崔少華

摘要：仿真技術(shù)，又被稱為模擬技術(shù)，其存在，就是使用一套虛擬的系統(tǒng)來(lái)模擬另外一種真實(shí)系統(tǒng)及環(huán)境的技術(shù)。仿真技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)療、工業(yè)、建筑等行業(yè)發(fā)揮了重要的作用， 其低價(jià)、高效、真實(shí)模擬等特點(diǎn)，極其適用于飛機(jī)調(diào)試上，仿真技術(shù)必將發(fā)揮出巨大的經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：虛擬樣機(jī)；仿真技術(shù)；調(diào)試；數(shù)據(jù)分析

一、虛擬仿真技術(shù)的基本特性和現(xiàn)狀

1.虛擬仿真技術(shù)具有以下四個(gè)基本特性：

（1）沉浸性。在虛擬仿真系統(tǒng)中，操作者，可以通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸感等方面，來(lái)獲得身臨其境的感受，從而反映出特定環(huán)境下，操作者緊急處理辦法等。理想的虛擬仿真系統(tǒng)應(yīng)該具有能夠給人所有感知信息的功能。

（2）交互性。虛擬仿真系統(tǒng)中，不僅環(huán)境能夠作用于人，人也可以對(duì)環(huán)境進(jìn)行控制，而且人是以近乎自然的行為（自身的語(yǔ)言、肢體的動(dòng)作等）進(jìn)行控制的，虛擬環(huán)境還能夠?qū)θ说牟僮饔枰詫?shí)時(shí)的反應(yīng)。例如，當(dāng)飛行員按動(dòng)導(dǎo)彈發(fā)射按鈕時(shí)，會(huì)看見(jiàn)虛擬的導(dǎo)彈發(fā)射出去并跟蹤虛擬的目標(biāo)；當(dāng)導(dǎo)彈碰到目標(biāo)時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸，能夠看到爆炸的碎片和火光。

（3）虛幻性。虛擬仿真系統(tǒng)，可以模擬出特定情況下才會(huì)發(fā)生的事件，比如自然災(zāi)害、機(jī)械故障失靈等環(huán)境，來(lái)測(cè)試工作人員的應(yīng)急反應(yīng)。也可以創(chuàng)造出古代、未來(lái)、甚至是不存的虛幻世界。

（4）逼真性。虛擬仿真系統(tǒng)的逼真性表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面，虛擬環(huán)境給人的的各種感覺(jué)與所模擬的客觀世界非常相像，一切感覺(jué)都是那么逼真，如同在真實(shí)世界一樣；另一方面，當(dāng)人以自然的行為作用于虛擬環(huán)境時(shí)，環(huán)境做出的反應(yīng)也符合客觀世界的有關(guān)規(guī)律。如當(dāng)給虛幻物體一個(gè)作用力，該物體的運(yùn)動(dòng)就會(huì)符合力學(xué)定律，會(huì)沿著力的方向產(chǎn)生相應(yīng)的加速度；當(dāng)它遇到障礙物時(shí)，會(huì)被阻擋。

2.仿真虛擬技術(shù)的現(xiàn)狀

我國(guó)仿真虛擬技術(shù)發(fā)展較晚，資金投入相對(duì)較少，因此，與國(guó)外有一定的技術(shù)差距，主要表現(xiàn)在建模、系統(tǒng)工程、經(jīng)濟(jì)效益等方面。

建模需要對(duì)實(shí)物或者環(huán)境，有著深入的了解和長(zhǎng)時(shí)間積累的經(jīng)驗(yàn)作為前提。國(guó)外在這方面起步早，有著豐富的建模經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而我國(guó)由于經(jīng)驗(yàn)不足和資金缺乏，大部分建模是用計(jì)算數(shù)據(jù)作為參考，效率較低。

在經(jīng)濟(jì)方面，國(guó)內(nèi)的仿真模擬技術(shù)并未形成產(chǎn)業(yè)化，仍然處于起步階段，技術(shù)大多是像國(guó)外學(xué)習(xí)，沒(méi)有自主創(chuàng)新的能力。但是，這并不妨礙仿真模擬技術(shù)為各行業(yè)做出貢獻(xiàn)。

二、虛擬樣機(jī)和仿真技術(shù)在飛機(jī)研制、生產(chǎn)、調(diào)試中的應(yīng)用

1.虛擬樣機(jī)的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)

（1）虛擬樣機(jī)可以在開(kāi)發(fā)階段，就可以給用戶看到模擬出的樣機(jī)。提前對(duì)用戶的滿意度進(jìn)行評(píng)估，聽(tīng)取用戶意見(jiàn)，提高樣機(jī)的完成速度、減少修改率。

（2）直觀、快速的將設(shè)計(jì)師的想法，展現(xiàn)給用戶，可以對(duì)功能等方面早作評(píng)測(cè)。

（3）使用虛擬樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試與評(píng)估，可以盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)上的漏洞，對(duì)飛行數(shù)據(jù)提前進(jìn)行分析，大大減少了返工率。

圖2.1仿真軟件進(jìn)行虛擬調(diào)試圖

飛機(jī)，是世界空軍中的戰(zhàn)斗主力，利用虛擬仿真技術(shù)，可以及早的在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，根據(jù)數(shù)據(jù)測(cè)試，提前發(fā)現(xiàn)試飛時(shí)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，進(jìn)行預(yù)防處理，不論是從經(jīng)濟(jì)、還是效率上，都可進(jìn)行極大的節(jié)省與提高。

2.在飛機(jī)研制中的應(yīng)用

（1）運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)仿真。飛機(jī)的氣動(dòng)布局是否符合空氣動(dòng)力學(xué)原理、運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的阻力、其內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局的合理性等，在飛機(jī)設(shè)計(jì)階段就可利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)展示出產(chǎn)品的行為，動(dòng)態(tài)表現(xiàn)產(chǎn)品的性能，產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須解決運(yùn)動(dòng)構(gòu)件工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系、運(yùn)動(dòng)范圍設(shè)計(jì)、可能的運(yùn)動(dòng)干涉檢查、產(chǎn)品動(dòng)力學(xué)性能、強(qiáng)度、剛度等。例如，生產(chǎn)線上各個(gè)環(huán)節(jié)的動(dòng)作協(xié)調(diào)和配合是比較復(fù)雜的，采用仿真技術(shù)，可以直觀地進(jìn)行配置和設(shè)計(jì)，保證工作的協(xié)調(diào)。

（2）虛擬建模設(shè)計(jì)。在飛機(jī)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程中往往需要制造數(shù)量非常龐大的部/附件原型，而實(shí)際工作中不可能一次性就將成千上萬(wàn)個(gè)部件正確地裝配在一起來(lái)滿足設(shè)計(jì)要求。 部/附件之間的配合性和可裝配性是設(shè)計(jì)人員常易出現(xiàn)錯(cuò)誤的地方，以往要到產(chǎn)品最后裝配時(shí)才能發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致零件的報(bào)廢和工期的延誤，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和浪費(fèi)。因?yàn)椴捎枚S圖樣進(jìn)行線性設(shè)計(jì)，無(wú)法預(yù)先發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)造成的裝配干擾等問(wèn)題。

目前，機(jī)械設(shè)計(jì)基于CE原則，采用三維圖樣的立體模型，使得在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)就可以確定產(chǎn)品的所有物理性能，包括重力、質(zhì)量、剖面特性及重心等。通過(guò)裝配模擬軟件，產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員可以檢查部件的間隙和相互干擾，并在實(shí)際加工之前就建立整個(gè)產(chǎn)品的虛擬工作原型，對(duì)此虛擬原型進(jìn)行試驗(yàn)、分析應(yīng)力和變型等。若設(shè)計(jì)不符合標(biāo)準(zhǔn)，可以十分方便地更改模型，并重新生成模型。

圖2.2正在進(jìn)行中的飛機(jī)調(diào)試圖

另外，虛擬制造系統(tǒng)可以提供可合作性的分析支持，為合作伙伴提供協(xié)同工作環(huán)境和虛擬制造動(dòng)態(tài)組合及運(yùn)行支持環(huán)境。虛擬制造系統(tǒng)可以將異地的、各具優(yōu)勢(shì)的研究開(kāi)發(fā)力量，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和視像系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，進(jìn)行異地開(kāi)發(fā)，網(wǎng)上討論。從飛機(jī)需求分析、設(shè)計(jì)、零部件生產(chǎn)、總成裝配、試驗(yàn)、試飛以至后續(xù)服務(wù)這一全過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)都可以進(jìn)行仿真，為虛擬制造動(dòng)態(tài)組合提供支持

三、結(jié)束語(yǔ)

虛擬樣機(jī)及仿真技術(shù)，作為一門新興的技術(shù)，對(duì)于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、調(diào)試等方面，有著極大的經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)優(yōu)勢(shì)。國(guó)外已經(jīng)將此技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。我國(guó)在此技術(shù)上，雖然起步較晚，但是仍然涌現(xiàn)出大批高技術(shù)人才。鑒于航空領(lǐng)域的復(fù)雜性和綜合性，虛擬仿真技術(shù)，必將能在此領(lǐng)域大展拳腳，為企業(yè)創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳軍，周曉平，郝江濤 等.基于MatLab & Simulink的電工電子技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[J].