是指通过计算机对产品装配过程和装配结果进行分析和仿真，评价和预测产品模型，做出与装配相关的工程决策，而不需要实际产品作支持。随着社会的发展，虚拟

制造成为制造业发展的重要方向之一，而虚拟装配技术作为虚拟制造的核心技术之一也越来

越引人注目。虚拟装配的实现有助于对产品零部件进行虚拟分析和虚拟设计，有助于解决零

部件从设计到生产所出现的技术问题，以达到缩短产品开发周期、降低生产成本以及优化产

品性能等目的。

在许多世界级大企业中被广泛应用的计算机辅助三维设计（CAD）的高端主流软件UG的装配模块就采用了虚拟装配技术，即便是在产品设计的初期阶段，所产生的最初模型

也可以放入虚拟环境进行实验，可以在虚拟环境中创建产品模型。使产品的外表、形状、和

功能得到模拟，而且有关产品的人机交互性能也能得到测试和校验，使产品的缺陷和问题在

当时的设计阶段就能被及时发现并加以解决。

UG虚拟装配设计有自底向上（Bottom-up）设计和自顶向下（Top-down）设计两

种。其中前者是指在设计过程中，先设计单个零部件，在此基础上进行装配生成总体设计。

这种装配建模需要设计人员交互的给定配合构件之间的配合约束关系（如图a所示），然后

由UG系统自动计算构件的转移矩阵，并实现虚拟装配。然而，交互给定构件之间的配合约

束关系不仅费事，并且当构件之间的配合较多时，容易出现约束不当或约束出错等的情况。

也只有在进行装配时才能发现零件设计是否合理，一旦发现问题，就要对零件重新设计，重

新装配，再发现问题再进行修改??而Top-down的设计方式正避免了以上缺点，可以方便、

直接的进行设计。

Top-down的设计方法是指在装配环境中创建与其它部件相关的部件模型，是在装

配部件的顶级向下产生子装配和零件的装配设计方法。即先由产品的大致形状特征对整体进

行设计，然后根据装配情况对零件进行详细的设计。这种设计方法是一个由粗入精的过程，多用于全新的开发过程，可以保证设计出的产品相互间有一个合理的位置。基于Top-down

的装配设计技术也与工程实际相符合，而UG的装配建模技术完全支持Top-down的设计方法

2.初学UG，现在基本功能是掌握了，但是TOP-DOWN还不是明白。有哪个兄弟能给我讲一下在UG里面常用的TOP-DOWN怎么搞吗？只要稍微提点一下就可以了，大概猜想是利用多实体的设计来提取各个零件吧，说的不对的地方请各位兄弟拍砖

在装配模式下利用WAVE来做零件设计

用WAVE做就好了，想关联就关联，不想关联就去除参数

3. Top-down设计方法概述

Top-down(自顶向下)设计是一种设计思想，即设计由总体布

局、总体结构、部件结构到部件零件的一种自上而下、逐步细

化的设计过程。Top-down设计符合大部分产品设计的实际

设计流程。比如载重卡车的设计，设计的流程是先确定整车基本参数，然后是整车总布置、部件总布置，最后是零件设计和绘图。这个过程就是Top-down设计的过程。

Top-down设计是一种设计思想，独立于软件工具。

下面对传统down-top设计思想和Top-down设计思想进行对比。

图1为传统的设计流程是每个设计人员各自为政专自己负责的零件，然后总工程师拿这些零件装配出产品总的模型。

这样的缺点有:

a)产品整体设计信息无法准确地传递给每个设计人员；

b)每个零件进行单独设计时无法保证装配关系准确性；

c)当产品设计发生变更的时候由于复杂的参照导致模型很难

更改。

图2为自顶向下的设计流程，首先总工程师对产品的整体结构

布局进行规划，然后对整个设计任务进行划分成多个元件包并

传递整体设计信息至各个元件中，最后各设计人员分别设计各

元件。

优点有:

a)产品的整体信息有明确的渠道传递至子部件中；

b)可以通过修改整体布局信息准确地完成产品设计变更。

虚拟仿真技术及其军事应用

虚拟仿真技术及其军事应用作者摘要：虚拟仿真技术是近年来系统仿真领域研究的热．氛问题，而且在军事领域有了广泛的应用。本文以庄拟现实技术为基础，具体讨论了虚拟现实技术在作战仿真中的应用，对虚拟作战仿真的研究进行了探讨。关键词：虚拟仿真技术虚拟现实技术虚拟作战仿真 1. 引言自从世界上出现第一台训练仿真系统（以1929 年美国空军飞机练习器-林克机为代表）以来，经过了以机电解算装置为主的仿真系统，以模拟计算机为主的仿真系统，以数字计算机为主的仿真系统等几个阶段，系统仿真技术得到逐步发展。特别是近十几年来，随着计算机技术的发展，系统仿真技术的发展也更加迅猛，而且在军事领域中的应用也越来越广泛。虚拟现实（Virtual Reality 简记VR）技术是近年来系统仿真领域研究的热点，并且在很多行业开始有了实际应用。在军事领域，美国最早将虚拟现实技术应用于作战仿真。其研究人员在虚拟现实技术构造的数字化地形、地貌和敌情数据库上进行作战仿真和武器装备性能的评估。由于虚拟现实技术在军事领域有着广泛的应用前景，因此，美国军方始终把虚拟现实技术的研究与应用列于《国防部关键技术计划》中，并将虚拟现实技术视为建设21 世纪军队和培训21世纪人才以及发展新一代信息化战争武器装备的“革命性”手段。目前，我军对作战仿真的研究日趋深人，但与先进的军事大国相比，仍存在不少差距。由于虚拟现实技术的出现极有可能为未来军事领域带来革命性的影响，因此我军应积极研究虚拟现实技术在作战仿真中的应用。本文以虚拟现实技术为基础，具体讨论虚拟作战仿真及其军事应用。2. 虚拟现实技术简介 2.1 虚拟现实技术的内涵虚拟现实技术是80年代提出的一种新兴技术，它是将计算机技术、自动控制技术、系统工程方法、人工智能、仿真技术、多媒体技术、信息融合技术、立体影像技术、光电技术以及神经生物学、心理学和行为科学等诸多科学技术成果融合一体的崭新的人工合成的“虚拟环境”。 2.2虚拟现实技术的特征虚拟现实技术创造的人机和谐仿真环境具有“沉浸-交互-构思”的基本特征。它利用并集成高性能的计算机系统和各类传感器，在多维信息空间创造一个使研究者处于具有身临其境的沉浸感，具有完善的交互作用能力，能帮助和启发构思的仿真信息环境。VR 的主要特征为： (1)多媒体感知性在虚拟现实系统中，用户将感觉不到身体所处的外部环境而“融合”到虚拟世界中去，即指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。 (2)交互性用户可以通过三维交互设备直接控制虚拟世界中的对象，并从虚拟环境中得到反馈信息。 (3）自主性指虚拟现实系统中的物体可按各自的模型和规则自主运动，即指虚拟环境中物体依据客观规律动作的程度。 2.3 虚拟现实系统的分类依据交互界面的不同，可将VR 系统分为下几种类型：（1）世界之窗（Window on World

应用到汽车中的虚拟仿真技术

虚拟现实简称VR也泛指“计算机模拟仿真”或者“虚拟世界”。为了建立这个虚拟环境，高性能计算机将大量的数据转化为立体的三维图像，给观察者像在现实世界中同样的视觉感受——虚拟世界看上去是真的。实际上这样的虚拟环境可以独特地取代许多领域和运用的现实环境，如果它适用于模拟一个详细定义的现实环境。汽车的虚拟未来已经起步网络世界已经从简单的程序发展到十分严谨、意义重大的工业化工具。使用者可以在虚拟环境中漫游，实时交互甚至可以改变他周围的虚拟世界。现代虚拟现实视觉系统有通常被称为自动沉浸式虚拟环境或简称为CAVE ——一个电子化沉浸式环境，在这个环境中观察者被最多六面实时投影画面的墙体包围。使用者戴上特殊的立体眼镜后就可以看到一个他所处虚拟环境的空间三维影像。从初步概念到系列产品——前所未有的快速和高效虚拟仿真在当今的汽车工业是不可或缺的。当原来建立的一些原型样机进行组件高级测试时，现在规划师、设计师和工程师在同一个数字模型上工作，在屏幕上优化这个模型，如果有必要，将模型数据通过数据线同时传输到全世界各地。这样减少了研发成本，特别加速了研发过程，提供了更快的市场化时间。虚拟现实更深远的优势在于使用者可以在最初的时间点上及时评估不同变量—甚至是最初为表达一个设计新概念的参数可以在虚拟现实中显示出来，为虚拟仿真提供了数据。牢固地掌握这种计算机辅助仿真技术是宝马设计团队将原来开发新车型所需的6年时间缩短为现在2年半的先决技术条件之一。汽车成为虚拟事物为了测试新车的设计和概念，虚拟现实工程师将计算机中保存的数据收集起来，并在这个基础上构建初步3D模型。在这个过程中，计算机将整车数据细分为三角面体也就是多边形体。也就是说，计算机向虚拟网络中添加了描述汽车设计和布置几何元素的网格体。然后特定的色彩和表面特征根据它们实际特征和属性被赋予各个单独的部件。最后，向观察者实时地从各个视图和透视方向展示高度真实的设计结果。在江衡仿真看来，虚拟仿真的高超之处生成虚拟环境运用的复杂方法符合明确的意图：提供一个清晰的蓝图替代一大串繁杂的数据，创造一种人们易于感受的视觉形式。如果这些数据全部以数字和图表的方式作为列表印在纸上，没有人将对自己所见的东西有所概念。所以数据只有转化为三维展示模型，它能够整合人类大脑独特的能力来利用大型、高性能计算机的计算能力直观地处理图片。然而在很多领域，单纯的视觉表达是不充分的—例如评估汽车的声学、控制功能和安全性方面或者其单个组件。在这种情况下，一切依赖于组件所使用的材料及其属性。在彻底的分析之后，计算机提供了大量的具有高标准精度的描述未来汽车的信息。工程师可以在虚拟环境中从各个角度观察考虑汽车，解剖汽车任何他想要观察的部位，行为测量，在汽车中漫游，放大或缩小图像的大小。运用相应的软件，他甚至可以在虚拟现实中驾驶汽车，检查这个过程中产生的噪音和声响。另外（这实际上是VR的高超之处）他甚至可以直接在虚拟环境中驾驶虚拟车或者说是一个驾驶模拟器，从而在虚拟道路上测试特定技术部件的质量和特征却不危及其他的道路使用者。最后，至少包括整车的破坏性试验现在也能在虚拟环境中实施。超级计算机为了利用全部的设备，成熟、高度专业的软件是必需的。实际上宝马研发创新中心的虚拟现实技术中心（VRC）有极其庞大的具有特殊功能的玻璃显示墙，其中又隐藏着极强能力的计算机：一台计算机并联了几个处理器来处理庞大的数据集群，大型投影仪以投影到投影墙毫米以下的精度来传输图像。戴上特殊的立体眼镜，使用者驾驶进入这个的投影的环境，那样的立体眼镜只能让右眼看到右面的立体图像，让左眼看到左面的立体图像。这两个通道的图像随着观察者不同的位置和观察角度即时变化。使用3D鼠标或者3D操纵杆，使用者可以在虚拟环境中漫游，传感器捕捉他的每一个动作并立即形成正确的透视图像。这个过程是实时的，计算机的功能使使用者与图像交互，对他所观察的一切做出直觉的反应。

虚拟仿真技术的探讨与应用

虚拟仿真技术的探讨与应用发表时间：2019-09-05T10:51:13.070Z 来源：《中国电业》2019年第09期作者：王冰 [导读] 虚拟现实技术（VR）是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真（大唐陕西发电有限公司西安热电厂陕西省西安市 710302）摘要：虚拟现实技术（VR）是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户沉浸到该环境中，本文要探讨虚拟技术的发展及应用。关键词：虚拟；仿真技术；研究；序言近几年，虚拟现实与增强现实技术发展迅速，国内外大公司均在该领域做了重大布局，VR和AR迎来了前所未有的发展阶段。目前微软、爱普生、Oculus、HTC等知名公司均推出了自己的AR/VR产品，已成功应用在消费娱乐、虚拟展示、培训教育、智能巡检等多个领域。但同时国内AR与VR的发展还面临过很多问题，比如光学显示方案不成熟、缺乏专用的显示屏和处理芯片、应用场景不明确、产品的用户体验不佳等，为了推动该领域快速发展，国务院、发改委、工信部等多部委发布了相关政策，明确指出将AR/VR列入十三五期间重点发展的产业。 1.虚拟仿真技术的应用领域及功能实现（1）虚拟仿真技术在国民经济各个领域，如教育、交通、动力、化工、制造以至农业、工业、社会科学等各行各业，都得到了广泛的应用和发展，并产生了巨大的经济效益，虚拟仿真已成为社会未来发展的必然。虚拟仿真技术是以相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域中有关专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术，它综合集成了计算机技术、网络技术、图形图像技术、多媒体技术、软件工程技术、信息处理技术、自动控制技术等多个高新技术领域的知识。仿真技术经历了物理仿真、模拟仿真、数字仿真、虚拟仿真四个阶段，VR/AR技术的发展成熟，对仿真技术带来了质的飞跃，我公司开发的虚拟仿真平台，具备快速场景搭建、模型导入、业务仿真、操作引导、考核评估等功能。（2）根据SuperData的最新数据，使用AR/VR培训的公司预计将在2019年节省135亿美元。虚拟仿真培训基于虚拟、混合和增强现实头盔以及移动增强现实应用的培训模拟，受训者可以在一个身临其境的环境中学习和实践他们的新技能，而不会有受伤的危险。例如，美国航空公司使用VR帮助新机组人员在第一天上班前熟悉安全程序。根据SuperData的数据，71%的公司正在使用VR进行培训，是虚拟陈列室的两倍。例如，沃尔玛计划在4000家商店培训超过100万的员工，他们将使用独立的Oculus头盔，该计划将于2019年晚些时候启动。除了零售商之外，航空公司、旅游业、石油和天然气以及金融业也在寻求采用这种身临其境的技术进行培训。（3）AR技术可以提供虚拟与现实相融合的操作体验，VR技术可以提供沉浸式纯虚拟的操作体验。虚拟仿真平台，利用AR/VR技术，可以模拟装备拆装和机械操作训练全过程，而不必受天气、时间、空间等外界因素的影响，在安全的受训环境及精细的虚拟场景下，提升训练效果和临场的心理素质，降低培训成本。（4）装备训练方案可创造高度沉浸感的虚拟环境、丰富的表现元素、直观的表现方式，进行装备操作训练，如装备的拆装训练、飞机的驾驶操作、特种兵的训练仿真等，从而提高训练水平。虚拟仿真平台不仅能模拟装备的原理展示、故障检测和维修训练，还能对训练成绩进行客观评定分析，并具有记录、存储、监控操作人员操作动作等功能。 2.虚拟仿真再实际工作中的应用及其价值体现（1）虚拟仿真平台，可以应用在各行各业，我公司目前客户主要集中在铁路、公交、军事等领域，虚拟仿真培训系统利用虚拟现实技术，对设备的结构、工作原理、操作方法等进行模拟，对操作人员进行培训，树立设备的操作规范、维保成本的降低、实操技能的快速掌握与专业知识的深造，从而降低事故发生概率，保证无线通讯的顺畅。公交车虚拟教学系统利用虚拟现实技术，建造新能源实车、总成的三维模型，模拟车间实际作业的虚拟场景，通过程序设计将车辆、总成技术参数、标准以及维护工艺嵌入VR教学程序中，实现虚拟现实的实操培训及理论教学功能。（2）基于我公司现有客户基础和产品基础，在接下来三年内，我们可以继续深挖全国铁路局及铁路设备公司，与全国公交集团及公交设备公司，将已有技术成果进行复制推广，获得最大投入产出比。在此基础上，申报军工保密资质及武器装备承制资质，拓展虚拟仿真技术在军事训练、军用装备操作培训上的应用。 3.虚拟仿真市场占有率及发展前景 2018年中国虚拟现实市场规模约348.6亿元，预计到2020年市场规模将超900亿元，年复合增长率达125%。工信部将支持虚拟现实核心关键技术及产品研发，推进虚拟现实技术与其他行业融合发展，到2025年全球VR市场的年营收规模将达到1100亿美元，相关的软件销售额达720亿美元，随着国内相关鼓励和扶持政策的陆续落地，虚拟现实行业有望加速爆发。Digi-Capital数据表明到2021年，AR市场将不断壮大，达到830亿美元，这是一个可以诞生平台级生态公司的市场，VR市场将达到250亿美元。如图（一）所示

虚拟仿真施工技术

1虚拟仿真施工技术（1）主要技术内容虚拟仿真施工技术是虚拟现实和仿真技术在工程施工领域应用的信息化技术。虚拟仿真技术在工程施工中的应用主要有以下几方面： A.施工工件动力学分析：如应力分析、强度分析； B.施工工件运动学仿真：如机构之间的连接与碰撞 C.施工场地优化布置：如外景仿真、建材堆放位置， D.施工机械的开行、安装过程； E.施工过程结构内力和变形变化过程跟踪分析； F.施工过程结构或构件及施工机械的运动学分析； G.施工过程动态演示和回放。 (2)技术指标虚拟仿真施工主要包含以下技术体系: A.三维建模技术运用三维建模和建筑信息模型（BIM）技术，建立用于进行虚拟施工和施工过程控制、成本控制的施工模型。该模型能将工艺参数与影响施工的属性联系起来，以反应施工模型与设计模型之间的交互作用，施工模型要具有可重用性，因此必须建立施工产品主模型描述框架，随着产品开发和施工过程的推进，模型描述日益详细。通过BIM技术，保持模型的一致性及模型信息的可继承性，实现虚拟施工过程各阶段和各方面的有效集成。 B.仿真技术计算机仿真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。基本步骤为；研究系统→收集数据→建立系统模型→确定仿真算法→建立仿真模型→运行仿真模型→输出结果，包括数值仿真、可视化仿真和虚拟现实VR仿真。 C.优化技术优化技术将现实的物理模型经过仿真过程转化为数学模型以后，通过设定优化目标和运算方法，在制定的约束条件下，使目标函数达到最优，从而为决策者提供科学的、定量的依据。它使用的方法包括：线性规划、非线性规划、动态规划、运筹学、决策论和对策论等。 D.虚拟现实技术虚拟建造是在虚拟环境下实现的，虚拟现实技术是虚拟建造系统的核心技术。虚拟现实技术是一门融合了人工智能、计算机图形学、人机接口技术、多媒体工业建筑技术、网络技术、电子技术、机械技术等高新技术的综合信息技术。目的是利用计算机硬件、软件以及各种传感器创造出一个融合视觉、听觉、触觉甚至嗅觉，让人身临其境的虚拟环境。操作者沉浸其中并与之交互作用，通过多种媒体对感官的刺激，获得对所需解决问题的清晰和直观的认识。 (3)适用范围工业与民用建筑、市政工程、土木工程施工方案编制。

虚拟仿真技术在建筑工程施工中的应用

虚拟仿真技术在建筑工程施工中的应用发表时间：2016-11-24T13:56:34.483Z 来源：《基层建设》2016年19期作者：许朝阳王汉斌 [导读] 伴随着信息技术的到来，计算机虚拟技术飞速发展，并有效地与仿真技术进行了整合，最终成功应用于建筑工程的设计与施工中。山东天齐置业集团股份有限公司山东济南 250000 摘要：伴随着信息技术的到来，计算机虚拟技术飞速发展，并有效地与仿真技术进行了整合，最终成功应用于建筑工程的设计与施工中。与传统的设计、施工模式相比，虚拟仿真技术具备高仿性、交互性、价格低廉、可以重复试验等技术优势，不但降低了施工成本，又缩短了施工工期，很好地满足了施工效益。那么，虚拟仿真技术的概念到底是什么，它又是如何应用建筑施工中来的？笔者结合自身实践经验，就虚拟技术如何在应用到建筑施工中进行了简要的分析。关键词：虚拟仿真技术；建筑施工；应用研究一、虚拟仿真技术应用于建筑施工中的意义近几年来，由于国内经济发展需求以及国民需要，建筑工程的开展如火如荼，我国在针对建筑工设计时，在套用规范的基础上，仍然依据加大设计安全系数的方法来实现对建筑受力与变形的控制，这就导致了建筑工程造价普遍过高的现象。建筑设计作为工程实施的基础条件，对整个建筑工程系统以及周边建筑环境都有着重要的意义和影响，并在总体的规划目标等方面给其他的专业设计提供了正确的引导。考虑到建筑内部结构的复杂性与多变性，因此在研究时不得不在施工工艺方面谨慎考虑，从而涉及到信息化设计的全部内容，在此方面，关于优化方案、现场施工等较为少见，这就间接体现了我国建筑建设在信息化技术上存在的不足。虚拟仿真技术的出现大大弥补了这一不足，虚拟施工技术具备交互性、高度仿真性等优点，通过它建立的设计数字几何模型与施工，不但能同时满足设计师、业主、施工方等参建单位的需要，对多种施工方案展开模拟、验证、对比和优化，并最终找到一种最优的施工方法，实现低成本、短工期、高质量的效益目的。可见，虚拟仿真技术给建筑工程带来了一定的时代挑战意义，虚拟仿真技术在施工中的应用无疑决定着施工方案的优劣与否，它一方面对建筑工程的施工产生影响，另一方面也决定着工程的设计方案。所以说，应用虚拟现实技术建立建筑工程的三维模型，对施工的各个阶段实施三维可视化的模拟，在施工前了解各种构件在实际结构中的相对位置和相互关系，势必有利于我国建设的技术经济效益，对建筑工程的设计与施工都会有非常好的借鉴与指导意义。二、虚拟仿真技术在建筑施工中的应用研究分析虚拟仿真技术在现代建筑施工中的应用越来越普遍，意义也越重大。本文将从以下几个方面展开虚拟仿真技术在建筑施工中的应用研究分析： 1、虚拟施工技术的应用研究从一定层面上讲，建筑施工过程实际上就是把施工的设计图转化为实物的—个过程，只是这个“转化”的含义及意义都非常重大。传统的施工方法与方式太多，容易跟着实际情况产生变化，而且从图纸的设计到具体的施工环节，一般都很难按照原计划设计的图纸进行。此外，传统的施工技术为了确保施工顺利完成，一般总是凭借经验实施工程，然而某些经验往往会给施工带来决定性的失误。当前，大部分的建筑工程采用了全新结构，传统的施工技术已经无法适应当下复杂的施工条件，因此转变施工技术才是重点。虚拟施工技术应用于建筑施工中，能够改善传统技术下的盲目、主观与随意，能最大化地提高工程的质量，减少成本、耗材，提高施工的安全。利用虚拟施工技术的交互性和高度仿真性，可以建立施工设计的几何模型，建筑施工的相关人员能够根据所需进行施工的虚拟试验，从而筛选出最佳的设计方式。 2、仿真技术的应用研究仿真系统是虚拟仿真技术的基础之一，它能够仿真虚拟建筑物施工周围环境的外景，并且效果非常良好。通过仿真系统，可以将设计图纸上的建筑物进行详细建模，并能对建筑物周围的相关环境因素如道路、休闲场景等进行建模。相关的设计人员与业主可以从不同的视角观察仿真系统建模下的建筑物，也可以通过不同的入口走进虚拟建筑物中，还可以边走边看，相当于一次赏心悦目的漫游，并且还能通过鼠标与这个虚拟仿真建筑进行实时交互。在虚拟场景中，每一个物体都与实体之间有着高度仿真效果，其中还有声音与动作等仿真特效，这就使得虚拟场景有着很强的真实感，让人有种身临其境之感。 3、虚拟仿真技术在复杂空间的钢结构施工中的应用研究在某些建筑施工中，存在着复杂空间钢结构施工，它是从一个部分逐渐到整体的完善过程，因此耗时，同时必须注意细节。复杂空间钢结构的不同施工阶段，其负载情况、结构的形态、受力特性以及边界条件都不相同。在一个阶段施工完成之后，暂时会处于一种平衡状态，但是进行下一阶段施工时，原有的平衡就会被打破，只有新的阶段完成，才能再次实现平衡。复杂空间钢结构的施工是一个平衡不断被打破继而又保持平衡的过程，在处理过程中显得有些复杂，受力的因素也比较多，加之使用的施工方法不同，往往无法有效进行施工的指导。大量实践证明，事故频繁的高峰期往往就在施工阶段，若处理不慎，极易酿成大祸。以往的施工过程中缺乏对施工的分析或者分析不够详细，致使施工中总是出现施工安全问题，而如今有了虚拟仿真技术，它可以对复杂空间钢结构进行全程跟踪，及时找出施工中哪个阶段会是最危险的，然后加以控制。 4、虚拟仿真三维动画在施工中的应用研究虚拟仿真技术三维动画的出现，打破了传统施工只能依靠经验分析施工过程的模式，为现代化的建筑施工提供了一个便捷有效的分析手段。通过三维动画对施工过程进行分析，专家、施工的技术人员以及业主就能对施工全过程甚至是每一个细节都能清除了解。此外，工程中会遇到的重难点以及关键环节，都可以通过仿真技术以三维动画的形式展现出来，而且还可以根据业主的所需进行合适的调整，并及时修改原有的施工方案。目前，这种手段已经成功运用在了一些大型、重要的建筑中，比如中央电视台的新址、上海环球金融中心、珠江新城西塔等，它的成功吸引了越来越多社会业界的关注。 5、虚拟仿真技术在施工安全方面的应用研究安全，不论在什么时代，都是必须保障的主题之一。传统建筑模式下，很难预见安全隐患，但是虚拟技术的应用，能让安全隐患一目了然。（1）进行施工安全控制的方案优化在建筑工程施工分析中，如果采用虚拟仿真技术进行分析，可以发现很多传统模式下无法发现的隐患，同时也能够对不同类型的施工

虚拟仿真实验技术材料文件

虚拟仿真实验解决方案上海华一风景观艺术工程有限公司 2017年8月

目录第一章需求分析 (2) 一、项目背景 (2) 二、实验教学现状 (3) 三、用户需求 (3) 第二章建设原则 (5) 一、建设目标 (5) 二、建设原则 (6) 第三章系统总体解决方案 (7) 一、总体架构 (7) 二、学科简介 (8) 第四章产品优势 (14) 第五章产品服务 (16) 一、服务方式 (16) 二、服务内容 (16) 三、故障响应服务流程 (17) 四、故障定义 (18) 五、故障响应时间 (18) 六、故障处理流程 (19) 七、应急预案 (19)

第一章需求分析一、项目背景《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010－2020年）》明确指出：把教育信息化纳入国家信息化发展整体战略，超前部署教育信息网络。到2020年，基本建成覆盖城乡各级各类学校的教育信息化体系，促进教育内容、教学手段和方法现代化。加强优质教育资源开发与应用，建立数字图书馆和虚拟实验室。鼓励企业和社会机构根据教育教学改革方向和师生教学需求，开发一批专业化教学应用工具软件，并通过教育资源平台提供资源服务，推广普及应用。在“十三五规划”方针政策指引下，各地陆续出台政策，强调数理化实验教学的重要性。 2016年，北京公布了中高考的新方案，强调义务教育阶段所有科目都设为100分，表示它们在义务教育与学生成长中同等重要，不再人为去区分主次，使学校、老师、家长、社会对每一门学科都很重重视，其中物生化实验部分占分比例为30%，高考不再文理分科。继北京重磅发布此消息后，河南教育厅发布《关于2016年普通高中招生工作的意见》，其中明确要求理化生实验操作考试满分为30分；安徽省初中毕业升学理化实验操作考试分数为15分，考试成绩计入考生中考录取总分；山西省理化实验操作10分。

虚拟仿真技术在电子行业中的应用

虚拟仿真技术在电子行业中的应用引言 ?电子行业是一个飞速发展的行业，市场容量极其巨大，现如今我国已是全球第三大电子信息产品制造国，电子信息产品已经渗透到我们生活的各个角落，包括国防军工用品、通信、医疗、计算机及周边视听产品、玩具等。随着社会的发展和技术的进步，人们对电子相关行业提出了更高的要求：精确、稳定、轻巧、保密、可靠；同时，电子行业又具有产品更新快，研发周期短的特点，为了满足不断发展的市场需求，加快产品结构的升级，在核心技术领域取得重大突破，电子行业必须采用新的研究方法和技术。虚拟仿真研究是目前电子行业所广泛采用的一种新的方法和技术。 ?MSC.Software公司作为全球最大的CAE产品供应商，不仅为电子行业提供了多方位的虚拟仿真软件，同时MSC.Software公司还一直与世界各大电子产品制造商和研发机构有着良好的合作关系。通过MSC.Software公司所提供的虚拟仿真软件如MSC.ADAMS，MSC.Marc，MSC.Fatigue，MSC.Patran，MSC.Nastran，MSC.Dytran，MSC.Easy5等，不仅可以对电子产品的性能进行全方面的研究，而且还可以实现电子行业与其他行业的多学科一体化仿真。 ?一、电子产品设计过程中经常遇到的突出矛盾和问题 ?在电子产品的设计过程中，我们经常遇到以下问题： ?1）电子产品的机械性能：可靠性、加工性、疲劳寿命、抗冲击能力、载体振动与电子产品振动的耦合关系、适配器的设计等； ?2）雷达与天线系统：运动规律、控制规律、风载与平衡、雷达和天线阵面形状，结构形式（实体或网状）、弹性立柱刚度、齿轮减速机构、控制系统框

虚拟仿真技术在制造业中的应用

…………………………………………………………………科研训练调研报告……………………………科研训练调研报告虚拟仿真技术在制造业中的应用

虚拟仿真技术在制造业中的应用计算机科学与技术0904班惠苗壮学号：0909091627 摘要：虚拟制造是在高性能计算机及高速网络的支持下,采用计算机信息技术、仿真技术和虚拟现实技术,产生一个虚拟环境,对所要进行的产品设计和生产制造活动,进行全面的建模和仿真。本文介绍了虚拟仿真技术在国内外的发展及在制造业中的应用现状，并提出对该技术未来的希望。关键字：虚拟仿真技术制造业模拟 1.介绍仿真又称模拟,是利用模型方法来重现实际系统中发生的本质过程,并通过实验来研究已经存在的或正在设计中的系统。计算机仿真技术作为一门新兴的高技术,近年得到迅速的发展,其应用领域及作用越来越大,尤其在航空、航天、国防及其他大规模复杂系统的研制开发过程中,计算机仿真一直是不可缺少的工具,它在减少损失、节约经费、缩短开发周期、提高产品质量等方面发挥了巨大作用。虚拟现实是一种由计算机和电子技术创造的新世界,通过多种传感设备,用户可根据自身的感觉,对虚拟世界中的物体进行考察和操作,参与其中的事件,形成一个看似真实的模拟环境,它是模拟仿真在高性能计算机系统和信息处理环境下的发展和技术拓展。虚拟现实技术包括临境和拟实两个方面。虚拟制造是在高性能计算机及高速网络的支持下,采用计算机信息技术、仿真技术和虚拟现实技术,产生一个虚拟环境,对所要进行的产品设计和生产制造活动,进行就实际地模拟出其设计开发和制造全过程,并对性能进行全面模拟试验,预测产品的设计和制造合理性、产品性能和制造周期等,以期达到最佳,使整个产品的开发生产周期最短、成本最低、质量最佳。当前虚拟仿真技术已经广泛应用于娱乐、教育、训练、医学、设计、制造、商业、科学视觉化、网路应用等各种领域。 2.虚拟仿真技术的发展现状从1962年，Morton Heilig发明了实感全景仿真机开始。虚拟现实技术越来越受到大众的关注。以三个I，即Immersion沉浸感，Interaction交互性，Imagination思维构想性，作为虚拟现实技术最本质的特点，并融合了其它先进技术。国内外大量科学研究人员从事虚拟仿真技术的研究。 2.1国外发展状况 VR技术起源于美国，美国的研究水平基本上就代表国际VR发展的水平。以美国为例，目前美国在该领域的基础研究主要集

军事上的模拟仿真技术

军事上的模拟仿真技术 ● 李大光 2006年12月04日15:13 【字号大中小】【留言】【论坛】【打印】【关闭】自从我国东汉名将马援积米为山筹划山地进攻，古希腊数学家阿基米德在沙盘上作几何图形推演城市防御，人们开始用模拟分析的方法寻找打开战争的“黑箱”。从20世纪90年代初起，美国率先大量将虚拟现实技术用于军事领域。在1995 年10月为解决波黑冲突的 “代顿谈判”中，美国成功地运用计算机虚拟现实技术，让参加谈判的穆、克、塞三方领导人在计算机和大屏幕前，通过计算机虚拟演示，形象地显示了继续角逐的后果，迫使他们都不得不放弃了各自的方案，结果三方只好按照美国制定的方案达成协议。部队训练仿真模拟训练仿真模拟是一种物理模拟技术的应用，它主要是通过模拟实车、实兵或实战环境，来培养单兵或小范围作战编组的作战技能，如目前使用较多的驾驶模拟仿真系统、多用途复合激光作战仿真系统等。这些仿真系统的准确性和逼真性得到了很大的提高，图像的仿真程度也已经与实物、实景相差无几。特别是训练仿真系统具有在危险小、消耗低的条件下训练出较强作战技能的部队的特点，因此受到世界各国军队的极大重视。通过在模拟实

验室里进行训练，可使部队不需进行实际操作就能理解现代战争的概念和流程，士兵在战前就可确切知道他要完成什么样的任务，从而提高了完成任务的能力和增强了完成任务的信心，而且，分散在各地的部队不需集中就能通过模拟器材一起训练。从排到营的机械化分队可演练协同作战，攻击机可演练从不同基地起飞执行同一任务，舰只可演练相互间的配合和策应，特种作战部队可反复演练预定作战任务中的每个细节。此外，仿真模拟演练可在一定程度上代替大规模实兵演习，节省大笔经费。在部队训练方面，模拟仿真技术同样大有用武之地。目前，外军的“虚拟现实”训练技术已发展到相当水平。美国陆军到上世纪80年代末，训练士兵还是采用野战训练和模拟训练两种方法。野战训练的主要问题是燃料、弹药消耗大，场地、安全都有困难，组织大规模演习费时又费力；模拟训练，所用的模拟器可能比它所模拟的真实装备还要贵。为了解决部队训练问题，美国国防部高级研究计划局l983年开始实施模拟器联网计划，把分散在各地的训练器用计算机联成网络，形成分布式交互仿真，实现异地联通与互操作。美军已研制的虚拟现实模拟系统可以在视觉、听觉和触觉等方面逼真地显现未来战争可能出现的各种情况，可以使没有打过仗的指挥官身临其境般地体验战争，可以使驻扎在世界各地的部队通过互联网络同时演练同一想定，可以在同一模拟系统上演练在不同国家、不同地形、不同气候、不同作战对象的各种战争行动。如美海军陆战队的模拟网络可将分布在全球执行各种任务的陆战队特遣队司令部连接起来。一支远征部队陆战营可与4800公里之外的另一支远征部队的团级司令部进行诸军兵种联合演练。在美国肯塔基州克斯堡的乘车作战实验室里，坦克驾驶员不必离开房间，就可操纵“艾布拉姆斯”坦克模拟器穿森林，过雪地，开上一节列车。驾驶员甚至能感受到实战环境中的声音、气味和碰撞。使用这种模拟器，可使受训者在一小时内获得比6个月实车驾驶还要多的经验。据报道，美军在海湾战争前的临战作战训练中，美军飞机、坦克、装甲车辆均使用了模拟器材，只有一名飞行员在训练中打了实弹。以往坦克打一发实弹需要花费1800美元，而用模拟器材训练即可大大节约武器装备的磨损和弹药消耗，还可保证人身安全。

虚拟仿真技术在工业设计的应用

虚拟仿真实验是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合的产物，［1］主要依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络系统等技术，构建出高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，使学生可以在虚拟环境中开展实验，达到教学大纲要求的教学效果。［2］工业设计综合实验是工业设计专业重要的实验实训课。主要围绕具体产品或项目，开展研究、实验与设计等活动，实践性极强，［3］是对专业基础课、专业课的综合训练，是提高学生综合实践能力、促进理论联系实际的重要环节。［4］学生通过系列课程的训练，进一步提高了对产品设计流程和创新方法的理解，加强了设计与生产制造的衔接，培养出较强的设计实践能力。 1虚拟实验的迫切性分析 1.1实验条件受限。工业设计综合实验是工业设计专业的必修课，开设班级众多，给实验教学的安排带来了巨大的压力。一方面，开课班级多导致实验教学设备使用紧张。如果班级每位学生都进行实验操作，则实验设备安排不过来；如果选择分组实验，则无法保证所有学生参与到实验操作中，实验效果不理想。另一方面，实验场地也存在诸多限制，实验场地面积有限。难以容纳所有学生同时进行实验，只能分批进行，影响了实验教学的效果。1.2实验成本高昂。工业设计综合实验中部分实验成本高昂。以3D打印快速成型实验为例，现有3D打印技术中如立体光固化、选择性激光烧结等工艺的材料成本和

设备成本均很高昂。其中立体光固化工艺中的光敏树脂材料平均价格为每克2～10元。当模型重量增加时，实验成本也随之增加，学生往往难以承受。选择性激光烧结工艺更是以小时计算实验成本，包括后期设备的维护和保养，叠加起来，成本高昂，从而限制了实验教学工作的开展。1.3实验的安全性。工业设计综合实验中部分实验具有一定的危险性。以数控雕刻实验为例，数控雕刻对实验操作的安全性要求极高。由于数控雕刻机的主轴转速较快，如果装卡刀具或装夹试件时没有紧密固定，极有可能产生危险，造成不可挽回的后果。因此，从安全角度出发，虚拟仿真技术在工业设计综合实验中的应用势在必行。 2运用虚拟仿真的具体优势和意义 2.1构建以学生为中心、自主学习的训练模式。探索基于网络平台的开放式虚拟仿真实验平台，旨虚拟仿真技术在工业设计综合实验中的应用探索王琛于嘉浩訾然陆雪亿（南京林业大学家居与工业设计学院，江苏南京210037）在突破时间和空间的限制，实现以学生为中心、自主学习为基础的线上线下相结合的训练模式，有重要的现实意义。［5］学生可以根据自己的时间安排，利用网络资源自由地开展主动学习。通过虚拟实验，学生可以在安全的环境下体验完整的实验流程，掌握具体实验过程中相关设备的操作规程，从而变教师主导为学生自主，变机械式完成为研究、探索和合作完成的新模式。2.2开展以项目为引领、探究式的教学模式。传统的实验教学体现在综合实验课程中只是对单一设备的学习和认知。虚拟仿真实验是以项目为

建筑施工中虚拟仿真技术的应用研究

建筑施工中虚拟仿真技术的应用研究摘要：虚拟仿真技术是运用计算机仿真、应用虚拟现实等相关技术对建筑施工过程中进行计算机模拟与分析，以达到对施工过程中的动态管理和事前控制的目的。关键词：建筑施工；虚拟仿真；应用引言：建筑施工行业是传统行业之一，在当前高新技术高速发展的背景下，其行业应接受高新技术带来的优势。在进行复杂大量的建筑施工时，为了保障不间断地有节奏工作，应使各个施工环节协同运作、步调一致，而要想达到这个目的就必须事先制定准确无误的组织计划和施工方案。而运用以往的工具和计算技术，早已难以保障准确地、及时地处理大量繁琐的施工技术资料。于是本文着重对虚拟仿真技术在建筑施工的运用进行了研究和探讨。一、虚拟仿真技术的概念虚拟施工技术（VC）是对实际施工过程的模拟。它运用结构仿真和虚拟现实等技术，在计算机等相关设备的支持下，对施工过程中的物品、人员、财产、施工过程进行逼真演练，以便事先发现施工中可能出现的问题，并采取相应的预防措施，在优化与控制能力、缩短工期、增强施工过程中的决策、减少风险和降低成本等方面均有显著作用。[1] 二、虚拟施工所需的技术支持虚拟施工需要众多学科领域来提供技术支持，主要包括为虚拟现实技术、优化与建模技术、计算机仿真技术以及相关的软硬件技术。具体情况如下： 2.1虚拟现实技术。它综合了传感器技术、计算机图形技术、显示技术、计算机仿真技术等众多学科，它为人机对话提供了更直观和逼真的三维画面，而且还可以在多维空间上创建一个虚拟环境，以达到身临其境的感觉。 2.2建模与优化技术。应用此原理进行工程的设计、规划、管理、施工时可以综合全面地考虑在时间、经济和技术上的最佳方案，实现利益的最大化。优化方法也是虚拟施工中的一个重要技术。建模方法实际上是虚拟施工的另一种支撑技术。虚拟施工的模型包括：设计模型、基础模型和施工模型三大方面。其中施工模型与工艺参数联系在一起，以反映设计模型与施工模型间的交互作用。因此，施工模型必须具有以下几大功能：施工数据表、计算机工艺仿真、施工规划、物理和数学模型、统计模型等。 2.3计算机仿真技术。在土木工程中仿真技术主要运用在施工技术与管理和结构计算。计算机仿真技术是虚拟施工的最重要部分。在结构工程施工方面，内

虚拟仿真实验技术方案设计

实用标准文档虚拟仿真实验解决方案上海华一风景观艺术工程有限公司 2017年8月

计算机模拟仿真技术

实验7 计算机模拟仿真技术 7.1 计算机模拟仿真技术计算机技术的高速发展，使人类社会进入了信息时代。教育作为社会发展的一个重要支柱，其现代化的实现是必然趋势。计算机多媒体教学近十年来在国际、国内已经有了很大的发展。计算机模拟实验又称计算机仿真实验或计算机虚拟实验，是近几年在计算机多媒体教学中开辟的新领域。它通过计算机把实验设备、教学内容、教师指导和学生的操作有机地融合为一体，形成了一部活的、可操作的物理实验教科书和根据需要在瞬间建立的模拟实验室。计算机模拟物理实验的出现打破了教与学、理论与实验、课内与课外的界限，它更加强调实验的设计思想和实验方法，更强调实验者的主动学习；通过计算机模拟实验，学生对物理思想、方法、仪器的结构和设计原理的理解，都可以达到训练实验技能、学习物理知识的目的，增强了学生对物理实验的兴趣，提高了物理实验的水平。目前，模拟实验已成为现代化物理实验的重要手段。计算机模拟实验系统运用了人工智能、控制理论和教师专家系统对物理实验和物理仪器建立其内在模型，用计算机可操作的仿真方式，实现了物理实验教学的各个环节。计算机模拟实验的系统设计如图7-1-1所示。在主模块下由系统简介、实验目的、实验原理、实验内容、数据处理、实验思考题等六个模块组成。每个模块在主模块后调用。图7-1-1 模拟实验模块的设计图7-1-2模拟实验设计过程模拟实验系统通过解剖教学过程，使用键盘和鼠标控制仿真仪器画面动作，来模拟真实实验仪器，完成各模块中相应的内容。在软件设计上，把完成各模块中的内容看作是问题空间到目标空间的一系列变化，从此变化中找到一条达到目标求解的途径，从而完成仿真实验过程。在此过程中，利用丰富教学经验编制而成的指导系统可对学生进行启发引导，系统可按照知识处理过程对模块进行设计，其设计过程如图7-1-2所示。系统给出需要求解的问题，即需要进行的操作。系统通过用户接口给出相应的图像、文字和指导内容，用户根据得到的信息进行判断、输入。输入的信息由预处理部分转化为内部命令，模型接收到指令后，在指导系统的参与下，利用产生式的规则处理得到相应的结果，并将结果传输到图像模拟部分，最终以图像和文字的形式显示在计算机屏幕上。同时，指导系统根据得到的相应结果，在计算机屏幕上显示出指导信息，用户通过软件中指导系统和模型算法的交替作用过程，完成仿真实验内容。计算机模拟实验具体操作说明，参见计算机中的模拟仿真实验软件。计算机模拟仿真物理实验（即物理虚拟实验）简介：在虚拟实验室内提供了力学、热学、电磁学、光学和近代物理实验的平台。并提供有相应的虚拟仪器，如示波器、干涉仪、分光计、单摆、三线摆、伏特表、安培表、滑线变阻器等，学生可根据实验要求完成各类虚拟实验，并在实验报告环节完成实验报告，提交服务器或教师批改。 1.实验预习实验预习包括有对实验内容、实验方法、实验仪器的了解。在这个环节中，将实验相关的内容以文字、图像、动画、课件等方式通过网页发布，或提过给教师审阅；学生可以先在计算机上熟悉仪器设备，模拟操作和预习实验，并可通过交互方式提出问题并解答。为了检查学生的预习情况和效果，对学生的实验方案设计和预习思考题解答，教室和实验室管理人员可通过网络（或课前）进行收集整理、审阅，以决定学生是否可以进行实验。

机器人智慧工厂虚拟仿真技术

机器人智慧工厂虚拟仿真技术作者：金自力摘要：该文主要介绍机器人智慧工厂虚拟仿真技术，首先介绍该项技术的关键技术点，然后介绍该项技术主要解决智慧工厂以下两方面的问题：即以机器人为主体的智慧工厂从细胞单元到生产线，从售前方案环节到交付实施过程中的虚拟样机验证，以及提供离线编程底层的仿真数字化环境。 1.前言虚拟仿真（Virtual Simulation）是智能制造领域的一门新兴技术，该技术在计算机上通过CAD／CAM／CAE等技术将产品信息集成到计算机提供的可视化虚拟环境，在实际产品制造之前实现产品的仿真、分析与优化过程。机器人智慧工厂虚拟仿真是智能制造的重要环节，可应用于生产线节拍控制分析、机器人运动控制、动力学分析、轨迹和路径规划离线编程、机器人与工作环境的相互作用等方面。随着目前智能数字化制造及工业4.0等先进制造技术的发展，机器人智慧工厂虚拟仿真也成为围绕产品生命周期管理(PLM)的整个数字化设计、验证及制造环境的重要组成部分。研究与开发机器人智慧工厂虚拟仿真系统，可以在虚拟环境中完成以上方面的研究工作，为机器人智能制造的发展提供新的手段。 2.机器人智慧工厂虚拟仿真技术机器人智慧工厂虚拟仿真技术涉及多个系统的运动学与动力学建模理论及其技术实现，是基于数字和运动控制建模、仿真、信息管理、交互式用户界面和虚拟现实的综合应用技术。在智慧工厂设计的初级阶段——概念阶段就可以对整

个系统进行完整的分析，观察并实验各组件的相互运动情况。通过系统虚拟仿真软件在相应虚拟环境中真实地模拟生产线的运动和节拍，在计算机上可方便地修改设计缺陷，仿真不同的布局方案，对生产线系统进行不断的改进，直至获得最优的设计方案以后，再做出物理样机。虚拟仿真的设计方法体现出并行工程的概念和思想，是今后智能制造技术的发展方向。与传统方法相比具有诸多优势，即在智慧工厂设计时期即确定关键的参数，更新产品开发过程，缩短开发周期、降低成本和提高产品质量。机器人智慧工厂虚拟仿真的关键技术包括以下方面： 1）系统集成性机器人智慧工厂虚拟仿真解决方案涉及到多方面的技术，虚拟仿真执行环境需要在不同的系统间进行转换，其集成性包括以下方面： ●导入在CAD中建立的机器人与生产线组件的三维模型，加入机器人运动学与动力学分析算法。 ●虚拟仿真中的流动节拍，机器人和外部轴的载荷速度，可达性等数据传递给分析模组，轨迹和路径规划的拓扑数据传递给离线编程模组，处理后的分析结果回传给虚拟仿真进行验证； ●生产线PLC，机器人下位机控制系统，IO的信号等数据上传，与虚拟仿真系统进行集成。 2）组件模型的参数化和数据库通常一个智慧工厂的组件大约在5万到10万个（不含重复组件），大量重复使用的模型可以参数化并形成组件库，可以更快捷的变更组件和规划布局，大幅减少工程师CAD建模和增加运动算法