计算机仿真技术在实践中的应用场景

随着全球性的市场竞争日益激烈，产品消费结构不断向多元化、个性化方向发展，产品的更新期和交货期缩短，一些先进制造技术如CAD、CAM、CAPP、NC、FMS、MRPⅡ及CIMS都得到快速发展。计算机仿真作为一种重要手段，已经渗透到上述技术当中去，并帮助它们实现集成。在20世纪50年代，最引人注目的仿真领域是火炮控制和飞行控制系统；20世纪60年代，是火箭和导弹控制系统；20世纪70年代是航天、核能和经济管理系统；到20世纪80年代，最引人注目的仿真领域就逐步转向了制造系统，并巨呈现出一种生机勃勃的局面。

自从20世纪80年代以来，系统仿真不断朝前发展，在制造业方面，一个比较明显的进展就是“虚拟制造”。根据虚拟制造的概念，整个产品的设计和制造首先在计算机上进行，这样可以及时发现并解决该产品在制造之前可能出现的各种问题。利用本章下一节介绍的虚拟现实技术的高级人机交互作用特性，可以对产品的各个阶段提供支持。例如，在虚拟环境下设计产品及其生产流水线，测试和装配产品的零部件，客户可以验证产品是否符合要求等。美国波音公司的波音—777飞机的研制、生产做到完全“无图纸”程度。整机设计、装配、部件测试以及各种试飞的研制，都是由计算机完成的。虚拟制造将开发周期从原来的8年缩短到5年，节约了数百万美元经费。

近年来，计算机仿真技术在制造业应用的另一个研究热点——虚拟产品开发，也是引人注目的。虚拟产品开发是对产品设计及其相关过程（制造过程、使用过程和支持过程）进行并行的、一体化设计的一种系统化工作模式。在产品开发一开始就考虑到投资、生产制造、装配、销售和维护及报废等产品的整个生命周期的所有因素，形成一个虚拟产品开发环境，使产品开发人员能够在这种环境下策划产品、设计产品、预测产品在真实环境下的性能、特征及真实工况下所具有的响应，从而减少反复和变更的次数，减少甚至取消制作物理原型样机，如此就能很好地检验设计、指导和优化设计，有效地缩短产品的开发周期，大量节省开发费用，产生巨大的经济效益。(www.xing528.com)

现在，仿真技术的应用已经从单一系统走向开放复杂的大系统。当仿真对象分布于广阔的时空领域，仿真任务要求将不同地理位置、不同类型（包括人在内）的仿真对象构成一个统一整体进行仿真时，产生了分布交互化仿真。这种仿真系统里包含有不同类型的实体-虚体、真实实体和构造实体，这些实体可以基于不同目的系统、不同年代的技术、不同厂商的产品和不同产品组成，并允许它们交互操作。分布交互化仿真实现用计算机网络将不同地点的仿真设备连接起来，通过实体间的数据交换，构成时空到合成仿真环境的一种先进仿真技术。在这种复杂的分布综合的系统进行实时仿真时，必须提供快速、高效、大量的信息通道和相应的处理。

围绕产品从概念设计到终止使用的整个生命周期，再从决策者、设计师、制造商、销售商和用户等全方位地去观察和研究产品，仿真技术已显示出它强大的生命力和发展潜力。面向21世纪，同其他领域一样，制造领域的仿真技术的仿真规模正在不断地扩大，仿真功能也在不断地朝智能化、可视化、集成化、并行化、分布交互化的方向发展。