基于仿真的設(shè)計(jì)使虛擬世界發(fā)揮作用

模擬是很棒的“事后”工具?？紤]一下兩個(gè)突出的圖形動(dòng)畫：中央情報(bào)局制作的TWA Flight 800最后幾分鐘的計(jì)算機(jī)模擬和詹姆斯卡梅隆電影中的RMS泰坦尼克號(hào)最后幾小時(shí)的計(jì)算機(jī)模擬。兩者都提供了對(duì)偉大機(jī)器的死亡痛苦的敏銳洞察力。沒有設(shè)法讓乘客和船員做任何好事。大學(xué)和制造商正在開發(fā)新一代分析技術(shù)，使設(shè)計(jì)人員能夠使用商用軟件在逼真的動(dòng)態(tài)設(shè)置中研究真實(shí)的計(jì)算機(jī)模型。此外，大多數(shù)CAD用戶都熟悉該軟件。這些基于仿真的設(shè)計(jì)(SBD)技術(shù)承諾前所未有的靈活性和真實(shí)性。理想情況下，SBD將在產(chǎn)品開發(fā)過程中盡早突出問題，以便更具成本效益地解決這些問題。

啟動(dòng)并運(yùn)行。近年來，工程師通過虛擬原型設(shè)計(jì)取得了一定程度的成功。許多領(lǐng)先的制造商，其中包括波音，克萊斯勒和通用動(dòng)力公司的電動(dòng)船，通過用計(jì)算機(jī)模型取代物理原型，在戰(zhàn)斗機(jī)，汽車和潛艇上節(jié)省了數(shù)百萬美元。實(shí)體建模CAD系統(tǒng)提供了該領(lǐng)域的支持技術(shù)。在實(shí)踐中，這些成功的程序使工程師能夠飛越靜態(tài)(如果復(fù)雜的)模型，檢查裝配，干擾和可訪問性問題。

ADM多倫多的設(shè)計(jì)與制造提供了一個(gè)獨(dú)一無二的機(jī)會(huì)，可以將供應(yīng)商與尋求最新創(chuàng)新，產(chǎn)品和解決方案的買家聯(lián)系起來。用安大略省蓬勃發(fā)展的制造業(yè)的銷售線索填補(bǔ)您的銷售渠道。設(shè)計(jì)與制造展，2019年6月6日至6日，多倫多會(huì)議中心。

在SBD中，虛擬模型僅僅是一個(gè)起點(diǎn)。虛擬原型可能包含許多不同的子系統(tǒng)和組件，所有子系統(tǒng)和組件都相互交互。這些定義由國防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)提供，該機(jī)構(gòu)正在贊助一項(xiàng)多階段工作，以確定SBD的基本特征，并將其視為在國防相關(guān)合同和私營企業(yè)中實(shí)施。

在其成長(zhǎng)期，DARPA的SBD計(jì)劃的重點(diǎn)是開發(fā)技術(shù)和程序，以提高國家的造船能力。兩個(gè)承包商團(tuán)隊(duì)中標(biāo)了進(jìn)行可行性演示：通用動(dòng)力公司，電子船部門與Deneb Robotics，Intergraph，Loral Federal Systems，Parametric Technology Corp.，Silicon Graphics Inc.，愛荷華大學(xué)和北卡羅來納大學(xué)合作;和洛克希德導(dǎo)彈與航天公司(現(xiàn)為洛克希德馬丁公司)與紐波特新聞造船公司，科學(xué)應(yīng)用國際公司和Fakespace合作。第一階段演示改進(jìn)了用于創(chuàng)建和改進(jìn)CAD裝配模型和相關(guān)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的程序。

第二階段始于1995財(cái)政年度。在此階段，關(guān)鍵技術(shù)將在第一階段廣泛定義的原型系統(tǒng)中開發(fā)和集成.DARPA選擇由洛克希德馬丁公司領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開發(fā)原型SBD系統(tǒng)。雖然沒有設(shè)計(jì)或開發(fā)特定產(chǎn)品，但選擇通用水面艦艇作為示范項(xiàng)目。迄今為止，洛克希德·馬丁公司使用Division Inc.的dVISE仿真軟件包制作了甲板槍射擊弧的設(shè)計(jì)模擬。

賓夕法尼亞州立大學(xué)應(yīng)用研究實(shí)驗(yàn)室的Paul Kurtz表示，SBD是負(fù)擔(dān)得起的產(chǎn)品開發(fā)和收購的關(guān)鍵技術(shù)。“ARL已經(jīng)將仿真作為一種設(shè)計(jì)工具探索了20多年，”Kurtz說。“CAD和面向?qū)ο蟮拈_放式軟件體系結(jié)構(gòu)的開發(fā)，以及模型庫到標(biāo)準(zhǔn)格式的轉(zhuǎn)換，使得近年來設(shè)計(jì)，性能預(yù)測(cè)和成本估算的集成成為可能。這反過來又允許構(gòu)建先進(jìn)系統(tǒng)的虛擬原型和使用SBD過程的新系統(tǒng)概念。“

ARL的仿真，分析和可視化實(shí)驗(yàn)室由一個(gè)局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)組成，該網(wǎng)絡(luò)由11個(gè)用于仿真開發(fā)的DECstations，一個(gè)四處理器Silicon Graphics ONYX和兩個(gè)用于可視化開發(fā)的INDY組成。該實(shí)驗(yàn)室還使用帶有Lisp的Symbolics工作站進(jìn)行人工智能技術(shù)開發(fā)，并使用各種Sun，Hewlett Packard和基于Intel的個(gè)人計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析。該網(wǎng)絡(luò)還連接到8英尺@ 6英尺的投影系統(tǒng)，用于演示和演示。

ARL的仿真元素與MAK Technologies開發(fā)的DoD的分布式交互仿真(DIS)兼容(參見“Simulation gets real”，1997年11月17日)，盡管它們尚未成為包含外部仿真元素的分布式仿真練習(xí)的一部分。 ARL。正在開展工作，使模擬元素高級(jí)架構(gòu)(HLA)兼容，從而實(shí)現(xiàn)與更廣泛的工程應(yīng)用的交互。

ARL的SBD過程的開發(fā)始于海軍的支持。這項(xiàng)新技術(shù)的ARL試點(diǎn)應(yīng)用于魚雷和自主海底車輛。1998年的發(fā)展計(jì)劃包括輕型混合魚雷，魚雷防御反武器，以及其他應(yīng)用。此外，正在計(jì)劃使用SBD工藝來支持海底和水面船舶推進(jìn)器的快速設(shè)計(jì)和制造。

這并不是說SBD開發(fā)僅限于海軍或與防御相關(guān)的應(yīng)用程序。ARL已經(jīng)建立了CIM Testbed作為一種工具，可以集成商用工具，以提高制造零件的質(zhì)量和可承受性。該測(cè)試平臺(tái)包括運(yùn)行各種設(shè)計(jì)和制造軟件的基于UNIX和Windows的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。研究人員開發(fā)了許多與制造相關(guān)的模擬，包括工作單元模擬，目標(biāo)是設(shè)計(jì)更高效的布局和流程。

事實(shí)上，隨著運(yùn)動(dòng)學(xué)分析軟件包與實(shí)體模型CAD系統(tǒng)集成，仿真作為工業(yè)設(shè)計(jì)工具的使用變得越來越突出。Mechanical Dynamics公司的ADAMS是一種流行的機(jī)械系統(tǒng)仿真軟件包。該軟件最初是一個(gè)相當(dāng)簡(jiǎn)單的“棒圖”連桿和桿運(yùn)動(dòng)學(xué)分析系統(tǒng)。MDI已經(jīng)增加了更多特性和功能，因此現(xiàn)在ADAMS可以被描述為一個(gè)完整的虛擬原型系統(tǒng)，使工程師能夠逼真地模擬復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的行為。它還提供了一整套建模，分析和可視化功能，以幫助解釋模擬結(jié)果。

據(jù)MDI稱，該公司將其所有主要汽車制造商列為其用戶。例如，福特汽車公司最近應(yīng)用虛擬原型技術(shù)來改進(jìn)新的正時(shí)鏈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。福特工程師使用ADAMS模擬各種時(shí)序鏈響應(yīng)，代表了許多真實(shí)情況，包括沖擊和操作振動(dòng)。目標(biāo)是減少噪音。

另一個(gè)從簡(jiǎn)陋起源發(fā)展而來的包是來自知識(shí)革命的工作模型3D系統(tǒng)。這種設(shè)計(jì)模擬工具最初是用于教授運(yùn)動(dòng)物理基礎(chǔ)知識(shí)的教育軟件。它已經(jīng)發(fā)展成為一種設(shè)計(jì)工程工具，主要是通過與領(lǐng)先的CAD系統(tǒng)集成，例如Solid Works。

DARPA資助的研究和工程軟件供應(yīng)商為解決更復(fù)雜的模型所做的努力相結(jié)合，為設(shè)計(jì)人員提供了一種檢查他們創(chuàng)造的產(chǎn)品的新方法。這一天即將到來，所有原型都可能是虛擬原型，而模擬是任何設(shè)計(jì)過程的第一步。