數字化仿真技術概念匯總十篇

序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇數字化仿真技術概念范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

中圖分類號：P631.4+24 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）12-0045-01

一、前言

數字樣機技術又叫做虛擬樣機技術，是隨著計算機技術發展而新起的技術。是對機械產品進行建模裝配等的相關技術，企業的發展有著重要作用。

二、數字樣機的概念

數字樣機（DigitalPrototype）是相對于物理樣機的概念，是一個能夠考察產品的外形、裝配性、可加工性以及功能能特性的三維數字模型。而數字化樣機（DigitalPrototyping）是開發和應用數字樣機的過程，是在產品開發的數字階段，使用數字樣機進行設計、優化、分析、模擬、數據管理乃至市場宣傳的技術解決方案。可以說，由于數字信息化的技術和手段在產品生命周期的各個環節中應用地越來越廣泛，數字化樣機所帶來的價值已經遠遠超出了原本的產品設計、測試階段，其影響力已經逐漸擴散到了產品生命周期的各個環節。

數字化樣機強調將產品整個生命周期的模型實現數字化，而不僅僅是最終產品的數字化。數字樣機貫穿了從產品的概念設計（工業設計）、工程設計（基于三維CAD和二維CAD的雙向集成，機電軟件混合設計等技術）、工程分析（虛擬仿真）、市場推廣（動畫和3D廣告制作）的全過程。基于實物物理樣機的傳統設計開發試驗研制方法，將在很大程度上被基于數字計算機的三維數字化虛擬樣機技術所取代。

目前，關于數字樣機尚無統一定義，以下描述僅供參考。

狹義數字樣機：從計算機圖形學角度出發，認為數字樣機是利用虛擬現實技術對產品模型的設計、制造、裝配、使用、維護與回收利用等各種屬性進行分析與設計，在虛擬環境中逼真地分析與顯示產品的全部特征，以替代或精簡物理樣機。

廣義數字樣機：從制造的角度出發，認為數字樣機是一種基于數字計算機的產品描述，從產品設計、制造、服務、維護直至產品回收整個過程中全部所需功能的實時計算機仿真，通過計算機技術對產品的各種屬性進行設計、分析與仿真，以取代或精簡物理樣機。

我國航空制造業對數字樣機作了如下較為完整的描述：

數字樣機是對產品的真實化、集成化的虛擬仿真，用于工程設計、干涉檢查、機構仿真、產品拆裝、加工制造和維護檢測等模擬環境，它需要具備集成化造型、可視化、功能檢測、產品結構和配置管理等完整的功能，并為數據管理、信息傳遞和決策過程等三大領域提供方案。它覆蓋了產品從概念設計到售后服務的全生命周期，是支持產品設計和工作流程控制、信息傳遞與共享、決策制定的公共數據平臺。

三、數字樣機技術特點

1、真實性

數字樣機的根本目的是為了取代或精簡物理樣機，所以數字樣機必須在仿真的重要方面具有同物理樣機相當或者一致的功能、性能和內在特性，即能夠在幾何外觀、物理特性以及行為特性上與物理樣機保持一致。

2、面向產品全生命周期

數字樣機是對物理產品全方位的一種計算機仿真，而傳統的工程仿真是對產品某個方面進行測試，以獲得產品該方面的性能。數字樣機是由分布的、不同工具開發的甚至是異構子模型的聯合體，主要包括CAD模型、外觀模型、功能和性能仿真模型、各種分析模型、使用維護模型以及環境模型。

3、多學科交叉性

復雜產品設計通常涉及機械、控制、電子、流體動力等多個不同領域。要想對這些產品進行能夠完整而準確的仿真分析，必須將多個不同學科領域的子系統作為一個整體進行仿真分析，使得數字樣機能夠滿足設計者進行功能驗證與性能分析的要求。

4、全面實現數字化

數字樣機強調將產品整個生命周期的各個研發環節實現數字化，而不僅僅是最終產品模型的數字化。

5、不需要制造成本

數字樣機是根據產品開發過程中所有的技術數據制作完成的，其特點是不需要制造成本，不僅能一直保持最新版本的設計方案，而且所有數據都可以進行保存、回溯和跟蹤。利用先進的虛擬仿真技術，可以使用數字樣機取代物理樣機來進行空氣動力學分析、人機工程學研究、碰撞測試與市場調研等工作。

6、綠色環保

由于數字樣機不需要用實體材料進行加工制造，所以不會污染環境，自然是“綠色”的了。

四、基于虛擬樣機的機械設計方法研究

1、建模技術

虛擬樣機建模技術一般分為三個步驟：首先，要建立三維模型。建立三維實體模型是虛擬樣機技術得以實現的基礎和前提，任何仿真技術都要從三維模型開始。在建立三維模型的過程中，一般會遇到兩個難題，一是齒輪、扇葉等機械零件的外形結構復雜，二是約束關系較為復雜，這就要求設計虛擬樣機需要依靠專業的三維CAD軟件。其次，要為三維模型添加約束。建立三維模型后，需要依靠約束副把它們相互連接起來，從而定義物體間的相對運動。目前比較常用的CAD軟件一般都有動力或運動學插件，以實現約束關系與裝配關系的映射。此外，還要為三維模型施加驅動。施加驅動的目的是為了讓虛擬樣機能夠按照一定的運動規律來進行運動。

2、協同仿真技術

仿真技術指的是在缺乏實際系統的情況下，實現活動或系統本質的一種技術，是一種以模型為基礎的活動，它的基本框架是先建模，然后進行實驗，最后再進行分析。而協同仿真技術就是指在復雜產品的仿真過程中，采用多種仿真軟件來建立不同的模型，通過各種通訊方法來實現信息的交流，并利用求解器來進行求解，最終完成整個系統的仿真。

當前的仿真技術一般側重于電子、機械或控制等的單個領域，相互間的聯系非常少甚至是根本沒有聯系，這就很難滿足機械設計的要求。現今大多數的機械研發過程需要涉及到機械、電子、液壓、控制、以及計算機軟件或硬件等多種學科領域，再加上產品本身是由多個子系統和零部件組合而成的，相互之間有著或多或少的聯系，單一的仿真技術不能實現對復雜產品的準確完整分析，因此必須采用協同仿真技術來實現對機械設計全過程的分析和評估。

3、協同設計技術

協同設計技術是設計領域的一項新型設計技術，是指在計算機技術的支持和輔助下，所有設計成員對同一個設計項目，各自承擔一部分設計任務，并交互進行設計工作，從而得到一個最為符合設計要求的設計方法。協同工作的主要目標就是盡可能地縮短機械產品的研發周期、降低產品成本、提高產品質量，從而提高企業的經濟和社會效益，增強企業的競爭力，促進企業實現更好的發展。協同設計一般需要做到以下幾點：首先，需要認知同步，建立共享的知識和語義；其次，要共同協商設計方法和策略，一般協同策略分為提案型、層次型、型、以及對等伙伴型四種類型；最后還要規劃設計的任務和方法。

4、有限元分析

有限元是一種現代化的設計方法，可以比較準確地分析機械結構件的強度和動態特征。它的主要優點是通用性，可以求解邊界條件和結構形狀都較為隨意的有關力學的問題，是一種比較值得信賴的計算方法，特別是對于虛擬樣機而言，是一種必不可少的工具。當前市場上有限元分析的軟件多種多樣，比較簡單方便的例如Cosmos/Works軟件。

五、結束語

數字樣機技術又叫做虛擬樣機技術，是隨著計算機技術發展而新起的技術。是對機械產品進行建模裝配等的相關技術，企業的發展有著重要作用。

參考文獻

[1] 吳菌.數字樣機真的是老生常談嗎[J].中國制造業信息化，2010.

篇（2）

Abstract: This paper from the basic concept and the significance of the development of 3D simulation technology, 3D platform to establish Shaoguan surveying and Mapping Institute as an example, the auxiliary city planning decision using three-dimensional simulation technology, can be in the city of real-time interactive scene simulation evaluation and analysis plan, provide more intuitive and scientific basis for planning management. In the application of engineering to promote the 3D simulation technology, how to build a good standard, database and platform system and discusses in detail to have great influence on the overall operating structure, construction method of updating maintenance measures and other supporting mechanism. Finally, several typical cases to illustrate the practical application of 3D simulation technology application in city planning work.

中圖分類號：U412.1+2 文獻標識碼：A 文章編號：

1.引言

近年來，三維及相關技術得到了訊速發展，過去無法突破的城市復雜性描述、海量信息管理等技術瓶頸相繼被攻克，計算機硬件不斷提高，以虛擬現實技術、三維展示技術為核心的內容的技術得到快速發展。

三維仿真技術在規劃中的應用主要是通過對城市地形、建筑及其它人工設施進行三維地理建模，形成覆蓋全市的數字城市立體場景，同時結合虛擬仿真等技術，實現城市的三維可視化管理，是提高城市規劃編制技術水平，實現科學規劃的有效手段，是推進“數字城市”、“和諧城市”建設，實現公共事務可視化管理的基礎保障，可以促進經濟社會的全面可持續發展。

2.基本概念和意義

城市三維仿真是城市空間信息在計算機環境中的三維直觀表達，是數字城市概念城市規劃、建設、管理領域的延伸，同時也是數字城市建設的重要基礎內容。城市三維仿真技術在規劃中的應用前景主要有以下幾個方面：

⑴ 完善韶關市數字化規劃控制體系，實現城市規劃精細化管理

實現從總規-控規-修規的全面三維數字化控制目標，在以往基于控規的城市規劃統一管理平臺的基礎上進一步細化、深化和優化規劃管理工作，使韶關市城市規劃管理進入精細化管理階段。

⑵ 創新規劃理念和技術方法，提高規劃編制的科學水平

利用三維數字城市、GIS等信息化技術，為規劃編制過程中的信息采集、指標分析、方案決策、成果展示等工作提高新方法，實現控規編制的技術方法信息化和過程管理信息化，體現規劃編制“科學性”、“過程性”、“動態性”特點。

⑶ 實現城市規劃可視化管理，邁入規劃管理數字化時代

城市三維仿真技術將全面突破傳統二維空間系統諸多限制，建成三維全景數字規劃支持系統，為有關領導和管理部門對城市規劃、建設、管理的重大問題決策，提供準確、實時的信息支撐及直觀、真實的可視化和互動操作環境。

3.工作內容及應用

韶關城市規劃三維輔助決策支持系統利用三維仿真技術建立城市三維虛擬環境，在城市規劃、建設的各階段進行城市現狀及規劃的三維模擬描述，為決策者提供直觀、科學、準確的城市規劃宏觀決策支持，滿足規劃業務審批管理的應用、成果的展示及規劃方案管理和評審的需要。

韶關城市規劃三維輔助決策支持系統項目主要包含軟件和三維數據建模兩方面的工作。項目共投入280萬，計劃在三年內完成。2011年6月開始進行系統開發和三維建模，2013年5月份，系統主要體系結構開發完成，并完成韶關主建城區三維模型數據生產制作。

（1） 數據建設內容

數據建設主要包括數據標準制定和三維數據建模兩部分。

制定數據標準和技術規范是實現系統互聯互通、資源共享的重要基礎工作，也是后期數據更新、管理、維護的依據。數據標準建設主要包括：三維數據采集與制作標準、三維數據更新規范。

三維數據建模是系統建設的基礎，以及各種應用和分析的依據。初次項目建設覆蓋范圍為主城區50平方公里的基礎模型建設工作（建筑物約有30平方公里）：其中包括約15平方公里的精細模型、10平方公里的標準模型、50平方公里的地形及市政配件模型。

（2）系統特色及基礎功能

體現三維場景的美觀和真實性；是一套安全、可靠、穩定，功能強大的系統。在應用于實際規劃工作中，發揮輔助決策作用，系統的布局合理、操作簡便。可進行場景瀏覽漫游、重點導航、路徑導航、圖層控制、場景輸出等。三維數據應用廣泛，可廣泛應用于規劃、市政、城管、公安、交通、旅游、房產等行業領域。

（3）城市規劃輔助決策

提供直觀的三維可視化環境；提供多種空間數據、規劃專題數據的疊加分析功能；三維輔助設計、建筑信息查詢。規劃地塊查詢、用地紅線查詢、空間量測、地形分析、規劃輔助分析。方案比對、日照分析、控高分析，視域分析、通視分析、指標分析，三維標注、圖形繪制、路網繪制、規劃元素庫、三維模型庫，管網查看、管網查詢、管網統計、管網分析等。4.在城市規劃中的應用實例

（1）規劃方案對比分析

利用虛擬的三維場景，使城市的規劃工作不在于僅僅建立在平面圖上做規劃，三維的場景模型使規劃變得更簡單直觀。一般人都能參與到城市的規劃中去。如某個小區的三舊改造工程，通過三維仿真模型，規劃前后的場景就一目了然了，為設計者提供了思路。規劃前后的場景如圖1所示：

圖1

（2）日照分析的功能

在城市建筑規劃設計時，日照分析是必不可少的一個環節。通過對待規劃建筑物的高度、形狀進行模擬，應用TerraExplorer Pro 提供的接口，在系統中很容易就繼續日照分析。如在城市的某個小區旁欲修建一座建筑物，建筑物對小區附近的樓房的日照影響分析情況如圖2、3所示：

圖2建筑物上午八點鐘的日照情況

圖3建筑物下午15點鐘的日照情況

（3）地下管線信息的查詢功能

在舊城區的改造中，決策者需了解地下管線的狀況。可以直接三維系統中反應出來，如圖4所示：

圖4

（4）建筑信息的查詢功能

將前期測繪的建筑物數據屬性信息輸入數據庫中，使用戶點擊具體的建筑物時能夠顯示其詳細的屬性信息，在表達上更加直觀。如圖5所示：

圖5

5.結語

三維仿真技術能夠促進規劃工作從“定性分析”到“定量分析”，從“平面規劃”向立體規劃“的轉變，實現城市規劃的精細化、科學化管理。三維仿真技術的應用，明顯的提高規劃審批的效率和方案設計的科學科學性，避免了傳統規劃評審采用大量設計文稿的方式，極大提高了設計單位、業主單位和管理單位的溝通效率，協調了與周圍建筑群的空間、色彩、材料，有利于體現城市的特點，促進城市的可持續發展。

參考文獻：

[1]彭一剛著，建筑空間組合論，北京；建筑工業出版社，2008.

篇（3）

中圖分類號：TS664.01 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）07-0000-00

Abstract：Furniture manufacturing traditional design approach has been difficult to meet the globalization of markets， the demand for individual requirements. How to improve the quality of furniture products， shortening product life cycles furniture， furniture market to meet the needs of personalized custom furniture business is a common problem faced. Digital simulation platform furniture products through its vast library of standard parts， used parts library， variable type of products manufactured model library conceptual design and variant design， thereby enhancing the core competitiveness of enterprises radically. This article introduces a numerical simulation based platform and personalized custom furniture product design process， and the architecture and key technologies of digital simulation platform for a analysis.

Key words： furniture； digital simulation； personalized custom； rapid design

隨著用戶對家具的個性化要求不斷提高，家具制造行業正在發生以下方面的變化：（1）激烈的市場競爭以及數字化生產技術的應用使家具產品的生命周期縮短；（2）傳統家具市場逐漸呈飽和趨勢，以整體衣柜、整體櫥柜為代表的更具選擇性的銷售行為使家具市場朝著個性化、多樣化的方向快速發展；（3）用戶售前體驗和使用質量已經成為用戶購買的首要因素之一；（4）數字化制造可以大大加快產品的開發速度并降低開發風險。

1家具制造行業現狀

近年來，自動化的家具制造裝備普及應用使我國家具行業有了飛速發展，但是大多數企業仍然以工廠模式設計、生產傳統家具，設計環節大部分也只是采用通用CAD軟件。與德國等制造業強國相比，我國家具制造業存在的主要問題是：（1）家具產品以低端固定產品為主，缺乏原創性和定制化；（2）勞動力成本和材料價格上升等原因致使成本增加，傳統家具企業競爭優勢正在減弱，一大批小型家具企業面臨倒閉。這些問題促使家具行業與其他相關產業相互滲透、交叉、重組，行業融合有深入發展趨勢。當前，以“互聯網+家具”的數字化家具設計與制造模式處于萌芽期，發展潛力巨大。與此同時，政府扶持下的產學研一體化進程加快，互聯網制造和產品虛擬化設計受到空前重視。

如何能在高質量低成本的基礎上縮短家具產品的生命周期，開發出具有市場競爭力的產品，是家具制造企業普遍面臨的問題。企業能否根據用戶的個性需求快速地設計制造出定制產品，已經成為企業能否占領市場、發展壯大的關鍵。數字仿真技術支撐下的快速設計方法，用戶個性定制支撐下的快速設計理念將成為家具行業未來設計發展的主要方向。

2 定制化家具產品設計方法

傳統的家具生產中，賣方主導市場，生產出標準產品供用戶選擇，消費者對商品沒有選擇的主動權，賣方只關心產品數量，很少考慮市場的個性化需求。傳統的家具產品設計流程如圖1所示。

在經融危機、勞動力成本上升、傳統家具市場逐步飽和等因素的沖擊下，家具制造企業必須轉型升級。同時，面對消費者不斷變化的個性化需求，制造過程需要不斷縮短產品生命周期，降低生產成本，更加直接的面對用戶需求設計家具產品。此時，更高效的家具產品設計流程如圖2所示。

上述對比可知，數字化定制設計來源除了概念設計（分析用戶需求生成概念產品的設計活動）外還有變形設計（修改參數或局部調整結構的設計活動）。與傳統的概念設計相比，現在的概念設計來源不單單是用戶需求下的重新設計，而是家具產品標準件、常用件標準庫支撐下的組合設計，其設計效率更高。新增的變形設計則是根據用戶的實際需求，對已有的可進行生產制造的產品模型進行合理改動并快速生成，新產品的設計周期更短。在龐大的由標準件庫、常用件庫、可變型制造的產品模型庫組成的數據庫支撐下，產品的開發設計時間會大幅縮短。同時，概念設計中補充進來的新數據將進一步的擴充標準數據庫，從而促進后續的開發設計，使整個開發設計形成良性循環。

此外，與傳統的基于通用CAD的家具產品設計流程相比更高效的家具產品設計流程中多了通過建立虛擬產品模型（樣機），并對其做仿真測試與實驗的步驟。一方面，設計人員通過虛擬家具產品能夠更好的模擬其生產出來的效果，提升用戶的售前體驗，評估是否滿足購買需求；另一方面，設計人員通過虛擬產品能夠發現可能遇到的設計缺陷、制造缺陷等。

家具產品的虛擬設計可通過搭建家具產品數字仿真平臺來實現。

3 數字化仿真平臺研究

數字仿真技術，就是在數字化參數下運用一個虛擬的系統模擬真實系統的技術。數字仿真技術已經成功應用在航空航天、信息、生物、材料等領域，并在產品研制的全生命周期中得到廣泛的使用。在家具設計領域，該技術尤其是在家具組建庫的建立以及三維渲染效果方面有待進一步探索。圖3給出了家具產品數字仿真平臺的整體研究架構。

數字化仿真平臺的研究構架中，通過基礎項目的研究，完成各項數字化支撐技術進而開發出各類工具，最終完成整個平臺的搭建。在虛擬現實技術VR（Virtual Reality）等設備的支持下，以家具行業工藝和知識庫為基礎，通過相關學科的優化算法來研究家具三維數據下的動態工藝生成、三維渲染、拆單排樣等技術。并以三維引擎為核心研究仿真元模型建模技術、模板定制技術、組件模型裝配技術、模型資源庫中的家具產品分類標準技術。這些技術的互動則是通過虛擬交互動作規則與虛擬交互產品行為算法來實現的。在這些支撐技術的基礎上，開發相應的管理工具、模型建模、裝配仿真工具以及配套的數據Web交互系統和接口。

以下5點是建立數字仿真平臺的關鍵：（1）三維數據引擎。平臺主要是面向設計與虛擬交互，其中存在大量的三維圖像實時互動，這對系統的三維數據引擎提出了較高的要求。三維數據引擎作為底層開發工具支撐著高層的圖形軟件開發，它包含了基本圖形的通用算法和工具的封裝。三維引擎還包括仿真圖形的三維渲染算法，使得用戶能夠觀測到逼真的設計效果圖。（2）零件族模型的信息模型描述。產品建模是變型設計的必要手段，而建模的核心任務是建立能夠變型的產品和零件族模型。而零件族模型的變型能力（尺寸變型能力和局部結構變形能力）與所建立的信息模型描述息息相關。因此，零件族模型的信息模型即其數據結構的確定非常重要。（3）設計過程中的數據層次結構的建立與維護的算法。在產品設計過程中，需要確定一種數據結構類型來描述組件間的層次關系，并確定相關實現算法。（4）產品設計中的基于約束的選配算法。大批量定制設計是根據產品主體結構、零部件主模型和文檔來進行，根據產品特性可將所要選配的模塊分為：基礎模塊、必選模塊和可選模塊。在選配時，已被選配的模塊可能對后者選配時有約束作用，因此需借助于關聯矩陣，構建基于屬性約束的選配算法。（5）產品設計中的裝配建模技術。目前比較典型的裝配方法有兩種：自底向上和自頂向下的建模方法。但在大批量的定制設計中，裝配的自動化程度決定了裝配建模的速度，采取上述方法進行裝配建模不能滿足設計要求，因此需要研究基于特征約束的預定義的裝配方式。

4 平臺實現

定制家具數字化設計與仿真平臺（圖4）采用Visual Studio 2010環境開發，基于OpenGL三維圖形引擎。平臺構建了板式家具零件族模型和組建庫，并建立了模型組件間的形變關系約束與裝配參數約束，平臺能夠根據設定的家具外形尺寸自動生成組建尺寸和加工工藝，目前已經初步應用于衣柜等板式定制家具產品的仿真設計。

5結語

家具產品數字仿真平臺革新了企業的產品設計和生產方式。一方面，在三維建模環境中，由家具行業標準件庫、常用件庫支撐的概念設計能有效的縮短家具產品的設計周期，平臺能直接根據用戶個性定制的需求完成家具產品的變形設計；另一方面，數字化設計平臺能夠與企業的自動化生產線進行對接，從而實現設計數據驅動生產的定制家具制造執行系統。平臺有效提升了定制型家具企業的產品設計效率，顯著縮短家具產品的生命周期，降低企業的生產成本，通過數字化的方式控制生產，還有效的降低了出錯率。

參考文獻

[1]董媛媛，劉文金.家具產品生命周期的細分與設計策略[J].家具與室內裝飾，2007 （3）：30-31.

[2]蔣松林，陳祖建，何曉琴.基于消費者價值的家具產品設計策略[J].家具與室內裝飾，2010（10）：11-13.

篇（4）

中圖分類號：V2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）05（b）-0092-02

科學技術的發展帶動了民用飛機產業的迅速發展。目前，飛機的制造過程實際就是利用先進的科學技術建立數學模型、進行設計仿真、設計定義產品，再根據設計模型進行數據定義，加工處理等，從而構建出真實的飛機實物產品。近來幾年，數字化設計技術在民用飛機制造業中已得到廣泛應用，根據飛機行業中日益加劇的行業競爭可以了解，若想民用飛機在設計制造中處于先導地位，就需要建立數字化的應用設計平臺，建設滿足適合飛機研制需求的數字化環境。該文中筆者介紹了民用飛機制造設計數字化的概念，采用先進的制造設計技術和數字化的管理理念，根據自身發展特點，制造有競爭的產品，提高了企業的競爭意識。

1 數字化設計與制造的定義

數字化設計與制造是在虛擬顯示、計算機網絡、快速原形、數據庫和多媒體支撐技術的支持下，根據用戶的需求，迅速收集資源信息，對產品信息、工藝信息和資源信息進行分析、規劃和重組，實現對產品設計和功能的仿真和原形制造，進而快速生產出達到用戶要求性能的產品的整個制造過程。其實際就是建立數字化的設計空間模型，從而完成產品的設計制造工作。在民用飛機行業的設計制造中，將計算機技術、制造設計技術、信息管理技術不斷融合發展，建立數字化的環境是現代行業發展的必然趨勢。

民航企業采用數字化設計技術提高發展競爭力，結合計算機技術，在網絡信息的基礎之上，利用數據庫的廣泛應用平臺，實現了飛機的制造設計。在激烈的競爭環境下，在民用飛機行業的發展中力求搭建以科學技術為主體，以提高飛機設計、制造、管理、售后服務需求為目標的綜合全面的數字化管理流程，建立數字化的設計制造體系，從而使民航企業在發展中實現真正意義上的數字化。

2 數字化技術在飛機制造中的問題分析

2.1 數字化設計與模擬仿真在應用中的問題

數字化設計與模擬仿真在飛機開發研究中需要從產品開發設計時就著手使用，同時要貫穿整個工作流程，如工藝規劃、設計及工裝設計等過程。但是目前發現許多運用時間的錯誤問題，在飛機的研制過程中出現了產品之間、工裝產品間的協調作業，忽略了在設計初期采用數字化設計與仿真的重要性，從而誘導了該狀況的發生。

同時，在數字化設計與仿真的應用中也存在參與人員的問題。對于數字化設計與模擬仿真的工作人員存在局限性，不應該只將工藝設計人員作為限定目標，要擴大人員應用范圍，實現設計人員與現場作業工人的全面參與，提高數字化技術的實用效果。

目前，在民用飛機的研制技術中，國外一般采用產品設計、工裝設計、工藝設計人員集中協調合作方式的工作流程，在改善工作方式的同時還節約了飛機研制時間。在國內飛機行業的發展中，要改善合作方式中的問題，從國外發展中汲取經驗優點，為自身行業的快速完善發展奠定堅實的基礎。另外，數字化設計與仿真技術本身也存在一定的缺陷。

目前，民用飛機使用的是索尼公司生產的DELMIA軟件，它本身就存在技術上的缺陷，如，它無法真正實現重力仿真，在仿真中三維軟件都是懸空存在的；在模擬仿真時，不能客觀的反映鈑金器件的柔韌性。所以，在采用DELMIA軟件仿真后，仍要對存在的缺陷進行分析判斷，減少設計中的誤差錯誤。

在數字化設計與仿真技術的應用中缺乏統一的標準要求，只是根據工作人員的工作經驗及產品的詳細程度來判定仿真細節，結果參差不齊，影響了模擬驗證的權威性。所以，要制定標準的規范體制，按照標準，從建模開始，統一執行。

2.2 數字化設計與仿真使用系統中的問題

數字化設計與仿真的使用系統面向的用戶面比較廣泛且個體之間差異較大，容易造成使用效果間的差異化。所以，在擴大數字化技術應用系統使用范圍的同時，要合理設計系統界面，安排適當的工作培訓，提高數字化設計制造系統的全面性、實用性。

2.3 缺少對現場生產數據的及時采集和反饋

現場數據的采集與反饋可以為工作的開展提供便利的條件，可以實現生產進程的實時監控，制定合理的生產計劃，合理安排生產進度。但是，目前民用飛機的應用系統中缺乏該種功能，不能很好的實現作業完工進程的數據采集。

數字化的管理系統軟件還沒得到普及應用，一般民航企業都存在紙質的數據報表，缺乏對產品測量數據進行統一的采集分析。目前很多測量設備均可直接生產表格，將其輸入應用系統，可以實現數據的永久保存、為今后有效的控制質量及安排生產具有一定的指導意義。

3 數字化設計與制造的特點分析

傳統的設計研制方法主要包括概念設計、初步設計、生產設計三個階段，并且各個階段都需要設計繪制模型，工作人員按照制作的樣機對飛機及內部配置進行準確詳細的設計，主要表現為串行模式。然而在數字化的設計與制造環境下，模線的繪制以及實物樣機均可由數字化的形式及樣機取代，表現為并行模式的研制過程，促進了各學科之間的交錯融合，將業務過程作為工作核心，實現了跨地域、多企業化的動態研制。利用連通的互聯網信息使分散的制造商之間加強了技術的溝通交流，互相協調合作，交換相關產品的設計，實現民用飛機設計制造中數據、人員設備及時間等資源的共享。

隨著數字化科學技術的快速發展，各行業中實現了數字化與先進技術的融合交錯。在民用飛機的發展制造過程中同樣存在這種融合技術，它充分發揮了當前先進科學技術的優勢，改善了企業的整體經濟效益。

4 數字化設計技術在民用飛機設計制造中的發展構想

4.1 加深對數字化設計仿真技術的開發應用

在民用飛機的開發研究過程中引入數字化設計仿真技術。從產品的設計研制工作開始，利用并行的工作運行模式，使各部門設計人員相互合作，利用數字化的工作設計研究平臺，提升產品的開發研制質量。同時要建立相互集成的軟件系統平臺。單一的DELMIA軟件只能將可視化的設計信息表現為信息孤島。如果在產品研制過程中，利用相互集成的系統不僅可以改觀這一情況，還能夠將DELMIA軟件與PDM軟件相互集成，通過直接的保存與調用，可實現數字資料的及時性和有效性；將DELMIA與CAPP相互集成，可以實現較強的文本處理功能，提高了系統的實用性。

4.2 建立數字化的組織管理體系

采用數字化的系統組織管理平臺，利用新型的管理方式，設置專業的管理團隊，全面有效的利用各部門間的資源投資；采用產業鏈條的結構形式利用數字化的信息平臺技術實現各企業間的連通協作，實現全球范圍內供應商的管理工作；在產品的設計研制過程中，要適時地對項目工作進行監督審查，改變傳統的管理模式，實現制造商與使用商在項目實施初期的良好溝通，組成專業的項目管理小組，及時解決項目實施中的問題，為飛機的技術研制提供良好的技術支持，縮短工程周期，提高工作效率，利用低價的成本實現高額的經濟效益。

4.3 提高系統的實用價值

民航企業面向的客戶比較廣泛且不同客戶對工藝文件的格式與審簽流程也不盡相同，根據這一情況，民航企業在產品設計開發時要采用靈活的應用系統軟件，實現文件格式及審簽工作的自定義化，從而滿足廣大客戶的需求；在管理系統中實現物料資源的條碼管理，降低資源的勞動力度，盡量避免人工操作帶來的錯誤；同時要設置人性化的管理界面，實現人人可以上手操作，使系統的功能特點得到充分發揮。

4.4 根據工作性質，設置不同的數字化網頁

全球范圍的飛機設計與制造人員表現為一種分布式的協作關系，數字化的信息平臺根據關系等級的不同，分別授予不同的操作權限，分屬于不同的操作設計界面，實現相關的設計制造，對虛擬機進行數字化操控，實現飛機設計研發的改進。截止目前為止，我國在飛機設計與制造業的發展中均實現了自身的特色發展，例如，沈飛的鈦合金結構及成飛的鋁合金等。對機制造發展的目標是在科學技術的發展基礎上，建立一個虛擬化的數字化設計制造平臺，使飛機制造商之間通過網絡信息平臺實現完美的相互協作、技術溝通交流等工作。同時，制造廠商也可以不受地理區域的限制，利用自身的權限主動訪問虛擬飛機。同樣作為合作伙伴的供應商也享有一定的權限，利用數字化信息平臺，實現各企業的信息資源共享。利用數字化開放式的信息技術平臺，可以有效及時的滿足合作伙伴的資源需求，提升了工作進程及工作效率。

4.5 民用飛機適航要求下的數字化設計技術研制平臺

民用飛機的研制開發要滿足適航管理的要求，在保障安全的同時也要維護大眾的整體利益。在信息技術及資源共享的技術環境下，改變傳統的研制模式，建立數字化的設計研制平臺，為民航企業在制造業的發展中獲得了良好的競爭力。

同時，在利用數字化設計平臺的發展中也要實現現有資源的充分利用，綜合聯系未來發展因素，實現清晰明了的數字化設計平臺的層次結構。在基于WEB的發展環境要求下，結合WEB的特點，實現企業間的合作聯系，建立一個系統的數字化研制平臺，建立全面的數據資源結構，將數據按要求分類、分別管理、進行實時監控與審查全面提高信息資源的管理力度。綜合考慮項目中的各個工作環節，確保數字化研制平臺的全面參與。

4.6 以優質的服務質量贏得發展市場

在世界經濟發展環境的影響下，各企業的發展都存在一定程度上的不確定性。為了穩定企業在發展中的堅固地位，力求建立全能的公司企業。在民航企業的發展中，輔助服務市場在民用飛機市場的發展中占有很大比重，擁有廣闊的發展前景。所以，在民航企業發展中，要建立健全的服務體系和完善的服務流程結構，以此提高民航企業在發展中的競爭力。優質的服務質量是贏得市場發展的前提，所以，售前要做到優質的服務質量，售后要做到細致入微。做到專業迅速，及時處理解決服務問題，工作人員要盡自身最大限度降低產品給客戶帶來的損失。

5 數字化設計技術在民航企業制造業中發展的預期效果

目前，三維數字化設計技術已經開始應用在民用飛機設計制造業中。數字化的設計技術減輕了設計工程師的工作負擔、提高了工作效率，利用仿真得到的真實模型，方便了工程師對后期工作的處理設計，提高了工作質量；利用數字化的樣機結構，實現了零件結構及系統之間的協調設計，同時改變傳統的設計制造模式，縮短了研制周期，降低了費用成本。數字化設計技術為民用飛機設計制造資源計劃系統的實施提供了便利條件，為資源計劃的實施提供了實時準確的動態數據。在激烈的社會經濟競爭環境下，由于網絡資源的擴展，供應鏈也逐漸形成了一種新的網鏈模式，利用數字化的設計技術提高了供應商之間的運作效率。從數字化的真實模型可以了解客戶的需求，加強了客戶與制造商的互動聯系，根據用戶需求，制造設計出符合客戶要求的產品，提高客戶的滿意程度。

6 結語

在航空制造業的發展中競爭力的提高主要受時間、成本、質量及服務四個因素的影響，并且它們已成為航空航天領域各企業發展的追求目標。數字化的設計與制造技術為航空制造業的發展帶來了革命性的機遇與挑戰，在高規格的質量要求下縮短了研制周期、在低成本的基礎上提高了產品質量，達到了客戶的滿意程度，加快了企業發展的進程。在利用數字化的設計技術的同時，還要綜合采用系統的數字管理體系，對民航企業進行整體的技術變革，領導者要高瞻遠矚，建立專業的工作團隊，從而全面提高企業在行業中的競爭力。

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1關于數字化設計技術

數字化設計是隨著計算機在各個行業應用和輔助下而誕生的一門新型技術，因此，數字化設計技術的核心和發展，其實是以計算機信息處理技術在數字領域的升級與應用為依托（如壓縮與編碼）。CAD（計算機輔助設計）就是最早應用在設計與制造行業中的數字化技術，而且涵蓋非常廣泛，有效推動了設計技術的應用與升級，也在很大程度上拓寬了數字化設計技術的應用領域。[1]數字化設計技術的關鍵是以打造呈現產品形態的信息平臺為基準，借此生成以計算機為核心的數字化模型，然后再將其滲透到產品開發的各個環節，從而實現不需要再借助實物模型就可以完成產品開發的目標。其核心優勢主要體現在如下幾個方面。

1.1優化設計的實用性與消解缺陷

不同的設計環節，會對產品生出不一樣的定義，具有很大的不確定性；而且各個類型的定義模塊在彼此轉化時，非常容易造成數據的流失。這就造成數字化設計會形成定義產品的單一模型，但這種單一性會隨著信息密集程度的改變而導致產品模型也隨之發生轉化，如全信息化模型和集成類產品模型的差別。對數字化設計而言，這其實是一種有效的技術輔助，從而讓設計更具針對性與有效性。但同時，因為數字化設計的概念還是過于抽象，所以會在制造環節存有不足之處,需要反復修改和測試。這會加大成本的耗損，并拉長了產品上市的時間。為此，需要在制造實物模型之前，先進行大量且有效的仿真分析與測試，不斷消解設計缺陷。

1.2優化數字化設計合作

對于所有的設計工作者而言，一個產品項目的設計與開發，必須結合不同小組的特色與優勢來進行科學化的分工協作。唯有這樣，才能實現技術優勢的全面整合，共同搭建出更加完善和具有可行性的數字化制造模型，以此提高設計和開發的效率。

1.3減少對實物模型的依賴

數字化技術的應用，讓設計越來越脫離了對實物模型的依賴，并且可以通過仿真技術的不斷測試和分析，將設計中存在的缺陷盡可能地剔除，從而達到制作出與設計要求最匹配的實物模型。這將大大縮減產品的開發成本，提高設計的成功率與效率。

2數字化設計技術在農業機械設計中的應用

2.1行業競爭推動數字化技術的普及

隨著社會的進步與發展，農業機械設計越來越希望讓消費者具備更多的選擇性。因此應用創新和減少故障發生率，成為優化農業機械產品設計的必經之路。為了降低常見故障的發生，在設計時就必須采取相應的改進方法，并提前進行仿真推演與測試，一旦驗證了改進方法的有效性，就能將制造與生產環節的成本納入可控范圍，極大地增強了企業在同類農業機械產品中的競爭力。于是更多的農業機械制造企業為了贏得市場，就會加大在設計環節的創新投入來獲取消費者的認可。農業機械行業采用以數字化技術為支撐的決策模式，相繼開發出了知識型數據庫，進一步加大了整個行業對數字化設計技術的應用程度。

2.2在普及中優化了虛擬化現實技術

數字化技術應用的普及和升級，加快了農業機械產品設計向虛擬化現實技術的轉化，并通過融入和吸收諸如多媒體與3D圖形新形態，讓設計者在進行產品設計時擁有了更為真實的多維體驗，也讓用戶能對產品的性能有了更具體的視覺感受，極大地優化了產品性能和提高了上市成功的概率。特別對于農業機械這種相對復雜的產品，設計意圖與應用效果之間會存在很大的差距。虛擬化現實技術的出現，不僅有效解決了農業機械的設計與應用兩個環節無法實現無縫對接的難題,而且優化了針對農業機械的設計周期長、內部結構復雜等問題的處理辦法，讓農業機械的產品性能通過模擬性應用來進行驗證，然后再根據驗證情況著手進行改進。在設計目標完成后，便可讓目標用戶來對產品結構和性能進行模擬應用評估，并從他們口中得到最有效的反饋建議，使產品在上市后就能獲得用戶的極大認可。目前農業機械設計，首先是借助CAD系統形成模型，再將其導入虛擬環境中，以此提高設計的可視化程度。其次是利用VR-CAD（虛擬現實-計算機輔助設計）系統幫助設計者在虛擬化的環境中進行設計。但我國在虛擬化技術層面的研究還處于相對滯后的階段，仍需對更為系統和完善的研究理論與應用方案進行深入探索。

2.3加強數字化設計的協同性

農業機械生產企業既要參與市場競爭，同時又要實現跨企業的協同合作，以滿足客戶越來越個性化的定制需求。因此協同化設計同樣成為農機企業生存與發展的重要經營手段，并可能成為整個行業創新發展的重要方向。為了從浩瀚的技術信息與零件資源中找到有效的資訊，就必須對搜索技術加以優化。比如某個服務器存儲了上百萬的零件信息，而且還在不斷成級數增加。農機企業在進行新產品設計時，就要對需要的零部件的參數和性能進行搜索，并且探討怎樣才能匹配到有效的供應商客戶端。隨著數字化設計技術在農業機械領域應用影響的不斷擴大，設計者、供應商與制造商之間，必須在設計端就要開展深入的協同合作，才能借助各自的資源與軟件技術優勢，實現新型農業機械產品的不斷升級，并從設計和制造兩個環節不斷提升產品的國際競爭力和生產效率，并確保達到最佳的制造品質。

3農業機械數字化設計技術的創新之處

農業機械本身屬于制造業的范疇，產品種類齊全且復雜，優勢是國內外的市場需求體量非常巨大。近年來，我國企業將數字化技術應用于大型農業機械的研究與開發，其力度越來越大。通過引進更多的工程技術和仿真技術來對產品性能進行設計和檢測，希望能借此不斷優化產品結構和性能。對今后的研發趨勢應多關注如下幾個重點。

3.1強化產品的創新思維

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中圖分類號：G710 文獻標識碼：A 文章編號：1003-2851（2012）04-0236-03

一、虛擬現實技術的介紹

1.什么是虛擬現實技術

隨著計算機技術的不斷發展，虛擬現實技術成為近年來計算機軟件技術的一項新興技術。由于虛擬現實技術的直觀性很強，能在電腦上進行模擬仿真，比平面圖像更能說明問題，并且更具有經濟性，即省時間由省人力，能夠廣泛的為各個領域所運用。可以說虛擬現實技術給社會發展帶來的便捷將使其能夠大顯其道，虛擬現實技術的運用也是近年來的發展方向。

虛擬現實技術按照維度虛擬程度的不同分為三維虛擬技術和全維度虛擬技術。全維度虛擬技術是目前國外在虛擬仿真領域的研究，其研究內容是使虛擬技術完全脫離三位維度而向一個全立體虛擬環境發展。中國目前運用最為廣泛的是三維虛擬技術。而三維虛擬技術的運用正是本文重點論述的內容。

三維虛擬技術屬于三維圖形技術行列。三維圖形技術分為兩大類，一是三維虛擬技術；二是三維動畫技術，兩者都用于模擬真實世界和想象世界。由于兩者的應用原理不同，其應用領域也大不相同。

三維動畫技術采用的是傳統的計算機動畫，采用關鍵幀的方式制作，先進行三維預渲染，得到了完整的三維動畫視頻之后利用播放器將動畫播放出來，所以三維動畫技術被廣泛運用于電影、廣告等預先設計好的演示。

在此我將重點論述三維虛擬技術在城市規劃領域的應用和研究，之所以以此作為論題是由于三維虛擬技術在城市規劃上的應用最為廣泛，隨著時代的不斷進步，社會對城市建設、城市規劃的要求越來越高。網絡社會的概念不斷加強，三維虛擬技術能夠更好更便捷的為我們城市規劃建設服務。這種技術適應了社會現代化的要求，使虛擬仿真技術很好地運用在城市規劃設計上，為我們的城市建設工作更加省時省力并且能更加全方位思考。在計算機平臺上進行虛擬操作可以從各個方位多個角度思考規劃方案，能從早期發現問題解決問題。

由于三維虛擬技術的虛擬仿真性，使其更多運用在城市規劃建設的工作中。這一技術的擴充性和延展性很強，通過我們的不斷研究能使其在城市建設領域以及城市建設的其他領域起到的作用不斷加大，為城市建設事業帶來更多收獲。

2.三維虛擬技術的發展歷程

三維虛擬技術屬三維行業領域。三維行業在中國的起步時間是上世紀九十年代。自98年看是到現今其經歷了一個擴張時期，這是三維行業在中國市場大放異彩。目前在中國的三維行業可以分為以下幾個分支：1、電影、廣告；2、游戲；3、電視包裝；4、城市建筑，其中以城市建筑領域的運用最早也最為廣泛。

最早的三維技術實現平臺是由美國的Autodesk公司開發的3d Studio Max軟件。此軟件是一款基于PC系統的三維動畫渲染和制作軟件。早期的三維技術在中國建筑領域的運用由于技術原因有很大的局限性，三維技術只能實現建筑效果圖的繪制以及部分簡單的跑相機似的建筑動畫。隨著3D技術的不斷完善以及日益多元化的創作手段的出現，三維技術在建筑業所起的作用也日益增強。目前實現三維技術的主流軟件主要有：3ds Max、Maya、Softimage/XSI、Lightwave3D、Cinema4D、PRO-E、Rhino（Rhinoceros犀牛）等。由于三維技術的日益完善以及它所帶來的強大的經濟效應，三維虛擬技術的概念也日漸成熟。

三維虛擬技術是三維動畫技術的一種，與三維動畫技術的區別在于三維虛擬技術還具備三維動畫技術所沒有的實時性和交互性。三維虛擬技術是虛擬仿真技術的一種，是局限在三維空間之下的一種虛擬仿真，而虛擬仿真技術的另一種全維度虛擬仿真也被稱之為虛擬現實技術。這種技術出現在20世紀末期，它的出現引起了人們的廣泛關注。目前國外正在對此領域進行深入研究，我將在國外研究部分做出論述。

3.國內在虛擬仿真領域的研究以及存在問題

三維虛擬技術目前在建筑領域的運用有城市漫游動畫、建筑漫游動畫、房地產漫游動畫、小區瀏覽動畫、樓盤漫游動畫、三維虛擬樣板房、樓盤3D動畫宣傳片、地產工程投標動畫、建筑概念動畫、房地產電子樓書、房地產虛擬現實等動畫制作。

三維虛擬技術在我國城市規劃、城市建設的發展前景是不可估量的。由于三維虛擬技術的不斷發展，它既能帶給觀賞者身臨其境的感覺；又能模擬尚未實現或準備實施的項目的完成效果。從單一的幾何模型到復雜的動態形象，不論是道路、橋梁、隧道、立交橋、街景、夜景、景點、市政規劃、鄉村規劃、鄉村形象展示、數字化鄉村、虛擬鄉村、鄉村數字化工程、園區規劃、場館建設、機場、車站、公園、廣場、報亭、郵局、銀行、醫院、數字校園建設等都可以通過三維虛擬技術得以實現。

由三維虛擬技術和現代信息科學技術帶給中國經濟的發展空間正在不斷壯大；由它們所帶來的科技化、信息化、智能化的城市虛擬空間將成為21世紀的信息主流源。

二、虛擬現實技術在城市規劃領域的應用

1.城市規劃簡述

城市規劃指的是一個城市在一段時期內的發展計劃的設定，它研究的是一個城市在未來的一個發展動向，這其中包含了對城市地區的合理布局、城市的各項工程建設的合理部署。它是城市建設和城市管理的重要組成部分，也是城市建設和城市管理的重要依據。一個城市的三個重要管理階段是:城市規劃、城市建設和城市運行，而城市規劃則是三個管理階段中的龍頭。

2.城市規劃領域使用三維虛擬技術的必要性

在這個以知識經濟為核心的信息時代，計算機科學技術已成為全世界公認的本世紀最主要和最核心的科學技術，它已滲透到社會生活的各個方面，影響和改變著人類的思維模式和行為模式。它在城市規劃和城市建筑領域的作用更是不容小覷，隨著網絡技術的不斷發展與成熟，計算機輔助設計技術在建筑行業中的應用得到了進一步普及。

在城市規劃領域使用三維虛擬技術的必要性將從兩個方面進行：①是從城市規劃建設方面來看對三維虛擬術應用的必要；②是從城市規劃管理方面來看對三維虛擬技術應用的必要。

①是從城市規劃建設方面來看對三維虛擬技術應用的必要首先，我們必須要了解城市規劃建設在設計上的設計內容。城市建設設計內容主要有：城市宏觀設計、城市中觀設計、城市微觀設計三個層次。

城市的宏觀設計指的是對城市的格局和形態的設計，具體為城市的整體分布、城市的功能組團、環境保護、土地利用等。在設計上更加注重城市的關鍵性特征和自然景觀構成。在進行城市宏觀設計時，評估的重點是看能否創造高素質城市環境和優美的城市視野，以此來鑒定城市宏觀設計的成功與否。

城市中觀設計是指設計城市空間與城市建筑之間的關系；具體內容有：用地布局、建筑設計、地標物建設、街道分等等，也就是城市的連接度與整體性、城市的體量與高度的設計。城市中觀設計的內容與宏觀設計的內容相輔相成，是中觀設計更加注重城市的視覺質量、人工建造物的城市角度和適宜度、城市整體輪廓與體量的協調、具體環境的設計與美化等。

在計算機運用上要解決城市建設視景的要求就必須要能再計算機上感官看見以上所說的宏觀、中觀、微觀三個層次的內容，具體而言就是：一是三維地形的顯現；二是城市密度、容積率的顯現；三是大面積三維建筑的顯現。四是能速重繪畫面進行實時仿真。而針對以上的要求，三維虛擬仿真技術都能夠一一實現，文章在前面具體分析了三維虛擬技術的技術性能。并且可以看出，目前來看運用三維虛擬技術進行城市規劃設計適應了時代性和科技性的趨勢。

下面我們看看三維虛擬技術在城市規劃建設上的具體應用。

三維虛擬技術在城市規劃建設上的具體應用按地形而分可以歸為三類：一是局部地區城市設計研究；二是大范圍城市問題研究；三是區域規劃研究。

一是局部地區城市設計研究

城市設計的核心是研究建筑形體和空間要素之間的關系協調，從對城市的環境表現、具體建筑形體刻畫、整體模型處理和后續功能研發等方面來看運用三維虛擬仿真技術在制作時再合適不過了。

我們針對城市商務中心區的設計研究來具體說明問題，城市商務中心區設計是屬于典型的城市局部地區設計，由于范圍不大，我們在選擇計算機種類時可以選擇中高檔PC機進行制作。

然后，我們再根據現有照片、地形原有的平面、立面等圖紙資料進行交通設施、環境小品的建模，在三維虛擬技術環境下能夠高仿真建模，并且設置VEGA的漫游環境、添加動態模型等工作，最后將制作出的模型文件調入VEGA完成漫游。

二是大范圍城市問題研究

以新城區建設為例，新城區的建設規劃范圍更加廣泛，在建立三維仿真時重點應在規劃功能的設計開發上。

針對新城區三維仿真的主要功能應該有：方案替換、模型修改（ 高度修改、位置調整等）、矢量規劃數據疊加分析、日照陰影分析。其中還包括目前的仿真軟件無法實現在漫游過程中的動態陰影的實現。

值得慶幸的是目前國內的以遙感為基礎的仿真軟件彌補了技術上的不足，運用此軟件不僅可以實現在固定觀測點上表現建筑在不同時間陰影變化的功能，而且也能夠實現地理屬性查詢。

三是區域規劃研究

在進行區域規劃的仿真時我們將遙感應用和三維仿真技術結合運用，這樣我們就可以實現建立以衛星影像為數據的城區漫游，在數字高程模型的基礎上進行區域地區漫游的制作，這樣既不影響對區域原有面貌的觀看，又能再此基礎上進行區域建設和改造，并且能實時對比，運作時即高效又準確，這樣的技術結合給我們的城市規劃提供了直觀而又客觀的分析手段。

②是從城市規劃管理方面來看對三維虛擬技術應用的必要

三維虛擬技術已經運用到城市建設的方方面面，城市規劃作為可視化技術需求最為迫切的領域之一,虛擬現實技術在其諸多方面有著廣泛的應用和發展前景，三維虛擬技術提供了非常直觀、準確、現時性強的城市規劃資料，這為城市建設發展、提高城市管理水平、提升城市規劃設計提供了強而有力的依據。

可以說，在城市規劃領域對三維虛擬技術的應用是時代的召喚、是技術的支持，三維虛擬技術是城市建設所必不可少的關鍵性技術。

三、從上海世博會對虛擬現實技術的運用來看未來虛擬現實技術在城市規劃領域的發展

1.上海世博會網上世博簡介

2010年的上海世博會區別于往屆世博會的最大不同就是此次上海世博會運用了虛擬現實技術實現了網絡同步的網上世博會。通過2008年中國北京奧運會場館的建設，中國的建筑漫游動畫創作的發展速度越來越快，并且在國內得到了廣泛的傳播。2010年上海世博會再次使中國的建筑漫游動畫得到發展和創新的機會。世博會的主題是：“城市，讓生活更美好”，伴著世博會的推廣，中國的建筑漫游動畫引起了社會各界的廣泛重視，使其得到飛速發展。更由于此次世博會的一大亮點是首次舉辦網上世博會，通過網上媒介，全面引入互聯網的傳播方式，采用交互設計和多媒體技術等手段，這更加體現出當下互聯網的強大以及建筑動畫漫游的進步神速。

2.網上世博會的緣起與構架

網上世博會，全稱網上中國2010年上海世博會，它是指通過互聯網技術、三維技術、多媒體技術，通過虛擬和現實相結合的方式把上海世博會上展示的內容呈現于互聯網上，搭建出一個能夠進行網絡體驗和實時互動的世博會網絡平臺。網上世博會是上海世博會的重要組成部分，是實體世博會的導引、補充與延伸，是上海世博會的兩大亮點之一。

能夠實現網上世博會這樣的創舉是由于網絡科技時代的蓬勃發展以及三維數字技術的不斷進步。網絡和三位數字技術的完美結合給予上海世博會全新的展現舞臺，使全球公眾突破了時空界限，使他們能夠全面參與世博，使我們中國的上海世博會實現了真正意義上的全球化。

首屆網絡世博會的三大主要特色是：三維展示、互動體驗以及全球共建。通過網上平臺吸引全球公眾參與世博會，使無法親臨食博會現場的觀眾借由網上平臺體驗世博會的精彩以及希望將上海世博會的盛舉作為非物質文化遺產長期保留，是舉辦此界網上世博會的三大原因。

網上世博會的架構由基礎平臺和網上展館兩部分構成。基礎平臺由組織者搭建，內容包括門戶網站、網上園區、基本功能等，網上展館則分為瀏覽型和體驗型兩類展館。瀏覽館具備基本瀏覽和展示的功能，它是以實體展館為原型，通過文字、圖片、音頻、視頻、動畫等方式進行三維展示，瀏覽型展館由組織者為需要援助的參展方免費開發。體驗館是瀏覽館的增強版，瀏覽型展館在以瀏覽和展示為基本功能的基礎上，可實現其它更加豐富的功能和特效，網上參觀者可以得到更生動的互動和體驗。參展者還可以建設實體世博會中不具有的虛擬拓展空間和展項，利用更豐富的虛擬技術及手段延伸和拓展參展方網上展館所希望表達的意境和理念。二者相輔相成，完美呈現網上的世博會。

與普通網站相比，網上世博會的區別在于它能夠提供給觀眾全面的三維視覺體驗，網頁游客能夠主動操控三維圖像的角度。網上世博會的整個展示內容其中包括，世博園區、世博園片區、展館外觀、展館內景以及主要展項等都將進行三維數字化的制作。

與普通網站的最大區別在于網上世博會可以將組織者的建設內容和參展者的建設內容二者共存于一個平臺之上。也就是說網上世博會具有“全球共建”的特點。

3.三維數字化技術實現了網上世博

由于虛擬現實技術的先進性，使實體世博園區中的建筑、道路、綠化、設施等通過三維虛擬技術在網絡上實現了虛擬再現。在網上模擬的天空、云彩、太陽、燈光、裝飾、材質等效果通過CG技術在制作，使模擬效果很好地接近真實場館的場景。展現在網上游客眼中的每一個場景都是一個三維的空間，參觀者只需要通過鼠標和鍵盤操作就能夠輕松實現旋轉、升高降低的操作，在進行鳥瞰時也也可以通過放大、縮小來調整的場景范圍，獲得全方位的空間體驗。展項展示是網上世博會的有一大亮點，通過網絡，游客能夠進入場館和展項發生近距離的互動，游客可以多角度觀察或“觸摸”展項，特別是一些實體世博會現場不能觸碰的展項，在網絡上可以實現參觀者的觸碰愿望。參觀者還可以自由的旋轉縮放感興趣的物品，同時還可以通過圖片文字、動畫、FLASH等多種數字媒體形式了解到對展項的知識性介紹。不僅如此，游客可以在C/S上通過系統提供的部件，組裝個性化的展項，讓其它游客看到自己的作品，并且發表點評。

網上世博會的虛擬拓展空間可以由參展者根據自己的意念記性無限制的設計開發，由于不受現實空間的限制，參觀者可以延伸和拓展實體展館所希望表達的理念和意境，虛擬展項為參展者的主題演繹提供了進一步發揮的空間。

網上世博會由于運用了數字化技術作為包裝，它展示了數字化技術神奇的魅力，也使我們的實體世博會區別以往世博會的不同，使其大放異彩，網上世博會成為上海世博會乃至世博會歷史上的一個至高點。

四、結論和展望

從2000年的悉尼奧運會場館設計到2008年北京奧運會的成功舉辦再到2010年上海世博會的網上世博會亮點的產生，三維仿真虛擬現實技術正在朝向越來越先進的領域發展，特別是它在城市建設及城市規劃上的運用可以說是越來越廣泛，所起作用也是越來越突出。以2000年悉尼舉辦奧運會為例，悉尼在2000年時為了奧運會的順利召開以及加強對城市的推廣，悉尼市建立了全市三維仿真平臺，目的用于城市的信息服務、交通分析指揮、城市建設管理等方面，由此取得了巨大的成功。為了能夠順利申辦2008年的奧運會，加拿大的多倫多城市也使用了虛擬現實技術對城市進行管理和規劃。

在我國，北京、上海、深圳等大型城市在利用三維虛擬仿真技術運用于城市建設方面也已經取得了一定的研究成果，而利用三維虛擬仿真技術的方面是輔助城市重要地段的建設以及大范圍的城市設計研究。例如在北京商務中心區、上海浦東開發區、深圳福田中心區的規劃中均進行了城市三維仿真技術的初步嘗試，并取得了較好的效果。

三維虛擬仿真技術的主要作用在于以城市現貌為基點，融合規劃方案后模擬項目實現后的城市景觀，并且能夠進行多角度動態審視，全面評估城市設計的規劃方案，這為城市規劃建設和領導決策提供了更為直觀、可靠、科學的技術手段。

將三維虛擬仿真技術運用于城市規劃建設的優點與好處在于：

①提高了城市設計規劃方案的設計和修正效率；

②豐富了城市問題的研究角度；

③提高了城市建設項目的評估質量；

④提高了城市建設項目的管理能力及效率；

⑤提高了為市民公開展示宣傳城市形象的效果。

目前，國外虛擬仿真技術顯出其極大的優勢，國內正在迎頭趕上。從目前我國對三維虛擬仿真技術的運用而言，可以看出我國的三維仿真技術發展水平已經有相當不錯的程度。從三維仿真技術在我國城市規劃上的運用的效果來看，三維仿真技術在我國城市規劃中的應用前景是非常廣闊的，而且我們相信，三維仿真技術會使城市規劃產生技術性的革新，會極大地拓展和豐富城市規劃的工作思路。

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[3]楊保民，分布式虛擬現實技術與應用[M].北京：科學出版社，2000.

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Abstract: With the reform of power industry system in our nation and the formation of power industrial market, the power generation industries must accelerate their paces into the information era. The industrial power plants and the extension of internet application are the base of the extension of information uses. The extent of broadness as well as the deepness in digital power plant has the direct effects on the level of information in power plants. This paper discusses the areas such as the simulation technology, research on ‘3S’ are mentioned in this paper. Besides, it also discusses the achievement and the future endeavors in the region of digital power plants.

Key words: Digital Power Plants, Simulation Technology, DCS, SIS, MIS

中圖分類號：TM6文獻標識碼：A 文章編碼：

建設數字化電廠的意義和可行性

1.1 建設數字化電廠的意義

目前新建電廠開始建設的SIS和MIS已為火電廠提供了一個綜合優化控制和管理的數字化平臺，如把國內外經實踐證明有實效的優化軟件集成到這個平臺上， 僅從直接經濟效益計算，每年為電廠節省上千萬元是完全可能的。如考慮故障預測和診斷等提高安全性、防止重大設備損壞或不必要的非計劃停運，其經濟效益將更大。如果進一步實現現場設備級數字化， 推廣應用現場總線及相應的現場總線智能監控沒備，還可進一步提高運行的安全可靠性，適應現代化管理的要求，減少運行維護成本，降低工程費用，可見，火電廠數字化對電力企業優化運營具有深遠意義。

建設數字化電廠的可行性

目前新建電廠開始建設的SIS和MIS已為火電廠提供了一個綜合優化控制和管理的數字化平臺。我國數字化電廠的應用情況可以從以下事實做出說明[1]。

大唐盤山電廠的SIS率先于2004年6月通過了由陸延昌同志任主任委員的高級別鑒定，并給予了高度評價。第1個電力行業的SIS標準, 《火力發電廠廠級監控信息系統技術條件》已經過審批，將由國家發改委頒發。經過7年的奮斗，形成了一支SIS開發和應用隊伍， 這為建設數字化已初步電廠，進一步發展SIS的應用打下了良好基礎。

國內外石化行業已開始進入推廣應用現場總線系統、全面進入企業數字化的階段。國外也已有一些大中型火電機組成功應用現場總線系統。

綜上所述，當前著手建設數字化電廠是完全可行的。

2.仿真技術在數字化電廠中的應用

目前，熟悉控制裝置，決定控制系統結構，靜態參數的匹配計算及調節器參數整定等工作，都必須在現場反復摸索和試驗，需要花費大量時間和精力，并且由于受現場條件限制，控制方案和控制參數往往不太理想。仿真技術是指如果能開發一個控制仿真系統，則上述工作都可在實驗室完成，一方面可大大節省時間和精力，預先確定控制方案和參數，大大減少現場調試次數；另一方面，由于DCS在電廠的普及，今后數字化電廠的工作重點將轉移到節能增效上來，這就要求必須對目前數字化電廠控制系統進行優化。優化不是簡單地對現有控制系統的調節器參數進行凋整，而主要是研究采用新型控制結構和新型控制算法的控制系統，成功應用新型控制系統的關鍵之一是在實際投運前對其進行詳細的仿真試驗，以便使調試人員掌握新型控制系統的運行特征及控制器參數的工程整定規則。

3.數字化電廠“3S”研究現狀

數字化電廠即電廠廠級信息自動化系統的概念，它包括廠級監控信息系統(Supervisory Information System 以下簡稱SIS)和管理信息系統(Management Information System 以下簡稱MIS)。數字化電廠的信息系統主要涉及分散控制系統(DCS)、廠級監控信息系統、管理信息系統三大系統（3S）。三大系統各自獨立運行于支撐自身的網絡系統，通過公用的統一數據平臺實現三個系統的無縫集成，從而達到全廠數據的共享。

3.1 分散控制系統的發展現狀

分散控制系統(DistributedControlSystem簡稱DCS)以微型計算機為基礎，融合了計算機技術、控制技術、通信技術和圖形顯示技術，實現集中管理，分散控制。它根據火電廠的工藝特性，將控制系統分成若干獨立子系統，由相應的分布式處理單元獨立完成。DCS的各子系統分工協作，并行工作，并通過系統通信網絡進行數據交換，共享系統資源。DCS已成為火力發電廠重要的組成部分之一。

3.2 現場總線控制系統的發展現狀[2]

隨著計算機網絡技術的發展及可靠性的提高，現場總線系統（FCS）在電廠的應用已成為發展方向，而且現場總線儀表已基本齊全，在電廠中使用日益增多。現場總線儀表都為智能型儀表，它們所提供的豐富的數據都可通過總線上傳到DCS或PLC，增加了現場數據的信息量，提高了數據采集精度，為SIS提供更加豐富的現場數據，為發揮SIS強大的數據分析、優化功能奠定基礎。工程師或操作員站的顯示屏（LCD）上能夠容易地查看儀表工作情況，對儀表進行調校及參數修改，大大減輕了維護工作量，減少了維護人員。目前電廠使用現場總線控制系統的條件已經具備。

3.3 電廠監控信息系統 (SIS)

SIS是集過程實時監測、優化控制及生產過程管理為一體的電廠自動化信息系統。SIS系統解決了電廠自動化信息系統應用中遇到的兩個主要問題：實時數據來源復雜而分散和實時數據很難長期高精度的存儲， 同時SIS系統在全廠建立了一個統一的數據平臺和應用軟件開發平臺。它是建立在 DCS網絡和MIS網絡之間的一個高速、高可靠性、超大容量的全廠生產過程實時／歷史信息網絡系統[3]。

SIS系統與DCS系統的功能差異主要體現在：DCS系統面向機組級自動控制，有其安全性高、實時性強、相對封閉的特點。其數據庫的容量、接口能力十分有限，而SIS系統在數據庫的存儲容量和精度、數據檢索的速度和靈活性、與不同數據源的接El能力以及應用軟件的開發平臺等方面具有明顯的優勢。

3.4 數字化電廠管理信息系統 (MIS)

廠級管理信息系統（MIS）的建設目標是，建設覆蓋全廠的計算機網絡系統，形成一個安全可靠、數字化的傳輸網絡，實現信息資源共享。系統包括全廠生產、經營、管理的各個環節。MIS根據業務情況可劃分成生產業務系統、企業資產管理系統(EAM)、綜合信息查詢系統、報價輔助決策系統（商業運營管理）、辦公自動化系統、系統維護子系統。

4. 結語

全面實現電廠數字化工作， 在國內外均處于剛起步階段，經驗不足。新建電廠普遍建立了SIS和MIS（管理信息系統）網絡架構，并配置了不少故障診斷、狀態檢修及性能優化等監控和管理軟件。但這些軟件尚欠成熟，現場設備級自動采集的信息太少，使一些高級應用成了派不上用場。如果依靠人工采集、錄入，不僅工作量大，而且有些也較難實現。這些問題不解決，SIS和MIS將不能發揮其效益。為加快電廠信息化進程，少走彎路，建議盡快建設一個數字化電廠示范工程。通過示范工程， 從電廠生產的安全可靠性和經濟性及管理現代化出發，解決全廠系統和信息的總體規劃、現場設備級數字化、廠級SIS和MIS功能要求及完善等問題。

全廠系統和信息的總體規劃，電廠數字化和網絡化使管理和控制實現真正的一體化， 幾十個監控和管理系統將集成為一個大系統；全面實現電廠數字化，實現電廠的故障診斷和預測、狀態檢修、優化運行和控制等，采集的信號將比原DCS的I /O點增加2倍。如此多的信息，必須根據其性質，確定合理的信息流。因此，全廠系統和信息的總體規劃將是數字化電廠的新課題，也是數字化電廠示范工程成敗的關鍵。

現場設備級數字化問題。目前現場設備級設備采集的信息較少，無法實現控制系統故障診斷、預測和現代化管理，并改變過去那種發生停機停爐后才知道該設備故障的被動局面。現場設備級數字化要研究解決各種現場智能設備的應用、現場總線規范及與DCS及其它管理系統的接口等問題。

廠級SIS和MIS的功能要求及完善問題。在現場設備級解決了數字化問題后， 廠級SIS和MIS等還需進一步完善充實，將有成功應用業績的優化控制和管理軟件集成到廠級SIS和MIS平臺上，最大限度地發揮數字化電廠的效益。

參考文獻：

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一、引言

Bill Gates認為：“在當今世界，一座城市如果不跟蹤最新觀念，將技術運用到極限，明天它就可能成為一座鬼城。” 近年來，伴隨著計算機及網絡技術的飛速發展，數字化潮流已是全球經濟發展的必然趨勢，建立在城市信息化平臺上的虛擬銀行、虛擬商務、虛擬政府、虛擬學校、虛擬影劇院、虛擬旅游、虛擬醫院等已紛紛出現。由于城市的各個子系統都可以在計算機中直觀地發映出來，從而可以很方便地對城市的物流、人流、信息流進行集中而有效的控制和管理。所以，如何利用先進的計算機技術實現現代城市本身的數字化，是城市管理者、規劃部門、企業、城市居民所共同關心的問題，而城市仿真技術作為數字城市的支撐技術之一，也成為當前的研究熱點。

二、城市仿真技術簡介

2.1什么是城市仿真

城市仿真(Urban Simulation)對大多數人來說，還是一個比較陌生的概念。簡單來說，“城市仿真”就是將“虛擬現實”技術應用在城市規劃、建筑設計等領域。近幾年，城市仿真在國內外已經得到了越來越多的應用，其前所未有的人機交互性、真實建筑空間感、大面積三維地形仿真等特性，都是傳統方式所無法比擬的。

2.2與傳統方法的比較

傳統的規劃、建筑設計表現方法基本包括以下4種：人工手繪、建筑微縮模型、建筑效果圖和三維動畫。其中，人工手繪（或非真實渲染-NPR）只是偶爾作為點綴用在早期的概念設計中。建筑效果圖、三維動畫、建筑微縮模型是目前廣泛采用的三種方式。由于其市場的成熟，單做其中某一個或幾個方面即可支撐一個中型公司(100人以下)的發展。

這三種方法雖然流行，但它們各自的不足還是很明顯的。制作建筑微縮模型需要經過大比例尺縮小，因此只能獲得建筑的鳥瞰形象，無法以正常人的視角來感受建筑空間，無法獲得在未來建筑中人的真正感受；常用的效果圖表現也只能提供靜態局部的視覺體驗；三維動畫雖然有較強的動態三維表現力，但不具備實時的交互性，人是被動的，而且對方案的修改以及觀察路線的變化需要重新計算，幾天甚至幾周后才能看到結果。

而在城市仿真應用中，人們能夠在一個虛擬的三維環境中，用動態交互的方式對未來的建筑或城區進行身臨其境的全方位的審視：可以從任意角度、距離和精細程度觀察場景；可以選擇并自由切換多種運動模式，如：行走、駕駛、飛翔等，并可以自由控制瀏覽的路線。而且，在漫游過程中，還可以實現多種設計方案、多種環境效果的實時切換比較。這是傳統的建筑效果圖和預渲染回放的三維動畫所無法達到的。

2.3城市仿真技術的重點

1、在一定軟硬件的基礎之上，創建盡可能真實的場景

在城市仿真中，場景的真實感是最為關鍵的一個因素。而如前面已提到過的，由于實時三維渲染的要求及硬件顯示能力的限制，場景的復雜程度不能太高。同時，由于實時仿真技術的限制，一些比較費時的渲染選項，如動態陰影、Bump map等實現起來還有一定困難。這些都會直接影響場景的真實感。

在硬件渲染能力的限制下，為創建盡可能真實的場景，一方面需要發掘各種軟件的功能，進行優化組合；另一方面，要發展更為高級的算法，如程序幾何（Procedural Geometry）和分形算法（Fractal Mathematics）。

但“發展算法”不是一件簡單的事，非個人所能為，只能是由某家公司開發出相應的軟件，我們再來應用。所以，從一般的制作者而言，要創建真實場景還是在于充分利用各種已存在的軟件工具。從實際的開發經驗來看，主要有以下幾種軟件：

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實時三維模型創建軟件：Multigen Creator；

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紋理處理軟件：Photoshop

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實時場景管理/驅動軟件：Vega

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輔助軟件：

建模方面可以用3DsMax/Maya輔助，Maya有免費的flt文件(Multigen Creator格式文件)輸入/輸出插件，3DsMax則要通過Okino Polytrans軟件來進行格式轉換；

在三維紋理貼圖方面，可用DeepPaint 3D和Deep UV輔助；

在燈光效果貼圖方面，可用Lightscape；

AutoCAD用于接收用戶原始DWG文件，預覽并輸出DXF。

在項目之初，就要詳細規劃、分配任務，根據任務思考如何充分利用上述各種軟件達到最終效果。除了從這幾個方面著手以外，我們所能期待的就只能是計算機硬件顯卡能力的迅速提高了。

2、在三維漫游的基礎之上，開拓新功能

不滿足于僅僅簡單的三維場景漫游，在此基礎之上進行人機互動效果的開發，并和用戶應用緊密結合，如在Vega/VC下開發數據庫點擊查詢、三維/二維結合、多媒體結合、3D GIS(地理信息系統)等。 三、城市仿真應用系統與城市規劃

由于城市規劃的關聯性和前瞻性要求較高，城市規劃一直是對全新的可視化技術需求最為迫切的領域之一。從總體規劃到城市設計，在規劃的各個階段，通過對現狀和未來的描繪（身臨其境的城市感受、實時景觀分析、建筑高度控制、多方案城市空間比較等），為改善人居生活環境，以及形成各具特色的城市風格提供了強有力的支持。規劃決策者、規劃設計者、城市建設管理者以及公眾，在城市規劃中扮演不同的角色，有效的合作是保證城市規劃最終成功的前提。城市仿真技術為這種合作提供了理想的橋梁，運用城市仿真技術建立的城市仿真應用系統能夠使政府規劃部門、項目開發商、工程人員及公眾在一個統一的平臺上，可從任意角度，實時互動真實地看到規劃效果，更好地掌握城市的形態和理解規劃師的設計意圖，這樣決策者的宏觀決策將成為城市規劃更有機的組成部分，公眾的參與也能真正得以實現。這是傳統手段如平面圖、效果圖、沙盤乃至動畫等所不能達到的。

3.1城市仿真應用系統的應用范圍

城市仿真應用系統可被廣泛應用于規劃設計、方案評估、領導決策、規劃審批、市民公示、宣傳展示及招商等各方面。

3.2城市仿真應用系統的特點

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仿真的虛擬環境:

類似于時下流行的三維動畫，同樣是通過強大的三維建模技術建立逼真的三維場景，對規劃項目進行真實的“再現”。但是城市仿真技術建立的虛擬環境是由基于真實數據建立的數字模型組合而成，嚴格遵循工程項目設計的標準和要求，屬于科學仿真系統；而傳統動畫的三維場景則是由動畫制作人員根據資料或想象繪制而成，與真實的環境和數據有較大的差距，嚴格意義上來說屬于一種演示作品。

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多方式、運動中感受城市空間：

在城市仿真應用系統中，可以全方位，多種樣式（步行、驅車、飛行、UFO等），完全由用戶自由控制在場景中漫游。城市仿真技術與傳統的三維動畫最根本的區別就是：傳統動畫的觀察路徑都是預先設定好的，用戶只能按照事先設定的路徑瀏覽場景；而城市仿真技術可以由用戶在三維場景中任意漫游，人機交互，甚至還可以使用專用的頭盔把用戶的視覺、聽覺及其他感覺封閉起來，產生一種身臨其境的錯覺。這樣一來，很多不易察覺的設計缺陷能夠輕易地被發現，減少由于事先規劃不周全而造成的無可挽回的損失與遺憾，大大提高了項目的評估質量。

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實時多方案比較：

運用城市仿真應用系統，我們可以很輕松隨意的進行修改，改變建筑高度，改變建筑外立面的材質、顏色，改變綠化密度，……所看即所得，只要修改系統中的參數即可，而不需要象傳統三維動畫那樣，每做一次修改都需要對場景進行一次渲染。這樣不同的方案、不同的規劃設計意圖通過城市仿真技術實時的反映出來，用戶可以做出很全面的對比，并且城市仿真應用系統可以很快捷、方便的隨著方案的變化而作出調整，輔助用戶作出決定。從而大大加快了方案設計的速度和質量，提高了方案設計和修正的效率，也節省了大量的資金。

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三維空間信息交流：

城市仿真應用系統的沉浸感和互動性不但能夠給用戶帶來強烈、逼真的感官沖擊，獲得身臨其境的體驗，還可以通過其數據接口與GIS信息相結合，從而可以在實時的虛擬環境中隨時獲取項目的數據資料，方便大型復雜工程項目的規劃、設計、投標、報批、管理等需要。此外，城市仿真應用系統還可以與網絡信息相結合，實現對三維空間數據的遠程操作。

3.3城市仿真應用系統的功用

一套完善的城市仿真應用系統能夠很好的展示城市規劃、宣傳城市建設、提升城市形象。系統根據城市的當前狀況和對城市的未來規劃，將城市的過去、現在和將來任意時間的情況展示在規劃設計者、政府決策者、投資開發者和普通市民面前。系統首先根據城市的當前狀況和對城市的規劃資料完成城市的設計，然后該系統的交互控制軟件可以幫助使用者從不同角度遍歷城市的各個部分，幫助有關人員作出決策。

提高項目管理能力和效率

規劃部門使用城市仿真應用系統，可以使方案評估更為準確、公正和快捷。另外，如果系統中需要增加新的項目，或其中的項目遇到方案修改，可以隨時導入或更新系統的數據信息，并且可供日后存檔，極大地方便了政府規劃管理部門的管理工作，提高了效率，節省了成本。

提高公眾參與度和部門協同作業

由于城市仿真技術打破了專業人士和非專業人士之間的溝通障礙，使得各部門能夠在統一的城市仿真應用系統平臺下進行交流，能更好的理解設計方的思路和各方的意見，能更快的找到問題、達成共識和解決一些設計中存在的缺陷。

提高方案設計和修正的效率

通過城市仿真應用系統，我們可以很輕松隨意對設計方案進行修改，改變用地布局，改變建筑高度，改變綠化密度，改變外立面的顏色……所看即所得，只要修改系統中的參數就可以輕松實現，大大加快了方案設計的速度和質量。

提高展示和城市形象宣傳的效果

城市仿真應用系統的沉浸感和交互性不但能夠讓用戶獲得身臨其境的體驗，同時還能隨時獲取項目的相關數據資料。對于公眾關心的大型規劃項目，在項目方案設計過程中，城市仿真應用系統可以將現有的方案導出為視頻文件用來制作多媒體資料予以一定程度的公示，讓公眾真正的參與到項目中來。當項目方案最終確定后，也可以通過視頻輸出制作多媒體宣傳片，進一步提高項目的宣傳展示效果。

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前言

航空技術的不斷發展和完善，使一些民用飛機逐漸露出弊端，其制造成本高、運行效率低、人工技術差等問題提出了一些改進設計，采用數字化設計技術，提高民用飛機的性能特點，加大了市場競爭力。

1 飛機制造中的問題分析

1.1 模擬技術在應用中的問題

模擬仿真技術在飛機的研發中占據重要地位，需要從最開始的產品設計中便開始使用，并且需要在制作的整個過程中存在，但目前發現的問題多數都出現在運用時間上。飛機的研發過程中與各環節出現了時間不協調，忽略了飛機設計初期對仿真的重要性，所以容易發生時間錯誤等問題。

在民用飛機的研發過程中，需要與產品設計、工裝設計、工藝設計等方面的工作人員協調到互相合作模式，進行流水工程，改善在工作時間上的浪費。但就我國目前來看，并沒有做到以上相互合作模式，還需要從外國發展中吸取更多寶貴經驗，結合我國企業情況，快速奠定飛機制造業的基礎。另外，我國飛機制造行業的數字化設計與仿真模擬技術的本身也具有一定程度的不足，還需重點關注，加大技術的創新力量。

目前國際上民用飛機使用最多的軟件是日本索尼公司的DELM IA軟件，此軟件應用量大，但仍存在不足，比如，此軟件不具備實現重力仿真技術，在模擬仿真中的三維軟件都是模擬存在，在模擬仿真中，無法正面的反映出應用部件的剛性及柔韌性。因此，在使用DELM IA軟件時，仍然需要對該軟件產生的缺陷進行分析，減少設計中的錯誤。

在實際工作中，通常只會通過技術人員的工作經驗和產品來確定仿真模擬的情況，并沒有建立起數字化設計與仿真設計應用的統一，造成的結果不一致，嚴重影響了飛機模擬制造時的質量。因此，在設計制作過程中，需要制定一定標準的規范體制，按照相應標準，從設計初期便統一執行。

1.2 仿真使用系統的問題

飛機制造中，使用的系統之間相差較大，非常容易使效果產生變化，因此，在擴大數字化技術應用的使用范圍時，還需要對系統界面進行合理設計，并對工作人員進行技術培訓，提高數字化設計系統的實用性和安全性。

1.3 現場數據的采集和反饋問題

設計中最主要的工作是對現場環境的數據采集和反饋，能夠為接下來的工作提供有效依據，對現場生產過程的實時監控，并制定合理的制造計劃、安排合理的制造進度，但目前所應用的民用飛機制造應用系統中不具備這項功能，因此也無法全面的實現現場環境的數據采集等工作[1]。

民航企業中還未普及數字化管理系統軟件，仍然采用紙質數據報表，容易產生漏洞或信息錯誤，也無法對產品數據進行統一的劃分。目前多家測量軟件均可以直接生成表格，應用到系統中，可以將數據存儲，為以后的設計質量監控和安全生產做出指導意義。

2 數字化設計與制造的意義

數字化設計是基于多種形式媒體的支持下產生的，能夠達到用戶的需求。將虛擬顯示、計算機網絡、數據庫和多媒體統一在一個系統下，為滿足用戶需求建立的一種數字化設計和制造的系統。對產品信息、工藝信息和資源信息進行統一分析、統一規劃和統一組建等，達到快速生產出能夠滿足用戶需求的整個設計與制造的過程。民用飛機制造行業的大力發展也帶動了計算機技術、制造設計技術、信息管理技術的不斷發展，因此，數字化設計與制造是現代民用飛機制造行業的發展趨勢。

民用飛機制造企業使用數字化設計技術，能夠有效提高企業競爭力，結合其他相關技術，使數字化設計融合計算機、網絡信息，再采用數據庫平臺，完成飛機的設計制造。由此可見，民用飛機行業的發展需要以科技技術為主，以提高飛機設計、制造、管理、售后服務的目標努力，全面實行數字化管理流程，建立起數字化的設計制造體系，完全實現民用飛機制造業的真正數字化意義[2]。

3 數字化設計與制造的特點分析

飛機制造行業的傳統設計方法從概念設計到初步設計，最后到生產設計的三個階段，每一階段都有相關的設計繪制模型，工作人員需要按照相應的繪制模型的樣機對飛機內部配置進行設計。飛機制造行業融合的各項技術，發揮了先進科學技術的優勢，改善了企業的整體經濟運營[3]。

4 最新技術在民用飛機設計中的發展

4.1 加大對數字化設計仿真技術的開發應用

產品研發設計中，單一使用DELM IA軟件無法將信息傳遞到各個環節，因此需要引入不同的數字仿真設計技術，從最初的研發工作開始，各部門工作人員的高度配合，利用數字化的工作設計研究理論，提高研發的質量，建立起一個集成系統軟件平臺。在產品設計中，將DELM IA軟件與PDM軟件相結合，能夠將數據存儲和調用，實現數據資料的及時性和準確性；若將DELM IA軟件與CAPP軟件相結合，可以具有較強的文本處理功能，使系統更加具有實用性[4]。

4.2 建立數字化的組織管理體系

采用最新的管理方式，建設專業的管理團隊，將數字化系統的組織建立成為管理平臺，利用各部門之間的資源，將產業鏈條的結構作為各企業間的鏈條，達到國際供應商的標準規模，在產品設計研發中，需要對每一項工作進行嚴格的監督審查，改變傳統的管理方式，與制造商和使用商的良好溝通，組建管理小組，及時解決產品研發過程中的技術問題，爭取縮短工期、提高工作效率、降低成本、實現經濟效益。

4.3 提高系統的價值

民用飛機的客戶群廣泛，民用飛機制造企業在制造過程中需要運用系統軟件，將文件格式及簽訂模式個性化，滿足一些客戶對工藝文件的格式簽訂的需求。實際管理中，將物料資源進行條碼管理，降低管理人員的勞動力度，也能防止人工帶來的錯誤操作，同時結合人性化的管理模式，將系統的功能特點得到充分發揮[5]。

5 結束語

綜上所述，民用飛機制造業的競爭力主要受控于時間、成本、質量和服務四個方面，這幾方面已經成為航空航天領域的發展目標。數字化的設計與制造技術改善了航空制造業，提高了民用飛機的質量、縮短了研制周期、降低了成本投入，達到了客戶的滿意度。民用飛機制造業的整體技術改革，領導者需要建立起專業的工作團隊，全面提高企業在本行業中的競爭地位。

參考文獻

[1]李湘芝，史善華.數字化背景下民用飛機設計制造競爭力提升[J].科技創新導報，2013，05（14）：92-93.

[2]吳曉宇.探討供應商管理在中國民用飛機制造產業中的發展方向[J].科技信息，2013，03（21）：61+44.

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Abstract: with the rapid development of science and technology, mould industry has produced rapid development trend. Digital technology is widely used in mold and recognition, has high status, promote the development of the mould manufacturing. This paper mainly discusses the application of mould digital manufacturing technology, combined with advanced artificial intelligence technology into applied materials eventually forming technology, eventually push the development of advanced manufacturing technology in China.

Key words: mould; Digital technology; analysis

中圖分類號： TG76 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2013）

在當前的現代工業化發展的過程中，很多工業產品的生產需要使用模具，模具技術成為工業發展的重要基礎。模具作為一種技術密集產品，成為衡量一個國家制造業水平的重要評價指標，對國家的經濟具有較好的推動作用。因此探究模具數字制造技術的應用性分析具有重要的實用價值。

一、模具CAD/CAM系統專用化程度得到廣泛提高

隨著科學技術和模具工業的快速發展，同時CAD/CAM技術在模具界得到廣泛的認可，具有較強的應用價值。近些年開發商和投資者在投入了大量的人力物力和財力，不斷將CAD/CAM系統進行升級，將CAD/CAM系統升級為模具業專用的系統，具有較強的針對性，能夠實現針對模具的專業的特點進行工作，所推出的系統就有較強的集成化和智能化，更加適合模具工作者的使用，收到廣大模具工作者的一致好評。

該系統可以實現在統一的系列環境下，使用專門統一的數據庫，完成對模具產品的設計，最終生成三維的實體模型。根據所設計的圖形進行分類，然后根據需要最終完成對模具的完整設計，能夠更加方便的進行下一步工作。因此當你進行一項工業項目的設計時，所采用的工具不僅僅是單一的CAD系統。一般情況下還必須要求寫出工業項目的報告或者是進行維修所使用的圖表等等，同時你還需要在CAD系統和文字處理程序之間進行信息的交換，這時都需要更加專用化的程序，為此必須廣泛發展CAD/CAM系統的專用化的程度。

二、面向模具企業的CAD／CAE／CAM技術的系統集成方案

隨著模具行業的快速發展，以及國際間逐漸增加的日益激烈的競爭，模具業對于系統的要求也簡單的建模建工轉換到要求支持設計、分析和管理的專業化系統。這是模具業發展的大方向，因此越來越多的企業和單位投入到系統的研發中，不斷改善和提高原有系統，最終形成面向模具企業的CAD／CAE／CAM技術的系統集成方案，更加適合實際工作中的需要。通常情況下制造商會要求減少物理樣機，不斷降低產品的成本，提高產品的質量，最終實現產品的快速上市，這種要求在模具行業尤為明顯。因此在進行設計的前期要進行分析仿真，這樣有利于減少物理樣機的數量，同時廣泛提高產品設計的靈活性，有助于滿足用戶的要求，同時能夠實現用戶提出的降低成本的要求，極大的縮短產品上市的時間。因此面向模具企業的CAD／CAE／CAM技術的系統集成方案，是當前模具業發展的一個重要的方向。數字化的產品的開發應用范圍廣泛，從概念設計、工程分析、數控加工以及虛擬制造到產品維護等各個方面進行開發和生產流程，數字化產品的應用和開發能夠更加完善產品開發和制造的流程。

三、塑料注射成型過程仿真系統的開發和應用

注射成型過程的仿真屬于計算機與機械、力學和材料相交叉的新型學科，由于塑料熔體本身的特性，采用計算機模擬的熔體成形過程就有很大的難度。但是我國擁有一套先進的注塑成形仿真系統，該系統能夠直接在三維實體模型行進行網格的劃分，通過表面的配對和引入新的邊界條件充分保證對應表面的協調流動，充分實現立體的三維實體模型的分析，并且將最終的三維分析結果顯示出來。

注塑制品一般都是薄壁的產品，如果采用傳統的制作方法無法滿足模具的設計和制造的需要。使用塑料注射成型仿真系統在流動的平面采用了有限元法，在保證計算精度的前提下使計算速度極大的滿足工程的需要，并且通過采用控制體積的方法解決了成型中的移動邊界的問題。在使用系統的過程中輸入合理的參數是保證最終獲取正確結果的前提，該系統通過人工智能技術獲得了注射的時間的優化以及分級系統的優化，最終保證輸入參數的合理性。將仿真系統的軟件真正升級到更加優化的系統。熔合紋對制品的強度和外觀具有重要的影響，該系統通過采用節點特征模型的方法大大提高了熔合紋的預測準確性和效率。該系統的開發和應用，為注塑制品與模具的虛擬制造奠定了堅實的技術基礎，構成了注塑制品成形質量全面控制的核心的技術。應用范圍比較廣泛，具有較強的經濟效益。仿真技術只有與試驗技術有機結合在才最終產生良好的效果。

四、薄板沖壓工藝的應用

薄板沖壓技術一般是在輕工業、航空或者是汽車等領域應用比較廣泛，特別是在車身覆蓋成形上，具有重大的意義。薄板沖壓工藝與模具的設計理論、計算方法和關鍵技術深入和系統的研究結果表明，仿真技術只有與試驗技術有機的結合才能產生良好的效果。開發研制的沖壓工藝綜合試驗技術與裝備，最終實現了與仿真方法想匹配的材料本構特性參數的獲取。能夠更好的解決工藝方案中經常出現的起皺或者是拉裂的成型缺陷的問題，還能夠實現在壓邊圈的壓料面上創新性地設置有斜拉延筋。發明的斜拉延筋主要提供板材在沖壓中的除了具有被動性質的流動的阻力以外，還能夠提供具有主動性質的引導材料流動的作用力，從而最終實現提高模具的產成品率和成品的質量。

五、基于知識的材料成形的過程

產品設計制造開發系統是以設計制造過程的建模為核心內容，它不僅能夠提供零部件的可造型評估或者提供零部件的性能預測，注塑形成過程模擬、板料沖壓成形模擬系統的應用可以很好的說明了這一優點。隨著計算機技術的廣泛應用，基于CAE的成型工藝優化主要是采用數值分析的方法，但是由于成型工藝本身的特點，很難給出連續和規則的優化求解空間。在數值分析結果的基本上自動對成型方案進行分析和評價，并提出方案的優化建議，是當前材料科學與制造科學的前沿領域和研究熱點。

結束語

數字化技術在機械工程領域內的應用技術不斷推陳出新，新的技術的應用范圍不斷擴大。數字化和網絡技術正在把這種循環的速度加快，從而數字化工藝流程的設計到數字化制造。模具加工技術和設備正朝著高精度和高適應性的方向發展，它的發展必將進一步推動現代化制造業的不斷向前發展。