基于仿真的設計使虛擬世界發(fā)揮作用

模擬是很棒的“事后”工具?？紤]一下兩個突出的圖形動畫：中央情報局制作的TWA Flight 800最后幾分鐘的計算機模擬和詹姆斯卡梅隆電影中的RMS泰坦尼克號最后幾小時的計算機模擬。兩者都提供了對偉大機器的死亡痛苦的敏銳洞察力。沒有設法讓乘客和船員做任何好事。大學和制造商正在開發(fā)新一代分析技術，使設計人員能夠使用商用軟件在逼真的動態(tài)設置中研究真實的計算機模型。此外，大多數CAD用戶都熟悉該軟件。這些基于仿真的設計(SBD)技術承諾前所未有的靈活性和真實性。理想情況下，SBD將在產品開發(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。

啟動并運行。近年來，工程師通過虛擬原型設計取得了一定程度的成功。許多領先的制造商，其中包括波音，克萊斯勒和通用動力公司的電動船，通過用計算機模型取代物理原型，在戰(zhàn)斗機，汽車和潛艇上節(jié)省了數百萬美元。實體建模CAD系統(tǒng)提供了該領域的支持技術。在實踐中，這些成功的程序使工程師能夠飛越靜態(tài)(如果復雜的)模型，檢查裝配，干擾和可訪問性問題。

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在SBD中，虛擬模型僅僅是一個起點。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研究計劃局(DARPA)提供，該機構正在贊助一項多階段工作，以確定SBD的基本特征，并將其視為在國防相關合同和私營企業(yè)中實施。

在其成長期，DARPA的SBD計劃的重點是開發(fā)技術和程序，以提高國家的造船能力。兩個承包商團隊中標了進行可行性演示：通用動力公司，電子船部門與Deneb Robotics，Intergraph，Loral Federal Systems，Parametric Technology Corp.，Silicon Graphics Inc.，愛荷華大學和北卡羅來納大學合作;和洛克希德導彈與航天公司(現為洛克希德馬丁公司)與紐波特新聞造船公司，科學應用國際公司和Fakespace合作。第一階段演示改進了用于創(chuàng)建和改進CAD裝配模型和相關產品數據的程序。

第二階段始于1995財政年度。在此階段，關鍵技術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導的團隊開發(fā)原型SBD系統(tǒng)。雖然沒有設計或開發(fā)特定產品，但選擇通用水面艦艇作為示范項目。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計模擬。

賓夕法尼亞州立大學應用研究實驗室的Paul Kurtz表示，SBD是負擔得起的產品開發(fā)和收購的關鍵技術。“ARL已經將仿真作為一種設計工具探索了20多年，”Kurtz說。“CAD和面向對象的開放式軟件體系結構的開發(fā)，以及模型庫到標準格式的轉換，使得近年來設計，性能預測和成本估算的集成成為可能。這反過來又允許構建先進系統(tǒng)的虛擬原型和使用SBD過程的新系統(tǒng)概念。“

ARL的仿真，分析和可視化實驗室由一個局部區(qū)域網絡組成，該網絡由11個用于仿真開發(fā)的DECstations，一個四處理器Silicon Graphics ONYX和兩個用于可視化開發(fā)的INDY組成。該實驗室還使用帶有Lisp的Symbolics工作站進行人工智能技術開發(fā)，并使用各種Sun，Hewlett Packard和基于Intel的個人計算機進行分析。該網絡還連接到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的一部分。 ARL。正在開展工作，使模擬元素高級架構(HLA)兼容，從而實現與更廣泛的工程應用的交互。

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

這并不是說SBD開發(fā)僅限于海軍或與防御相關的應用程序。ARL已經建立了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量和可承受性。該測試平臺包括運行各種設計和制造軟件的基于UNIX和Windows的計算機系統(tǒng)。研究人員開發(fā)了許多與制造相關的模擬，包括工作單元模擬，目標是設計更高效的布局和流程。

事實上，隨著運動學分析軟件包與實體模型CAD系統(tǒng)集成，仿真作為工業(yè)設計工具的使用變得越來越突出。Mechanical Dynamics公司的ADAMS是一種流行的機械系統(tǒng)仿真軟件包。該軟件最初是一個相當簡單的“棒圖”連桿和桿運動學分析系統(tǒng)。MDI已經增加了更多特性和功能，因此現在ADAMS可以被描述為一個完整的虛擬原型系統(tǒng)，使工程師能夠逼真地模擬復雜機械系統(tǒng)的行為。它還提供了一整套建模，分析和可視化功能，以幫助解釋模擬結果。

據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用虛擬原型技術來改進新的正時鏈系統(tǒng)的設計。福特工程師使用ADAMS模擬各種時序鏈響應，代表了許多真實情況，包括沖擊和操作振動。目標是減少噪音。

另一個從簡陋起源發(fā)展而來的包是來自知識革命的工作模型3D系統(tǒng)。這種設計模擬工具最初是用于教授運動物理基礎知識的教育軟件。它已經發(fā)展成為一種設計工程工具，主要是通過與領先的CAD系統(tǒng)集成，例如Solid Works。

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