分布式仿真技术

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分布式仿真技术范文第1篇

关键词： 滑板输送机； 内饰线； 摩擦轮； 弹簧压紧力； 滚动摩擦； 动力学仿真分析

中图分类号： TH123 文献标志码： B

Dynamics simulation analysis of rectangular arrangement

skillet conveyor system

GAO Xianhai1， HAN Yepeng2， ZHANG Qun2， WANG Ping3， ZHAO Guozhong3

（1. 9th Mechanical Industry Design and Research Institute Co.， Ltd.， Changchun 130011， China；

2. INTESIM（Dalian） Co.， Ltd.， Dalian 116023， Liaoning， China；

3. State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment， Department of Engineering Mechanics，

Dalian University of Technology， Dalian 116024， Liaoning， China）

Abstract： As to the problem that the main driving friction wheels of skillet conveyor may slip（i.e. lacking of driving force）， based on the modeling method using script language， the dynamics simulation models and analysis conditions of interior lines of skillet conveyor are built automatically， and the resistance conditions are converted into friction couple of rolling friction， which is loaded in the simulation model. Under the continuous conveying conditions， the maximum values of friction driving force are obtained for sudden start state and the steady values of friction driving force are obtained for stable working state. The spring pressing force of the friction wheels are validated. The analysis results can provide reference for the whole design of skillet conveyor and detailed design of driving friction wheels.

Key words： skillet conveyor； interior line； friction wheel； spring pressing force； rolling friction； dynamics simulation analysis

收稿日期： 2013-06-18 修回日期： 2013-07-17

作者简介： 高先海（1971—），男，吉林龙井人，高级工程师，硕士，研究方向为机械装备的结构设计与性能分析，（E-mail）

0 引 言

滑板输送机利用宽板作为主要承载物，侧边摩擦轮作为动力进行连续输送，其效率高、噪声小，被作为内饰线、装配线和调整线等广泛应用于汽车生产中.利用升降机，滑板输送机可以与底盘线、储存线等进行工件转存.其动力为摩擦方式，可以在任意位置积放，并能通过升降台将线体设置在过道的空中，也可以设置在地下，方便灵活，控制系统简单可靠.[1-3]

滑板输送机主要由滑板、摩擦驱动和移行转运系统等组成，其工作原理为：主驱动摩擦轮依靠弹簧压紧装置压紧在滑板两侧，当主驱动摩擦轮在电机带动下旋转时，滑板在摩擦轮接触摩擦力的驱动作用下前行；该滑板靠此推力又将前面相邻的滑板向前推送，这样，滑板与滑板间的依次推动就形成连续输送.

滑板输送机同时移动车身和进行装配的操作工人，使工人在装配工序的操作更加容易.滑板输送机输送线见图1，矩形布置滑板输送机内饰线见图2.

图 1 滑板输送机输送线

Fig.1 Conveying line of skillet conveyor

图 2 矩形布置滑板输送机内饰线

Fig.2 Interior lines of rectangular arrangement skillet conveyor system

滑板输送机内饰线在工作过程中，主要通过位于内饰线后端的3对主驱动摩擦轮带动整条内饰线运行.由于整条内饰线上滑板和车身数量巨大，滑板与轨道间存在阻力等因素影响，很难定量地判断出整体系统运行所需摩擦驱动力的大小.主驱动摩擦轮依靠正向弹簧压紧力压紧在滑板的两侧，如果弹簧压紧力过大，那么会造成摩擦轮过度磨损，影响寿命；弹簧压紧力不足，又会造成摩擦轮与滑板间出现打滑现象，因此，给摩擦轮提供合理大小的正向弹簧压紧力，也是滑板输送机内饰线设计的重要内容.以往对于滑板输送机的整体设计，往往凭借经验或感觉，无任何理论或计算分析依据，容易造成设计缺欠或导致故障，无法正常运行.

对滑板输送机内饰线的工作过程进行动力学仿真分析.由于整条内饰线上滑板、车身等数量很多，仅靠传统手动方法进行装配和设定条件是不可行的，因此在建模过程中引入脚本语言建模方法，通过特定的循环规律，自动完成滑板输送机内饰线动力学仿真模型的建立和分析条件的设定；并将内饰线上的阻力条件转化为滚动摩擦摩阻力偶[4-6]施加到仿真模型中，获得内饰线在连续输送条件下突然启动时所需最大摩擦驱动力和连续工作时所需稳定摩擦驱动力的大小；同时，验证主驱动摩擦轮的弹簧压紧力是否满足设计要求.分析结果对滑板输送机的整体设计和驱动摩擦轮的详细设计具有重要的指导意义.

1 分析方法

在动力学分析过程中，首先建立单个滑板模型在与驱动轮的接触摩擦作用下，沿固定导轨滚动前行的动力学仿真分析模型，对分析方法的可行性和合理性进行验证分析.

动力学仿真分析的验证模型见图3.

图 3 滑板输送机验证模型

Fig.3 Verification model of skillet conveyor

该模型包括1个滑板、1个工件、4个滚轮、2个驱动摩擦轮和2条导轨等.在建模过程中，所有实体模型均进行合理简化，但关键连接位置、实体的质心位置、实体的质量和转动惯量等均与真实几何模型保持一致.

验证模型的主要建模流程如下：

（1）工件与滑板固定连接.

（2）滑板与4个滚轮铰接.

（3）滚轮与导轨建立接触摩擦关系，最大静摩擦因数设定为0.8.

（4）驱动轮与滑板建立接触摩擦关系，最大静摩擦因数也设定为0.8.

（5）驱动轮通过弹簧压紧力压紧在滑板上，弹簧压紧力为10 000 N，弹簧刚度为7 550 N/mm，阻尼系数为1 000 N·s/mm.

（6）在滑板运行中起到稳定导向作用的部分，转化为滑板与导轨（大地）间的x-z平面约束关系.

（7）在滑板与滚轮的铰接位置施加摩擦阻力作用，以此模拟滚轮与导轨间的滚动摩擦摩阻力偶的作用.滚阻力偶的论述见图4.

（a）滚阻力偶受力平衡 （b）滚阻力偶的偏心作用

图 4 滚阻力偶理论示意

Fig.4 Schematic diagram of theory of rolling resistance couple

（8）最后，驱动轮在铰接的旋转角速度驱动作用下转动，角速度驱动条件为：在0～1 s，角速度由0增大到130 （°）/s，之后恒定为130 （°）/s，通过与滑板的接触摩擦作用驱动滑板前行.

图4中，圆轮重力为W，半径为r，考虑滚动摩擦下的平衡问题，圆轮在重力W和地面反力FN的作用下处于静止状态.先在轮心处作用1个水平力FP，当FP较小时，经验表明圆轮不滑也不滚，仍处于静止状态，故存在静滑动摩擦力F阻碍圆轮的滑动，由水平方向受力平衡可知，F=FP.

力FP与F组成力偶，其力偶矩m=FPr，非零；然而圆轮实际上是静止的，可见还存在一个阻碍圆轮滚动的约束力偶，称为滚阻力偶，记为Mf.

由力偶平衡条件得Mf=FPr，故滚阻力偶Mf随着力FP的增大而增大.滚阻力偶的Mf极限值称为最大滚阻力偶，记为Mf，max，即0≤Mf≤Mf，max （1） 试验表明，最大滚阻力偶Mf，max与重力W成正比，即Mf，max=δFN=δW （2）式中：比例系数δ称为滚阻系数，具有长度量纲.滚阻系数一般与接触面的材料硬度等因素有关，与轮的直径无关.

圆轮的滑动条件为FP≥fsFN=fsW （3）式中：fs为静摩擦因数.

圆轮的滚动条件为FPr≥Mf，max=δW， 即FP≥δW/r （4） 一般地，δ/r≤fs，因此圆轮受力容易发生滚动，而不是滑动；发生滚动所需力的大小也比发生滑动要小很多.

通常情况下，滑板与导轨间的等效阻力因数δ/r为0.03，而聚氨酯橡胶轮与钢轨间的静摩擦因数fs约为0.8，远大于等效阻力因数，因此，滚轮在导轨上可以自由滚动，而无相对滑动.滚轮的转动半径为80 mm，等效阻力因数转化为相应的滚阻系数δ即为2.4 mm.

2 动力学仿真分析模型

按照验证模型建立的方法，分别建立内饰线1和2的动力学仿真分析模型.建模过程采用动力学分析软件循环语句控制的脚本语言全自动建模方法[7-10]，具体流程如下.

（1）按照顺序分别导入滑板、工件、滚轮、驱动轮和导轨几何模型等.

（2）利用循环语句分别设定滑板、工件、滚轮、驱动轮和导轨等各部分的质量.

（3）利用循环语句创建滑板与工件的固定约束，滑板与滚轮的铰接约束.

（4）利用循环语句创建相邻滑板间的接触关系，滚轮与导轨间的接触关系.

（5）创建驱动轮与大地的弹簧预紧力和铰接约束，创建驱动轮与相邻滑板的接触关系.

（6）创建导轨与大地的固定约束，在驱动轮上施加角速度驱动，进行动力学仿真分析.

2.1 内饰线1动力学仿真分析模型

内饰线1动力学仿真分析模型中包含36个滑板，36个工件，144个滚轮，1对后端QG01转换驱动，3对QZ01～QZ03主驱动转轮，1对前端QS01减速驱动转轮以及1对QG02转换驱动转轮等.

内饰线1动力学仿真分析模型整体和局部细节见图5.

图 5 内饰线1动力学仿真分析模型

Fig.5 Dynamics simulation analysis model of interior line 1

在模型中相邻的滑板间建立接触关系，驱动轮与相连的滑板间建立接触摩擦关系，最大静摩擦因数设为0.8，其他如驱动轮的弹簧压紧力、滚轮与导轨的接触摩擦、滚轮铰接位置的滚动摩阻力偶等设置均与验证模型保持一致.

在各驱动轮上施加角速度驱动条件，角速度大小条件如下.

（1）QG01和QG02.角速度驱动条件为：在0～1 s，角速度由0增大到190 （°）/s，之后恒定为190 （°）/s，转化为线速度条件约为20 m/min.

（2）QZ01～QZ03和QS01.角速度驱动条件为：在0～1 s，角速度由0增大到15 （°）/s，之后恒定为15 （°）/s，转化为线速度条件约为2.4 m/min.

由于内饰线1的整体主要在主驱动QZ01～QZ03作用下驱动前行，3对主驱动轮上的受力最大，是整体线上最危险的位置，因此，着重考察3对主驱动轮与滑板间接触摩擦力的变化.

2.2 上链动力学分析模型

按照上述验证模型建立的方法，建立内饰线2的动力学仿真分析模型，模型中包含39个滑板、39个工件、156个滚轮、1对前端QG03转换驱动、3对QZ04～QZ06主驱动转轮、1对后端QS02减速驱动转轮以及1对QG04转换驱动转轮等.

内饰线2与内饰线1的不同之处在于内饰线2比内饰线1更长一些，滑板和工件数量更多一些.建模过程同样采用动力学分析软件脚本语言控制的全自动建模方法，并且内饰线2的刚体的质量和转动惯量、接触摩擦因数、弹簧压紧力、滚阻力偶以及各驱动轮的角速度驱动等的分析设定，与内饰线1的分析设定保持一致.最后，同样考察3对主驱动轮与 滑板间接触摩擦力的变化.

3 计算结果和分析

3.1 内饰线1动力学仿真分析结果

内饰线1动力学仿真分析时间步长为0.01 s，计算总时间为30 s，滑板运行约为1.2 m，得到3对主驱动轮与滑板间的接触摩擦力变化，见图6～8.

图 6 单侧QZ01与滑板间接触摩擦力曲线

Fig.6 Curve of contact friction force on single

side between QZ01 and skillet

图 7 单侧QZ02与滑板间接触摩擦力曲线

Fig.7 Curve of contact friction force on single side

between QZ02 and skillet

图 8 单侧QZ03与滑板间接触摩擦力曲线

Fig.8 Curve of contact friction force on single

side between QZ03 and skillet

根据内饰线1的动力学仿真分析结果，可以得到以下结论：

（1）滑板在0～1 s，速度由静止加速至约2.4 m/min，之后保持约2.4 m/min匀速前行.

（2）在滑板运行过程中，观察各驱动轮弹簧压紧力变化曲线，发现弹簧压紧力无变化，与预设值10 000 N基本保持一致.

（3）设置的驱动轮与滑板间静摩擦因数为0.8，根据之前的滚动摩擦摩阻力偶理论，二者之间在纯滚动无滑动条件下所能产生的最大接触摩擦力理论值为fsFN=0.8×10 000=8 000 N；在等效阻力因数为0.03的条件下，主驱动轮上的最大接触摩擦力未超过8 000 N，因此，主驱动轮与滑板之间的运动为纯滚动，无打滑现象.

（4）在滑板加速过程中，所需主驱动轮的接触摩擦力不仅需要克服滚轮与导轨间的摩阻力偶的阻力作用，而且需要克服滑板本身的惯性力作用，因此，滑板启动过程中所需的接触摩擦力瞬时值比匀速运行时大很多.

（5）在滑板加速运动过程中，主驱动QZ01上的接触摩擦力极大值小于QZ02和QZ03上的接触摩擦力极大值；在滑板匀速运动过程中，QZ01～QZ03上的接触摩擦力稳定值均相同.

3.2 内饰线2动力学仿真分析结果

内饰线2动力学仿真分析时间步长为0.01 s，计算总时间为30 s，滑板运行约为1.2 m，同样得到3对主驱动轮与滑板间的接触摩擦力变化.内饰线2动力学仿真分析结果的结论与内饰线1的仿真分析结果结论类似，只是从各主驱动轮与滑板间的接触摩擦力变化曲线上看，滑板加速过程中的接触摩擦力极大值和匀速运动过程中的接触摩擦力稳定值均更大一些，其原因是内饰线2比内饰线1长，滑板与工件数更多一些，所需驱动力也更大一些.

3.3 动力学仿真分析结果总结

将内饰线1和2的动力学仿真结果汇总，等效阻力因数为0.03时，各主驱动摩擦轮与滑板间接触摩擦力极大值和稳定值见表1.

表 1 摩擦轮与滑板间接触摩擦力极大值和稳定值

Tab.1 Maximum values and stable values of contact friction force between friction wheels and skillets

根据主驱动装置上的接触摩擦力结果，可以得到以下结论：

（1）接触摩擦力的极大值对滑板与驱动摩擦轮相对运动是否打滑有影响.由于弹簧压紧力设定为10 000 N，静摩擦因数设定为0.8，因此，驱动轮所能提供的最大接触摩擦力fsFN=0.8×10 000=8 000 N；如果驱动滑板运动所需接触摩擦力的最大值超过8 000 N，滑板与驱动轮间将出现打滑现象.在动力学仿真分析过程中，主驱动轮上出现的接触摩擦力最大值为6 380 N，因此，滑板与驱动摩擦轮间将不会出现打滑现象，10 000 N的弹簧压紧力满足设计要求.

（2）接触摩擦力的稳定值对驱动轮的强度和疲劳寿命分析有影响.在稳定工作状态下，在驱动摩擦轮转动过程中，摩擦轮与滑板反复接触加载、卸载，摩擦轮每转一周，圆周上的应力变化均相同，材料将产生疲劳破坏问题.动力学仿真分析中得到的接触摩擦力的稳定值可以作为载荷条件加载到摩擦轮的精细有限元分析中，进而分析得出驱动摩擦轮的疲劳寿命.

4 结束语

对滑板输送机内饰线的工作过程进行动力学仿真分析，可以定量地把握内饰线在连续输送条件下，突然启动时所需最大摩擦驱动力和连续工作时所需稳定摩擦驱动力的大小，并验证主驱动摩擦轮的弹簧压紧力是否满足设计要求.根据动力学仿真分析结果，可以对滑板输送机的整体进行设计和验证分析，从而避免滑板输送机因设计不当造成的浪费或故障，为滑板输送机的整体设计提供参考.另外，滑板输送机内饰线动力学仿真分析在建模过程中采用的脚本语言建模方法、施加的滚动摩擦滚阻力偶设定等，也为同类问题的动力学仿真分析提供参考.参考文献：

[1] 李祥山. 摩擦驱动滑板式输送机在汽车装配线的应用[J]. 机械工程与自动化， 2012（1）： 182-183.

LI Xiangshan. Application of friction skillet conveyor in automobile assembly line[J]. Mech Eng & Automation， 2012（1）： 182-183.

[2] 王永红. 摩擦驱动自动化输送系统在汽车行业的应用[J]. 机械管理开发， 2010， 25（2）： 123-124.

WANG Yonghong. The application of friction transmission in the field of automobile automatic conveyor system[J]. Mech Manage & Dev， 2010， 25（2）： 123-124.

[3] 姚乐鹏. 浅谈摩擦驱动技术在总装车间的应用[J]. 科技资讯， 2012（13）： 85-86.

YAO Lepeng. The application of friction transmission in the assembly shop[J]. Sci & Technol Inform， 2012（13）： 85-86.

[4] 陈立群， 戈新生， 徐凯宇， 等. 理论力学[M]. 北京： 清华大学出版社， 2006： 48-50.

[5] 贾书惠. 理论力学教程[M]. 北京： 清华大学出版社， 2004： 40-41.

[6] 郭应征， 周志红. 理论力学[M]. 北京： 清华大学出版社， 2005： 111-114.

[7] 李增刚. Adams入门详解与实例[M]. 北京： 国防工业出版社， 2009： 59-118.

[8] 郭卫东. 虚拟样机技术与Adams应用实例教程[M]. 北京： 北京航空航天大学出版社， 2008： 145-209.

分布式仿真技术范文第2篇

关键词：关键词：计算机技术 虚拟现实 计算机仿真技术

一、计算机仿真发展历史

仿真模拟方法可以追溯到1773年，法国科学家用仿真模拟的方法做物理实验，然而，第一个用这种方法做随机试验的人也许是美国统计学家E.L De forest，那是在1876年。比较早而且著名的蒙特卡罗方法使用者是W.S.Gosseet。他在1908年以”Student”为笔名时，使用了蒙特卡罗方法来证明他的t分步法；尽管蒙特卡罗法起源于1876年，但是直到约75年后，它才命名为蒙特卡罗法。其原因是直到数字计算机出现以前，这种方法在许多重要问题上不能运用。从1946年到1952年数字计算机在一些科研机构得到发展。

与今天的计算机相比，早期的计算机预算速度慢且不能存储任何东西。现在可并行计算机已成主流。自计算机诞生以来，性能的提高，几乎是每四五年提高100倍，每十年提高1万倍的速度持续发展着。

二、仿真的定义和分类

1.仿真定义

计算机仿真技术是以数学理论、相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础，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。

仿真是在数字计算机上进行实验的数字化技术，它包括数字与逻辑模型的某些模式，这些模型描述某一事件和经济系统，在若干周期内的特征。

系统仿真是建立在控制理论、相似理论、信息处理技术和计算技术等理论基础之上的，以计算机和其它专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假想的系统进行试验，并借助于专家经验知识、统计数据和信息资料对实验结果进行分析研究，进而作出决策的一门综合性的和试验性的学科。

三、需求牵引 技术推动

相互推动

计算机技术作为一个独立的研究领域已有多年的历史，计算机仿真技术随着计算机科学技术的飞速发展，除了本身日趋成熟，并且或得了广泛运用外，目前正面临挑战。

“需求牵引、技术推动“是促使计算机仿真技术在近年内去得飞速发展的重要。计算机仿真的形成是当代科学技术飞速发展的结果。

计算机仿真技术首先可以以高效地处理科学数据和解释科学数据。其次，计算机仿真技术丰富了信息交流手段。

计算机仿真技术的形成推动工业发展、提高工业竞争能力的需要。

四、仿真软件

仿真软件的应用和定义

仿真建模软件系统，是为科研人员进行仿真实验提供支持的系统。如果在计算机上进行仿真实验必做一场军事演习，那么科研人员就是这场军事演习的指挥官，仿真建模系统则为这场演习提供场地和手段。他能为指挥官加工信息、预计结果和进行辅助决策。其用途非常广泛，经济价值极高。仿真软件是一项面向仿真用途的专用软件，他的特点是面向用户、面向问题。仿真软件一般是由模型和描述语言、翻译程序、使用程序、算法库、函数库、模型库、运行控制程序等组成。应具有建模、运行控制、结果处理以及相关的数据库等组成。

五、计算机仿真的基本理论

计算机仿真是由系统工程、现代数学方法和计算机技术相结合的新型学科。

计算机仿真是一种科学方法，科学研究通常有三种途径：理论推导、科学实验和仿真模拟。

计算机与数学学科的相互作用促进了进算计技术的发展。在本质上数学是计算机的灵魂。

在计算机仿真技术中引入人工智能技术，能够优化系统，做到有优化机制自动修改系统参数，并启动仿真模块，最终获得最优解，但在离散事件系统仿真重这种机制还处于研究阶段。

新技术的研究开发、利用，大大提高计算机的仿真软件的功能与性能，解决计算机仿真系统开发的软件瓶颈问题。随着以智能化、集成化、自动化、并行化、开放化以及自然化、为标志的计算机仿真软件新技术的深入研究、开发、利用，不仅是仿真软件的功能与性能迅速提高，而且有可能从根本上解决仿真软件生产率低下的问题。结合软件工程实践，探讨软件理论，有可能从理论弄清楚软件开发的复杂度，进而采取有效的测试进行控制，从理论与实践两方面解决计算机仿真系统开发的软件瓶颈问题。

六、计算机仿真技术的支撑技术

计算机仿真技术的支撑技术主要有分布式计算机仿真技术、协同式计算机仿真技术、沉浸式计算机仿真技术、基于网络的环境计算机仿真技术。

计算机仿真技术分布式，既是由于数据分布的需要，也是应用分布式计算环境进行并行计算，以达到实时显示目的的重要手段，分布式计算平台有互联网的异构机组成，包括高性能的SMP和DSM多处理器、工作站/PC机机群系统。

来自不同地区、不同学科的学者过去式通过出差或开会等方式进行交流的，现在，随着高速网络投入使用，采用多媒体技术支持下是、的CSCW技术可以达到快捷、高效协同工作的目的。

计算机仿真技术采用传统上为虚拟环境所装用的投影式显示设备，标志着这两个研究方向融合的发展趋势。由于沉浸式显示设备能使用户获得临场感，更有利于用户获得对数据的直观感受，有助于结果的分析。

七、仿真系统的作用和意义

随着军事和科学技术的迅猛发展，仿真已成各种复杂系统研制工作的一种比不可少的手段。尤其是在航空航天领域，仿真即使已是飞行器和卫星运载工具研制必不可少的手段。在研制、坚定、和定形全过程必须全面的应用先进的仿真技术。否则，任何新型的、先进的飞行器和运载工具的研制都将是不可能的。

计算机仿真技术在军事的应用是很广泛的，如运用交战模型进行的计算机仿真，新型武器装备发展过程中的仿真、部队作战训练方面的仿真、高层论证和规划计划中的仿真、军事作战理论和学术研究中的仿真、作战指挥和战争计划中的仿真，以及战后后勤保障的仿真等。

参考文献

分布式仿真技术范文第3篇

[关键词] 计算机仿真电子商务仿真

电子商务作为一个新兴领域,各个院校在电子商务专业建设中,培养目标和课程体系不是完全统一，因此侧重点是不同的。普遍存在的问题是重理论而轻实践的现象非常严重,不利于电子商务人才地培养。原因很简单，就是实践的电子商务平台很难搭建，应用仿真技术可以解决这一问题。利用计算机技术、网络技术等现代信息技术从事商务活动,突出学生的动手能力,培养融IT与商务于一身的高素质复合型人才。

随着互联网的全面普及，基于互联网的电子商务也应运而生，并在近年来获得了巨大的发展，成为一种全新的商务模式，被许多经济专家认为是新的经济增长点。这种电子商务模式对管理水平、信息传递技术都提出了更高的要求，其中安全体系的构建又显得尤为重要。如何建立一个安全、便捷的电于商务应用环境，对信息提供足够的保护，是商家和用户都十分关注的话题。

一、概述

计算机仿真技术可以为学生提供虚拟的仿真情境, 为学生创设一种开放的、主动的、发现式的探索式的学习环境, 发展学生的高级思维能力和问题解决能力, 从而通过对该情境的操纵、观察和思考得出合理的结论。计算机仿真可以在很大程度上激发学生的高水平思维活动, 让学生通过反省性的、高水平的思维活动来建构深层的、灵活的、真正的知识,近几年, 计算机模拟教学在国内外的电子商务课程中屡见不鲜, 但仿真教学在计算机教学中的应用、尤其是在计算机网络课程中的应用还处于探索研究的阶段, 将计算机模拟应用于教学活动中, 往往能够收到事半功倍的效果。

电子商务引起人们的普遍关注，细说起来也不过是最近几年的事情。电子商务网络仿真实验室可以提供一个真实的环境,在这个环境中,学生可以模拟电子商务的各种活动。因此,电子商务网络仿真实验室具有可操作性、仿真性及适应性强的特点。可操作性,是指电子商务网络仿真实验室中的计算机所需软件;仿真性,是指学生在电子商网络实验室的计算机上安装了相关软件后,能够模拟IT 环境,进行各种电子商务活动等;适应性强,是指电子商务网络仿真实验室能够成为与电子商务相关的多门课程的实习实训基地。在电子商务网络仿真实验室,学生可以学习基本的电子商务网站的建设流程。

二、计算机仿真技术

计算机仿真技术(computer?simulation?technology)是利用计算机科学和技术的成果建立被仿真系统的模型，并在某些实验条件下对模型进行动态实验的一门综合性技术。它具有高效、安全、受环境条件的约束较少、可改变时间比例尺等优点，已成为分析、设计、运行、评价、培训系统（尤其是复杂系统）的重要工具。计算机仿真，是在研究系统过程中，根据形式性原理，利用计算机来逼真模仿研究对象。研究对象可以是真实的系统，也可以是设想中的系统。传统的仿真方法是一个迭代过程，即针对实际系统某一层次的特性（过程），抽象出一个模型，然后假设态势（输入），进行试验，由试验者判读输出结果和验证模型，根据判断的情况来修改模型和有关的参数。在没有计算机以前，仿真都是利用实物或者它的模型来进行研究的，这种方法的优点是直接、形象、易信，但模型受限、容易破坏、难以重用。而计算机仿真是将研究对象进行数学描述，建模编程，且在计算机上运行实现。它不怕破坏、容易修改、可重用。因此在现代化生产建设中得到了广泛的采用。并取得了丰硕的成果，带来了可观的经济效益。

计算机仿真技术的核心是按系统工程原理建立真实系统的计算机仿真模型，然后利用模型代替真实系统在计算机上进行实验和研究。由于近年来信息技术的发展特别是高性能海量并行处理技术，可视化技术，分布处理技术，多媒体技术，虚拟现实技术的发展，使得建立人――机――环境一体化的分布的多维信息交互的仿真模型和仿真环境成为可能，从而使仿真方法有了一些新的发展，形成了一些新的研究仿真方法热点，如：定性仿真方法；面向对象的仿真方法；分布式交互仿真方法；人――机和谐仿真环境建立方法学。

三、电子商务网络仿真实验室

利用仿真技术可以构建电子商务仿真实验室，通用的通信网络硬件实验平台《计算机网络》或《计算机网络与通信》是计算机专业的必修专业课程。它的实验主要是从以下几个方面进行设计的:网络技术做实验:它包括网络布线与制作,计算机操作系统的安装与配置,局域网的设计与实现,广域网的设计与实现。其目的主要是让学生了解常用网络的设备的连接、安装与配置。通过设计、连线和配置,完成网络数据通信实验。计算机网络原理的模拟与仿真:计算机网络模型,有许多协议支持实现,每种协议实现都有些算法。原理的模拟与仿真就是解决其中的一些算法实验,这种实验通常用软件加以实现,但同时也需一些硬件配合完成。其目的主要是使学生通过实验对算法应用理解更深刻。如:数据链路层的连续ARQ,网络安全中的加密算法等。网页虚拟实现交互指导实验:有些网络设备费用很高,也没有必要全部实做,设计一些虚拟网页,通过网络的操作达到实验的目的。如:网络的测试仪的使用,高端网络设备的使用和配置等。

在教学应用中，通过仿真技术不但可以节约教学成本，而且能取得良好的教学效果。

四、结束语

计算机软硬件技术的飞速发展，带动了计算机仿真技术的发展，使得计算机仿真方法有了更广阔的应用空间，其中对复杂的工业生产过程的仿真就是一个重要方面。面向计算机仿真方法学的几个主要发展趋势是定性仿真方法、面向对象仿真方法、分布式交互仿真方法和人机和谐仿真环境等。

分布式仿真技术范文第4篇

关键词：分布式网络；组件开发；高层体系结构；网络通信

中图分类号：TP391.9

文献标识码：B

文章编号：1004―373X(2008)04―095―03

1 引 言

仿真技术作为人类第三种认识、改造客观世界的重要手段已经深入应用到各个领域并取得了很多成果，如军事、电力、以及能源等。在各类应用需求的作用下仿真技术已经发展形成综合性的专业技术体系，特别是DIS，HLA等技术的发展给仿真的应用带来了新的机遇。

分布式协同工作网络系统(Distributed Collaborative Working Network System)是指分布在不同平台上的多个处理系统，通过TCP／IP网络进行数据交互，完成同一个任务，达到快速解决问题及实现协同工作。作为DIS和HLA仿真系统中底层必备的网络通信模块，在实际开发中各Agent封装自己底层通信模块，分布式各节点只暴露他对外通信接口，因此使各个节点的通信细节不明确、耦合度很差；造成开发资源的极大浪费，以及开发成本的增加。同时也让仿真系统开发人员需要花大部分精力对底层通信进行调试，这种工作非常繁琐，同时也不易进行。本文将重点介绍应用在HLA仿真系统l中新型底层通信组件设计方案及实现方法。

2　HLA简介及组件开发模型

2.1 HLA高层体系结构

分布交互仿真(DIS)技术从产生(SIMENT计划)到DIS2.X，IEEEl278.X系列协议和ALSP协议制定，进而发展到今天的HLA，都是力图解决系统建模与系统仿真(Modeling and Simulation，M&S)领域存在的问题：绝大多数仿真器的应用实现较为独立，仿真器之间的互操作性和重用性差；开发、维护和使用费时且成本高；可验证性、有效性和置信度较差。HLA就是从体系结构上建立这样的一个框架，他能尽量涵盖M8LS领域中所涉及的各种不同类型仿真系统，并利于他们之间的互操作性和重用性。同时能利用不断发展的新技术，来满足复杂大系统的仿真要求。HLA按照面向对象的思想和方法来构建仿真系统，他的基本思想是不考虑如果有对象构造成员，而是在假设已有成员的情况下考虑如何构建联邦。采用面向对象的方法来设计、开发和实现方针系统的对象模型(OM)以获取联邦的高层次的互操作和重用。虽然HLA本身不能完全实现互操作，但他定义了实现联邦成员互操作的体系结构和集中，提供灵活的仿真框架。由各联邦成员和运行支持环境RTI(Run―Time Infrastructure，运行时间基础结构或运行支撑环境)一起构成一个分布式仿真系统，用于集成分布的各种联邦成员，在联邦运行时提供各种标准的服务，并具有良好的可扩充性。主要包含联邦管理、声明管理、对象管理、所有权管理、时间管理和数据分发管理。一个典型的机遇HLA的仿真逻辑结构图如图1所示：

2.2底层网络通信组件模型

基于组件开发(Component―Based Development，CBD)是当前的最新发展阶段，是解决软件复用和重用的突破点，能更好地满足目前软件开发的需求。他是经过封装的、定义完备接口可的软件包，提供特定的服务，并期望得到外部特定的接口输入。从某种程度上说他也是一种程序接口，实现系统模块之间的互操作和重用。每个组件包含一组属性、事件和方法，组合若干组件就可以生成设计者所需要的特定程序，并能集成到其他软件产品中。应用程序开发者可以购买现成的组件，他们只要利用现有的组件，再加上自己的业务规则，就可以开发一个应用软件。总之，组件开发技术使软件设计变得更加简单和快捷，并极大地增强软件的重用能力。他相对系统软件体系独立的不关心软件系统业务实现，因此可以独立于系统软件的开发，从而降低软件调试困难。

本网络底层通信组件主要为解决基于HLA分布式仿真应用系统中底层网络通信接口通信，分布各仿真模拟器节点的网络数据交换，以及网络通信服务质量(QOS)的保证。提高系统运行的时效、完整的数据报文交换、及数据报文的丢失解决、冗余数据检测等。下面是为HLA分布式仿真系统设计的网络通信组件的设计的模型结构图，各仿真模拟器节点通过他实现对整个模拟交换和互操作，实现协同完成系统模拟仿真工作。仿真模型结构如图2所示。

3　仿真网络组件设计与实现

3.1仿真网络通信组件的设计

本网络通信组件采用CORBA设计思想对网络底层通信协议异步套接字(Socket)进行的封装，统一实现对整个系统的通信的支持。CORBA(公共对象请求架构)由OMT提出，用于在不同进程(程序)之间，甚至是不同物理机器上的进程(程序)之间通讯。底层技术依靠RPC(远程过程调用)实现。面向对象的软件，以数据为中心设计，对象类既具有模块的封装性和类属等特性，还具有继承特性，极大地提高了类的可扩充性和可再用能力。对象类较之于传统软件的功能模块而另具有的优点是：易于理解，具有完整的语义特征；易于扩充和修改，具有较高的通用性和适应性；易于构造组装，具有规范的外部接口。

基于CORBA的对象请求ORB为客户机／服务器开发提供了中间件的新格式。把IDL说明编译为面向对象程序设计语言的实代码后，客户可以调用已知对象的操作。在某些应用中，用户并不了解应用接口编译信息，但也要求调用对象的操作，这时就要动态调用接口来调用用户的操作。具体的对象操作的调用实际上是用动态调用接口来完成的。在基于HLA仿真应用系统的各个仿真节点实现互操作，及协同工作完成整个仿真任务都是通过网络数据进行数据交换，及对数据报文进行解析、分发、操作实现的任务协同，因此对于HLA仿真应用对整个TCP报文或者UDP报文采用统一的格式，例如：对整个系统环境网、系统模拟仿真网络中传输的TCP，UDP报文采用统一的报文标识，如系统仿真时统UDP报文标示为Oxl，那么在仿真系统中收到标识为0xl的UDP报文。各个分布式仿真节点将对该报文进行时统系统对时，实现整个仿真系统的时间一致行，保证对整个仿真过程中时间与现实的同步，选择异步Socket进行自我封装成能够符合HLA仿真系统的报文传输要求。同时组件的设计安装面向对象设计的一般过程、软件工程的要求。

设计如下的组件的结构如图3所示。

3.2通讯组件的实现

作为一种通信组件，他不仅需要完成上层HLA仿真主程序给他的发送报文的分发及从其他仿真节点收到的仿真数据报文的解析，还提供对外清晰的交互接口。同时作为仿真工作的一个部件，他需要工作在一个复杂的网络环境中，在不能很多程度上与占有宝贵的分布式处理机的处理时间，作为网络组件经常会在某些时间，等待连接、或者等待数据报文而发生严重的阻塞，以及需要不断的监听端口，从而耗费处理机时间，信号Windows提供了异步SOCKET的API接口使得组件设计能够一直以异步方式工作的应用层，不断向网络层接收和发送数据报文。但是单纯实用原始异步SOCKET的API接口仍然不能满足某些特定的要求，不能很好地融入HLA仿真应用系统中去。因此首先对Windows提供的异步SOCKET套接字CAsyncSocket进行特定封装。

仿真节点只要向组件发送一启动命令(IniComponent(HWND m_hWnd))组件就将启动并完成组件的初始化，如组件全局SOCKET的版本请求、版本协商、经过封装后的异步套接字实例化、SOCKET通信API的实例初始化等。同时组件完成初始化以后，组件将一直开始监听本机指定端口、并等待接收本仿真节点的消息发送命令等。仿真节点在按照HLA仿真体系中规定的报文协议填写完成数据报文以后，只需要调用组件对外的接口函数：Send―Data(char*bur，char*pDataCode，char*plDNode)即能完成把报文发送到指定目的仿真接点，协同完成仿真模拟任务。组件在接收到网络消息的时候调用OnReceive(int nErrorCode)进行报文的预处理，确定是否需要仿真节点处理该报文。如首先对接收到的报文进行长度分析如果长度很小为系统发送确认报文，就不需要仿真主程序进行处理，为仿真节点主处理器节省处理时间。如果长度超过一定长度，是仿真节点中协同报文的话，组件将首先对报文得到报文标识头(GetNodeByName(char*IdNode。CString strPeerAddress))然后进行报文解析，并向仿真主程序发送消息函数：：PostMessage(…)到主程序中，进行最终的报文处理工作；如界面更新、数据交互处理等，同时组件线程在完成了对解析以后需要对发送方发送解析和成功解析报文，以确认发送方的发送报文别目的节点成功接受并成功解析。

4 结 语

分布式仿真技术范文第5篇

关键词　分布式系统 综合化 动态化 前期仿真

1引言

智能建筑的基本问题实质上是信息、资源和任务的综合共享与全局一体化的综合管理。它实现的核心是系统集成，也就是说通过系统集成实现综合共享，提高服务质量和工作效率，达到多快、好省和高效的目的[1]。然而，随着社会信息化进程的日益发展和受人们对经济日益国际化趋势的认同，智能建筑必将呈现出新的态势，这种态势体现在进行系统集成的同时，考虑建筑物的异构性、分布性、动态性和碎片性等因素的影响下[2]，应充分体现系统的分布化、综合化、动态化和智能化[3]，这是建筑智能化进程中一个必须重视的战略性问题。另外，任何工程对方案的考核是至关重要的，就智能大厦而言，对方案的考核是一个不容忽视的问题，所以对设计方案的前期仿真很有必要。

2一体集成的分布化

智能大厦的系统一体化集成实质上是建立在系统集成、功能集成、网络集成和软件界面集成的多种集成的基础上的一门高新技术。智能一体化集成化的本质是计算机网络的管理。传统的集成式网络管理系统难以适应网络规模日益扩大、网络元素日益复杂的楼宇智能化要求，需要引入分布式管理方法。

分布式管理就是将管理的功能合理地分布于多个管理实体，以便有效、及时地对网络资源进行监视、约束和控制，提高响应效率和扩展功能，更好地实现网络管理目标。一个实际的网络系统，可以根据管理的需要，按照地域、功能子系统、网络等定义相对独立的管理域并选定其管理者；各管理域通过管理者的交互实现全局管理目标。管理者之间的交互有两种结构：层次的和全分布的。层次结构是通过上层管理者与下层管理者的交互来完成各管理域的管理者之间的协调。全分布式结构是一种对等结构，采用该方式的管理者之间能直接对等通信。一个实际的应用系统，管理的分布化的过程就是将管理应用功能由集中式客户机/服务器（Client/Server）模式转移到分布式计算平台的过程[4]。分布式计算平台的目标是实现跨平台资源的透明互操作和协同计算。

当前支持分布式计算主要有两类环境：基于过程的分布式计算和面向对象的分布式计算。目前的主流是后一类。如基于CORBA（Common Object Request Broker Architecture，公共对象请求体系结构）和Java的计算，它们采用面向对象的技术，提供对象式的应用编程接口，主要是针对重用和异构环境下的操作问题，这对相对庞大和复杂的智能大厦系统是非常适用的，目前CORBA技术已引起业界的关注和重视[5]。CORBA是一个开放式跨平台的、语言独立的分布式标准，它引入的概念屏蔽了下层的网络传输，利用面向对象概念，实现分布式应用软件的可重用性和可扩展性，既大大简化了分布式应用系统的开发和维护，又便于异构环境下的集成，具有更高的可用性和可靠性的优点。目前遵从CORBA规范的产品主要有Inprise公司的VisiBroker，IONA公司的Orbix，Digital公司的ObjectBroker，IBM公司的Component Broker等，将基于面向对象的分布式计算技术引入智能建筑是顺应技术潮流的，同时它应是甲乙类智能建筑的技术要求[1]。

另外，分布式管理系统更容易实现大厦的智能化，不仅能实现管理的并行性和分布性，而且具有对管理活动的全过程进行多目标、多因素、多阶段、多层次的协调，实现管理系统的整体协调和全局优化。

3一体集成的综合化

网络是建筑物智能化的基础，系统一体化是以网络为支撑的，网络信息来源于不同实体，随着智能建筑的不断深化，被管理的对象趋于复杂化，复杂化的因素主要有：被管理的对象趋于复杂化，复杂化的因素主要有：被管理的数量、对象的种类、组织的异构性、物理分布、参与组织的单元的数量、服务综合的程度等，这时，由传统的相对单一的网络管理扩展为基于分布化的网络综合管理是环境的必然要求。

环境是系统存在、变化、发展的外部条件；系统与环境相互作用、相互影响，进行信息、能量或物质的交换。

综合管理是指确保系统的所有资源根据其目的而有效运营的所 有手段，它是系统与环境相统一的产物。有关综合管理的平台也在不断涌现和改进，如基于事件（event）的驱动轮询方案，基于CORBA平台的方案。

转贴于 4一体集成的动态性

事物的发展是m相对稳定的，在相对稳定的情况下，随着环境的需要仍在不断的发展和完善。智能建筑系统一体化集成的动态性是基于分布式的管理系统，也只有分布式的管理系统才能更好地实现其动态化。

动态化有两个含义：其一是故障的检测与动态重组恢复；其二是系统具有可扩展性。分布式系统具有故障诊断软件包，采用互查技术来检测系统发生故障的部位，并进行处理，动态地分配或重组系统，使系统工作于可靠状态。分布式系统采用并行处理技术，可满足智能大厦分阶段建筑使用的要求，边组织，边开通，从而减少了一次性开通的难度和避免了一次性投资的方式。另外分布式系统的硬件和软件都是模块化的，模块的连接嵌入比较方便，能够很好地配合日益扩大的系统需求，便于提高和完善系统的性能，保障了系统的动态先进性。系统的动态化要求使用动态的管理策略，由于Java和CORBA的迅速发展，动态管理技术也在日趋成熟。

5前期仿真

智能大厦的建设除了要达到预期的目标，即提供安全、舒适、快捷的优质服务，建立先进、科学的综合管理机制，节省能源和降低成本，还要达到系统的优化配置以减少投资。这就需要在工程实施前对系统设计的基本要求和功能进行考核，以便查漏补缺和修正。另外，因为智能大厦的网络集成不同于研究试验网，网络系统可靠性、开放性等要素对大厦的智能化管理和提高运行效率具有十分重要的意义，所以，对智能大厦的前期仿真就显得不仅十分必要而且十分重要。

由美国的Cleve和Moler博士在1980年前后创立的、正在蓬勃发展的Matlab为系统的动态仿真提供了良好的环境[6]。Matlab的家族成员之一的Simulink为系统的仿真更是提供了极大的方便，综合其它软件的使用可以使该软件在智能建筑的CAD中发挥更大的作用；此软件也能为其它软件提供良好的接口，便于SynchroHome等智能化集成系统软件的调用[2]。该软件有两个明显的功能；连接与仿真。首先利用鼠标在模型窗口上画出所需的系统模型。然后利用软件提供的功能对系统直接进行仿真，在系统的任何节点上可以输出波形，从而更好地监控系统的工作过程，并实时地对系统模型进行修改以达到预期目的。这种思想和方法适合于智能大厦一体化集成的仿真与分析，相信基于Simulink的仿真技术必将在智能建筑的CAD中打开一个崭新的局面。