数字化仿真技术概念汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇数字化仿真技术概念范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

篇（1）

中图分类号：P631.4+24 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）12-0045-01

一、前言

数字样机技术又叫做虚拟样机技术，是随着计算机技术发展而新起的技术。是对机械产品进行建模装配等的相关技术，企业的发展有着重要作用。

二、数字样机的概念

数字样机（DigitalPrototype）是相对于物理样机的概念，是一个能够考察产品的外形、装配性、可加工性以及功能能特性的三维数字模型。而数字化样机（DigitalPrototyping）是开发和应用数字样机的过程，是在产品开发的数字阶段，使用数字样机进行设计、优化、分析、模拟、数据管理乃至市场宣传的技术解决方案。可以说，由于数字信息化的技术和手段在产品生命周期的各个环节中应用地越来越广泛，数字化样机所带来的价值已经远远超出了原本的产品设计、测试阶段，其影响力已经逐渐扩散到了产品生命周期的各个环节。

数字化样机强调将产品整个生命周期的模型实现数字化，而不仅仅是最终产品的数字化。数字样机贯穿了从产品的概念设计（工业设计）、工程设计（基于三维CAD和二维CAD的双向集成，机电软件混合设计等技术）、工程分析（虚拟仿真）、市场推广（动画和3D广告制作）的全过程。基于实物物理样机的传统设计开发试验研制方法，将在很大程度上被基于数字计算机的三维数字化虚拟样机技术所取代。

目前，关于数字样机尚无统一定义，以下描述仅供参考。

狭义数字样机：从计算机图形学角度出发，认为数字样机是利用虚拟现实技术对产品模型的设计、制造、装配、使用、维护与回收利用等各种属性进行分析与设计，在虚拟环境中逼真地分析与显示产品的全部特征，以替代或精简物理样机。

广义数字样机：从制造的角度出发，认为数字样机是一种基于数字计算机的产品描述，从产品设计、制造、服务、维护直至产品回收整个过程中全部所需功能的实时计算机仿真，通过计算机技术对产品的各种属性进行设计、分析与仿真，以取代或精简物理样机。

我国航空制造业对数字样机作了如下较为完整的描述：

数字样机是对产品的真实化、集成化的虚拟仿真，用于工程设计、干涉检查、机构仿真、产品拆装、加工制造和维护检测等模拟环境，它需要具备集成化造型、可视化、功能检测、产品结构和配置管理等完整的功能，并为数据管理、信息传递和决策过程等三大领域提供方案。它覆盖了产品从概念设计到售后服务的全生命周期，是支持产品设计和工作流程控制、信息传递与共享、决策制定的公共数据平台。

三、数字样机技术特点

1、真实性

数字样机的根本目的是为了取代或精简物理样机，所以数字样机必须在仿真的重要方面具有同物理样机相当或者一致的功能、性能和内在特性，即能够在几何外观、物理特性以及行为特性上与物理样机保持一致。

2、面向产品全生命周期

数字样机是对物理产品全方位的一种计算机仿真，而传统的工程仿真是对产品某个方面进行测试，以获得产品该方面的性能。数字样机是由分布的、不同工具开发的甚至是异构子模型的联合体，主要包括CAD模型、外观模型、功能和性能仿真模型、各种分析模型、使用维护模型以及环境模型。

3、多学科交叉性

复杂产品设计通常涉及机械、控制、电子、流体动力等多个不同领域。要想对这些产品进行能够完整而准确的仿真分析，必须将多个不同学科领域的子系统作为一个整体进行仿真分析，使得数字样机能够满足设计者进行功能验证与性能分析的要求。

4、全面实现数字化

数字样机强调将产品整个生命周期的各个研发环节实现数字化，而不仅仅是最终产品模型的数字化。

5、不需要制造成本

数字样机是根据产品开发过程中所有的技术数据制作完成的，其特点是不需要制造成本，不仅能一直保持最新版本的设计方案，而且所有数据都可以进行保存、回溯和跟踪。利用先进的虚拟仿真技术，可以使用数字样机取代物理样机来进行空气动力学分析、人机工程学研究、碰撞测试与市场调研等工作。

6、绿色环保

由于数字样机不需要用实体材料进行加工制造，所以不会污染环境，自然是“绿色”的了。

四、基于虚拟样机的机械设计方法研究

1、建模技术

虚拟样机建模技术一般分为三个步骤：首先，要建立三维模型。建立三维实体模型是虚拟样机技术得以实现的基础和前提，任何仿真技术都要从三维模型开始。在建立三维模型的过程中，一般会遇到两个难题，一是齿轮、扇叶等机械零件的外形结构复杂，二是约束关系较为复杂，这就要求设计虚拟样机需要依靠专业的三维CAD软件。其次，要为三维模型添加约束。建立三维模型后，需要依靠约束副把它们相互连接起来，从而定义物体间的相对运动。目前比较常用的CAD软件一般都有动力或运动学插件，以实现约束关系与装配关系的映射。此外，还要为三维模型施加驱动。施加驱动的目的是为了让虚拟样机能够按照一定的运动规律来进行运动。

2、协同仿真技术

仿真技术指的是在缺乏实际系统的情况下，实现活动或系统本质的一种技术，是一种以模型为基础的活动，它的基本框架是先建模，然后进行实验，最后再进行分析。而协同仿真技术就是指在复杂产品的仿真过程中，采用多种仿真软件来建立不同的模型，通过各种通讯方法来实现信息的交流，并利用求解器来进行求解，最终完成整个系统的仿真。

当前的仿真技术一般侧重于电子、机械或控制等的单个领域，相互间的联系非常少甚至是根本没有联系，这就很难满足机械设计的要求。现今大多数的机械研发过程需要涉及到机械、电子、液压、控制、以及计算机软件或硬件等多种学科领域，再加上产品本身是由多个子系统和零部件组合而成的，相互之间有着或多或少的联系，单一的仿真技术不能实现对复杂产品的准确完整分析，因此必须采用协同仿真技术来实现对机械设计全过程的分析和评估。

3、协同设计技术

协同设计技术是设计领域的一项新型设计技术，是指在计算机技术的支持和辅助下，所有设计成员对同一个设计项目，各自承担一部分设计任务，并交互进行设计工作，从而得到一个最为符合设计要求的设计方法。协同工作的主要目标就是尽可能地缩短机械产品的研发周期、降低产品成本、提高产品质量，从而提高企业的经济和社会效益，增强企业的竞争力，促进企业实现更好的发展。协同设计一般需要做到以下几点：首先，需要认知同步，建立共享的知识和语义；其次，要共同协商设计方法和策略，一般协同策略分为提案型、层次型、型、以及对等伙伴型四种类型；最后还要规划设计的任务和方法。

4、有限元分析

有限元是一种现代化的设计方法，可以比较准确地分析机械结构件的强度和动态特征。它的主要优点是通用性，可以求解边界条件和结构形状都较为随意的有关力学的问题，是一种比较值得信赖的计算方法，特别是对于虚拟样机而言，是一种必不可少的工具。当前市场上有限元分析的软件多种多样，比较简单方便的例如Cosmos/Works软件。

五、结束语

数字样机技术又叫做虚拟样机技术，是随着计算机技术发展而新起的技术。是对机械产品进行建模装配等的相关技术，企业的发展有着重要作用。

参考文献

[1] 吴菌.数字样机真的是老生常谈吗[J].中国制造业信息化，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.

中图分类号：U412.1+2 文献标识码：A 文章编号：

1.引言

近年来，三维及相关技术得到了讯速发展，过去无法突破的城市复杂性描述、海量信息管理等技术瓶颈相继被攻克，计算机硬件不断提高，以虚拟现实技术、三维展示技术为核心的内容的技术得到快速发展。

三维仿真技术在规划中的应用主要是通过对城市地形、建筑及其它人工设施进行三维地理建模，形成覆盖全市的数字城市立体场景，同时结合虚拟仿真等技术，实现城市的三维可视化管理，是提高城市规划编制技术水平，实现科学规划的有效手段，是推进“数字城市”、“和谐城市”建设，实现公共事务可视化管理的基础保障，可以促进经济社会的全面可持续发展。

2.基本概念和意义

城市三维仿真是城市空间信息在计算机环境中的三维直观表达，是数字城市概念城市规划、建设、管理领域的延伸，同时也是数字城市建设的重要基础内容。城市三维仿真技术在规划中的应用前景主要有以下几个方面：

⑴ 完善韶关市数字化规划控制体系，实现城市规划精细化管理

实现从总规-控规-修规的全面三维数字化控制目标，在以往基于控规的城市规划统一管理平台的基础上进一步细化、深化和优化规划管理工作，使韶关市城市规划管理进入精细化管理阶段。

⑵ 创新规划理念和技术方法，提高规划编制的科学水平

利用三维数字城市、GIS等信息化技术，为规划编制过程中的信息采集、指标分析、方案决策、成果展示等工作提高新方法，实现控规编制的技术方法信息化和过程管理信息化，体现规划编制“科学性”、“过程性”、“动态性”特点。

⑶ 实现城市规划可视化管理，迈入规划管理数字化时代

城市三维仿真技术将全面突破传统二维空间系统诸多限制，建成三维全景数字规划支持系统，为有关领导和管理部门对城市规划、建设、管理的重大问题决策，提供准确、实时的信息支撑及直观、真实的可视化和互动操作环境。

3.工作内容及应用

韶关城市规划三维辅助决策支持系统利用三维仿真技术建立城市三维虚拟环境，在城市规划、建设的各阶段进行城市现状及规划的三维模拟描述，为决策者提供直观、科学、准确的城市规划宏观决策支持，满足规划业务审批管理的应用、成果的展示及规划方案管理和评审的需要。

韶关城市规划三维辅助决策支持系统项目主要包含软件和三维数据建模两方面的工作。项目共投入280万，计划在三年内完成。2011年6月开始进行系统开发和三维建模，2013年5月份，系统主要体系结构开发完成，并完成韶关主建城区三维模型数据生产制作。

（1） 数据建设内容

数据建设主要包括数据标准制定和三维数据建模两部分。

制定数据标准和技术规范是实现系统互联互通、资源共享的重要基础工作，也是后期数据更新、管理、维护的依据。数据标准建设主要包括：三维数据采集与制作标准、三维数据更新规范。

三维数据建模是系统建设的基础，以及各种应用和分析的依据。初次项目建设覆盖范围为主城区50平方公里的基础模型建设工作（建筑物约有30平方公里）：其中包括约15平方公里的精细模型、10平方公里的标准模型、50平方公里的地形及市政配件模型。

（2）系统特色及基础功能

体现三维场景的美观和真实性；是一套安全、可靠、稳定，功能强大的系统。在应用于实际规划工作中，发挥辅助决策作用，系统的布局合理、操作简便。可进行场景浏览漫游、重点导航、路径导航、图层控制、场景输出等。三维数据应用广泛，可广泛应用于规划、市政、城管、公安、交通、旅游、房产等行业领域。

（3）城市规划辅助决策

提供直观的三维可视化环境；提供多种空间数据、规划专题数据的叠加分析功能；三维辅助设计、建筑信息查询。规划地块查询、用地红线查询、空间量测、地形分析、规划辅助分析。方案比对、日照分析、控高分析，视域分析、通视分析、指标分析，三维标注、图形绘制、路网绘制、规划元素库、三维模型库，管网查看、管网查询、管网统计、管网分析等。4.在城市规划中的应用实例

（1）规划方案对比分析

利用虚拟的三维场景，使城市的规划工作不在于仅仅建立在平面图上做规划，三维的场景模型使规划变得更简单直观。一般人都能参与到城市的规划中去。如某个小区的三旧改造工程，通过三维仿真模型，规划前后的场景就一目了然了，为设计者提供了思路。规划前后的场景如图1所示：

图1

（2）日照分析的功能

在城市建筑规划设计时，日照分析是必不可少的一个环节。通过对待规划建筑物的高度、形状进行模拟，应用TerraExplorer Pro 提供的接口，在系统中很容易就继续日照分析。如在城市的某个小区旁欲修建一座建筑物，建筑物对小区附近的楼房的日照影响分析情况如图2、3所示：

图2建筑物上午八点钟的日照情况

图3建筑物下午15点钟的日照情况

（3）地下管线信息的查询功能

在旧城区的改造中，决策者需了解地下管线的状况。可以直接三维系统中反应出来，如图4所示：

图4

（4）建筑信息的查询功能

将前期测绘的建筑物数据属性信息输入数据库中，使用户点击具体的建筑物时能够显示其详细的属性信息，在表达上更加直观。如图5所示：

图5

5.结语

三维仿真技术能够促进规划工作从“定性分析”到“定量分析”，从“平面规划”向立体规划“的转变，实现城市规划的精细化、科学化管理。三维仿真技术的应用，明显的提高规划审批的效率和方案设计的科学科学性，避免了传统规划评审采用大量设计文稿的方式，极大提高了设计单位、业主单位和管理单位的沟通效率，协调了与周围建筑群的空间、色彩、材料，有利于体现城市的特点，促进城市的可持续发展。

参考文献：

[1]彭一刚著，建筑空间组合论，北京；建筑工业出版社，2008.

篇（3）

中图分类号：TS664.01 文献标识码：A 文章编号：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

随着用户对家具的个性化要求不断提高，家具制造行业正在发生以下方面的变化：（1）激烈的市场竞争以及数字化生产技术的应用使家具产品的生命周期缩短；（2）传统家具市场逐渐呈饱和趋势，以整体衣柜、整体橱柜为代表的更具选择性的销售行为使家具市场朝着个性化、多样化的方向快速发展；（3）用户售前体验和使用质量已经成为用户购买的首要因素之一；（4）数字化制造可以大大加快产品的开发速度并降低开发风险。

1家具制造行业现状

近年来，自动化的家具制造装备普及应用使我国家具行业有了飞速发展，但是大多数企业仍然以工厂模式设计、生产传统家具，设计环节大部分也只是采用通用CAD软件。与德国等制造业强国相比，我国家具制造业存在的主要问题是：（1）家具产品以低端固定产品为主，缺乏原创性和定制化；（2）劳动力成本和材料价格上升等原因致使成本增加，传统家具企业竞争优势正在减弱，一大批小型家具企业面临倒闭。这些问题促使家具行业与其他相关产业相互渗透、交叉、重组，行业融合有深入发展趋势。当前，以“互联网+家具”的数字化家具设计与制造模式处于萌芽期，发展潜力巨大。与此同时，政府扶持下的产学研一体化进程加快，互联网制造和产品虚拟化设计受到空前重视。

如何能在高质量低成本的基础上缩短家具产品的生命周期，开发出具有市场竞争力的产品，是家具制造企业普遍面临的问题。企业能否根据用户的个性需求快速地设计制造出定制产品，已经成为企业能否占领市场、发展壮大的关键。数字仿真技术支撑下的快速设计方法，用户个性定制支撑下的快速设计理念将成为家具行业未来设计发展的主要方向。

2 定制化家具产品设计方法

传统的家具生产中，卖方主导市场，生产出标准产品供用户选择，消费者对商品没有选择的主动权，卖方只关心产品数量，很少考虑市场的个性化需求。传统的家具产品设计流程如图1所示。

在经融危机、劳动力成本上升、传统家具市场逐步饱和等因素的冲击下，家具制造企业必须转型升级。同时，面对消费者不断变化的个性化需求，制造过程需要不断缩短产品生命周期，降低生产成本，更加直接的面对用户需求设计家具产品。此时，更高效的家具产品设计流程如图2所示。

上述对比可知，数字化定制设计来源除了概念设计（分析用户需求生成概念产品的设计活动）外还有变形设计（修改参数或局部调整结构的设计活动）。与传统的概念设计相比，现在的概念设计来源不单单是用户需求下的重新设计，而是家具产品标准件、常用件标准库支撑下的组合设计，其设计效率更高。新增的变形设计则是根据用户的实际需求，对已有的可进行生产制造的产品模型进行合理改动并快速生成，新产品的设计周期更短。在庞大的由标准件库、常用件库、可变型制造的产品模型库组成的数据库支撑下，产品的开发设计时间会大幅缩短。同时，概念设计中补充进来的新数据将进一步的扩充标准数据库，从而促进后续的开发设计，使整个开发设计形成良性循环。

此外，与传统的基于通用CAD的家具产品设计流程相比更高效的家具产品设计流程中多了通过建立虚拟产品模型（样机），并对其做仿真测试与实验的步骤。一方面，设计人员通过虚拟家具产品能够更好的模拟其生产出来的效果，提升用户的售前体验，评估是否满足购买需求；另一方面，设计人员通过虚拟产品能够发现可能遇到的设计缺陷、制造缺陷等。

家具产品的虚拟设计可通过搭建家具产品数字仿真平台来实现。

3 数字化仿真平台研究

数字仿真技术，就是在数字化参数下运用一个虚拟的系统模拟真实系统的技术。数字仿真技术已经成功应用在航空航天、信息、生物、材料等领域，并在产品研制的全生命周期中得到广泛的使用。在家具设计领域，该技术尤其是在家具组建库的建立以及三维渲染效果方面有待进一步探索。图3给出了家具产品数字仿真平台的整体研究架构。

数字化仿真平台的研究构架中，通过基础项目的研究，完成各项数字化支撑技术进而开发出各类工具，最终完成整个平台的搭建。在虚拟现实技术VR（Virtual Reality）等设备的支持下，以家具行业工艺和知识库为基础，通过相关学科的优化算法来研究家具三维数据下的动态工艺生成、三维渲染、拆单排样等技术。并以三维引擎为核心研究仿真元模型建模技术、模板定制技术、组件模型装配技术、模型资源库中的家具产品分类标准技术。这些技术的互动则是通过虚拟交互动作规则与虚拟交互产品行为算法来实现的。在这些支撑技术的基础上，开发相应的管理工具、模型建模、装配仿真工具以及配套的数据Web交互系统和接口。

以下5点是建立数字仿真平台的关键：（1）三维数据引擎。平台主要是面向设计与虚拟交互，其中存在大量的三维图像实时互动，这对系统的三维数据引擎提出了较高的要求。三维数据引擎作为底层开发工具支撑着高层的图形软件开发，它包含了基本图形的通用算法和工具的封装。三维引擎还包括仿真图形的三维渲染算法，使得用户能够观测到逼真的设计效果图。（2）零件族模型的信息模型描述。产品建模是变型设计的必要手段，而建模的核心任务是建立能够变型的产品和零件族模型。而零件族模型的变型能力（尺寸变型能力和局部结构变形能力）与所建立的信息模型描述息息相关。因此，零件族模型的信息模型即其数据结构的确定非常重要。（3）设计过程中的数据层次结构的建立与维护的算法。在产品设计过程中，需要确定一种数据结构类型来描述组件间的层次关系，并确定相关实现算法。（4）产品设计中的基于约束的选配算法。大批量定制设计是根据产品主体结构、零部件主模型和文档来进行，根据产品特性可将所要选配的模块分为：基础模块、必选模块和可选模块。在选配时，已被选配的模块可能对后者选配时有约束作用，因此需借助于关联矩阵，构建基于属性约束的选配算法。（5）产品设计中的装配建模技术。目前比较典型的装配方法有两种：自底向上和自顶向下的建模方法。但在大批量的定制设计中，装配的自动化程度决定了装配建模的速度，采取上述方法进行装配建模不能满足设计要求，因此需要研究基于特征约束的预定义的装配方式。

4 平台实现

定制家具数字化设计与仿真平台（图4）采用Visual Studio 2010环境开发，基于OpenGL三维图形引擎。平台构建了板式家具零件族模型和组建库，并建立了模型组件间的形变关系约束与装配参数约束，平台能够根据设定的家具外形尺寸自动生成组建尺寸和加工工艺，目前已经初步应用于衣柜等板式定制家具产品的仿真设计。

5结语

家具产品数字仿真平台革新了企业的产品设计和生产方式。一方面，在三维建模环境中，由家具行业标准件库、常用件库支撑的概念设计能有效的缩短家具产品的设计周期，平台能直接根据用户个性定制的需求完成家具产品的变形设计；另一方面，数字化设计平台能够与企业的自动化生产线进行对接，从而实现设计数据驱动生产的定制家具制造执行系统。平台有效提升了定制型家具企业的产品设计效率，显著缩短家具产品的生命周期，降低企业的生产成本，通过数字化的方式控制生产，还有效的降低了出错率。

参考文献

[1]董媛媛，刘文金.家具产品生命周期的细分与设计策略[J].家具与室内装饰，2007 （3）：30-31.

[2]蒋松林，陈祖建，何晓琴.基于消费者价值的家具产品设计策略[J].家具与室内装饰，2010（10）：11-13.

篇（4）

中图分类号：V2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（b）-0092-02

科学技术的发展带动了民用飞机产业的迅速发展。目前，飞机的制造过程实际就是利用先进的科学技术建立数学模型、进行设计仿真、设计定义产品，再根据设计模型进行数据定义，加工处理等，从而构建出真实的飞机实物产品。近来几年，数字化设计技术在民用飞机制造业中已得到广泛应用，根据飞机行业中日益加剧的行业竞争可以了解，若想民用飞机在设计制造中处于先导地位，就需要建立数字化的应用设计平台，建设满足适合飞机研制需求的数字化环境。该文中笔者介绍了民用飞机制造设计数字化的概念，采用先进的制造设计技术和数字化的管理理念，根据自身发展特点，制造有竞争的产品，提高了企业的竞争意识。

1 数字化设计与制造的定义

数字化设计与制造是在虚拟显示、计算机网络、快速原形、数据库和多媒体支撑技术的支持下，根据用户的需求，迅速收集资源信息，对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真和原形制造，进而快速生产出达到用户要求性能的产品的整个制造过程。其实际就是建立数字化的设计空间模型，从而完成产品的设计制造工作。在民用飞机行业的设计制造中，将计算机技术、制造设计技术、信息管理技术不断融合发展，建立数字化的环境是现代行业发展的必然趋势。

民航企业采用数字化设计技术提高发展竞争力，结合计算机技术，在网络信息的基础之上，利用数据库的广泛应用平台，实现了飞机的制造设计。在激烈的竞争环境下，在民用飞机行业的发展中力求搭建以科学技术为主体，以提高飞机设计、制造、管理、售后服务需求为目标的综合全面的数字化管理流程，建立数字化的设计制造体系，从而使民航企业在发展中实现真正意义上的数字化。

2 数字化技术在飞机制造中的问题分析

2.1 数字化设计与模拟仿真在应用中的问题

数字化设计与模拟仿真在飞机开发研究中需要从产品开发设计时就着手使用，同时要贯穿整个工作流程，如工艺规划、设计及工装设计等过程。但是目前发现许多运用时间的错误问题，在飞机的研制过程中出现了产品之间、工装产品间的协调作业，忽略了在设计初期采用数字化设计与仿真的重要性，从而诱导了该状况的发生。

同时，在数字化设计与仿真的应用中也存在参与人员的问题。对于数字化设计与模拟仿真的工作人员存在局限性，不应该只将工艺设计人员作为限定目标，要扩大人员应用范围，实现设计人员与现场作业工人的全面参与，提高数字化技术的实用效果。

目前，在民用飞机的研制技术中，国外一般采用产品设计、工装设计、工艺设计人员集中协调合作方式的工作流程，在改善工作方式的同时还节约了飞机研制时间。在国内飞机行业的发展中，要改善合作方式中的问题，从国外发展中汲取经验优点，为自身行业的快速完善发展奠定坚实的基础。另外，数字化设计与仿真技术本身也存在一定的缺陷。

目前，民用飞机使用的是索尼公司生产的DELMIA软件，它本身就存在技术上的缺陷，如，它无法真正实现重力仿真，在仿真中三维软件都是悬空存在的；在模拟仿真时，不能客观的反映钣金器件的柔韧性。所以，在采用DELMIA软件仿真后，仍要对存在的缺陷进行分析判断，减少设计中的误差错误。

在数字化设计与仿真技术的应用中缺乏统一的标准要求，只是根据工作人员的工作经验及产品的详细程度来判定仿真细节，结果参差不齐，影响了模拟验证的权威性。所以，要制定标准的规范体制，按照标准，从建模开始，统一执行。

2.2 数字化设计与仿真使用系统中的问题

数字化设计与仿真的使用系统面向的用户面比较广泛且个体之间差异较大，容易造成使用效果间的差异化。所以，在扩大数字化技术应用系统使用范围的同时，要合理设计系统界面，安排适当的工作培训，提高数字化设计制造系统的全面性、实用性。

2.3 缺少对现场生产数据的及时采集和反馈

现场数据的采集与反馈可以为工作的开展提供便利的条件，可以实现生产进程的实时监控，制定合理的生产计划，合理安排生产进度。但是，目前民用飞机的应用系统中缺乏该种功能，不能很好的实现作业完工进程的数据采集。

数字化的管理系统软件还没得到普及应用，一般民航企业都存在纸质的数据报表，缺乏对产品测量数据进行统一的采集分析。目前很多测量设备均可直接生产表格，将其输入应用系统，可以实现数据的永久保存、为今后有效的控制质量及安排生产具有一定的指导意义。

3 数字化设计与制造的特点分析

传统的设计研制方法主要包括概念设计、初步设计、生产设计三个阶段，并且各个阶段都需要设计绘制模型，工作人员按照制作的样机对飞机及内部配置进行准确详细的设计，主要表现为串行模式。然而在数字化的设计与制造环境下，模线的绘制以及实物样机均可由数字化的形式及样机取代，表现为并行模式的研制过程，促进了各学科之间的交错融合，将业务过程作为工作核心，实现了跨地域、多企业化的动态研制。利用连通的互联网信息使分散的制造商之间加强了技术的沟通交流，互相协调合作，交换相关产品的设计，实现民用飞机设计制造中数据、人员设备及时间等资源的共享。

随着数字化科学技术的快速发展，各行业中实现了数字化与先进技术的融合交错。在民用飞机的发展制造过程中同样存在这种融合技术，它充分发挥了当前先进科学技术的优势，改善了企业的整体经济效益。

4 数字化设计技术在民用飞机设计制造中的发展构想

4.1 加深对数字化设计仿真技术的开发应用

在民用飞机的开发研究过程中引入数字化设计仿真技术。从产品的设计研制工作开始，利用并行的工作运行模式，使各部门设计人员相互合作，利用数字化的工作设计研究平台，提升产品的开发研制质量。同时要建立相互集成的软件系统平台。单一的DELMIA软件只能将可视化的设计信息表现为信息孤岛。如果在产品研制过程中，利用相互集成的系统不仅可以改观这一情况，还能够将DELMIA软件与PDM软件相互集成，通过直接的保存与调用，可实现数字资料的及时性和有效性；将DELMIA与CAPP相互集成，可以实现较强的文本处理功能，提高了系统的实用性。

4.2 建立数字化的组织管理体系

采用数字化的系统组织管理平台，利用新型的管理方式，设置专业的管理团队，全面有效的利用各部门间的资源投资；采用产业链条的结构形式利用数字化的信息平台技术实现各企业间的连通协作，实现全球范围内供应商的管理工作；在产品的设计研制过程中，要适时地对项目工作进行监督审查，改变传统的管理模式，实现制造商与使用商在项目实施初期的良好沟通，组成专业的项目管理小组，及时解决项目实施中的问题，为飞机的技术研制提供良好的技术支持，缩短工程周期，提高工作效率，利用低价的成本实现高额的经济效益。

4.3 提高系统的实用价值

民航企业面向的客户比较广泛且不同客户对工艺文件的格式与审签流程也不尽相同，根据这一情况，民航企业在产品设计开发时要采用灵活的应用系统软件，实现文件格式及审签工作的自定义化，从而满足广大客户的需求；在管理系统中实现物料资源的条码管理，降低资源的劳动力度，尽量避免人工操作带来的错误；同时要设置人性化的管理界面，实现人人可以上手操作，使系统的功能特点得到充分发挥。

4.4 根据工作性质，设置不同的数字化网页

全球范围的飞机设计与制造人员表现为一种分布式的协作关系，数字化的信息平台根据关系等级的不同，分别授予不同的操作权限，分属于不同的操作设计界面，实现相关的设计制造，对虚拟机进行数字化操控，实现飞机设计研发的改进。截止目前为止，我国在飞机设计与制造业的发展中均实现了自身的特色发展，例如，沈飞的钛合金结构及成飞的铝合金等。对机制造发展的目标是在科学技术的发展基础上，建立一个虚拟化的数字化设计制造平台，使飞机制造商之间通过网络信息平台实现完美的相互协作、技术沟通交流等工作。同时，制造厂商也可以不受地理区域的限制，利用自身的权限主动访问虚拟飞机。同样作为合作伙伴的供应商也享有一定的权限，利用数字化信息平台，实现各企业的信息资源共享。利用数字化开放式的信息技术平台，可以有效及时的满足合作伙伴的资源需求，提升了工作进程及工作效率。

4.5 民用飞机适航要求下的数字化设计技术研制平台

民用飞机的研制开发要满足适航管理的要求，在保障安全的同时也要维护大众的整体利益。在信息技术及资源共享的技术环境下，改变传统的研制模式，建立数字化的设计研制平台，为民航企业在制造业的发展中获得了良好的竞争力。

同时，在利用数字化设计平台的发展中也要实现现有资源的充分利用，综合联系未来发展因素，实现清晰明了的数字化设计平台的层次结构。在基于WEB的发展环境要求下，结合WEB的特点，实现企业间的合作联系，建立一个系统的数字化研制平台，建立全面的数据资源结构，将数据按要求分类、分别管理、进行实时监控与审查全面提高信息资源的管理力度。综合考虑项目中的各个工作环节，确保数字化研制平台的全面参与。

4.6 以优质的服务质量赢得发展市场

在世界经济发展环境的影响下，各企业的发展都存在一定程度上的不确定性。为了稳定企业在发展中的坚固地位，力求建立全能的公司企业。在民航企业的发展中，辅助服务市场在民用飞机市场的发展中占有很大比重，拥有广阔的发展前景。所以，在民航企业发展中，要建立健全的服务体系和完善的服务流程结构，以此提高民航企业在发展中的竞争力。优质的服务质量是赢得市场发展的前提，所以，售前要做到优质的服务质量，售后要做到细致入微。做到专业迅速，及时处理解决服务问题，工作人员要尽自身最大限度降低产品给客户带来的损失。

5 数字化设计技术在民航企业制造业中发展的预期效果

目前，三维数字化设计技术已经开始应用在民用飞机设计制造业中。数字化的设计技术减轻了设计工程师的工作负担、提高了工作效率，利用仿真得到的真实模型，方便了工程师对后期工作的处理设计，提高了工作质量；利用数字化的样机结构，实现了零件结构及系统之间的协调设计，同时改变传统的设计制造模式，缩短了研制周期，降低了费用成本。数字化设计技术为民用飞机设计制造资源计划系统的实施提供了便利条件，为资源计划的实施提供了实时准确的动态数据。在激烈的社会经济竞争环境下，由于网络资源的扩展，供应链也逐渐形成了一种新的网链模式，利用数字化的设计技术提高了供应商之间的运作效率。从数字化的真实模型可以了解客户的需求，加强了客户与制造商的互动联系，根据用户需求，制造设计出符合客户要求的产品，提高客户的满意程度。

6 结语

在航空制造业的发展中竞争力的提高主要受时间、成本、质量及服务四个因素的影响，并且它们已成为航空航天领域各企业发展的追求目标。数字化的设计与制造技术为航空制造业的发展带来了革命性的机遇与挑战，在高规格的质量要求下缩短了研制周期、在低成本的基础上提高了产品质量，达到了客户的满意程度，加快了企业发展的进程。在利用数字化的设计技术的同时，还要综合采用系统的数字管理体系，对民航企业进行整体的技术变革，领导者要高瞻远瞩，建立专业的工作团队，从而全面提高企业在行业中的竞争力。

参考文献

[1] 奚青伟，肖龙，彭杰.飞机数字化装配技术的应用与研究[J].经济技术协作信息，2011（35）：87.

[2] 周群，吕福成.飞机制造中数字化标准工装的定义与应用[J].中国科技纵横，2011（13）：112.

[3] 孟飙.飞机数字化装配制造过程供应链管控的重要性[J].航空制造技术，2010（23）：101-103.

[4] 张国义，曹晓东.应用WSN技术提高飞机部件数字化装配制造水平[J].航空制造技术，2011（9）.

[5] 刘光伟，万世明，何万飞，等.模具数字化设计制造技术：论航空钣金模具数字化设计制造技术的发展[J].航空制造技术，2009（20）：40-47.

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1关于数字化设计技术

数字化设计是随着计算机在各个行业应用和辅助下而诞生的一门新型技术，因此，数字化设计技术的核心和发展，其实是以计算机信息处理技术在数字领域的升级与应用为依托（如压缩与编码）。CAD（计算机辅助设计）就是最早应用在设计与制造行业中的数字化技术，而且涵盖非常广泛，有效推动了设计技术的应用与升级，也在很大程度上拓宽了数字化设计技术的应用领域。[1]数字化设计技术的关键是以打造呈现产品形态的信息平台为基准，借此生成以计算机为核心的数字化模型，然后再将其渗透到产品开发的各个环节，从而实现不需要再借助实物模型就可以完成产品开发的目标。其核心优势主要体现在如下几个方面。

1.1优化设计的实用性与消解缺陷

不同的设计环节，会对产品生出不一样的定义，具有很大的不确定性；而且各个类型的定义模块在彼此转化时，非常容易造成数据的流失。这就造成数字化设计会形成定义产品的单一模型，但这种单一性会随着信息密集程度的改变而导致产品模型也随之发生转化，如全信息化模型和集成类产品模型的差别。对数字化设计而言，这其实是一种有效的技术辅助，从而让设计更具针对性与有效性。但同时，因为数字化设计的概念还是过于抽象，所以会在制造环节存有不足之处,需要反复修改和测试。这会加大成本的耗损，并拉长了产品上市的时间。为此，需要在制造实物模型之前，先进行大量且有效的仿真分析与测试，不断消解设计缺陷。

1.2优化数字化设计合作

对于所有的设计工作者而言，一个产品项目的设计与开发，必须结合不同小组的特色与优势来进行科学化的分工协作。唯有这样，才能实现技术优势的全面整合，共同搭建出更加完善和具有可行性的数字化制造模型，以此提高设计和开发的效率。

1.3减少对实物模型的依赖

数字化技术的应用，让设计越来越脱离了对实物模型的依赖，并且可以通过仿真技术的不断测试和分析，将设计中存在的缺陷尽可能地剔除，从而达到制作出与设计要求最匹配的实物模型。这将大大缩减产品的开发成本，提高设计的成功率与效率。

2数字化设计技术在农业机械设计中的应用

2.1行业竞争推动数字化技术的普及

随着社会的进步与发展，农业机械设计越来越希望让消费者具备更多的选择性。因此应用创新和减少故障发生率，成为优化农业机械产品设计的必经之路。为了降低常见故障的发生，在设计时就必须采取相应的改进方法，并提前进行仿真推演与测试，一旦验证了改进方法的有效性，就能将制造与生产环节的成本纳入可控范围，极大地增强了企业在同类农业机械产品中的竞争力。于是更多的农业机械制造企业为了赢得市场，就会加大在设计环节的创新投入来获取消费者的认可。农业机械行业采用以数字化技术为支撑的决策模式，相继开发出了知识型数据库，进一步加大了整个行业对数字化设计技术的应用程度。

2.2在普及中优化了虚拟化现实技术

数字化技术应用的普及和升级，加快了农业机械产品设计向虚拟化现实技术的转化，并通过融入和吸收诸如多媒体与3D图形新形态，让设计者在进行产品设计时拥有了更为真实的多维体验，也让用户能对产品的性能有了更具体的视觉感受，极大地优化了产品性能和提高了上市成功的概率。特别对于农业机械这种相对复杂的产品，设计意图与应用效果之间会存在很大的差距。虚拟化现实技术的出现，不仅有效解决了农业机械的设计与应用两个环节无法实现无缝对接的难题,而且优化了针对农业机械的设计周期长、内部结构复杂等问题的处理办法，让农业机械的产品性能通过模拟性应用来进行验证，然后再根据验证情况着手进行改进。在设计目标完成后，便可让目标用户来对产品结构和性能进行模拟应用评估，并从他们口中得到最有效的反馈建议，使产品在上市后就能获得用户的极大认可。目前农业机械设计，首先是借助CAD系统形成模型，再将其导入虚拟环境中，以此提高设计的可视化程度。其次是利用VR-CAD（虚拟现实-计算机辅助设计）系统帮助设计者在虚拟化的环境中进行设计。但我国在虚拟化技术层面的研究还处于相对滞后的阶段，仍需对更为系统和完善的研究理论与应用方案进行深入探索。

2.3加强数字化设计的协同性

农业机械生产企业既要参与市场竞争，同时又要实现跨企业的协同合作，以满足客户越来越个性化的定制需求。因此协同化设计同样成为农机企业生存与发展的重要经营手段，并可能成为整个行业创新发展的重要方向。为了从浩瀚的技术信息与零件资源中找到有效的资讯，就必须对搜索技术加以优化。比如某个服务器存储了上百万的零件信息，而且还在不断成级数增加。农机企业在进行新产品设计时，就要对需要的零部件的参数和性能进行搜索，并且探讨怎样才能匹配到有效的供应商客户端。随着数字化设计技术在农业机械领域应用影响的不断扩大，设计者、供应商与制造商之间，必须在设计端就要开展深入的协同合作，才能借助各自的资源与软件技术优势，实现新型农业机械产品的不断升级，并从设计和制造两个环节不断提升产品的国际竞争力和生产效率，并确保达到最佳的制造品质。

3农业机械数字化设计技术的创新之处

农业机械本身属于制造业的范畴，产品种类齐全且复杂，优势是国内外的市场需求体量非常巨大。近年来，我国企业将数字化技术应用于大型农业机械的研究与开发，其力度越来越大。通过引进更多的工程技术和仿真技术来对产品性能进行设计和检测，希望能借此不断优化产品结构和性能。对今后的研发趋势应多关注如下几个重点。

3.1强化产品的创新思维

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中图分类号：G710 文献标识码：A 文章编号：1003-2851（2012）04-0236-03

一、虚拟现实技术的介绍

1.什么是虚拟现实技术

随着计算机技术的不断发展，虚拟现实技术成为近年来计算机软件技术的一项新兴技术。由于虚拟现实技术的直观性很强，能在电脑上进行模拟仿真，比平面图像更能说明问题，并且更具有经济性，即省时间由省人力，能够广泛的为各个领域所运用。可以说虚拟现实技术给社会发展带来的便捷将使其能够大显其道，虚拟现实技术的运用也是近年来的发展方向。

虚拟现实技术按照维度虚拟程度的不同分为三维虚拟技术和全维度虚拟技术。全维度虚拟技术是目前国外在虚拟仿真领域的研究，其研究内容是使虚拟技术完全脱离三位维度而向一个全立体虚拟环境发展。中国目前运用最为广泛的是三维虚拟技术。而三维虚拟技术的运用正是本文重点论述的内容。

三维虚拟技术属于三维图形技术行列。三维图形技术分为两大类，一是三维虚拟技术；二是三维动画技术，两者都用于模拟真实世界和想象世界。由于两者的应用原理不同，其应用领域也大不相同。

三维动画技术采用的是传统的计算机动画，采用关键帧的方式制作，先进行三维预渲染，得到了完整的三维动画视频之后利用播放器将动画播放出来，所以三维动画技术被广泛运用于电影、广告等预先设计好的演示。

在此我将重点论述三维虚拟技术在城市规划领域的应用和研究，之所以以此作为论题是由于三维虚拟技术在城市规划上的应用最为广泛，随着时代的不断进步，社会对城市建设、城市规划的要求越来越高。网络社会的概念不断加强，三维虚拟技术能够更好更便捷的为我们城市规划建设服务。这种技术适应了社会现代化的要求，使虚拟仿真技术很好地运用在城市规划设计上，为我们的城市建设工作更加省时省力并且能更加全方位思考。在计算机平台上进行虚拟操作可以从各个方位多个角度思考规划方案，能从早期发现问题解决问题。

由于三维虚拟技术的虚拟仿真性，使其更多运用在城市规划建设的工作中。这一技术的扩充性和延展性很强，通过我们的不断研究能使其在城市建设领域以及城市建设的其他领域起到的作用不断加大，为城市建设事业带来更多收获。

2.三维虚拟技术的发展历程

三维虚拟技术属三维行业领域。三维行业在中国的起步时间是上世纪九十年代。自98年看是到现今其经历了一个扩张时期，这是三维行业在中国市场大放异彩。目前在中国的三维行业可以分为以下几个分支：1、电影、广告；2、游戏；3、电视包装；4、城市建筑，其中以城市建筑领域的运用最早也最为广泛。

最早的三维技术实现平台是由美国的Autodesk公司开发的3d Studio Max软件。此软件是一款基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。早期的三维技术在中国建筑领域的运用由于技术原因有很大的局限性，三维技术只能实现建筑效果图的绘制以及部分简单的跑相机似的建筑动画。随着3D技术的不断完善以及日益多元化的创作手段的出现，三维技术在建筑业所起的作用也日益增强。目前实现三维技术的主流软件主要有：3ds Max、Maya、Softimage/XSI、Lightwave3D、Cinema4D、PRO-E、Rhino（Rhinoceros犀牛）等。由于三维技术的日益完善以及它所带来的强大的经济效应，三维虚拟技术的概念也日渐成熟。

三维虚拟技术是三维动画技术的一种，与三维动画技术的区别在于三维虚拟技术还具备三维动画技术所没有的实时性和交互性。三维虚拟技术是虚拟仿真技术的一种，是局限在三维空间之下的一种虚拟仿真，而虚拟仿真技术的另一种全维度虚拟仿真也被称之为虚拟现实技术。这种技术出现在20世纪末期，它的出现引起了人们的广泛关注。目前国外正在对此领域进行深入研究，我将在国外研究部分做出论述。

3.国内在虚拟仿真领域的研究以及存在问题

三维虚拟技术目前在建筑领域的运用有城市漫游动画、建筑漫游动画、房地产漫游动画、小区浏览动画、楼盘漫游动画、三维虚拟样板房、楼盘3D动画宣传片、地产工程投标动画、建筑概念动画、房地产电子楼书、房地产虚拟现实等动画制作。

三维虚拟技术在我国城市规划、城市建设的发展前景是不可估量的。由于三维虚拟技术的不断发展，它既能带给观赏者身临其境的感觉；又能模拟尚未实现或准备实施的项目的完成效果。从单一的几何模型到复杂的动态形象，不论是道路、桥梁、隧道、立交桥、街景、夜景、景点、市政规划、乡村规划、乡村形象展示、数字化乡村、虚拟乡村、乡村数字化工程、园区规划、场馆建设、机场、车站、公园、广场、报亭、邮局、银行、医院、数字校园建设等都可以通过三维虚拟技术得以实现。

由三维虚拟技术和现代信息科学技术带给中国经济的发展空间正在不断壮大；由它们所带来的科技化、信息化、智能化的城市虚拟空间将成为21世纪的信息主流源。

二、虚拟现实技术在城市规划领域的应用

1.城市规划简述

城市规划指的是一个城市在一段时期内的发展计划的设定，它研究的是一个城市在未来的一个发展动向，这其中包含了对城市地区的合理布局、城市的各项工程建设的合理部署。它是城市建设和城市管理的重要组成部分，也是城市建设和城市管理的重要依据。一个城市的三个重要管理阶段是:城市规划、城市建设和城市运行，而城市规划则是三个管理阶段中的龙头。

2.城市规划领域使用三维虚拟技术的必要性

在这个以知识经济为核心的信息时代，计算机科学技术已成为全世界公认的本世纪最主要和最核心的科学技术，它已渗透到社会生活的各个方面，影响和改变着人类的思维模式和行为模式。它在城市规划和城市建筑领域的作用更是不容小觑，随着网络技术的不断发展与成熟，计算机辅助设计技术在建筑行业中的应用得到了进一步普及。

在城市规划领域使用三维虚拟技术的必要性将从两个方面进行：①是从城市规划建设方面来看对三维虚拟术应用的必要；②是从城市规划管理方面来看对三维虚拟技术应用的必要。

①是从城市规划建设方面来看对三维虚拟技术应用的必要首先，我们必须要了解城市规划建设在设计上的设计内容。城市建设设计内容主要有：城市宏观设计、城市中观设计、城市微观设计三个层次。

城市的宏观设计指的是对城市的格局和形态的设计，具体为城市的整体分布、城市的功能组团、环境保护、土地利用等。在设计上更加注重城市的关键性特征和自然景观构成。在进行城市宏观设计时，评估的重点是看能否创造高素质城市环境和优美的城市视野，以此来鉴定城市宏观设计的成功与否。

城市中观设计是指设计城市空间与城市建筑之间的关系；具体内容有：用地布局、建筑设计、地标物建设、街道分等等，也就是城市的连接度与整体性、城市的体量与高度的设计。城市中观设计的内容与宏观设计的内容相辅相成，是中观设计更加注重城市的视觉质量、人工建造物的城市角度和适宜度、城市整体轮廓与体量的协调、具体环境的设计与美化等。

在计算机运用上要解决城市建设视景的要求就必须要能再计算机上感官看见以上所说的宏观、中观、微观三个层次的内容，具体而言就是：一是三维地形的显现；二是城市密度、容积率的显现；三是大面积三维建筑的显现。四是能速重绘画面进行实时仿真。而针对以上的要求，三维虚拟仿真技术都能够一一实现，文章在前面具体分析了三维虚拟技术的技术性能。并且可以看出，目前来看运用三维虚拟技术进行城市规划设计适应了时代性和科技性的趋势。

下面我们看看三维虚拟技术在城市规划建设上的具体应用。

三维虚拟技术在城市规划建设上的具体应用按地形而分可以归为三类：一是局部地区城市设计研究；二是大范围城市问题研究；三是区域规划研究。

一是局部地区城市设计研究

城市设计的核心是研究建筑形体和空间要素之间的关系协调，从对城市的环境表现、具体建筑形体刻画、整体模型处理和后续功能研发等方面来看运用三维虚拟仿真技术在制作时再合适不过了。

我们针对城市商务中心区的设计研究来具体说明问题，城市商务中心区设计是属于典型的城市局部地区设计，由于范围不大，我们在选择计算机种类时可以选择中高档PC机进行制作。

然后，我们再根据现有照片、地形原有的平面、立面等图纸资料进行交通设施、环境小品的建模，在三维虚拟技术环境下能够高仿真建模，并且设置VEGA的漫游环境、添加动态模型等工作，最后将制作出的模型文件调入VEGA完成漫游。

二是大范围城市问题研究

以新城区建设为例，新城区的建设规划范围更加广泛，在建立三维仿真时重点应在规划功能的设计开发上。

针对新城区三维仿真的主要功能应该有：方案替换、模型修改（ 高度修改、位置调整等）、矢量规划数据叠加分析、日照阴影分析。其中还包括目前的仿真软件无法实现在漫游过程中的动态阴影的实现。

值得庆幸的是目前国内的以遥感为基础的仿真软件弥补了技术上的不足，运用此软件不仅可以实现在固定观测点上表现建筑在不同时间阴影变化的功能，而且也能够实现地理属性查询。

三是区域规划研究

在进行区域规划的仿真时我们将遥感应用和三维仿真技术结合运用，这样我们就可以实现建立以卫星影像为数据的城区漫游，在数字高程模型的基础上进行区域地区漫游的制作，这样既不影响对区域原有面貌的观看，又能再此基础上进行区域建设和改造，并且能实时对比，运作时即高效又准确，这样的技术结合给我们的城市规划提供了直观而又客观的分析手段。

②是从城市规划管理方面来看对三维虚拟技术应用的必要

三维虚拟技术已经运用到城市建设的方方面面，城市规划作为可视化技术需求最为迫切的领域之一,虚拟现实技术在其诸多方面有着广泛的应用和发展前景，三维虚拟技术提供了非常直观、准确、现时性强的城市规划资料，这为城市建设发展、提高城市管理水平、提升城市规划设计提供了强而有力的依据。

可以说，在城市规划领域对三维虚拟技术的应用是时代的召唤、是技术的支持，三维虚拟技术是城市建设所必不可少的关键性技术。

三、从上海世博会对虚拟现实技术的运用来看未来虚拟现实技术在城市规划领域的发展

1.上海世博会网上世博简介

2010年的上海世博会区别于往届世博会的最大不同就是此次上海世博会运用了虚拟现实技术实现了网络同步的网上世博会。通过2008年中国北京奥运会场馆的建设，中国的建筑漫游动画创作的发展速度越来越快，并且在国内得到了广泛的传播。2010年上海世博会再次使中国的建筑漫游动画得到发展和创新的机会。世博会的主题是：“城市，让生活更美好”，伴着世博会的推广，中国的建筑漫游动画引起了社会各界的广泛重视，使其得到飞速发展。更由于此次世博会的一大亮点是首次举办网上世博会，通过网上媒介，全面引入互联网的传播方式，采用交互设计和多媒体技术等手段，这更加体现出当下互联网的强大以及建筑动画漫游的进步神速。

2.网上世博会的缘起与构架

网上世博会，全称网上中国2010年上海世博会，它是指通过互联网技术、三维技术、多媒体技术，通过虚拟和现实相结合的方式把上海世博会上展示的内容呈现于互联网上，搭建出一个能够进行网络体验和实时互动的世博会网络平台。网上世博会是上海世博会的重要组成部分，是实体世博会的导引、补充与延伸，是上海世博会的两大亮点之一。

能够实现网上世博会这样的创举是由于网络科技时代的蓬勃发展以及三维数字技术的不断进步。网络和三位数字技术的完美结合给予上海世博会全新的展现舞台，使全球公众突破了时空界限，使他们能够全面参与世博，使我们中国的上海世博会实现了真正意义上的全球化。

首届网络世博会的三大主要特色是：三维展示、互动体验以及全球共建。通过网上平台吸引全球公众参与世博会，使无法亲临食博会现场的观众借由网上平台体验世博会的精彩以及希望将上海世博会的盛举作为非物质文化遗产长期保留，是举办此界网上世博会的三大原因。

网上世博会的架构由基础平台和网上展馆两部分构成。基础平台由组织者搭建，内容包括门户网站、网上园区、基本功能等，网上展馆则分为浏览型和体验型两类展馆。浏览馆具备基本浏览和展示的功能，它是以实体展馆为原型，通过文字、图片、音频、视频、动画等方式进行三维展示，浏览型展馆由组织者为需要援助的参展方免费开发。体验馆是浏览馆的增强版，浏览型展馆在以浏览和展示为基本功能的基础上，可实现其它更加丰富的功能和特效，网上参观者可以得到更生动的互动和体验。参展者还可以建设实体世博会中不具有的虚拟拓展空间和展项，利用更丰富的虚拟技术及手段延伸和拓展参展方网上展馆所希望表达的意境和理念。二者相辅相成，完美呈现网上的世博会。

与普通网站相比，网上世博会的区别在于它能够提供给观众全面的三维视觉体验，网页游客能够主动操控三维图像的角度。网上世博会的整个展示内容其中包括，世博园区、世博园片区、展馆外观、展馆内景以及主要展项等都将进行三维数字化的制作。

与普通网站的最大区别在于网上世博会可以将组织者的建设内容和参展者的建设内容二者共存于一个平台之上。也就是说网上世博会具有“全球共建”的特点。

3.三维数字化技术实现了网上世博

由于虚拟现实技术的先进性，使实体世博园区中的建筑、道路、绿化、设施等通过三维虚拟技术在网络上实现了虚拟再现。在网上模拟的天空、云彩、太阳、灯光、装饰、材质等效果通过CG技术在制作，使模拟效果很好地接近真实场馆的场景。展现在网上游客眼中的每一个场景都是一个三维的空间，参观者只需要通过鼠标和键盘操作就能够轻松实现旋转、升高降低的操作，在进行鸟瞰时也也可以通过放大、缩小来调整的场景范围，获得全方位的空间体验。展项展示是网上世博会的有一大亮点，通过网络，游客能够进入场馆和展项发生近距离的互动，游客可以多角度观察或“触摸”展项，特别是一些实体世博会现场不能触碰的展项，在网络上可以实现参观者的触碰愿望。参观者还可以自由的旋转缩放感兴趣的物品，同时还可以通过图片文字、动画、FLASH等多种数字媒体形式了解到对展项的知识性介绍。不仅如此，游客可以在C/S上通过系统提供的部件，组装个性化的展项，让其它游客看到自己的作品，并且发表点评。

网上世博会的虚拟拓展空间可以由参展者根据自己的意念记性无限制的设计开发，由于不受现实空间的限制，参观者可以延伸和拓展实体展馆所希望表达的理念和意境，虚拟展项为参展者的主题演绎提供了进一步发挥的空间。

网上世博会由于运用了数字化技术作为包装，它展示了数字化技术神奇的魅力，也使我们的实体世博会区别以往世博会的不同，使其大放异彩，网上世博会成为上海世博会乃至世博会历史上的一个至高点。

四、结论和展望

从2000年的悉尼奥运会场馆设计到2008年北京奥运会的成功举办再到2010年上海世博会的网上世博会亮点的产生，三维仿真虚拟现实技术正在朝向越来越先进的领域发展，特别是它在城市建设及城市规划上的运用可以说是越来越广泛，所起作用也是越来越突出。以2000年悉尼举办奥运会为例，悉尼在2000年时为了奥运会的顺利召开以及加强对城市的推广，悉尼市建立了全市三维仿真平台，目的用于城市的信息服务、交通分析指挥、城市建设管理等方面，由此取得了巨大的成功。为了能够顺利申办2008年的奥运会，加拿大的多伦多城市也使用了虚拟现实技术对城市进行管理和规划。

在我国，北京、上海、深圳等大型城市在利用三维虚拟仿真技术运用于城市建设方面也已经取得了一定的研究成果，而利用三维虚拟仿真技术的方面是辅助城市重要地段的建设以及大范围的城市设计研究。例如在北京商务中心区、上海浦东开发区、深圳福田中心区的规划中均进行了城市三维仿真技术的初步尝试，并取得了较好的效果。

三维虚拟仿真技术的主要作用在于以城市现貌为基点，融合规划方案后模拟项目实现后的城市景观，并且能够进行多角度动态审视，全面评估城市设计的规划方案，这为城市规划建设和领导决策提供了更为直观、可靠、科学的技术手段。

将三维虚拟仿真技术运用于城市规划建设的优点与好处在于：

①提高了城市设计规划方案的设计和修正效率；

②丰富了城市问题的研究角度；

③提高了城市建设项目的评估质量；

④提高了城市建设项目的管理能力及效率；

⑤提高了为市民公开展示宣传城市形象的效果。

目前，国外虚拟仿真技术显出其极大的优势，国内正在迎头赶上。从目前我国对三维虚拟仿真技术的运用而言，可以看出我国的三维仿真技术发展水平已经有相当不错的程度。从三维仿真技术在我国城市规划上的运用的效果来看，三维仿真技术在我国城市规划中的应用前景是非常广阔的，而且我们相信，三维仿真技术会使城市规划产生技术性的革新，会极大地拓展和丰富城市规划的工作思路。

参考文献

[1]张建伟，陆亨立.虚拟现实技术及其应用[J].电子科技导报，1999.

[2]陈友华，城市规划概论[M].上海：科学技术文献出版社，2000

[3]杨保民，分布式虚拟现实技术与应用[M].北京：科学出版社，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

中图分类号：TM6文献标识码：A 文章编码：

建设数字化电厂的意义和可行性

1.1 建设数字化电厂的意义

目前新建电厂开始建设的SIS和MIS已为火电厂提供了一个综合优化控制和管理的数字化平台，如把国内外经实践证明有实效的优化软件集成到这个平台上， 仅从直接经济效益计算，每年为电厂节省上千万元是完全可能的。如考虑故障预测和诊断等提高安全性、防止重大设备损坏或不必要的非计划停运，其经济效益将更大。如果进一步实现现场设备级数字化， 推广应用现场总线及相应的现场总线智能监控没备，还可进一步提高运行的安全可靠性，适应现代化管理的要求，减少运行维护成本，降低工程费用，可见，火电厂数字化对电力企业优化运营具有深远意义。

建设数字化电厂的可行性

目前新建电厂开始建设的SIS和MIS已为火电厂提供了一个综合优化控制和管理的数字化平台。我国数字化电厂的应用情况可以从以下事实做出说明[1]。

大唐盘山电厂的SIS率先于2004年6月通过了由陆延昌同志任主任委员的高级别鉴定，并给予了高度评价。第1个电力行业的SIS标准, 《火力发电厂厂级监控信息系统技术条件》已经过审批，将由国家发改委颁发。经过7年的奋斗，形成了一支SIS开发和应用队伍， 这为建设数字化已初步电厂，进一步发展SIS的应用打下了良好基础。

国内外石化行业已开始进入推广应用现场总线系统、全面进入企业数字化的阶段。国外也已有一些大中型火电机组成功应用现场总线系统。

综上所述，当前着手建设数字化电厂是完全可行的。

2.仿真技术在数字化电厂中的应用

目前，熟悉控制装置，决定控制系统结构，静态参数的匹配计算及调节器参数整定等工作，都必须在现场反复摸索和试验，需要花费大量时间和精力，并且由于受现场条件限制，控制方案和控制参数往往不太理想。仿真技术是指如果能开发一个控制仿真系统，则上述工作都可在实验室完成，一方面可大大节省时间和精力，预先确定控制方案和参数，大大减少现场调试次数；另一方面，由于DCS在电厂的普及，今后数字化电厂的工作重点将转移到节能增效上来，这就要求必须对目前数字化电厂控制系统进行优化。优化不是简单地对现有控制系统的调节器参数进行凋整，而主要是研究采用新型控制结构和新型控制算法的控制系统，成功应用新型控制系统的关键之一是在实际投运前对其进行详细的仿真试验，以便使调试人员掌握新型控制系统的运行特征及控制器参数的工程整定规则。

3.数字化电厂“3S”研究现状

数字化电厂即电厂厂级信息自动化系统的概念，它包括厂级监控信息系统(Supervisory Information System 以下简称SIS)和管理信息系统(Management Information System 以下简称MIS)。数字化电厂的信息系统主要涉及分散控制系统(DCS)、厂级监控信息系统、管理信息系统三大系统（3S）。三大系统各自独立运行于支撑自身的网络系统，通过公用的统一数据平台实现三个系统的无缝集成，从而达到全厂数据的共享。

3.1 分散控制系统的发展现状

分散控制系统(DistributedControlSystem简称DCS)以微型计算机为基础，融合了计算机技术、控制技术、通信技术和图形显示技术，实现集中管理，分散控制。它根据火电厂的工艺特性，将控制系统分成若干独立子系统，由相应的分布式处理单元独立完成。DCS的各子系统分工协作，并行工作，并通过系统通信网络进行数据交换，共享系统资源。DCS已成为火力发电厂重要的组成部分之一。

3.2 现场总线控制系统的发展现状[2]

随着计算机网络技术的发展及可靠性的提高，现场总线系统（FCS）在电厂的应用已成为发展方向，而且现场总线仪表已基本齐全，在电厂中使用日益增多。现场总线仪表都为智能型仪表，它们所提供的丰富的数据都可通过总线上传到DCS或PLC，增加了现场数据的信息量，提高了数据采集精度，为SIS提供更加丰富的现场数据，为发挥SIS强大的数据分析、优化功能奠定基础。工程师或操作员站的显示屏（LCD）上能够容易地查看仪表工作情况，对仪表进行调校及参数修改，大大减轻了维护工作量，减少了维护人员。目前电厂使用现场总线控制系统的条件已经具备。

3.3 电厂监控信息系统 (SIS)

SIS是集过程实时监测、优化控制及生产过程管理为一体的电厂自动化信息系统。SIS系统解决了电厂自动化信息系统应用中遇到的两个主要问题：实时数据来源复杂而分散和实时数据很难长期高精度的存储， 同时SIS系统在全厂建立了一个统一的数据平台和应用软件开发平台。它是建立在 DCS网络和MIS网络之间的一个高速、高可靠性、超大容量的全厂生产过程实时／历史信息网络系统[3]。

SIS系统与DCS系统的功能差异主要体现在：DCS系统面向机组级自动控制，有其安全性高、实时性强、相对封闭的特点。其数据库的容量、接口能力十分有限，而SIS系统在数据库的存储容量和精度、数据检索的速度和灵活性、与不同数据源的接El能力以及应用软件的开发平台等方面具有明显的优势。

3.4 数字化电厂管理信息系统 (MIS)

厂级管理信息系统（MIS）的建设目标是，建设覆盖全厂的计算机网络系统，形成一个安全可靠、数字化的传输网络，实现信息资源共享。系统包括全厂生产、经营、管理的各个环节。MIS根据业务情况可划分成生产业务系统、企业资产管理系统(EAM)、综合信息查询系统、报价辅助决策系统（商业运营管理）、办公自动化系统、系统维护子系统。

4. 结语

全面实现电厂数字化工作， 在国内外均处于刚起步阶段，经验不足。新建电厂普遍建立了SIS和MIS（管理信息系统）网络架构，并配置了不少故障诊断、状态检修及性能优化等监控和管理软件。但这些软件尚欠成熟，现场设备级自动采集的信息太少，使一些高级应用成了派不上用场。如果依靠人工采集、录入，不仅工作量大，而且有些也较难实现。这些问题不解决，SIS和MIS将不能发挥其效益。为加快电厂信息化进程，少走弯路，建议尽快建设一个数字化电厂示范工程。通过示范工程， 从电厂生产的安全可靠性和经济性及管理现代化出发，解决全厂系统和信息的总体规划、现场设备级数字化、厂级SIS和MIS功能要求及完善等问题。

全厂系统和信息的总体规划，电厂数字化和网络化使管理和控制实现真正的一体化， 几十个监控和管理系统将集成为一个大系统；全面实现电厂数字化，实现电厂的故障诊断和预测、状态检修、优化运行和控制等，采集的信号将比原DCS的I /O点增加2倍。如此多的信息，必须根据其性质，确定合理的信息流。因此，全厂系统和信息的总体规划将是数字化电厂的新课题，也是数字化电厂示范工程成败的关键。

现场设备级数字化问题。目前现场设备级设备采集的信息较少，无法实现控制系统故障诊断、预测和现代化管理，并改变过去那种发生停机停炉后才知道该设备故障的被动局面。现场设备级数字化要研究解决各种现场智能设备的应用、现场总线规范及与DCS及其它管理系统的接口等问题。

厂级SIS和MIS的功能要求及完善问题。在现场设备级解决了数字化问题后， 厂级SIS和MIS等还需进一步完善充实，将有成功应用业绩的优化控制和管理软件集成到厂级SIS和MIS平台上，最大限度地发挥数字化电厂的效益。

参考文献：

篇（8）

一、引言

Bill Gates认为：“在当今世界，一座城市如果不跟踪最新观念，将技术运用到极限，明天它就可能成为一座鬼城。” 近年来，伴随着计算机及网络技术的飞速发展，数字化潮流已是全球经济发展的必然趋势，建立在城市信息化平台上的虚拟银行、虚拟商务、虚拟政府、虚拟学校、虚拟影剧院、虚拟旅游、虚拟医院等已纷纷出现。由于城市的各个子系统都可以在计算机中直观地发映出来，从而可以很方便地对城市的物流、人流、信息流进行集中而有效的控制和管理。所以，如何利用先进的计算机技术实现现代城市本身的数字化，是城市管理者、规划部门、企业、城市居民所共同关心的问题，而城市仿真技术作为数字城市的支撑技术之一，也成为当前的研究热点。

二、城市仿真技术简介

2.1什么是城市仿真

城市仿真(Urban Simulation)对大多数人来说，还是一个比较陌生的概念。简单来说，“城市仿真”就是将“虚拟现实”技术应用在城市规划、建筑设计等领域。近几年，城市仿真在国内外已经得到了越来越多的应用，其前所未有的人机交互性、真实建筑空间感、大面积三维地形仿真等特性，都是传统方式所无法比拟的。

2.2与传统方法的比较

传统的规划、建筑设计表现方法基本包括以下4种：人工手绘、建筑微缩模型、建筑效果图和三维动画。其中，人工手绘（或非真实渲染-NPR）只是偶尔作为点缀用在早期的概念设计中。建筑效果图、三维动画、建筑微缩模型是目前广泛采用的三种方式。由于其市场的成熟，单做其中某一个或几个方面即可支撑一个中型公司(100人以下)的发展。

这三种方法虽然流行，但它们各自的不足还是很明显的。制作建筑微缩模型需要经过大比例尺缩小，因此只能获得建筑的鸟瞰形象，无法以正常人的视角来感受建筑空间，无法获得在未来建筑中人的真正感受；常用的效果图表现也只能提供静态局部的视觉体验；三维动画虽然有较强的动态三维表现力，但不具备实时的交互性，人是被动的，而且对方案的修改以及观察路线的变化需要重新计算，几天甚至几周后才能看到结果。

而在城市仿真应用中，人们能够在一个虚拟的三维环境中，用动态交互的方式对未来的建筑或城区进行身临其境的全方位的审视：可以从任意角度、距离和精细程度观察场景；可以选择并自由切换多种运动模式，如：行走、驾驶、飞翔等，并可以自由控制浏览的路线。而且，在漫游过程中，还可以实现多种设计方案、多种环境效果的实时切换比较。这是传统的建筑效果图和预渲染回放的三维动画所无法达到的。

2.3城市仿真技术的重点

1、在一定软硬件的基础之上，创建尽可能真实的场景

在城市仿真中，场景的真实感是最为关键的一个因素。而如前面已提到过的，由于实时三维渲染的要求及硬件显示能力的限制，场景的复杂程度不能太高。同时，由于实时仿真技术的限制，一些比较费时的渲染选项，如动态阴影、Bump map等实现起来还有一定困难。这些都会直接影响场景的真实感。

在硬件渲染能力的限制下，为创建尽可能真实的场景，一方面需要发掘各种软件的功能，进行优化组合；另一方面，要发展更为高级的算法，如程序几何（Procedural Geometry）和分形算法（Fractal Mathematics）。

但“发展算法”不是一件简单的事，非个人所能为，只能是由某家公司开发出相应的软件，我们再来应用。所以，从一般的制作者而言，要创建真实场景还是在于充分利用各种已存在的软件工具。从实际的开发经验来看，主要有以下几种软件：

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实时三维模型创建软件：Multigen Creator；

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纹理处理软件：Photoshop

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实时场景管理/驱动软件：Vega

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辅助软件：

建模方面可以用3DsMax/Maya辅助，Maya有免费的flt文件(Multigen Creator格式文件)输入/输出插件，3DsMax则要通过Okino Polytrans软件来进行格式转换；

在三维纹理贴图方面，可用DeepPaint 3D和Deep UV辅助；

在灯光效果贴图方面，可用Lightscape；

AutoCAD用于接收用户原始DWG文件，预览并输出DXF。

在项目之初，就要详细规划、分配任务，根据任务思考如何充分利用上述各种软件达到最终效果。除了从这几个方面着手以外，我们所能期待的就只能是计算机硬件显卡能力的迅速提高了。

2、在三维漫游的基础之上，开拓新功能

不满足于仅仅简单的三维场景漫游，在此基础之上进行人机互动效果的开发，并和用户应用紧密结合，如在Vega/VC下开发数据库点击查询、三维/二维结合、多媒体结合、3D GIS(地理信息系统)等。 三、城市仿真应用系统与城市规划

由于城市规划的关联性和前瞻性要求较高，城市规划一直是对全新的可视化技术需求最为迫切的领域之一。从总体规划到城市设计，在规划的各个阶段，通过对现状和未来的描绘（身临其境的城市感受、实时景观分析、建筑高度控制、多方案城市空间比较等），为改善人居生活环境，以及形成各具特色的城市风格提供了强有力的支持。规划决策者、规划设计者、城市建设管理者以及公众，在城市规划中扮演不同的角色，有效的合作是保证城市规划最终成功的前提。城市仿真技术为这种合作提供了理想的桥梁，运用城市仿真技术建立的城市仿真应用系统能够使政府规划部门、项目开发商、工程人员及公众在一个统一的平台上，可从任意角度，实时互动真实地看到规划效果，更好地掌握城市的形态和理解规划师的设计意图，这样决策者的宏观决策将成为城市规划更有机的组成部分，公众的参与也能真正得以实现。这是传统手段如平面图、效果图、沙盘乃至动画等所不能达到的。

3.1城市仿真应用系统的应用范围

城市仿真应用系统可被广泛应用于规划设计、方案评估、领导决策、规划审批、市民公示、宣传展示及招商等各方面。

3.2城市仿真应用系统的特点

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仿真的虚拟环境:

类似于时下流行的三维动画，同样是通过强大的三维建模技术建立逼真的三维场景，对规划项目进行真实的“再现”。但是城市仿真技术建立的虚拟环境是由基于真实数据建立的数字模型组合而成，严格遵循工程项目设计的标准和要求，属于科学仿真系统；而传统动画的三维场景则是由动画制作人员根据资料或想象绘制而成，与真实的环境和数据有较大的差距，严格意义上来说属于一种演示作品。

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多方式、运动中感受城市空间：

在城市仿真应用系统中，可以全方位，多种样式（步行、驱车、飞行、UFO等），完全由用户自由控制在场景中漫游。城市仿真技术与传统的三维动画最根本的区别就是：传统动画的观察路径都是预先设定好的，用户只能按照事先设定的路径浏览场景；而城市仿真技术可以由用户在三维场景中任意漫游，人机交互，甚至还可以使用专用的头盔把用户的视觉、听觉及其他感觉封闭起来，产生一种身临其境的错觉。这样一来，很多不易察觉的设计缺陷能够轻易地被发现，减少由于事先规划不周全而造成的无可挽回的损失与遗憾，大大提高了项目的评估质量。

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实时多方案比较：

运用城市仿真应用系统，我们可以很轻松随意的进行修改，改变建筑高度，改变建筑外立面的材质、颜色，改变绿化密度，……所看即所得，只要修改系统中的参数即可，而不需要象传统三维动画那样，每做一次修改都需要对场景进行一次渲染。这样不同的方案、不同的规划设计意图通过城市仿真技术实时的反映出来，用户可以做出很全面的对比，并且城市仿真应用系统可以很快捷、方便的随着方案的变化而作出调整，辅助用户作出决定。从而大大加快了方案设计的速度和质量，提高了方案设计和修正的效率，也节省了大量的资金。

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三维空间信息交流：

城市仿真应用系统的沉浸感和互动性不但能够给用户带来强烈、逼真的感官冲击，获得身临其境的体验，还可以通过其数据接口与GIS信息相结合，从而可以在实时的虚拟环境中随时获取项目的数据资料，方便大型复杂工程项目的规划、设计、投标、报批、管理等需要。此外，城市仿真应用系统还可以与网络信息相结合，实现对三维空间数据的远程操作。

3.3城市仿真应用系统的功用

一套完善的城市仿真应用系统能够很好的展示城市规划、宣传城市建设、提升城市形象。系统根据城市的当前状况和对城市的未来规划，将城市的过去、现在和将来任意时间的情况展示在规划设计者、政府决策者、投资开发者和普通市民面前。系统首先根据城市的当前状况和对城市的规划资料完成城市的设计，然后该系统的交互控制软件可以帮助使用者从不同角度遍历城市的各个部分，帮助有关人员作出决策。

提高项目管理能力和效率

规划部门使用城市仿真应用系统，可以使方案评估更为准确、公正和快捷。另外，如果系统中需要增加新的项目，或其中的项目遇到方案修改，可以随时导入或更新系统的数据信息，并且可供日后存档，极大地方便了政府规划管理部门的管理工作，提高了效率，节省了成本。

提高公众参与度和部门协同作业

由于城市仿真技术打破了专业人士和非专业人士之间的沟通障碍，使得各部门能够在统一的城市仿真应用系统平台下进行交流，能更好的理解设计方的思路和各方的意见，能更快的找到问题、达成共识和解决一些设计中存在的缺陷。

提高方案设计和修正的效率

通过城市仿真应用系统，我们可以很轻松随意对设计方案进行修改，改变用地布局，改变建筑高度，改变绿化密度，改变外立面的颜色……所看即所得，只要修改系统中的参数就可以轻松实现，大大加快了方案设计的速度和质量。

提高展示和城市形象宣传的效果

城市仿真应用系统的沉浸感和交互性不但能够让用户获得身临其境的体验，同时还能随时获取项目的相关数据资料。对于公众关心的大型规划项目，在项目方案设计过程中，城市仿真应用系统可以将现有的方案导出为视频文件用来制作多媒体资料予以一定程度的公示，让公众真正的参与到项目中来。当项目方案最终确定后，也可以通过视频输出制作多媒体宣传片，进一步提高项目的宣传展示效果。

篇（9）

前言

航空技术的不断发展和完善，使一些民用飞机逐渐露出弊端，其制造成本高、运行效率低、人工技术差等问题提出了一些改进设计，采用数字化设计技术，提高民用飞机的性能特点，加大了市场竞争力。

1 飞机制造中的问题分析

1.1 模拟技术在应用中的问题

模拟仿真技术在飞机的研发中占据重要地位，需要从最开始的产品设计中便开始使用，并且需要在制作的整个过程中存在，但目前发现的问题多数都出现在运用时间上。飞机的研发过程中与各环节出现了时间不协调，忽略了飞机设计初期对仿真的重要性，所以容易发生时间错误等问题。

在民用飞机的研发过程中，需要与产品设计、工装设计、工艺设计等方面的工作人员协调到互相合作模式，进行流水工程，改善在工作时间上的浪费。但就我国目前来看，并没有做到以上相互合作模式，还需要从外国发展中吸取更多宝贵经验，结合我国企业情况，快速奠定飞机制造业的基础。另外，我国飞机制造行业的数字化设计与仿真模拟技术的本身也具有一定程度的不足，还需重点关注，加大技术的创新力量。

目前国际上民用飞机使用最多的软件是日本索尼公司的DELM IA软件，此软件应用量大，但仍存在不足，比如，此软件不具备实现重力仿真技术，在模拟仿真中的三维软件都是模拟存在，在模拟仿真中，无法正面的反映出应用部件的刚性及柔韧性。因此，在使用DELM IA软件时，仍然需要对该软件产生的缺陷进行分析，减少设计中的错误。

在实际工作中，通常只会通过技术人员的工作经验和产品来确定仿真模拟的情况，并没有建立起数字化设计与仿真设计应用的统一，造成的结果不一致，严重影响了飞机模拟制造时的质量。因此，在设计制作过程中，需要制定一定标准的规范体制，按照相应标准，从设计初期便统一执行。

1.2 仿真使用系统的问题

飞机制造中，使用的系统之间相差较大，非常容易使效果产生变化，因此，在扩大数字化技术应用的使用范围时，还需要对系统界面进行合理设计，并对工作人员进行技术培训，提高数字化设计系统的实用性和安全性。

1.3 现场数据的采集和反馈问题

设计中最主要的工作是对现场环境的数据采集和反馈，能够为接下来的工作提供有效依据，对现场生产过程的实时监控，并制定合理的制造计划、安排合理的制造进度，但目前所应用的民用飞机制造应用系统中不具备这项功能，因此也无法全面的实现现场环境的数据采集等工作[1]。

民航企业中还未普及数字化管理系统软件，仍然采用纸质数据报表，容易产生漏洞或信息错误，也无法对产品数据进行统一的划分。目前多家测量软件均可以直接生成表格，应用到系统中，可以将数据存储，为以后的设计质量监控和安全生产做出指导意义。

2 数字化设计与制造的意义

数字化设计是基于多种形式媒体的支持下产生的，能够达到用户的需求。将虚拟显示、计算机网络、数据库和多媒体统一在一个系统下，为满足用户需求建立的一种数字化设计和制造的系统。对产品信息、工艺信息和资源信息进行统一分析、统一规划和统一组建等，达到快速生产出能够满足用户需求的整个设计与制造的过程。民用飞机制造行业的大力发展也带动了计算机技术、制造设计技术、信息管理技术的不断发展，因此，数字化设计与制造是现代民用飞机制造行业的发展趋势。

民用飞机制造企业使用数字化设计技术，能够有效提高企业竞争力，结合其他相关技术，使数字化设计融合计算机、网络信息，再采用数据库平台，完成飞机的设计制造。由此可见，民用飞机行业的发展需要以科技技术为主，以提高飞机设计、制造、管理、售后服务的目标努力，全面实行数字化管理流程，建立起数字化的设计制造体系，完全实现民用飞机制造业的真正数字化意义[2]。

3 数字化设计与制造的特点分析

飞机制造行业的传统设计方法从概念设计到初步设计，最后到生产设计的三个阶段，每一阶段都有相关的设计绘制模型，工作人员需要按照相应的绘制模型的样机对飞机内部配置进行设计。飞机制造行业融合的各项技术，发挥了先进科学技术的优势，改善了企业的整体经济运营[3]。

4 最新技术在民用飞机设计中的发展

4.1 加大对数字化设计仿真技术的开发应用

产品研发设计中，单一使用DELM IA软件无法将信息传递到各个环节，因此需要引入不同的数字仿真设计技术，从最初的研发工作开始，各部门工作人员的高度配合，利用数字化的工作设计研究理论，提高研发的质量，建立起一个集成系统软件平台。在产品设计中，将DELM IA软件与PDM软件相结合，能够将数据存储和调用，实现数据资料的及时性和准确性；若将DELM IA软件与CAPP软件相结合，可以具有较强的文本处理功能，使系统更加具有实用性[4]。

4.2 建立数字化的组织管理体系

采用最新的管理方式，建设专业的管理团队，将数字化系统的组织建立成为管理平台，利用各部门之间的资源，将产业链条的结构作为各企业间的链条，达到国际供应商的标准规模，在产品设计研发中，需要对每一项工作进行严格的监督审查，改变传统的管理方式，与制造商和使用商的良好沟通，组建管理小组，及时解决产品研发过程中的技术问题，争取缩短工期、提高工作效率、降低成本、实现经济效益。

4.3 提高系统的价值

民用飞机的客户群广泛，民用飞机制造企业在制造过程中需要运用系统软件，将文件格式及签订模式个性化，满足一些客户对工艺文件的格式签订的需求。实际管理中，将物料资源进行条码管理，降低管理人员的劳动力度，也能防止人工带来的错误操作，同时结合人性化的管理模式，将系统的功能特点得到充分发挥[5]。

5 结束语

综上所述，民用飞机制造业的竞争力主要受控于时间、成本、质量和服务四个方面，这几方面已经成为航空航天领域的发展目标。数字化的设计与制造技术改善了航空制造业，提高了民用飞机的质量、缩短了研制周期、降低了成本投入，达到了客户的满意度。民用飞机制造业的整体技术改革，领导者需要建立起专业的工作团队，全面提高企业在本行业中的竞争地位。

参考文献

[1]李湘芝，史善华.数字化背景下民用飞机设计制造竞争力提升[J].科技创新导报，2013，05（14）：92-93.

[2]吴晓宇.探讨供应商管理在中国民用飞机制造产业中的发展方向[J].科技信息，2013，03（21）：61+44.

篇（10）

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

中图分类号： TG76 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

在当前的现代工业化发展的过程中，很多工业产品的生产需要使用模具，模具技术成为工业发展的重要基础。模具作为一种技术密集产品，成为衡量一个国家制造业水平的重要评价指标，对国家的经济具有较好的推动作用。因此探究模具数字制造技术的应用性分析具有重要的实用价值。

一、模具CAD/CAM系统专用化程度得到广泛提高

随着科学技术和模具工业的快速发展，同时CAD/CAM技术在模具界得到广泛的认可，具有较强的应用价值。近些年开发商和投资者在投入了大量的人力物力和财力，不断将CAD/CAM系统进行升级，将CAD/CAM系统升级为模具业专用的系统，具有较强的针对性，能够实现针对模具的专业的特点进行工作，所推出的系统就有较强的集成化和智能化，更加适合模具工作者的使用，收到广大模具工作者的一致好评。

该系统可以实现在统一的系列环境下，使用专门统一的数据库，完成对模具产品的设计，最终生成三维的实体模型。根据所设计的图形进行分类，然后根据需要最终完成对模具的完整设计，能够更加方便的进行下一步工作。因此当你进行一项工业项目的设计时，所采用的工具不仅仅是单一的CAD系统。一般情况下还必须要求写出工业项目的报告或者是进行维修所使用的图表等等，同时你还需要在CAD系统和文字处理程序之间进行信息的交换，这时都需要更加专用化的程序，为此必须广泛发展CAD/CAM系统的专用化的程度。

二、面向模具企业的CAD／CAE／CAM技术的系统集成方案

随着模具行业的快速发展，以及国际间逐渐增加的日益激烈的竞争，模具业对于系统的要求也简单的建模建工转换到要求支持设计、分析和管理的专业化系统。这是模具业发展的大方向，因此越来越多的企业和单位投入到系统的研发中，不断改善和提高原有系统，最终形成面向模具企业的CAD／CAE／CAM技术的系统集成方案，更加适合实际工作中的需要。通常情况下制造商会要求减少物理样机，不断降低产品的成本，提高产品的质量，最终实现产品的快速上市，这种要求在模具行业尤为明显。因此在进行设计的前期要进行分析仿真，这样有利于减少物理样机的数量，同时广泛提高产品设计的灵活性，有助于满足用户的要求，同时能够实现用户提出的降低成本的要求，极大的缩短产品上市的时间。因此面向模具企业的CAD／CAE／CAM技术的系统集成方案，是当前模具业发展的一个重要的方向。数字化的产品的开发应用范围广泛，从概念设计、工程分析、数控加工以及虚拟制造到产品维护等各个方面进行开发和生产流程，数字化产品的应用和开发能够更加完善产品开发和制造的流程。

三、塑料注射成型过程仿真系统的开发和应用

注射成型过程的仿真属于计算机与机械、力学和材料相交叉的新型学科，由于塑料熔体本身的特性，采用计算机模拟的熔体成形过程就有很大的难度。但是我国拥有一套先进的注塑成形仿真系统，该系统能够直接在三维实体模型行进行网格的划分，通过表面的配对和引入新的边界条件充分保证对应表面的协调流动，充分实现立体的三维实体模型的分析，并且将最终的三维分析结果显示出来。

注塑制品一般都是薄壁的产品，如果采用传统的制作方法无法满足模具的设计和制造的需要。使用塑料注射成型仿真系统在流动的平面采用了有限元法，在保证计算精度的前提下使计算速度极大的满足工程的需要，并且通过采用控制体积的方法解决了成型中的移动边界的问题。在使用系统的过程中输入合理的参数是保证最终获取正确结果的前提，该系统通过人工智能技术获得了注射的时间的优化以及分级系统的优化，最终保证输入参数的合理性。将仿真系统的软件真正升级到更加优化的系统。熔合纹对制品的强度和外观具有重要的影响，该系统通过采用节点特征模型的方法大大提高了熔合纹的预测准确性和效率。该系统的开发和应用，为注塑制品与模具的虚拟制造奠定了坚实的技术基础，构成了注塑制品成形质量全面控制的核心的技术。应用范围比较广泛，具有较强的经济效益。仿真技术只有与试验技术有机结合在才最终产生良好的效果。

四、薄板冲压工艺的应用

薄板冲压技术一般是在轻工业、航空或者是汽车等领域应用比较广泛，特别是在车身覆盖成形上，具有重大的意义。薄板冲压工艺与模具的设计理论、计算方法和关键技术深入和系统的研究结果表明，仿真技术只有与试验技术有机的结合才能产生良好的效果。开发研制的冲压工艺综合试验技术与装备，最终实现了与仿真方法想匹配的材料本构特性参数的获取。能够更好的解决工艺方案中经常出现的起皱或者是拉裂的成型缺陷的问题，还能够实现在压边圈的压料面上创新性地设置有斜拉延筋。发明的斜拉延筋主要提供板材在冲压中的除了具有被动性质的流动的阻力以外，还能够提供具有主动性质的引导材料流动的作用力，从而最终实现提高模具的产成品率和成品的质量。

五、基于知识的材料成形的过程

产品设计制造开发系统是以设计制造过程的建模为核心内容，它不仅能够提供零部件的可造型评估或者提供零部件的性能预测，注塑形成过程模拟、板料冲压成形模拟系统的应用可以很好的说明了这一优点。随着计算机技术的广泛应用，基于CAE的成型工艺优化主要是采用数值分析的方法，但是由于成型工艺本身的特点，很难给出连续和规则的优化求解空间。在数值分析结果的基本上自动对成型方案进行分析和评价，并提出方案的优化建议，是当前材料科学与制造科学的前沿领域和研究热点。

结束语

数字化技术在机械工程领域内的应用技术不断推陈出新，新的技术的应用范围不断扩大。数字化和网络技术正在把这种循环的速度加快，从而数字化工艺流程的设计到数字化制造。模具加工技术和设备正朝着高精度和高适应性的方向发展，它的发展必将进一步推动现代化制造业的不断向前发展。