虚拟仿真解决方案

前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇虚拟仿真解决方案范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

虚拟仿真解决方案范文第1篇

交通仿真是智能交通领域的重要分支,它是利用最先进的计算机技术,通过仿真模拟的方法来分析交通问题,辅助交通管理人员做决策。传统上,数学推导、科学实验是进行科学研究、解决科学问题的主要方法。对于交通问题来说,由于参与交通的人很多,影响交通出行的因素也很多,人们很难、甚至无法对交通问题建立精确的数学模型。同时,由于安全、法规,以及开销方面的原因,进行现场交通实验通常也是不可行的。而交通仿真恰恰能够有效地解决上述两个方面的困难。

然而,传统的交通仿真由于设计理念上的原因,并不能从根本上有效地解决交通问题。这是因为,交通系统是一个庞大的复杂系统,必须用对付复杂系统的方法来处理,也就是要用综合的方法,而不是还原分解的方法来处理。

城市交通系统是一个典型的复杂系统:

1)城市交通系统是由经济、环境、人口等因素综合作用的结果,必须全面综合地考虑城市交通和这些系统之间的关系。例如,不能为例城市交通问题的解决,而导致城市生态恶化,危害人居环境;不能为了城市交通的畅通,阻碍城市社会经济活动的健康发展。我们必须在已有工作的基础上,突破传统思维,探索研究此类复杂系统的新途径,而基于人工系统的研究方法正是这种有效途径之一。

2)城市交通问题不存在“一劳永逸”的解决方案。城市交通系统涉及人与社会的动态变化,本身也在不断变化和发展之中,不可避免地需要一个不断深化地认识过程,这类系统实际上不存在精确完备的整体解析模型。因此,无法“一劳永逸”地解决城市交通问题,我们需要基于“不断探索和改善”的原则,研究建立有效可行的计算实验方法体系,为不断地完善城市交通系统的综合可持续发展方案提供科学依据。

3)城市交通问题不存在一般意义下的最优解,更不存在唯一的最优解。首先,基于解析模型的最优解与假设条件直接相关,具有条件敏感性,但对于城市交通这样的问题,假设条件与实际情况往往存在很大差别。其次,解决这些问题一般不存在单一的优化指标,而多层次多目标优化往往导致多个甚至无数个解决方案,就连采用近似模型的多目标优化也是如此。再者,对于这类复杂系统,有时甚至连确定一个量化的综合优化指标也有困难,特别是由于复杂系统长期行为的不可预测性,试图求解其某一最优化解决方案本身就是不可行的。因此,我们应当接受有效解决方案的概念,而且还要接受一般情况下存在多个有效解决方案的事实。在这种情况下,我们应该利用平行系统方法,追求具有动态适应能力的有效解决方案。

基于以上分析,中国科学研自动化所王飞跃研究员提出了人工交通系统的概念。其基本思想是利用人工社会的理论与方法,把交通仿真推向更高的层次、获得更广的视野。它利用基于的建模、面向对象的编程和并行分布式计算等方法和技术,“生长”和“培育”交通系统,即“人工交通系统”。

利用人工交通系统解决问题的思路跟改革开放摸着石头过河差不多,不断探索和改善,使过程、方法更科学化、系统化、综合化,不断改善探索建立城市交通、物流、生态综合发展的理论和方法体系。

人工交通系统有三个核心组成部分:

一是根据人工社会的原理思想,建立一个来源于现实交通系统又超越现实交通系统的虚拟交通世界;

二是计算实验方法,即在上述的虚拟交通世界里进行可重复的实验,不但可以复原已有的交通拥堵、事故的成因,而且能够预先运行解决方案,从而选择最优的拥堵解决方法和突发事件的紧急预案;

三是平行管理运行,虚拟交通系统与实际交通系统相结合,直接采集现实交通数据,进行超前运算,以判断可能发生的交通事件,提前采取预防措施,为交通的高效畅通提供保障。

人工交通系统具有以下特点:

1)在宏观认识上,人工交通系统不是单纯的讨论交通自身的问题。相反,人工交通系统将交通看作社会整体的一个子系统,与经济、人口、环境、气候等子系统具有平等的地位,并将各个子系统之间的相互衔接、相互联系、相互作用和相互影响作为研究的重点之一。

2)在仿真方法上,人工交通系统属于微观仿真的范畴,但是不局限于研究局部的交通问题。人工交通系统面向大区域的仿真研究,采用复杂性科学中“涌现”的原理,在底层建立单个交通出行元素的模型,通过大交通区域内单个模型之间的相互作用,“涌现”出宏观的交通现象。

3)在实现手段上,人工交通系统不能在单一、孤立的计算机上进行仿真,要使人工交通系统具备真实交通系统的分散性和社会性,必须采用先进的分布式计算方法,如网格和P2P等,在互联网上建立结构化、分散化的虚拟交通路网系统,并且通过终端界面将网络中的真实人吸引到人工交通系统的运行中来,以使每一个模型具有逼近现实的社会属性。

4)在仿真目的上,人工交通系统不是一味的追求逼近现实交通环境和状态。除此之外,人工交通系统可以通过调整参数、添加随机事件等方法产生现实交通系统可能但尚未发生的交通现象,用以制定突发事故的紧急预案、交通控制方案的预评估以及交通参与人员的培训等等。

虚拟仿真解决方案范文第2篇

【关键词】虚拟现实;虚拟教学系统;建模

一、引言

虚拟现实技术（VR）是一门快速崛起的新型技术，它的出现对教育产生了深远的影响，改变了以往的一些教学观念和教学模式，开拓了现行教学手段的发展空间，为教学的创新提供了广阔的空间[1]。使我们教学工作和科研可以遵循“低成本、高性能”的原则，从软件、硬件上展开，逐步实现教学系统的动态环境建模技术、实时三维图形生成和显示技术以及三维交互系统的研制。

二、虚拟现实技术应用于教学科研的实现方法

首先利用现有的软硬件、网络环境和教学资源，包括各种相关技术专家和开发人员。本着自主研发和合作相结合的方向，完成各类医学和生物学教学场景虚拟实现和模型建立，从而完成相应的模型数据库的建设，根据不同的教学目标、科研方向和需求，逐步完善各学科教学课件的整合工作，包括医学诊治方案和试验场景再现的制作和标准化工作[2]。以期达到最佳的教学效果和目的。医学与其它学科不同，针对的对像是复杂的人体。因此其操作回馈，除去视觉之外，目前还没有太好的解决方案。即使在国外，亦没有多少可以借鉴的案例，要摸索的东西多。针对这些问题，最好的解决的方案是立足现有条件，从实际使用的可能性出发，制作不必求全求大，针对教学中的问题，用VR系统实现作精、作透。对于能够模拟的，尽量模拟，无法模拟的，则想办法模仿。虚拟教学系统应遵循合理整合现有软硬件资源，本着实用性，高效性，前瞻性的原则进行开发和研究。

1.利用虚拟现实技术，对学生进行技能训练。

虚拟现实的沉浸性和交互性，使学生能够在虚拟的学习环境中扮演一个角色，并全身心地投入到该学习环境中去，以达到动作技能类教学目标要求。利用虚拟现实技术，可以做各种各样的技能训练，如手术仿真，影像系统仿真，电子病历模拟等各种职业技能的训练[3]。学生可以反复练习，直至掌握操作技能为止。如学生利用虚拟教学系统做实验，先阅读实验指导书的实验说明和操作步骤，然后观察虚拟教学系统中的演示实验，再与模拟实验的多媒体课件进行交互“操作”，控制实验条件，采集实验数据，论证实验原理和规律，写出实验报告，分析实验结果。学生在实验过程中或实验结束后，随时可以由网上老师或计算机智能系统进行跟踪与纠错。

2.借助网络的虚拟化实现辅助教学。

随着虚拟现实技术以及网络技术的日益发展，借助于网络的虚拟化进行辅助教学，将是未来教育占据主导地位的一种全新教学方法、方式。建构主义主张学习情境和实际情境相结合，因为实际情境具有丰富性和生动性等特点，这对于学生高级认知能力的发展有促进作用。然而计算机教学的内容，特别是实践教学因场所等限制不是每时每刻都可以进行，它有空间和时间等因素的限制。而虚拟现实技术可以打破时空的限制，为学生提供一种可在课堂和实验室中就能找到的虚拟实现，还可以再现特定的环境。

3.构建虚拟现实的教学平台。

本研究结合虚拟现实和互联网技术，利用计算机教研室现有600台微机和6台服务器、创建.NET平台，在B/S架构上逐步开发出适合进行智能型的、交互式、分布式、图文并茂的教学软件，并通过互联网传输逼真的教学和学习环境。

4.虚拟现实技术在远程教学中的应用

在远程教学中，往往会因为实验设备、实验场地、教学经费等方面的原因，而使一些应该开设的教学实验无法进行[4]。利用虚拟现实系统，可以弥补这些方面的不足，学生足不出户便可以做各种各样的实验，获得与真实实验一样的体会，从而丰富感性认识，加深对教学内容的理解。

图1 模块框架

三、虚拟教学系统实现的重点和难点

虚拟现实应用于教学中具有“减少实验经费开销”、“突破时空限制”等优点。在此基础上比较当前实现虚拟现实的几种解决方案，本项目并最终选择基于Flex的虚拟现实技术这一解决方案：利用3DS MAX进行建模、通过MXML+Action Script语言实现旋转、放缩等，并对该解决方案中的技术特性、方案可行性及应用于教学中的优势进行剖析;最后，借助软件工程的开发思想（准备阶段、分析阶段、设计阶段、开发阶段和实施阶段），设计出一个虚拟教学系统，并结合结构学的应用案例对该系统的部分功能进行开发，为虚拟教学系统建设提供一个新的开发途径和模式[5]。如对研究实体，通过3D MAX完成场景建模，再由VRML创建的三维虚拟现实场景，使学生通过网络就可以直接浏览并交互。模块框架如图1所示。

具体技术路线为：

1.在.NET环境和B/S架构上建立教学虚拟现实系统平台。

2.从计算机虚拟教学课件着手，到逐步实现不同学科的虚拟实现的过度。其中包括国家精品课程教学课件的声、图和影像的多维虚拟实现（其中包括医学影像，电子病历，LIS，HIS，RIS等。

3.逐步实现临床诊疗（虚拟手术，仿真影响神经元信号传导的因素等）的网络虚拟教学和远程仿真实现。

4.整合人工智能、仿真技术、图形技术、显示技术、传感技术、网络等多种技术于一体[6]。通过硬件设备，计算机和网络技术的运用，实现听觉、视觉、嗅觉等多维信息通道获取信息的高级用户界面，从而为数字化教学的构想提供保证，填补一些国内在虚拟教学领域的空白，培养教研室科研队伍。

四、小结

虚拟现实技术是本世纪发展的重要技术之一，并发挥神奇的作用，二十一世纪将是虚拟现实技术的时代。而借助于虚拟现实技术，创建一个与现实社会逼真的虚拟学习环境，在这个学习环境中，知识以可视化的方式呈现，学习者可以进行自主学习，以自然的方式与学习内容交互，就是本研究的目的。

参考文献

[1]汤跃明.虚拟现实技术在教育中的应用[M].北京：科学出版社，2007：13-15.

[2]任建.从教学媒体的演变看教学设计的发展历史[J].电化教育研究，2012（8）：12.

[3]林利，李春梅，刘畅.基于计算机虚拟技术构建临床诊疗实践教学辅助手段探析[J].中国社会医学杂志，2011，28（3）：169-170.

[4]胡万祥.多媒体辅助教学中的虚拟现实技术[J].才智，2013（14）：38.

[5]曾祥翊.从国际学者对话透视教育技术发展[J].电化教育研究，2011（8）：9-15.

[6]那一沙.教学设计研究综述[J].西南交通大学学报，2013（3）：24.

虚拟仿真解决方案范文第3篇

ANSYS大中华区总经理孙志伟先生在会开幕词中提到：2015年中国经济下滑，但ANSYS却在中国逆势取得令人骄傲的业绩，这与ANSYS密切关注中国经济转型有关；在国家提出“中国制造2025”的背景下，ANSYS中国在2015年招募17家合作伙伴为客户提供服务，开发出200多个解决方案，以实际行动有力支持用户仿真业务的发展；ANSYS 17.0大规模地引入并行计算从而大幅提升计算效率，并将结构和流体分析纳入系统仿真之中以增强多物理场耦合解决方案，再结合优质的服务和支持，ANSYS必将为中国用户的产品创新甚至转型作出卓越贡献.

会上，ANSYS全球副总裁Robert A Kocis先生和ANSYS中国区经理丁海强先生介绍了ANSYS 17.0的新特性；工信部赛迪智库安琳博士和eworks总编黄培博士分别介绍了智能制造背景下的软件政策发展趋势和“中国制造2025”战略下的仿真行业发展趋势.

2013年12月15.0，2015年1月16.0，2016年1月17.0……ANSYS公司几乎每年都会为行业带来惊喜――最新推出的ANSYS 17.0为用户提供系统工程框架与仿真平台，在仿真的功能和效率方面以及设计流程和效率方面有非常多的重要改进，将使产品开发的生产力、洞察力和性能提升10倍.

1）流体仿真

实现更加流畅的新界面，而且在前处理过程中网格划分速度更快.

打破之前的仿真世界纪录，可以支持12.9万个核的并行求解.

FLUENT并行计算效率更高.解决case读取和大数量CPU并行创建时的运行瓶颈；优化通信；在大规模和小规模计算上并行扩展性均有提升.

收敛性得到提高.在FLUENT中，对代数多重网格求解器的设置进行更改以提高其在典型工程应用工况下的收敛性和鲁棒性；守恒粗化方法已成为基于压力的耦合求解器的默认设置.

优化效率大幅提升.利用伴随求导技术支持可压流分析可以得到快速的优化和结果.

TurboBladeRow模型仍然是CFX改进的主攻方向.时间变换和傅里叶变换均可使用；提供一种高效的同时考虑传热的瞬态仿真方法；改进了混合面；可在计算中进行圆柱坐标系下的周期流动监视；可以基于频域方法进行谐振分析.

2）结构仿真

全面实现分布式并行求解，取代共享内存求解，CPU利用率更高.改进整个工作流程和求解方法，让工程师研究更多的设计参数和工况，从而实现更出色的产品.支持分布式计算和超过1 000个静态和瞬态结构仿真，从而呈现无与伦比的加速性能.

3）电路板可靠性仿真

采用新的方法快速映射PCB物理结构，使其用于热、结构强度/振动和跌落等虚拟试验，节省大量工程时间，提升仿真精度.

4）电子设计

实现在ANSYS电子设计桌面系统下版图驱动的非可视组装和整体验证.

实现PO/IE/FEM混合求解.

瞬态电磁场仿真中的时间分解法专利技术让工程师把不同时间节点的结构分布到单台电脑的多核上，甚至在私有云上进行求解，从而使仿真速度提升10倍.

收购EMIT公司以支持系统级射频干扰分析.EMIT还可以与电大载体天线布局仿真工具Savant结合在一起.

5）芯片仿真方面

全新自动化热分析和集成型结构分析功能，可带来稳健可靠、高效的耦合芯片感知和系统感知型解决方案，从而使芯片封装系统工作流程的生产力提升10倍.

可以快速生成芯片的功耗模型，同时支持分布式并行处理技术，使得大规模的芯片计算速度提升10倍以上.

6）系统仿真技术方面

能够比以往更快地在Simplorer中创建和装配模型，从而满足完整系统仿真的需求――结构仿真软件与系统仿真软件的直接连接可以大大提高结构和系统仿真的效率.例如，Simplorer已完全集成于电子设计桌面系统，可优化降阶模型生成的工作流程.

与Modelon达成合作伙伴关系，支持行业标准系统建模语言Modelica.

拥有全面完备的机电系统仿真功能，系统验证的工作效率提升10倍.

7）嵌入式软件方面

ANSYS SCADE基于模型的嵌入式软件开发与仿真环境增加专门针对航空电子、汽车和铁路运输的最新解决方案，所支持的行业专用应用数量增加10倍.

8）SpaceClaim

ANSYS SpaceClaim直接建模工具不仅实现10倍性能提升，还提供用于加速几何模型创建和编辑的更多工具，同时扩展文件导入和编辑功能.

9）AIM

AIM提供完整的解决方案，在统一的易用型环境中可完成几何模型创建、优化到结果的所有步骤.借助AIM，用户可以更多地开发模板和仿真流程，供大多数工程师使用，从而大大地改善CAE软件的可用性和易用性.有了AIM的帮助，资深工程师可以研究更前沿的问题，更好地建模，或者更好地研究摩擦、材料特性等，其他的设计工程师则可以利用开发出的模板快速地优化设计参数，使得整体设计效率得到显著提升.因此，AIM在未来将形成一个全新的CAE生态环境.

10）工程知识管理系统EKM

虚拟仿真解决方案范文第4篇

关键词：室内装饰 仿真 FLASH Unity3D

中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（c）-00-02

近年来，房地产行业持续升温，与其密切相关的室内装饰行业也受到了带动，人才需求不断增加。在这样的背景下，很多学校都根据市场需求开设了室内装饰专业，以培养更多专业人才输送给市场。在教学执行过程中，最让教师头痛的是如何提高学生对施工现场的感性认识。

由于安全、管理、交通等问题，让学生亲临施工工地学习存在很大的执行难度。与室内装饰设计情况类似，建筑施工专业同样遇到工地现场教学的困难，而较为普遍的解决方法就是采用数字仿真进行教学。通过数字仿真，学生可以对工地现场有更深入的了解，而且可以亲自动手进行仿真操作，学习积极性得到了提高。

然而，市场上大部分仿真系统都是针对建筑施工专业的，专门针对室内装饰的仿真系统基本还是一片空白，有见及此，笔者作为专业教师就这方面进行了深入探讨及实践，希望开发出适合室内装饰专业教学的仿真系统。

从室内装饰执行流程上看，施工现场主要涉及尺寸度量、定位、施工、验收等几大环节，作为数字仿真系统的探索性开发，笔者选择了毛坯房尺寸度量作为主题，这主要是因为尺寸度量有一定的互动性，动作重复性较高，研发工作量适中。

把毛坯房尺寸度量作为开发主题后，下一步就是围绕主题拟定开发要求。作为仿真系统的开发，首先必须关注其仿真度，如果不能让学生产生身临其境的感受，就失去了开发的意义。第二，要具备良好的交互性。

由于毛坯房尺寸度量是一个全屋游走的过程，因此仿真课程必须支持实时漫游，且必须支持人机交互。第三，仿真系统能够支持度量空间的持续更新，让学生可以不断接触不同空间的尺寸度量过程。第四，具备扩展功能，如果不能支持持续的修改，系统很快就失去使用价值，最终被淘汰。第五，从仿真系统的推广来看，要安装方便，尽量做到直接复制使用，如果能支持在线使用更好。第六，要有良好的教学设计，操作简单明了。

明确了开发要求后，下一步就是根据要求挑选研发工具。挑选过程中，笔者对不同软件进行了深入了解及对比，还选择部分软件制作了案例，具体情况如下。

1 圆方室内装饰设计系统

圆方是专门针对室内装饰设计而开发的以CAD为基础的系统，其优点是空间构建方便并内置了大量家具模型，可以轻松制作漫游动画，效果真实。可惜圆方在漫游过程中不能进行尺寸度量，且漫游只限于动画，不支持实时漫游，因此并不适合作为尺寸度量仿真系统的开发工具。

2 草图大师

草图大师（SketchUp）具备优越的平面图向立体空间转换的性能，且能轻松导入各种家具模型，空间构建便捷。草图大师支持立体空间下的尺寸度量，遗憾的是，其只支持固定路径漫游，且只能在预先设定的点进行停留并以固定角度观察，虽然可作为一种解决方案考虑，但并没有从根本上解决漫游及尺寸度量的问题，且软件所制作场景仿真度不高，故仍需寻求进一步的解决方案。

3 FLASH

FLASH是网络上盛行的矢量动画制作软件，由于支持程序脚本嵌入，固其拓展性较强，可根据使用者的需要提供不同的解决方案。

尽管作为二维矢量动画开发工具而存在，但实际上FLASH可以通过加入脚本使其获得三维展示能力，俗称Papervision3 d（效果像使用纸板进行围合）。

遗憾的是，网上可找到的资源一般仅限简单的360全景浏览，即站在空间内部环视，不能移动也不能进行其他交互操作，虽然存在二次开发的可能，但需要具备FLASH专业编程能力，故此解决方案暂不具备执行性。

笔者根据FLASH的特点，拟定了其他的解决方案。简单来说，就是在3 dSMAX等三维软件中建立模型，把毛坯房各个区间的环视过程渲染成图片序列并导入FLASH，再通过图片序列播放模拟360全景浏览效果，由于每个视觉实际上只是一幅静态图片，所以可以在图片中放置一些预制度量点，这些预制点嵌入了尺寸度量的脚本，并包含了点的三维坐标，度量时，只要依次点击不同的度量点，就可以获得所需要的尺寸。

相对于Papervision3 d，此解决方案中的脚本编写难度要低得多，且度量预制点间的脚本是一致的，无需逐一编写。这样一来，研发人员实际上只需在图片中相应位置放置预制点并输入对应的三维坐标，即可获得尺寸度量功能（图1）。

虽然这样解决了尺寸度量及仿真效果的问题，但其缺点也是显而易见的。

首先，由于图片序列只涉及单个空间的环视过程，不涉及空间的过渡，所以毛坯房区间之间只能进行跳转，不能实现真正的漫游。其次，制作一套空间需要渲染大量图片，以一个两房一厅的毛坯房为例，加上厨卫合共5个区间，为了实现平滑过渡，对于某一区间的环视效果，一般每10度渲染一幅图片，即一个空间需要渲染36幅图，一套毛坯房需要渲染180幅图，如果这些图片都要求达到高仿真度的话，那么单是进行图片渲染就需要耗费大量时间了。另外，整个仿真系统需要放置大量预制度量点，其工作量也相当大。更糟糕的是，一旦需要更换度量空间，以上工作都要重新执行，这样系统的持续开发及实用性就大大降低了。

尽管工作量大，但使用图片序列导入FLASH进行毛坯房尺寸度量仿真系统开发的确能在一定程度上解决漫游、实时尺寸度量、高仿真等问题，且便于通过网络进行推广，故仍可作为保留方案进行考虑。

虚拟仿真解决方案范文第5篇

【关键词】数字化工厂工艺规划仿真优化

中图分类号：S220文献标识码： A

1引言

围绕激烈的市场竞争，制造企业已经意识到他们正面临着巨大的时间、成本、质量、产品差异化等压力。如何快速适应市场的变化，实现从“以产定销”到“按订单生产”模式转变？数字化工厂提供了较为理想的解决方案。

2 数字化工厂概述

数字化工厂是BIM(建筑信息模型)技术、现代数字制造技术与计算机仿真技术相结合的产物，同时具有其鲜明的特征。

2.1数字化工厂

2.1.1数字化工厂的概念

数字化工厂是以产品全生命周期的相关数据为基础，根据虚拟制造原理，在虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、优化和重组的新的生产组织方式。它是在设计建造阶段，建立全面、详实的信息，包括材料、工艺、设备运行管理等全生命周期的信息档案数据库，利用BIM(建筑信息模型)技术指导建筑物、构筑物及设备的科学使用和维护，为信息化、标准化管理提供数据基础平台，加上CAD、EEP、MEP等应用管理系统，实现工厂控制系统内部数字化信息的有效传递，既链接了生产过程的各个环节，又与企业经营管理相互联系，进而把整个企业数字化的资金信息、物流信息、生产装置状态信息、生产效率信息、生产能力信息、市场信息、采购信息以及企业所必须的控制目标都实时、准确、全面、系统地提供给决策者和管理者，帮助企业决策者和管理者提高决策的实时性和准确性以及管理者的效率，从而实现管理和控制数字化、一体化的目标。

2.1.2数字化工厂的优势

数字化工厂利用其工厂布局、工艺规划和仿真优化等功能手段，改变了传统工业生产的理念，给现代化工业带来了新的技术革命，其优势作用较为明显。

预规划和灵活性生产：利用数字化工厂技术，整个企业在设计之初就可以对工厂布局、产品生产水平与能力等进行预规划，帮助企业进行评估与检验。同时，数字化工厂技术的应用使得工厂设计不再是各部门单一地流水作业，各部门成为一个紧密联系的有机整体，有助于工厂建设过程中的灵活协调与并行处理。此外，在工厂生产过程中能够最大程度地关联产业链上的各节点，增强生产、物流、管理过程中的灵活性和自动化水平。

缩短产品上市时间、提高产品竞争力：数字化工厂能够根据市场需求的变化，快速、方便地对新产品进行虚拟化仿真设计，加快了新产品设计成形的进度。同时，通过对新产品的生产工艺、生产过程进行模拟仿真与优化，保证了新产品生产过程的顺利性与产品质量的可靠性，加快了产品的上市时间，在企业间的竞争中占得先机。

节约资源、降低成本、提高资金效益：通过数字化工厂技术方便地进行产品的虚拟设计与验证，最大程度地降低了物理原型的生产与更改，从而有效地减少资源浪费、降低产品开发成本。同时，充分利用现有的数据资料（客户需求、生产原料、设备状况等）进行生产仿真与预测，对生产过程进行预先判断与决策，从而提高生产收益与资金使用效益。

提升产品质量水平：利用数字化工厂技术，能够对产品设计、产品原料、生产过程等进行严格把关与统筹安排，降低设计与生产制造之间的不确定性，从而提高产品数据的统一性，方便地进行质量规划，提升质量水平。

2.2数字化工厂的差异性

“数字化工厂”贯穿整个工艺设计、规划、验证、直至车间生产工艺整个制造过程，在实施过程需要注意系统集成方面的问题，“数字化工厂”不是一个独立的系统，规划时，需要与设计部门的CAD/PDM系统进行数据交换，并对设计产品进行可制造性验证（工艺评审），同时，所有规划还需要考虑工厂资源情况。所以，“数字化工厂”与设计系统CAD/PDM和企业资源管理系统ERP的集成是必须的。同时，“数字化工厂”还有必要把企业已有的规划“知识”（如工时卡、焊接规范等）集成起来，整个集成的底部是PLM构架。

同时，类似于PDM系统和ERP系统，每个企业都有自己的流程和规范，考虑到很多人都在一个环境中协同工作（工艺工程师、设计工程师、零件和工具制造者、外包商、供应商以及生产工程师等），随时会创建大量的数据，所以，“数字化工厂”规划系统也存在客户化定制的要求，如操作界面、流程规范、输出等，主要是便于使用和存取等。

3 数字化工厂的实现与应用

数字化工厂以突出的功能优点，在工业生产，尤其是制造业生产中具有广泛的应用，但其实现过程也涉及多种关键技术。

3.1数字化工厂的关键技术

数字化工厂涉及的关键技术主要有：数字化建模技术、虚拟现实技术、优化仿真技术、应用生产技术。

数字化建模技术：数字化工厂是建立在数字化模型基础上的虚拟仿真系统，输入数字化工厂的各种制造资源、工艺数据、CAD数据等要求建立离散化数学模型，才能在数字化工厂软件系统内进行各种数字仿真与分析。数字化模型的准确性关系到对实际系统真实反映的精度，对于后续的产品设计、工艺设计以及生产过程的模拟仿真具有较大的影响。因此，数字化建模技术作为数字化工厂的技术基础，其作用十分关键

虚拟现实技术：虚拟现实技术能够提供一种具有沉浸性、交互性和构想性的多维信息空间，方便实现人机交互，使用户能身临其境地感受开发的产品，具有很好地直观性，在数字化工厂中具有广泛的应用前景。虚拟技术的实现水平，很大程度上影响着数字化工厂系统的可操作性，同时也影响着用户对产品设计以及生产过程判断的正确性。

优化仿真技术：优化仿真技术是数字化工厂的价值所在，根据建立的数字化模型与仿真系统给出的仿真结果及其各种预测数据，分析虚拟生产过程中的可能存在的各种问题和潜在的优化方案等，进而优化生产过程、提高生产的可靠性与产品质量，最终提高企业的效益。由此可见，优化仿真技术水平对于能否最大限度地发挥企业效益、提升企业竞争力具有十分重要的作用，其优化技术的自动化、智能化水平尤为关键。

应用生产技术：数字化工厂通过建模仿真提供一整套较为完善的产品设计、工艺开发与生产流程，但是作为生产自动化的需要，数字化工厂系统要求能够提供各种可以直接应用于实际生产的设备控制程序以及各种是生产需要的工序、报表文件等。各种友好、优良的应用接口，能够加快数字化设计向实际生产应用的转化进程。

3.2常见数字化工厂软件

由于数字化工厂技术在工业生产过程中的优越性，各知名企业竞相开发各种数字化工厂软件，其中较为常见、应用最为广泛的数字化工厂软件主要有eM-Power和Demia等。

eM-Power是由美国的Tecnomatix技术公司开发的数字化工厂软件，它在工业生产中应用十分广泛。该软件架构是建立在Oracle数据库之上的三层结构，它为企业用户提供零件制造解决方案、装配规划、工厂及生产线设计和优化、产品质量和人员绩效等主要功能。这些主要的功能模块建立在统一的数据库eM_Server中，实现整个生产制造过程的信息共享。2007年以来，西门子公司在收购了UGS（UGS于2004年收购了Tecnomatix）的基础上，推出了功能更为强大的Teamcenter 8和Tecnomatix 9，提供工厂设计及优化、制造工艺管理、装配规划与验证、开发、仿真和调试自动的制造过程和质量管理等功能，在各大企业具有广泛应用。

Delmia是由法国的Dassault公司开发的数字化工厂解决方案，该解决方案是构建在Dassault公司的PLM结构的顶层，由其专用数据库（PPR-Hub）统一管理。Delmia的体系结构主要包括：面向制造过程设计的（DPE）、面向物流过程分析的（QUEST）、面向装配过程分析的（DPM）、面向人机分析的（Human）、面向虚拟现实仿真的（Envision）、面向机器人仿真的（Robotics）、面向虚拟数控加工方针的（VNC）、面向系统数据集成的（PPR Navigato）等。它主要由面向数字化工艺规划模块、数字化仿真平台工具集以及车间现场制造执行系统的集成模块等组成。

3.3数字化工厂的应用

数字化工厂是信息化技术发展过程中出现的一种新的企业组织形式，是促进企业现代化发展的新兴技术，目前主要应用在汽车制造、航空航天等大型制造企业。

3.3.1数字化工厂技术在汽车行业的应用。

目前，数字化工厂技术在国内外汽车制造业中得到了广泛应用。在国外，如通用汽车公司使用Tecnmatix eMPower的解决方案，大大缩短了通用公司从新产品设计、制造到投放市场的时间，同时提升了其产品质量。奥迪公司使用eM-Plant进行物流规划仿真，如A3 Sportback项目。通过物流规划仿真不仅使得整个生产物流供应链之间建立起了紧密有序的联系，同时也方便对物流方案进行先期评估和可行性分析。在国内，如一汽大众在车身主拼线工艺设计中采用数字化工厂技术，改善了车身焊接工艺，提高车身焊接质量。上海大众在发动机设计和产品总装领域采用数字化工厂技术，大幅提升了公司的制造技术和产品质量。目前，华晨金杯公司引进西门子的Tecnomatix软件，对产品的总装工艺进行数字化改造。

3.3.2数字化工厂技术在飞机制造业的应用。

在飞机制造业，数字化工厂技术的先进性也得到了充分体现。如美国的洛克希德马丁公司在F35研制过程中，采用数字化工厂技术缩短了2/3的研制周期，降低了50%的研制成本，开创了航空数字化制造的先河。有如波音787飞机在研制过程中采用基于Delmia的数字化工厂技术，实现其产品的虚拟样机。空客A380飞机采用虚拟装配方案，实现整机的三维虚拟装配仿真和验证。不仅国外飞机制造企业在其产品的研制、生产过程中使用数字化工厂技术，国内的飞机制造企业也是如此。如上海飞机制造厂利用数字化工厂技术在三维环境中进行人工装配操作的数字化模拟，提高了人工操作的标准化。而西安航空动力控制公司则采用Tecnomatix的数字化工厂软件对其异型件生产线进行仿真和优化，进行技术改造探索。

3.3.3数字化工厂在铸造行业的探索

共享铸钢团《数字化工厂示范工程》拟运用先进制造理念（如虚拟制造、智能制造、绿色制造、柔性制造等）和先进铸造技术、方法，结合共享集团在铸造行业内领先的制造、技术和管理经验，全面融合先进信息化技术，建设数字化模样生产线、数字化柔性造型生产线、智能化熔炼控制系统、智能体联合控制的铸件精整线、数字化在线检测等综合集成的数字化铸造工厂，在“多品种、小批量、快捷”铸造生产方面达到同行业领先水平，建成一座在铸造行业领先的“数字化、柔性化、绿色、高效”铸造工厂，集成并创造数字化铸造新模式。

4结束语

随着计算机技术、网络技术的飞速发展，数字化工厂技术不断与现代企业相结合，已成为提升企业竞争力的新动力。在当前企业发展的新形势下，数字化工厂技术出现了新的趋势。首先，现场总线技术在数字化工厂中的应用，提升数字化工厂的现场可操作性；其次，应用网络技术，拓展数字化工厂网络互联能力；最后，数字化工厂的智能化发展，实现虚拟仿真与企业真实生产的无缝链接，打造真正的智能数字化工厂。

作者简介

郭兆祥（1976-）男，硕士研究生，从事技术质量管理工作。

参考文献.

[1]李险峰.DELMIA让数字化工厂成为现实[J].CAD/CAM与制造业信息化，2006，(9)：48-50.