计算机仿真(虚拟样机)技术
计算机虚拟仿真技术在工程建模中的应用研究
计算机虚拟仿真技术在工程建模中的应用研究随着科技的不断发展，计算机虚拟仿真技术在各个领域中的应用工作越来越广泛。
其中，计算机虚拟仿真技术在工程建模中的应用研究成为工程领域中一个重要的方向。
本文将深入探讨计算机虚拟仿真技术在工程建模中的应用及其对工程项目的益处。
计算机虚拟仿真技术是指利用计算机模拟实际场景中的物理过程、动态行为和交互情景的技术。
在工程建模中，这种技术可以帮助工程师和设计师在工程项目的不同阶段进行模拟和分析，以评估项目的可行性、减少设计错误和降低实施成本。
以下是几个具体的应用领域：1. 产品设计与优化计算机虚拟仿真技术能够模拟产品的物理行为，并进行多种试验情景的仿真。
这使得设计师可以在产品实际制造之前对其进行测试和分析。
通过虚拟仿真，设计师可以确定产品的强度、稳定性和耐久性，发现并解决潜在问题，从而降低了设计错误和成本。
2. 工艺仿真与优化在制造工艺中，计算机虚拟仿真技术可以模拟和分析工艺流程中的各个环节。
通过模拟分析，工程师可以预测产品在不同工艺条件下的性能和特性，并进行优化。
这不仅可以提高产品的质量和可靠性，还可以优化生产过程，提高生产效率。
3. 施工仿真与项目管理在建筑和基础设施项目中，计算机虚拟仿真技术可以用于模拟和分析施工过程中的各个环节。
通过模拟施工过程，工程师可以评估施工方法的可行性、优化施工顺序，并预测施工过程中的问题和风险。
这可以提高施工效率，减少事故发生的可能性，并帮助项目管理人员做出更准确的决策。
4. 资源管理与环境保护计算机虚拟仿真技术可以用于模拟和优化资源的使用和分配，帮助工程师和项目管理人员制定合理的资源策略。
此外，虚拟仿真还可用于模拟和评估工程项目对环境的影响，为环境保护提供科学依据。
通过应用计算机虚拟仿真技术，工程建模可以更加全面和准确地模拟项目的各个方面，提供针对性的解决方案。
同时，这种技术也能够帮助工程师和设计师更好地理解工程项目，提高设计和决策的质量。
虚拟样机技术
包括：边缘倒角、边缘圆角、开孔、添加凸台、 抽壳等。
修改构件特性
修改构件质量、转动惯量和惯性积
几何建模
..\ADAMS实例教程.pdf
3、3 约束模型机构
模型构件创建结束后，要定义构件间的连接方式和相对 运动方式，就是对模型施加约束
约束类型 1、理想约束。包括转动副、移动副和圆柱副 等 2、虚约束。限制构件某个运动方向 3、运动产生器。例如，规定一个构件遵循某 个时间函数按指定的轨迹规律运动。 4、接触约束。定义两构件在运动中发生接触 时是怎样相互约束的。
第二 章 ADAMS软件
2、1 ADAMS软件模块介绍 ADAMS由基本模块、扩展模块、接口模块、 专业领域模块组成
基本模块：ADAMS软件包包括三个最基本的解题模块： ADAMS/View（基本环境） ADAMS/Solver（求解器） ADAMS/PostProcessor（后处理）
ADAMS/View（界面模块）：样机建摸、样机模型 数据的输入和编辑、与求解器和后处理等程序的 自动连接、虚拟样机分析参数的设置、各种数据 的输入和输出、同其他应用程序的接口。
仿真结果 •回放仿真结果 分析 •绘制仿真结果曲线 验证仿真 •输入实验数据 分析结果 •添加实验数据曲线 与实验结果一致？ •增加摩擦力 精制机械 •定义柔性物体和连接 系统模型 •定义控制 重复仿真 •设置可变参数 分析 •定义设计变量 •进行主要设计影响因素研究 机械系统 •进行试验研究 优化分析 •进行优化研究
试验研究（Design of Experiments,DOE）
试验设计可以考虑多个设计变量同时发生变化， 对样机性能的影响
优化研究（Optimization）
在满足各种设计条件和指定的变量变化范围内， 通过自动化的选择设计变量，由分析程序求取 目标函数的最大值和最小值。
计算机仿真技术在工程中的应用
计算机仿真技术在工程中的应用在当今科技飞速发展的时代，计算机仿真技术已经成为工程领域中不可或缺的重要工具。
它能够帮助工程师在实际项目实施之前，对设计方案进行深入的分析和优化，从而降低成本、缩短研发周期、提高产品质量和系统性能。
计算机仿真技术，简单来说，就是利用计算机建立一个虚拟的模型，来模拟真实世界中的物理过程、系统行为或现象。
通过输入相关的参数和条件，计算机可以计算出在不同情况下系统的运行结果，就好像在实验室中进行了无数次的实验一样。
在机械工程领域，计算机仿真技术的应用十分广泛。
例如，在汽车设计中，工程师可以使用仿真技术来模拟汽车在不同路况下的行驶性能，包括悬挂系统的响应、发动机的动力输出、制动系统的效果等。
通过对这些性能的仿真分析，工程师可以对设计进行优化，提高汽车的舒适性、安全性和燃油经济性。
此外，在航空航天领域，计算机仿真技术也发挥着重要作用。
飞机的机翼设计、飞行姿态控制、发动机燃烧过程等都可以通过仿真进行研究和优化，从而提高飞机的飞行性能和可靠性。
在电气工程中，计算机仿真技术同样不可或缺。
对于电力系统的设计和运行，仿真可以帮助分析电网的稳定性、电能质量、故障情况下的系统响应等。
例如，在规划新的变电站或输电线路时，通过仿真可以预测不同负荷条件下的电压分布和功率损耗，从而选择最优的设计方案。
在电子电路设计方面，仿真软件可以模拟电路的工作特性，帮助工程师提前发现潜在的问题，如信号干扰、噪声等，从而提高电路的性能和可靠性。
在土木工程中，计算机仿真技术在建筑结构的设计和分析中具有重要意义。
通过建立建筑物的结构模型，工程师可以模拟地震、风载等外力作用下结构的受力情况，评估结构的安全性和稳定性。
此外，在桥梁设计中，仿真可以帮助分析桥梁在车辆荷载和环境因素影响下的变形和应力分布，为桥梁的设计和维护提供依据。
在交通工程领域，仿真可以用于模拟交通流量、优化交通信号控制、评估道路网络的通行能力，从而改善城市交通拥堵状况。
计算机仿真与虚拟测试技术
计算机仿真与虚拟测试技术计算机仿真与虚拟测试技术是一种利用计算机技术模拟真实世界中的系统行为和性能的技术。
它通过建立数学模型和仿真算法，对系统进行模拟和分析，以预测系统在实际运行中的性能和行为。
1.计算机仿真的概念与分类–概念：计算机仿真是指利用计算机对实际系统进行模拟和仿真的过程。
–分类：根据仿真的目的和应用领域，计算机仿真可以分为数值仿真、物理仿真和虚拟仿真等。
2.计算机仿真的基本步骤–建立数学模型：根据实际系统的特点和需求，建立数学模型，包括连续模型和离散模型。
–选择仿真算法：根据模型的特点和仿真目的，选择合适的仿真算法，如数值积分法、差分法等。
–编写仿真程序：利用编程语言和仿真工具，编写仿真程序，实现模型的仿真和分析。
–分析仿真结果：对仿真结果进行分析和评估，得出结论和优化建议。
3.虚拟测试技术的基本概念与方法–概念：虚拟测试是指利用计算机技术对系统进行测试和验证的过程。
–方法：虚拟测试技术主要包括模型-based测试、基于有限元的测试和基于人工智能的测试等。
4.计算机仿真与虚拟测试技术的应用领域–制造业：用于产品设计、制造和测试，提高产品质量和性能。
–交通运输：用于车辆性能测试、交通流量分析和交通事故模拟等。
–医疗卫生：用于医疗设备性能测试、手术模拟和疾病预测等。
–能源领域：用于能源系统优化、新能源技术测试和能源效率评估等。
5.计算机仿真与虚拟测试技术的优势与挑战–优势：可以节省实验成本、缩短研发周期、提高系统性能和安全性。
–挑战：建模复杂性、仿真精度和实时性问题、数据处理和分析等。
6.计算机仿真与虚拟测试技术的发展趋势–云计算与大数据：利用云计算和大数据技术，提供更加高效和强大的仿真与测试平台。
–人工智能与机器学习：结合人工智能和机器学习技术，提高仿真精度和智能化水平。
–虚拟现实与增强现实：利用虚拟现实和增强现实技术，提供更加直观和沉浸式的仿真与测试体验。
以上是关于计算机仿真与虚拟测试技术的相关知识点，供您参考。
虚拟样机与仿真
交互性(Interaction)：用户对虚拟I3环特境征内的物体的可操作程度和从环境得到
反馈的自然程度In。te交ra互ction
Imagination 想象
想象力(Imagination)： 用户沉浸在多维信息空间中，依靠自己的感知和认知
能力全方位地获取知识，发挥主观能动性、寻求解答和形成新的概念。
确保用户在虚拟环境中获取视觉、听觉、力觉和触觉等感官认知的关键 技术，是虚物实化的主要研究内容。
工程设计与仿真研究所 -Wu liyan 2020年5月2日星期六
27
三、虚拟现实技术
虚拟现实系统基本硬件接口设备：头盔式显示器、三维鼠标、数据手套。 视觉、听觉、触觉使人的三大感觉。视觉对大脑的刺激最为强烈，听觉是 仅次于视觉的第二传感通道。 视觉装置： 1、立体眼镜：能给人以立体的视觉效果的眼镜，通常在观看三维图像演示 或立体电影时佩戴； 2、头盔显示器：在左右两眼前有高分辨率的显示屏，头盔上方有跟踪设备， 用户头部移动时，跟踪器就能向计算机报告用户头部的方位，使其快速刷新 显示屏，从而得到与眼睛所注视的方位相一致的图像。
工程设计与仿真研究所 -Wu liyan 2020年5月2日星期六
4
一、仿真实例
3、航炮射击中后坐力的仿真——计算机仿真
工程设计与仿真研究所 -Wu liyan 2020年5月2日星期六
5
一、仿真实例
4、航炮后射击精度的仿真——计算机仿真
工程设计与仿真研究所 -Wu liyan 2020年5月2日星期六
工程设计与仿真研究所 -Wu liyan 2020年5月2日星期六
13
上海科技馆中的仿真
对蝴蝶进行识别
工程设计与仿真研究所 -Wu liyan 2020年5月2日星期六
航空航天产品设计中的虚拟样机模拟技术
航空航天产品设计中的虚拟样机模拟技术虚拟样机模拟技术在航空航天产品设计中的应用导语：航空航天领域一直以来都是科技创新的前沿领域之一。
而在产品设计过程中，虚拟样机模拟技术的应用不仅提高了效率，减少了成本，更为产品设计师提供了更多创造性的空间。
本文将探讨虚拟样机模拟技术在航空航天产品设计中的应用。
一、虚拟样机模拟技术的基本原理及特点虚拟样机模拟技术（Virtual Prototype Simulation Technology）是一种将虚拟现实技术与计算机辅助设计（CAD）相结合的应用技术。
通过对产品进行虚拟建模，进行逼真的物理仿真，实现对产品各方面性能的验证和分析。
相比传统的实体样机开发，虚拟样机模拟技术在以下几个方面有着独特的优势：1. 减少成本和时间：通过虚拟样机模拟技术，可以减少对实体样机的依赖，从而节约了开发过程中的资金和时间。
在产品设计的早期阶段，设计师可以通过虚拟样机模拟技术对产品进行多次迭代和修改，从而避免了实体样机的制造和调试所消耗的资源。
2. 提高设计质量：虚拟样机模拟技术可以虚拟呈现产品的形状、结构和工作方式，为设计师提供更加直观、准确的信息。
通过对虚拟样机进行模拟分析和测试，可以发现潜在的问题和不足，及时进行改进和优化，从而提高产品的设计质量。
3. 创新设计空间：虚拟样机模拟技术提供了一种无限制、可自由探索的设计空间。
在虚拟环境中，设计师可以进行多种方案的快速迭代和对比，发现和尝试新的设计理念。
这种创新空间为航空航天产品的设计师带来了更多的发挥创造力和思维的机会。
二、虚拟样机模拟技术在航空航天产品设计中的应用1. 飞行器气动布局设计：在飞行器的气动布局设计中，虚拟样机模拟技术可以对飞行器的气动特性进行模拟和分析。
通过对不同气动布局方案进行虚拟样机模拟，设计师可以评估不同方案的优劣，选择最佳的设计方向。
同时，虚拟样机模拟技术还可以通过分析飞行器的气动性能，指导优化飞行器的外形设计，降低气动阻力，提高飞行器的整体性能。
2024年计算机仿真市场前景分析
计算机仿真市场前景分析引言计算机仿真技术是近年来快速发展的一项重要技术，它模拟了现实世界的运行机制，为各行各业提供了全新的解决方案。
本文将对计算机仿真市场进行深入的前景分析，探讨其未来的发展潜力。
1. 计算机仿真市场现状计算机仿真市场已经取得了长足的发展。
目前，它在各个领域都有广泛的应用，包括工程、医疗、军事、交通等。
仿真技术可以帮助企业降低成本，提高效率，增加产品质量。
同时，它也为各行各业提供了探索新方案的平台，加速了创新的步伐。
2. 计算机仿真市场的发展趋势2.1 人工智能和机器学习的应用随着人工智能和机器学习等技术的快速发展，计算机仿真将更加智能化和自动化。
通过使用大数据和深度学习等技术，仿真系统可以更准确地模拟现实世界的复杂环境和情境，为决策提供更可靠的依据。
2.2 虚拟现实和增强现实的融合虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术的飞速发展，为计算机仿真市场带来了全新的机遇。
通过将虚拟世界和现实世界进行融合，仿真系统可以更好地模拟各种场景，为用户提供沉浸式的体验，进一步拓宽了应用领域。
2.3 云计算和边缘计算的支持云计算和边缘计算技术的普及将为计算机仿真市场的发展提供强大的支持。
通过将计算任务从本地转移到云端或边缘设备上进行处理，仿真系统可以更好地应对大规模计算和实时需求，提高系统的性能和可靠性。
2.4 跨行业合作的加强计算机仿真市场的发展离不开跨行业的合作。
不同领域的企业和研究机构可以共享数据和经验，共同推动仿真技术的发展和应用。
通过合作，可以加快仿真技术的创新和推广，进一步拓宽市场的应用领域。
3. 计算机仿真市场的挑战与应对策略虽然计算机仿真市场前景广阔，但也面临一些挑战。
其中包括技术门槛高、数据安全和隐私保护等问题。
为了克服这些挑战，我们可以采取以下策略：•加强技术研发和人才培养，提高仿真技术的水平和可靠性；•加强数据安全和隐私保护的研究，建立健全的法律和监管机制；•拓展市场应用，与相关行业进行合作，共同开发新的解决方案；•积极参与国际标准的制定和合作，推动国际市场的发展。
机械设计中的仿真和虚拟样机技术
虚拟样机技术：在计算机上建立产品的三维模型，进行仿真分析和优化设计
作用：提高产品设计效率，减少物理试验成本，优化产品性能
应用领域：广泛应用于汽车、航空、航天、电子、机械等各个行业
与传统设计方法的区别
仿真和虚拟样机技术可以减少物理原型的制作，降低成本
仿真和虚拟样机技术可以提前发现设计中的问题，提高效率
船舶维护：通过虚拟样机技术对船舶进行维护和维修，提高维修效率和准确性
机械装备
汽车行业：仿真和虚拟样机技术用于汽车设计和制造，提高效率和准确性
航空航天行业：仿真和虚拟样机技术用于飞机、火箭等设备的设计和制造，提高安全性和可靠性
船舶行业：仿真和虚拟样机技术用于船舶设计和制造，提高效率和准确性
工程机械行业：仿真和虚拟样机技术用于挖掘机、推土机等设备的设计和制造，提高效率和准确性
仿真和虚拟样机技术人才短缺：需要加强人才培养，提高技术应用水平
仿真和虚拟样机技术的发展趋势和未来展望
6
智能化仿真技术
发展趋势：从传统的手工仿真到智能化仿真
应用领域：机械设计、航空航天、汽车制造等
未来展望：更加智能化、高效化，实现真正的虚拟制造
技术特点：自动化、智能化、高效化
云仿真技术
应用场景：复杂系统仿真、多学科优化设计、实时仿真
虚拟样机技术的优势：可以提高产品设计效率，降低成本，缩短研发周期
仿真和虚拟样机技术的应用场景
3
汽车行业
汽车设计：仿真技术用于优化汽车设计和性能
汽车制造：虚拟样机技术用于模拟生产过程，提高生产效率
汽车测试：仿真和虚拟样机技术用于模拟各种驾驶条件和环境，提高测试效率和安全性
汽车维修：虚拟样机技术用于远程诊断和维修，降低维修成本和时间
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Unit
3D Screen
・3D Glasses ・Headphone
Construction Robot
Hydraulic Servo Valve Drive Unit
Frame Buffer Camera Pan Control A/D D/A
Computer for Slave Side
LAN Cable
精品课件
精品课件
・Stereo Microphone ・Stereo View Camera ・Torque Sensor ・Position Sensor ・Pressure Sensor
Hydraulic Actuators
Computer Image Processing
for Master Side
侧重于产品的加工与制造 ➢ PDM (Product Data Management)
侧重于产品数据管理
精品课件
精品课件
波音777 无纸化设计
波音777是波音公司研 制的双发宽体客机
1990年10月29日正式 起动。
1994年6月12日第1架 波音777首次试飞
精品课件
1995年5月17日波音公司生产出首架波音777， 交付用户美国联合航空公司。是当时世界上最大的双引 擎远距离喷气式飞机。
精品课件
波音777 虚拟制造技术－CATIA
功能 操作性能
虚拟工厂仿真（VFS:Virtual Factory Simulation ）－制造过程
制造性能
精品课件
5、虚拟产品开发的概念
集计算机图形学、人工智能、并行 工程、网络技术、多媒体技术和虚 拟建模技术为一体，以计算机仿真 和产品建模为基础，对产品进行构 思、设计、制造、测试和分析，完 成产品开发的过程。
熊光楞：是一种基于产品的计算机仿真模型的数 字化设计方法，这些数字化模型就是虚拟样机， 能从视觉、听觉、触觉以及功能、性能和行为上 模拟真实产品。
精品课件
4、虚拟样机技术的内容
数字化物理样机（DMU）－装配过程
型态特性 装配特性
功能虚拟样机（FVP:Functional Virtual Prototyping ）－分析过程
精品课件
参考书
以ADAMS软件为蓝 本，较系统地介绍了机械系 统动态仿真技术，并根据作 者实际使用ADAMS的经验和 体会，机械设计和创新设计 的需求，结合大量的实例， 从ADAMS的入门上知识入手， 介绍了虚拟样机的基本概念， ADAMS软件的主要功能和操 作技巧。
精品课件
参考书
本书主要介绍如何用 虚拟样机仿真分析软件ADAMS 进行虚拟样机仿真，重点介绍 ADAMS提供的虚拟样机的仿真 建模工具以及专业模块的应用 （汽车模块、液压模块、控制 模块）。读者对象主要是各高 校的研究生及科研院所、技术 公司、企业技术部门的设计人 员；应用领域包括航空航天、 汽车、机械生产厂、发动机、 液压传动等行业。
虚拟设计：
设计对象：虚拟样机 设计环境：虚拟环境，在计算机上方便进行交互、实
时、可视化的修改，并能马上看到结果。 特点：并行工程，协同工作、异地设计、资源共享、
优势互补，缩短周期 精品课件
参考书
根据作者使用ADAMS的经 验和体会，结合实际的例子 对机械系统动力学分析的建 模、分析、优化以及专用仿 真系统的二次开发等进行了 较详细的阐述。本书可作为 高校“机械系统动力学分析” 课程教材，对从事机械系统 数字化功能样机的建模、求 解、专业化仿真系统二次开 发的工程技术人员具有重要 的实用价值，可作为机电工 程类本科、研究生教学用书。
两种理解：
从计算机图形学的角度：虚拟样机 （VP:Virtual Prototype ）
从生产制造的角度：数字化模型(DMU:Digital Mock-Up )
精品课件
3、虚拟样机技术
美国国防部：使用虚拟样机代替物理样机对设计 方案进行测试和评估的过程
美国UARK大学虚拟样机技术实验室：虚拟样机技 术是在一个人造的四维交互环境中对新的或修改 过的想法、概念、产品、模式或者过程所进行的 设计、仿真和试验。
Joystick
Motion Bed
Tele-Operation construction robot system
精品课件
9、虚拟设计与传统设计
传统设计：
设计对象：物理样机 设计环境：真实环境，以图纸上的线条、线框表述设
计对象 特点：步骤清晰、责任明确，但反复的过程中消耗较
大的人力物力和时间
精品课件
参考书
精品课件
参考书
精品课件
1.2 计算机辅助设计 Computer-Aided
Design
精品课件
在当代，广义的CAD则是指 CAD/CAE/CAM/PDM的高度集成
➢ CAD 侧重于产品的设计与开发 ➢ CAE (Computer Aided Engineer)
侧重于产品的优化与分析 ➢ CAM (Computer Aided Manufacture)
精品课件
6、虚拟产品开发的特点
利用数字化模型进行仿真分析， 提高多目标决策水平，达到全局优化和一 次性开发成功的目的。
数字化方式贯穿产品生命周期 并行工程，网络协同 低成本、短周期、高质量 支持产品的全方位测试、分析与评估
精品课件
8、虚拟现实
虚拟现实技术是多媒体技术广泛应用后兴起的更 高层次的计算机技术，它利用三维图形生成技术、 多传感交互技术以及高分辨显示技术，生成三维 逼真的虚拟环境，用户戴上特殊的头盔、数据手 套等传感设备，或利用键盘、鼠标等输入设备， 便可以进入虚拟空间，成为虚拟环境的一员，进 行实时交互，感知和操作虚拟世界中的各种对象， 从而获得身临其境的感受和体会，达到真实体验 和基于自然技能的人机交互，这样的虚拟环境给 计算机仿真工作者带来莫大的好处。
虚拟样机技术
精品课件
第一章 概述
1.1 基本概念
精品课件
1、样机和虚拟
样机：正式产品投产之前制造的实验机 型，用以评价产品的综合性能。
虚拟
完全的数字化方法 借助于网络通信的分布式工作 基于多媒体技术和虚拟现实技术
精品课件
2、虚拟样机
概念：原型产品的计算机仿真模型,具有一 定的真实功能,并可与物理样机媲美。