數(shù)字化仿真技術(shù)精選(九篇)

前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的數(shù)字化仿真技術(shù)主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：數(shù)字化仿真技術(shù)范文

目前，嵌入式計算機系統(tǒng)向著網(wǎng)絡(luò)化、平臺化和智能化發(fā)展，原由多個計算機分別完成的任務(wù)功能集由單一綜合化、集成化的計算機系統(tǒng)來完成[1]。原各計算機完成的使命任務(wù)由綜合化計算機上相應(yīng)的硬件模塊和軟件來完成，模塊之間的通信由綜合化計算機的高速總線來完成，而且，許多模塊還包括FPGA、DSP等。該類嵌入式計算機系統(tǒng)的大多數(shù)為強實時、具有關(guān)鍵或重要安全的等級，基于分區(qū)高安全可靠操作系統(tǒng)來開發(fā)，軟件固化或動態(tài)加載到相應(yīng)的模塊上，基于總線消息驅(qū)動的執(zhí)行。由于綜合化嵌入式計算機系統(tǒng)各硬件模塊上的軟件基于高速總線自動交互以及各模塊軟件間的運行時序復(fù)雜，傳統(tǒng)的測試方法已難以確保各模塊軟件間的交互和時序、功能協(xié)調(diào)性、一致性的驗證，各種安全型故障模式難以實施充分性的測試，軟件安全性測試要求的路徑測試難以完成。為了確保綜合化計算機系統(tǒng)的軟件安全性、可靠性、互操作性和功能處理的正確性，本文提出相應(yīng)的數(shù)字化仿真測試系統(tǒng)，以保證測試的充分性。

2系統(tǒng)框架

數(shù)字化仿真測試系統(tǒng)由嵌入式計算機數(shù)字化仿真系統(tǒng)、仿真測試支撐框架、仿真測試控制臺及系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫組成，其系統(tǒng)框架如圖1所示。其中，嵌入式計算機數(shù)字化仿真系統(tǒng)包括嵌入式系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)仿真、嵌入式仿真系統(tǒng)運行控制及嵌入式操作系統(tǒng)[2]。嵌入式系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)仿真以構(gòu)件技術(shù)模擬硬件系統(tǒng)中的基本芯片單元，包括CPU、寄存器、存儲器、定時器等，組裝這些仿真構(gòu)件形成有具體功能的模塊；嵌入式仿真系統(tǒng)運行控制模塊監(jiān)控所有的仿真構(gòu)件、構(gòu)件接口及各個總線，動態(tài)維護整個系統(tǒng)的運行，實現(xiàn)信號路由，時鐘管理及仿真構(gòu)件的管理。通過仿真構(gòu)件、仿真系統(tǒng)運行控制模塊及嵌入式操作系統(tǒng)這個3個部分搭建起與真實硬件系統(tǒng)功能相同的仿真系統(tǒng)。下文以此測試框架為基礎(chǔ)，重點研究數(shù)字化仿真運行環(huán)境相關(guān)模塊的設(shè)計。

3數(shù)字化仿真環(huán)境的設(shè)計

3.1體系結(jié)構(gòu)

數(shù)字化仿真環(huán)境由仿真運行控制器、仿真環(huán)境配置器、時鐘管理模塊、信號路由模塊及仿真構(gòu)件對象集組成，如圖2所示。圖2數(shù)字化仿真系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)仿真環(huán)境啟動后，仿真控制模塊根據(jù)仿真環(huán)境配置器的配置結(jié)果，加載構(gòu)件的DLL庫文件，創(chuàng)建這些即將在仿真環(huán)境中運行的對象；同時實例化信號路由器對象及仿真時鐘管理對象，信號路由器對象維護所有構(gòu)件的引腳連接關(guān)系，動態(tài)地管理信號的傳輸。仿真時鐘管理對象以仿真構(gòu)件中最高的時鐘精度為基本的仿真時鐘周期，對所有監(jiān)控的構(gòu)件進行時鐘同步。仿真控制模塊以線程的方式啟動構(gòu)件對象、時鐘管理對象及信號路由對象，使它們可以并發(fā)運行。

3.2芯片級仿真

嵌入式硬件系統(tǒng)在靜態(tài)結(jié)構(gòu)上由連接和邏輯功能部件組成[3]。邏輯功能部件包括微控制器芯片、存儲器芯片、AD轉(zhuǎn)換器及各種傳感器，這些部件功能獨立，運行時相互間的影響較小。因此，可以將硬件芯片設(shè)計為低耦合、高內(nèi)聚的仿真構(gòu)件。仿真構(gòu)件是數(shù)字化仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)，對整個系統(tǒng)的性能及擴展性影響較大。因此，采用構(gòu)件化的技術(shù)實現(xiàn)，便于用戶對構(gòu)件庫的擴充并且增加了仿真構(gòu)件的復(fù)用性。仿真構(gòu)件在邏輯結(jié)構(gòu)上可以劃分為屬性集合功能集。屬性集為芯片的GUI特性以及芯片的引腳特性。GUI特性用于支持仿真構(gòu)件的可視化及模塊化配置，引腳特性描述芯片的各引腳傳輸信號的類型。具有模擬和數(shù)字2種。功能集是對芯片的邏輯功能的仿真實現(xiàn)，這些功能的運行會對仿真構(gòu)件的GUI特性及芯片引腳特性做出相應(yīng)的改變。

3.3模塊級仿真

在芯片級仿真的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了用于搭建虛擬系統(tǒng)的各種仿真構(gòu)件，包括微控制器構(gòu)件、存儲器構(gòu)件、寄存器構(gòu)件及串口通信構(gòu)件等。而嵌入式是硬件系統(tǒng)由各個模塊組成，因此需要對仿真構(gòu)件進行模塊化配置。本文設(shè)計了仿真環(huán)境配置器用于進行仿真構(gòu)件的模塊化配置，生成模塊化的虛擬系統(tǒng)。仿真環(huán)境配置器圖形配置模塊和環(huán)境配置模塊2個部分組成，如圖3所示。其中，圖形配置模塊為用戶提供可視化的仿真構(gòu)件配置途徑；環(huán)境配置模塊生成模塊化的配置文件，便于仿真環(huán)境動態(tài)運行時，對仿真構(gòu)件的調(diào)度與配置。圖3仿真環(huán)境配置器結(jié)構(gòu)用戶在進行虛擬系統(tǒng)的模塊化配置時，根據(jù)目標(biāo)硬件系統(tǒng)的藍圖，在仿真構(gòu)件庫中選擇對應(yīng)的仿真構(gòu)件，將其拖至配置區(qū)。在配置區(qū)可以獲取構(gòu)件的基本信息，并根據(jù)設(shè)計需求，修改構(gòu)件的部分外部特性及電氣屬性，得到與真實目標(biāo)系統(tǒng)中硬件部件一致的仿真構(gòu)件。得到需要的所有仿真構(gòu)件后，可以用拖放的方式改變構(gòu)件的圖形外觀大小及占用區(qū)域，使它們能合理的分布在配置區(qū)中。然后根據(jù)設(shè)計需求連接構(gòu)件的引腳，搭建起數(shù)字化的目標(biāo)系統(tǒng)硬件仿真平臺。設(shè)計中采用事件驅(qū)動的方式，驅(qū)動配置器的運行，實現(xiàn)系統(tǒng)的配置功能，如圖4所示。其中，箭頭代表事件。

3.4仿真運行控制

仿真運行控制器是數(shù)字化仿真系統(tǒng)的核心部分，其性能決定了數(shù)字化仿真系統(tǒng)與真實硬件系統(tǒng)的逼真程度。仿真運行控制器協(xié)調(diào)仿真構(gòu)件集的運行；根據(jù)用戶的配置結(jié)果，在宿主機操作系統(tǒng)上對硬件系統(tǒng)進行虛擬化；為仿真環(huán)境中各模塊的運行提供仿真時鐘，保證運行時序的正確；另外仿真運行控制器為調(diào)試工具及測試工具與仿真硬件系統(tǒng)的交互提供支持。其體系結(jié)構(gòu)如圖5所示。仿真運行控制器信號路由模塊仿真控制模塊仿真構(gòu)件對象時鐘管理模塊工具對象圖5仿真運行控制器體系結(jié)構(gòu)仿真環(huán)境啟動后，仿真運行控制器創(chuàng)建運行控制器對象和仿真環(huán)境配置器對象。依次加載工具、構(gòu)件的DLL庫文件，創(chuàng)建這些即將在仿真環(huán)境中運行的對象。然后實例化維護仿真時鐘的時鐘管理對象及維護信號傳輸?shù)男盘柭酚蓪ο?，使它為環(huán)境運行提供服務(wù)。接著以線程的形式啟動工具、仿真構(gòu)件、時鐘管理對象及信號路由器對象，進入它們的主工作流程。仿真運行控制器的設(shè)計采用面向?qū)ο蟮木幊趟枷?，所有功能都由對象完成，每個模塊對應(yīng)一個主對象，只能通過對象對外輸出的方法訪問模塊的屬性?？刂颇K是仿真運行控制器的主體，以對象形式管理內(nèi)部屬性和方法，但它主要操作外部對象獲取信息或控制其運行，這些部分無法直接訪問或操作它，只有在外部啟動仿真運行環(huán)境時在主線程中創(chuàng)建和實例化。

3.5仿真時鐘的實現(xiàn)

虛擬的仿真系統(tǒng)是基于仿真構(gòu)件的集合，構(gòu)件采用消息驅(qū)動的方式運行，為了保證系統(tǒng)運行時序的正確性，需要提供時鐘同步機制[4]。本文設(shè)計時鐘管理模塊，為仿真運行環(huán)境中的各個構(gòu)件提供仿真時鐘，保證時序的正確性。仿真時鐘的一個tick設(shè)定為仿真環(huán)境中最小的時鐘周期。仿真運行開始，時鐘管理模塊向所有監(jiān)控的構(gòu)件傳輸仿真時鐘t0，各個構(gòu)件接收到時鐘t0后啟動構(gòu)件運行單元，執(zhí)行一個時鐘周期的任務(wù)，任務(wù)完成后通知時鐘管理模塊；時鐘管理模塊接收到所有監(jiān)控的構(gòu)件任務(wù)完成消息后繼續(xù)傳輸仿真時鐘t1。整個虛擬的仿真環(huán)境以此方式順序執(zhí)行。另外，時鐘管理模塊要能夠為系統(tǒng)其他部件提供定時功能。為了保證系統(tǒng)的效率，采用如下所述的Δ時間鏈算法：要提高查找效率需要良好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)支持，算法中采用散列表來記錄所有的構(gòu)件的定時請求及定時到達請求，如圖6所示。NULL指向定時消息列表NULL指向定時消息列表指向定時消息列表指向定時消息列表NULLNULL散列基倍數(shù)構(gòu)件ID線程ID定時器IDNEXT散列基倍數(shù)構(gòu)件ID線程ID定時器IDNULL散列指針圖6定時消息散列表散列表的主鏈為循環(huán)鏈表，其每個節(jié)點可以掛接子鏈表，用于記錄定時請求時刻同時到達的構(gòu)件信息；主鏈表的長度為散列基數(shù)，當(dāng)定時請求時間較長，超出散列基數(shù)時，則將其換算成散列基數(shù)的倍數(shù)與余數(shù)的和，倍數(shù)記錄在鏈表節(jié)點中，按照余數(shù)將鏈表節(jié)點插入到對應(yīng)的子鏈表中。這樣所有的定時請求都可以記錄在循環(huán)散列表中，處理定時請求的操作即為循環(huán)往復(fù)地訪問散列表，每次循環(huán)中，將子鏈表節(jié)點中的倍數(shù)遞減，若倍數(shù)遞減至0，則對應(yīng)的定時時刻到達，通知相應(yīng)的構(gòu)件。具體表述如下(為便于描述，使用了部分符號)：Ticks指定時時間的長度；BaseSum代表散列基數(shù)；MultipleSum是散列基數(shù)的倍數(shù)；ComplimentSum代表在當(dāng)前循環(huán)中時鐘還要計數(shù)多少刻度才觸發(fā)該定時事件；指針TimerInfPointer指向當(dāng)前待喚醒的定時消息列表。若新定時請求到達，時鐘管理模塊記錄構(gòu)件的基本信息，然后計算其在散列表中的位置，計算過程為：MultipleSum=(Ticks+TimerInfPointer)/BaseSumComplimentSum=(Ticks+TimerInfPointer)modBaseSum按ComplimentSum將此節(jié)點插入到對應(yīng)的子鏈表中，子鏈表中的各節(jié)點按照其MultipleSum的值進行排序。仿真時鐘每計數(shù)一次，則檢查當(dāng)前散列指針指向的子鏈表，子鏈表節(jié)點中的MultipleSum為0，則定時時刻到達，通知相應(yīng)的構(gòu)件，然后將該子鏈表中剩余節(jié)點的MultipleSum減1，將散列指針TimerInfPointer移向下一個單元，繼續(xù)處理下一個時刻到達的定時請求。

3.6信號路由的設(shè)計

目標(biāo)板上的硬件部件通過發(fā)送和接收物理信號的方式，實現(xiàn)對外的控制和接收外來的觸發(fā)事件。物理信號在硬件系統(tǒng)中靠電壓驅(qū)動，其路徑由導(dǎo)體(導(dǎo)線)引導(dǎo)[2]。在數(shù)字化仿真環(huán)境中信號傳輸通過消息驅(qū)動來實現(xiàn)，為了保證信號傳輸路徑的正確性，本文設(shè)計路由模塊來維護系統(tǒng)的通信。仿真系統(tǒng)動態(tài)運行時，仿真構(gòu)件是一個獨立的運行實體，它只需要關(guān)心如何把數(shù)據(jù)輸送到自己的引腳上，實際的傳輸過程由信號路由器來實現(xiàn)。信號路由器要傳送信號，首先要找到信號流向通路，即仿真構(gòu)件之間的引腳連接關(guān)系，這些相互間的連接關(guān)系在配置硬件平臺時已經(jīng)確定，因此，信號路由器需要在系統(tǒng)配置完成后，根據(jù)構(gòu)件間的引腳連接關(guān)建立起仿真系統(tǒng)的引腳信號路由表，當(dāng)構(gòu)件從引腳輸出信號時，信號路由器查詢路由表，找到與該引腳連接的所有構(gòu)件引腳，將信號組裝成消息發(fā)送到目標(biāo)構(gòu)件。具體設(shè)計中，路由表使用多級鏈表實現(xiàn)，如圖7所示。

當(dāng)構(gòu)件發(fā)出傳輸信號請求時，信號路由器依次處理該構(gòu)件的每個引腳，檢查每個引腳的連接關(guān)系，如果連接對象合法，則針對該連接對象創(chuàng)建一個消息結(jié)構(gòu)保存這個引腳上待傳輸?shù)男盘?，把它掛接到連接對象的輸入信號鏈表上，并且記錄該結(jié)構(gòu)地址；處理完所有引腳之后，依次向連接的對象發(fā)送消息，并通知連接的對象有信號需要接收。當(dāng)構(gòu)件接到通知有信號輸入請求時，進入臨界區(qū)，讀取消息輸入鏈表，依次取出保存引腳信號的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，把信號填入自己的接收單元，取完信號后退出臨界區(qū)，進入內(nèi)部處理過程。

第2篇：數(shù)字化仿真技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：虛擬實驗室;自動化生產(chǎn)線;仿真技術(shù)

1 引言

隨著經(jīng)濟發(fā)展，中國已成為制造大國，生產(chǎn)設(shè)備一直向生產(chǎn)線方向發(fā)展。各個企業(yè)對設(shè)備的安裝調(diào)試與維護、操作人員需求量急增，促進自動化生產(chǎn)線的產(chǎn)生和發(fā)展。

自動生產(chǎn)線是機電一體化和自動化專業(yè)的核心課程。它涵蓋機械結(jié)構(gòu)、氣動、傳感器、PLC等技術(shù)。

實驗教學(xué)是自動化生產(chǎn)線教學(xué)中的重要部分，但是實驗儀器短缺、實驗設(shè)備老化，實驗場地擁擠，嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量。隨著多媒體和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，通過網(wǎng)絡(luò)建立自動生產(chǎn)線仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)。

實驗者可以在自動化仿真實驗室內(nèi)完成實驗，系統(tǒng)向?qū)嶒炚咛峁┛梢暬缑妗Ｗ詣由a(chǎn)線仿真技術(shù)可以降低自動化生產(chǎn)線實驗教學(xué)的成本，減少儀器的損壞和易耗品的消耗，避免人為事故和人身安全。

2 自動化生產(chǎn)線實訓(xùn)設(shè)計

2.1 生產(chǎn)線裝置

浙江亞龍和浙江天煌的自動化生產(chǎn)線設(shè)備是高職院校使用最多的自動化生產(chǎn)線設(shè)備。這兩家企業(yè)所生產(chǎn)的自動化生產(chǎn)線很好地模擬了企業(yè)生產(chǎn)線的基本工序。采用氣缸或電動機完成機械加工，采用PLC進行生產(chǎn)線控制工作。對應(yīng)各自生產(chǎn)線有不同PLC控制模式。對于采用分布式控制設(shè)備，PLC網(wǎng)絡(luò)的組建是核心內(nèi)容。對于采用集中式控制設(shè)備，控制程序較復(fù)雜，輸入輸出點數(shù)多，重點就是硬件組態(tài)。

自動線裝置主要有五個站組成：供料站、加工站、搬運站、裝配站、分揀站。這五個站包含電源模塊、按鈕模塊、PLC模塊、變頻器模塊、步進電動機驅(qū)動器模塊、各種傳感器、電磁閥等。

2.2 生產(chǎn)線設(shè)計

對生產(chǎn)線控制有如下要求：

（1）緊急按鈕。生產(chǎn)線設(shè)備要安裝緊急停止按鈕，一旦發(fā)生緊急情況，只要按下按鈕，生產(chǎn)線立刻停止。

（2）運行方式。設(shè)置兩種運行方式：自動、手動。生產(chǎn)線工作時是自動模式，設(shè)備調(diào)試或維修采用手動模式。

（3）聯(lián)鎖和互鎖。生產(chǎn)線各部分相互關(guān)聯(lián)，需要在各個條件下進行聯(lián)鎖。生產(chǎn)線有些機構(gòu)不能同時工作，需要互鎖設(shè)置。

（4）硬件設(shè)計。使用觸摸屏和PLC共同組成自動化生產(chǎn)線。CPU單元負責(zé)控制生產(chǎn)過程，觸摸屏負責(zé)通訊。傳感器將檢測信號反饋到輸入模塊進行比較。

（5）軟件設(shè)計。使用PLC仿真軟件進行模擬調(diào)試，為了提高生產(chǎn)線的柔性，程序要考慮各站間的銜接。

2.3 自動線仿真實訓(xùn)軟件模型

（1）仿真軟件組成。自動化生產(chǎn)線仿真軟件是基于C語言開發(fā)設(shè)計的。先要開發(fā)工作站的三維模型，建設(shè)電路控制庫和程序代碼，導(dǎo)入控件中。自動線仿真軟件的設(shè)計結(jié)構(gòu)有四層：1）界面表示層：處理用戶與應(yīng)用程序間的交互。2）電路設(shè)計層：定義用戶界面的內(nèi)容，可以二次制作元件進庫。3）程序設(shè)計層：提供應(yīng)用系統(tǒng)的消息傳送、工件調(diào)取、顏色的選擇。4）數(shù)據(jù)庫層：存放電路模型圖和控制程序數(shù)據(jù)。

將邏輯層分為若干組件集，每一個組件集完成響應(yīng)的電路功能。用戶界面層需要連接多個組件集來完成一個邏輯層。多個邏輯層組合成控制電路模塊。組件集可以相互調(diào)用。

（2）仿真軟件模型設(shè)計。仿真自動化生產(chǎn)線是由硬件部分和軟件部分組成的。硬件包括自動化生產(chǎn)線運動部件、控制電路零件、執(zhí)行器等。軟件由電氣控制線路。PLC控制程序、仿真控制平臺構(gòu)成。自動化生產(chǎn)線仿真模型分三層：界面模型、電路庫、程序庫。界面模型通過邏輯層代碼來獲取數(shù)據(jù)，通過三維動畫顯示出來。當(dāng)程序被修改時，只要表示層接口不改，就不需要更新用戶界面程序。

2.4 仿真實訓(xùn)系統(tǒng)分析

自動化仿真實訓(xùn)系統(tǒng)是基于機電仿真平臺基礎(chǔ)上二次開發(fā)的，側(cè)重于自主練習(xí)和各站考核。系統(tǒng)設(shè)計多個系統(tǒng)故障考核點，配有仿真儀表，方便學(xué)生在實訓(xùn)中對故障點排除。另一種仿真是用組態(tài)技術(shù)動畫連接，將畫面中的各站平面圖形與變量建立連接，當(dāng)變量發(fā)生變化，畫面的圖形也發(fā)生變化。

3 自動化生產(chǎn)線仿真實訓(xùn)特點

3.1 具有高職特色

高職教育具有職業(yè)定向性，崗位針對性的特點。高職教育中實踐教學(xué)貫穿高職教學(xué)全過程。高職院校進行仿真系統(tǒng)研發(fā)彰顯高職教育的特色。平時要注重對學(xué)生操作能力培養(yǎng)，所開發(fā)的實驗項目要與機電專業(yè)的職業(yè)崗位要求一致，貼切學(xué)生將來工作環(huán)境，體現(xiàn)工學(xué)結(jié)合。

3.2 虛實結(jié)合，優(yōu)勢互補

傳統(tǒng)實驗教學(xué)的真實性是仿真實驗無法取締的，而仿真實驗的靈活和安全是實踐操作所欠缺的。因此，在實驗教學(xué)中結(jié)合傳統(tǒng)實驗教學(xué)和仿真實驗的優(yōu)勢互補。

對于采集數(shù)據(jù)困難，實驗設(shè)備短缺的實驗，學(xué)生操作容易出問題，儀器損壞嚴(yán)重的危險性實驗，可以采用仿真實驗。對于有實驗條件的實驗可以進行真實實驗。

3.3 配備硬件設(shè)備

為了實現(xiàn)仿真教學(xué)，要專門建立機房隨時對需要做實驗的學(xué)生開放，要有專業(yè)教師協(xié)助實驗員進行機房管理。

4 結(jié)束語

在自動化生產(chǎn)線實訓(xùn)設(shè)備短缺，場地有限的情況下，采用仿真實訓(xùn)系統(tǒng)可以更好地開展實訓(xùn)教學(xué)。仿真技術(shù)更貼近工業(yè)自動化生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境，與傳統(tǒng)flas仿真是完全不同的。仿真技術(shù)能提高學(xué)生電氣控制技術(shù)和可編程控制能力，是自動化專業(yè)核心課程最好的開發(fā)工具。

參考文獻：

[1]宋象軍.虛擬實驗室在高校實驗教學(xué)中的應(yīng)用前景[J].實驗技術(shù)與管理，2005（01）：22.

[2]馬玉敏，樊留群.基于仿真的生產(chǎn)線的規(guī)劃設(shè)計[J].制造業(yè)自動化，2004（10）：33.

[3]金文.仿真實訓(xùn)系統(tǒng)在實踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2008（06）：33.

[4]汪曉凌.仿真技術(shù)在自動化生產(chǎn)線實訓(xùn)中的應(yīng)用[J].南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2014，19（01）.

第3篇：數(shù)字化仿真技術(shù)范文

Abstract： Digital circuits is an important course of undergraduate education. However， the students are lack of perceptual knowledge when learning this course， and also experiments. This paper proposes a method to optimize the process of teaching and learning by Multisim simulation. This method， which has overcome the shortcomings of either blackboard writing and Power Point slices， provides an opportunity of getting perceptual knowledge before classes for students， an instrument of exact and exquisite expression for teachers when teaching in class， and a tool of getting quick feedback to debug and improve designs for students when doing homework.

關(guān)鍵詞：Multisim；數(shù)字電子技術(shù)；教學(xué)

Key words： Multisim；digital circuits course；teaching and learning.

中圖分類號：G622.3 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）35-0144-02

1 現(xiàn)狀描述

數(shù)字電子技術(shù)課程是很多工科專業(yè)必修的課程，通常以課堂理論課為主，輔以一定數(shù)量的實驗課。在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，在講授組合邏輯電路時，開始涉及到具體器件之后，學(xué)生的接受水平明顯下降，表現(xiàn)為作業(yè)質(zhì)量的降低，以及實驗課順利程度的降低，尤其是設(shè)計類實驗課。在此之后，部分學(xué)生跟不上課程進度，最后不能通過期末考試。最終，數(shù)字電子技術(shù)課程和模擬電子技術(shù)課程一起，成為整個學(xué)院二年級學(xué)生補考率最高的課程。

2 原因分析

以下分析了上述現(xiàn)象出現(xiàn)的原因：第一，課程最初階段，主要講授關(guān)于編碼和邏輯代數(shù)的知識。這一部分內(nèi)容，學(xué)生在之前的計算機編程語言以及數(shù)學(xué)類課程的集合理論中有所涉及，因此能夠較好地接受邏輯代數(shù)化簡等新知識。第二，數(shù)字電子技術(shù)是學(xué)生接觸到的第一門大量涉及到芯片的課程，他們沒有關(guān)于集成電路的感性認識，而被直接灌輸集成芯片的功能表等被歸納總結(jié)好的理性認識[1]，這使得他們在課堂上對教師的講解感到困惑。第三，實驗室資源有限，沒有可能開展有專人指導(dǎo)的課前體驗性實驗。課后驗證性和設(shè)計類實驗也常常與課堂教學(xué)內(nèi)容有一周以上的延遲，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)過的理論知識還沒經(jīng)實驗操作鞏固，就又要學(xué)習(xí)新的內(nèi)容。第四，學(xué)生設(shè)計電路，從完成設(shè)計到得到正確或者錯誤的反饋時間過長。傳統(tǒng)的教學(xué)是學(xué)生做完作業(yè)，教師批改講解，即使教師很勤奮，至少也是隔天了。這樣他們得到反饋時，已經(jīng)過了專心設(shè)計的高峰時間，并且得知設(shè)計有錯誤之時，也同時知道了正確設(shè)計方案，學(xué)生沒有機會再獨立地做一遍，沒有機會自我改正，自我提高。

3 改進策略

針對上面這些原因，需要找到一種方法，既能夠讓學(xué)生課前先有感性認識，在上課時再把這種感性認識上升為理性認識，又能讓學(xué)生在課后的設(shè)計練習(xí)完成后，立即發(fā)現(xiàn)是否有錯誤，獨立地糾正錯誤并改進設(shè)計[2]。我們發(fā)現(xiàn)，在教學(xué)過程中加入大量計算機仿真[3]可以達到這一目的。

3.1 課前預(yù)習(xí) 以往只有極少數(shù)學(xué)生能做到課前預(yù)習(xí)，根據(jù)對學(xué)生的調(diào)查（2014年6月，成績公布之后），聲稱會在課前預(yù)習(xí)的只占不到3%。在不預(yù)習(xí)的學(xué)生中，不預(yù)習(xí)的主要原因是（多項選擇）：沒有預(yù)習(xí)的習(xí)慣（73%），教材中的電路圖、表格太枯燥（66%）和對課程沒有興趣（21%），另有17%的學(xué)生沒有透露原因。

在2014年秋冬學(xué)期的教學(xué)中，我們開始使用Multisim仿真軟件，并將一些構(gòu)造好的預(yù)習(xí)電路通過QQ群分享給學(xué)生，如圖1所示是8線-3線優(yōu)先編碼器，圖2所示是4位同步二進制計數(shù)器，告訴他們下節(jié)課將講解這些芯片。在沒有要求預(yù)習(xí)的情況下，課前電路文件的下載量在經(jīng)歷最初的高峰后，穩(wěn)定在約占學(xué)生人數(shù)的25%左右，可見能夠堅持預(yù)習(xí)學(xué)生的比例比前一個學(xué)期有明顯的提高。

第4篇：數(shù)字化仿真技術(shù)范文

[關(guān)鍵詞]物理仿真技術(shù) 一次系統(tǒng)物理模型 變電站綜合自動化 實訓(xùn)系統(tǒng)

引言

變電站綜合自動化技術(shù)在迅速普及，它是將變電站的二次設(shè)備（測量儀表、信號系統(tǒng)、繼電保護、自動裝置和遠動裝置等）經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設(shè)計，利用先進的計算機控制技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號處理技術(shù)，實現(xiàn)對變電站的主要設(shè)備和輸、配電線路的自動監(jiān)視、測量、控制、微機保護以及調(diào)度通信等綜合性的自動化功能。

由于變電站綜合自動化系統(tǒng)和微機保護裝置替代了傳統(tǒng)變電站中的控制臺和繼電保護裝置，開展變電站綜合自動化系統(tǒng)和微機保護裝置的安裝調(diào)試與運行維護及二次回路接線等方面的專業(yè)知識、相關(guān)技能的實訓(xùn)，顯得尤為重要。為此，我院采用物理仿真技術(shù)，開發(fā)了一次系統(tǒng)基于物理模型的變電站綜合自動化實訓(xùn)系統(tǒng)。經(jīng)過5年的實訓(xùn)教學(xué)，取得了令人滿意的效果。

一、一次系統(tǒng)基于物理模型的變電站綜合自動化實訓(xùn)系統(tǒng)的優(yōu)越性

變電站一次系統(tǒng)由物理模型構(gòu)成，變電站的一次設(shè)備（線路、母線、變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器等）看得見、摸得著，加電運行，營造了一個真實運行的變電站，變電站各設(shè)備的電氣量（電壓、電流、有功功率、無功功率等）可直接測量顯示?？蛇M行變電站正常倒閘操作及運行維護。可進行變電站各設(shè)備的故障模擬，觀察和分析變電站各設(shè)備的電氣量的變化，分析保護動作的邏輯關(guān)系，進行反事故演練。

變電站一、二次設(shè)備之間的連接接線，二次回路的故障檢查及排除，一直是變電站技術(shù)人員十分必要地專業(yè)技能。我院開發(fā)的一次系統(tǒng)基于物理模型的變電站綜合自動化實訓(xùn)系統(tǒng)，二次系統(tǒng)采用變電站典型的綜合自動化設(shè)備（測控裝置、監(jiān)控系統(tǒng)、以太網(wǎng)通信等），能進行二次回路接線及二次回路的故障檢查及排除方面的技能培訓(xùn)。

在該培訓(xùn)系統(tǒng)上進行實訓(xùn)教學(xué)，學(xué)生有真實感，提高了學(xué)習(xí)興趣，同學(xué)們認為學(xué)到了真本事，提高了實際工作技能，實訓(xùn)教學(xué)效果十分令人滿意。

二、一次系統(tǒng)基于物理模型的變電站綜合自動化實訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計方案

采用物理仿真技術(shù)，一次系統(tǒng)由物理模型構(gòu)建了一個典型的220kV變電站，一次系統(tǒng)的每一個設(shè)備都有相應(yīng)的物理模型，提供了變電站綜合自動化系統(tǒng)所需的電氣量和開關(guān)量、操作控制的開關(guān)設(shè)備。

可仿真變電站正常運行，由CSC2000監(jiān)控系統(tǒng)進行監(jiān)視、測量、控制。還可仿真變電站線路、母線、變壓器的各種故障，與微機保護配合，可進行保護動作分析和故障錄波。

一次系統(tǒng)物理模型正常運行加三相380V電壓，分為8個實驗臺。每個實驗臺有相應(yīng)的一次系統(tǒng)圖，按照實訓(xùn)內(nèi)容可以分成5個獨立小系統(tǒng)。

（一）變電站一次系統(tǒng)物理模型構(gòu)成

1.220kV實驗系統(tǒng)

此系統(tǒng)由三個實驗合構(gòu)成，包括220kV雙母線實驗臺、220kV線路A實驗臺和220kV線路B實驗臺。220kV線路設(shè)置了分相操作的斷路器，實現(xiàn)了220kV線路保護的綜合重合閘功能。

（1）220kV線路實驗臺

220kV兩條線路（每條線路分別由3組電抗器仿真）分別在線路首端和末端處各設(shè)置一個故障點，可仿真各種類型、瞬時或永久性故障，與保護的綜合重合閘配合可實現(xiàn)單跳單重、三跳三重。線路A按照高頻通信的微機保護RCS902配置仿真元件、線路B按照光纖通訊的微機保護CSC103B配置仿真元件。

本系統(tǒng)收發(fā)訊機發(fā)信頻率為342kHz。

阻波器電感線圈在加入工頻信號時，阻抗值不大于0.04歐，阻波器電感電容在342 kHz信號下諧振。

連接濾波器帶寬為342 kHz±10kHk。

耦合電容可以用開關(guān)控制電容容量，分別仿真耦合電容匹配與不匹配狀態(tài)。

實驗臺的前面板上繪出仿真通道的構(gòu)成圖。相應(yīng)位置上，留出測試孔。測試孔不影響通道正常運行。

耦合電容接地刀裝在前面板上，結(jié)合濾過器的接地點處設(shè)一切換開關(guān)，可以仿真現(xiàn)場的一點接地或兩點接地。

（2）220kV雙母線實驗臺

可分別在兩條母線設(shè)置相間和接地故障，可以為母差保護提供實驗條件。

2.35kV實驗系統(tǒng)

此系統(tǒng)由35kV線路A實驗臺，35kV線路B實驗合構(gòu)成。

35kV兩段母線，每段母線有兩條串聯(lián)型出線，兩條出線共設(shè)4個短路點，均可設(shè)置各種類型故障，可以提供兩條線路保護階梯式的動作條件。滿足三段式電流保護、備用電源自動投入裝置的實驗需求。兩個實驗臺均裝設(shè)絕緣監(jiān)察繼電器，可以仿真系統(tǒng)有接地故障時的狀況，并能發(fā)出接地預(yù)告信號。

35kV系統(tǒng)的斷路器控制、音響信號回路與現(xiàn)場一致。

35kV一條線路裝設(shè)電磁型電流保護及重合閘裝置，另一條線裝設(shè)微機型（測控、保護、低周減載、重合閘一體的裝置）CSC211?？梢苑謩e做電流保護和三相一次重合閘實驗。

35kV兩段母線的分段斷路器，裝有備用電源自投CSC246裝置，可進行備自投的實驗。

3.10kV實驗系統(tǒng)

本系統(tǒng)用一個實驗臺。10kV在Ⅱ、Ⅲ類負荷出線可設(shè)置故障。實驗臺裝設(shè)絕緣監(jiān)察繼電器，可以仿真系統(tǒng)有接地時的狀況，并能發(fā)出接地預(yù)告信號。

4.變壓器實驗系統(tǒng)

本實驗系統(tǒng)用一個實驗臺。仿真主變由三臺單相三卷變壓器組成，接線方式為Yn，y，d。Yn側(cè)接220kV雙母線，y側(cè)接35kV單母線，d側(cè)接10kV單母線。仿真主變通過各電壓等級的母線可以聯(lián)網(wǎng)。本實驗臺可為變壓器保護提供實驗平臺，也是綜合自動化實驗的重要組成部分。

變壓器繞組內(nèi)、外可設(shè)短路點，仿真各種類型故障。

變壓器高壓、中壓、低壓側(cè)裝有三相操作的仿真斷路器。

一次系統(tǒng)圖繪制在實驗臺前面板上。操作把手裝在系統(tǒng)圖的相應(yīng)位置上。系統(tǒng)的故障點有明顯的標(biāo)識，由開關(guān)設(shè)置仿真系統(tǒng)各種類型的故障，并以閃光信號形象地顯示出短路點和短路類型。

提供變壓器保護裝置CSC326的實驗，系統(tǒng)可以設(shè)置內(nèi)部短路、外部短路、匝間短路、220kV側(cè)可設(shè)置接地故障，在30%和70%抽頭處設(shè)故障點；可以為變壓器的主保護、后備保護提供實驗條件。

5.發(fā)電機-變壓器組實驗系統(tǒng)

本實驗系統(tǒng)用一個實驗臺，按照發(fā)電機-變壓器組接線方式設(shè)計。由小發(fā)電機、一臺仿真220kV/35kV/10kV主變壓器接成發(fā)電機-變壓器組形式，本系統(tǒng)可進行發(fā)電機-變壓器組的有關(guān)實驗，還可進行低周減載實驗。

系統(tǒng)中用直流電動機作為原動機，帶動一臺同步發(fā)電機。

變壓器由三臺單相三卷變壓器組成，接線為Yn，y，d。Yn側(cè)接220kV雙母線，y側(cè)接35kV單母線，d側(cè)接發(fā)電機出口10kV。

發(fā)電機和變壓器繞組內(nèi)、外可設(shè)短路點。

變壓器高壓、中壓側(cè)裝三相操作斷路器。發(fā)電機與變壓器由隔離開關(guān)連接。

一次系統(tǒng)圖繪制在實驗臺前面板上。斷路器的控制開關(guān)裝在系統(tǒng)圖的相應(yīng)位置上。系統(tǒng)的故障點有明顯的標(biāo)識，由開關(guān)設(shè)置仿真系統(tǒng)各種類型的故障，并以閃光信號形象地顯示出短路點和短路類型。

（二）仿真斷路器和隔離開關(guān)

220kV線路保護有綜合重合閘功能，220kV線路設(shè)置分相操作斷路器。

其他位置設(shè)置三相操作的斷路器及隔離開關(guān)。

斷路器可以在本實驗臺操作，也可由保護測控裝置或綜自系統(tǒng)遙控操作。實驗臺上設(shè)有操作切換開關(guān)。系統(tǒng)中有表示斷路器、隔離開關(guān)位置的紅綠燈。分相操作的斷路器分相設(shè)置。

就地操作時，實驗臺上設(shè)有與實際系統(tǒng)具有相同功能的控制開關(guān)，可以獨立實驗跳合閘功能。操作時配有紅光、綠光、閃光、平光燈光信號。實驗臺所用的控制開關(guān)與現(xiàn)場完全一樣，具有預(yù)跳、跳閘、跳后、預(yù)合、合閘、合后幾個位置。

實驗臺上設(shè)有保護裝置所需要的斷路器壓力異常接點，壓力異常時能夠閉鎖相關(guān)操作。

表示斷路器、隔離開關(guān)位置的輔助觸點，送到系統(tǒng)仿真屏和監(jiān)控工作站上，提供所需的開關(guān)量。

綜合自動化的監(jiān)控系統(tǒng)圖、馬賽克仿真系統(tǒng)圖與實際開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)保持一致。

（三）二次系統(tǒng)的配置

該實訓(xùn)系統(tǒng)配置了CSC2000變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)、CSI200E測控裝置、繼保工程師站、遠動工作站、調(diào)度工作站、 CSC系列和RCS系列微機保護裝置等。

CSC2000監(jiān)控系統(tǒng)、工程師站、遠動主站、調(diào)度站、五防系統(tǒng)各用一臺計算機。

220kV一條線路，兩端裝設(shè)光纖通信的微機保護CSC103B；另一條線路，兩端裝設(shè)高頻通信的微機保護RCS902。220kV兩條線路均裝設(shè)CSI200E測控裝置（四臺）。

220kV線路配置線路故障錄波裝置。

220kV雙母線裝設(shè)微機母線保護CSC150。

一臺主變裝設(shè)微機變壓器保護裝置CSC326。

主變配置CSC200E測控裝置。

發(fā)變組裝設(shè)微機發(fā)電機-變壓器組保護。

35kV母線分段斷路器裝設(shè)微機備自投裝置CSC246；35kV負荷出線其中一條出線、10kV的Ⅱ、Ⅲ類負荷出線，均裝設(shè)微機線路保護、測控、低周減載、自動重合閘一體的保護裝置CSC211。

35kV另一條負荷出線裝設(shè)兩套電磁型三段式電流保護裝置。

為了便于實訓(xùn)教學(xué)，配備了現(xiàn)場普遍應(yīng)用的微機保護校驗儀和多媒體教學(xué)用的大屏幕投影設(shè)備。

三、實訓(xùn)系統(tǒng)的主要功能

一次系統(tǒng)的物理模型，與CSC2000變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)、遠動工作站、微機保護裝置共同構(gòu)建了一個變電站綜合自動化系統(tǒng)的實際工作環(huán)境。

該系統(tǒng)具有以下實訓(xùn)教學(xué)功能：

（1）變電站綜合自動化系統(tǒng)、微機線路保護裝置、微機變壓器保護裝置、微機母線保護裝置、微機備用電源自動投入裝置、微機發(fā)電機變壓器組保護裝置、微機障錄波裝置、測控裝置、電磁型三段式電流保護裝置、遠動工作站、調(diào)度工作站及低周減載、重合閘裝置的安裝調(diào)試及運行維護。

（2）高頻保護通道的調(diào)試與檢驗。

（3）網(wǎng)絡(luò)信息管理與控制裝置的安裝調(diào)試與檢驗。

（4）變電站二次回路的接線及檢查。

四、實訓(xùn)系統(tǒng)的技術(shù)特點

（一）物理模型與綜自系統(tǒng)的連接

物理模型開關(guān)設(shè)備的跳、合閘輔助接點接入測控裝置的開入量?；ジ衅鞫坞姎饬拷尤胂鄳?yīng)的測控裝置、線路保護、母線保護、發(fā)變組保護、變壓器保護、低周減載裝置、故障錄波裝置。將測控裝置、保護裝置等的開關(guān)量接物理模型的開關(guān)設(shè)備的跳、合閘線圈，實現(xiàn)了電氣量的遙測、遙信及斷路器、隔離開關(guān)的遙控。構(gòu)成了變電站綜合自動化系統(tǒng)。

（二）一次系統(tǒng)物理模型的特點

一次設(shè)備的物理模型可設(shè)置不同位置、不同類型的故障，包括單相接地、兩相接地、兩相短路、三相短路等?？稍O(shè)置故障的持續(xù)時間（仿真瞬時性或永久性故障），仿真故障時若保護不跳閘，故障電流持續(xù)6S（6S以內(nèi)可以整定故障時間）能夠自動解除故障，作為后備還可緊急手動解除故障。仿真斷路器正常和失靈兩種狀態(tài)。斷路器合閘時間和跳閘時間可以在20～990ms進行調(diào)整，調(diào)整級差為10ms。斷路器可以在本實驗臺操作，也可以由保護裝置、測控柜、綜自系統(tǒng)遙控操作。隔離開關(guān)與斷路器操作的閉鎖回路，符合變電站二次回路接線、控制的要求。

五、實訓(xùn)系統(tǒng)的應(yīng)用效果

為了加強對學(xué)生職業(yè)能力的培養(yǎng)，在應(yīng)用該培訓(xùn)系統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)過程中，采用了任務(wù)驅(qū)動的六步法（資訊、決策、計劃、實施、檢查、評估）教學(xué)，根據(jù)不同的工作任務(wù)，開發(fā)不同的任務(wù)工單，按現(xiàn)場實際工作的要求進行實訓(xùn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)。

幾年來，我院在該實訓(xùn)系統(tǒng)先后進行了電力系統(tǒng)繼電保護及自動化、發(fā)電廠及電力系統(tǒng)、供用電技術(shù)等專業(yè)共82個班周的實訓(xùn)教學(xué)，為電力企業(yè)培養(yǎng)高端技能型專門人才發(fā)揮了重要作用。

第5篇：數(shù)字化仿真技術(shù)范文

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化工廠工藝規(guī)劃仿真優(yōu)化

中圖分類號：S220文獻標(biāo)識碼： A

1引言

圍繞激烈的市場競爭，制造企業(yè)已經(jīng)意識到他們正面臨著巨大的時間、成本、質(zhì)量、產(chǎn)品差異化等壓力。如何快速適應(yīng)市場的變化，實現(xiàn)從“以產(chǎn)定銷”到“按訂單生產(chǎn)”模式轉(zhuǎn)變？數(shù)字化工廠提供了較為理想的解決方案。

2 數(shù)字化工廠概述

數(shù)字化工廠是BIM(建筑信息模型)技術(shù)、現(xiàn)代數(shù)字制造技術(shù)與計算機仿真技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，同時具有其鮮明的特征。

2.1數(shù)字化工廠

2.1.1數(shù)字化工廠的概念

數(shù)字化工廠是以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)虛擬制造原理，在虛擬環(huán)境中，對整個生產(chǎn)過程進行仿真、優(yōu)化和重組的新的生產(chǎn)組織方式。它是在設(shè)計建造階段，建立全面、詳實的信息，包括材料、工藝、設(shè)備運行管理等全生命周期的信息檔案數(shù)據(jù)庫，利用BIM(建筑信息模型)技術(shù)指導(dǎo)建筑物、構(gòu)筑物及設(shè)備的科學(xué)使用和維護，為信息化、標(biāo)準(zhǔn)化管理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺，加上CAD、EEP、MEP等應(yīng)用管理系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠控制系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)字化信息的有效傳遞，既鏈接了生產(chǎn)過程的各個環(huán)節(jié)，又與企業(yè)經(jīng)營管理相互聯(lián)系，進而把整個企業(yè)數(shù)字化的資金信息、物流信息、生產(chǎn)裝置狀態(tài)信息、生產(chǎn)效率信息、生產(chǎn)能力信息、市場信息、采購信息以及企業(yè)所必須的控制目標(biāo)都實時、準(zhǔn)確、全面、系統(tǒng)地提供給決策者和管理者，幫助企業(yè)決策者和管理者提高決策的實時性和準(zhǔn)確性以及管理者的效率，從而實現(xiàn)管理和控制數(shù)字化、一體化的目標(biāo)。

2.1.2數(shù)字化工廠的優(yōu)勢

數(shù)字化工廠利用其工廠布局、工藝規(guī)劃和仿真優(yōu)化等功能手段，改變了傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)的理念，給現(xiàn)代化工業(yè)帶來了新的技術(shù)革命，其優(yōu)勢作用較為明顯。

預(yù)規(guī)劃和靈活性生產(chǎn)：利用數(shù)字化工廠技術(shù)，整個企業(yè)在設(shè)計之初就可以對工廠布局、產(chǎn)品生產(chǎn)水平與能力等進行預(yù)規(guī)劃，幫助企業(yè)進行評估與檢驗。同時，數(shù)字化工廠技術(shù)的應(yīng)用使得工廠設(shè)計不再是各部門單一地流水作業(yè)，各部門成為一個緊密聯(lián)系的有機整體，有助于工廠建設(shè)過程中的靈活協(xié)調(diào)與并行處理。此外，在工廠生產(chǎn)過程中能夠最大程度地關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)鏈上的各節(jié)點，增強生產(chǎn)、物流、管理過程中的靈活性和自動化水平。

縮短產(chǎn)品上市時間、提高產(chǎn)品競爭力：數(shù)字化工廠能夠根據(jù)市場需求的變化，快速、方便地對新產(chǎn)品進行虛擬化仿真設(shè)計，加快了新產(chǎn)品設(shè)計成形的進度。同時，通過對新產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)過程進行模擬仿真與優(yōu)化，保證了新產(chǎn)品生產(chǎn)過程的順利性與產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性，加快了產(chǎn)品的上市時間，在企業(yè)間的競爭中占得先機。

節(jié)約資源、降低成本、提高資金效益：通過數(shù)字化工廠技術(shù)方便地進行產(chǎn)品的虛擬設(shè)計與驗證，最大程度地降低了物理原型的生產(chǎn)與更改，從而有效地減少資源浪費、降低產(chǎn)品開發(fā)成本。同時，充分利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資料（客戶需求、生產(chǎn)原料、設(shè)備狀況等）進行生產(chǎn)仿真與預(yù)測，對生產(chǎn)過程進行預(yù)先判斷與決策，從而提高生產(chǎn)收益與資金使用效益。

提升產(chǎn)品質(zhì)量水平：利用數(shù)字化工廠技術(shù)，能夠?qū)Ξa(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品原料、生產(chǎn)過程等進行嚴(yán)格把關(guān)與統(tǒng)籌安排，降低設(shè)計與生產(chǎn)制造之間的不確定性，從而提高產(chǎn)品數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，方便地進行質(zhì)量規(guī)劃，提升質(zhì)量水平。

2.2數(shù)字化工廠的差異性

“數(shù)字化工廠”貫穿整個工藝設(shè)計、規(guī)劃、驗證、直至車間生產(chǎn)工藝整個制造過程，在實施過程需要注意系統(tǒng)集成方面的問題，“數(shù)字化工廠”不是一個獨立的系統(tǒng)，規(guī)劃時，需要與設(shè)計部門的CAD/PDM系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，并對設(shè)計產(chǎn)品進行可制造性驗證（工藝評審），同時，所有規(guī)劃還需要考慮工廠資源情況。所以，“數(shù)字化工廠”與設(shè)計系統(tǒng)CAD/PDM和企業(yè)資源管理系統(tǒng)ERP的集成是必須的。同時，“數(shù)字化工廠”還有必要把企業(yè)已有的規(guī)劃“知識”（如工時卡、焊接規(guī)范等）集成起來，整個集成的底部是PLM構(gòu)架。

同時，類似于PDM系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)，每個企業(yè)都有自己的流程和規(guī)范，考慮到很多人都在一個環(huán)境中協(xié)同工作（工藝工程師、設(shè)計工程師、零件和工具制造者、外包商、供應(yīng)商以及生產(chǎn)工程師等），隨時會創(chuàng)建大量的數(shù)據(jù)，所以，“數(shù)字化工廠”規(guī)劃系統(tǒng)也存在客戶化定制的要求，如操作界面、流程規(guī)范、輸出等，主要是便于使用和存取等。

3 數(shù)字化工廠的實現(xiàn)與應(yīng)用

數(shù)字化工廠以突出的功能優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)，尤其是制造業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用，但其實現(xiàn)過程也涉及多種關(guān)鍵技術(shù)。

3.1數(shù)字化工廠的關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)字化工廠涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要有：數(shù)字化建模技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、優(yōu)化仿真技術(shù)、應(yīng)用生產(chǎn)技術(shù)。

數(shù)字化建模技術(shù)：數(shù)字化工廠是建立在數(shù)字化模型基礎(chǔ)上的虛擬仿真系統(tǒng)，輸入數(shù)字化工廠的各種制造資源、工藝數(shù)據(jù)、CAD數(shù)據(jù)等要求建立離散化數(shù)學(xué)模型，才能在數(shù)字化工廠軟件系統(tǒng)內(nèi)進行各種數(shù)字仿真與分析。數(shù)字化模型的準(zhǔn)確性關(guān)系到對實際系統(tǒng)真實反映的精度，對于后續(xù)的產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計以及生產(chǎn)過程的模擬仿真具有較大的影響。因此，數(shù)字化建模技術(shù)作為數(shù)字化工廠的技術(shù)基礎(chǔ)，其作用十分關(guān)鍵

虛擬現(xiàn)實技術(shù)：虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠提供一種具有沉浸性、交互性和構(gòu)想性的多維信息空間，方便實現(xiàn)人機交互，使用戶能身臨其境地感受開發(fā)的產(chǎn)品，具有很好地直觀性，在數(shù)字化工廠中具有廣泛的應(yīng)用前景。虛擬技術(shù)的實現(xiàn)水平，很大程度上影響著數(shù)字化工廠系統(tǒng)的可操作性，同時也影響著用戶對產(chǎn)品設(shè)計以及生產(chǎn)過程判斷的正確性。

優(yōu)化仿真技術(shù)：優(yōu)化仿真技術(shù)是數(shù)字化工廠的價值所在，根據(jù)建立的數(shù)字化模型與仿真系統(tǒng)給出的仿真結(jié)果及其各種預(yù)測數(shù)據(jù)，分析虛擬生產(chǎn)過程中的可能存在的各種問題和潛在的優(yōu)化方案等，進而優(yōu)化生產(chǎn)過程、提高生產(chǎn)的可靠性與產(chǎn)品質(zhì)量，最終提高企業(yè)的效益。由此可見，優(yōu)化仿真技術(shù)水平對于能否最大限度地發(fā)揮企業(yè)效益、提升企業(yè)競爭力具有十分重要的作用，其優(yōu)化技術(shù)的自動化、智能化水平尤為關(guān)鍵。

應(yīng)用生產(chǎn)技術(shù)：數(shù)字化工廠通過建模仿真提供一整套較為完善的產(chǎn)品設(shè)計、工藝開發(fā)與生產(chǎn)流程，但是作為生產(chǎn)自動化的需要，數(shù)字化工廠系統(tǒng)要求能夠提供各種可以直接應(yīng)用于實際生產(chǎn)的設(shè)備控制程序以及各種是生產(chǎn)需要的工序、報表文件等。各種友好、優(yōu)良的應(yīng)用接口，能夠加快數(shù)字化設(shè)計向?qū)嶋H生產(chǎn)應(yīng)用的轉(zhuǎn)化進程。

3.2常見數(shù)字化工廠軟件

由于數(shù)字化工廠技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的優(yōu)越性，各知名企業(yè)競相開發(fā)各種數(shù)字化工廠軟件，其中較為常見、應(yīng)用最為廣泛的數(shù)字化工廠軟件主要有eM-Power和Demia等。

eM-Power是由美國的Tecnomatix技術(shù)公司開發(fā)的數(shù)字化工廠軟件，它在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。該軟件架構(gòu)是建立在Oracle數(shù)據(jù)庫之上的三層結(jié)構(gòu)，它為企業(yè)用戶提供零件制造解決方案、裝配規(guī)劃、工廠及生產(chǎn)線設(shè)計和優(yōu)化、產(chǎn)品質(zhì)量和人員績效等主要功能。這些主要的功能模塊建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫eM_Server中，實現(xiàn)整個生產(chǎn)制造過程的信息共享。2007年以來，西門子公司在收購了UGS（UGS于2004年收購了Tecnomatix）的基礎(chǔ)上，推出了功能更為強大的Teamcenter 8和Tecnomatix 9，提供工廠設(shè)計及優(yōu)化、制造工藝管理、裝配規(guī)劃與驗證、開發(fā)、仿真和調(diào)試自動的制造過程和質(zhì)量管理等功能，在各大企業(yè)具有廣泛應(yīng)用。

Delmia是由法國的Dassault公司開發(fā)的數(shù)字化工廠解決方案，該解決方案是構(gòu)建在Dassault公司的PLM結(jié)構(gòu)的頂層，由其專用數(shù)據(jù)庫（PPR-Hub）統(tǒng)一管理。Delmia的體系結(jié)構(gòu)主要包括：面向制造過程設(shè)計的（DPE）、面向物流過程分析的（QUEST）、面向裝配過程分析的（DPM）、面向人機分析的（Human）、面向虛擬現(xiàn)實仿真的（Envision）、面向機器人仿真的（Robotics）、面向虛擬數(shù)控加工方針的（VNC）、面向系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成的（PPR Navigato）等。它主要由面向數(shù)字化工藝規(guī)劃模塊、數(shù)字化仿真平臺工具集以及車間現(xiàn)場制造執(zhí)行系統(tǒng)的集成模塊等組成。

3.3數(shù)字化工廠的應(yīng)用

數(shù)字化工廠是信息化技術(shù)發(fā)展過程中出現(xiàn)的一種新的企業(yè)組織形式，是促進企業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的新興技術(shù)，目前主要應(yīng)用在汽車制造、航空航天等大型制造企業(yè)。

3.3.1數(shù)字化工廠技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用。

目前，數(shù)字化工廠技術(shù)在國內(nèi)外汽車制造業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。在國外，如通用汽車公司使用Tecnmatix eMPower的解決方案，大大縮短了通用公司從新產(chǎn)品設(shè)計、制造到投放市場的時間，同時提升了其產(chǎn)品質(zhì)量。奧迪公司使用eM-Plant進行物流規(guī)劃仿真，如A3 Sportback項目。通過物流規(guī)劃仿真不僅使得整個生產(chǎn)物流供應(yīng)鏈之間建立起了緊密有序的聯(lián)系，同時也方便對物流方案進行先期評估和可行性分析。在國內(nèi)，如一汽大眾在車身主拼線工藝設(shè)計中采用數(shù)字化工廠技術(shù)，改善了車身焊接工藝，提高車身焊接質(zhì)量。上海大眾在發(fā)動機設(shè)計和產(chǎn)品總裝領(lǐng)域采用數(shù)字化工廠技術(shù)，大幅提升了公司的制造技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量。目前，華晨金杯公司引進西門子的Tecnomatix軟件，對產(chǎn)品的總裝工藝進行數(shù)字化改造。

3.3.2數(shù)字化工廠技術(shù)在飛機制造業(yè)的應(yīng)用。

在飛機制造業(yè)，數(shù)字化工廠技術(shù)的先進性也得到了充分體現(xiàn)。如美國的洛克希德馬丁公司在F35研制過程中，采用數(shù)字化工廠技術(shù)縮短了2/3的研制周期，降低了50%的研制成本，開創(chuàng)了航空數(shù)字化制造的先河。有如波音787飛機在研制過程中采用基于Delmia的數(shù)字化工廠技術(shù)，實現(xiàn)其產(chǎn)品的虛擬樣機。空客A380飛機采用虛擬裝配方案，實現(xiàn)整機的三維虛擬裝配仿真和驗證。不僅國外飛機制造企業(yè)在其產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)過程中使用數(shù)字化工廠技術(shù)，國內(nèi)的飛機制造企業(yè)也是如此。如上海飛機制造廠利用數(shù)字化工廠技術(shù)在三維環(huán)境中進行人工裝配操作的數(shù)字化模擬，提高了人工操作的標(biāo)準(zhǔn)化。而西安航空動力控制公司則采用Tecnomatix的數(shù)字化工廠軟件對其異型件生產(chǎn)線進行仿真和優(yōu)化，進行技術(shù)改造探索。

3.3.3數(shù)字化工廠在鑄造行業(yè)的探索

共享鑄鋼團《數(shù)字化工廠示范工程》擬運用先進制造理念（如虛擬制造、智能制造、綠色制造、柔性制造等）和先進鑄造技術(shù)、方法，結(jié)合共享集團在鑄造行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的制造、技術(shù)和管理經(jīng)驗，全面融合先進信息化技術(shù)，建設(shè)數(shù)字化模樣生產(chǎn)線、數(shù)字化柔性造型生產(chǎn)線、智能化熔煉控制系統(tǒng)、智能體聯(lián)合控制的鑄件精整線、數(shù)字化在線檢測等綜合集成的數(shù)字化鑄造工廠，在“多品種、小批量、快捷”鑄造生產(chǎn)方面達到同行業(yè)領(lǐng)先水平，建成一座在鑄造行業(yè)領(lǐng)先的“數(shù)字化、柔性化、綠色、高效”鑄造工廠，集成并創(chuàng)造數(shù)字化鑄造新模式。

4結(jié)束語

隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字化工廠技術(shù)不斷與現(xiàn)代企業(yè)相結(jié)合，已成為提升企業(yè)競爭力的新動力。在當(dāng)前企業(yè)發(fā)展的新形勢下，數(shù)字化工廠技術(shù)出現(xiàn)了新的趨勢。首先，現(xiàn)場總線技術(shù)在數(shù)字化工廠中的應(yīng)用，提升數(shù)字化工廠的現(xiàn)場可操作性；其次，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，拓展數(shù)字化工廠網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)能力；最后，數(shù)字化工廠的智能化發(fā)展，實現(xiàn)虛擬仿真與企業(yè)真實生產(chǎn)的無縫鏈接，打造真正的智能數(shù)字化工廠。

作者簡介

郭兆祥（1976-）男，碩士研究生，從事技術(shù)質(zhì)量管理工作。

參考文獻.

[1]李險峰.DELMIA讓數(shù)字化工廠成為現(xiàn)實[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2006，(9)：48-50.

第6篇：數(shù)字化仿真技術(shù)范文

清晨，你照例打開客戶端了解時事，看到移民危機，瞬間進入了一個移民男孩兒的故事，你就站在他家的一片廢墟之前，看著他無奈的離開，你聽見窗外爆炸的聲音、呼喊的聲音和這男孩兒離開時候的腳步聲.....

這種感覺可能是人們對于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的普遍認識，就是能夠?qū)⑷藗儙氲揭环N近乎現(xiàn)實的虛擬環(huán)境當(dāng)中。殊不知，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也在另一個領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大的影響，并引發(fā)了行業(yè)變革。

當(dāng)前，隨著計算機、傳感、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實逐漸向工業(yè)領(lǐng)域滲透應(yīng)用，為制造業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)、管理和服務(wù)等各環(huán)節(jié)帶來了深刻變革，進一步推動了智能工廠的發(fā)展。日前，西門子在英國一處工廠里安裝了Virtalis虛擬現(xiàn)實（VR）軟件和系統(tǒng)，用于實現(xiàn)裝配工藝的模擬和優(yōu)化、提高概念設(shè)計的效率、精簡設(shè)計單位和更加有效地進行工廠規(guī)劃，通過VR技術(shù)對產(chǎn)品進行制造前的虛擬評估，解決其在制造過程早期階段出現(xiàn)的問題。

虛擬制造技術(shù)是以虛擬現(xiàn)實和仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，對產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)過程統(tǒng)一建模，在計算機上實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、加工、裝配、檢驗等全部流程的模擬和仿真。通過虛擬制造技術(shù)，企業(yè)能夠在設(shè)計階段就對產(chǎn)品制造的全過程進行虛擬集成，預(yù)測、檢測、評價產(chǎn)品性能和制造可行性，達到產(chǎn)品的開發(fā)周期和成本最小化、產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量的最優(yōu)化以及生產(chǎn)效率的最大化。奔馳、寶馬、大眾等公司利用虛擬制造技術(shù)建立“數(shù)字汽車”模型，設(shè)計發(fā)動機、車體、電氣線路等，并進行碰撞分析和運動分析、模擬數(shù)控加工和質(zhì)量檢驗等，可將新車型的研發(fā)生產(chǎn)周期從一年以上縮短至2個月左右，開發(fā)成本最多可降到原先的1/10。

基于虛擬現(xiàn)實打造的數(shù)字化模擬工廠能夠?qū)φ麄€生產(chǎn)過程進行仿真、評估和優(yōu)化，并進一步擴展到整個產(chǎn)品生命周期，推動生產(chǎn)組織方式變革。虛擬現(xiàn)實是數(shù)字化模擬工廠的核心技術(shù)，數(shù)字化模擬工廠是以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用虛擬仿真技術(shù)對制造環(huán)節(jié)從工廠規(guī)劃、建設(shè)到運行等不同環(huán)節(jié)進行模擬、分析、評估、驗證和優(yōu)化，指導(dǎo)工廠的規(guī)劃和現(xiàn)場改善。數(shù)字化模擬工廠的典型應(yīng)用包括：加工仿真，如加工路徑規(guī)劃和驗證、工藝規(guī)劃分析等；裝配仿真，如裝配設(shè)計、裝配過程運動學(xué)分析等；物流仿真，如物流效率分析、物流設(shè)施容量、生產(chǎn)區(qū)物流路徑規(guī)劃等；工廠布局仿真，如新建廠房規(guī)劃、生產(chǎn)線規(guī)劃等。

第7篇：數(shù)字化仿真技術(shù)范文

一、引進虛擬仿真技術(shù)，解決諸多實訓(xùn)難題

在實訓(xùn)教學(xué)中，我校遇到職業(yè)學(xué)校共有的問題：加工制造類實訓(xùn)設(shè)備造價貴，學(xué)校財力無法承擔(dān)全部教學(xué)需要，更無法經(jīng)常更新對接前沿技術(shù)，且設(shè)備龐大、占地廣、能耗大、維護費用高。

為此，我校立足研討，在2008年就把校園網(wǎng)絡(luò)接入新實訓(xùn)基地各車間、實驗室，統(tǒng)一配備多媒體教學(xué)系統(tǒng)，率先引入了虛擬仿真技術(shù)。近三年，學(xué)校加快了建設(shè)步伐，先后添置了上海宇龍數(shù)控仿真軟件、美國普魯易三維建模設(shè)計軟件、電工電子類PCV印刷電路板設(shè)計軟件等虛擬仿真教學(xué)軟件，利用其易學(xué)易用、交互能力強的特點，將抽象的過程形象化，提高了教學(xué)效果。同時，學(xué)校還與上海厚載智能公司校企共建數(shù)控車仿真實訓(xùn)室；與美國參數(shù)技術(shù)（上海）軟件公司、南京培杉軟件公司共建校內(nèi)數(shù)字化設(shè)計與制造實訓(xùn)基地等，將仿真教學(xué)貫穿于實訓(xùn)教學(xué)全過程，提高學(xué)生動手能力。

借助虛擬軟件和仿真設(shè)備，學(xué)校減少了資金的投入，充分利用了有限資源，完成部分實訓(xùn)內(nèi)容和實訓(xùn)過程，很好地解決了以上職校實訓(xùn)的一系列難題。

二、探索虛擬技術(shù)應(yīng)用，形成了高效實訓(xùn)模式

虛擬軟件和仿真實訓(xùn)設(shè)備應(yīng)用，重在提高實訓(xùn)教學(xué)的效果。學(xué)校借助虛擬仿真技術(shù)，待學(xué)生練習(xí)到一定程度后改用生產(chǎn)設(shè)備，或者生產(chǎn)設(shè)備訓(xùn)練與仿真訓(xùn)練交替進行，最大限度擴展學(xué)生實訓(xùn)時間，熟能生巧；同時借助仿真軟件，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，滿足教學(xué)中的個性化需求，實現(xiàn)實訓(xùn)與企業(yè)實際生產(chǎn)的接軌。如：在單片機實訓(xùn)中，根據(jù)老師的銀行自動存取款機功能講解，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)掌握設(shè)備工作原理后，利用單片機仿真實訓(xùn)平臺相關(guān)模塊及元件，模擬一臺銀行自動存取款機控制器，如有困難，除向指導(dǎo)老師現(xiàn)場求助，還可通過教學(xué)資源庫中的教學(xué)課件找尋答案等。

虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，推進了學(xué)校教學(xué)改革的步伐，形成了“學(xué)做教合一”實訓(xùn)教學(xué)新模式，包含任務(wù)的布置（學(xué)）――學(xué)生的操作（做）――教師的講解（教）――學(xué)生的檢驗修改應(yīng)用――師生總結(jié)等環(huán)節(jié)，學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)與技能操作訓(xùn)練同步，有效避免了理論、實踐脫節(jié)。

三、發(fā)揮虛擬教學(xué)作用，促進了師生專業(yè)成長

虛擬仿真技術(shù)在實訓(xùn)教學(xué)的運用，極大提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、技能水平。2010年至今，我校學(xué)生中級工一次通過率98%以上、高級工一次通過率89%以上。學(xué)生在各級各類技能競賽中成績優(yōu)異，2008年以來，我校在全國技能大賽中獲得13金6銀1銅，其中3個全國狀元；2010年至今，學(xué)校在江蘇省技能大賽上獲得35金44銀31銅，其中26名省狀元，尤其秦鑫同學(xué)畢業(yè)后代表企業(yè)參加了江蘇省首屆技能狀元大賽，獲得“江蘇技能狀元”；在今年張家港市首屆職業(yè)技能大賽上，我校又產(chǎn)生3個狀元。技能帶動就業(yè)，學(xué)校對口就業(yè)率95%，就業(yè)率100%，大批學(xué)生到企業(yè)后成為生產(chǎn)一線骨干，普遍受到用人單位青睞。

第8篇：數(shù)字化仿真技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：城市規(guī)劃；虛擬現(xiàn)實技術(shù)；應(yīng)用

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

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的介紹

1.什么是虛擬現(xiàn)實技術(shù)

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)成為近年來計算機軟件技術(shù)的一項新興技術(shù)。由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)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(jīng)濟性，即省時間由省人力，能夠廣泛的為各個領(lǐng)域所運用。可以說虛擬現(xiàn)實技術(shù)給社會發(fā)展帶來的便捷將使其能夠大顯其道，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的運用也是近年來的發(fā)展方向。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)按照維度虛擬程度的不同分為三維虛擬技術(shù)和全維度虛擬技術(shù)。全維度虛擬技術(shù)是目前國外在虛擬仿真領(lǐng)域的研究，其研究內(nèi)容是使虛擬技術(shù)完全脫離三位維度而向一個全立體虛擬環(huán)境發(fā)展。中國目前運用最為廣泛的是三維虛擬技術(shù)。而三維虛擬技術(shù)的運用正是本文重點論述的內(nèi)容。

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

三維動畫技術(shù)采用的是傳統(tǒng)的計算機動畫，采用關(guān)鍵幀的方式制作，先進行三維預(yù)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(shù)被廣泛運用于電影、廣告等預(yù)先設(shè)計好的演示。

在此我將重點論述三維虛擬技術(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用和研究，之所以以此作為論題是由于三維虛擬技術(shù)在城市規(guī)劃上的應(yīng)用最為廣泛，隨著時代的不斷進步，社會對城市建設(shè)、城市規(guī)劃的要求越來越高。網(wǎng)絡(luò)社會的概念不斷加強，三維虛擬技術(shù)能夠更好更便捷的為我們城市規(guī)劃建設(shè)服務(wù)。這種技術(shù)適應(yīng)了社會現(xiàn)代化的要求，使虛擬仿真技術(shù)很好地運用在城市規(guī)劃設(shè)計上，為我們的城市建設(shè)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(guī)劃方案，能從早期發(fā)現(xiàn)問題解決問題。

由于三維虛擬技術(shù)的虛擬仿真性，使其更多運用在城市規(guī)劃建設(shè)的工作中。這一技術(shù)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(shè)領(lǐng)域以及城市建設(shè)的其他領(lǐng)域起到的作用不斷加大，為城市建設(shè)事業(yè)帶來更多收獲。

2.三維虛擬技術(shù)的發(fā)展歷程

三維虛擬技術(shù)屬三維行業(yè)領(lǐng)域。三維行業(yè)在中國的起步時間是上世紀(jì)九十年代。自98年看是到現(xiàn)今其經(jīng)歷了一個擴張時期，這是三維行業(yè)在中國市場大放異彩。目前在中國的三維行業(yè)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(lǐng)域的運用最早也最為廣泛。

最早的三維技術(shù)實現(xiàn)平臺是由美國的Autodesk公司開發(fā)的3d Studio Max軟件。此軟件是一款基于PC系統(tǒng)的三維動畫渲染和制作軟件。早期的三維技術(shù)在中國建筑領(lǐng)域的運用由于技術(shù)原因有很大的局限性，三維技術(shù)只能實現(xiàn)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(shù)的不斷完善以及日益多元化的創(chuàng)作手段的出現(xiàn)，三維技術(shù)在建筑業(yè)所起的作用也日益增強。目前實現(xiàn)三維技術(shù)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(shù)的日益完善以及它所帶來的強大的經(jīng)濟效應(yīng)，三維虛擬技術(shù)的概念也日漸成熟。

三維虛擬技術(shù)是三維動畫技術(shù)的一種，與三維動畫技術(shù)的區(qū)別在于三維虛擬技術(shù)還具備三維動畫技術(shù)所沒有的實時性和交互性。三維虛擬技術(shù)是虛擬仿真技術(shù)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(shù)的另一種全維度虛擬仿真也被稱之為虛擬現(xiàn)實技術(shù)。這種技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)末期，它的出現(xiàn)引起了人們的廣泛關(guān)注。目前國外正在對此領(lǐng)域進行深入研究，我將在國外研究部分做出論述。

3.國內(nèi)在虛擬仿真領(lǐng)域的研究以及存在問題

三維虛擬技術(shù)目前在建筑領(lǐng)域的運用有城市漫游動畫、建筑漫游動畫、房地產(chǎn)漫游動畫、小區(qū)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(chǎn)工程投標(biāo)動畫、建筑概念動畫、房地產(chǎn)電子樓書、房地產(chǎn)虛擬現(xiàn)實等動畫制作。

三維虛擬技術(shù)在我國城市規(guī)劃、城市建設(shè)的發(fā)展前景是不可估量的。由于三維虛擬技術(shù)的不斷發(fā)展，它既能帶給觀賞者身臨其境的感覺；又能模擬尚未實現(xiàn)或準(zhǔn)備實施的項目的完成效果。從單一的幾何模型到復(fù)雜的動態(tài)形象，不論是道路、橋梁、隧道、立交橋、街景、夜景、景點、市政規(guī)劃、鄉(xiāng)村規(guī)劃、鄉(xiāng)村形象展示、數(shù)字化鄉(xiāng)村、虛擬鄉(xiāng)村、鄉(xiāng)村數(shù)字化工程、園區(qū)規(guī)劃、場館建設(shè)、機場、車站、公園、廣場、報亭、郵局、銀行、醫(yī)院、數(shù)字校園建設(shè)等都可以通過三維虛擬技術(shù)得以實現(xiàn)。

由三維虛擬技術(shù)和現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)帶給中國經(jīng)濟的發(fā)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(jì)的信息主流源。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用

1.城市規(guī)劃簡述

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

2.城市規(guī)劃領(lǐng)域使用三維虛擬技術(shù)的必要性

在這個以知識經(jīng)濟為核心的信息時代，計算機科學(xué)技術(shù)已成為全世界公認的本世紀(jì)最主要和最核心的科學(xué)技術(shù)，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(guī)劃和城市建筑領(lǐng)域的作用更是不容小覷，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，計算機輔助設(shè)計技術(shù)在建筑行業(yè)中的應(yīng)用得到了進一步普及。

在城市規(guī)劃領(lǐng)域使用三維虛擬技術(shù)的必要性將從兩個方面進行：①是從城市規(guī)劃建設(shè)方面來看對三維虛擬術(shù)應(yīng)用的必要；②是從城市規(guī)劃管理方面來看對三維虛擬技術(shù)應(yīng)用的必要。

①是從城市規(guī)劃建設(shè)方面來看對三維虛擬技術(shù)應(yīng)用的必要首先，我們必須要了解城市規(guī)劃建設(shè)在設(shè)計上的設(shè)計內(nèi)容。城市建設(shè)設(shè)計內(nèi)容主要有：城市宏觀設(shè)計、城市中觀設(shè)計、城市微觀設(shè)計三個層次。

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

城市中觀設(shè)計是指設(shè)計城市空間與城市建筑之間的關(guān)系；具體內(nèi)容有：用地布局、建筑設(shè)計、地標(biāo)物建設(shè)、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(shè)計。城市中觀設(shè)計的內(nèi)容與宏觀設(shè)計的內(nèi)容相輔相成，是中觀設(shè)計更加注重城市的視覺質(zhì)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(xié)調(diào)、具體環(huán)境的設(shè)計與美化等。

在計算機運用上要解決城市建設(shè)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(nèi)容，具體而言就是：一是三維地形的顯現(xiàn)；二是城市密度、容積率的顯現(xiàn)；三是大面積三維建筑的顯現(xiàn)。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(shù)都能夠一一實現(xiàn)，文章在前面具體分析了三維虛擬技術(shù)的技術(shù)性能。并且可以看出，目前來看運用三維虛擬技術(shù)進行城市規(guī)劃設(shè)計適應(yīng)了時代性和科技性的趨勢。

下面我們看看三維虛擬技術(shù)在城市規(guī)劃建設(shè)上的具體應(yīng)用。

三維虛擬技術(shù)在城市規(guī)劃建設(shè)上的具體應(yīng)用按地形而分可以歸為三類：一是局部地區(qū)城市設(shè)計研究；二是大范圍城市問題研究；三是區(qū)域規(guī)劃研究。

一是局部地區(qū)城市設(shè)計研究

城市設(shè)計的核心是研究建筑形體和空間要素之間的關(guān)系協(xié)調(diào)，從對城市的環(huán)境表現(xiàn)、具體建筑形體刻畫、整體模型處理和后續(xù)功能研發(fā)等方面來看運用三維虛擬仿真技術(shù)在制作時再合適不過了。

我們針對城市商務(wù)中心區(qū)的設(shè)計研究來具體說明問題，城市商務(wù)中心區(qū)設(shè)計是屬于典型的城市局部地區(qū)設(shè)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(jù)現(xiàn)有照片、地形原有的平面、立面等圖紙資料進行交通設(shè)施、環(huán)境小品的建模，在三維虛擬技術(shù)環(huán)境下能夠高仿真建模，并且設(shè)置VEGA的漫游環(huán)境、添加動態(tài)模型等工作，最后將制作出的模型文件調(diào)入VEGA完成漫游。

二是大范圍城市問題研究

以新城區(qū)建設(shè)為例，新城區(qū)的建設(shè)規(guī)劃范圍更加廣泛，在建立三維仿真時重點應(yīng)在規(guī)劃功能的設(shè)計開發(fā)上。

針對新城區(qū)三維仿真的主要功能應(yīng)該有：方案替換、模型修改（ 高度修改、位置調(diào)整等）、矢量規(guī)劃數(shù)據(jù)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(xiàn)在漫游過程中的動態(tài)陰影的實現(xiàn)。

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

三是區(qū)域規(guī)劃研究

在進行區(qū)域規(guī)劃的仿真時我們將遙感應(yīng)用和三維仿真技術(shù)結(jié)合運用，這樣我們就可以實現(xiàn)建立以衛(wèi)星影像為數(shù)據(jù)的城區(qū)漫游，在數(shù)字高程模型的基礎(chǔ)上進行區(qū)域地區(qū)漫游的制作，這樣既不影響對區(qū)域原有面貌的觀看，又能再此基礎(chǔ)上進行區(qū)域建設(shè)和改造，并且能實時對比，運作時即高效又準(zhǔn)確，這樣的技術(shù)結(jié)合給我們的城市規(guī)劃提供了直觀而又客觀的分析手段。

②是從城市規(guī)劃管理方面來看對三維虛擬技術(shù)應(yīng)用的必要

三維虛擬技術(shù)已經(jīng)運用到城市建設(shè)的方方面面，城市規(guī)劃作為可視化技術(shù)需求最為迫切的領(lǐng)域之一,虛擬現(xiàn)實技術(shù)在其諸多方面有著廣泛的應(yīng)用和發(fā)展前景，三維虛擬技術(shù)提供了非常直觀、準(zhǔn)確、現(xiàn)時性強的城市規(guī)劃資料，這為城市建設(shè)發(fā)展、提高城市管理水平、提升城市規(guī)劃設(shè)計提供了強而有力的依據(jù)。

可以說，在城市規(guī)劃領(lǐng)域?qū)θS虛擬技術(shù)的應(yīng)用是時代的召喚、是技術(shù)的支持，三維虛擬技術(shù)是城市建設(shè)所必不可少的關(guān)鍵性技術(shù)。

三、從上海世博會對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的運用來看未來虛擬現(xiàn)實技術(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域的發(fā)展

1.上海世博會網(wǎng)上世博簡介

2010年的上海世博會區(qū)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(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)同步的網(wǎng)上世博會。通過2008年中國北京奧運會場館的建設(shè)，中國的建筑漫游動畫創(chuàng)作的發(fā)展速度越來越快，并且在國內(nèi)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(fā)展和創(chuàng)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(fā)展。更由于此次世博會的一大亮點是首次舉辦網(wǎng)上世博會，通過網(wǎng)上媒介，全面引入互聯(lián)網(wǎng)的傳播方式，采用交互設(shè)計和多媒體技術(shù)等手段，這更加體現(xiàn)出當(dāng)下互聯(lián)網(wǎng)的強大以及建筑動畫漫游的進步神速。

2.網(wǎng)上世博會的緣起與構(gòu)架

網(wǎng)上世博會，全稱網(wǎng)上中國2010年上海世博會，它是指通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、三維技術(shù)、多媒體技術(shù)，通過虛擬和現(xiàn)實相結(jié)合的方式把上海世博會上展示的內(nèi)容呈現(xiàn)于互聯(lián)網(wǎng)上，搭建出一個能夠進行網(wǎng)絡(luò)體驗和實時互動的世博會網(wǎng)絡(luò)平臺。網(wǎng)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(dǎo)引、補充與延伸，是上海世博會的兩大亮點之一。

能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)上世博會這樣的創(chuàng)舉是由于網(wǎng)絡(luò)科技時代的蓬勃發(fā)展以及三維數(shù)字技術(shù)的不斷進步。網(wǎng)絡(luò)和三位數(shù)字技術(shù)的完美結(jié)合給予上海世博會全新的展現(xiàn)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(xiàn)了真正意義上的全球化。

首屆網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)上平臺吸引全球公眾參與世博會，使無法親臨食博會現(xiàn)場的觀眾借由網(wǎng)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(zhì)文化遺產(chǎn)長期保留，是舉辦此界網(wǎng)上世博會的三大原因。

網(wǎng)上世博會的架構(gòu)由基礎(chǔ)平臺和網(wǎng)上展館兩部分構(gòu)成?；A(chǔ)平臺由組織者搭建，內(nèi)容包括門戶網(wǎng)站、網(wǎng)上園區(qū)、基本功能等，網(wǎng)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(fā)。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(chǔ)上，可實現(xiàn)其它更加豐富的功能和特效，網(wǎng)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(shè)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(shù)及手段延伸和拓展參展方網(wǎng)上展館所希望表達的意境和理念。二者相輔相成，完美呈現(xiàn)網(wǎng)上的世博會。

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

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

3.三維數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)了網(wǎng)上世博

由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的先進性，使實體世博園區(qū)中的建筑、道路、綠化、設(shè)施等通過三維虛擬技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)了虛擬再現(xiàn)。在網(wǎng)上模擬的天空、云彩、太陽、燈光、裝飾、材質(zhì)等效果通過CG技術(shù)在制作，使模擬效果很好地接近真實場館的場景。展現(xiàn)在網(wǎng)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(biāo)和鍵盤操作就能夠輕松實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、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(diào)整的場景范圍，獲得全方位的空間體驗。展項展示是網(wǎng)上世博會的有一大亮點，通過網(wǎng)絡(luò)，游客能夠進入場館和展項發(fā)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(xiàn)場不能觸碰的展項，在網(wǎng)絡(luò)上可以實現(xiàn)參觀者的觸碰愿望。參觀者還可以自由的旋轉(zhuǎn)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(shù)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(tǒng)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(fā)表點評。

網(wǎng)上世博會的虛擬拓展空間可以由參展者根據(jù)自己的意念記性無限制的設(shè)計開發(fā)，由于不受現(xiàn)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(fā)揮的空間。

網(wǎng)上世博會由于運用了數(shù)字化技術(shù)作為包裝，它展示了數(shù)字化技術(shù)神奇的魅力，也使我們的實體世博會區(qū)別以往世博會的不同，使其大放異彩，網(wǎng)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(jié)論和展望

從2000年的悉尼奧運會場館設(shè)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(wǎng)上世博會亮點的產(chǎn)生，三維仿真虛擬現(xiàn)實技術(shù)正在朝向越來越先進的領(lǐng)域發(fā)展，特別是它在城市建設(shè)及城市規(guī)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(wù)、交通分析指揮、城市建設(shè)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(xiàn)實技術(shù)對城市進行管理和規(guī)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(shù)運用于城市建設(shè)方面也已經(jīng)取得了一定的研究成果，而利用三維虛擬仿真技術(shù)的方面是輔助城市重要地段的建設(shè)以及大范圍的城市設(shè)計研究。例如在北京商務(wù)中心區(qū)、上海浦東開發(fā)區(qū)、深圳福田中心區(qū)的規(guī)劃中均進行了城市三維仿真技術(shù)的初步嘗試，并取得了較好的效果。

三維虛擬仿真技術(shù)的主要作用在于以城市現(xiàn)貌為基點，融合規(guī)劃方案后模擬項目實現(xiàn)后的城市景觀，并且能夠進行多角度動態(tài)審視，全面評估城市設(shè)計的規(guī)劃方案，這為城市規(guī)劃建設(shè)和領(lǐng)導(dǎo)決策提供了更為直觀、可靠、科學(xué)的技術(shù)手段。

將三維虛擬仿真技術(shù)運用于城市規(guī)劃建設(shè)的優(yōu)點與好處在于：

①提高了城市設(shè)計規(guī)劃方案的設(shè)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(shè)項目的評估質(zhì)量；

④提高了城市建設(shè)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(shù)顯出其極大的優(yōu)勢，國內(nèi)正在迎頭趕上。從目前我國對三維虛擬仿真技術(shù)的運用而言，可以看出我國的三維仿真技術(shù)發(fā)展水平已經(jīng)有相當(dāng)不錯的程度。從三維仿真技術(shù)在我國城市規(guī)劃上的運用的效果來看，三維仿真技術(shù)在我國城市規(guī)劃中的應(yīng)用前景是非常廣闊的，而且我們相信，三維仿真技術(shù)會使城市規(guī)劃產(chǎn)生技術(shù)性的革新，會極大地拓展和豐富城市規(guī)劃的工作思路。

參考文獻

[1]張建偉，陸亨立.虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其應(yīng)用[J].電子科技導(dǎo)報，1999.

[2]陳友華，城市規(guī)劃概論[M].上海：科學(xué)技術(shù)文獻出版社，2000

[3]楊保民，分布式虛擬現(xiàn)實技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2000.

[4]申蔚，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的理論、實現(xiàn)及應(yīng)用[J].首都經(jīng)濟貿(mào)易大學(xué)學(xué)報,2001.

第9篇：數(shù)字化仿真技術(shù)范文

[關(guān)鍵詞] 商場照明 計算機控制

一、引言

近年來,隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,在商場照明領(lǐng)域由于微電子技術(shù),計算機應(yīng)用技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)、機電一體化技術(shù)、可靠性理論和技術(shù)等高新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，技術(shù)設(shè)備已進入數(shù)字化時代。這些高新技術(shù)也為燈光系統(tǒng)新設(shè)備、新技術(shù)的開發(fā)、生產(chǎn)、使用和維護帶來了巨大的變化，商場照明設(shè)備數(shù)字化、智能化、電腦化、網(wǎng)絡(luò)化是不可避免的發(fā)展趨勢。計算機技術(shù)在商場燈光上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

二、計算機燈光控制

燈光控制系統(tǒng)已由模擬調(diào)光設(shè)備逐步過渡到電腦數(shù)字調(diào)光設(shè)備。調(diào)光設(shè)備從最初的三相閘刀控制、空氣開關(guān)控制、可變電阻器控制、自耦變壓器控制、可控硅控制，到今天的計算機監(jiān)測控制，實現(xiàn)了控制的數(shù)字化、程控化、多功能化、自動化。

1.系統(tǒng)要求

將輸入的燈光變化信息，包括燈號、亮度、編組情況、變光時間等予以處理，輸出相應(yīng)信號，起到調(diào)光的作用。利用計算機控制燈光的最基本任務(wù)就是存儲全部燈光變化的亮度信息，并予以計算、處理，完成輸出，從而達到分路控制的目的。如圖1。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)以上分析，設(shè)計計算機燈光控制臺，應(yīng)用計算機控制燈光變化過程。而關(guān)鍵是要做好信息的采集和處理。硬件控制部分設(shè)計如圖2。

硬件系統(tǒng)以計算機為核心。鍵盤、控制桿和其他一些裝置作為輸入部分，通過輸入接口進行模擬信號與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，送往計算機處理。經(jīng)過計算機處理的可控信號通過輸出接口進行數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換，對可控硅調(diào)光器件進行控制。

軟件系統(tǒng):

整個控制臺在軟件系統(tǒng)的控制下按要求工作。軟件系統(tǒng)主要由C語言編寫，可以完成以下任務(wù):

（1)現(xiàn)場光路亮度的信號處理;

（2)向解碼器發(fā)送任務(wù)數(shù)據(jù);

（3)面板數(shù)據(jù)實時采集

電腦控制臺是計算機技術(shù)與調(diào)光技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它具有控制燈光亮度變化準(zhǔn)確、容量大、操作方便靈活等特點，可編幾百至上千個燈光場，新編資料還可以保存。它不但具備常規(guī)的調(diào)光臺功能（如場、集控、效果、配線等），還拓展了調(diào)光臺的使用空間（如雙用調(diào)光臺兼有智能燈具控制及調(diào)光功能）具有多種特殊效果和效果模型的效果庫，用戶友好的編輯器等，還有各種信息的反饋。

三、商場燈光發(fā)展趨勢

1.自動控制系統(tǒng)

各類電腦燈具、調(diào)光立(硅)柜等就大量使用了自動控制系統(tǒng)。

2.數(shù)字化燈光控制系統(tǒng)

統(tǒng)一協(xié)調(diào)和處理諸如商場外燈光表演，燈具定位，亮度調(diào)整，顏色切換等。這一領(lǐng)域尚待大力開發(fā)。

3.專家系統(tǒng)

它是一個決策系統(tǒng)，包含有各類專業(yè)知識庫及推理規(guī)則。它根據(jù)外界反饋回來的信息進行綜合處理，并根據(jù)處理結(jié)果和推理規(guī)則做出決策。

4.電腦輔助設(shè)計(CAD)系統(tǒng)

它是必不可少的工具，通過CAD系統(tǒng)，勾畫出所需的操作模型，供專家系統(tǒng)和仿真技術(shù)使用。

5.仿真技術(shù)

它包括可視化、虛擬化技術(shù)等，是提高燈光設(shè)計效率的主要途徑。