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摘 要：在现代新产品的设计、研究和开发中计算机仿真技术发挥着巨大的作用,它是设计、研究和开发工作必要的工具和手段,为整个制造产业带了一场革命.未来的制造业,仿真技术和数字化设计将成为一种发展趋势.计算机仿真技术不仅规模越来越大,并且更加集成化、智能化、可视化和交互化.计算机仿真计算的发展以及在各行业的广泛应用,必将对我国制造业的产品开发产生巨大的推动力,也必将对民族工业的发展做出更大的贡献.
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关 键 词 ：计算机；仿真；制造业
中图分类号：TP278
计算机仿真技术在制造业的作用越来越明显,它在产品设计和整个生产流程中都发挥着不可估量的作用.这种技术的应用为开发和制造企业节约了大量的经费,减少了不必要的损失,大大缩短了产品的开发周期并提高了产品质量.计算机仿真技术在日趋激烈的制造业竞争中占有越来越重要的地位.现代制造业的飞速发展为计算机仿真技术带了新的机遇,同时也提出了新的要求.我们放眼计算机仿真技术的发展历程,它已经突破了在传统领域的运用,发展到了产品的设计开发以及销售方面.现代社会网络技术的发展也为计算机仿真技术开辟了新的发展空间,使得这种技术表现出许多新的特点.如交互性、分布性,集成化等.这也将成为计算机仿真技术新的应用趋势.
1.在制造业中,计算机仿真技术应用的分类
计算机仿真技术在制造业中按照模型种类,可大致分为三种,它以产品模型、开发模型以及制造系统模型为中心进行拓展.
1.1 仿真技术以产品模型为中心的应用.在产品模型中,计算机仿真技术的应用对产品的静态与动态性能,可制造型、可装配性进行分析.因为设计者在开发产品的时候,不仅要考虑它的实用功能和需求,还要考虑诸如外形,外观以及尺寸等方面的因素,而且还要考虑产品的可制造性,可批量生产或者是在装配、保养、维护等方面的因素.这就需要计算机仿真技术在产品模型中发挥作用.
1.2 仿真技术以制造系统模型为中心的应用.制造系统模型包括制造设备的高仿真智能运用、相对复杂的制造系统的模拟运行.在检测设备的运行能力与实际运行状况时,如物料供给、资源分配或者是加工流程上发挥着巨大作用.
1.3 仿真技术以开发过程模型为中心的运用.以开发模型为中心的仿真包括设计和制造过程的仿真.很多产品的性能以及生产成本在设计阶段就基本定型了,设计阶段对于一种新产品的开发非常重要,它需要反复设计和试验,复杂的计算以及多学科的共同协作,这些特点决定产品的开发过程迫切需要一种能建立模型并仿真试验的计算机仿真技术.而在制造过程中运用仿真技术将制造系统模型和产品模型结合到一起,多方位模拟,整体运算,再综合考虑库存、成本控制以及负载等因素,开发出合格的新产品.
2.在当代制造业中计算机仿真技术的广泛应用
计算机仿真技术是一门高新科学技术,在当代制造业中,产品的设计和制造都离不开它,尤其是一些诸如航空航天工业、国防工业等规模大,复杂性强的系统研发中,作用更加明显.它作为一种新型的科学手段和工具,有效地减少了不必要的经济损失,节约了大量研究经费,并大大缩短了产品的开发周期和提高了产品质量.计算机仿真技术贯穿于产品的设计、制造和测试运行的全过程.当代企业的研发部门只有重视质量、成本、时间、服务和环境这五项指标,才能获得更好的发展.这种需求也促进了计算机集成技术、模拟测试系统,仿真运行环境等技术的相互结合.他们已经成为制造业不可缺少的重要技术手段.上世纪八十年代以后,计算机仿真技术的发展越来越快,应用最为广泛的就是“虚拟制造”.通过在计算机上模拟产品的设计和制造过程,提前发现在制造中可能出现的问题,减少不必要的经济损失.
虚拟运行环境,也称虚拟现实技术或者是灵境技术,它通过模拟人在自然环境中的感官和行动,实现高级人机互动,对产品的性能和运行状况进行测试.它综合运用了计算机图形学、高仿真技术以及计算机传感技术等多种科学技术手段.“灵境感”和“交互感”是虚拟现实技术的基本特征.通过计算机虚拟现实技术,将事物内部各种关系的交互与真实作用模拟运行,仿真出一个几乎真实的虚拟环境让用户体验,从而使用户的感受更加真实,人机交流的方式更为先进.这种计算机虚拟现实技术,可以支持产品的各个阶段,客户可以通过虚拟的现实环境,验证产品的各个部件是否合格,产品的性能是否稳定,功能是否能够满足人们的日常需要.
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随着当代制造业的发展,人们开始对仿真技术的另一个应用热点,即虚拟产品开发技术越来越重视.并行工程的运用促进了虚拟产品开发技术的出现和发展.并行工程思想将现代哲学、文化等与现代先进组织思想集合起来,将产品的设计、制造、使用和支持过程并行运作,进行一体化的设计和开发.并行工程从产品开发之初就将投资、制造、装配以及销售维护等产品生命周期中各种因素考虑在内,有效地解决了产品设计与开发之间存在的矛盾.而虚拟产品开发技术就是在并行工程思想的指导下,将计算机辅助设计、CS和大型的产品数字化管理系统综合运用,虚拟一个产品的开发环境.方便产品开发人员在近乎真实的环境下进行策划、设计和预测产品在现实环境中的性能及其他状况,将产品在
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现在,仿真技术的应用已经从单一的系统走向开放复杂的大系统.当仿真对象分布于广阔的时空领域,仿真任务要求将不同地理位置、不同类型（包括人在内）的仿真对象构成一个统一整体进行仿真时,产生了分布交互化仿真（DIS――Districted InteractiveSimulation）.这种仿真系统里包含有不同类型的实体―虚体、真实实体和构造实体,这些实体可以基于不同目的系统、不同年代的技术、不同厂商的产品和不同产品组成,并允许它们交互操作.DIS实现用计算机网络将不同地点的仿真设备连接起来,通过实体间的数据交换构成时空到合成仿真环境的一种先进仿真技术.在这种复杂的分布综合的系统进行实时仿真时,必须提供快速、高效、大量的信息通道和相应的处理.美国是最早研究这种技术并投入使用的国家,已经完成了多项基于虚拟仿真的DIS工程项目,相关的协议与标准已经完成或正在完成.
在制造行业,已经产生了类似于DIS的虚拟研究开发中心或虚拟企业.香港生产力促进局和香港城市大学共建的快速科技中心就是一个虚拟研究开发中心.此外,为了适应快速变化的世界市场,克服单个企业难以在短期内具备所需资源的局限性,出现了在一定时限内,为了某一市场机遇,通过网络临时联结的一种动态联盟――虚拟企业.美国波音（BOEING）公司可以把777飞机的研制、生产做到几乎“无图纸”的程度.波音777飞机的研制、整机设计、装配、部件测试以及各种试飞,都是由计算机完成的.它能将开发周期从原来的8年缩短到5年,节约了数百万美元经费.
3.结论
当代制造业中,计算机仿真技术已经成为一种综合性的高新科学技术,它综合了计算机技术、计算机辅助设计技术、多媒体技术、网络技术、信息技术、软件工程、数字化控制技术等多种科学技术,在制造业中发挥着越来越大的作用,在一些大型的复杂形同研发中,更是必不可少的重要工具,它有效地减少了企业的经济损失,节省了大量的研发经费,使产品的开发周期大大缩减,产品质量得到显著提高.
参考文献：
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[2]尚炜,宁汝新.一种以拓扑结构信息为骨架的线缆数字化模型[J].计算机集成制造系统,2012,12.
[3]来炳恒,李昌华,赵佳.虚拟现实技术在建筑中的应用[J].安徽建筑,2010,4.
作者单位：贵州银行,贵阳 550001
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