工程系统仿真

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1、摘要：随着计算机技术和信息技术等高新技术的快速发展，仿真技术得到了快速的推动，并且在工程技术的发展屮越来越重要。本文将首先介绍仿真技术的概念及特点，然后介绍仿真技术在工程中的重要作用，进而分析工程仿真技术发展水平以及展望其发展趋热。关键词：仿真技术；工程系统一、仿真技术的概念仿真技术是以相似原理、系统技术、信息技术以及仿真应用领域的相关专业知识技术为基础，以计算机系统和相关的物理效应设备及仿真器为工具，利用模型对系统（已有的或设想的）进行研究的一门多学科的综合性的技术。在现代的工程系统中，仿真是一种常

2、用而且有效的方法，因为他可以对复杂的动态对象进行分析，可以缩短设计和制造的周期，减少风险并节约投资。而随着计算机技术的迅速发展，借助计算机，利用系统模型对实际系统进行试骑研究使得仿真技术更加普及。利用计算机对工程系统仿真的过程可以通过三个基本活动来描述：1）建模活动：通过对实际工程的观测和检测，在忽略次要因素及不可检测变量的基础上，用物理或数学的方法进行描述，从而获得实际工程系统的简化近似模型。这里的模型与实际工程系统的功能与参数之间应具有相似性和对应性。2）仿真模型：对工程系统的数字模型（实际是一种

3、简化后的模型）进行一定的算法处理，使其成为合适的形式Z后以便于计算机进行计算。仿真模型对实际工程系统来讲是一个二次简化的模型。3）过程仿真：将实际工程的状态在模型中进行模拟。通过仿真技术可以弄清工程系统的内在变量对被控对象的影响。二、工程仿真技术的特点工程系统的仿真凭借新的加工制造技术和执行机构技术的支持，对设计、制造和维护高性能执行机构，以及构建一个包括控制器和执行机构的完整的自动化系统起到了积极作用，也因此得到了巨大的发展。而现代的工程仿真技术具有如下特点：1）在工程系统中，仿真技术是一门通用的支

4、撑性技术［1］。在决策者们面对一些重大的、棘手的问题时，仿真技术能以其他方法无法替代的特殊功能为其提供关键性的见解和创新观点。2）工程仿真技术的发展具有相对的独立性，同时又与光、机、电、声，特别是信息等众多专业技术领域的实际发展互为促进。因此，工程仿真技术具有学科面广、综合性强、应用领域宽、无破坏性、可多次重复、安全、经济、可控、不受气候及场地空间的限制等独特优点，这是其他技术无法比拟的。3）工程仿真技术的发展还与应用紧密相关。应用需求是推动仿真技术发展的源动力，工程仿真技术应用效益不但与其工程技术实

5、际水平的高低有关，还与应用的工程领域的发展密切相关。大量实例表明，仿真技术的有效应用必须依托于先进的仿真系统，只有服务于应用的仿真系统向前发展了才能带动工程仿真技术的发展。因此，必须处理好应用要求牵引、系统带技术、技术促系统、系统服务于应用的辩证关系。三、仿真技术在工程系统中的作用工程系统的仿真起源于自动控制技术领域。从最初的简单电子、机械系统，逐渐发展到今天的涵盖机、电、液、热、气、电、磁等各个专业领域，并且在控制器和执行机构两个方面上飞速发展。控制器的仿真软件，在研究控制策略、控制算法、控制系统的

6、品质方而提供了强大的支持。随着执行机构技术的发展，机、屯、液、热、气、屯、磁等驱动技术的进步，以高可靠性、高精度、高反应速度和稳定性为代表的先进特征，将工程系统的执行品质提高到前所未有的水平。这也使得仿真技术在现代工业系统中发挥着重要作用：⑵1）利用仿真技术可以提高工程系统产品的开发质量。现代产品开发强调“最优化设计”，以追求产甜全寿命周期的综合性能最佳为核心准则。但是，产品在其全寿命周期内可能遇到各种各样的工作环境，而且这些复杂的工作环境往往是人工难以完成的。应用仿真技术，可以在产品尚未最终设计出来

7、之前就考察研究它们在各种工作环境下的表现，从而保证其综合性能为最优。2）利用仿真技术可以缩短工程设计周期。传统的工程设计往往要经历如下过程：方案设计T图样设计T施工设计T实际施工等一系列步骤，在任何一个步骤屮发现问题，常常要退回到前面一个步骤重新循环。此外，图纸的设计与验算要花费很多的时间，这样会造成设计吋间冗长，为避免大量消耗精力而采取保守的设计等状况的发牛。利用仿真系统则可大大提高设计效率，并且能遇见某种方案可能产生的后果，从而提高设计水平，对于一些安全隐患可以做到防范于未然保证施工的正常进行。3

8、）利用仿真技术可以大大地减少工程造价，提高生产效率。用计算机模型代替实际的实验模型，不仅可以大大地缩短设计周期而且还能节省开支。这一点在土木工程屮尤为突出。工程系统的仿真作为虚拟设计技术的一部分，与控制仿真、视景仿真、结构和流体计算仿真、多物理场以及虚拟布置等技术一起，在贯穿产品的设计、制造和运行维护改进乃至退役的全寿命周期技术活动中，发挥着重要的作用，同时也在满足越来越高和越来越复杂的要求。因此，工程系统仿真技术也就迅速地发展到了协同仿真阶段。其主要特