数字仿真技术范例

摘要：随着信息化技术的飞速发展，数字化建模在工程实践的多领域中逐渐占据着重要地位，相关仿真技术也在诸多领域得到广泛应用。雷达设计领域随着信息化的不断发展，使用高效的数字化手段实现对其相关雷达在功能及性能上的模拟设计成为现行重要的验证与评估手段。通过本文的全局化数字信息化建设，不仅可以有效地实现雷达数字化设计与仿真技术体架构得以有序的展开，并可为后续方案的改进与升级提供更为有效的实施方法。

关键词：雷达数字化;设计与仿真;技术要点分析

随着计算机技术的快速进步与发展，利用高效的数字化信息计算过程实现工程问题的实践与分析已成为当前重要的手段。通过计算机的高效性应用于各个领域，其数字化的趋势在诸多的范围内已成为当前各个传统行业取得高质量发展的重要前提与方式。尤其是当前国家在不断深化改革的方案下，结合高新的信息技术手段已成为当前重要的技术手段，涉及的数字化手段也是未来重点要发展的核心技术，通过多元性的“物理信息系统”的构建，可实现其智能化信息手段得到快速有效的构建，通过仿真技术实现桥接产品实物和设计理念的分量越加重要。在雷达数字化设计与仿真的过程中，可有效地通过现代化的科学计算方法而使得其结构可根据实际的战情需求而进行详细的设计实验，在此，所采用的核心方法为通过数学建模实现雷达模型的构建，在此基础上，融合、目标、杂波、电子干扰等多元性的电磁环境而构建出较为符合实际情况的综合模型，再通过具体的数学方法进行模型的计算，仿真在设定的核心内容是以其流程化的过程而实现多要素在环境中将雷达运行中的多要素实现有机的集合，实现多个要素达到电磁环境中要素的彼此作用融合，模拟出的雷达波形参数往往更具有现实性意义。

1雷达数字化体系架构综合研究

雷达数字化设计与仿真技术在实现前，首先，应该明确所涉及的雷达其核心要点及功能，进而在开发后续的设计验证和功能仿真功能，在此操作步骤的实现是以需求为牵引的，进而在不断明确其功能的基础上实现仿真基础数据的彼此融合，随后就是以基础性的数字模型输入，在计算机的作用下而实现结果的生成、加载、配置、运行以及过程中多要素地科学化管理，最终可通过将数据和模型在彼此相互结合的作用下，以其相对可视化的图形、图像及视频进行输出并进行有效的记录，在整个的模拟过程中，往往需要将真实环境中系统性的各要素进行简化归纳，进而转化为数字模型进行对雷达设计的评估。该雷达数字化设计与仿真信息流程图如图1所示。

1.1设计与仿真技术分层模型构建

对构成雷达数字化设计的各个要素的归纳和阐述，需要依据其仿真技术不同需求而进行具体性的逻辑关系识别。采用主流型的分层模型来实现架构系统的分解与计算已成为重要的手段。在该体系架构的设计中，主要是通过基础数据层，数字模型层以及后续的平台应用层来实现系统的功能化表达。在该三个层面的组合构成中，其所具有的基础数据层的功能性表达的要点是为整个架构提供基础性的地图数据、目标、杂波以及视景等内容，在后续的应用中通过不断的模拟应用，在了解掌握真实地理环境的基础上不断地优化完善地图信息的集成，使得整个系统所具有的目标及场景中回波计算更为精确有效，并且可对其中所涉及的多元性的气象或地理环境下杂波数据进行更为精准的分析。雷达等装备模型在完成信号参数或信号波形的构成基础上而进一步强化平台层的应用，而后进行对应数字模型加载、配置、编译运行和结果评估，其次，将仿真战情配置、动态过程、装备功能、性能参数等通过动态图表等形式进行展示，并且还能结合分布式计算、GPU加速、VR以及AR方式增强平台功能，扩展应用领域，最后，完成对基础数据、数字模型和仿真战情等数据进行数据库管理。

摘要：随着虚拟技术发展及人力资源需求的改变，目前汽车企业都在积极构建数字化工厂，开展仿真技术研究，减少实体后期的设变。在数字化工厂环境中，基于DELMIA软件，应用仿真工艺技术对汽车企业重劳岗位进行分析改善，开展与设计同步的工艺开发。结合企业自身特点，建立适应企业岗位分析的重劳岗位人体模型、评价基准、仿真模型，通过对新产品装配典型工位进行工艺仿真，识别判断重劳作业岗位，并通过与设计同步开发，在产品概念阶段推动解决重劳问题。运用仿真工艺对典型工位进行仿真分析，并制定了对应的改善对策。实践表明，通过仿真工艺可以有效削减重劳岗位，并减少后期产品实物变更，降低产品成本，取得很好的经济效益。

关键词：数字化工厂;仿真;重劳岗位;DELMIA软件

1引言

进入21世纪以来，制造企业招工难的问题日益突出。同时伴随00后进入劳动力大军，新兴的求职人员对工作岗位的选择，不再局限于薪资，而更多关注岗位的发展前景及岗位的劳动强度。舒适轻松的作业强度，现在已经成为新兴求职人员的首要考虑条件之一。因此，怎样改善重劳岗位，降低员工的作业强度，成为先进汽车制造企业主要研究目标之一。数字化工厂借助信息化与数字化技术，通过集成、仿真分析、控制等手段，可为制造工厂生产全程提供全面管控的一种整体解决方案。以航空、汽车、造船为代表的大型企业，都基本实现了数字化工厂建模。上汽公司、东风日产、奇瑞公司等企业也实现了汽车设计和制造的数字化工厂模拟，并且取得了很好的效果。在这样的背景下，很多汽车企业都在逐步建立数字化工厂模型，同时利用仿真技术，实现对作业岗位模拟，实现作业岗位劳动强度的定量分析判断，从而降低劳动强度。本研究主要是基于数字化工厂建模，探讨工艺仿真技术在汽车总装车间重劳岗位分析领域的应用，聚焦于员工的重劳操作分析。结合公司应用实例，全面分析重劳岗位仿真模型的建模思路、模型表达方式、软件应用等，结合应用案例分析出重劳岗位仿真技术的价值。

2基于DELMIA的重劳岗位分析方法

2.1仿真软件介绍

目前针对装配重劳岗位主流分析软件分为2种，一个是西门子数字化软件Tecnomatix，具备工厂、生产线及生产物流过程仿真与优化功能；一个是达索公司的DELMIA，优势在于软件对于仿真结果的渲染效果较为美观，可以不需进行二次渲染处理。DELMIA软件包含3个板块的子软件：DPE（DigitalProcessEngineer）、DPM（DigitalProcessManufacture）以及QUEST（物流分析工具）。DPE主要是提供集成产品、资源、工艺管理平台，实现产品、工艺、资源的匹配仿真软件环境；DPM主要是提供工艺细节、规划、验证仿真软件环境；QUEST主要是提供生产工艺流程和生产效率仿真的软件环境。

摘要：在新工科背景下，数字电子技术教学模式的转变与开发在电子信息工程本科教学中显得尤为重要，虚拟仿真技术在数字电子技术教学模式开发中具有独特优势。本文分析了虚拟仿真技术的教学优势，结合建构主义和教学心理学教学方法，开发了基于虚拟仿真的数字电子技术教学模式，与传统教学模式相比，该教学模式具有提高学生探索积极性、扩展学生知识面、提高学习成绩以及降低教学成本等优势。

关键词：新工科；数字电子技术；虚拟仿真技术；教学模式

2016年1月18日，在十八届五中全会中指出了“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念[1]，并在一带一路合作高峰论坛中强调：“我们要促进科技同产业、科技同金融深度融合，优化创新环境，集聚创新资源。我们要为互联网时代的各国青年打造创业空间、创业工场，成就未来一代的青春梦想。”而新工科的内涵正是为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展、《中国制造2025》等一系列国家战略[2]。绥化学院作为地方应用型本科院校，具有服务地方，立足于地方性、应用型、开放式、国际化的办学定位，同时制定厚基础、强应用、养德性、善创新、高素质的培养规格[3]，均符合新工科人才培养理念，“数字电子技术”是电子信息工程专业的核心基础课程，为后续的“单片机原理与接口技术”“DSP及传感器原理”等课程的基础，而传统的数字电子技术教学模式具有知识面固定、教学内容老化、教学方法单一以及实验教学成本高等弊端，无法满足我国新时期新工科建设的具体实际教学要求，即同时适应当前行业产业发展的变化和满足未来行业产业发展的需求。基于此，本文为了响应“新工科”的教学背景，设计并开发了基于虚拟仿真的数字电子技术教学新模式。

1虚拟仿真技术的优势分析

为提高新时代背景下高等学校实验教学质量和实践育人水平，教育部从2017年起开展示范性虚拟仿真教学项目，利用线上+线下相结合的教学模式扩展学生的知识层面、增加学生的学习资源、提升学生与教师的互动能力，虚拟仿真技术可以依赖于网络云端的教学资源，有利于教学资源协调建设、高效管理与应用[4]。在资源共享的平台上，有助于提高教学质量，促进高校之间、校企之间协调发展，实现“产出导向”的培养模式，数字电子技术中涉及成本较高的耗材时，学生可采用仿真平台，通过模型建立、参数选择以及仿真计算等过程，在了解芯片电路工作机理的同时，还了解了软件和平台的应用，润物细无声中拓展了学生的知识，激发了学生的学习兴趣。

2教学模式的开发

在经典的建构主义中，教师的讲解并不是学生学习知识的有效渠道，通过学生在错综复杂的政治、社会、经济及文化背景下，教师作为学生学习的辅助资源，学生自主有效地借助社会中的学习资料和资源，通过意义建构的方法捕获工作中所需的知识与能力[5]。而虚拟仿真教学技术的特性和优势恰好有利于实现建构主义学习理论中的四要素，即“情境”“协作”“会话”“意义建构”，其中情境对于理工科数字电子技术中抽象的学习显得尤为重要，集成芯片由上万个甚至上亿个电子元器件构成，结构相对机械零部件更加复杂，不同集成芯片的工作原理更是各不相同，且在工作上存在较为复杂的连带关系，为此如何运用虚拟仿真技术开发和实现有效的教学情境可以增进学生数字电子技术的理解非常重要。为真实体现复杂芯片结构在工作过程中情境的真实有效性，在教学设计中需规范情境所包含的知识，同时更应该增加知识在生产生活中的运用场合，增加其与应用型本科教学的契合度，虚拟仿真技术兼有技术实现的真实存在感和良好交互特性，将其结合三维动画技术、先进的生活性、发展性教育理念，鼓励学生在虚拟仿真学习情境中进行探究、训练和体验，通过人机交互的方式加深对数字电子技术中抽象复杂知识的应用理解[6]。在认知心理学的教学范畴内，将学生所学的知识分为陈述性和程序性，对于大量内容为陈述性知识的数字电子技术而言，需要虚拟仿真平台具有较高的拟合度，因此基于虚拟仿真技术的数字电子技术教学中更应完全遵循科学的客观规律因素，即应该合理运用物理引擎、选用合理的仿真平台，针对性地模拟数字电子技术在现实中的客观规律，从而准确、高效地把知识在真实中运用的方式呈现给学习者。基于以上对虚拟仿真技术与教学方法的研究，本课题小组所设计的教学策略如图1所示。

摘要：我国经济发展正处于转型和升级的关键时期，随之涌现出各种先进技术与设备，并应用在多个领域中。而仿真技术也不例外，该技术时由计算机技术等其他技术高度融合的计算机技术，也是依赖于模拟技术衍生而来的，能最大程度上实现虚拟展示的效果。基于该技术具有较强的技术性和针对性，机械设计制造人员在进行技术引进和使用之前，应对该技术内涵原理和应用特点进行基本了解，从而避免出现技术性问题，推动机械设计制造业走向现代化和信息化。

关键词：仿真技术；机械设计制造；应用研究

仿真技术融合了计算机技术后，更具现代化和信息化，结合更全面的科学理论和技术支撑后能够解决更多的现实问题。随着该技术的逐步成熟，涌现出与仿真技术相关的技术和软件，也使得模拟技术得到广泛应用。计算机仿真技术得到接卸设计制造人员的认可与青睐，并在该领域得到广泛应用，模拟技术的革新与发展能够有效推动机械设计和制造行业的进一步发展。立足于智能化和数字化发展视域下，仿真技术打破了传统机械设计制造的壁垒和局限，使得模拟设备得到有效创新和升级，使得学生能够随时随地进行连接，提升其便捷性和实效性。本文在简要阐述仿真技术和机械制造技术的基本概念，并分析仿真技术的应用特点，最后提出具体的应用路径，旨在为机械设计制造业的创新发展提供借鉴和思路。

1机械制造技术和仿真技术简要说明

1.1仿真技术信息描述

结合笔者实践调研可知，仿真技术在多个领域中得到普遍应用，现阶段，仿真技术的开展过重涉及多个工具，依据工具本身性质可以大致分为硬件和软件两类。其中硬件指的是计算机，无论是数字还是模拟计算机，此外，还有目标、运动等其他物理仿真器；而软件则包括语言、程序以及数据库等部分，综合构建起仿真技术的软件系统。在仿真技术的实际应用过程中，要完成目标系统的模型构建，需要增加一定的实践措施。而实验措施多是以离散事件和连续系统仿真为主，随着信息技术的进一步升级，使得仿真技术深受电力汗液、航天工程以及机械制造行业人员的认可与青睐。如今，采用仿真技术能够有效见地机械加工指导行业的时间、资金等资源浪费，与此同时，也为机械行业带来较高收益。

1.2机械设计制造行业

摘要：随着计算机技术的发展与广泛应用，仿真技术也得以普及，为人们进行设计和实验带来了极大方便。如今，仿真技术广泛应用在机械设计制造、水利水电、建筑施工、航空船舶以及医疗设备等领域。文章主要介绍了仿真技术对机械设计制造行业的作用，从模型创建、变换和实验三个方面阐述了仿真技术的实现步骤，从机械结构设计、齿轮设计、复杂机械加工、复杂数值计算分析、大型机械设备设计等方面的具体应用对仿真技术进行了探讨，剖析了仿真技术的重要性。

关键词：仿真技术；机械设计制造；模型创建

伴随着计算机的普遍应用和飞速发展，仿真技术逐渐兴起，应用范围越来越广，它结合了控制论、系统论、相似原理和信息技术多门学科和理论，是一门借助计算机及软件进行虚拟仿真实验以分析解决实际问题的综合性技术。早期的仿真技术亦被称为蒙特卡罗方法，是一种通过实验用随机数解决随机问题的方法。目前为止，仿真技术的发展主要经历了三个阶段：模拟机仿真、模拟数字混合机仿真和数字机仿真[1]。近年来，仿真技术在工业发展领域中的地位越来越重要，它极大地促进了经济的发展和社会的进步。因此，对仿真技术进行深入研究，就能够为机械设计制造提供可视化的模拟制造效果和改进优化的依据。

一、仿真技术与机械设计制造

（一）仿真技术

仿真技术，因其不需要制造实物也被称为虚拟样机技术，是指设计人员利用相关的软件在计算机上建立数据模型，通过分析动态性能参数来改进优化方案，具有安全可靠、灵活方便、节约时间、节约成本以及不受地域环境因素影响等诸多优点。

（二）机械设计制造

摘要：随着科技的发展，自动化控制技术也有了飞速的发展，其高精度、高效率、高自动化的特点对实现制造业的数字化、集成化和智能化有着重要的作用。鉴于其学习的专业度和高难度，目前各高校也非常注重相关的人才培训，但由于场地有限及设备费用高昴，各高校能够拥有的设备数量都不能够满足学生的实际操作需求，在这个情况下，虚拟仿真技术在教学中的应用大大弥补了这个不足，并能够提高安全性，对于增强学生效果、提高学生创新能力、提升教学质量都有着重要的意义。

关键词：虚拟仿真技术；自动化控制；教学；应用探讨

0引言

目前正处于职业技术教育的变革推进时期，各高职院校纷纷大力开展实践教育改革，期待培养工程素质高、专业能力强、职业适应广、创新能力强的复合型技术人才。如何做好电气自动化技术专业的教学，让每个学生都能掌握实际操作，并适应技术改革和创新需要，是自动化控制教学的重点。虚拟仿真技术正是将多媒体科技技术与虚拟网络通信相结合，构建一个与现实世界相似的教学环境，并带动学生通过虚拟集成与控制模拟操作，让学生多操作多练习多探索，以提高学生技术水平，解决教育面临的问题为最终目的[1-2]。

1发展虚拟仿真系统教学的意义

我国教育方面还存在许多待改进的地方，而虚拟仿真系统注重实践，与职业教育的原理是相匹配的，而且虚拟仿真系统的实践与职业技术的理论相结合，二者是有利互补的，大力发展虚拟技术系统对于控制技术教学是有着重要的意义的。

1.1虚拟仿真技术能够提高学生的学习兴趣

摘要：Multisim仿真集元器件和测试仪器等多维度仿真功能于一体的技术，它实现理论知识与实践知识的交互，在电子技术教学中应用仿真技术具有很大的优越性。作为一种先进的现代化教学工具，应在数字电子技术教学中推广应用。

关键词：Multisim；数字电子技术教学；74LS161

0引言

数字电子技术与工程实际联系紧密，是学生后续专业课程的理论支撑。因其电路结构复杂、理论性强的特点，学生们在学习过程中很难学透，并且很难想象出电路的实验现象。因此在课程教学过程中引入Multisim仿真软件，采用“理实一体化”的方式开展教学，让学生不仅从理论知识层面分析电路，也能从实践层面验证理论知识，观察其工作现象。通过教学实践，证明效果很好。

1Multisim的特点及仿真方法

1.1Multisim的特点。Multisim软件是美国国家仪器有限公司NI研发的一款集原理图捕获和交互式仿真功能于一体的软件，是一个专门用于电子线路仿真与设计的EDA工具软件。它具有以下的特点：(1)直观的图形界面；(2)丰富的元器件库；(3)丰富的测试仪器；(4)完备的分析手段；(5)强大的仿真能力。

1.2仿真方法。(1)测量法:就是用软件元件库中的仪表直接去测量电路两端的信号。(2)分析法:就是用软件中提供的电路分析法直接去分析电路。

［摘要］在丰富实验教学形式和教学效果的同时，虚拟仿真技术也促进了实验教学与理论教学的融合。文章主要论述了在大学化学教学实践中，虚拟仿真技术的应用和对教学效果的影响，总结了虚拟仿真技术在课程中的切入点和展开形式，为数字化和信息技术在化学教学中的推广应用提供实践支持和借鉴。

［关键词］虚拟仿真；大学化学；化学教学

化学是一门实践的科学，理论教学与实践教学的融合是高等学校化学教学中的核心问题之一，两者的有机结合将有助于学生加深对于物质结构和反应机理的理解[1]。然而由于时间、空间的限制，化学实验与化学理论教学往往被分成两个平行的教学课程，因此不少学生在学习中存在机理—结构—现象之间的割裂，只能依靠死记硬背学习理论知识，无法做到活学活用和真正掌握。随着信息化技术在教学中的深入，虚拟仿真技术在化学教学中越来越受到重视[2]。虚拟仿真技术在教学中的应用，是对传统课堂的数字化延伸，其具有可视化，直观，沉浸感强的独特优点，又能够实现一些由于时间、空间、成本、安全等因素无法开展的实践内容，在工科实验教学中有着广阔的应用前景[3]。除了在化学实验教学中的应用之外，虚拟仿真技术还能够将实验压缩进课堂，动态呈现微观机理，在丰富课堂教学形式的同时强化实验与理论之间的联系，在激发学习兴趣的同时提升学生知识理解程度，实现由理论到实践再到理论的良性循环[4]。

一、微观结构的宏观三维呈现

高等学校化学教学中，反应机理往往是相关章节的难点。该部分内容相对抽象，考验学生对于分子微观结构的思考能力。以旋光异构为例，本章节涉及大量内容需要同学认识分子结构的空间构型，传统教学依赖课本和PPT课件的平面化教学往往无法将教师所理解的知识完整传递给学生，尤其是对一些空间思维能力较弱的同学来说，面对这种教学方式存在不少理解上的难点。依靠虚拟仿真技术的三维建模，可以将原本抽象化的空间微观结构在宏观层面呈现出来，允许学生对三维模型自由旋转，进而对分子结构的空间构型产生直观认识，不仅能够做到根据规则判断旋光异构类型的基本要求，还能深入直观地理解该部分知识的本质，而这正是传统教学方案相对欠缺的。

二、反应过程的动态呈现

化学反应是高等学校化学教学的重要内容，而反应机理又是该部分教学内容的重点和难点。传统教学中，呈现在学生面前的是静态的反应方程式，以烯烃加成反应为例，尽管作为亲电加成反应表象相对简单，但实际涉及原子轨道杂化、π键电子云分布、诱导与共轭效应等内容。仅仅通过死记硬背记住规律虽然可以应付考试，但这种方式其实是对后续知识点的学习留下隐患，对于结构和反应性质之间的关联，也仅仅停留在规则的简单记忆上，一旦遇到复杂过程，学生便无法正确把握反应规律。利用虚拟仿真技术的空间表达和动态表达，能够使复杂的反应历程在生动起来的同时，富有条理性，将老师所想和学生所学所思真正连接在一起。不仅如此，通过合理设计，虚拟仿真还能对反应历程中一些抽象的概念，比如电子云分布，吸电子效应，供电子效应等做出具象化的描绘，从而加深学生对抽象概念的理解，从贴近科学事实的角度，全面立体地理解反应历程的本质。