大學計算機模擬技術論文
模擬技術是近年來計算機技術的熱門研究方向,利用計算機模擬技術,可以實現對物體的三維影象模擬構建,進而對其進行更加直觀的研究和處理。下面是小編為大家整理的，供大家參考。
篇一
汽車領域計算機模擬技術研究
【摘要】隨著控制理論、計算技術、電腦科學與技術的飛速發展,系統科學研究的深入,計算機模擬技術已經逐漸發展為一門新的學科。資訊處理技術的突飛猛進,更使得模擬技術得到了迅速發展。計算機模擬技術是分析和研究系統執行行為、揭示系統動態過程和運動規律的一種重要手段和方法。本文分析了轎車產品的特點，研究了計算機模擬技術在轎車全生命週期中不同階段的應用現狀，以及相關技術思想的發展。
【關鍵詞】計算機;模擬技術;轎車;發展
1前言
計算機模擬技術是一門利用計算機軟體模擬實際環境進行科學實驗的技術。它具有經濟、可靠、實用、安全、靈活、可多次重複使用的優點,已經成為對許多複雜系統進行分析、設計、試驗、評估的必不可少的手段。它是以數學理論為基礎,以計算機和各種物理設施為裝置工具,利用系統模型對實際的或設想的系統進行試驗模擬研究的一門綜合技術。
2計算機模擬技術的發展
計算機模擬技術主要是隨著計算機技術、計算技術、圖形影象技術、複雜系統建模技術和專業建模技術的發展而發展的。從歷史上看,計算機模擬大致經歷了四個發展階段:
2.1模型試驗
最原始的模擬思想,其模型試驗是基於物理模型進行的,缺乏柔性和精度。
2.2數字化模擬
採用計算機進行分析計算,但是計算結果表達侷限於記錄檔案和圖表上,缺乏直觀形象。
2.3影象化模擬
大量採用豐富的圖形影象技術來表達模擬結果,如三維圖形。
2.4虛擬現實技術
不光采用三維圖形技術表達計算結果,而且採用特殊裝置,如戴上三維資料頭盔,觸控儀器等,使人有身臨其境的效果。
3計算機模擬技術的關鍵
目前,計算機模擬計算的關鍵技術主要包括:
3.1面向物件的模擬
object-OrientedSimulation-OOS其主要是將整個系統的功能設計和實現歸屬為對物件的操作及物件資訊的彼此綜合利用來實現,物件間資訊的傳送引起了系統的活動。
3.2分佈互動模擬
DistributedInteractiveSimulation-DIS主要是通過計算機網路將分散在各地的模擬裝置互連,構成時間與空間互相耦合的虛擬模擬環境。
3.3智慧模擬
IntelligenceSimulation-IS主要是以知識為核心和人類思維行為作背景的智慧技術,引入整個建模與模擬過程,構造各處基本知識的開發途徑。是人工智慧如專家系統、知識工程、模式識別、神經網路等與模擬技術如模擬模型、模擬演算法、模擬語言、模擬軟體等的整合化。
3.4人機和諧模擬
主要包括視覺化模擬、多媒體模擬、虛擬現實模擬。[1]
4計算機模擬技術在汽車領域的應用
汽車產業是我國的支柱產業之一，具有極大的發展潛力。尤其是在轎車生產方面同其他發達國家相比還有很大差距，入世必然會對我國的民族轎車工業產生一定的衝擊。為了抵禦這種衝擊，迫切要求我們認真分析世界轎車工業發展的新趨勢，學習和借鑑其中的新思想和新技術，使我國的轎車產業能夠順利地同國際接軌，爭取在未來的競爭中處於有利的位置。目前世界轎車工業的激烈競爭集中反映在降低生產成本上，即以價格優勢去爭奪市場。圍繞著成本的降低，出現了許多新的發展趨勢，如開發週期縮短化、生產管理精益化、目標成本控制化、零部件採購全球化等等。在這種情況下，傳統的轎車設計開發過程顯得週期過長、成本過高、而且效率低下，已經很難適應激烈的市場競爭的需要。為了解決這些問題，各種新的思想和技術紛紛出現，並被各大轎車生產廠家所採用，其中計算機模擬技術就是被廣泛應用的技術之一。模擬技術是出自對系統研究的需要，用系統的模型對真實的或設計中的系統進行試驗，以達到分析、研究和設計該系統的目的而計算機模擬就是利用現代計算機技術，對待分析的系統進行數字建模，並根據需要編制相應的程式對系統模型進行模擬分析的過程。計算機模擬技術為轎車產品的設計開發提供了強有力的工具和手段。通過將計算機模擬技術全面應用於轎車產品的設計開發過程，使得在設計階段即可以對產品的全生命週期進行分析和測,[2]從而保證了產品的製造要求、使用要求、維護要求、銷燬要求等。由於其先進性和革命性，計算機模擬技術已經得到汽車界的廣泛重視。如福特公司第一輛樣車定型之前，已經完成了全部模擬分析的95%以上，可以在工程開發階段節省四千多萬美元，在製造階段節省超過十億美元。通用公司由於在轎車設計開發過程中全面採用了計算機模擬技術，使得開發時間由原來的39個月減少到24個月賓士汽車公司1998年之前已經完成了數字化轎車的設計，並實現了較強的虛擬顯示技術，可以在設計階段對轎車的總體效能匹配和車身系統佈置設計等進行模擬分析、評價和改進。
4.1計算機模擬技術在轎車方案階段的應用
方案階段的主要任務是根據市場的發展和客戶的需求等資訊進行需求定義，包括參考樣車選型、系統功能定義、技術經濟評價等等。在方案階段實際系統並不存在，設計人員根據不同的功能模型建立系統的動態模型，以便於比較不同方案的優劣。儘管此時模型的粒度較粗，但仍可為設計人員提供不同方案下的比較分析結果，併為進一步的設計提供決策依據。例如，轎車的技術經濟評價就是在方案階段，對轎車產品的技術質量資訊、成本資訊以及競爭對手資訊進行建模，並在此基礎上運用合適的理論方法綜合處理這些模型，從而產生出可以對設計、管理與決策提供依據的綜合知識。
4.2計算機模擬技術在轎車設計階段的應用
在轎車的設計階段，各種CAD/DAE工具已經得到廣泛的應用，具有比較完善的數字化基礎。因此這個階段的模擬活動是同這些計算機輔助工具緊密結合的，甚至可以直接將CAD產品模型作為模擬模型輸入，即由CAD軟體來完成模擬建模工作，實現了部分的資訊整合。這種資訊整合是以一些圖形資訊互動標準為基礎的，常用的格式有IGES、STEP等。但在實際使用時，由於各種軟體對這些標準支援程度的差別，某些情況下CAD模型直接匯入到模擬軟體中會產生部分資訊丟失現象，需要進行必要的修補工作後才能進行模擬分析。隨著資訊整合技術的發展，這些問題將會得到很好的解決。[3]
4.3計算機模擬技術在轎車製造階段的應用
這裡的製造主要是從技術角度出發，對產品的製造工藝的進行數值模擬與優化，對製造裝備的進行數值模擬與改進。典型的如轎車車身覆蓋件衝壓成型工藝的數值模擬、模具型面拋光模擬等等。以轎車車身覆蓋件衝壓成型工藝為例，轎車中金屬衝壓件佔到總重量的3/4，整個轎車的開發週期中，近40%的時間用於車身的設計和定型。採用傳統的試錯方法來解決衝壓成型中的工藝問題已經無法滿足現代轎車生產的需要。[4]在計算機模擬技術的支援下，通過在計算機上建立數字化模型，用有限元方法進行成型模擬，可以全面瞭解板料在成型過程中的應力、應變及厚度分佈，預測成型缺陷，從而給設計人員提供進行工藝分析和模具設計的科學依據。通常所用的模擬/分析軟體有CATIA、ANSYS、ADAMS、SIMPACK等。在西方發達國家，板料衝壓成型的數值模擬技術已經稱為縮短模具產品研製週期、提高產品質量、降低生產成本的必不可少的手段和工具。
4.4計算機模擬技術在轎車生產線階段的應用
計算機模擬技術在轎車生產線階段的主要應用包括確定生產管理控制策略、車間層的設計和排程、庫存的規劃管理等。其中用於生產管理控制策略的模擬包括確定有關引數以及用於不同控制策略之間的比較;用於車間設計和排程的模擬主要用於對各種可能方案進行分析評價，進而選擇出最優方案;用於庫存管理的模擬主要目的為確定訂貨策略、確定訂貨點和訂貨批量、確定倉庫的分佈、以及確定安全庫存水平等等。[5]
4.5計算機模擬技術在轎車銷售階段的應用
在轎車的銷售階段，可以根據收集到的客戶和對手的資訊，通過計算機模擬手段來分析和比較各種方案，進而調整市場價格、制訂銷售策略等等。[6]
4.6計算機模擬技術在轎車使用階段的應用
轎車的使用階段，可以通過計算機模擬技術對使用者進行駕駛培訓、維修培訓等。同生產設計階段的模擬相比，這種面向使用者的模擬大量應用了虛擬現實技術，由計算機全部或部分生成的多維感覺環境，使參與者產生沉浸感。通過這個虛擬環境，人們可以進行觀察、感知和決策等活動。[7]
4.7計算機模擬技術在轎車回收階段的應用
在回收階段，計算機模擬技術可以用於對產品拆卸分解過程提供決策支援。嚴格的說，產品的可拆卸性應該是在設計階段就予以考慮的因素。產品材料的使用和產品結構的合理性，直接影響廢舊產品的可拆卸和回收價值。利用計算機模擬技術對產品回拆卸序列的分析和優化，可以對現有產品給出最大回收價值的拆卸方案。[8]
參考文獻：
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篇二
電路原理教學中計算機模擬應用
摘要：電路原理是電子資訊類專業的必修課，具有理論性和邏輯性強、推導嚴謹，公式繁雜的特點，所以在電路原理教學中教學的任務中，教學難度大，教學的效果不理想。尤其是傳統的教學模式難以滿足教學的目標和效果。進行教學方式和方法的改善有重要的意義。因此，計算機模擬技術在電路原理的教學中受到極大的歡迎。本文從傳統電路原理教學中存在的問題角度進行分析，探討計算機模擬技術的特點、計算機模擬技術在教學中的應用以及獨特的優勢，希望能對電子資訊行業的工作者有一定的幫助。
關鍵詞：計算機模擬技術;電路原理教學;Multisin應用
在高校的電子資訊類專業中，電路原理教學是一門基礎課程，對學生專業知識和技能的掌握具有重要的意義[1]。然而由於抽象性較強、難度較大等原因教學的效果不理想。近年來隨著社會經濟的發展，計算機也逐漸普及開來，計算機模擬技術在高校教學中的比重越來越大，有利於提高教學的效果和質量[2]。
一、傳統電路原理教學中存在的問題
電路原理教學需要作圖進行授課，抽象性強。但是傳統的教學模式難以滿足教學的要求，教學的效果低下。首先是理論性強、抽象。電路原理教學需要學生對電路、元件等等各個環節都要熟悉，比較注重原理概念性的教學。同時還需要學生進行大量的計算推導和聯想，將抽象的東西轉化為具體的事物，所以整個課堂氣氛沉悶，學生感到枯燥乏味，教學效果不理想[3]。其次是在電路原理的教學過程中，需要畫大量的電路圖，通過圖形來進行講解。在傳統的黑板教學中，圖形複雜導致畫圖不精確，另外也浪費了大量的課堂時間，整節課沒有很好地利用，教學的效率不高。最後，傳統的課堂教學實驗中，難免會出現儀器的故障、電子元件的損壞等情況，影響實驗的正常開展，不僅浪費了上課的時間，也造成了資金的浪費，打擊了學生的動手積極性和參與性，制約了教學工作的開展和完成。在這種形勢下，加強對傳統教學模式的改革尤為重要。在目前的高校電子資訊類專業教學中，計算機模擬技術的應用越來越廣泛，教學的效果大幅度提高。
二、計算機模擬技術的特點
第一是更加生動直觀，便於學生理解。傳統的教學模式以黑板教學為主，圖形複雜，注重理性的分析，學生很難接受。在電路原理教學中引入計算機模擬技術，可以將繁複的電路圖等資料詳細地繪製出來，具備直觀、生動的介面，學生也更容易接受，有利於學生的理解和記憶。
第二是為電路原理教學提供了多重的手段。傳統的教學理論型較強，需要經過嚴謹的推導和大量的計算，學習的難度較大。在教學中應用計算機模擬技術，可以把許多元件細緻地描繪出來，而且更加的齊全，為學生的學習提供了便利。另外，計算機模擬技術功能強大，不但可以儲存各種工作狀態中的電路資料，還可以打印出來進行教學。最重要的就是當電路中出現短路或其他故障時，計算機模擬技術可以進行提前的預防和提醒。
第三是為課堂教學提供簡單有效的實驗方法。在電路原理教學活動中，實驗是必不可少的一個環節，對鞏固知識具有重要意義。在教學中引進計算機模擬技術，保證了成本的低投入，學生的實驗過程避免受到其他不必要因素的影響，保證了實驗過程的順利開展和完成。另外，學生在實驗過程中，不會造成原料和器材的損壞浪費，可進行長期的、反覆的實驗。計算機模擬技術幫助學生學習，激發學生學習的興趣，提高教學的效果。
三、計算機模擬技術在電路原理教學中的應用
一方面計算機是一種智慧化的工具，在電路原理教學中，能夠自動建立電路運算方程，並且進行計算，將結果通過圖形的方式表達出來。因此，在電路原理教學中，引用Multisin電路模擬軟體軟體進行教學活動，可以激發學生的學習興趣，提高學生的參與能力和動手操作的能力，有利於幫助學生直觀地瞭解掌握知識，提高教學的效果。
另一方面Multisin軟體具備齊全的電子元件，並且可以進行長期的實驗而不必擔心器材和原料的損壞，資金投入較少。另外，Multisin軟體的功能齊全，可以進行各種型別的模擬電路實驗活動，得到詳細的資料報告和圖形，並且可以將Multisin軟體和多媒體技術相結合，在大螢幕上演示整個實驗的過程，讓學生更加直觀地參與、瞭解電路的原理，掌握專業的知識和技能[4]。
再者，因為社會經濟的發展和對人才的需求，Multisin軟體應用於電路原理教學已經成為一種趨勢，對於高校教學工作具有重要意義。Multisin軟體是一款專門針對於電路設計和模擬的工具類軟體，隨著科學技術的進步和多媒體技術的發展，Multisin軟體在國內和國外的電子行業應用的範圍越來越廣泛，已經成為高校電子資訊類專業教師和學生進行授課和學習的教學工具。
四、Multisin軟體在電路原理教學中的獨特優勢
第一是有助於幫助學生加強對基本概念和原理的理解和掌握。電路原理課程具有銜接性和實踐性，因此在高校的教學活動中，通過將Multisin軟體和PPT相結合的方式，製作一個教學用的多媒體課件，並在課件中標明重點和難點。在教學過程中，理論部分的學習通過PPT幻燈片製成文字進行授課;在實驗部分，依賴於Multisin軟體強大的模擬能力，利用圖形、視訊、現場操作等方式對學生進行演示，將抽象的、邏輯性較強的文字轉變成生動的、具體的影象，實現理論和實踐的良好配合。另外，在PPT幻燈片的製作過程中，可以將電路原理的模擬過程穿插到課件當中，使整個多媒體課件內容豐富，文字圖形的協調搭配為課件增添了吸引力，同時能夠讓學生直觀地接受知識，提高學生的學習積極性和動手操作能力，保證教學活動的正常開展和完成，促使電路原理教學實現改革和完善。
第二是有利於學生自己分析解決問題，提高自主能力。在“電路原理教學”中，運算量大，公式的運用和推導複雜，造成整個電路的工作原理十分的抽象和枯燥，難以集中學生的學習注意力。其次，教師在授課過程中進行純理論知識的灌輸，用文字對電路工作的原理進行分析和講授，學生往往是難以接受，教師的“教”和學生的“學”之間脫節，抑制了學生的學習積極性，教學的效果不理想。只有將理論變得生動和具體，抽象變得形象化，學生對知識有充分的興趣，主動地參與課堂，才能夠更好地學習和掌握電路原理，完成教學的任務和進度。因此，在教學中引入Multisin軟體，利用Multisin軟體獨特的電路分析的能力，例如運算放大器對資料的放大效能分析等等，學生可以自主地發現並解決出現的問題，並在實驗的過程中通過多次反覆的實驗來驗證結論，提高學生獨自分析問題的能力，將對電路原理的學習從理性的認識上升到感性的認識。
第三是有利於幫助學生掌握電路的結構。在電路原理教學中，需要繪製複雜的電路圖來進行授課和設計。但是在傳統的教學活動中，電路原理是通過黑板教學完成的，用手繪圖形保證不了電路繪製的準確性。另外，手繪圖形的複雜導致學生難以辨認，無法集中學生的注意力，造成上課的效果低下。在教學中應用Multisin軟體後，情況大大改善。因為在Multisin軟體的元器件庫中，具備數量齊全的各種電子元件，在進行電路原理教學中所需的電子元件都可以找到，而且元件的大小並不是固定的，可以根據實際教學和實驗所需的引數和大小進行更換。因此在教學中繪製電路圖的效率和速度大幅度的提高，並且還可以隨時地增刪。與黑板教學相比，Multisin軟體模擬技術具有獨特的優勢，成為電子資訊類專業教學中的主流工具。再者，利用Multisin軟體繪製完電路圖之後，可以直接將電路圖進行課堂的演示，在教學中對電路圖進行模擬分析，幫助學生更加了解電路的結構和各個元器件的作用，集中學生的注意力，激發學生的學習積極性和能動性，提高教學的效果。
五、結束語
傳統的教學模式和教學的手段已經難以適應時代的潮流，所以進行教學方式的改進和完善，應用先進的技術輔助教學是非常有必要的。電路原理這門課程的理論性和操作性強，學生在學習的過程中因為知識比較抽象而感到難度過大，因此在教學中運用Mul-tisin模擬技術輔助教學是非常有作用的。Multisin軟體將抽象的理論文字轉換成直觀的、具體的圖形和影象，並且針對教學的重點和難點充分利用自身獨特的優勢和PPT軟體相結合，製作內容豐富、生動的課件，幫助學生更好地進行學習，瞭解和掌握專業的知識。將傳統的教學和先進技術相結合，激發了學生的學習積極性，提高了教學的效果，促進了電子類專業的長遠發展。
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篇三
瓦斯抽採系統計算機模擬系統分析
摘要：採用視覺化與計算機虛擬模擬技術對瓦斯抽採工藝系統開展研發，利用3DMAX和NURBS曲面技術實現了巷道系統及瓦斯抽採系統的模擬，結果表明：該模擬系統成功地展示鑽孔佈置，抽採範圍以及瓦斯運移狀況，具有直觀、生動和易懂等特點，可用於煤礦安全培訓，對現場施工和培訓學習具有一定的指導意義。
關鍵詞:虛擬模擬;瓦斯抽採;計算機;安全培訓
1概述
礦井瓦斯是煤礦的主要災害之一，預防突出的主要方法之一是預抽採瓦斯[1-3]。隨著軟體開發應用的高速發展，越來越多的計算機軟體應用到了礦井設計和預測中。根據瓦斯抽採形態，採用計算機技術3DMAX、NURBS曲面技術建立三維巷道模擬模型和瓦斯抽採工藝系統等的虛擬模擬，將整個工藝過程用模型動作製成動畫演示出來，直觀地展示了抽採瓦斯的相關細節，可供人員學習和培訓應用。
2瓦斯抽採模擬系統研發
本文藉助計算機結合3DMAX軟體，把井下瓦斯抽採工程中的岩層、鑽場、巷道、瓦斯抽採管道等要素展現出來，在系統開發中，涉及的關鍵技術包括系統的智慧化、三維要素的建模和顯示等，運用控制插值演算法的精度和視窗的消隱與裁剪等技術，實現了多角度觀察、旋轉、透明處理等視覺化功能。
2.1巷道模型模擬
以拱形巷道為例，通過NURBS中CV曲線建立巷道輪廓，利用UV放樣曲面生成巷道斷面，進行UV放樣時先畫出CV曲線，當點選修改面，出現NURBS的工具面板，依次選擇兩條曲線即可生成巷道斷面圖形，將各條巷道用中心線條表示;利用建立“複合物件”中的放樣工具，拾取已建立的巷道斷面作為基本圖形，放樣得到立體巷道模型，輔以巷道內部管路、軌道等設施模型設計，抽排巷道的三維巷道模型。
2.2瓦斯抽採系統模型模擬
根據現場抽採工藝，基於抽採裝置的3DMAX靜態建模，模擬了抽採巷道、卸壓煤層的空間位置關係，並實現了鑽機，注漿泵、油泵等抽採裝置的建立及配套。在3DMAX中設定模型透明度引數，使內部煤巖體變得透明可見，設定多個角度的攝像機路徑進行分段渲染，設定攝像線性路徑，攝像機在渲染時沿著指定路徑運動。開啟“修改”命令，設定攝像機鏡頭引數，達到較好的攝影效果，在渲染視窗設定視訊的幀數，控制演示速度和時間。通過模擬，清晰展示了煤層與鑽場、巷道層位的關係，具有較強的立體感，將鑽桿鑽進，注漿封孔及瓦斯流動真實地展現出來，實現了視覺化，有利於工程技術人員對該工藝的瞭解。
3結論
本文建立的視覺化瓦斯抽採計算機模擬系統在一定程度上反映了瓦斯抽採的主要工藝過程，清晰地顯示鑽孔佈置，抽採範圍，瓦斯運移狀況。該模擬系統可直接應用在其他煤礦企業的安全培訓中，能夠將鑽孔佈置及引數設計模型準確形象地用於培訓教學上，同時，可為煤礦瓦斯抽採及綜合治理提供一定參考。
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