液压技术论文——液压与气动仿真

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液压技术论文——液压与气动仿真  

    1  概述
    从一般意义上讲，系统仿真可以理解为对一个已经存在或尚不存在但正在开发的系统进行系统特性研究的综合科学。对于实际系统不存在或已经存在但无法在现有系统上直接进行研究的情况，只能设法构造既能反映系统特征又能符合系统研究要求的系统模型，并在该系统模型上进行所关心的问题研究，揭示已有系统和未来系统的内在特性、运行规律、分系统之间的关系并预测未来。
   系统仿真是以建模理论、计算方法、评估理论为基本理论，以计算机技术、网络技术、图形图像技术、多媒体技术、软件工程、信息处理、自动控制及系统工程等相关技术为支撑的综合性交*科学。
仿真技术的应用一般是以仿真系统的形式来体现的。
    2  仿真技术的发展
    仿真技术经过半个多世纪的发展，从研究简单系统到现在已经成为人们研究复杂系统的有力工具，大致经历了三个阶段     1)发展阶段  二次大战末期，火炮控制与飞行控制动力学系统的研究促进了仿真技术的发展，20世纪40年代研制成功第一台通用电子模拟计算机。50年代末期到60年代，导弹和宇宙飞船的姿态及轨道动力学的研究、仿真技术在阿波罗登月计划及核电站的广泛应用、以及50年代末第一台混合计算机系统用于洲际导弹的仿真，促进了仿真技术的发展。这是仿真技术的发展阶段。  
    2)成熟阶段  在军事需求推动下，70年代中期，仿真技术不但在军事领域迅速发展，而且扩展到许多领域。在这个时期出现了用于培训民航客机驾驶员和军用飞机飞行员的飞行训练模拟器和培训复杂工业系统操作人员的仿真系统等产品。相继出现了一些从事仿真设备和仿真系统生产的专业化公司。例如美国的GSE公司、E＆S公司、ABB公司、Dynetics公司等，使仿真技术达到了产业化阶段。这标志着仿真技术进入了成熟阶段。
  70年代末，国际政治军事格局的改变，为仿真技术的发展创造了新的机遇。一方面，随着世界范围内冷战状态的缓和，各国政府纷纷把投资重点转向了本国的经济建设，并开始大规模地削减常规军队，大规模的军事演习不仅受到政治环境的约束，同时也受到经济状况的制约，与之相矛盾的是现代战争越来越强调部队联合作战能力的培训以及战略战术的运用；另一方面，现代武器系统装备越来越复杂，武器系统研制的费用越来越高，研制周期越来越长，培训使用操作人员的时间也越来越长，必须找到研制开发新武器系统的更加有效的途径和方法，形成一个新武器的决策者、开发者与使用者协调配合、共同参与的武器研制体系，缩短武器系统研制开发的周期和成本，这成为各国军方都在探索的问题。仿真技术为解决这些问题提供了一条有效的技术途径。
    同样，随着技术进步，工业生产设备越来越复杂，操作水平要求越来越高，面临着与武器系统装备同样的问题。
    这种技术需求推动了仿真技术快速发展。  
    3)高级阶段  20世纪80年代初以美国国防高级研究计划局(DARPA)和美国陆军共同制定和执行的SIMNET(SimMlators Network)研究计划和美国三军建立先进的半实物仿真试验室为标志，标志着仿真技术发展到了一个新的高级阶段。
    SIMNET计划是分布交互仿真的初型和开始。到90年代，各个部门相继建设分布交互仿真系统、并行分布交互仿真系统、聚合级仿真系统。这些仿真系统绝大多数是针对某领域的具体需求而建立的，它们之间不能互操作，其应用和各组件也不能在新的仿真应用和开发中得到重用。随着国防工业和工业系统的发展，被仿真的系统日益复杂，规模越来越大，若各应用部门根据各自的需要完全从头开始开发大型仿真系统，工作效率低，财力人力浪费大，且模型和仿真结果的准确性、可信度难以保证。为了更好的实现信息、资源共享，促进仿真系统的互操作和重用，到90年代，以美国为代表的发达国家在分布交互仿真、先进的并行分布交互仿真以及聚合级仿真的基础上，仿真技术开始向仿真的高层体系结构(HLA)发展。HLA是促进所有类型仿真之间互操作、仿真模型组件重用的高级协议。  
    3  仿真技术应用
    随着仿真技术的发展，仿真技术应用目的趋于多样化、全面化。最初仿真技术是作为对实际系统进行试验的辅助工具而应用的，而后又用于训练目的，现在仿真系统的应用包括：系统概念研究、系统的可行性研究、系统的分析与设计、系统开发、系统测试与评估、系统操作人员的培训、系统预测、系统的使用与维护等各个方面。它的应用领域已经发展到军用以及与国民经济相关的各个重要领域。  
    3．1  军事领域
    3．1．1  武器装备研制  仿真技术在武器装备研制过程中，使得在新武器研制计划开始前，能够充分利用仿真系统检验武器系统的设计方案和战术、技术性能的合理性，避免在实际研制过程中出现的方案的不合理现象，缩短研制周期，并支持技术评估、系统更新、样机研制，使得能够以较低的代价提高武器装备的战术性能。各用户(包括武器装备的研制部门、采购部门、训练部门和军事使用部门)可在合成环境中按需要综合应用各种仿真手段进行演习、训练和试验，鉴定现有的和研制中的武器装备的性能、战术部署和后勤保障。现在，在武器装备研制生产过程中，已规定将仿真系统列为必需的装备。
    3．1．2  军事训练  分布式仿真系统通过联网技术将分散在各地的人在回路中的仿真器、计算机生成的兵力以及其他设备联结为一个整体，形成一个可以在时间和空间上互相锅合的虚拟战场合成环境，参与者可以自由地交互作用。这样，使过去主要依*野战演习完成的任务可以利用计算机、仿真器和人工合成的虚拟环境来进行。技术的进一步发展还将把野外演习的部队和这种仿真器联系起来进行演习。利用仿真器产生动态的、直观的环境，配合仿真的地形、烟雾和“敌人”的武器装备，使部队能够进行生动逼真的军事演习。
    3．1．3  先进概念与军事需求分析  在先进概念与军事需求分析方面(例如使用新概念与先进技术的试验)，对于未来军事行动中在条令、训练、指挥人员培养、组织、装备和士兵发展等方面的需求上，可以通过仿真和使用真实部队的士兵体验来评估技术综合集成的影响。
    3．2  工业领域
    同军事领域的需求和推动一样，由于工业系统的复杂性、大型化，出于安全性、经济性考虑，仿真技术广泛应用于工业领域的各个部门。在大型复杂工程系统(项目)建设之前的概念研究与系统的需求分析过程中，都发挥着越来越重要的作用。
    电力工业中，随着单元发电机组容量越来越大，系统越来越复杂，对它的经济运行、安全生产提出了更高的要求，仿真系统是实现这个目的的最佳途径。通过仿真系统可以优化运行过程，可以培训操作人员。电站仿真系统己成为电站建设与运行中必须配套的装备。
    核电站的运行必须安全，操作人员的技术素质、技能是保证安全运行的前提，培训提高操作人员素质、技能的有效手段是仿真培训系统。
    在经济全球化、贸易自由化和社会信息化的今天，在技术更新速度加快的新形势下，制造业的经营战略发生了很大变化。如何在最短的时间内，以最经济的手段开发出用户能够接受的产品，己成为今天市场竞争的焦点。虚拟制造是解决这个焦点问题的有效技术途径。虚拟制造是采用建模技术在计算机及高速网络支持下，在计算机群组协同工作下，通过三维模型及动画实现产品设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验以及企业各级过程的管理与控制的仿真产品制造过程。虚拟制造是对已有的或未来的制造活动进行的仿真过程，所进行的过程是仿真的，所生产的产品也是仿真的。仿真技术将在制造企业中发挥重要的作用。  

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