数字化设计与仿真技术篇1
关键词：电子设计自动化技术数字电子技术试验应用
随着时代与科技的不断发展，新形势下各大高校数字电子技术实验教学也随之发生改变，数字电子技术属于一门实用性强的综合型学科，只有学好数字电子技术才能为接下来电子信息后续课程打好基础。电子设计自动化设计是计算机结合集成电路下衍生的产物，现今可编程逻辑器应用范围越来越广，运用计算机编程技术可对电子设计产品进行更大程度上的优化和控制，可编程逻辑器为电子电路实验提供了新的设计方法，提高了设计电子产品硬件的便捷性，使原有的系统设计方式、核心技术得到转变，促进了电子设计自动化的发展，使其具备更加广阔的前景。
一、eDa技术在数字电子技术实验教学的优势
现阶段大部分高等院校数字电子技术实验通过使用多种实验箱，让学生自行连接电路，运用仪器对连接的电路做出检验，对其验证结果进行总结和分析。此种集成芯片设计电路连接的过程中存在较多的问题，例如电路复杂、芯片短缺、查找故障难度高、仪器及其附属设施易破坏、缺乏实验设备等，致使连接电路难度较高，学生对数字电子技术实验兴趣不高，实验效果不够理想。随着时代的发展，传统的数字电子技术实验教学也应作出与时俱进的改变，为了加大学生的学习兴趣，提高连接电路的成功率，在以往的数字电子技术实验中引进电子设计自动化技术，改变原有电路设计方法，使eDa技术下的电路设计变得更加可靠而有效。以往的数字电路设计方法只能设计出完整电路的一部分，在实际连接数字电路时会因为零件不足、性能与电路设计性能不相符等问题，致使需要重复实验，再次设计完整的数字电路并操作、验证等，此种方法过于费时，对学生而言学习兴趣不高。使eDa技术下的电路设计方法是分阶段进行，首先将整体的电路划分为多个模块，然后再设计各模块，此种方法适用性强、干扰性小，从而能够进一步保证电路连接的准确性、可靠性，eDa技术有利于推动电子产品的发展。
二、eDa技术设计的步骤
eDa技术设计数字电路首先要对系统进行全面的分析，将完整的系统分为多个独立存在的模块，然后逐一设计各个模块，对应不同模块采用不同的输入方式，在系统中就可对设计模块进行仿真模拟，验证其电路连接的正确性，待验证合格后，将设计电路图下载至存储介质。
综合是指运用电子设计自动化系统中的综合器将VHDL软件设计与硬件联系在一起，形成可行的硬件电路。综合器具备源文件整合功能，可保证综合硬件的可操作性，电子设计自动化具有逻辑综合功能，并能对设计出的数字电路进行优化，可将逻辑级电路图转变为门级电路，自动生成分析文件、网表文件及其附属报告。
综合完成之后还需运用相关适配器将网表文件对目标元件作逻辑映射，此种操作方式叫做布线布局，也叫做适配，这个过程涉及到逻辑分割、布局布线、底层器件配置、逻辑优化等内容的实施，当适配通过后系统就会自动生成时序仿真网表文件、时序仿真下载文件，大部分文件格式为JeDeC、Jam，适配对象与相关元件结构细节形成直接的对应关系。
再通过电子设计自动化系统对适配生成结果测试完成后，才能作编程下载处理，这个过程就叫做仿真。在eDa设计中最关键的步骤就是仿真，仿真是整个数字电路设计的重要阶段，运用电子设计自动化系统进行时序仿真、功能门级仿真，可从两种级别分别作仿真测试。时序仿真是指对适配通过之后生成的网表文件作仿真处理，模拟各级元件在实际运作的过程中，其元件性能的仿真实验，考虑到元件、硬件性能的特点，获得仿真结果精度较高，由系统生成的时序仿真网表文件中对数字电路各元件的延迟做出了具体说明。功能仿真主要是对设计中的逻辑功能进行仿真，分析和观测仿真结果与原有的数字电路设计功能要求是否相符，功能仿真对任意一项具体元件硬件性能、延迟等均不介绍。
经仿真验证数字电路成功后，将适配通过的下载文件、配置文件下载至存储介质，将以设计成功的文件下载至FpGa、CpLD工具当中，便于对设计硬件进行调整及验证，再将其输入系统中作统一测试，验证设计电路在实际应用中潜在的问题，减少使用电路的差错性，不断改进问题电路，优化设计。
三、在数字电子技术实验中的应用实例
将eDa设计技术应用在数字电子技术实验教学中，以设计计数译码电路为例，通过混合输入的设计方式，具体说明自动化电子设计在数字电子技术实验中的应用。首先按照原理图设计模6计数器，其编码方式为BCD码，采用通用型集成芯片将模6计数器的编码方式转变为8421BCD码，使其成为可作十进制处理的计数工具，运用计数工具中的异步清零端，将十进制改变为六进制计数工具，具体设计电路及其仿真波形如下图1，这种方式是构建数字电路实验设计的基本设想。
在系统中运用VHDL方法来设计驱动共阴极数码管七段并将其显示出来，生成完整的、不可逆的译码电路，具体方法如下，采用VHDL语言描述出译码器，将d3、d2、d1、d0看作是显示译码器的输入口，其中X为显示译码器的输出口，假设输出口X是矢量形式，可有七个不同的数量关系值，这七个数量关系值即表示为七个不同的输出设备数码管的段码。当d3、d2、d1、d0分别对应不同的8421BCD码，译码器就会自动生成与连接外端的输出数码及其不同的对应段码，最终统一由驱动数码管将其反映出来，按照原理图输入方法设计的六进制计数工具、VHDL语言输入方法共同设计的七段显示译码器成功之后，就可利用数字电路生成系统，生成顶层功能模块，运用相应的原理图文件、VHDL语言文件对其作出调整和使用，计数译码电路层次原理图见下图2。
结束语
综上所述，自动化电子设计有利于提高数字电子技术的实验效果，此种方法设计电路灵活性较高、干扰性小，不存在硬件、仪器等相关设施的影响。将整体的电路设计划分为多个模块并进行设计，此种方式适用性较强，即使在面对复杂的数字电路设计的情况下，也能将其变得简单。
参考文献：
[1]王彩凤，胡波，李卫兵.eDa技术在数字电子技术实验中的应用[J].实验科学与技术，2011（1）
数字化设计与仿真技术篇2
国内的飞机数字化装配技术研究和应用目前尚处于探索和预研阶段，以陕西飞机制造公司为代表的飞机制造业仍然沿用传统的装配方法和手段，传统装配设计方法存在如下问题：
(1)飞机装配工艺设计仍然使用传统的二维方式表达
传统的工艺设计是由工艺设计人员在头脑中首先想象出三维装配空间、设计装配顺序，并用平面(二维)方式表述。其设计质量完全取决于工艺设计人员的技术水平和工作经验，其次是装配工人需要根据工艺设计人员编发的文件及二维工程图纸理解装配顺序、装配要求，并在大脑中再次构建三维装配过程，这样易产生理解的二异性，造成装配错误。
(2)无法满足三维数字化条件下装配工艺设计要求
目前存在的工艺设计系统中制造资源采取的传统二维描述，这导致其工艺设计过程对细节设计淡化，对制造资源及装配工艺知识描述比较弱，同时不能充分利用上游三维CaD数据，难以实现工艺设计的继承性、规范性，标准化和最优化。
(3)飞机的装配周期不易保证
工艺设计环境不具备三维工艺验证能力，致使装配中是否干涉，装配顺序是否合理，工艺装备是否满足需要、操作空间是否开敞等一系列问题在生产试制阶段才能暴露出来。任何一个环节出现问题，都会影响飞机研制的进度和质量。
(4)缺少典型示教的三维动态装配过程，不便于装配工人使用及理解。
为了解决上述工艺设计问题，我们选用某型机部件进行三维数字化装配工艺设计与装配仿真、优化分析技术应用研究，为建立飞机数字化制造体系积累技术经验。基于模型的数字产品定义的数字化制造流程
国内飞机设计将采用基于模型的产品数字化定义(griD，modelBasedDefinition)技术，其特点是：产品设计不再发放传统的二维图纸，而是采用三维数字化模型作为飞机零件制造、部件装配的依据。传统的二维工艺设计模式已经不能适应全三维设计要求。随着现代计算机技术、网络技术、工艺设计与数字化仿真软件技术的发展以及协同平台的建立。为三维数字化装配工艺设计和并行工程奠定了基础。
图1具体描述了飞机研制过程中基于模型的数字产品定义的数字化制造流程：
飞机的研制必须经历产品设计、工艺设计。工装设计、产品制造和检验检测等5个主要环节，并在产品制造和检验检测环节中，由三维设计数模分别派生出三维工艺数模和检验数模。
1)在工艺设计过程中，工艺部门依据设计部门按基线预发放的三维设计数模进行工艺分析，并向设计部门反馈工艺审查意见依据设计部门正式发放的eBom(产品设计结构)和三维设计数模，建立pBom(产品工艺结构)，制定装配工艺协调方案，划分工艺分离面，进行全机装配工艺仿真，最终形成经过装配仿真验证的mBom(产品制造结构)顶层结构，将此mBom发放到下游的工装设计、专业制造和检验检测等部门。
2)在工装设计过程中，工装设计制造部门依据产品制造部门提出的工装订货单，三维工艺数模、产品制造工艺方案和设计部门的三维产品设计数模进行工装设计；依据三维工装设计数模进行ao(assemblyorder)的编制，并进行装配工装的装配仿真和工装数控程序的编制，最终完成工装的制造和自检。
3)在产品制造过程中，产品制造部门依据设计部门正式发放的eBom和三维设计数模，工艺部门的pBom建立三维工艺数模，进行零件的材料属性仿真和部件几何仿真，编制ao(装配大纲)和Fo(制造大纲)，编制数控程序，最终完成零件的加工，部件的装配以及自检。
4)在产品检验检测过程中，检验检测部门依据设计部门正式发放的eBom，三维设计数模，三维工装设计数模编制检测计划，计算测量数据，完成零部件和工装的检测。
5)工装模型、检验模型以及在数字化装配工艺模拟仿真过程中生成的三维工艺图解和仿真视频数据，通过网络传输到生产现场，为现场工人施工和检验提供三维数字依据。陕飞公司基于DeLmia的某飞机三维数字
化装配工艺流程
DeLmia软件是达索公司的一款可针对飞机装配中的工艺设计及按其设计要求进行装配仿真验证的软件，它给工艺工程师、工装设计师提供了与产品设计师共同的可视化交流和怫同工作平台，使制造部门的工作人员可以及早的参与到产品的研发中去，与设计人员并行的开展工作，从而使得在设计过程中能够充分的考虑零件的工艺特性，部件的可装配性和产品的可维护性等因素，帮助企业实现“面向制造的设计”和“面向维护的设计”。
陕西飞机制造公司自2010年开始在某型飞机上全面使用DeLmia软件进行了的产品定义、组件的划分、全三维工艺规划，装配仿真与优化、人机工程仿真与分析、三维工作指令的发放以及各种报表的输出等功能模块。本文主要就DeLmia技术在陕飞某飞机中具体应用的工作流程进行阐释。
第一步：pBom的编制及各种数据的准备
(1)在协同平台上根据eBom进行pBom的编制；
(2)利用产品及资源的CatLaV5模型生成三维数字化装配工艺设计DeLmia软件所需用到的CGR模型及smgxml模型，并将这些格式的模型存放在指定位置，以备导入数据时读取。
第二步：pBom数据的导入
将来自数字化协同平台的XmL格式的pBom通过二次开发的接口程序导入到DeLmm的Dpe软件模块中，构建产品的结构树，同时使得三维数模数据(属性)导入到产品节点下。
第三步：组件、工艺分离面的划分
完成数据导入工作后，在DeLmia软件的Dpe模块中，根据生产批量、装配能力进行工艺分离划面，并结合eBom确定各工艺装配部件、段件需要装配的零、组件项目，构建工艺大部件模型。在工艺分离面划分的基础上，对每个工艺大部件进行初步装配流程设计，划分装配工位，确定在每个工位上装配的零组件项目，在三维数字化设计环境下构建各装配的工艺模型。确定装配工艺基准和装配定位方法，制定整个装配体各工位之间的装配流程图。
第四步：mBom的编制
根据组件和工艺分离面的划分，完成mBom的建立，并
将每个零件的三维数模(立体图)与产品的结构树相关联，在工位划分的基础上，依据段件装配工艺模型在三维数字化环境下进一步进行各工位内的装配过程设计，确定每个工位内的段件装配工艺模型零组件的装配顺序，并定义装配过程对应的ao号。并将ao需要装配的零组件项目及工作的内容制定反映工位内各ao关系的装配流程上。
第五步：详细的装配工艺规划
在ao划分基础上，依据段件装配工艺模型进行详细的装配工艺过程设计，定义该过程所需要的标准件，确定该装配工艺过程零组件，标准件、辅助材料等装配顺序，明确装配工艺方法、装配步骤并选定该装配过程所需要的工装、夹具，工具、辅助材料等一系列的制造资源，形成用于指导生产的ao。在这里将零件和工步关联，将工装与工位关联。
第六步：装配仿真验证与优化
在三维数字化虚拟装配环境下，建立厂房、地面、起吊设备等三维制造资源模型，将已经建立的各装配工艺模型和装配型架、工作平台、夹具等制造资源三维模型放入厂房中，按照确定的装配流程进行全面的工艺布局设计，并仿真生产中的物流《如图2)。在DeLmia的Dpm软件模块中，依据设计好的装配工艺流程对每个零件、成品和组件进行移动、定位、夹紧和装配操作，在装配的过程中进行零件与零件、零件与工装的干涉检查，当系统发现存在干涉情况时报警，并会显示干涉区域和干涉量，以帮助工艺设计人员查找和分析。
第七步：wKC可视化文件编制
按照优化后的工艺规划设计结果进入DeLmm系统的wKC模块中应用Composer软件中进行工步的视图设计，包括装配尺寸标注、制孔信息、定位信息和工装使用信息等装配信息备注，完成工步级装配可视化文档编制(见图3)。
第八步：ao内容及可视化文件输出与管理
通过二次开发的程序将DeLmia中设计完成的ao内容提取到Capp中的相应模板中，包括ao内容页，辅材配套表、标准件配套表，零件配套表等文档信息，同时输出仿真视频和工步视图，将上述各种配套表和内容页通过协同平台进行审签发放，并通过meS系统实现现场可视化装配(见图4)。
三维数字化装配设计与仿真优势
通过三维数字化虚拟装配工艺设计和装配过程仿真，发现三维数字化装配工艺设计和装配过程仿真系统在数字化制造中有以下优势：
(1)在产品实际(实物)装配之前，通过装配过程仿真，可及时地发现产品设计、工艺设计，工装设计存在的问题，有效地减少装配缺陷和产品的故障率，减少因装配干涉等问题而进行的重新设计和工程更改。因此，保证了产品装配的质量。
(2)装配仿真过程产生的图片，视频录像直观地演示装配仿真，使装配工人更容易理解装配工艺，减少了装配过程反复，减少了人为差错。
(3)装配仿真过程产生的图片、视频录像可用于对维修人员的培训。
(4)对新产品的开发，通过三维数字化装配工艺设计与仿真，减少了技术决策风险，降低了技术协调成本。
(5)通过三维数字化装配工艺设计与仿真，进行工时分析、车间三维工艺布局、资源规划和评估，有利于提高生产计划的准确度。
(6)可提高企业在产品开发研制方面的快速应变能力，以适应激烈的市场竞争和不同的用户需求。
数字化设计与仿真技术篇3
关键词：电子技术课程体系融合
电子技术课程体系中包括了模拟电子、数字电子、电子系统仿真、CaD、硬件描述语言、课程设计、实验等课程，其中模拟电子技术和数字电子技术为专业基础课，侧重知识的系统性和理论分析，而电子系统仿真、CaD、硬件描述语言等课程为专业应用工具课程，是将理论转化为实践的桥梁，侧重于实际操作和应用，其中的eDa技术已经成为数字系统设计的必备技术，也是当今技术领域的前沿技术［1］。所以整个电子技术课程体系是相互融合和促进的，课程和课程之间有着非常密切的联系，但在教学实践中，还不能有效地将其很好地融合在一起，传统的模拟电子和数字电子教学实践只注重理论教学，课堂内容单调，学生学完之后并没有掌握解决实际问题所需的方法和能力。而在学习电子系统仿真、CaD、硬件描述语言等课程时，需要用到先前学过的数字电子和模拟电子的知识时，学生往往又倍感生疏，致使教学效果不好。这种割裂式的教学模式极大地浪费了教学资源，致使学生在学习过程中思维连贯性差，不能建立电子技术知识体系，思路狭窄。
我在多年的教学实践的基础上，结合教学实际，提出一种全新的教学模式，即把电子技术的理论教学、实验、课程设计、仿真、CaD、eDa、硬件描述语言等充分融合，课程的学习互相穿插和渗透，从而把孤立的课程形成一个教学体系，在教学实践中充分实现。同时在电子技术的基础上结合当今技术领域先进的知识和发展趋势，对学生进行新技术的引导，使学生在掌握好基础的同时，以最快的方式跟踪时展。
一、学科融合的基本思路
1.在模拟电子技术的教学过程中融合CaD和系统仿真技术。
在模拟电子的教学中，充分利用仿真软件能直观得到结果的优势，把理论教学与仿真有效结合，利用波形分析讲解电路功能是经常使用的一种方法。但是，传统的讲解只是在黑板上或者在投影屏幕上进行理论分析，学生看不到更直观的图像和结论，如果在课堂上结合protel或ewB中的仿真功能，在课堂上讲解波形分析的同时，又给学生介绍仿真的概念和仿真工具的应用。这样一方面可以使学生掌握理论知识，另一方面可以使学生掌握一种仿真工具，在以后的课程设计或者是课外电子制作中加以应用，能大大地提高学生的学习兴趣和分析问题的能力。
2.在数字电子技术中融合eDa技术。
数字电子相对于模拟电子发展的空间较大，速度也很快，在教学中应大胆抛弃过时的技术和知识，采用“案例法”进行教学。在此基础上，应最大限度地在课堂上结合相关课程的新知识和新技术。特别是在有关数字电路的设计章节，我们可以在课堂讲解中结合利用最新的eDa技术、硬件描述语言，以maX+plusⅡ或Quartus［1］软件为载体进行数字电路的设计、仿真。
3.以上提到的在教学课堂中的应用的各种技术，并不需要我们占用大量的课时对其进行讲解，它们是为模拟电子和数字电子课程服务的。我们利用它们来获得我们需要的波形或者结论，在这个过程中潜移默化地使学生了解这些技术，拓宽视野。
4.鼓励学生自学相关软件，也可以通过作业由在作业本上做题逐渐向完成一个整体实物设计倾斜，工程可以是很简单的命题，但要求其有一套完整的材料：VHDL程序［2］、图纸、仿真结果等来加强引导这方面能力的培养。
5.经过前期模拟电子和数字电子课程中对CaD、eDa、系统仿真的应用和介绍，学生已经具备了一定的基础知识，则在具体讲解这些课程时，就可以提高难度，加快进度，尽快地与社会工程实践接轨。
6.以课程设计和实验为载体检验课程体系融合教学效果。课程设计和设计性实验是综合性很强的教学环节，能直接地体现电子技术课程体系融合的教学效果。
二、电子技术课程中多课程融合实例
我以用74161设计9进制计数器为例介绍在数字电路教学中的一个过程。
第一步，进行理论分析和设计，设计出9进制原理图，如图1。
图19进制计数器原理图
第二步，为了更直观地表现9进制计时器的计数效果，在课堂上我们用maX+plusⅡ软件进行仿真，教师对软件maX+plusⅡ简单介绍和演示，在仿真软件中画出相应的9进制原理图，如图2；
图274161组成的9进制计数器
第三步，进行波形仿真［4］，如图3。
图39进制计数器波形图
第四步，布置课外作业，采用反馈置位法［3］完成9进制计数器功能，给出电路原理图和仿真结果。
通过该实例，使学生初步接触到数字仿真软件maX+plusⅡ，并通过波形图直观地看出9进制的结果，加深了学生对计数器的理解，并为以后设计仿真同类电路提供了有效的方法。
我们按照这一思路，在自动化专业班级进行了对比实验，结果表明在课程设计，实验等教学环节上，采用课程体系融合的班级动手能力，分析和解决问题能力明显好于采用传统教学培养的学生。大多数学生能独立地完成理论设计，模拟仿真，实物制作等环节。
三、结语
实践证明，将软件应用等技术类的课程融合到模拟电子和数字电子等理论类课程中去，既使理论课程变得生动直观，帮助学生更好地理解所学的理论知识，又给学生介绍了电路分析和设计的工具，使电子技术教学系统性更强，理论与实践之间的结合更紧密、更自然，也使后续的技术类的课程结合了应用，有的放矢。教学实验结果表明体系融合式教学方法在学生基础理论和实践环节的教学中均有较好的效果。
参考文献：
［1］潘松，黄继业.eDa技术与VHDL［m］.清华大学出版社，2007.1.
［2］曾繁泰，陈美金.VHDL程序设计［m］.清华大学出版社，2001.1.
［3］康华光.电子技术基础（数字部分）［m］.高等教育出版社，2004.4.
数字化设计与仿真技术篇4
关键词：家具数字仿真个性定制快速设计
中图分类号：tS664.01文献标识码：a文章编号：1007-9416（2015）07-0000-00
abstract：Furnituremanufacturingtraditionaldesignapproachhasbeendifficulttomeettheglobalizationofmarkets，thedemandforindividualrequirements.Howtoimprovethequalityoffurnitureproducts，shorteningproductlifecyclesfurniture，furnituremarkettomeettheneedsofpersonalizedcustomfurniturebusinessisacommonproblemfaced.Digitalsimulationplatformfurnitureproductsthroughitsvastlibraryofstandardparts，usedpartslibrary，variabletypeofproductsmanufacturedmodellibraryconceptualdesignandvariantdesign，therebyenhancingthecorecompetitivenessofenterprisesradically.thisarticleintroducesanumericalsimulationbasedplatformandpersonalizedcustomfurnitureproductdesignprocess，andthearchitectureandkeytechnologiesofdigitalsimulationplatformforaanalysis.
Keywords：furniture；digitalsimulation；personalizedcustom；rapiddesign
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（VirtualReality）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VisualStudio2010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.
[3]王伟荣.家具产品的三维展示设计与实现[D].上海：上海交通大学，2012.
数字化设计与仿真技术篇5
关键词：数字电子技术；proteus；组合逻辑；时序逻辑
引言
数字电子技术课程是电气、通信、电子信息、计算机、机电等相关专业的一门基础课，此课程工程实践性特别强，是培养学生创新实践能力的一门重要课程。数字电子技术主要分为：组合逻辑电路和时序逻辑电路两部分。在教学中，学生普遍认为数字电子技术相对模拟电子技术容易掌握，课程难度偏小。尽管如此要想扎实掌握数字电子技术这门课程也有一定困难，数字电路多采用封装好的芯片，学生想很好的验证自己的设计结果实施起来比较困难。学生自行设计的硬件系统和软件系统，一般会存在某方面的不足，当给出设计任务后，学生就算能顺利完成，其中所涉及的有些方式也不能在自己的设计中充分领悟。采用proteus软件进行虚拟数字电路仿真优势明显，如涉及内容全，硬件投入少，可自行实践，过程几乎无损耗，与工程实践最为接近。
proteus软件是英国Labcenterelecronics公司开发的eDa仿真软件，已有多年历史，该软件集成了原理图布局，仿真工具，pCB设计等功能。可以实现一个完成的电子设计系统。它是一种混合设计仿真工具。proteus软件由iSiS和aReS两个部分构成，其中的iSiS是一款便捷的电子系统仿真软件，拥有超过8000多个元件库，能很好的完成数字电路相关仿真，仿真结果直观明了。
1proteus相关设计实例
文章从计算机辅助教学出发，讨论如何利用proteus软件提高数字电子技术教学与实践效果。通过proteus软件构建一些形象、直观的数字电路，演示仿真结果，“虚实”结合，让学生在有限的时间内，对数字电路中的组合、时序逻辑电路分析与设计有充分的理解和掌握。学生能够在很短实践掌握有关功能器件的特别和典型应用，以及注意事项，激发学生的学习热情、提高学生的实践动手能力、工程设计思想等。
1.1555组成的秒时基电路仿真
秒时基电路是时序逻辑电路中经常使用的单元块电路，可以通过555组成的多谐振荡器构成秒时基电路，只需要选择合适的电阻和电容值就实现。秒时基电路应用非常广泛，交通灯电路系统、LeD数字显示的电子表电路等，均需要产生秒时基脉冲电路单元。在proteus选择大小合适的图纸，建立图形输入仿真文件，根据理论计算确定有关电阻电容数值，选取器件，修改电路参数，连接元器件组成电路。保存并运行仿真文件可得到相关波形如图1。通过波形可以很直观的看出设计是否满足要求为1秒的时基电路，同时修改有关电阻值可以在周期为1秒的前题下改变脉冲的占空比。使学生充分理解多谐振荡电路，并可以根据实际需要产生不同周期和占空比的脉冲，激发学生对555电路的深层次的学习，从真正意义上认识555电路特性，验证其组成设计单谐、多谐振荡电路以及有实际应用的触发报警、脉冲产生等电路。
1.2译码显示电路仿真
显示器件是数字电路一个重要部分，其中LeD数码管应用尤为广泛。本例通过译码芯片74LS47和共阳极数码管来完成译码电路和显示电路的内容。图2中输入数字为013（采用2进制000000010011）通过译码器件，译出相应7段aBCDeFG的高低电平，译码芯片与共阳极数码管连接，最终正确的输出相关显示内容。同学还可以利用其它译码芯片CD4511、74LS48和共阴极数码连接，在此基础上还可以加入计数器，脉冲电路，这样就能实现脉冲的自动计数及显示，效果直观。进行完一整套设计学生很有成就感，能进一步激发学生的学习兴趣。
图2LeD数码管构成的译码显示电路
2结束语
利用proteus仿真软件，在数字电子技术的教学中有着广阔的应用天地，不仅可以利用基本门电路、触发器设计相关电路，还可以利用功能芯片，进行单元电路，数字系统电路仿真，进一步结合单片机构成软硬件相结合的系统。由于篇幅有限，文章不能列举很多实例，这里仅仅起抛砖引玉的作用。此种教学方式能很大的激励学生学习主动性，改善填鸭式教学模式，让学生作为学习的主导着，真正使学生把所学的理论知识，转化为实践能力，由被动学习变为主动学习，由接受式学习，变为开创式学习。
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数字化设计与仿真技术篇6
关键词：数字仿真模拟小流域坝系
一、问题的提出
小流域坝系是黄土高原沟道治理的基本单元，是由骨干坝、淤地坝、小水库等沟道工程组合形成的洪水防御体系和生产体系。坝系的形成、发展和运行是一个复杂的动态系统过程，经历坝系的建设、形成直至达到相对稳定等阶段，与流域的植被覆盖度、土地利用、暴雨洪水、水土流失程度和人类活动密切相关，坝系的建设也受到政策和投资的控制，影响因素多，关系复杂且相互制约。目前人们对这一过程的了解还仅仅限于数字计算，对内部的演变规律和各种因素的影响程度不得而知，对坝系的形成与发展过程缺乏形象直观的描述，不能适应现阶段的生产与科研的要求。
计算机仿真模拟技术是一种高科技手段，它以计算机为工具，将人们根据自己的理解而建立的数学模型，借助于计算机求解的过程，预测未来运行结果。也可以通过调整模型的参数，比较结果而达到优化设计的目的。小流域坝系形成发展过程的仿真模拟，就是将坝系工程中的骨干坝作为主要研究对象，建立起集信息采集、数据处理、动态过程模拟和优化设计为一体的综合系统，以计算机软件系统为支撑，以专家系统为技术支持，对坝系工程的建设、淤积、效益等动态演变过程进行预测模拟，并采用三维直观的方式通过计算机表现出来。在模拟运行的过程中，通过对主要参数指标的不断调整与修正，获得坝系工程的建设密度、布局、规模、效益等一系列规划技术经济指标，达到优化设计的目的。
二、系统设计构思
1．问题定义
小流域坝系的形成发展过程，主要涉及工程建设、防洪安全和坝地生产等几个关键控制因素，在运行中主要反映在两个时间系列上：长期运行模拟与次暴雨运行模拟。
（1）小流域坝系长期运行仿真模拟
坝系中的有些因素是无法控制或较难控制的，如流域的地形和地质条件、流域植被覆盖度、侵蚀强度等；有些是可以控制的，如坝系工程的布局、建设规模、结构和建设时序等。当坝系建设实施后，受洪水泥沙的作用，库容将随着淤积而逐年减少，坝地面积逐年增加，当达到一定的条件后可投入生产发挥效益。而伴随着这一过程，坝系工程的防洪能力也将逐年降低。同时坝系工程的淤积过程还受到其在流域内所处的位置、枢纽结构以及流域坡面治理等因素的影响，坝系的长期运行仿真即是模拟这一过程，并通过模拟过程中对可控制因素参数的调整，达到优化设计的目的。
（2）小流域坝系次暴雨洪水运行仿真模拟
黄土高原水文泥沙的主要特征是洪水历时短、强度大、洪量小、含沙量大。洪水是造成坝系工程水毁破坏的主要原因。预测坝系工程在运行过程中某一时段的状态，了解其抵御洪水的能力及一旦发生水毁可能造成的破坏以及范围，建立防洪预警，对初期坝系建设方案的规划或运行过程中坝系配套改建方案的设计，为坝系工程的加固与改建提供决策依据，具有十分重要的作用。
次暴雨洪水运行仿真是长期运行仿真模拟序列中某一个时段的进一步细化模拟。在长期仿真的过程中，可实时选择典型时段进行次暴雨仿真，以消除一些不利因素，使规划结果更加合理，同时可适当简化系统的复杂程度。
2．系统设计
（1）模块设计
仿真模拟系统主要包括以下几个计算模块：
①坝系工程布局位置识别模块。采用数学的方式将坝系工程之间存在的相互位置关系和水沙传递规律表现出来。
②洪水与泥沙计算模块。建立小流域内不同频率洪峰模数、洪量模数、洪水过程关系曲线和侵蚀量计算数学模块。
③淤积过程推算模块。根据各坝之间的水沙传递规律，建立各单坝淤积库容、坝地面积逐年增加量计算数学模型。
④坝系防洪能力计算模块。坝系工程的防洪能力随着时间的推移而逐年降低，是一个逐渐衰减的过程，与工程在坝系中的作用、所处位置以及自身的结构等密切相关。防洪能力计算应充分考虑以上各种因素，适度考虑坡面治理措施的改变对侵蚀模数和洪水的影响，分别建立没有溢洪道和设置有溢洪道两种坝系运行方式的数学模型，还应建立工程水毁对下游工程乃至整个坝系所造成危害程度与影响范围计算模型。
（2）系统设计
坝系运行动态仿真模拟系统是一个集数据存储、分析计算、仿真演示和优化规划为一体的综合系统，通过专家系统将它们连接在一起。需要特别指出的是，小流域数字地图将是系统工作的基础平台，拟采用“3S”技术获取与处理。
①数据存储。采用数据库的方式，将大量的坝系工程基础数据（包括数值、图形等）进行存储，以便于在计算与演示过程中的调用与交换。
②分析计算。分析计算是系统的核心部分，主要解决坝系有关工程位置识别、洪水泥沙计算、淤积过程推算和防洪能力计算等。
③仿真演示。仿真演示是系统的另一个重要内容，其功能主要是将分析计算的结果在计算机上采用三维模拟的方式表现出来，达到直观、美观、实用的效果。此部分内容也是系统研究与开发的难点所在。
④优化规划。计算机的仿真模拟可以多次重复进行，有关参数（如工程的数量、位置、规模、建设时序等）可以在模拟的过程中，通过专家系统对有关技术指标的分析研究，不断地进行调整，经过多次反复比较，达到优化的目的。
小流域坝系数字仿真模拟系统设计框图见图1所示。
数字化设计与仿真技术篇7
数字艺术是运用数字技术和计算机程序等手段对图片、影音文件进行的分析、编辑等应用，最终得到完美的升级作品。它广泛应用于平面设计、三维技术的教学和商业设计等用途，并随科技进步被大众接受和认可。广义的数字艺术就是数字化的艺术，以数字技术为载体，具有独立的审美价值，都可以归类到数字艺术。数字艺术作品一般在创作过程中全面或者部分使用了数字技术手段。数字艺术包括交互媒体设计、数字影像艺术、虚拟现实设计、新媒体艺术等。交互媒体设计指以互动媒体为载体的设计，数字影像艺术包括数字动画、dv电影、数字影视广告和片头……；虚拟现实设计是指数字博物馆、数字商城这样的虚拟空间设计；新媒体艺术对应传统美术、雕塑，是以数字技术为手段和材料的纯艺术形式。数字艺术是指以数字科技的发展和全新的传媒技术为基础，是人类理性思维和艺术感觉巧妙融合一体的艺术。数字艺术作品必须在实现过程中全面或者部分使用了数字手段。数字艺术作品主要包括以下形式：录象及互动装置，虚拟现实，多媒体，电子游戏，卡通动漫，网络游戏，网络艺术，数字设计，电脑插画，电脑动画，3d动画，数字特效，数字摄影，数字音乐以及音乐影像等。也就是说，本文由http://收集整理数字艺术是艺术和科技高度融合的多学科的交叉领域，涵盖了艺术、科技、文化、教育、现代经营管理等诸多方面的内容。数字艺术的运用领域以及它的影响度，以下着重从数字表演，数字影像两个领域浅析。
首先是数字艺术中的数字表演与仿真技术是一个发展中的全新交叉学科，是计算机科学技术、光学工程等工程科学和艺术学、心理学、社会学等人文学科的交汇点。在数字表演过程中，艺术家通过传感器和软件来控制表演空间中的图像、演员、音效和灯光等表演元素，将通过仿真技术实现的虚拟表演元素与传统文艺表演的表演元素融合起来，从而获得了前所未有的手段来控制表演的空间和时间。这种虚实结合的新型艺术形式不仅改变了传统的表演形式，也促进了技术手段的发展，并对艺术和技术的融合提出了挑战。随着现代数字技术的快速发展，传统的表演要素、表演方式、表演规律等急剧变化，多种表演艺术门类和多种工程技术要求实现天衣无缝的融合，从而促成了数字表演技术的诞生；而仿真技术为这种跨领域、跨平台的协作提供了理论基础和技术支撑。数字表演与仿真技术是按照文艺表演的生产服务流程，将数字化表演与现代仿真技术相结合，从而全面提升文艺演出创意、编排、演出、推广等创新能力的新型交叉学科。它主要研究数字表演的艺术性、技术性、社会学价值；数字表演的实体建模、空间建模、行为建模；数字表演的仿真创作平台、实现平台和呈现平台；广场与室内表演仿真技术、远程剧场技术和数字表演评估技术等。主要研究方向有数字表演基础、数字表演建模技术、表演仿真平台技术和数字表演仿真应用技术等。
其次是数字艺术领域中的数字媒体技术在舞蹈影象中的运用随着人们的研究会越来越广。形成纷繁复杂的舞蹈影像世界。舞蹈艺术正朝着多元化、现代化、多媒介化和全方位感官刺激的方向迅速发展。从只有画面没有声音的纯肢体语言表达，到声、光、电多方位辅助表演，再到电脑艺术、行为艺术、展示艺术等多艺术门类的相互借鉴，舞蹈艺术表演和教学正走向一条艺术语汇更丰富、情感氛围更浓烈、视觉美感更具冲击力的变革之路。大众传媒的运用、传播拓宽了舞蹈爱好者和舞蹈教学工作者的视野，提高了舞蹈艺术全民参与和鉴赏的水平。舞蹈艺术的教与学在现代信息和多媒体技术的辅助下，逐步推陈出新，并在内部深化改革，最终赢得更大的发展。
影像舞蹈正是在这样的获取环境与需求中诞生，并成为舞蹈艺术的重要分支，在舞蹈作品舞台数字艺术分为两大类，一是以计算机为平台的静态艺术。二是七个子项的动态艺术。它包括了两维静态艺术，两维动态艺术，三维静态艺术，三维动态艺术，视频艺术，虚拟现实和数字表演。数字艺术总体讲是以技术为主，艺术为辅，艺术与技术相结合的专业。而数字艺术在舞蹈中的运用主要体现在以下几个方面。一，动画。二，动作捕捉。三，动作跟踪系统。四，高清摄影及播放系统。五，三维立体投影技术。这是一种运动轨迹的建模，通过同步编舞，运用3d软件建设动作数字模型。六，影像和舞者互动装配系统。利用实时抠像到另一个空间上去跳舞。是一个数字化的虚拟环境。这就形成了一个大种的舞蹈，是一个大众的互动世界。在舞台上，观众直接看通过舞者的动作经过播放在大屏幕上的数字影像。利用多媒体技术中的影像手段，可以多角度展示不同舞蹈类型的文化背景，把握舞蹈艺术肢体语言的情感语义和形态构成。舞蹈的风格韵律、情感等内容是很难用语言解释清楚的。利用多媒体，可以使舞蹈以直观、形象、生动的画面准确地表达，获得充分的感知
数字化设计与仿真技术篇8
【关键词】虚拟现实技术；数控技术
以科学和技术的迅速发展，新的教学方法、多媒体技术、教学技术和新的教学媒体，它是虚拟现实技术。虚拟现实技术近年来是针对技术国内外，上升的它，人计算机互作用接口的发展创造一个新的研究领域，为了各种各样工程学提供大规模数据形象化的描述一个新的方法。当前，虚拟现实技术是用途广泛在航空航天，医疗工作、军事训练、建筑设计、教育和训练和许多其他区域。根据用机器制造技术的计算机模拟和北卡罗来纳，北卡罗来纳设备使用计算机模仿真正的工作环境，形成真正数字控制技术，例如应用在数字控制技术教学，将有对整体教学的重大影响。
1虚拟现实技术简述
虚拟现实技术，CnC铣床真正梦想感觉。虚拟现实，因为最尖端的技术，它集成计算机图表、计算机模拟技术、人工智能、传感器技术、显示技术和其他技术，网络并行处理技术的后期发展例如成就，在计算机做了3d数字式模型计算机图表，并且被提供引起一种制定的优先权的感觉，也包括听力，人为环境接触悟性综合，提供人以复杂数据形象化操作经过计算机和互作用一个新的方式。虚拟现实的最大的特征是用户可能使用自然方式与真正环境操作互动，除变动之外人的经验，只能间接地理解环境模型，这有效地扩展了人们的认知方法和领域。
2虚拟现实技术在数控技术教学中的应用
技术人才短缺的情况，为什么技术人员短缺，最新的数字控制技术，最实用高效率地，一位教授在数字控制技术和学习者的数字控制技术，是教学的问题应该注重。无法留下北卡罗来纳机床北卡罗来纳技术教学和训练，数字控制机床价格是相当昂贵的，限制学校的购买力，如果您使用计算机塑造和模仿技术模仿用机器制造环境的实际北卡罗来纳，可能也让学生熟悉对尽快处理环境，以实际进程，以便改进教的作用和教数字控制技术的质量的数字控制机床。虚拟现实技术可以用于数字控制技术教学从以下几个方面。
3利用虚拟现实技术实现数控教学仪器、设备、加工产品的立体展示
在传统教学中，平面图，或在观察各种感知知识的实际教学设备。平面图限制了学生的空间想象力，实践教学的能力，增加了学校的投资。通过使用虚拟现实，我们可以构建与物理对象相同的3d，例如使用pro/e建模，仪器，设备和产品的各种教学物理模糊，虚拟教室中的对象以实体形式存在随着我们进入这个虚拟空间，知道这些仪器可以在任何时间任何地方，并且可以从内部设备结构被观看，将帮助数字控制技术教学的学习进程，改进了解的能力，改进学会的作用。
4利用虚拟现实技术进行模拟实验和仿真教学
现实技术，修造一个真正实验室，学生可能进入真正实验室，immersive真正仪器操作，例如为各种各样使用真正北卡罗来纳系统连接和汇编。没有这样消耗量设备，并且不是受外在限制支配例如空间，反复性的操作，直到令人满意的结果。真正实验室的另一好处是它的绝对安全，而不是人身受伤由于错误。另外，我们可以也利用真正模仿技术，真正模仿软件，数字控制机床操作多媒体计算机操作训练，训练模仿盘区理解编程，并且处理模仿结果，可能有效地解决教育机关的实验条件和要求，矛盾在实验性结果之间。
5利用虚拟现实技术实现的数控加工仿真教学系统
计算机模拟系统，它的运作的状态是具体作用计算机软件和硬件支持数字控制系统，控制由实验者在计算机，从分析在机器零件为动态切口示范的北卡罗来纳过程中设计。模仿了处理作业的整体过程包括：定义，空白的制件夹紧，压力板设施、基准切削刀人工操作、设施工具、机床等等。虚拟机模仿教学系统完全地模仿实际零件处理，检查可以是各种各样的指示是正确的，可能提供完全地同样以实际机器操作盘区，调试，编辑，修改，跟随等等从汤到坚果。
6实现虚拟仿真教学与真实生产加工的联系
从过程模似教学系统独立地运行，二独立系统，并且可能体会网上操作。独立连续机器电路仿真考试单位训练，训练设施，只需要北卡罗来纳机床操作盘区的计算机模拟在LCD屏幕显示模仿和通过削减处理模型的机床通过三尺寸动画演示。
7虚拟现实技术可实现网络数控培训及考核
真正数控模型机床是一个强有力的网络系统，可能体会遥远的教育训练，它是不仅到Lan有一个双向交互式教的作用，而且有基于互联网的远程教育作用的双向互作用，可以为卫星数据传输，宽频等等使用。这做训练真正地遥远的教学的北卡罗来纳，学会，可能仍然使用远程网发行，测试，并且其他作用，有效地除之外，自动分类、比分询问和分析起作用，容易地实施无纸的考试和评估。与虚拟现实技术相关的是常用的设备使用不方便，在处理需要实时，数据存储容量的虚拟世界同虚拟现实技术联系在一起一个共同的设备用途不便，作用不美好，等等，为了适应虚拟现实系统，例如计算机处理速度的中心低比满足很多数据是不足的，也基于嗅觉，设备口味不成熟足够和商品化。硬件装置仍然需要进一步引伸。虚拟现实技术作为教学媒体的一个新型，当前整体教育的注意。以计算机科技的发展，虚拟现实硬件和软件费用在现代教育领域逐渐减少，这种新的教学媒体将是用途广泛在教育教学，最终扮演它的重要角色。
参考文献
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数字化设计与仿真技术篇9
关键词：
半物理仿真；多领域建模；硬件接口；可视化；modelica
中图分类号：tB391.9文献标志码：B
0引言
半物理仿真（HardwareinLoopSimulation，HiLS）在机电系统设计与开发过程中的作用越来越显著，也是当前机电控制系统仿真技术发展的重点.当前的HiLS主要基于matLaB/SimULinK模型实现.近年来，随着电子技术的发展和嵌入式控制的广泛应用，机电系统的复杂化程度不断增加，成为集机、电、液、控等不同领域子系统为一体的综合体系.采用传统的SimULinK和ameSim等单一领域建模仿真方法和工具软件对此类系统进行整体设计与分析时，不同领域的子系统之间形成相互作用、互相耦合的复杂关系，导致建模过程十分繁琐和复杂，很难实现系统级的仿真分析应用.基于modelica的多领域建模和仿真方法能很好地解决系统建模仿真过程中的耦合问题，使得其开始被越来越广泛地关注和应用.
随着工程中越来越普遍地使用modelica多物理系统建模仿真方法，当前的HiLS方法和技术很难与其结合应用.在实际工程应用中，需要分别建立系统的数字仿真模型和HiLS模型.这就使得系统设计分析工作前后无法衔接，导致系统设计过程复杂、工作量大、研发周期长.因此，有必要研究支持modleica多领域数字模型的HiLS技术，从而解决当前系统设计分析中因模型不统一而存在的问题.其中，用于关联数字仿真模型与HiLS硬件接口的控制模块是首先需要研究解决的关键技术之一.
1硬件接口控制模块作用和原理
硬件接口控制模块是HiLS目标机中板卡信号接口与数字仿真模型之间的连接纽带，用于实现数字仿真模型与目标机板卡接口之间的数据和信号传递，以及在建模环境中实现对目标机板卡的通道选择、精度转换等硬件参数设置，也是人机和模型设备间的交互接口.建模环境中的硬件接口控制模块称为硬件接口模型，多个硬件接口模型组成硬件接口模型库.在建模环境中，硬件接口模型与普通模型的使用方法相同，并且可以通过GUi界面设置其参数.
在matLaB/SimULinK中，硬件接口模型的作用见图1.硬件接口模型实际为相应目标机板卡接口的驱动程序函数集，其运行于matLaB，SimULinK，StateFlow和Rtw等与RtSoftware和RtHardware之间，在各个分布软件之间起信息传递和资源共享等作用.在建模环境中，对硬件接口模型进行操作，实际就是对其相应的目标机板卡接口进行操作；对硬件接口模型进行参数设置，实际就是通过板卡接口驱动程序实现对板卡接口的硬件参数设置.硬件接口模型必须满足2点技术要求：1）符合数字仿真模型的建模规范，能够在同一建模环境中实现两者的统一建模；2）自身可以生成目标机运行的实时代码，能够在目标机中实现与数字仿真模型生成的实时代码一起运行.
硬件接口模型在当前HiLS系统中的具体作用体现为：1）标准i/o功能；2）指定部分模型为定时执行；3）指定部分模型为软件中断；4）指定部分模型为硬件中断；5）指定中断和定时任务的优先级；6）支持单采样频率和多采样频率；7）支持单任务模式和多任务模式；8）支持连续、离散、混合系统.
在当前以matLaB/SimULinK为建模环境的HiLS应用中，硬件接口模型存在的不足与面临的问题有：1）数字仿真模型无法添加硬件接口模型时，必须对数字仿真模型进行分解处理，该过程只能通过手工分解方式实现，增加开发工作量，降低开发效率；2）当前用于控制系统的HiLS应用的硬件接口模型均基于matLaB/SimULinK实现，对于modelica多领域物理模型等在其他建模环境中所建立的模型必须通过相应技术转换为SimULinK模型，且必须满足SimULinK模型的仿真原理和求解计算要求，这使得建模过程复杂，并且相关软件必须支持模型转换和联合仿真.
导致matLaB/SimULinK建模仿真软件中的硬件接口模型出现上述不足的原因，一是数字仿真模型与HiLS模型之间无法逆向转换，数字仿真模型中添加硬件接口模型后，模型之间的信号传递中断，模型的完整性被破坏，转换后的HiLS模型无法进行离线仿真，必须分别建立数字仿真模型和HiLS模型；二是受限于matLaB/SimULinK建模机理，其主要用于控制系统建模，对控制器进行HiLS验证时，SimULinK很难建立机、电、液等统一模型.
2基于modelica的硬件接口模型原理分析
modelica是一种开放的、面向对象的、以方程为基础的多领域建模语言，可以跨越不同领域，建立包括机械、电子、电力、液压、热和控制等的复杂系统模型.基于modelica规范的建模机理，可以很好地解决matLaB/SimULinK无法建立多领域模型这一难题.
通过分析matLaB/SimULinK建模仿真软件中的硬件接口模型工作原理可知，在modelica中实现硬件接口模型，也用以关联modelica数字仿真模型的输入/输出信号与HiLS目标机板卡接口，因此硬件接口模型必须满足modelica建模规范要求，并且能够与modelica数字仿真模型一并生成目标机可运行的实时代码.同时，modelica数字仿真模型中添加硬件接口模型后，还必须保持模型的完整性，使得modelica的HiLS模型依然可以进行离线仿真，实现modleica数字仿真模型与HiLS模型的逆向转换.
硬件接口模型破坏数字仿真模型完整性的关键原因是硬件接口模型将原数字仿真模型分解为多个子模型（即任务或子任务）.根据模型编译原理，对于无信息关联的模型，编译过程中将分别进行独立处理.添加硬件接口模型后，由于失去了模型之间的关联信息，使得分解后的模型在编译过程中无法对各个子模型之间的信息进行传递.
基于modelica规范的模型编译原理主要是对模型的映射关系和模型方程的平坦化进行处理.在模型编译过程中，编译器需要对模型进行平坦化和实例化处理，陈述式的、面向对象的、具有层次结构的modelica文本模型，被映射为平坦化的微分方程、代数方程和离散方程集合.因此，在modelica建模环境中，欲实现硬件接口模型不破坏modelica数字仿真模型完整性，必须针对模型编译过程中的模型映射关系和平坦化原理及处理技术进行相应的技术研究.
以图2中数学方程及其对应的modelica数字仿真模型为例，modelica模型映射及平坦化后的方程见图3.
根据modelica模型映射规则，若在图2模型中虚线上圆圈标记位置加入硬件接口模型，则可以将硬件接口模型映射为一个输入与输出相等的方程，即“Hi.inport1=Hi.outport”.按照图中虚线将模型分解为2部分子模型后，两者的映射方程见图4.
完整的modelica模型被映射为2个方程块后，两者之间的关联关系依然为“Hi.inport1=Hi.outport”，并且分解后的模型和平坦化方程依然满足modelica规范中“变量数等于方程数”的基本规则.
从上述分析可以看出，在硬件接口模型映射过程中，只要保持其关联关系信息，就可以保持原数字仿真模型的完整性，因此，在硬件接口模型实现过程中，必须采取相应的措施和方法，使得模型编译过程能够识别该信息.此外，从模型平坦化方程中也可以看出，硬件接口仅适用于分解模型中无耦合关系的2个子模型，这与系统HiLS应用过程中硬件接口模型的应用工况完全符合.
3基于modelica规范的硬件接口模型实现
由于当前modelica规范不完全具备建立硬件接口模型的功能，因此必须基于modelica规范采用扩展modelica语法方式建立HiLS目标机板卡的硬件接口模型库，从而实现在modelica建模环境中以硬件接口模型方式表达目标机板卡的相关信息.[56]对于modelica模型编译器及其用于HiLS目标机的代码生成器，应采用增加目标机硬件系统的分层次处理方法，由单元至整体、由组件至系统分别建立子任务、任务、内核或处理器、目标机.根据目标机硬件系统层次划分，对HiLS模型依次进行定义和设置，以确定数字仿真模型分解出的各个子任务和任务最终运行的目标机，或者用于确定其运行于目标机处理器的具体内核.
在HiLS目标机板卡接口模型库中，需要建立以下几个主要子模型库[9]：
1）接口子模型库，是目标机板卡接口模型库的基本部件库，用以定义板卡及板卡的通信接口，即确定目标机板卡的使用边界，选择目标机的板卡等实际硬件，并实现HiLS模型与目标机板卡管理.板卡接口可以是同一个目标机中的板卡外部i/o，网络通讯接口或者目标机内部的任务通信接口.
2）通讯子模型库，是HiLS目标机板卡接口模型库的中心部分，也是系统数字仿真模型转换为HiLS模型时必需使用的子模型库.用于协助开发目标机中各个板卡接口的开源驱动程序，同时也是板卡接口驱动程序的框架定义，能够通过图形化界面实现用户与板卡接口之间的信息交互.
3）配置子模型库，用以设置HiLS目标机处理器和各个板卡的任务、子任务、信号采样和输出保持等参数，并将其定义为通用模板，在此基础上进行应用扩展.
以电机转速闭环控制为例，基于modelica规范的硬件接口控制技术，开发硬件接口模型库，采用modelica标准模型库中的信号源、计算、piD控制、电机和负载等基础模型组件，通过可视化的拖放式建模操作方法，建立电机转速控制多领域HiLS模型，见图5.
示例模型主要由3部分构成：转速控制器子模型controller.ref，速度反馈控制器子模型controller.feedback和电机设备子模型plant.在HiLS过程中，3个子模型均以独立任务实时运行.其中，转速控制子模型映射任务和速度反馈控制器子模型映射任务运行于同一目标机中，两者之间通过目标机内部的任务接口进行数据通信；电机设备子模型映射任务运行于另一目标机中.
3个子模型之间的硬件接口模型使用通信子模型，其将模型分解为3个不同部分，同时也作为任务或子任务接口，并用于调用硬件驱动和配置硬件运行参数.示例模型中的comedi模块[10]属于配置子模型库，用于配置目标机的运行参数，包括时钟、初始化、网络通信地址等信息.通讯子模型和配置子模型共同把HiLS模型映射到多个目标机中，通过两者的配置信息，使得modelica数字仿真模型可以自动转化为HiLS模型.
4结束语
研究基于modleica规范的硬件接口控制技术，提出一种不同于传统SimULinK模型接口的、新型模型设备接口设计方法和一种新的HiLS模型的建模方法，同时扩展多领域物理模型设计过程中的延伸应用，有效地支持多领域混合复杂机电系统建模仿真设计及HiLS分析验证.基于modleica规范建立的硬件接口模型，可以很好地与modelica数字仿真模型运行于同一建模环境中，实现modelica数字仿真模型与HiLS目标机板卡接口的关联以及两者之间的信息传递，并可以实现对HiLS目标机和板卡接口进行相应的参数设置和信号输入/输出控制.该接口模型技术可简化建模仿真应用过程，提高系统研发效率，降低研发工作量.
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数字化设计与仿真技术篇10
SunJinping
（西安铁路职业技术学院，西安710014）
（Xi'aninstituteofRailwaytechnology，Xi'an710014，China）
摘要：针对职业教育技能应用型人才的培养目标，研发出了数字电子技术课程实践项目。数字电子技术是一门实践性很强的课程，为了打好专业理论知识和实践技能的基础，分四种类型设计了30个实践项目，其中功能认知型12个、技术应用型8个、仿真测试型6个、创新设计型4个。实际应用表明，四个层次的实践项目对学习掌握数字电子技术，提升实践技能起到了有效的强化作用。
abstract:appliedforvocationaleducationskillstrainingobjectives,developedthepracticeofdigitalelectronictechnologycurriculumprojects.Digitalelectronictechnologyisaverypracticalcourse,inordertolayasolidtheoreticalknowledgeandpracticalskillsofprofessionalbasisforthedesignofthefourtypesof30practicalprojects,ofwhich12cognitivefunction,technologyandapplication8,simulationtesttype6,innovativedesigntype4.theapplicationshowsfourlevelsofpracticelearningprojectfordigitalelectronictechnologytoenhancethepracticalskillstoplayaneffectiveroleinstrengthening.
关键词：数字电子技术实践项目功能认知技术应用创新设计
Keywords:digitalelectronics；practicalprojects；cognitivefunction；technologicalapplication；innovativedesign
中图分类号：tn79+1文献标识码：a文章编号：1006-4311（2011）15-0217-02
0引言
随着信息数字化技术在各个专业领域的广泛应用，数字电子技术（以下简称“数电”）在电类专业中的作用不可替代。为了打好专业知识和技能的基础，提升实践操作和技术应用能力，针对职业教育培养目标，对数字电子技术的实践项目进行了研究和开发。
1“数电”实践项目研发思路
“数电”课是西安铁路职业技术学院（以下简称“我院”）精品课程，是一门面向全院电类专业的专业基础课。课程网站资源丰富，利于学习、训练、提高、参考。在实训资源建设时，为突出技能培养，体现教、学、做一体化，实现边学、边看、边做，提高实践操作能力，提供全方位的网络学习，除了有实训项目的电子指导书外，要有音频配置的实训项目多媒体课件，下一步还要进行实践示范录像资源建设。为此，对实践项目进行了整合优化，删除了分立元器件及其性能测试的内容，保留了集成器件的功能验证，增加了集成器件的功能扩展和应用，提出了创新设计的方案要求，以及虚拟仿真实验的项目。同时，为那些没有实训条件，或无法实施项目教学的，提供较全面的实践资料。
2“数电”实践项目研究与开发
职业教育的目标是培养技能应用型人才，“数电”的课程目标是掌握数字集成电路和芯片的逻辑功能及应用，具备用中、小规模集成电路设计与分析简单电子产品的能力，以及组装、维修、检测、调试能力。所以，设置实验实训项目时，按照知识和技能循序渐进、不断强化的过程，分四种类型设计了30个实践项目，其中功能认知型12个、技术应用型8个、仿真测试型6个、创新设计型4个，如表1所示。
2.1功能认知型实践项目功能认知型实践项目，是为了培养数字电子技术基本技能而设计的项目，如表1所示。针对数字电子技术中涉及到的最基本的元器件，为熟悉、掌握其功能和特点，共有12个项目，实践目标是按照集成芯片手册熟练地掌握其逻辑功能检测方法，学会判断芯片代号、管脚排列规律和特点，正确使用和处理使能端、控制端、多余端及相互转换。实践要求学会正确选用同一功能、不同种类的集成芯片。即，同是与非门，如何区分ttL系列与CmoS系列，如何区分ttL74与54系列，以及如何区分74、74S、74LS等芯片。特别要清楚地掌握集成电路手册里芯片功能表（真值表）中各个状态的含义及对应关系，并通过功能测试仪、逻辑功能实验箱或实训台测试验证其功能。通过功能认知型项目的实践表明，集成电路芯片功能的验证使理论知识和实际技能得到了有机的融合，操作技能得到有效提高和锻炼，为正确灵活地选用集成芯片奠定了基础。
2.2仿真测试型实践项目仿真测试型实践项目是为了提高新技术应用能力而开发的。它利用软件multisim构建仿真实验平台，设计一些在实际操作中难以观察和测试的项目，如ttL与非门传输特性、组合电路竞争与冒险、触发器空翻和振荡现象等共6个项目，如表1所示。仿真型项目的实践目标是利用新型虚拟实验仿真软件，实现需要采用示波器、信号发生器、万用表、稳压电源等仪器测试的项目，学会用虚拟仪器进行仿真实验。实践要求了解ttL与非门的主要技术参数指标；正确判断组合电路竞争冒险产生的时间和种类，学会实现和测试消除组合电路竞争冒险的方法；了解触发器空翻、振荡现象产生和消除的过程。实践证明，虚拟仿真型项目的设计和应用，不仅能够清晰地观察到一些难以测试的现象，直观地反映理论知识，而且可以避免实际操作中元件和仪器设备的损耗，特别是对电子创新设计与制作，提供了最直观、便捷的论证、确认及调试的仿真手段。
2.3技术应用型实践项目技术应用型实践项目在功能验证型实验的基础上，为强化集成电路芯片功能的拓展应用能力而设计，共有8个项目，如表1所示。实践目标是学会用基本集成芯片实现组合逻辑电路，掌握逻辑器件的功能扩展，并用虚拟软件仿真。实践要求熟悉逻辑器件的功能扩展，譬如用两个3线-8线译码器如何扩展为4线-16线译码器，并用其实现组合逻辑电路、彩灯显示电路等形式的典型应用实践内容，还有编码、译码、显示综合应用实践项目等。一方面熟悉组合电路的设计方法，另一方面强化编码器、译码器、选择器等逻辑部件的功能扩展，锻炼知识和技能的融合能力，尤其是虚拟仿真软件的应用，为创新设计实践项目奠定基础。
2.4创新设计型实践项目创新设计型实践项目4个，如表1所示。它为提升“数电”课程综合应用能力而设计。其实践目标是熟练掌握数字电路设计仿真制作方法，把“数电”课程涉及的知识和能力通过这些项目的实践达到融会贯通。实践要求打造“数电”综合应用能力，从产品的设计仿真、器件的市场调研论证与购置、印制板的制作、电路的组装调试、到产品使用说明书的编写，以及产品答辩，全过程实践，致力于培养分析问题和处理问题的能力、拓展技术应用和创新设计能力。而且，这些项目在学习单片机时，我院设计也采用单片机技术实现同样的功能，进一步加深了对功能的了解，强化了知识的衔接和融合。
3实践项目的实施方法
我院是西安市电子技术类实训基地，西安市教育局计划投入1200万元资金进行建设，已投入500万元建成电子技术实验箱类、插件式实验台类、开放式综合实训台类和虚拟仿真类不同方式等各种相关实验实训室，有力地确保了“数电”课程改革及实践项目的实施。以上研发设计的四类实践项目，在实施过程中按照教、学、做一体化教学方式，根据课程的学习模块，按任务项目的知识相关点交叉进行。如功能认知型中ttL与非门逻辑功能验证，仿真测试型中ttL与非门输出特性仿真测试，技术应用型中组合逻辑电路设计，按学习模块循序渐进实施，对一个知识点使其在深度广度上体验得淋漓尽致。特别是创新设计型实践项目，是课程知识技能的大综合，通常安排一周时间集中完成。这样，可以全力以赴、反复推敲每一个细节、工艺和过程。
4结束语
四种类型的实践项目对学习掌握数字电子技术、提升实践技能起到了有效的强化作用。尤其是虚拟仿真实验不但简便易行，而且具有交互性、可操作性，真实感与实际的仪器情境雷同，元件选择范围广泛，电路修改方便，减少了试验元器件的损坏，能极大地提高教学效果，也为真实的实验打下基础，为电子创新设计提供了研究、开发、论证的便捷手段。也为应用电子技术专业课程解构、重构进行了尝试和铺垫。
参考文献：
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