仿真軟件范文

導語：如何才能寫好一篇仿真軟件，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞： VNUC；仿真加工；數控教學

Abstract: The VNUC simulation software simulation machining of the shaft parts as an example, through the teaching practice, the application of VNUC simulation software can not only make up the equipment deficiencies, and to mobilize the enthusiasm of the students, improve the teaching quality of nc.

Key words: VNUC; machining simulation; NC Teaching

中圖分類號：TG659文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2013）

隨著“三本”院校加強對于學生動手能力的要求，以及數控加工在機械制造業中的廣泛應用，對數控相關技術人員的需求日益增加，數控操作者的大量培訓便成為迫切的問題。在傳統的操作培訓中，數控編程和操作的有效培訓必須在實際機床上進行，這既占用了設備加工時間，又具有風險，培訓中的誤操作經常會導致昂貴設備的損壞[1]。隨著計算機技術的發展，尤其是虛擬現實技術和理念的發展，產生了可以模擬實際設備加工環境及其工作狀態的計算機仿真軟件。它用計算機仿真軟件進行培訓，不僅可迅速提高操作者的素質，而且安全可靠、費用低。因此，VNUC數控仿真軟件在數控教學中發揮著重要的作用，本文以VNUC仿真軟件對軸類零件的仿真加工為例，通過一段時間的數控教學，發現數控仿真軟件能在其中顯示出橋梁作用，能使理論和實踐有效的銜接，打破了傳統的數控教學模式，增加了學生動手的機會，提高了操作的熟練程度。因此，把數控仿真軟件用于教學，是解決這一問題的有效途徑[2]。

車削零件的數控仿真加工

車削零件的尺寸及程序的編寫

圖1 車削加工零件

以加工如圖1所示零件為例說明FANUC車床的操作方法。采用外圓加工方式，選取刀尖半徑0.8，刀具長度60， D號刀片，J型刀柄。加工應選擇直徑62mm，高為200圓柱型毛坯。

程序如下：

%

O0001

T0101;

M03 S800;

G00 X65. Z10. ;

G71 U7.0 R1.0 ;

G71 P050 Q110 U4. W2. F0.2 S500. ;

N050 G00 X6.0 Z2.0;

G01 Z-20.0 F10.;

G03 X14.0 Z-24.0 R4.0;

G01 W-8;

G02 X20.0 W-3.0 R3.0;

G01 W-37.0;

G03 U20.0 W-10.0 R10.0;

G01 W-20.0;

G02 X52.0 W-6.0 R6.0;

N110G03 U10.0 W-5.0 R5.0;

G70 P050 Q110;

G00 X65.0 Z10.;

M05;

M02;

%

打開“開始”菜單，在“程序/數控加工仿真系統/”中選擇“數控加工仿真系統”點擊，進入系統，點擊“快速登錄”進入系統主界面。

1.2 選擇機床

點擊菜單“機床/選擇機床…”，在選擇機床對話框中控制系統選擇FANUC，機床類型選擇車床并按“確定”按鈕。

1.3 機床回零

先使X軸回零，再使Z軸回零。

1.4 安裝零件

點擊菜單“零件/定義毛坯…”，在定義毛坯對話框中可改寫零件尺寸高和直徑，按確定按鈕。點擊菜單“零件/放置零件…”，在選擇零件對話框中，選取名稱為“毛坯1”的零件，并按確定按鈕，界面上出現控制零件移動的面板，可以用其移動零件，此時點擊面板上的退出按鈕，關閉該面板，零件已放置在機床工作臺面上。

1.5 輸入NC程序

數控程序可以通過記事本或寫字板等編輯軟件輸入并保存為文本格式文件，也可直接用FANUC系統的MDI鍵盤輸入。

1.6 安裝刀具

點擊菜單“機床/選擇刀具”在“車刀選擇”對話框中根據加工方式選擇所需的刀片和刀柄，確定后退出。

1.7 對刀

平端面

在手動（jog）狀態下，讓刀具靠近毛坯并主軸打開正轉。進給速率減慢， +X方向退刀。點擊“offset setting”進入坐標系設定補正里面在G01行里面輸入“Z0”并自動“測量”。如圖2所示

圖2平端面 圖3試切直徑

試切直徑

在手動（jog）狀態下，讓刀具靠近毛坯并主軸打開正轉。進給速率減小一點。試切直徑，并+Z方向退刀。主軸停轉，點擊主菜單里面“工具”。點擊測量功能就，把式切直徑測量出來，例如：71.066式切直徑。把式切直徑輸入到補正里面。用X71.066輸入，并“測量”。如圖3所示

1.8 自動加工

機床位置確定和工件中心坐標輸入后，就可以開始自動加工了。此時將操作面板的MODE旋鈕切換到AUTO模式，點擊start按鈕，機床就開始自動加工了，如圖4。加工完畢就會出現如圖5所示的效果。

圖4 加工過程示意圖圖5 加工完畢后的效果圖

結語

VNUC數控加工仿真軟件是利用計算機虛擬動畫技術來模擬實際機床的加工過程，可使用戶既能掌握數控機床加工的基本原理，又能掌握數控機床操作的基本技能。將該軟件應用于教學培訓和實際生產中，可以減少培訓成本，保證生產質量，具有十分重要的意義[3]。

參考文獻：

[1]李芹.基于VNUC數控仿真軟件下的教學[J].科技風,2009,（19）

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用S7-200編程軟件編寫好程序，點擊“文件-導出”，然后導出到你需要存放的位置（如電腦桌面），導出來的文件為.awl文件。

打開S7-200仿真軟件，點擊“配置-CPU型號”，選擇你編寫程序時的PLC型號即可。

配置好仿真軟件的PLC型號后，點擊“程序-載入程序”，會彈出“載入CPU”對話框，選擇"所有"；“導入的文件版本”選擇你相應S7-200的編程軟件版本就可以。點擊“確定”按鈕，找到剛剛導出的.awl文件。

載入程序后，示；提示“Thefilecannotopentoreaddata”點擊“確定”，具體操作如何所示。

要查看地址的狀態，可以點擊“查看-狀態表”，會彈出“狀態表”對話框，輸入需要查看的地址，點擊“開始”，會顯示出相應地址的當前值，我們還可以對此地址賦新值。

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1.1物流仿真軟件

物流仿真軟件是以物流系統建模為基礎，運用計算機技術編寫的模擬實際物流活動，并進行相關決策分析的軟件。運用仿真軟件可以直觀了解物流活動中各個變量之間的動態變化過程，以可視化的界面為物流計劃、執行提供決策信息。物流仿真軟件的開發始于20世紀80年代，軟件研發主要集中在美國和歐洲，近幾年我國部分企業也開始了仿真軟件本土化的工作。目前，國內外主要的物流仿真軟件有Flexsim、RaLC（樂龍）、Witness（SDX）、Automod、Show-Flow、eM-Plant、SimLab、SIMAnimation、Arena、Supplychainguru、Classwarehouse等，每一種軟件都有其自身的特點。例如，Flexsim采用了三維仿真技術，可以模擬物流活動中所需的各種實物對象，每一個對象都有一個坐標、速度、旋轉以及一個動態行為，為物流活動提供了逼真的圖形動畫和完整的運作績效報告，可以在短時間內完成對各種方案優劣勢的比較和評估。RaLC（樂龍）仿真軟件是面向作業對象的，動態模擬分析物流配送中心傳送、裝卸、分揀、搬運、立體化存儲等環節，通過對研究對象和設施設備參數進行設定，動態分析物流系統作業優化問題。

1.2SWOT分析方法

SWOT方法起源于波特的競爭戰略理論，是一種態勢分析法。其中S表示優勢（Strengths），W表示劣勢（Weak－nesses），O表示機會（Opportunities），T表示挑戰（Threats）。通過綜合分析活動主體所面臨的以上四個方面的因素，提出解決辦法并制定相關的策略。SWOT方法可以化繁為簡，提高決策者分析判斷的時效性和準確性。

2物流仿真軟件應用于教學中的SWOT分析

2.1優勢（Strengths）分析

2.1.1時間控制性強。在教學過程中，運用物流仿真軟件可以根據課程內容和課時情況設定物流活動的時間。對于周期較長的物流活動，利用仿真軟件可以壓縮到幾分鐘甚至幾秒鐘模擬完成。對于需要學生掌握的難點和重點內容，可以利用仿真軟件設計重復性的作業活動，延長作業時間，幫助學生理解掌握。2.1.2內容豐富。物流作業活動涉及到倉儲、運輸、配送、包裝、流通加工等眾多環節，傳統的實訓教學內容很難涵蓋。利用仿真軟件可以結合教學內容，建立不同功能的仿真模塊、調用叉車、自動巷道機、立體化倉庫、托盤、傳送帶、配送車輛等多種物流設施設備，同時還可以結合物流案例進行模擬分析。2.1.3吸引性強。傳統物流教學主要以概念和理論的講解、分析為主，實際教學中學生普遍反映理論講述較為枯燥和抽象，希望增加實踐操作的內容。物流仿真軟件具有實踐性強的特點，可以激發學生動手操作的興趣，增強學生對物流活動決策分析的能力，加深學生對物流理論和系統建模的理解。2.1.4投入性價比高。物流設施設備具有種類多、投資大、維護費用高、更新換代快、場地要求高的特點，高校教學經費有限，短時間內很難配備齊全滿足教學需要的實驗設備。仿真軟件運用計算機就能滿足學生的實際操作需要，使學生有充足的學習時間去了解物流活動特點，掌握物流作業的各個環節，同時減少了日常作業的物料消耗和設備維護費用。另外物流仿真軟件在虛擬環境中運行，基本避免了安全隱患，學生可以大膽獨立進行操作。

2.2劣勢（Weaknesses）分析

2.2.1缺乏親身感知。實際物流作業活動中存在很強的經驗性問題，例如倉儲作業中安全庫存的設定、最優配送路線的選擇等，并不是簡單的根據模型推導求出，需要結合實際情況人為調整。另外物流作業中的團隊合作、次優選擇問題等也是仿真軟件無法進行模擬的。在物流仿真軟件中無法替代學生物流實際操作過程中經驗和感受的積累，可能出現一旦沒有仿真軟件，學生將不知如何開展物流活動的弊端。2.2.2缺乏動手實踐。學生依靠鍵盤和鼠標運行仿真軟件就可以迅速完成對物流活動的操作，但是實際物流活動紛繁蕪雜、千頭萬緒，很多物流企業還停留在勞動密集型的階段，沒有進行現代化信息系統的建設。導致很多學生動腦思考性強，動手實踐能力差，畢業進入企業后，無法適應簡單基本的物流作業操作。

2.3機會（Opportunities）

2.3.1物流行業信息化水平提高。國務院辦公廳在《關于促進物流業健康發展政策措施的意見》（〔2011〕38號）中明確指出“加強物流新技術的自主研發，適時啟動物聯網在物流領域的應用示范。加快先進物流設備的研制，提高物流裝備的現代化水平，鼓勵物流企業應用供應鏈管理技術和信息技術。”一系列政策和措施的出臺促進了物流行業信息化水平的提高，使得仿真軟件教學更能反映企業的實際物流操作，有利于教學和物流作業之間的互動。2.3.2高校加快教育信息化建設。在2013年全國教育工作會議上，明確指出要加快教育信息化建設，增加高等教育利用現代手段服務社會的能力。實訓環節是物流教學的重要內容，也是培養物流專業人才的必要過程。高校信息化教育建設的加快發展為物流仿真軟件引入教學提供了機遇，對促進物流學科發展、培養物流專業人才具有重要的意義。

2.4挑戰（Threats）

2.4.1部分物流企業信息化水平不高。學生在學校里運用仿真軟件，接觸到的都是先進的物流設施裝備和管理方法，然而我國物流企業還存在技術裝備落后、信息化水平不高的現狀。以快遞行業為例，仿真軟件中都是利用電子條碼自動分揀，運用線路最優化技術提供配送方案，而目前快遞行業整體信息技術水平還不高，大部分快遞企業還是依靠人工分揀、配送路線也是由快遞員自行設計。這樣的局面會造成學生所學和畢業工作之間無法順利對接，使學生產生就業心理落差。2.4.2師資培訓相對滯后。物流仿真軟件要求指導教師具備運籌學、系統建模、計算機操作、案例分析等方面的專業知識。目前針對物流仿真軟件的師資培訓工作相對薄弱，學校購買相關軟件后，主要由軟件賣方進行簡單的操作培訓，教師主要依靠操作手冊指導學生上機練習，缺乏進一步運用軟件進行系統建模、案例分析的能力。

3相關解決措施

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隨著科學技術的發展，數控加工技術在機械制造業中廣泛應用，社會對數控技術人才的大量需求，推動了廣大職業院校紛紛開辦數控技術專業。現在對于數控專業課的教學，大都采用課堂講授法和實踐教學法。經過多年的實踐探索和教學經驗，我們發現數控加工仿真軟件在數控教學中顯示出重要作用，既能理論聯系實踐，又能提高學生學習的積極性和主動性，增加學生實踐操作機會，提高學生的技能水平。事實證明，數控仿真教學是一種提高教學效果，保證教學質量的教學模式和教學途徑。

1數控加工仿真軟件的選用數控仿真軟件是通過計算機把編制的程序，用二維圖形或三維圖形以動態形式把加工過程演示出來的軟件。數控加工仿真軟件有很多，代表性的產品有南京宇航、上海宇龍、南京斯沃等數控仿真軟件。我們選用的是上海宇龍數控仿真軟件，該軟件能兼容目前國內大部分數控系統，包括FUNAC、SIMENS、華中數控、廣州數控等。該仿真軟件完全模擬真實數控機床的操作，能全面仿真數控加工整個過程：機床設定、毛坯定義、工件裝夾、壓板安裝、刀具選用、機床手動操作、G代碼處理、面板操作、尺寸檢測等。學生通過學習可以更迅速地掌握數控機床編程和操作全部過程。

2 數控仿真軟件在教學中的應用2.1 充分發揮數控加工仿真在教學中的作用，提高教學質量教師在教學過程中應十分重視數控加工仿真的作用，充分發揮數控仿真軟件的優勢，科學利用為教學服務。教師在數控編程與操作課堂教學中應重點講解編程指令和方法，著重解決加工工藝路線問題的處理；在數控仿真教學中應重點解決程序校驗，參數選擇，對刀和加工，以及不同數控系統機床的操作問題。學生每次上機操作前教師應利用數控加工仿真軟件進行示范操作，學生上機操作時教師反復進行巡回指導。學生通過數控加工仿真軟件進行編程與操作學習，既能更快更好地掌握數控編程和操作技能，又可培養學生獨立學習和工作的能力及團隊協作工作能力。2.2 靈活運用仿真教學，全面提高學生職業技能水平高等職業院校的數控專業教師除了具有較高的教學水平和教學能力外，還應具有較強的數控職業技能，即數控編程能力、工藝編制能力、自動編程能力、操作加工能力等。能熟練地運用教學方法，在課堂上體現以學生為主，突出學生動手操作能力。在教學過程中，教師起引導作用，對學生學習中遇到困難或無法下手的問題進行引導、講解，使學生更好地掌握編程方法和技巧。在教學過程中，利用模擬仿真可設計出實際加工中經常發生的問題（如在生產過程中導致零件尺寸精度和表面粗糙度加工不合格的因素等），讓學生全面學習掌握加工方法和技巧，提高職業技能水平。如在講解刀具半徑補償G40、G41、G42指令時，我們在程序運行中分別加上刀具補償和不加刀具補償來加工，學生就可以在仿真加工時看到刀具半徑補償對保證零件加工質量的重要性，從而加深認識，達到課堂教學中無法達到的效果。2.3 科學制定教學評價方案，提高學生的學習意識和積極性教師的教學評價直接影響學生學習的主動性和積極性，所以評價要合理且有一定彈性：第一，數控編程加工中答案不是唯一的，只要合理就行。如零件在加工中，切削用量的選擇，加工路線的選擇等可以有好多種方法，只要工藝恰當，能加工出合格的零件，都要給予肯定。第二，既要評價技能操作結果，又要評價技能操作的過程。如學生在學習過程中，每一次進步我們都要給予肯定和鼓勵。第三，轉換評價的主客體關系，可以采取讓學生自評或互評。如加工線路的制定，刀具的選擇等都可以采用學生討論評價的方式，在討論中發現問題，得出正確結果，學習的主動性和積極性也都調動起來了。

3 數控加工仿真軟件存在的問題及解決辦法3.1數控加工仿真軟件是一種輔助教學工具，只能模擬加工過程并非真實加工過程，它無法代替學生在真實切削加工的體驗，尤其是加工中切削用量和刀具的選擇。教師應該熟悉數控加工仿真軟件，并對學生及時說明，避免學生對軟件產生依賴和誤解而無所適從。教師在教學上要合理安排時間，既要有仿真學習，又要有真實機床操作的學習，仿真訓練與機床操作訓練有機結合。3.2 教師在教學中應該強調實際加工中千萬不能受仿真軟件的影響而忽視安全問題。仿真加工缺乏現場的親身感知，學生安全意識淡薄。實際加工中操作人員必須嚴格按照安全操作規程進行操作，加工中很多事故是偶然發生的，如在事故發生當時應及時按下急停按鈕、加工過程中不要把頭和手隨意伸進機床中、加工前要關閉機床安全門等。但在仿真軟件學習中，這些環節都可以不考慮，使學生安全意識淡薄。因此，教師在教學中應該強調，在實際加工中任何一個小小的疏忽都可能釀成巨大的安全事故，決不能馬虎。

4結束語綜上所述，從我們使用的效果看，數控仿真軟件的應用，使學生在學習數控編程和操作課程時，課堂變得更加生動、具體，提高了學生的學習積極性，教學效果明顯提高。對學生操作技能的培養，也起到極大的提高和加強。但是數控仿真系統和真實機床操作還是有差距，二者不能相互替代，只有在教學中科學、合理、有效地利用，仿真軟件才能更好地為教學服務。在教學過程中將仿真訓練和實踐操作訓練有機結合，就一定能發揮仿真教學的最佳效果。

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【關鍵詞】電路仿真；軟件；特點

電路級仿真分析由電子元器件構成的電路的性能，包括數字電路的邏輯仿真和模擬電路的交直流分析、時域和頻域分析等。電路級仿真必須有包含PSPICE參數的元器件模型庫的支持，仿真信號和輸出數據代替了實際電路調試中的信號源和示波器。電路仿真主要是檢驗設計方案在功能方面的正確性。電路仿真技術使工程師在實際電子系統產生之前，就有可能全面地了解電路的各種特性。現在電路仿真也廣泛用于各類學校的電子專業教學。

商品化的電路仿真軟件種類比較多，軟件性能特點各不相同，應用的便利性也有差別。根據工程和教學的需要選擇合適的電路仿真軟件可大大提高工作效率和教學效果。

一、電路仿真技術的功能特點

電路仿真是經過廣泛實踐，被證明是相當有效的分析技術，被越來越多的電子設計者采用。電路仿真技術可以在下面幾個方面發揮作用：

1.驗證電子電路設計

采用電路仿真技術對不同的電路設計方案快速地進行模擬分析，保證設計思想正確。在電路形式確定以后，對電路的元件參數進行靈敏度分析和容差分析，優化電路參數，保證設計質量。電路設計采用仿真技術，能極大的減少人工勞動，縮短設計周期，降低設計成本。如濾波器設計中有大量的復雜分析。用人工計算全部數據的話，要耗費大量的時間。采用電路仿真軟件可以在幾分鐘內得到結果，而且誤差可保持在工程規范的范圍內。

與傳統的電路測量方法相比，計算機仿真可預測某特定電路參數的變化過程和最終結果，使人們對電路性能的變化規律有深入的了解。例如，元件參數的誤差會給產品性能帶來多大的影響？哪個元件的誤差會給電路性能產生最大的作用？采用電路仿真技術中的蒙特卡洛分析能快速得出結論。應用最壞情況分析，設計人員可方便地測試各種極端情況，觀察極限條件下電路的反應。靈敏性分析使用戶能夠確定由于設計或元器件參數更改引起的電路性能參數（諸如周期、增益或上升時間）的變化比例。

在常規測量有困難，特別是在實際系統中具有破壞性的實驗研究中，電路仿真技術尤其有優勢。如某些電子設計涉及高電壓和大電流，不正確的設計參數可能造成電子元件損壞，使設計進程受阻。電路仿真用于數字電路同樣具有高效率、高精度的特點。在搭建電路之前使用仿真技術，可避免各種致命的損壞，增加成功率。

作為一種模擬技術，仿真雖然還不能完全取代真實電路的實際測量。但由仿真產生的各種參數在設計中有決定性的意義，也為實物試驗提供了數據基礎。

2.電子專業的輔助教學

電子學是一門實驗性很強的學科，電子學原理的學習最好和實驗同步進行，以加深感性認識。實驗需要測量儀器和電子元件。受到客觀條件限制時，用電路仿真驗證理論分析結論不失為一個有效的方法。電路仿真能記錄分析中的全部數據，可以方便地重現各種電學過程，特別是一些瞬息即逝的現象。如振蕩電路的起振過程，一般只有1毫秒左右。在沒有存儲功能的示波器上無法觀察到這一過程。而使用仿真可記錄電路起振的全過程；再如用電路仿真軟件可構建各種運算電路，隨時驗證運算放大器的電路理論，比搭建實驗電路更為簡便快捷。繪制的電路圖和產生的仿真曲線可被復制到文檔中，使你的實驗報告看起來更有說服力。

學習電子電路，不僅要掌握基本原理和計算方法，還要注重電路的設計、分析和研發能力的培養。通常實驗室不可能提供世界上各廠家的最新器件。而電路仿真可以采用新器件的模型加以模擬和分析。應用電路仿真技術還可設計驗證、測試、設計和創新等不同形式的訓練，培養學生多方面的能力。

3.學習電子工程測量技術

測量是電子技術的基本技能之一。電子測量有兩個方面的要求：掌握電子儀器的操作方法和數據的采集分析。表1列出了部分電子測量項目和電路仿真分析的對應關系。

在電子測量中，要用到多種信號發生器：如高頻信號發生器、低頻信號發生器和函數發生器等。這些儀器產生的信號在電路仿真軟件中都能實現：如瞬態源可產生函數發生器的各種信號，非線性受控源可產生調幅波等。通過設置仿真源的信號參數，能深入理解各種波形的電學意義。

在仿真軟件的圖線界面中，根據對測量結果的期待，選擇波形的顯示參數，相當于調節電子儀器的各個旋鈕。電路仿真產生的波形圖線比示波器熒屏有更大的幅面和更精確的坐標。軟件的圖線測量工具可對信號曲線實施多種測量，如周期信號的幅值、頻率、周期、相位及脈沖信號的上升時間，信號的過沖幅度等。測量工具是完全圖形化的，具有很強的交互性，能自動計算各項參數。

波形計算器對波形進行數學計算。波形計算器使用各種數學符號及函數，計算信號的如平均值，微分積分等數據。在大多數軟件中，利用波形計算器，可以交互地構建復雜的函數表達式，產生新的波形。部分仿真軟件的測量結果可以被直接標注到圖表中。

運用某些軟件（如Multisim）中的虛擬儀器，對掌握真實儀器的性能和操作很有幫助。

二、電路仿真軟件的基本性能

隨著微機技術的發展，基于Windows的EDA軟件水平不斷提高，現在有很多不同軟件公司生產PC版的電路仿真產品。這些產品有不同技術檔次和應用定位。一些以印制電路板設計為主要應用的軟件也有內嵌仿真組件，如ORCAD的PSPICE、Protel的Simulate等。專門用于電路仿真產品品牌比較多，如Multisim、TINA、ICAP/4、Circuitmaker和Micro-CAP等。通常這些軟件都是基于電路仿真語言PSPICE。

各種電路仿真軟件的界面和功能各有特點，數據的顯示和處理方式也不盡相同。可以從下列四個方面來評價電路仿真軟件的實用價值。

1.仿真項目的數量和性能

仿真項目的多少是電路仿真軟件的主要指標。各種電路仿真軟件基本的分析功能包括靜態工作點分析、瞬態分析、直流掃描和交流小信號分析等4項。還可能有的分析功能有：傅里葉分析、參數分析、溫度分析、蒙特卡羅分析、噪聲分析、傳輸函數分析、直流和交流靈敏度分析、失真度分析、極點和零點分析等。仿真功能比較少的軟件如SIMextrix只有6項，而TINA有多達20項。Protel、Orcad、P-CAD等軟件的仿真功能在10項左右。專業化的電路仿真軟件有更多的仿真功能，對電子設計和教學的各種需求考慮得比較周到。如TINA的符號分析、Pspice和ICAP/4的元件參數變量和最優化分析、Multisim的網絡分析和數字電路仿真、CircuitMaker的錯誤設置等都是比較有特色的功能。

PSPICE語言長于分析模擬電路，對數字電路的處理不很理想。各種軟件的解決方法也不一樣：如Protel對數字元件采用Digital SimCode描述，并用喬治亞大學的XSPICE處理數字仿真。Multisim采用基于VHDL、Verilog或C代碼描述的模擬和數字器件協同模型。對于純數字電路的分析和仿真，最好采用基于VHDL等硬件描述語言的仿真軟件，如Altera公司的可編程邏輯器件開發軟件MAX+plus II等。

2.仿真元器件的數量和精度

軟件元件庫中仿真元件的數量和精度決定了仿真的適用性和精確度。電路仿真軟件的元件庫有數千到1、2萬個不等的仿真元件，但軟件內含的元件模型總是落后于器件的開發和應用。因此，除了軟件本身的器件庫之外，器件制造商的網站是元器件模型的重要來源。設計者可根據最新器件的外部參數自定義元件模型，構建自己的元件庫。對于教學工作者來說，軟件的元件模型庫完全可以滿足常規教學所需。

電路仿真軟件的元件分類方式有兩種：按元器件類型如電源、二極管、74系列等分成若干個大類；或按元件制造廠商分類。大多數仿真軟件有電路圖形符號的預覽，便于取用。各電路仿真軟件對元件的PSPICE模型都作了簡化。如PSPICE的電阻模型有一階、二階和指數等三個溫度系數。多數軟件只定義了前兩個溫度參數，只有TINA定義了電阻的三個溫度參數，而Protel的電阻未定義溫度系數；又如雙極型晶體管有40個PSPICE模型參數，Multisim規定了全部的參數、TINA也有32個，Protel只有22個。所以對仿真精度要求比較高的設計要采用高精度的元件模型，或根據實際元件修正模型參數。查閱和修改組件模型的方法各個軟件的處理各有不同。有的在元件屬性框中即可修改元件模型參數，而有的要打開專門的模型參數文件或界面才能修改。

3.數據顯示和處理能力

運行仿真后會得到大量的電路數據。仿真數據的顯示方式有列表和圖線兩種。如計算直流靜態工作點后，Protel將節點電壓、支路電流、元件消耗功能和電源端等效電阻等數據以列表顯示；Pspice和Micro-CAP可將電壓、電流和功率標示在電路圖中。瞬態分析、直流掃描、交流小信號分析一般以圖線顯示結果。圖線可以被打印或保存為特定格式的文件；部分軟件可將波形保存為通用的PWL（以時間—電學量數對組表示的）格式文件，或導出到Excel中。也可以復制圖線，把它粘貼到Windows的“畫圖”中，處理后保存為圖片文件；或直接把圖線粘貼到Word、PowerPoint、Autherware等軟件的文檔中。

各電路仿真軟件對波形圖線的處理能力不同。但一般都有如下數據處理功能：

（1）波形測量：顯示為不同類型的坐標刻度（線性、對數、幅度、分貝等）；測出圖線的有效值、方均根值、峰峰值、平均值、最大值、最小值、周期等。

（2）圖線計算：對圖線進行加、減、乘、除、微分、積分等運算。或將圖線變量作為數學函數的自變量，得到新的數學變量。

（3）修飾圖線：使圖線更美觀、更容易被理解。可更改圖線的粗細、顏色、式樣和標記；添加測量數據點標志和數據標簽；改變圖線的背景色、坐標的式樣和顏色等。有些軟件允許在圖線畫面中輸入說明性的文字，甚至可以是中文文本。

4.虛擬儀器和教育功能

形象化的虛擬儀器是電路仿真軟件的一個特色。最典型的例子是Multisim，該軟件的虛擬儀器無論界面的外觀還是內在的功能，都達到了同類軟件的最高水平。其它備有虛擬儀器的軟件有TINA和EDISON等。

虛擬儀器可以幫助學習者了解電子儀器的作用，深入理解電子測量的方法和技術要領。掌握電子儀器的各種操作方法，特別是各種控制按鈕、旋鈕的功能。Multisim和TINA虛擬儀器的功能實際上已超過了PSPICE本身，比較典型的是網絡分析儀和邏輯分析儀。網絡分析儀是分析射頻組件和射頻網絡參數的專用儀器；而Multisim的邏輯分析儀具有真正的數字電路分析能力，符合實際數字系統分析的技術要求。部分軟件還有虛擬的機電元件，如燈泡、按鈕、繼電器、接觸器等電氣元件，調用這些元件可構建機電控制電路。軟件元件庫中的數學和模擬控制器件可用以分析自動控制原理。

為適應教育單位對電路原理教學的需求，有的軟件設置了教育功能。主要是允許使用者對元器件設置一些隱藏的錯誤，以提高訓練學生提高分析問題和解決問題的能力。如Mulisim和TINA可對組件設置開路、短路和漏電阻三項參數；而Altium公司的另一個電路仿真產品CircuitMaker可以對組件和電路做更多的教學設置，并且可加上密碼，以防止應用者修改組件屬性。

表2是10個有代表性的電路仿真軟件主要參數的統計。表中安裝容量是指軟件安裝后在硬盤中所占用的空間，有些軟件安裝后包括PCB設計組件，如Altium；電源種類數的多少和軟件對電源的分類有關，如有的軟件將同一電源分別放在多個目錄下，有的軟件將5種瞬態分析源放在一個圖標中；Pspice正式版的仿真元件數為1.6萬個。

三、怎樣選擇電路仿真軟件？

在電子工程的生產設計或電子學專業教學中，對電路仿真軟件可能有不同的要求，應從軟件功能特點和工作實際需要兩個方面來考慮。

1.考慮生產和教學對電路仿真軟件的需求

首先要考慮軟件的實際生產能力，用此軟件能完成什么樣的工作？該軟件的模型庫能否滿足設計需要；軟件有哪些電路仿真功能；電路圖有哪些輸出格式，是否和企業現有的PCB設計軟件兼容；軟件的價格及提供哪些售后服務等等。如果本單位的產品比較復雜，就要考慮從電路設計、分析、優化，系統仿真、甚至機電系統設計在內的全面解決方案。

2.評估電路仿真軟件的性能

各公司的軟件產品有不同的銷售定位，電路仿真軟件的功能、擴展性和價格相差很大。

同一軟件有不同的版本，以不同的功能和價格適應不同的業務需求。一般的教學單位只要學習電路仿真的相關原理，不必強求軟件的高性能。使用學生版或教育版的軟件完全可以應對日常教學所需。而作為電子生產企業，則要采用企業版或加強版的軟件，還要考慮產品的設計、生產和管理等一系列問題，對軟件的維護和技術支持也有一定的要求。所以應盡量采用大公司的產品。如ICAP/4、Orcad等；如果對電路設計和仿真有更高的綜合性要求，可以考慮美國Synopsys公司的Saber。Saber適用領域廣泛，包括電子學、電力電子學、電機工程、機械工程、電光學、光學、控制系統以及數據采樣系統等等。

3.根據教學需要選擇適用的軟件

在教學中，要求電路仿真軟件能清晰地展示電路圖、信號圖線和各種電路數據。Multisim在所有電路仿真軟件中，它的仿真元器件、仿真分析類型和虛擬儀器都是最全的，是各級學校電路教學的理想仿真工具。Multisim的缺點是電路圖畫面只能放大到200%，電路線條比較細，投影到大屏幕上不太清晰。比較適合于職業技術學校的電路仿真軟件是TINA 6.0簡體中文版，該軟件不但菜單和對話框是簡體中文，所有的幫助也都是用中文寫成，學生比較容易理解和接受。Altium的電路圖和仿真圖線界面的顯示質量比較好，適合教師用于教學幻燈演示和制作各種文檔中的插圖。Altium也很適合用于印制電路板設計的教學。ICAP/4的優點是可以把仿真得到的電路波形插入電路圖中，即可以顯示電路中任何一點的波形。Orcad的Pspice在電路中顯示仿真得到的節點電壓、支路電流和元件消耗功率等數據，非常直觀；MicroCAP有最強大的參數掃描功能，可時設置多達20個參數進行掃描分析。如果是電子學的初學者，則可以用有3D界面的電路仿真軟件Edison，該軟件界面生動直觀，和實物形象相當接近，有助于認識和理解電路。

4.專用電路仿真軟件

除了通常的電路仿真軟件外，還有一些專門針對某一類設計應用的軟件如：Intusoft公司的電源仿真設計軟件Power Supply Designer和磁性元件（設計分析變壓器和電感器）的設計軟件Magnetics Designer；芬蘭APLAC公司用于射頻電路設計和仿真的軟件APLAC；以及美國Ansoft公司的系列產品等。很多的半導體器件生產商為了推廣它們的產品，也開發了專門的電路設計和仿真軟件。如Altera公司的可編程邏輯器件設計軟件Max+Plus II；TI公司的開關電源專用設計軟件SWIFT Designer；Linear公司的電路仿真和開關電源設計軟件SwicherCAD等。

最后要說明的是，現在電路仿真軟件的發展方向已不再局限在電子學范圍內。電路仿真技術在增強數模混合信號的仿真能力的同時，正在向電力電子、電光學、甚至是電機工程、機電工程等領域擴展，為工程實際和教學帶來更多的方便。

本文提到的軟件試用版，可以從各自生產商的官方網站上下載。

參考文獻

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篇6

 

由于市場的國際化，全球競爭要求產品的制造過程具有高速度和低成本。產品更新的速度越來越快，市場需求朝著小批量、個性化方向發展。傳統的小而全的企業模式己越來越喪失競爭力，各種形式的合作開發、生產和銷售方式應用而生。因此，異地設計、異地編程、異地加工越來越被眾多企業采用，虛擬制造技術也應運而生。虛擬制造是應用計算機技術，對產品的設計、加工、裝備等工序統一建模，形成虛擬的生產過程，從而產生了虛擬產品、虛擬企業。虛擬制造技術使廠家可以在不同的城市甚至不同的國家通過互聯網進行設計、加工，共享同一產品模型，從而大大提高效率，降低成本。虛擬制造技術實際上是一種軟技術，其中，產品建摸、數據共享和加工仿真是虛擬制造技術的基礎。

 

目前進行的機械加工過程仿真，主要存在以下兩種情況。一種是從研究金屬切削的角度出發，仿真某具體切削過程內部各因素的變化過程，即研究其切削機理，供生產設計和研究應用。另一種是將加工過程仿真作為系統的一部分，重點在于構造完整的虛擬制造系統。但這兩種方式的仿真方法是相同的，即對機械加工工藝系統建立連續變化的模型，然后用數學離散方法將連續模型離散為斷續點，通過分析這些離散點的物理因素變化情況來仿真加工過程。

 

由于機械加工過程仿真還處于起步階段，目前存在以下幾方面的問題：仿真的加工形式少，研究范圍窄。在切削加工眾多的種類與形式中，目前的仿真加工主要集中于車削、銑削和磨削等。同時這些加工方法的仿真也局限在很窄的范圍內。如銑削仿真多是仿真立銑刀和端銑刀，而這種仿真系統對其他種類的銑刀就無能為力。一方面是因為銑削加工種類繁多，存在著銑平面、銑外圓、銑外形、銑型腔等多種銑削形式;另一方面是銑削加工理論復雜，不同的加工方法、刀具形狀的加工模型有較大的差別。目前的仿真系統大多數只能進行幾何仿真，即刀位軌跡仿真、工件與刀具的干涉檢驗等，有人稱之為NC校驗。

 

物理仿真考慮理想狀態，與實際有較大差距。在目前的仿真系統中預先設定了大量的假設因素，如設定工藝系統剛性滿足要求、無振動、加工材料結構統一、無硬點等缺陷，刀具無磨損，切削要素不發生變化等。這種假定的理想狀態不能將切削過程中隨即干擾如工件硬點造成的材質變化、振動造成的切深變化等因素考慮進去，使仿真系統不能真實的反映實際切削過程。

 

仿真手段限制仿真系統的發展。仿真技術的發展與計算機技術緊密相連。過去由于計算機軟、硬件的限制，造成仿真時間長，編碼工作量大，程序可讀性、維護性差等，這些都為仿真工作帶來許多困難。目前應用C++語言及面向對象的方法開發仿真系統己成為發展潮流。以上問題己引起研究人員的重視，今后的仿真制造系統將朝著快速運行、面向多種加工方式，更加符合實際狀況的方向發展。數控系統的軟件開發分為兩部分：數控處理程序和用戶界面程序。數控處理程序具有自動加工管理、手動編輯、MD工、加工仿真和系統參數設置等功能。整個軟件的開發包括以下幾個主要步驟：建立上位機(PC)與下位機((PMAC)之間的通訊，軟件功能設計和功能模塊的劃分，用戶界面的設計，各個功能模塊的設計編碼與調試，整個應用軟件的集成、調試與運行等。

 

設計友好的用戶界面是實現機床工業運行不可忽視的重要因素。由于操作者己習慣傳統數控機床操作面板及相關術語和指令系統，故基于方便終端用戶使用的考慮，在開發機床數控系統用戶界面時，必須將其在工作原理方面的特點隱藏在系統內部，而使提供給用戶或需要用戶處理的信息盡可能與傳統機床一致。開放式控制系統的出現使我們可以隨心所欲地設計出具有自我特色、能完成特定功能的操作方便、交互容易的系統軟件界面。在數控處理程序的軟件開發中采用了模塊化的設計方法，而開發該軟件選用的開發平臺Visual C++是典型的面向對象編程工具，把較大的功能模塊以對象的形式處理不僅體現了模塊化設計的思想同時也大大發揮了Visual C++的長處。例如自動加工模塊是一個功能較多、代碼量較大的模塊，這時候我們就可以把它的絕大部分實現代碼封裝在自動加工類中，只提供必要的接口函數給外部調用便可。

 

由于計算機技術的不斷改進和計算機圖形學的飛速發展，計算機仿真技術在制造系統中得到了廣泛的應用。如果采用仿真加工來代替或減少實際中的試切工作，將對數控加工具有十分重要的作用。另外，對于多功能加工機床，運動軸數眾多，對于操作者來說，從熟悉到熟練操作該機床需要花費大量的時間和金錢。因此開發一種低成本、高效的數控加工仿真軟件勢在必行。

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關鍵詞：數控仿真軟件 教學 應用

隨著社會經濟的迅猛發展，我國制造業越做越大，越來越強，國內企業對數控緊缺型技能人才的需求量急劇上升。社會對數控技術的大量需求推動了廣大職業學校對數控應用技術的高度關注，作為數控專業教學的重中之重是技能訓練，而技能訓練離不開相應的數控實訓設備。

由于數控實訓設備投資較大，為了滿足實訓教學，大多數學校都選擇了數控仿真軟件作為補充，以加強實訓教學。計算機數控仿真就是應用計算機技術及其仿真軟件對數控機床整個操作加工過程進行模仿操作的一門新技術。當前國內較為著名和流行的有宇龍、宇航、斐克等數控仿真軟件。我校根據現有的機床數控系統種類和面板，選購了上海宇龍仿真軟件進行數控仿真實習實訓，將數控加工仿真軟件引入教學之中。本文就其在教學中的應用加以討論，并對其負面影響提出了一定的措施加以控制和改進，達到數控仿真更好的輔助數控教學。

一、數控仿真軟件在教學中的應用

1、利用數控仿真軟件彌補數控實訓設備的不足

為了培養學生的實踐操作技能，充足的上機時間進行加工訓練是基石，數控設備購置費用高，若要保證每個學生有足夠充實的時間進行操作練習，所需要的設備數量是一般學校財力難以保證的。而如果采用數控仿真教學，則可以通過較小的投入，實現學生人手一“機”，徹底解決了機床少、實訓時間難以保證的教學瓶頸，既能滿足學生的感觀要求，又能解決昂貴的數控設備與學校資金短缺的普遍性矛盾。

2、利用仿真軟件提高教學效果

一方面數控編程課程較抽象且實踐性強，另一方面職業學校的學生知識素質普遍較差，學習積極性不高，如果還沿用以前那種在黑板上開機床的教學方法，會使得教學過程很枯燥，絕大多數學生就會因為聽不懂而產生消極的學習態度，教學效果不理想。而如果在多媒體教室中利用仿真軟件一邊講解一邊演示。使學生眼見為實，學生對所學習的編程知識能同步得到印證，必然會提高學生的學習積極性。

3、保證了實訓安全

數控仿真軟件用于數控機床操作與編程培訓，允許學生“錯誤”操作與嘗試，從失敗中尋求成功的加工，既可以避免因誤操作造成價格昂貴的數控機床的損壞，又可以使操作人員在對仿真數控機床操作過程中產生臨場感和真實感，充分發揮了學生的主觀能動性，讓學生自主地去學習，通過失敗得出正確的結果。為那些求知欲強渴望全面掌握數控技能的同學提供了良好的學習平臺，做到了因材施教。

4、數控競賽的需求

隨著社會需求的發展，“普教有高考，職教有競賽”已成為大家的共識。現在學生組數控大賽一般都是由理論考試、數控仿真及實操加工三部分組成，為此學校為適應形勢的發展，必須在教學中使用仿真軟件。

二、數控仿真軟件的負面影響及改進措施

隨著數控仿真軟件在教學中的應用，在體現出諸多優點的同時。不可避免的產生了不小的負面效應，主要體現在以下幾個方面：

1、使學生產生了依賴心理，滋生了自滿情緒

由于在仿真過程中，無論加工材料如何、切削參數是否合適、加工工藝是否合理，它都可以按程序執行，完成零件的模擬加工。一方面造成了上述的安全隱患，另一方面，是同學在完成了幾個工件加工后沾沾自喜，產生了驕傲情緒，認為數控加工不過如此不少同學沉迷于數控仿真加工，對實際動手操作機床的訓練就不太重視了。并且數控加工仿真軟件最為一種模擬教學軟件，它只是用計算機軟件來模擬而非真實加工過程。它無法替代學生在真實切削條件下的真實感受。

2、降低了安全意識

數控仿真教學允許學生“錯誤”操作與嘗試，從失敗中尋求成功的加工，但也正是由于允許學生“錯誤”。也不會產生任何事故，雖然保證了安全，但也是學生放松了安全意識。程序合理的工藝性無法保證，在仿真軟件中不管切削參數是否合適，加工工藝是否合理，只要程序沒有語法錯誤，最終都能加工出理想的零件來。在仿真時毛坯外伸長度不管了，是否需要上頂尖也不顧了，刀具在刀架上安裝的懸伸長度也無所謂了，模擬時即使撞刀也不在意了，切深再大刀具也可以“削鐵如泥”。

針對以上弊端，為進一步消除數控仿真軟件的負面效應，充分發揮軟件優勢，在教學過程中應注意以下事項：

1、定位軟件功能，消除學生依賴心理

作為數控仿真軟件，其主要作用還是在數控實訓初期，可以使學生人手一機地來熟悉數控設備的面板操作，通過合理分配”仿真一機床實訓”的課時比例，上機床操作與仿真模擬穿插教學，消除了學生對仿真軟件的依賴。在數控機床操作時，不降低相關基本功、規范操作的要求，主抓臺理的零件加工工藝的制定，通過引導學生對加工出的零件進行分析，由學生進一步提出改進零件的加工工藝。

2、提高學生安全意識

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【關鍵詞】saber仿真；移相全橋DC/DC變換器

一、引言

SABER作為混合仿真系統，可以兼容模擬，數字，控制量的混合仿真，便于在不同層面上分析和解決問題，其他仿真軟件不具備這樣的功能。Saber軟件主要用于電路的仿真模擬，包括SaberSketch、SaberDesigner兩部分。SaberSketch用于繪制電路圖，而Saber-Designer用于對電路仿真模擬，模擬結果可在SaberScope和DesignProbe中查看[5][6]。由于移相全橋DC/DC變換器具有鮮明的特點，最近在大功率多電飛機電源系統中備受關注。所謂的多電飛機是指提高使用電力同時將液壓和氣動的使用降到最低。這種改變使多電飛機比傳統的飛機有明顯的優勢。由于多電飛機對電力的要求增加，它就需要一個更適合的配電和轉換系統，因此電力電子在其中的分量不斷增加[1][2]。移相全橋DC/DC變換器可以為飛機提供電源，這種類型的轉換器拓撲允許所有的開關設備在零電壓開關下進行操作，并且大大減小了開關損耗。此外它能高頻率的操作開關來提高功率密度，從而降低了轉換器的尺寸[3][4]。

二、移相全橋移DC/DC變換器

相全橋DC/DC變換器是一種典型的零電壓開關轉換器，其基于全橋隔離變壓器模塊的轉換器。基本為：全橋開關網絡、高頻變壓器、整流和LC濾波器。互感LS也顯示在圖表中。這個電感通常包括變壓器漏感和附加分離原件的電感，并且和變壓器是串聯的。C1-C4是瞬間關斷電容，可以和LS一起實現零電壓開關轉換。Ci是輸入濾波電容。

一個循環的理想輸出電壓可以通過平均濾波輸出電壓Vdd簡化計算得到。忽略互感Ls上的電壓波動，可以得到輸出電壓為：

（2.1）

其中：

（2.2）

輸出電壓化簡為：

（2.3）

輸出電壓可寫成：

（2.4）

（2.5）

對于所需的輸出電壓，占空比可通過以下計算：

（2.6）

三、理想開關電路模型仿真

理想化的開關模型參數設置如下：

輸入直流電壓：Vin=270v；

換流電感：Ls=580μH；

開關頻率：fs=20kHZ；

輸出濾波電感：Lf=94μH；

輸出濾波電容：Cf=558μF；

輸入濾波電容：Ci=0.4μF。

二極管的電壓下降被設置為零，因此，它們是理想的。該變壓器是一種理想的DC/DC變壓器沒有任何損失，它的匝數比Ns/Np為0.2。開關的導通電阻Ron被設為0.001Ω因為此電阻被設為0時saber軟件將無法仿真，由于它的值很小我們可以忽略它的開關損耗。要取得28V的輸出電壓和所需的輸出功率，其等效電阻設置如表3.1所示。由方程可以計算出每一種情況下的占空比。

給定開關電路占空比，變換器波形如圖3.1所示。

圖3.1（a）為全橋開關網絡輸出電壓VAB、一級側電流Ip和整流輸出電壓Vdd的波形。很明顯看可以看出當一次側電流逆轉時二次側占空比損失。這可能是由于換流時變換器振蕩造成的。從3.2（b）可以看出當負載由100%變到10%時也發生了同樣的現象，于是比較這兩種負載下的波形圖由方程2.2可以推測二次側占空比損失隨著負載電流減小而減小。

四、總結

本文是對飛機直流電源的DC/DC轉換器的模型中開關電路的仿真，根據各種有關多電飛機的文獻選擇了選擇移相全橋零電壓開關的DC/DC變換器。DC/DC變換器的一個重要特點就是二次側占空比丟失，這是由于換向電感引起輸出電壓下降。

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其一，建立事故模型。事故模型的建立分為2種，一種是瓦斯爆炸，另種是涌水。前者是模擬礦井瓦斯爆燃的過程，當初始狀態的溫度和壓力、聲速正常時，瓦斯爆炸的條件以三角形為準。

其二，實行虛擬現實和安全避災仿真技術。采用計算機營造具有真實感受的三維環境模擬礦井生產過程，以及進行礦井安全防災和避災的演示。由于礦井中的安全隱患問題，影響著礦井工作人員的生命安全，因此將安全隱患與虛擬現實技術相結合進行全過程仿真。例如：礦井瓦斯爆炸仿真。在礦井中以隨機的方式產生爆炸，造成人員傷亡、工作機械設備變形等，然后通過安全避災仿真技術，采用三維演示的方式模擬事故發生前的全過程，找到避災的逃生路線。同時建立避災知識的數據庫，將相關法律和處理方式、應急預案，以及逃生技巧等內容進行收集、存儲，并融入到礦井計算機仿真系統軟件中。針對不同的安全事故，給出不同的處置建議，從多方面進行礦井安全模擬。

其三，礦井生產過程的仿真。由于礦井事故的發生多出現在生產的過程中，因此對礦井生產過程的仿真是模擬安全事故發生的根本條件。例如：構建模擬礦井擁有軌道和巷道、運輸車輛，以及安全設備等，同時根據各自的功能進行運作的場景。

礦井安全計算機仿真系統軟件的設計

總體和建模設計在礦井安全計算機仿真系統軟件中，系統主要由三維模型庫和虛擬仿真系統構成。其中，虛擬仿真系統是整個礦井安全計算機仿真系統的中心，分別擁有虛擬的控制平臺和虛擬的場景，以及交互仿真平臺三者構成。虛擬的控制平臺是操作的人機界面；場景是按照實際人員操作的過程，而進行仿真過程；交互仿真平臺則是提供的支撐平臺，并通過動態的3D引擎所完成操作。創建虛擬環境以前必須要對礦井中的環境物件進行三維建模，以實現虛擬可視化和生成靜態虛擬場景。確定計算機仿真系統的邊界是虛擬的仿真子系統，根據用戶的需求以系統的邊界為準，采用UML建模中的用例建模來決定角色。

計算機仿真系統軟件的結構和詳細設計系統軟件的結構設計主要分為4種：MDB，也就是多媒體數據庫，由于它存儲著場景中模型的文字和聲音、數據結構和視頻等，因此它是整個系統數據的來源點，處于核心的地位；通過3D引擎中的引擎內核、圖形和聲音處理模塊，以及交互和游戲邏輯處理模塊來完成場景的繪制和表達；然后，采用用戶界面管理虛擬場景中的輸入信息等；最后，利用DL，也就是三維模型格式轉換將建模中的數據轉換成為系統所定義的數據結構。礦井安全計算機仿真系統軟件包含著漫游子系統和生產子系統、設備展示和礦井安全4個系統部分。其中，漫游子系統和生產子系統，主要是利用虛擬礦工漫游的方式，將礦井中的工作場景以真實效果的形式進行展現。從這個系統中，不僅可以看到設備的實際運行狀況，還能對各工作根據安全要求做出提示預警，實現礦井工作的配合演示與實際的礦井安全操作訓練。同時通過設計生產過程中的排水和煤運系統、動力和通風系統熟悉礦井工作的整個生產流程；設備展示和礦井安全，在設備的展示中主要分為采煤機和液壓支架，以及移動變電站來進行設備的展示，使礦井工作人員更加熟知設備和熟悉生產過程，而礦井安全則是在整個礦井工作的時候，每個部分都有相對應的安全提示或預警，幫助工作人員在遇到緊急危險的時候，明確熟知怎樣正確去完成操作，避免發生安全問題。因此，設置了反風系統和火水災避災系統。

礦井安全計算機仿真系統軟件的實現

由于礦井安全計算機仿真系統針對的是礦井漫游和系統引擎的實現。因此在礦井漫游實現中，通過對礦井工作人員從骨架和肌肉，以及皮膚三方面進行幾何模型的構建，以此，確定了人的基本姿態和虛擬的顯示外觀。根據三維人體的運動和動力學特性，按照人各關節相對的位姿變化，確定三個坐標系：世界和人體基坐標系，以及人體各關節局部坐標系，構建工作人員運動的模型。利用工作面中的鍵盤控制礦井工作人員完成各種運動，例如：前進和后退，左后轉動。這一系統主要是進行安全設置，如果工作人員在操作時違反了安全規程，那么就會自動退出該系統，繼續對安全的操作進行學習。在仿真系統引擎實現中，由于引擎主要是采取的3D游戲引擎，因此它是高層圖形軟件進行開發最為理想的工具。其中，在引擎中有場景對象和地形管理、圖形接口，以及規則管理等。它的函數類主要有：Level，Engine，Piayer。在場景管理類中設置對象：攝像機，對場景的節點進行管理等。在完成這些操作以后，就要對該系統進行測試。采用入井的檢測功能，利用鍵盤上的控制鍵控制井下工作人員進行井下安全生產過程各項移動操作訓練。例如：，，，（控制移動的方向），Z，C（控制視野大小）。井下非安全的區域是不可以進入的，如果操作人員執行了操作，那么將在扣分的同時，自動退出操作，重新進行安全規則內容的學習。只有通過學習以后，才能夠繼續進行下步系統的操作。

結語

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城市環島是為了減少車輛行駛沖突,在多個交通路匯的地方設置的交通設施,多為圓形,它使車輛按同一方向行駛,將沖突點轉變為通行點,能有效地減少交通事故的發生。然而隨著近些年來車輛數量的不斷增加，使城市環島的通行能力下降，車輛延誤增加，同時也帶來了環島處噪聲和車輛尾氣排放加大的后果；因此，對環島的交通運行狀況進行仿真，找出擁擠堵塞的原因，正確地設計環島并合理地組織交通，以提高環島的通行能力，從而提高整個城市路網通行能力。這在城市交通的改建與治理中具有很重要的意義。

1 定義路網屬性

1.1物理路網

首先應是底圖的創建，VISSIM能夠顯示的底圖來源有兩種文件格式：位圖格式和矢量圖格式。如果欲加載VISSIM無法支持的圖片文件，將會出現錯誤。其次是路段的添加，在底圖創建好后，下一步就是開始畫link線，描繪路段軌跡，尋找進出環島的所有道路，確定道路的車道數，每條道路表示一個路段。路段上的車道數始終保持恒定，若車道數發生變化，必須重新建立一個路段。

1.2 定義交通屬性

1.2.1定義分布

VISSIM中的許多參數是以分布的形式定義的（非固定值），這樣能夠真實地反映出交通的隨機性本質。大多數的分布采用經驗或隨機數據進行定義。常用的分布有：目標車速分布，車輛重量分布，車輛顏色分布，停車時間分布和車輛模型分布。

1.2.2交通構成

交通構成是對進入VISSIM路網的每一股交通流構成的定義。但對于公交線路上的交通構成需要單獨定義。交通構成是VISSIM輸入交通流量的一個組成部分，需要在定義輸入交通流量之前對其進行定義，行人流量也可以定義為一種交通構成。交通構成包括一種或多種車輛類型及其在輸入交通流量中所占的相對比例，以及車速分布。

1.2.3交通流量輸入

用戶可以定義不同時間進入路網的交通流量。輸入交通流量與路段和時間間隔有關。在某一時間間隔內，車輛進入路段的規律服從泊松分布。若定義的輸入交通流量超過了路段的通行能力，車輛將在路網外部“堆積”。當“堆積”的車輛無法在定義的時間間隔內進入路網時，VISSIM將產生一條錯誤信息，同時寫入日志文件(*.err)，并在仿真運行結束時通知用戶。

1.3路線選擇與轉向

車輛的行駛路徑由從路徑決策起點（紅線）到路徑決策終點（綠線）的一個固定的路段和連接器序列組成[2]。路徑決策起點與路徑決策終點是一對多的關系。車輛行駛路徑的長度不是一個固定值。

行駛路徑決策功能僅對經過定義的車輛和沒有任何路徑信息的車輛起作用，這些車輛只有在通過路徑決策終點后才能夠接收新的路徑信息。

一條線路是指從路線選擇點到目的點的路段和連接段固定順序，每一個路線選擇點可以有多個目的點。

2 環島仿真

在物理路網、交通構成、交通流量和路線選擇等屬性設置好后，便可對設置好的路網進行仿真。

仿真前需對仿真參數進行設置，主要的參數設置包括：①仿真時間，仿真運行時間長度。其中包括了仿真運行初期的準備時間；②仿真步長，即一個仿真時鐘內（1～10）計算車輛位置的次數。1表示車輛在每個仿真時鐘只移動一次；10表示每個仿真時鐘計算十次車輛的位置，這使得車輛運行更加平順。仿真運行速度的變化與仿真步長成反比[3]；③中斷時間，仿真程序運行到該時刻時，VISSIM自動切換到單步運行模式。使用該選項，可以在仿真運行期間有選擇地觀看某個特定時間的交通狀況；下圖為VISSIM環島的仿真運行窗口（圖1）。

圖1 環島仿真運行窗口

3 仿真結果評價

結合線控系統仿真試驗介紹如何定義和配置VISSIM 的各種評價類型以及評價結果的輸出形式。為了得到評價輸出數據，必須首先激活相應的評價類型。評價類型的輸出數據可以在線顯示（如：信號配時表），也可以輸出為外部的數據文件，部分評價類型同時支持上述兩種數據輸出方式。數據文件使用分號作為分隔符，用戶可以輕松地將其導入電子數據表（如：Excel），以進行更深入的計算和動畫呈現。如：行程時間、延誤、數據收集點和排隊長度等。

4 結論

本文提出的應用VISSIM軟件對環島進行仿真，從時間和空間兩方面進行仿真，找出擁擠堵塞的原因，對正確地設計環島并合理地組織交通，以提高環島的通行能力，進而提高整個城市路網通行能力具有很重要的意義。