飛行仿真技術(shù)（FlightSimulation）是以系統(tǒng)技術(shù)、相似理論、控制理論、計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)及飛行器應(yīng)用領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計算機(jī)和各種物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用建立的飛行器各分系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和物理模型與飛行器部分實物結(jié)合，對飛行器進(jìn)行動態(tài)試驗和研究的一門綜合性技術(shù)。目前該技術(shù)已成為飛行器前期論證和設(shè)計、后期加工、制造、測試、以及完成后的維護(hù)和使用過程中的故障排除等各個階段重要的技術(shù)手段，另外也成為飛行員訓(xùn)練重要工具。飛行仿真技術(shù)作為航空領(lǐng)域的一項重要技術(shù)，受到航空界的高度重視，并取得了飛速發(fā)展。21世紀(jì)，我國軍用和民用航空事業(yè)蓬勃發(fā)展，為飛行仿真技術(shù)的發(fā)展提供了契機(jī)，亟須建立一個與我國航空工業(yè)發(fā)展規(guī)模和水平相適應(yīng)的飛行仿真產(chǎn)業(yè)。介紹國內(nèi)飛行仿真技術(shù)的類型和發(fā)展現(xiàn)狀，并總結(jié)了仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢。

1.飛行仿真技術(shù)的分類

按照飛行仿真模型類型及其實現(xiàn)方式的不同，可以分為全數(shù)字仿真、半實物仿真和人在回路仿真三類。下面從這三類介紹飛行仿真技術(shù)。

1.1數(shù)字仿真

在計算機(jī)出現(xiàn)之前，仿真都是利用實物或物理模型進(jìn)行行業(yè)曲線linkindustryAppraisementDOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2022.11.010可替代度影響力可實現(xiàn)度行業(yè)關(guān)聯(lián)度真實度研究，例如風(fēng)洞試驗與模型飛行試驗等，由于物理試驗操作復(fù)雜、成本較高，并且存在一定程度的不可重復(fù)性，隨著計算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用，人們開始使用計算機(jī)進(jìn)行仿真。數(shù)字仿真就是建立數(shù)學(xué)模型在計算機(jī)上反復(fù)進(jìn)行的試驗，是利用編程建立飛行器的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真計算。數(shù)字仿真無需做模擬環(huán)境的各種物理效應(yīng)設(shè)備，直接利用鍵盤等外部輸入設(shè)備改變系統(tǒng)參數(shù)，經(jīng)過仿真計算后，將仿真結(jié)果輸出至外部顯示設(shè)備。數(shù)字仿真流程如圖1所示。數(shù)學(xué)仿真尤其適用于研究開發(fā)、方案論證和設(shè)計階段。

1.2半實物仿真

摘要:實驗在應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生的實踐教學(xué)中處于非常重要的地位，但是傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式有許多弊端，嚴(yán)重影響了教學(xué)質(zhì)量。將虛擬仿真技術(shù)引入到應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實驗教學(xué)中，可有效地解決限制化學(xué)實驗教學(xué)發(fā)展的諸多因素，建立起傳統(tǒng)方式和現(xiàn)代技術(shù)并存的實驗教學(xué)模式。構(gòu)建虛擬仿真實驗教學(xué)平臺，應(yīng)遵從虛實結(jié)合的原則，設(shè)計多層次循序漸進(jìn)的虛擬仿真課程并強(qiáng)化師資培訓(xùn)，以期為社會提供優(yōu)秀的應(yīng)用化學(xué)人才。

關(guān)鍵詞:虛擬仿真;應(yīng)用化學(xué);實驗教學(xué)

實驗在高等學(xué)校的實踐教學(xué)中處于非常重要的地位，具有直觀和操作性的特點，是學(xué)生將理論知識轉(zhuǎn)化為實踐能力的主要途徑。應(yīng)用化學(xué)作為一門介于化學(xué)和化工之間的獨立學(xué)科，所培養(yǎng)的人才需要具備化學(xué)方面的基礎(chǔ)知識、基本理論、基本技能以及相關(guān)的工程技術(shù)知識和較強(qiáng)的實驗技能［1］?？梢哉f，實驗教學(xué)貫穿整個應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生的本科學(xué)習(xí)階段。但是一些實驗受到實驗場地、條件、資源、設(shè)備和時間等諸多原因的限制很難開展，嚴(yán)重影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)成效，使得教學(xué)質(zhì)量面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。信息技術(shù)的發(fā)展為傳統(tǒng)教學(xué)方式的變革提供了基礎(chǔ)，虛擬仿真實驗的廣泛開展為強(qiáng)化實踐教學(xué)、改善教學(xué)質(zhì)量提供了重要保障。在虛擬仿真實驗的開發(fā)過程中，一個信息化、網(wǎng)絡(luò)化的集成環(huán)境被搭建起來，師生可以將聽覺、視覺和觸覺等感知的虛擬實驗環(huán)境融入到課堂中，這為應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實驗的教學(xué)提供了全新的思維模式［2－3］。

1應(yīng)用化專業(yè)實驗傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足

應(yīng)用化學(xué)是一門應(yīng)用性和實踐性較強(qiáng)的專業(yè)，實驗教學(xué)是該專業(yè)的重要組成部分，對學(xué)生的實踐技巧與能力有著直接的影響，一些實驗教學(xué)受到很多因素的影響，導(dǎo)致本科實驗教學(xué)開展不順利。

1.1實驗時長，實驗安全及環(huán)境保護(hù)問題

【摘要】研究服裝數(shù)字化方向的“互聯(lián)網(wǎng)+服裝定制”關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合服裝MTM技術(shù)和三維服裝虛擬展示技術(shù)，并利用三維人體掃描技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)及服裝CAD等技術(shù)，形成集“人體尺寸測量、試衣體驗、個性化定制和銷售管理”為一體的服裝數(shù)字化定制模式，以提高服裝企業(yè)在激烈的市場中的競爭力，為消費者打造一個“顛覆傳統(tǒng)購物模式”的男襯衫個性化定制和體驗服務(wù)平臺。

【關(guān)鍵詞】個性化；定制；虛擬仿真

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對服裝的消費觀念逐漸轉(zhuǎn)向符合自己體型特征和審美需要的定制類服裝，如何迅速響應(yīng)市場的變化，低成本、高質(zhì)量地滿足客戶需求，是目前服裝企業(yè)面臨的一道問題。三維服裝虛擬仿真技術(shù)將整個服裝個性化定制模式搭建得完美無瑕，從三維人體掃描獲得全方位人體數(shù)據(jù)尺寸，到CAD量身定做樣板的自動修正，再到服裝的實時虛擬展示，最終實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)零售?？梢杂行У靥岣叻b企業(yè)的生產(chǎn)效率，降低運(yùn)行成本，增強(qiáng)競爭力。

1虛擬仿真技術(shù)及其虛擬仿真流程

隨著信息技術(shù)在服裝領(lǐng)域的運(yùn)用與成熟，服裝設(shè)計與生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化已逐漸成為現(xiàn)代服裝企業(yè)發(fā)展的特征。三維服裝虛擬仿真技術(shù)是依據(jù)三維人體掃描獲得的人體尺寸數(shù)據(jù)，將設(shè)計好的平面紙樣導(dǎo)入到系統(tǒng)中，通過虛擬縫合、渲染等技術(shù)制作出虛擬樣衣，再通過3D成像技術(shù)，獲得逼真的三維虛擬動態(tài)展示效果。三維服裝虛擬展示技術(shù)即在該環(huán)境下誕生。虛擬服裝展示技術(shù)能夠快速逼真地將真人模型導(dǎo)入虛擬試衣系統(tǒng)，進(jìn)行成衣設(shè)計、虛擬縫合和試穿，該技術(shù)和成果保證服裝企業(yè)和消費群體能夠更快地接觸到新的服裝設(shè)計產(chǎn)品，給消費群體創(chuàng)造更滿意的試穿體驗。服裝虛擬仿真展示的整個流程如下所述。1.1人體數(shù)據(jù)和人體模型的提取過程?？蛻敉ㄟ^三維人體掃描設(shè)備進(jìn)行人體掃描，提取人體各個部位的數(shù)據(jù)，同時生成人體模型。該模型可導(dǎo)入虛擬試衣系統(tǒng)的人體數(shù)據(jù)庫中。1.2服裝設(shè)計和虛擬縫合過程。服裝設(shè)計人員根據(jù)客戶需求進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計，選定服裝款式、面料、顏色、圖案、材質(zhì)、懸垂效果、物理性能以及使用的線跡類型、使用的輔料和裝飾標(biāo)等相關(guān)信息；版型人員根據(jù)提取的客戶人體數(shù)據(jù)以及設(shè)計的款式信息等內(nèi)容進(jìn)行二維樣板的制作，并導(dǎo)入三維縫合系統(tǒng)，按照工藝要求和設(shè)計要求進(jìn)行三維縫合，縫合過程按照實際的樣衣生產(chǎn)過程進(jìn)行，保證縫合成衣的真實性和可產(chǎn)業(yè)推廣性。1.3服裝虛擬試穿過程。版型師和設(shè)計師結(jié)合前期的設(shè)計和縫合，對服裝進(jìn)行試穿，在試穿過程中加載客戶所要求的面料、圖案、色彩、材質(zhì)、線跡和裝飾標(biāo)等相關(guān)服裝因素，同時考慮面料的物理性能和自然懸垂效果，合理地處理服裝褶皺。從試衣系統(tǒng)中導(dǎo)出fbx格式或者obj格式的服裝模型和人體模型。1.4虛擬動態(tài)展示過程。將導(dǎo)出的obj格式的服裝模型和人體模型導(dǎo)入三維建模軟件，進(jìn)行后期的渲染和動畫制作，最終導(dǎo)出為視頻的格式以及試穿照片的格式一起呈現(xiàn)給消費群體。虛擬試衣展示技術(shù)能夠快捷、準(zhǔn)確和高效地完成服裝的制版、縫合到試穿以及動態(tài)展示的整個過程。虛擬服裝展示不僅具有真實性，可以模擬不同尺寸、不同面料、材質(zhì)、懸垂效果、工藝制作過程和人體動態(tài)，同時可以反映不同體型特點的人體的虛擬試穿效果，而且具有可產(chǎn)業(yè)推廣性，能夠快速、高效和逼真地反映客戶對服裝的需求。

2研究內(nèi)容

本文作者：何飛龍劉啟鋼工作單位：成都鐵路局

經(jīng)驗公式存在的不足通過對上文提及的驗證設(shè)備和安檢設(shè)備數(shù)量配置經(jīng)驗公式的分析，可以看到計算方法中存在3個方面的問題：（1）高峰時間內(nèi)客流按照均勻分布到達(dá)，未能反映客流的波動性；（2）靜態(tài)公式計算忽略了客流對驗證設(shè)備、人員的動態(tài)需求，采用取上限方法匡算設(shè)備、人員必然造成資源浪費；（3）該公式以鐵路局為單位設(shè)置通過能力參數(shù)，忽略了不同車站、不同客流的差異性。以重慶北站為例，2010年重慶北站運(yùn)行圖數(shù)據(jù)，12：30～13：30為高峰，開出6列，估算發(fā)送旅客10000人，設(shè)計70個驗證口。實際高峰客流5000人，重慶北站的驗證口在人員操作不熟悉的情況下約30個驗證口就能滿足需要。

設(shè)備配置的仿真計算方法研究

針對公式計算方法存在的不足，本文基于行人仿真技術(shù)，研究提出車站驗證、安檢設(shè)備配置仿真計算方法。該方法利用計算機(jī)技術(shù)，建立車站電子仿真模型，對旅客的行為進(jìn)行仿真，利用排隊長度指標(biāo)判斷不同仿真方案的優(yōu)劣，從而確定經(jīng)濟(jì)、合理的設(shè)備配置方案。車站行人仿真技術(shù)和方法參考文獻(xiàn)[9～12]。仿真模型及計算基本流程客流仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)模型是社會力模型。社會力模型認(rèn)為行人的行走并非受到外力作用，而是受到自身的驅(qū)動力，這種驅(qū)動力就是所謂“社會力”。社會力包括3類：行人為了達(dá)到和保持自身期望速度而具有的向前的動力、與障礙物或者其他行人保持一定距離的力、行人對外部環(huán)境好奇所產(chǎn)生的引力。其數(shù)學(xué)模型參考文獻(xiàn)[14]。仿真計算的主要步驟包括：基礎(chǔ)資料處理、仿真建模、方案編制、動態(tài)仿真和仿真評估。其工作流程如圖1。重慶北站平面布局重慶北站主站房為扇形建筑，主進(jìn)站通道在扇形中部，旅客從下方中部進(jìn)入，首先經(jīng)過驗證口，然后經(jīng)過安檢口，進(jìn)入車站候車大廳。由于其他區(qū)域與驗證、安檢設(shè)備計算無關(guān)，所以仿真建模只針對這兩個部分進(jìn)行研究?；緟?shù)取值由于驗證口通行速度取決于車站組織措施、旅客素質(zhì)、身份證類型比例等相關(guān)因素，難以給出標(biāo)準(zhǔn)的通過速度。通過對現(xiàn)場驗證檢票的現(xiàn)場實測和統(tǒng)計，得到重慶北站驗證口平均通過速度為13.2s/人。見表1。安檢儀通過速度同樣需要通過對車站進(jìn)行大量實測，才能統(tǒng)計出平均通過速度。重慶北站安檢儀平均通過速度3.43s/人。見表2。

仿真模型及數(shù)據(jù)分析

仿真模型行人仿真技術(shù)可以對整個車站及樞紐的客流組織進(jìn)行仿真評估[13]。本文只對重慶北站的驗證口廳、安檢大廳等區(qū)域進(jìn)行建模。見圖3。仿真方案仿真方案的編制主要考慮在客流總量不變的情況下，分別配置不同數(shù)量的驗證、安檢設(shè)備，通過仿真試驗并計算排隊長度，從而找到排隊長度合理、設(shè)備數(shù)量合理的設(shè)備配置方案。根據(jù)重慶北站春節(jié)高峰時段旅客進(jìn)站人數(shù)統(tǒng)計，普速旅客約7000人。本文在此基礎(chǔ)上，考慮一定的浮動，分別以高峰小時5000、6000、7000人為基礎(chǔ)編制仿真方案，見表3。仿真結(jié)果分析客流組織結(jié)果評價指標(biāo)是排隊人數(shù)。根據(jù)近年現(xiàn)場組織經(jīng)驗，排隊超過10人時旅客等待時間過長，服務(wù)體驗較差。因此，本文將對各驗證口、安檢口的排隊人數(shù)上限定為10人，超過10人則認(rèn)為方案不合理。通過仿真，得到統(tǒng)計結(jié)果見表4。通過車站客流組織仿真，可以對車站驗證、安檢排隊的動態(tài)演變情況進(jìn)行統(tǒng)計分析。動態(tài)仿真表明，在設(shè)備能力不夠的情況下，隨著客流不斷增加，排隊現(xiàn)象出現(xiàn)，其排隊人數(shù)會逐漸增加。通過對評估結(jié)果的分析，重慶北站在高峰客流5000人、6000人、7000人情況下的設(shè)備最優(yōu)配置見表5。

隨著我國對于職業(yè)教育的持續(xù)關(guān)注，以及數(shù)控加工技術(shù)各方面科學(xué)化的提高，數(shù)控機(jī)床操作人員的專業(yè)素養(yǎng)被重視起來，職業(yè)學(xué)校對于數(shù)控機(jī)床操作人員的培訓(xùn)更加重要?？墒?，對專業(yè)人員進(jìn)行培訓(xùn)需要有大量資金投入，使實訓(xùn)教學(xué)能夠維持?？墒谴蟛糠謱嵱?xùn)課程的消耗過大，因此很多學(xué)校想出了降低實習(xí)消耗的辦法，這些方法很容易使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中得不到有效的培訓(xùn)。目前，數(shù)控仿真技術(shù)以及計算機(jī)和在職學(xué)校的教學(xué)緊密結(jié)合，這樣可以使教學(xué)進(jìn)一步提高，也可以有效的節(jié)約能源。

1數(shù)控仿真技術(shù)應(yīng)用的意義

1.1有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。仿真技術(shù)是一種比較有用的教學(xué)方法。在進(jìn)行教學(xué)活動的過程中，仿真技術(shù)可以有效地讓學(xué)生之間進(jìn)行溝通和交流，也能夠讓教師進(jìn)行情景創(chuàng)設(shè)，仿真技術(shù)在進(jìn)行教學(xué)的時候可以創(chuàng)設(shè)很多種不同的情景，還可以應(yīng)用一些三維模型，這就可以很大程度上使學(xué)生的學(xué)習(xí)更加順利，成績也能得到提高。仿真技術(shù)的反饋比較及時，教師在進(jìn)行教學(xué)的過程中，使用仿真技術(shù)也能夠使教學(xué)整個過程更加生動形象。使學(xué)生的學(xué)習(xí)當(dāng)中遇到任何問題都可以創(chuàng)設(shè)相關(guān)模型更加直觀地對問題進(jìn)行探索。1.2仿真教學(xué)能夠降低學(xué)校的教學(xué)成本使用傳統(tǒng)教。學(xué)法在一定程度上很難滿足目前科技飛速的發(fā)展，而教師在進(jìn)行教學(xué)的時候，需要應(yīng)用到很多更加先進(jìn)的儀器來幫助學(xué)生學(xué)習(xí)。使用仿真技術(shù)來構(gòu)造實訓(xùn)基地和實訓(xùn)教室，極大程度的壓縮了學(xué)校投入的成本。仿真技術(shù)進(jìn)行生個更新?lián)Q代是依靠信息技術(shù)和軟件來進(jìn)行得，并不用投入更多的成本，而且在使用的過程中也并不會對任何原材料額外消耗，而且還能夠應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)及時的對新的內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充，使學(xué)習(xí)學(xué)生能夠?qū)W到最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)。1.3仿真技術(shù)具有廣泛的適應(yīng)性。學(xué)生進(jìn)行傳統(tǒng)的實訓(xùn)課進(jìn)行教學(xué)的時候，教師使用的硬件設(shè)備往往跟不上實際應(yīng)用的情況。而在使用仿真技術(shù)的時候，就可以讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的時候更加能夠符合實際工作情況。使用數(shù)控仿真技術(shù)，可以使教師訓(xùn)練學(xué)生進(jìn)行不同的數(shù)控操作，并且體驗更加真實，使學(xué)生在工作的時候，能夠更加得心應(yīng)手。1.4仿真技術(shù)能夠解決傳統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)過程中的各種難題。在教學(xué)的時候使用數(shù)控仿真技術(shù)，在壓縮成本的同時，在實際訓(xùn)練的時候，因為學(xué)生對于操作流程不熟悉，很容易造成機(jī)器損壞或是出現(xiàn)安全隱患。而使用仿真技術(shù)對學(xué)生進(jìn)行實訓(xùn)，就可以在很大程度上避免出現(xiàn)安全隱患，學(xué)生可以使用課堂上學(xué)習(xí)到的知識，對項目進(jìn)行探索。數(shù)控仿真技術(shù)在一定程度上可以使實訓(xùn)的效率提高，也可以向?qū)W生們展示真正工作的環(huán)境以及標(biāo)準(zhǔn)的流程，對于學(xué)生的知識接受情況，也有一個智能的考核，針對不同學(xué)生的情況進(jìn)行個性訓(xùn)練。仿真技術(shù)是使用真實的數(shù)據(jù)來模擬一個虛擬操作平臺，但是這個操作平臺有十分嚴(yán)格的操作標(biāo)準(zhǔn)，可以對實際工作中使用到的設(shè)備進(jìn)行模擬還原。學(xué)生在進(jìn)行實訓(xùn)的時候，能夠避免設(shè)備損壞的問題，同時也能夠?qū)ψ钕冗M(jìn)的機(jī)器進(jìn)行操控。讓學(xué)生的整體的學(xué)習(xí)效果增加。

2數(shù)控加工仿真系統(tǒng)

目前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)和計算機(jī)在不斷地改進(jìn)，已經(jīng)擁有了可以模擬實際機(jī)床加工環(huán)境及其工作狀態(tài)的計算機(jī)仿真加工程序，這個程序可以有效地將現(xiàn)實生活中的情況和數(shù)控加工使用流程進(jìn)行模擬。使用計算機(jī)仿真程序?qū)W(xué)生進(jìn)行教育，可以使學(xué)生的理論知識和實際操作水平得到培訓(xùn)，而且操作的過程中可以避免安全隱患，更加穩(wěn)定，也可以使投入的資金節(jié)省。很多職業(yè)學(xué)校將計算機(jī)仿真技術(shù)使用在數(shù)控操作學(xué)生的教學(xué)當(dāng)中，也探索出了很多數(shù)控加工仿真教學(xué)程序以及不同的數(shù)控加工仿真軟件。數(shù)控加工仿真軟件能夠在單獨的系統(tǒng)上進(jìn)行操作，也可以使用計算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行運(yùn)行。單獨操作機(jī)床模型的方法，只需要使用一臺計算機(jī)，就可以在顯示屏的仿真面板上，對于數(shù)控機(jī)床進(jìn)行實際訓(xùn)練。對零件進(jìn)行切削的情況是使用三維動畫的形式進(jìn)行模擬的，使用這樣的教學(xué)方法，可以有效地對學(xué)生進(jìn)行實際培訓(xùn)。使用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行數(shù)控加工仿真軟件的應(yīng)用是將學(xué)校的教學(xué)系統(tǒng)和實際的機(jī)床進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，讓學(xué)生能夠使用硬件來對零件進(jìn)行切削。學(xué)生使用的是仿真面板，但是，表現(xiàn)出來的情況和實際在機(jī)床上進(jìn)行操作是沒有區(qū)別的，也就是使用計算機(jī)以及其他硬件和軟件來進(jìn)行真實場景的模擬，學(xué)生可以在仿真場景中進(jìn)行和真實場景沒有差異的訓(xùn)練。使用這樣的方法，能夠?qū)W(xué)生的實際操作能力發(fā)展起來。數(shù)控仿真程序的主要內(nèi)容是數(shù)控機(jī)床，而虛擬數(shù)控機(jī)床又是虛擬制造技術(shù)中的一個重要的執(zhí)行單元。它不僅在數(shù)控加工過程中為產(chǎn)品設(shè)計提供了可制造性的分析，而且在數(shù)控系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)中，為被培訓(xùn)人員提供了完善的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)環(huán)境。數(shù)控仿真系統(tǒng)完全模擬真實零件的加工過程，可以檢驗各種數(shù)控指令是否正確，能提供與真實機(jī)床完全相同的操作面板，其調(diào)試、編輯、修改和跟蹤執(zhí)行等功能也一應(yīng)俱全。

3數(shù)控仿真系統(tǒng)功能及在教學(xué)中的應(yīng)用

仿真技術(shù)是伴隨著計算機(jī)的普遍應(yīng)用而興起的，它結(jié)合了多門學(xué)科及理論，充分利用計算機(jī)和相關(guān)軟件對所需要的設(shè)計展開虛擬實驗，是一種綜合性技術(shù)。在早期的計算機(jī)仿真技術(shù)中，通過隨機(jī)數(shù)實驗的方法解決問題，也被稱之為蒙塔卡羅方法。仿真技術(shù)的成熟與穩(wěn)定是在科技與工業(yè)的發(fā)展中進(jìn)行的，對人們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生了不可磨滅的影響。它從出現(xiàn)到應(yīng)用普及主要經(jīng)歷了三個主要階段：模擬機(jī)仿真、模擬數(shù)字混合機(jī)仿真以及數(shù)字機(jī)仿真。

1仿真技術(shù)對機(jī)械設(shè)計制造行業(yè)的作用

仿真技術(shù)指的是設(shè)計人員以計算機(jī)為載體，通過利用相關(guān)軟件建立數(shù)據(jù)模型，對各性能參數(shù)進(jìn)行分析從而選擇最優(yōu)的設(shè)計方案，與傳統(tǒng)的設(shè)計方法相比安全可靠、使用靈活，大大節(jié)約了資金，也節(jié)約了反復(fù)制造實物的時間，因其不需要制造實物而又被稱為虛擬樣機(jī)技術(shù)?，F(xiàn)代的機(jī)械設(shè)計制造行業(yè)中，因為很多系統(tǒng)設(shè)計非常復(fù)雜，數(shù)據(jù)量龐大，在實驗中存在很多難題，因此需要在計算機(jī)中建立相對應(yīng)的模型對其進(jìn)行仿真，對其各項參數(shù)性能等進(jìn)行分析。在機(jī)械設(shè)計制造的初期，設(shè)計人員只要根據(jù)不同的方案在仿真軟件中建立虛擬樣機(jī)，便可以完成對不同假設(shè)的虛擬實驗，選擇最優(yōu)方案或者對方案進(jìn)行改進(jìn)都非常方便。在機(jī)械設(shè)計制造行業(yè)中使用仿真技術(shù)不僅可以使計算更加精確，提升研發(fā)質(zhì)量，而且也在一定程度上提升了研發(fā)效率，節(jié)約了研發(fā)資金。

2仿真過程的實現(xiàn)

2.1模型的建立

在機(jī)械設(shè)計制作的過程中，若要使用仿真技術(shù)，首先就要設(shè)計編輯條件和約束條件，確定研究目標(biāo)，進(jìn)而建立一個可以滿足系統(tǒng)要求的仿真運(yùn)行系統(tǒng)。系統(tǒng)初步建立之后，便要求設(shè)計者根據(jù)相應(yīng)的學(xué)科知識對該系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化表述，也就是對系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型。通常狀況下，數(shù)學(xué)模型由于時間不同可分為動態(tài)和靜態(tài)兩種，其中動態(tài)模型又可以分為離散、連續(xù)和混合時間三種。

【內(nèi)容摘要】隨著我國城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，各大城市對園林建設(shè)提出更加嚴(yán)格的要求。為了培養(yǎng)出合格的園林人才，在開展園林實訓(xùn)教學(xué)時，要積極進(jìn)行教學(xué)改革，提高學(xué)生的實踐能力。充分發(fā)揮出虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢，結(jié)合園林實訓(xùn)教學(xué)的情況，明確教學(xué)目標(biāo)，將虛擬仿真技術(shù)與園林實訓(xùn)教學(xué)有機(jī)結(jié)合，創(chuàng)新教學(xué)模式和教學(xué)方法，給學(xué)生帶來良好的學(xué)習(xí)體驗。

【關(guān)鍵詞】園林工程;實訓(xùn)教學(xué);虛擬仿真技術(shù);教學(xué)創(chuàng)新

虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要是利用計算機(jī)技術(shù)模擬三維空間打造虛擬而逼真的世界，使人們有身臨其境之感。隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)與教學(xué)的融合日益緊密。在開展園林實訓(xùn)教學(xué)時，可充分利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的功能，提高學(xué)生的實踐能力，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式，達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

一、虛擬仿真技術(shù)在園林實訓(xùn)教學(xué)中的優(yōu)勢

園林教學(xué)包含的內(nèi)容和知識點眾多，學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程時，需充分運(yùn)用各種材料打造相應(yīng)的景觀，通過對地形進(jìn)行改造，打造相應(yīng)的建筑，對園林場景進(jìn)行合理布置，還需結(jié)合完善的美學(xué)知識與歷史文化內(nèi)容，創(chuàng)造出多種多樣的空間，給人們帶來不同的感受。園林設(shè)計師要具備豐富的想象力，能夠充分結(jié)合用戶的需求進(jìn)行設(shè)計，因此，在園林教學(xué)中融入虛擬現(xiàn)實技術(shù)，挖掘其技術(shù)優(yōu)勢，創(chuàng)造真實的實訓(xùn)情境，從而達(dá)到實訓(xùn)的教學(xué)目的。當(dāng)學(xué)生置身于虛擬仿真技術(shù)所營造的虛擬環(huán)境之中，進(jìn)一步了解園林景觀內(nèi)容。該技術(shù)能夠營造出不同形態(tài)的植物、造型各異的亭子、經(jīng)典的古典園林空間和小區(qū)環(huán)境。學(xué)生無需通過實地參觀的方式就能有身臨其境之感。教師可充分發(fā)揮出虛擬仿真平臺的優(yōu)勢，使學(xué)生能夠充分了解實訓(xùn)的內(nèi)容和相關(guān)理論知識。然后，教師可在平臺中為學(xué)生發(fā)布實訓(xùn)的目的和內(nèi)容，使學(xué)生了解實訓(xùn)的注意事項。學(xué)生可充分結(jié)合相應(yīng)的理論知識進(jìn)行在線練習(xí)，然后參與到技能在線測試之中。通過虛擬仿真實訓(xùn)平臺，教師可與學(xué)生之間隨時進(jìn)行交流，學(xué)生遇到問題后可隨時向教師咨詢。通過虛擬仿真技術(shù)可以調(diào)動學(xué)生主觀能動性，使學(xué)生在虛擬場景中對內(nèi)容進(jìn)行可視化編輯和調(diào)整，展示出不同的場景效果，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造思維，使學(xué)生具備創(chuàng)新能力。

二、虛擬仿真技術(shù)在園林實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用條件

摘要：仿真技術(shù)是利用計算機(jī)虛擬模型模擬真實情況下的一種風(fēng)險評估。20世紀(jì)初仿真技術(shù)已經(jīng)得到應(yīng)用。20世紀(jì)60年代，計算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)，為仿真技術(shù)提供了高效先進(jìn)的計算工具。直至目前，仿真技術(shù)在設(shè)計優(yōu)化領(lǐng)域已經(jīng)成為無可替代的有效手段。工業(yè)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計周期長、設(shè)計難度大。本文將仿真技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)機(jī)械臂的設(shè)計中，可以有效提高工業(yè)機(jī)械臂的設(shè)計效率、降低設(shè)計風(fēng)險、減少廢品率。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)械臂;結(jié)構(gòu)設(shè)計;仿真分析

工業(yè)機(jī)械臂是工業(yè)機(jī)器人中的一種，被廣泛應(yīng)用到焊接、裝配、搬運(yùn)、檢測等領(lǐng)域。工業(yè)機(jī)械臂由于關(guān)節(jié)較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其設(shè)計中難度較大。本文將仿真技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)機(jī)械臂設(shè)計中，對一種六關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)械臂進(jìn)行仿真分析，從而輔助機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計，為其結(jié)構(gòu)參數(shù)提供有效的理論依據(jù)。

1靜力學(xué)仿真分析

靜力學(xué)分析的目的是驗證機(jī)構(gòu)中各零件在某一特定姿態(tài)及受載情況下，是否超過材料的屈服極限而導(dǎo)致零件失效。利用靜力學(xué)仿真結(jié)果，可以幫助設(shè)計人員在沒有實際損失的情況下，以最小的代價確定合理的零部件尺寸，既實現(xiàn)了預(yù)定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，又合理減少了多余重量，降低零部件及加工成本。在SolidWorks中建機(jī)械臂的三維模型。當(dāng)機(jī)械臂處于水平狀態(tài)時，機(jī)械臂底座承受的彎矩最大，因此對此工況進(jìn)行仿真分析。為了減少計算機(jī)資源的消耗，對機(jī)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行簡化，將不影響分析結(jié)果的結(jié)構(gòu)以配重塊的形式附加到機(jī)械臂上，簡化后的機(jī)構(gòu)模型如圖1所示。對簡化后的模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并施加重力場。在機(jī)械臂末端施加10kg的負(fù)載，將機(jī)械臂底座與地面固定，如圖2所示。機(jī)械臂材料設(shè)為鋁合金，在SolidWorks中進(jìn)行靜力學(xué)分析，得到如圖3所示的仿真分析結(jié)果。從仿真結(jié)果看，機(jī)構(gòu)最大應(yīng)力位于第一關(guān)節(jié)裝配體密封蓋，最大應(yīng)力數(shù)值為8.034×107N/m2，7075鋁合金屈服極限為5.05×108N/m2，機(jī)構(gòu)在10kg負(fù)載下工作時，并無零件失效情況產(chǎn)生。

2模態(tài)仿真分析

摘要：隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。本文探索了虛擬仿真技術(shù)在工業(yè)設(shè)計綜合實驗中的應(yīng)用，分析了在工業(yè)設(shè)計綜合實驗中引入虛擬仿真技術(shù)的必要性以及運(yùn)用虛擬仿真的具體優(yōu)勢和意義，旨在對工業(yè)設(shè)計實驗教學(xué)的改進(jìn)的提供一定的幫助。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；工業(yè)設(shè)計；綜合實驗

虛擬仿真實驗是高等教育信息化建設(shè)和實驗教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容，是學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物，［1］主要依托虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等技術(shù)，構(gòu)建出高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象，使學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中開展實驗，達(dá)到教學(xué)大綱要求的教學(xué)效果。［2］工業(yè)設(shè)計綜合實驗是工業(yè)設(shè)計專業(yè)重要的實驗實訓(xùn)課。主要圍繞具體產(chǎn)品或項目，開展研究、實驗與設(shè)計等活動，實踐性極強(qiáng)，［3］是對專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課的綜合訓(xùn)練，是提高學(xué)生綜合實踐能力、促進(jìn)理論聯(lián)系實際的重要環(huán)節(jié)。［4］學(xué)生通過系列課程的訓(xùn)練，進(jìn)一步提高了對產(chǎn)品設(shè)計流程和創(chuàng)新方法的理解，加強(qiáng)了設(shè)計與生產(chǎn)制造的銜接，培養(yǎng)出較強(qiáng)的設(shè)計實踐能力。

1虛擬實驗的迫切性分析

1.1實驗條件受限。工業(yè)設(shè)計綜合實驗是工業(yè)設(shè)計專業(yè)的必修課，開設(shè)班級眾多，給實驗教學(xué)的安排帶來了巨大的壓力。一方面，開課班級多導(dǎo)致實驗教學(xué)設(shè)備使用緊張。如果班級每位學(xué)生都進(jìn)行實驗操作，則實驗設(shè)備安排不過來；如果選擇分組實驗，則無法保證所有學(xué)生參與到實驗操作中，實驗效果不理想。另一方面，實驗場地也存在諸多限制，實驗場地面積有限。難以容納所有學(xué)生同時進(jìn)行實驗，只能分批進(jìn)行，影響了實驗教學(xué)的效果。1.2實驗成本高昂。工業(yè)設(shè)計綜合實驗中部分實驗成本高昂。以3D打印快速成型實驗為例，現(xiàn)有3D打印技術(shù)中如立體光固化、選擇性激光燒結(jié)等工藝的材料成本和設(shè)備成本均很高昂。其中立體光固化工藝中的光敏樹脂材料平均價格為每克2～10元。當(dāng)模型重量增加時，實驗成本也隨之增加，學(xué)生往往難以承受。選擇性激光燒結(jié)工藝更是以小時計算實驗成本，包括后期設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)，疊加起來，成本高昂，從而限制了實驗教學(xué)工作的開展。1.3實驗的安全性。工業(yè)設(shè)計綜合實驗中部分實驗具有一定的危險性。以數(shù)控雕刻實驗為例，數(shù)控雕刻對實驗操作的安全性要求極高。由于數(shù)控雕刻機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速較快，如果裝卡刀具或裝夾試件時沒有緊密固定，極有可能產(chǎn)生危險，造成不可挽回的后果。因此，從安全角度出發(fā)，虛擬仿真技術(shù)在工業(yè)設(shè)計綜合實驗中的應(yīng)用勢在必行。

2運(yùn)用虛擬仿真的具體優(yōu)勢和意義

摘要：數(shù)控加工仿真技術(shù)主要基于計算機(jī)環(huán)境下，進(jìn)行的模擬實際數(shù)控加工的技術(shù)流程。一般來說，數(shù)控加工仿真技術(shù)需要依賴仿真軟件的大力支持，才能夠?qū)崿F(xiàn)三維實體仿真技術(shù)的相關(guān)要求，為數(shù)控代碼檢驗以及干涉碰撞等方面的工作提供數(shù)據(jù)支持，具有較大的實行意義。針對于此，文章主要以數(shù)控加工仿真技術(shù)為研究對象，結(jié)合該技術(shù)的具體類型，闡明數(shù)控加工仿真技術(shù)的研究現(xiàn)狀。并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步指明數(shù)控加工仿真技術(shù)的發(fā)展展望。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)加工仿真技術(shù)；三維建模；研究現(xiàn)狀；展望

數(shù)控技術(shù)儼然成為有效推進(jìn)我國工業(yè)化進(jìn)程的基礎(chǔ)保障，并成為我國現(xiàn)代化工業(yè)必不可少的重要技術(shù)。為進(jìn)一步確保數(shù)控加工過程中的科學(xué)性與合理性，往往需要在完成數(shù)控程序編制工作后，實行正確性檢驗工作，目的在于規(guī)避正式加工過程中因程序失誤或者操作失誤，造成的過切、欠切、碰撞等隱患問題。一般來說，在機(jī)床實際加工之前，利用計算機(jī)仿真技術(shù)實現(xiàn)數(shù)控加工過程中的模擬流程，基本上可以為數(shù)控程序的評估準(zhǔn)確性提供堅實基礎(chǔ)，防止實際加工因工序或者程度失誤而出現(xiàn)嚴(yán)重的隱患問題。

1數(shù)控加工仿真技術(shù)的研究現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，數(shù)控加工仿真技術(shù)主要以幾何仿真為主要的核心技術(shù)。其中，數(shù)控代碼作為幾何仿真主要的驅(qū)動源，通過利用三維建模技術(shù)與過程仿真技術(shù)相結(jié)合的方式實施數(shù)控加工仿真技術(shù)流程。首先，生成刀具移動軌跡數(shù)據(jù)；其次，利用軌跡形狀與被加工的幾何體進(jìn)行求交運(yùn)算；再次，根據(jù)生產(chǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)與加工后零件的相關(guān)參數(shù)，確定中間結(jié)果；最后，利用三維建模以及動畫技術(shù)將過程結(jié)果分別展現(xiàn)到計算機(jī)屏幕上面，實現(xiàn)預(yù)期的技術(shù)內(nèi)容[1]。根據(jù)當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀來看，數(shù)控加工仿真技術(shù)主要分為以下幾種方式：1.1數(shù)控代碼處理技術(shù)。一般來說，計算機(jī)無法直接識別數(shù)控代碼，往往需要借助編譯器等設(shè)備對數(shù)控源程序完成轉(zhuǎn)換過程。根據(jù)以往的實踐經(jīng)驗來看，數(shù)控源程序轉(zhuǎn)換往往多以計算機(jī)可以執(zhí)行的中間結(jié)果為主，并將其視為加工仿真的驅(qū)動源。因此可以說，數(shù)控系統(tǒng)中數(shù)控代碼編譯模塊可以作為實現(xiàn)數(shù)控代碼處理技術(shù)的關(guān)鍵保障。數(shù)控代碼編譯器可以根據(jù)執(zhí)行步驟的不同，將其分為數(shù)控代碼檢錯、數(shù)控代碼翻譯以及刀心軌跡計算等。操作人員需要結(jié)合實際情況進(jìn)行合理選擇，確保數(shù)控加工仿真技術(shù)的應(yīng)用合理性。1.2三維建模技術(shù)。數(shù)控加工仿真技術(shù)基本上是以幾何模型的順利建立作為實現(xiàn)數(shù)控加工過程仿真的基礎(chǔ)條件。因建模方法存在較大差異，導(dǎo)致最終得到的仿真結(jié)果也具有較大不同。一般來說，數(shù)控加工仿真三維模型在具體建立方面，基本上以建立加工環(huán)境模型以及加工形體模型為主[2]。其中，加工環(huán)境模型主要特點在于不隨著仿真過程的改變而變化，對于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的要求較低，往往需要借助直接實體造型以及三維建模軟件組成。加工型體模型主要特點在于加工過程隨著刀具的運(yùn)動而運(yùn)動，狀態(tài)處于不斷變化過程中。1.3動畫仿真技術(shù)。動畫仿真過程的實現(xiàn)是數(shù)控加工仿真過程的主要技術(shù)?？梢哉f，仿真效果將會對仿真結(jié)果的好與壞產(chǎn)生直接影響。一般來說，動畫仿真過程多以刀具運(yùn)動軌跡以及材料去除等兩個過程為主要的仿真對象。其中，加工過程動畫仿真是實現(xiàn)動畫技術(shù)的重點內(nèi)容，必須予以重點處理。另外，計算機(jī)實現(xiàn)動畫的方式多種，仿真系統(tǒng)往往需要采用幀動畫或者雙緩存技術(shù)等方式，實現(xiàn)加工過程中的動態(tài)仿真技術(shù)內(nèi)容[3]。1.4碰撞干涉檢測技術(shù)。碰撞干涉檢測技術(shù)屬于數(shù)控加工仿真實現(xiàn)的重要內(nèi)容之一。一般來說，數(shù)控加工仿真往往以三維空間碰撞干涉檢測技術(shù)為主?；谌S空間下，動態(tài)碰撞檢測技術(shù)需要基于圖象空間的碰撞檢測或者基于物體空間的碰撞檢測進(jìn)行深入分析。其中，基于圖象空間碰撞檢測的三維模型主要以二維平面作為主要的投影，并利用深度緩存等方式進(jìn)行合理計算，目的在于判斷碰撞是否真實發(fā)生?；谖矬w空間碰撞檢測的三維模型主要利用幾何特征進(jìn)行計算，根據(jù)最終得出的求交結(jié)果準(zhǔn)確判斷是否存在碰撞干涉情況。

2數(shù)控加工仿真技術(shù)的發(fā)展與展望