虚拟仿真软件适用于哪些行业

　　虚拟仿真(Virtual Reality)是近年来兴起的一项新技术。虚拟仿真技术可以用于创建三维实体模型，进行仿真计算和实验，甚至制造仿真技术本身。通过在虚拟环境中模拟实际生产环境，用户有机会直接参与生产过程，从而提高生产效率、质量、安全和成本。随着技术的发展，虚拟仿真技术可以应用于各个领域，如制造(虚拟工厂)、研究(虚拟实验室)、测试(基于实际环境的测试)等。

　　在制造领域中，应用最广泛的是 CAD计算机辅助设计(CAE),通过计算机辅助设计可以模拟整个设计过程中的参数调整、参数优化和结构优化等。比如使用虚拟试验机对铝合金进行抗拉强度试验即可得到效果图，通过使用虚拟仿真软件还可以模拟产品零部件强度试验以及模具结构力学性能实验及零件应力分析等。在汽车制造领域，利用虚拟仿真技术对零件进行几何建模和工艺分析则有很大的应用空间：例如对模型零件进行仿真和研究就可以帮助研发人员优化设计成果。此外，由于其具有极高的逼真度，这些应用空间中还涵盖了多种领域：包括仿真模型制造技术、结构分析与优化等等。

　　1、模拟模型制造技术

　　虚拟仿真技术可以在制造过程模型的生成中发挥重要作用。比如，可以通过构建一个虚拟机床模拟金属加工的整个过程操作，然后进行相关参数的调整、试验和评估等等。对于不同的模具，虚拟仿真技术能够起到很好的模拟作用，从而帮助研发人员在制造过程中选择最合适的模具。而由于采用了虚拟仿真技术，用户通常也能够在此基础上进行一些辅助设计和优化实验。例如在发动机模拟阶段中，通过使用虚拟试验机使一台全新的发动机在不同方面进行了最小功率或扭矩等多项性能测试，进而得到最佳性能和综合排放比;在汽车设计阶段中使用虚拟试验机模拟某款车型的整车性能和优化方案等等。除了能够用于制造工艺外，制造仿真技术还能运用到其他方面：例如：对零件进行模拟测试、对零件表面喷涂材料的仿真等等。当然了，由于使用了模拟仿真技术往往需要多台设备和计算机来完成不同的试验工作。因此还需要一些辅助设施来实现更好地模拟实验环境。在汽车制造业中最常见到的就是建立用于发动机测试和性能试验室以及其他零部件产品进行试验分析和优化实验等方法。另外包括测试、材料成型、结构制造与设计等领域都有较大潜力可以开发利用。此外还能够利用虚拟实验来提供一些技术信息，从而使研发人员在制定新想法时不会受到局限从而更好地发挥他们的想象力了。

　　2、仿真软件开发

　　在现代制造业中，企业一般会对仿真软件进行多次开发，而在虚拟仿真软件开发时，企业通常会花费大量时间在网络和服务器上。网络的开发主要包括：创建虚拟环境，建立服务器和数据中心，建立数据库并保存文件。对于企业用户而言最重要的是对产品性能和设计目标进行优化。在产品性能方面，可选择在实验室进行仿真计算，也可以通过在 CAD软件里开发模型来达到这一目的。在服务器上开发软件具有两个重要特点：一是数据量大;二是要求对某一个仿真对象执行全过程监控。使用虚拟仿真技术，可以利用物理平台实时监控各种仿真对象(包括人)模型，通过分析仿真对象所处的真实世界与潜在世界，为仿真对象提供支持以确保其满足设计指标要求。而仿真对象则采用了图形图像方式来呈现，这些图像是以对象进行分析工作过程中产生于对象内部或表面上最简单也最常见、最直接的视觉特征。而模型通常也采用了与所设计产品相同颜色背景以显示动画效果，以及运用同样颜色背景进行3D建模等操作。通过网络或者服务器完成虚拟仿真软件开发往往需要数月时间。网络平台通常包含一个或者多个虚拟仿真工具设备以及一个独立运行的服务器。

　　3、虚拟实验室

　　虚拟实验室又称物理实验室、虚拟设计实验室，是通过计算机模拟一个实验场景、数据和结果，提供给用户真实的环境，让用户体验物理原理，验证实验结果，检验设计方案的可行性，并在此基础上分析工程项目问题所在。虚拟实验室可以从四个方面应用于生产：数据收集、管理、分析。为了提高生产效率，需要从理论和实践中寻找答案。如果这些方法能够合理应用在一个项目中，那么用户将获得极大的成就感。同时它能提高产品交付能力和质量。另外，用户还可以与外部专家合作共同研究项目的困难。当产品开发需要实验数据支持时，可以借助专业人士对整个项目工作过程提出宝贵意见。通过虚拟实验室，用户可以直接了解项目进程、了解到有关实验设备、实验环境及实验所需设备等信息。

　　4、虚拟实验装备制造业

　　虚拟实验装备制造业是现代制造中一个非常重要的组成部分。它主要包括：虚拟实验机、实验仿真软件、装备、耗材等。虚拟实验机一般是指将虚拟设备与现实设备融合一体，以实现物理与计算机之间真正意义上的同步，通过在计算机上搭建虚拟环境实现虚拟仪器装备之间相互交互(如图1所示)。以模拟飞机发动机曲轴箱模型为例，通过使用虚拟设备就可以轻松实现对发动机内部结构及内部参数进行模拟与计算。利用虚拟试验机对于发动机内部结构及控制系统进行试验研究。此外还可以对虚拟试验数据进行对比分析。通过对发动机内部结构及设计数据进行处理、分析和评估结果，还可以对发动机燃烧室压力、燃烧室温度、机油压力、排气温度、压力阀温度等参数进行模拟计算与分析。以虚拟设备为支撑，可实现高速试验以及飞机发动机设计等多方面功能。比如北京航空航天大学为满足某型飞机发动机研制中高速涡轮风扇运转、叶片轴向变形以及叶片疲劳等实验要求设计了一套试验装置。再如某著名航空航天企业研制一架先进成熟支线客机计划用一套数字化仿真平台来对飞机所需部件进行快速计算与检测、对飞机气动性能等进行仿真研究等。

　　5、其它工业应用

　　对于某些产品来说，生产过程中的变化会直接影响产品产量、质量以及最终产品的质量。由于虚拟仿真过程中所涉及的数据是从大量真实数据中抽取而来，因此能够有效避免重复计算，提高计算效率。例如对于铝制品来说，在生产过程中存在着各种变化。比如铝锭之间产生粘合、膨胀等，而一旦这些变化产生于铝锭表面，就会直接影响到铝锭产量、质量等。因此虚拟仿真则可以将这些变化因素考虑进去。对传统工艺改进而言，除了提高工艺效率之外，还可以对生产过程中产生的热效应、振动、噪音等进行改进。另外，利用虚拟仿真技术可以对生产过程中可能产生的有害物质进行检测与预防。例如某些涂料生产企业存在着一定的潜在有害物质。如果这些涂料制品最终由于有害物质泄露到空气中而造成环境污染的话，那么这种有害物质就会严重危害到企业的利益。但如果采用人工检测手段并不能完全消除有害物质泄漏对环境所造成的危害，所以这种危害也必须进行有效地检测。而利用虚拟仿真技术可很好地解决上述问题。