時間：2023-09-25 15:59:15
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發表網為您精選了8篇數字化仿真技術概念，愿這些內容能夠啟迪您的思維，激發您的創作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
【關鍵詞】船舶制造；數字化設計；信息一體化
一、引言
數字化造船是以造船過程的知識融合為基礎，以數字化建模仿真與優化為特征，將信息技術全面應用于船舶的產品開發、設計、制造、管理、經營和決策的全過程，最終達到快速設計、快速建造、快速檢測、快速響應和快速重組的目的。數字化造船技術涵蓋的范圍非常廣泛。本文就目前較為流行的部分數字化技術進行簡要分析。
二、行業背景
在經濟全球化的今天，國際造船業已發展成為全球一體化市場，世界各國造船企業在全球范圍內展開了技術、性能、質量和服務等全方位的角逐。隨著全球船舶市場占有率的競爭日趨激烈，世界造船業在技術、體制上發生了重大改革，其中造船技術的發展尤為突出，從最初的焊接技術到大型生產流水線等新技術的成功應用，到現階段信息集成系統、并行工程、敏捷造船、先進制造模式等先進技術或理念在船舶制造業中廣泛應用，使船舶行業凸顯成為信息密集、技術密集和資金密集的現代新型產業。
自二十世紀七十年代開始，我國造船業開始快速發展，至今已經歷了特征鮮明的三個階段。從最初的打開國門走向世界，到規模不斷壯大超越日韓，我國造船業在幾經沉浮后實現了蛻變，造船技術的發展也實現了飛躍。尤其是數字化造船技術的發展，完成了船舶設計、制造、管理手段的革新。
中國船舶工業發展歷程
三、技術分析及應用
數字化造船要求以數據處理、虛擬現實、數據庫、網絡通訊等數字化技術為基礎，將數字化技術全面應用于船舶的開發、設計、制造、管理的全過程中。數字化技術所包含的內容非常廣泛，如何將船舶設計、生產、管理的相關理論和方法與特定數字化技術相融合將是數字化技術應用的關鍵所在。下面列舉部分船舶行業中應用的重點/難點技術，并結合NACKS的現狀進行了簡要的分析。
（一）虛擬仿真技術
船舶建造虛擬仿真技術作為一種新型技術，旨在利用數字模型替代物理原型，對船舶的設計、制造及生產系統等進行仿真，以提高設計水平、建造質量，縮短產品研制周期。船舶建造虛擬仿真技術是基于計算機和信息技術的一種新的先進造船技術，是船舶數字化建造的具體體現，對船舶產業的科技發展具有重要意義。
造船發達國家紛紛利用信息技術給造船業帶來的各種機遇，積極開展船舶虛擬設計和建造仿真技術的研究。韓國和日本的造船業，虛擬設計與制造仿真技術研究開展得比較早，并取得較好的研究成果。對于首制高附加值船舶和船舶的設計和建造，在實際建造之前都要利用虛擬仿真技術對設計結果、建造工藝和建造流程進行預先仿真，能夠及時發現并糾正設計中存在的問題。由于虛擬現實技術可將仍處于概念階段的設計方案以逼近于現實的形式呈現出來，從而可以及早發現并糾正設計問題。
虛擬仿真在船舶行業的應用范疇，主要包含四部分內容：船舶虛擬設計評估與優化技術、船舶建造工藝仿真與優化技術、船廠物流仿真與能力評估技術與作業、運行保障仿真技術。國內船舶行業在前三個方向都開展了一些工作，基本突破了常用異構系統數據轉換、船舶產品虛擬評估技術、船舶工藝自動建造技術、船舶焊接工藝智能設計與統計技術等關鍵技術，并開展多型船舶的建造工藝仿真，船廠建造資源能力評估等工作。然后，在建造工藝深化應用、船廠物流仿真、運行保障領域的應用較少，深度也較淺，將是未來發展重點。
（二）物聯網技術
物聯網技術即通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器、氣體感應器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網技術是在近十年開速發展的一項網絡技術，在不知不覺間已經充斥在我們身邊每一個角落，比如打卡考勤系統和條形碼掃描系統。
船舶行業屬于勞動力密集型、多品種、小批量、按訂單生產的離線制造行業，因其行業信息化量大、管理復雜，物聯網技術的快速發展給船舶行業注入了新鮮的血液。通過物聯網技術的應用，可在生產建造、物流、設備管理、能源控制、安全管理、質量管理等多領域實現信息的實時采集、統計分析，實現過程控制、狀態跟蹤、統計分析、平衡優化的目的。
物聯網技術在最近幾年發展迅速，但其在船舶行業的普及還存在一定難度，首先最重要的一點就是成本問題。電子標簽、讀寫設備價格較高，在沒有大規模應用的情況下，收益預期與投入難以平衡。其次，物聯網的應用還存在一定的技術難點：技術標準還存在較多不統一的部分；數據采集頻繁，信息安全需重點考慮；物聯網的協議棧需要統一；IPV4資源存在耗盡風險。另外，造船現場的條件較差，這對物聯網的應用提出了挑戰，潮濕、高溫、電磁屏蔽等也是阻礙物聯網普及的障礙物。
（三）企業信息集成技術
在船舶企業中，由于作業內容的不同，往往有多個異構的、運行在不同的軟硬件平臺上的信息系統同時運行，這些系統的數據源彼此獨立、相互封閉，使得數據難以在系統之間交流、共享和融合，從而形成了"信息孤島"。隨著數字化應用的不斷深入，企業內部、企業與外部信息交互的需求日益強烈，急切需要對已有的信息進行整合，聯通“信息孤島”，共享信息。
企業信息集成是指企業在不同應用系統之間實現數據共享，即實現數據在不同格式和存儲方式之間的轉化，來源不同、形態不一、內容不等的信息資源進行系統分析、辨清正誤、消除冗余、合并同類，進而產生具有統一數據形式的有價值信息的過程。
對船舶企業而言，企業的信息集成可實現各部門、各應用系統之間的協調運作，實現業務流程的定制、改造和優化，為企業的各種應用和系統提供一個統一的運行協作平臺，實現流程協作和信息共享。信息的共享又會間接的降低企業的運營成本。
（四）CAD/CAE一體化技術
船舶設計是一個涉及多個專業、多個系統、規模龐大的協同工作過程。其周期較長、過程較復雜，且在船舶設計過程中，不同專業使用不同的計算機輔助設計（CAD）及計算機輔助分析（CAE）軟件，從而造成缺乏一體化、集成化的設計系統，信息交流不通暢，存在“信息孤島”問題。CAD/CAE技術的相互融合、相互滲透已成為了一種自發的有效需求，在CAD/CAE一體化技術的幫助下，船舶研發、設計將實現從經驗設計到計算機輔助設計的轉變，可大大縮短產品周期，提高產品質量。
通過對比可以看出，CAD注重產品的外形特征，以提供圖形圖像、數字化模型為主，而CAE更注重的是產品物理特征問題。在實際作業中，將研發和設計相互割裂開來會產生重復性投入，同時會降低作業流程的效率。
FEM與TRIBON建立的船體模型對比
關鍵詞：三維仿真；城市規劃；應用
Abstract: This paper from the basic concept and the significance of the development of 3D simulation technology, 3D platform to establish Shaoguan surveying and Mapping Institute as an example, the auxiliary city planning decision using three-dimensional simulation technology, can be in the city of real-time interactive scene simulation evaluation and analysis plan, provide more intuitive and scientific basis for planning management. In the application of engineering to promote the 3D simulation technology, how to build a good standard, database and platform system and discusses in detail to have great influence on the overall operating structure, construction method of updating maintenance measures and other supporting mechanism. Finally, several typical cases to illustrate the practical application of 3D simulation technology application in city planning work.
中圖分類號：U412.1+2 文獻標識碼：A 文章編號：
1.引言
近年來，三維及相關技術得到了訊速發展，過去無法突破的城市復雜性描述、海量信息管理等技術瓶頸相繼被攻克，計算機硬件不斷提高，以虛擬現實技術、三維展示技術為核心的內容的技術得到快速發展。
三維仿真技術在規劃中的應用主要是通過對城市地形、建筑及其它人工設施進行三維地理建模，形成覆蓋全市的數字城市立體場景，同時結合虛擬仿真等技術，實現城市的三維可視化管理，是提高城市規劃編制技術水平，實現科學規劃的有效手段，是推進“數字城市”、“和諧城市”建設，實現公共事務可視化管理的基礎保障，可以促進經濟社會的全面可持續發展。
2.基本概念和意義
城市三維仿真是城市空間信息在計算機環境中的三維直觀表達，是數字城市概念城市規劃、建設、管理領域的延伸，同時也是數字城市建設的重要基礎內容。城市三維仿真技術在規劃中的應用前景主要有以下幾個方面：
⑴ 完善韶關市數字化規劃控制體系，實現城市規劃精細化管理
實現從總規-控規-修規的全面三維數字化控制目標，在以往基于控規的城市規劃統一管理平臺的基礎上進一步細化、深化和優化規劃管理工作，使韶關市城市規劃管理進入精細化管理階段。
⑵ 創新規劃理念和技術方法，提高規劃編制的科學水平
利用三維數字城市、GIS等信息化技術，為規劃編制過程中的信息采集、指標分析、方案決策、成果展示等工作提高新方法，實現控規編制的技術方法信息化和過程管理信息化，體現規劃編制“科學性”、“過程性”、“動態性”特點。
⑶ 實現城市規劃可視化管理，邁入規劃管理數字化時代
城市三維仿真技術將全面突破傳統二維空間系統諸多限制，建成三維全景數字規劃支持系統，為有關領導和管理部門對城市規劃、建設、管理的重大問題決策，提供準確、實時的信息支撐及直觀、真實的可視化和互動操作環境。
3.工作內容及應用
韶關城市規劃三維輔助決策支持系統利用三維仿真技術建立城市三維虛擬環境，在城市規劃、建設的各階段進行城市現狀及規劃的三維模擬描述，為決策者提供直觀、科學、準確的城市規劃宏觀決策支持，滿足規劃業務審批管理的應用、成果的展示及規劃方案管理和評審的需要。
韶關城市規劃三維輔助決策支持系統項目主要包含軟件和三維數據建模兩方面的工作。項目共投入280萬，計劃在三年內完成。2011年6月開始進行系統開發和三維建模，2013年5月份，系統主要體系結構開發完成，并完成韶關主建城區三維模型數據生產制作。
（1） 數據建設內容
數據建設主要包括數據標準制定和三維數據建模兩部分。
制定數據標準和技術規范是實現系統互聯互通、資源共享的重要基礎工作，也是后期數據更新、管理、維護的依據。數據標準建設主要包括：三維數據采集與制作標準、三維數據更新規范。
三維數據建模是系統建設的基礎，以及各種應用和分析的依據。初次項目建設覆蓋范圍為主城區50平方公里的基礎模型建設工作（建筑物約有30平方公里）：其中包括約15平方公里的精細模型、10平方公里的標準模型、50平方公里的地形及市政配件模型。
（2）系統特色及基礎功能
體現三維場景的美觀和真實性；是一套安全、可靠、穩定，功能強大的系統。在應用于實際規劃工作中，發揮輔助決策作用，系統的布局合理、操作簡便。可進行場景瀏覽漫游、重點導航、路徑導航、圖層控制、場景輸出等。三維數據應用廣泛，可廣泛應用于規劃、市政、城管、公安、交通、旅游、房產等行業領域。
（3）城市規劃輔助決策
提供直觀的三維可視化環境；提供多種空間數據、規劃專題數據的疊加分析功能；三維輔助設計、建筑信息查詢。規劃地塊查詢、用地紅線查詢、空間量測、地形分析、規劃輔助分析。方案比對、日照分析、控高分析，視域分析、通視分析、指標分析，三維標注、圖形繪制、路網繪制、規劃元素庫、三維模型庫，管網查看、管網查詢、管網統計、管網分析等。4.在城市規劃中的應用實例
（1）規劃方案對比分析
利用虛擬的三維場景，使城市的規劃工作不在于僅僅建立在平面圖上做規劃，三維的場景模型使規劃變得更簡單直觀。一般人都能參與到城市的規劃中去。如某個小區的三舊改造工程，通過三維仿真模型，規劃前后的場景就一目了然了，為設計者提供了思路。規劃前后的場景如圖1所示：
圖1
（2）日照分析的功能
在城市建筑規劃設計時，日照分析是必不可少的一個環節。通過對待規劃建筑物的高度、形狀進行模擬，應用TerraExplorer Pro 提供的接口，在系統中很容易就繼續日照分析。如在城市的某個小區旁欲修建一座建筑物，建筑物對小區附近的樓房的日照影響分析情況如圖2、3所示：
圖2建筑物上午八點鐘的日照情況
圖3建筑物下午15點鐘的日照情況
（3）地下管線信息的查詢功能
在舊城區的改造中，決策者需了解地下管線的狀況。可以直接三維系統中反應出來，如圖4所示：
圖4
（4）建筑信息的查詢功能
將前期測繪的建筑物數據屬性信息輸入數據庫中，使用戶點擊具體的建筑物時能夠顯示其詳細的屬性信息，在表達上更加直觀。如圖5所示：
圖5
5.結語
三維仿真技術能夠促進規劃工作從“定性分析”到“定量分析”，從“平面規劃”向立體規劃“的轉變，實現城市規劃的精細化、科學化管理。三維仿真技術的應用，明顯的提高規劃審批的效率和方案設計的科學科學性，避免了傳統規劃評審采用大量設計文稿的方式，極大提高了設計單位、業主單位和管理單位的溝通效率，協調了與周圍建筑群的空間、色彩、材料，有利于體現城市的特點，促進城市的可持續發展。
參考文獻：
[1]彭一剛著，建筑空間組合論，北京；建筑工業出版社，2008.
[2]朱禮俊，《論建設三維虛擬城市的決策依據》。2006年綜合性測繪學會研討會論文集，寧波測繪學會，2006.
【關鍵詞】數字化工廠工藝規劃仿真優化
中圖分類號：S220文獻標識碼： A
1引言
圍繞激烈的市場競爭，制造企業已經意識到他們正面臨著巨大的時間、成本、質量、產品差異化等壓力。如何快速適應市場的變化，實現從“以產定銷”到“按訂單生產”模式轉變？數字化工廠提供了較為理想的解決方案。
2 數字化工廠概述
數字化工廠是BIM(建筑信息模型)技術、現代數字制造技術與計算機仿真技術相結合的產物，同時具有其鮮明的特征。
2.1數字化工廠
2.1.1數字化工廠的概念
數字化工廠是以產品全生命周期的相關數據為基礎，根據虛擬制造原理，在虛擬環境中，對整個生產過程進行仿真、優化和重組的新的生產組織方式。它是在設計建造階段，建立全面、詳實的信息，包括材料、工藝、設備運行管理等全生命周期的信息檔案數據庫，利用BIM(建筑信息模型)技術指導建筑物、構筑物及設備的科學使用和維護，為信息化、標準化管理提供數據基礎平臺，加上CAD、EEP、MEP等應用管理系統，實現工廠控制系統內部數字化信息的有效傳遞，既鏈接了生產過程的各個環節，又與企業經營管理相互聯系，進而把整個企業數字化的資金信息、物流信息、生產裝置狀態信息、生產效率信息、生產能力信息、市場信息、采購信息以及企業所必須的控制目標都實時、準確、全面、系統地提供給決策者和管理者，幫助企業決策者和管理者提高決策的實時性和準確性以及管理者的效率，從而實現管理和控制數字化、一體化的目標。
2.1.2數字化工廠的優勢
數字化工廠利用其工廠布局、工藝規劃和仿真優化等功能手段，改變了傳統工業生產的理念，給現代化工業帶來了新的技術革命，其優勢作用較為明顯。
預規劃和靈活性生產：利用數字化工廠技術，整個企業在設計之初就可以對工廠布局、產品生產水平與能力等進行預規劃，幫助企業進行評估與檢驗。同時，數字化工廠技術的應用使得工廠設計不再是各部門單一地流水作業，各部門成為一個緊密聯系的有機整體，有助于工廠建設過程中的靈活協調與并行處理。此外，在工廠生產過程中能夠最大程度地關聯產業鏈上的各節點，增強生產、物流、管理過程中的靈活性和自動化水平。
縮短產品上市時間、提高產品競爭力：數字化工廠能夠根據市場需求的變化，快速、方便地對新產品進行虛擬化仿真設計，加快了新產品設計成形的進度。同時，通過對新產品的生產工藝、生產過程進行模擬仿真與優化，保證了新產品生產過程的順利性與產品質量的可靠性，加快了產品的上市時間，在企業間的競爭中占得先機。
節約資源、降低成本、提高資金效益：通過數字化工廠技術方便地進行產品的虛擬設計與驗證，最大程度地降低了物理原型的生產與更改，從而有效地減少資源浪費、降低產品開發成本。同時，充分利用現有的數據資料（客戶需求、生產原料、設備狀況等）進行生產仿真與預測，對生產過程進行預先判斷與決策，從而提高生產收益與資金使用效益。
提升產品質量水平：利用數字化工廠技術，能夠對產品設計、產品原料、生產過程等進行嚴格把關與統籌安排，降低設計與生產制造之間的不確定性，從而提高產品數據的統一性，方便地進行質量規劃，提升質量水平。
2.2數字化工廠的差異性
“數字化工廠”貫穿整個工藝設計、規劃、驗證、直至車間生產工藝整個制造過程，在實施過程需要注意系統集成方面的問題，“數字化工廠”不是一個獨立的系統，規劃時，需要與設計部門的CAD/PDM系統進行數據交換，并對設計產品進行可制造性驗證（工藝評審），同時，所有規劃還需要考慮工廠資源情況。所以，“數字化工廠”與設計系統CAD/PDM和企業資源管理系統ERP的集成是必須的。同時，“數字化工廠”還有必要把企業已有的規劃“知識”（如工時卡、焊接規范等）集成起來，整個集成的底部是PLM構架。
同時，類似于PDM系統和ERP系統，每個企業都有自己的流程和規范，考慮到很多人都在一個環境中協同工作（工藝工程師、設計工程師、零件和工具制造者、外包商、供應商以及生產工程師等），隨時會創建大量的數據，所以，“數字化工廠”規劃系統也存在客戶化定制的要求，如操作界面、流程規范、輸出等，主要是便于使用和存取等。
3 數字化工廠的實現與應用
數字化工廠以突出的功能優點，在工業生產，尤其是制造業生產中具有廣泛的應用，但其實現過程也涉及多種關鍵技術。
3.1數字化工廠的關鍵技術
數字化工廠涉及的關鍵技術主要有：數字化建模技術、虛擬現實技術、優化仿真技術、應用生產技術。
數字化建模技術：數字化工廠是建立在數字化模型基礎上的虛擬仿真系統，輸入數字化工廠的各種制造資源、工藝數據、CAD數據等要求建立離散化數學模型，才能在數字化工廠軟件系統內進行各種數字仿真與分析。數字化模型的準確性關系到對實際系統真實反映的精度，對于后續的產品設計、工藝設計以及生產過程的模擬仿真具有較大的影響。因此，數字化建模技術作為數字化工廠的技術基礎，其作用十分關鍵
虛擬現實技術：虛擬現實技術能夠提供一種具有沉浸性、交互性和構想性的多維信息空間，方便實現人機交互，使用戶能身臨其境地感受開發的產品，具有很好地直觀性，在數字化工廠中具有廣泛的應用前景。虛擬技術的實現水平，很大程度上影響著數字化工廠系統的可操作性，同時也影響著用戶對產品設計以及生產過程判斷的正確性。
優化仿真技術：優化仿真技術是數字化工廠的價值所在，根據建立的數字化模型與仿真系統給出的仿真結果及其各種預測數據，分析虛擬生產過程中的可能存在的各種問題和潛在的優化方案等，進而優化生產過程、提高生產的可靠性與產品質量，最終提高企業的效益。由此可見，優化仿真技術水平對于能否最大限度地發揮企業效益、提升企業競爭力具有十分重要的作用，其優化技術的自動化、智能化水平尤為關鍵。
應用生產技術：數字化工廠通過建模仿真提供一整套較為完善的產品設計、工藝開發與生產流程，但是作為生產自動化的需要，數字化工廠系統要求能夠提供各種可以直接應用于實際生產的設備控制程序以及各種是生產需要的工序、報表文件等。各種友好、優良的應用接口，能夠加快數字化設計向實際生產應用的轉化進程。
3.2常見數字化工廠軟件
由于數字化工廠技術在工業生產過程中的優越性，各知名企業競相開發各種數字化工廠軟件，其中較為常見、應用最為廣泛的數字化工廠軟件主要有eM-Power和Demia等。
eM-Power是由美國的Tecnomatix技術公司開發的數字化工廠軟件，它在工業生產中應用十分廣泛。該軟件架構是建立在Oracle數據庫之上的三層結構，它為企業用戶提供零件制造解決方案、裝配規劃、工廠及生產線設計和優化、產品質量和人員績效等主要功能。這些主要的功能模塊建立在統一的數據庫eM_Server中，實現整個生產制造過程的信息共享。2007年以來，西門子公司在收購了UGS（UGS于2004年收購了Tecnomatix）的基礎上，推出了功能更為強大的Teamcenter 8和Tecnomatix 9，提供工廠設計及優化、制造工藝管理、裝配規劃與驗證、開發、仿真和調試自動的制造過程和質量管理等功能，在各大企業具有廣泛應用。
Delmia是由法國的Dassault公司開發的數字化工廠解決方案，該解決方案是構建在Dassault公司的PLM結構的頂層，由其專用數據庫（PPR-Hub）統一管理。Delmia的體系結構主要包括：面向制造過程設計的（DPE）、面向物流過程分析的（QUEST）、面向裝配過程分析的（DPM）、面向人機分析的（Human）、面向虛擬現實仿真的（Envision）、面向機器人仿真的（Robotics）、面向虛擬數控加工方針的（VNC）、面向系統數據集成的（PPR Navigato）等。它主要由面向數字化工藝規劃模塊、數字化仿真平臺工具集以及車間現場制造執行系統的集成模塊等組成。
3.3數字化工廠的應用
數字化工廠是信息化技術發展過程中出現的一種新的企業組織形式，是促進企業現代化發展的新興技術，目前主要應用在汽車制造、航空航天等大型制造企業。
3.3.1數字化工廠技術在汽車行業的應用。
目前，數字化工廠技術在國內外汽車制造業中得到了廣泛應用。在國外，如通用汽車公司使用Tecnmatix eMPower的解決方案，大大縮短了通用公司從新產品設計、制造到投放市場的時間，同時提升了其產品質量。奧迪公司使用eM-Plant進行物流規劃仿真，如A3 Sportback項目。通過物流規劃仿真不僅使得整個生產物流供應鏈之間建立起了緊密有序的聯系，同時也方便對物流方案進行先期評估和可行性分析。在國內，如一汽大眾在車身主拼線工藝設計中采用數字化工廠技術，改善了車身焊接工藝，提高車身焊接質量。上海大眾在發動機設計和產品總裝領域采用數字化工廠技術，大幅提升了公司的制造技術和產品質量。目前，華晨金杯公司引進西門子的Tecnomatix軟件，對產品的總裝工藝進行數字化改造。
3.3.2數字化工廠技術在飛機制造業的應用。
在飛機制造業，數字化工廠技術的先進性也得到了充分體現。如美國的洛克希德馬丁公司在F35研制過程中，采用數字化工廠技術縮短了2/3的研制周期，降低了50%的研制成本，開創了航空數字化制造的先河。有如波音787飛機在研制過程中采用基于Delmia的數字化工廠技術，實現其產品的虛擬樣機。空客A380飛機采用虛擬裝配方案，實現整機的三維虛擬裝配仿真和驗證。不僅國外飛機制造企業在其產品的研制、生產過程中使用數字化工廠技術，國內的飛機制造企業也是如此。如上海飛機制造廠利用數字化工廠技術在三維環境中進行人工裝配操作的數字化模擬，提高了人工操作的標準化。而西安航空動力控制公司則采用Tecnomatix的數字化工廠軟件對其異型件生產線進行仿真和優化，進行技術改造探索。
3.3.3數字化工廠在鑄造行業的探索
共享鑄鋼團《數字化工廠示范工程》擬運用先進制造理念（如虛擬制造、智能制造、綠色制造、柔性制造等）和先進鑄造技術、方法，結合共享集團在鑄造行業內領先的制造、技術和管理經驗，全面融合先進信息化技術，建設數字化模樣生產線、數字化柔性造型生產線、智能化熔煉控制系統、智能體聯合控制的鑄件精整線、數字化在線檢測等綜合集成的數字化鑄造工廠，在“多品種、小批量、快捷”鑄造生產方面達到同行業領先水平，建成一座在鑄造行業領先的“數字化、柔性化、綠色、高效”鑄造工廠，集成并創造數字化鑄造新模式。
4結束語
隨著計算機技術、網絡技術的飛速發展，數字化工廠技術不斷與現代企業相結合，已成為提升企業競爭力的新動力。在當前企業發展的新形勢下，數字化工廠技術出現了新的趨勢。首先，現場總線技術在數字化工廠中的應用，提升數字化工廠的現場可操作性；其次，應用網絡技術，拓展數字化工廠網絡互聯能力；最后，數字化工廠的智能化發展，實現虛擬仿真與企業真實生產的無縫鏈接，打造真正的智能數字化工廠。
作者簡介
郭兆祥（1976-）男，碩士研究生，從事技術質量管理工作。
參考文獻.
[1]李險峰.DELMIA讓數字化工廠成為現實[J].CAD/CAM與制造業信息化，2006，(9)：48-50.
1.1數字化設計與模擬仿真在應用中的問題
數字化設計與模擬仿真在飛機開發研究中需要從產品開發設計時就著手使用，同時要貫穿整個工作流程，如工藝規劃、設計及工裝設計等過程。但是目前發現許多運用時間的錯誤問題，在飛機的研制過程中出現了產品之間、工裝產品間的協調作業，忽略了在設計初期采用數字化設計與仿真的重要性，從而誘導了該狀況的發生。同時，在數字化設計與仿真的應用中也存在參與人員的問題。對于數字化設計與模擬仿真的工作人員存在局限性，不應該只將工藝設計人員作為限定目標，要擴大人員應用范圍，實現設計人員與現場作業工人的全面參與，提高數字化技術的實用效果。目前，在民用飛機的研制技術中，國外一般采用產品設計、工裝設計、工藝設計人員集中協調合作方式的工作流程，在改善工作方式的同時還節約了飛機研制時間。在國內飛機行業的發展中，要改善合作方式中的問題，從國外發展中汲取經驗優點，為自身行業的快速完善發展奠定堅實的基礎。另外，數字化設計與仿真技術本身也存在一定的缺陷。目前，民用飛機使用的是索尼公司生產的DELMIA軟件，它本身就存在技術上的缺陷，如，它無法真正實現重力仿真，在仿真中三維軟件都是懸空存在的；在模擬仿真時，不能客觀的反映鈑金器件的柔韌性。所以，在采用DELMIA軟件仿真后，仍要對存在的缺陷進行分析判斷，減少設計中的誤差錯誤。在數字化設計與仿真技術的應用中缺乏統一的標準要求，只是根據工作人員的工作經驗及產品的詳細程度來判定仿真細節，結果參差不齊，影響了模擬驗證的權威性。所以，要制定標準的規范體制，按照標準，從建模開始，統一執行。
1.2數字化設計與仿真使用系統中的問題
數字化設計與仿真的使用系統面向的用戶面比較廣泛且個體之間差異較大，容易造成使用效果間的差異化。所以，在擴大數字化技術應用系統使用范圍的同時，要合理設計系統界面，安排適當的工作培訓，提高數字化設計制造系統的全面性、實用性。2.3缺少對現場生產數據的及時采集和反饋現場數據的采集與反饋可以為工作的開展提供便利的條件，可以實現生產進程的實時監控，制定合理的生產計劃，合理安排生產進度。但是，目前民用飛機的應用系統中缺乏該種功能，不能很好的實現作業完工進程的數據采集。數字化的管理系統軟件還沒得到普及應用，一般民航企業都存在紙質的數據報表，缺乏對產品測量數據進行統一的采集分析。目前很多測量設備均可直接生產表格，將其輸入應用系統，可以實現數據的永久保存、為今后有效的控制質量及安排生產具有一定的指導意義。
2數字化設計與制造的特點分析
傳統的設計研制方法主要包括概念設計、初步設計、生產設計三個階段，并且各個階段都需要設計繪制模型，工作人員按照制作的樣機對飛機及內部配置進行準確詳細的設計，主要表現為串行模式。然而在數字化的設計與制造環境下，模線的繪制以及實物樣機均可由數字化的形式及樣機取代，表現為并行模式的研制過程，促進了各學科之間的交錯融合，將業務過程作為工作核心，實現了跨地域、多企業化的動態研制。利用連通的互聯網信息使分散的制造商之間加強了技術的溝通交流，互相協調合作，交換相關產品的設計，實現民用飛機設計制造中數據、人員設備及時間等資源的共享。隨著數字化科學技術的快速發展，各行業中實現了數字化與先進技術的融合交錯。在民用飛機的發展制造過程中同樣存在這種融合技術，它充分發揮了當前先進科學技術的優勢，改善了企業的整體經濟效益。
3數字化設計技術在民用飛機設計制造中的發展構想
3.1加深對數字化設計仿真技術的開發應用
在民用飛機的開發研究過程中引入數字化設計仿真技術。從產品的設計研制工作開始，利用并行的工作運行模式，使各部門設計人員相互合作，利用數字化的工作設計研究平臺，提升產品的開發研制質量。同時要建立相互集成的軟件系統平臺。單一的DELMIA軟件只能將可視化的設計信息表現為信息孤島。如果在產品研制過程中，利用相互集成的系統不僅可以改觀這一情況，還能夠將DELMIA軟件與PDM軟件相互集成，通過直接的保存與調用，可實現數字資料的及時性和有效性；將DELMIA與CAPP相互集成，可以實現較強的文本處理功能，提高了系統的實用性。
3.2建立數字化的組織管理體系
采用數字化的系統組織管理平臺，利用新型的管理方式，設置專業的管理團隊，全面有效的利用各部門間的資源投資；采用產業鏈條的結構形式利用數字化的信息平臺技術實現各企業間的連通協作，實現全球范圍內供應商的管理工作；在產品的設計研制過程中，要適時地對項目工作進行監督審查，改變傳統的管理模式，實現制造商與使用商在項目實施初期的良好溝通，組成專業的項目管理小組，及時解決項目實施中的問題，為飛機的技術研制提供良好的技術支持，縮短工程周期，提高工作效率，利用低價的成本實現高額的經濟效益。
3.3提高系統的實用價值
民航企業面向的客戶比較廣泛且不同客戶對工藝文件的格式與審簽流程也不盡相同，根據這一情況，民航企業在產品設計開發時要采用靈活的應用系統軟件，實現文件格式及審簽工作的自定義化，從而滿足廣大客戶的需求；在管理系統中實現物料資源的條碼管理，降低資源的勞動力度，盡量避免人工操作帶來的錯誤；同時要設置人性化的管理界面，實現人人可以上手操作，使系統的功能特點得到充分發揮。
3.4根據工作性質，設置不同的數字化網頁
全球范圍的飛機設計與制造人員表現為一種分布式的協作關系，數字化的信息平臺根據關系等級的不同，分別授予不同的操作權限，分屬于不同的操作設計界面，實現相關的設計制造，對虛擬機進行數字化操控，實現飛機設計研發的改進。截止目前為止，我國在飛機設計與制造業的發展中均實現了自身的特色發展，例如，沈飛的鈦合金結構及成飛的鋁合金等。對機制造發展的目標是在科學技術的發展基礎上，建立一個虛擬化的數字化設計制造平臺，使飛機制造商之間通過網絡信息平臺實現完美的相互協作、技術溝通交流等工作。同時，制造廠商也可以不受地理區域的限制，利用自身的權限主動訪問虛擬飛機。同樣作為合作伙伴的供應商也享有一定的權限，利用數字化信息平臺，實現各企業的信息資源共享。利用數字化開放式的信息技術平臺，可以有效及時的滿足合作伙伴的資源需求，提升了工作進程及工作效率。
3.5民用飛機適航要求下的數字化設計技術研制平臺
民用飛機的研制開發要滿足適航管理的要求，在保障安全的同時也要維護大眾的整體利益。在信息技術及資源共享的技術環境下，改變傳統的研制模式，建立數字化的設計研制平臺，為民航企業在制造業的發展中獲得了良好的競爭力。同時，在利用數字化設計平臺的發展中也要實現現有資源的充分利用，綜合聯系未來發展因素，實現清晰明了的數字化設計平臺的層次結構。在基于WEB的發展環境要求下，結合WEB的特點，實現企業間的合作聯系，建立一個系統的數字化研制平臺，建立全面的數據資源結構，將數據按要求分類、分別管理、進行實時監控與審查全面提高信息資源的管理力度。綜合考慮項目中的各個工作環節，確保數字化研制平臺的全面參與。
3.6以優質的服務質量贏得發展市場
在世界經濟發展環境的影響下，各企業的發展都存在一定程度上的不確定性。為了穩定企業在發展中的堅固地位，力求建立全能的公司企業。在民航企業的發展中，輔助服務市場在民用飛機市場的發展中占有很大比重，擁有廣闊的發展前景。所以，在民航企業發展中，要建立健全的服務體系和完善的服務流程結構，以此提高民航企業在發展中的競爭力。優質的服務質量是贏得市場發展的前提，所以，售前要做到優質的服務質量，售后要做到細致入微。做到專業迅速，及時處理解決服務問題，工作人員要盡自身最大限度降低產品給客戶帶來的損失。
4數字化設計技術在民航企業制造業中發展的預期效果
目前，三維數字化設計技術已經開始應用在民用飛機設計制造業中。數字化的設計技術減輕了設計工程師的工作負擔、提高了工作效率，利用仿真得到的真實模型，方便了工程師對后期工作的處理設計，提高了工作質量；利用數字化的樣機結構，實現了零件結構及系統之間的協調設計，同時改變傳統的設計制造模式，縮短了研制周期，降低了費用成本。數字化設計技術為民用飛機設計制造資源計劃系統的實施提供了便利條件，為資源計劃的實施提供了實時準確的動態數據。在激烈的社會經濟競爭環境下，由于網絡資源的擴展，供應鏈也逐漸形成了一種新的網鏈模式，利用數字化的設計技術提高了供應商之間的運作效率。從數字化的真實模型可以了解客戶的需求，加強了客戶與制造商的互動聯系，根據用戶需求，制造設計出符合客戶要求的產品，提高客戶的滿意程度。
5結語
關鍵詞：數字化；設計；農機；應用
1關于數字化設計技術
數字化設計是隨著計算機在各個行業應用和輔助下而誕生的一門新型技術，因此，數字化設計技術的核心和發展，其實是以計算機信息處理技術在數字領域的升級與應用為依托（如壓縮與編碼）。CAD（計算機輔助設計）就是最早應用在設計與制造行業中的數字化技術，而且涵蓋非常廣泛，有效推動了設計技術的應用與升級，也在很大程度上拓寬了數字化設計技術的應用領域。[1]數字化設計技術的關鍵是以打造呈現產品形態的信息平臺為基準，借此生成以計算機為核心的數字化模型，然后再將其滲透到產品開發的各個環節，從而實現不需要再借助實物模型就可以完成產品開發的目標。其核心優勢主要體現在如下幾個方面。
1.1優化設計的實用性與消解缺陷
不同的設計環節，會對產品生出不一樣的定義，具有很大的不確定性；而且各個類型的定義模塊在彼此轉化時，非常容易造成數據的流失。這就造成數字化設計會形成定義產品的單一模型，但這種單一性會隨著信息密集程度的改變而導致產品模型也隨之發生轉化，如全信息化模型和集成類產品模型的差別。對數字化設計而言，這其實是一種有效的技術輔助，從而讓設計更具針對性與有效性。但同時，因為數字化設計的概念還是過于抽象，所以會在制造環節存有不足之處,需要反復修改和測試。這會加大成本的耗損，并拉長了產品上市的時間。為此，需要在制造實物模型之前，先進行大量且有效的仿真分析與測試，不斷消解設計缺陷。
1.2優化數字化設計合作
對于所有的設計工作者而言，一個產品項目的設計與開發，必須結合不同小組的特色與優勢來進行科學化的分工協作。唯有這樣，才能實現技術優勢的全面整合，共同搭建出更加完善和具有可行性的數字化制造模型，以此提高設計和開發的效率。
1.3減少對實物模型的依賴
數字化技術的應用，讓設計越來越脫離了對實物模型的依賴，并且可以通過仿真技術的不斷測試和分析，將設計中存在的缺陷盡可能地剔除，從而達到制作出與設計要求最匹配的實物模型。這將大大縮減產品的開發成本，提高設計的成功率與效率。
2數字化設計技術在農業機械設計中的應用
2.1行業競爭推動數字化技術的普及
隨著社會的進步與發展，農業機械設計越來越希望讓消費者具備更多的選擇性。因此應用創新和減少故障發生率，成為優化農業機械產品設計的必經之路。為了降低常見故障的發生，在設計時就必須采取相應的改進方法，并提前進行仿真推演與測試，一旦驗證了改進方法的有效性，就能將制造與生產環節的成本納入可控范圍，極大地增強了企業在同類農業機械產品中的競爭力。于是更多的農業機械制造企業為了贏得市場，就會加大在設計環節的創新投入來獲取消費者的認可。農業機械行業采用以數字化技術為支撐的決策模式，相繼開發出了知識型數據庫，進一步加大了整個行業對數字化設計技術的應用程度。
2.2在普及中優化了虛擬化現實技術
數字化技術應用的普及和升級，加快了農業機械產品設計向虛擬化現實技術的轉化，并通過融入和吸收諸如多媒體與3D圖形新形態，讓設計者在進行產品設計時擁有了更為真實的多維體驗，也讓用戶能對產品的性能有了更具體的視覺感受，極大地優化了產品性能和提高了上市成功的概率。特別對于農業機械這種相對復雜的產品，設計意圖與應用效果之間會存在很大的差距。虛擬化現實技術的出現，不僅有效解決了農業機械的設計與應用兩個環節無法實現無縫對接的難題,而且優化了針對農業機械的設計周期長、內部結構復雜等問題的處理辦法，讓農業機械的產品性能通過模擬性應用來進行驗證，然后再根據驗證情況著手進行改進。在設計目標完成后，便可讓目標用戶來對產品結構和性能進行模擬應用評估，并從他們口中得到最有效的反饋建議，使產品在上市后就能獲得用戶的極大認可。目前農業機械設計，首先是借助CAD系統形成模型，再將其導入虛擬環境中，以此提高設計的可視化程度。其次是利用VR-CAD（虛擬現實-計算機輔助設計）系統幫助設計者在虛擬化的環境中進行設計。但我國在虛擬化技術層面的研究還處于相對滯后的階段，仍需對更為系統和完善的研究理論與應用方案進行深入探索。
2.3加強數字化設計的協同性
農業機械生產企業既要參與市場競爭，同時又要實現跨企業的協同合作，以滿足客戶越來越個性化的定制需求。因此協同化設計同樣成為農機企業生存與發展的重要經營手段，并可能成為整個行業創新發展的重要方向。為了從浩瀚的技術信息與零件資源中找到有效的資訊，就必須對搜索技術加以優化。比如某個服務器存儲了上百萬的零件信息，而且還在不斷成級數增加。農機企業在進行新產品設計時，就要對需要的零部件的參數和性能進行搜索，并且探討怎樣才能匹配到有效的供應商客戶端。隨著數字化設計技術在農業機械領域應用影響的不斷擴大，設計者、供應商與制造商之間，必須在設計端就要開展深入的協同合作，才能借助各自的資源與軟件技術優勢，實現新型農業機械產品的不斷升級，并從設計和制造兩個環節不斷提升產品的國際競爭力和生產效率，并確保達到最佳的制造品質。
3農業機械數字化設計技術的創新之處
農業機械本身屬于制造業的范疇，產品種類齊全且復雜，優勢是國內外的市場需求體量非常巨大。近年來，我國企業將數字化技術應用于大型農業機械的研究與開發，其力度越來越大。通過引進更多的工程技術和仿真技術來對產品性能進行設計和檢測，希望能借此不斷優化產品結構和性能。對今后的研發趨勢應多關注如下幾個重點。
3.1強化產品的創新思維
以往產品創新只是針對少數用戶，根據他們的需求對產品原有技術做一些優化，在局部功能上改善和某些實用操作上升級，進而滿足他們的需求。而今后的農業機械設計將更加重視產品的原始創意設計，將以克服人們農藝作業上的困難和滿足人們對生產力提升的需求（含潛在的需求）為創新點，通過對某一需求市場的分析，并在得到評估和確認后進入到技術層面的匹配性論證，然后對具體產品設計中的各種難題逐一篩選與解除，進而切入到制造環節各種元件的經濟技術指標的分析、供應商設備和配件的優選和確認，以及更細化的加工流程的取舍和確認。
（一）計算機仿真技術的基本概念。
計算機仿真技術，是使用計算機技術和數學建模理論，以及相關的應用性工具共同建構的仿真性系統應用模型，并在一定的實驗檢驗環境下，實現對已經建立的模型之綜合性檢驗的實用技術。依照計算機設備的具體類型狀況展開分析，可以將現有的計算機仿真技術劃分為：模擬仿真、數字仿真，以及混合仿真三個基本的類型。伴隨著當代計算機科學技術的客觀發展，以及計算機設備在運算速度與運算能力方面的提升，建立在數字化技術背景下計算機仿真技術，已經對傳統模式下的原始仿真技術模式是實現了較為完全的實質性替代，這種新式的仿真技術易于運作與修改。計算精度高且速度快，實驗結果較為可靠等特征。
（二）計算機仿真技術的基本應用流程
第一，對問題進行描述。透過開展目標問題的描述實踐，切實明確計算機仿真技術的對象、目的，以及相關的基礎性要求，之后依照教學研究工作的目的和實踐需求，具體確定計算機仿真技術的規模特征，以及約制條件。第二，初步建立原始化數學模型。數學模型是針對某種特定的事物系統或者是數量關系對象，使用規范化的數學語言，實現對數學結構的近似化或者是概括化描述目標。計算機仿真技術是一種基于模型技術的全新技術，其模型建構的準確性對仿真檢驗結果的準確性具有重要影響。第三，建構仿真系統數學模型。在原有的數學模型的建制基礎上，引入計算機輔助科學技術模塊，對之前已經建制完成的模型進行有針對性地補充完善，這個過程也可以簡略性地描述為二次建模。第四，開展編程和調試行為。要將仿真技術系統前期建制過程中形成的數學模型，進行具體的編程和相應的調試行為。第五，進行仿真實驗。應用計算機仿真技術系統，開展之前設定的實驗內容，進而得到預期的實驗結果。第六，對實驗結果進行相應的驗證。通過反復開展仿真實驗，對已經建制的模型進行驗證以及修正，實現對仿真技術應用模型的預期建設目標。
二、計算機仿真技術在體育學科實踐領域的應用
（一）計算機仿真技術在當代體育學科教學中的應用。
伴隨著現代多媒體技術的深化發展，這項實踐技術在理論教學工作中的應用，有效實現了對課堂教學內容的豐富，以及對對象學生群體學習興趣的有效激發，要逐步幫助學生加強對復雜知識項目的理解能力，切實實現教學質量實踐水平的有效提升。與此同時，在現行的體育課程的教學實踐過程中，在目前階段，絕大多數的教師往往都是使用示范的模式來開展對教學內容的講解，但是，伴隨著教師年齡的增長，以及教師在體育運動技戰術水平掌握層面的客觀差別，有時可能很難在教學訓練實踐中，順利完成對體育運動技戰術知識的講授，以及訓練實踐目標，在一定的考量角度上，不利于學生體育課程學習成績的有效提高。在這樣的背景下，我們可以逐步開展可視化仿真技術，以及多媒體仿真技術的開發實踐，可以針對具體的體育運動項目，制定有針對性的仿真模擬化的運動過程技戰術軟件，之后指令學生在模擬化的運動環境中開展相應的教學與訓練環節，有效實現學生成績水平的有效提升。
（二）計算機仿真技術在開展運動訓練指導實踐中的應用。
計算機圖形學本身具備著極其廣闊的客觀性應用范圍，它在較大的程度上，能夠實現對某些重要的系統，或者是重要的現象的模擬與仿真實踐。將系統化的數學模型轉換成系統化的仿真模型，之后，再依照計算機輔助程序獲取到數學模型的解，以及相關的數據結果，并在科學的運作程序背景下，實現對已經獲取到的數據對象的分析，以及驗證目標，最大限度地，使用數據科學技術對運動員的技戰術實踐行為，進行科學化的實踐指導。
結束語
關鍵詞：三維仿真 城市規劃 城市仿真技術
中圖分類號：TU98 文獻標識碼： A
前言
隨著三維建模與可視化技術的不斷發展，尤其是隨著虛擬現實(Virtual Reality—VR)技術研究的不斷深入開展，當前技術水平已能通過計算機整合圖像、聲音、動畫等將三維現實環境、物體等模擬成二維形式表現的虛擬現實，再由數字傳媒通過視、聽、觸覺等作用于用戶，使之產生猶如身臨其境的交互式視景仿真，并可選擇任何一個角度，觀看任何一個范圍內的虛擬現實場景。正是由于對身臨其境的真實感和對超越現實的虛擬性追求，以及個人能夠沉浸其中，超越其上進出自如交互作用的多維信息系統的出現，進一步推動了虛擬現實技術在城市規劃中的應用與發展。
三維仿真技術的概述
三維仿真技術是利用計算機軟件模擬實際環境進行科學實驗的技術，以模擬的方式為使用者創造一個實時反映實體對象變化與相互作用的三維圖形界面，使之在感知行為的逼真環境中，獲得一種身臨其境的感受。例如《重慶市三維數字規劃管理系統》，利用地理信息系統、三維空間建模、遙感等現代信息技術，以數字地形數據、遙感影像數據、數字高程模型數據以及三維城市要素模型等數據為基礎，在三維虛擬空間內實現局部的規劃和建筑設計方案與區域景觀的實時、多方案綜合分析與決策。
二、基本概念和意義
城市三維仿真是城市空間信息在計算機環境中的三維直觀表達，是數字城市概念城市規劃、建設、管理領域的延伸，同時也是數字城市建設的重要基礎內容。城市三維仿真技術在規劃中的應用前景主要有以下幾個方面：
2.1 實現城市規劃精細化管理
實現從總規-控規-修規以及從項目的初步方案-正式方案-工程許可的全面三維數字化控制目標，在以往基于控規的規劃電子政務管理平臺的基礎上進一步細化、深化和優化規劃管理工作，運用可視化的圖、表、文一體化界面配置工具，實現多個展示組件的互動包含：統計圖、表格、文書、GIS、三維仿真等內容的綜合展示模型，使圖表展示工具、規劃業務文書展示工具、GIS展示工具、三維仿真展示工具之間通過配置實現動態調用和信息傳遞，完成從文到圖、從圖到表、從表到文的圖、表、文關聯互動，使各種統計分析結果融為一體，使城市規劃管理進入精細化管理階段。
2.2 提高規劃編制的科學水平
利用三維數字模型、GIS等信息化技術，為規劃編制過程中的信息采集、指標分析、方案決策、成果展示等工作提供高效，直觀，便捷的新方法，實現控規編制的技術方法信息化和過程管理信息化，體現規劃編制“科學性”、“過程性”、“動態性”特點。
2.3 展示現狀及規劃情況
通過利用計算機仿真和虛擬現實技術形成的三維數字規劃管理系統，將現狀與規劃成果帶入城市景觀的電腦虛擬環境中，提供一個逼真的模擬環境，從而很好地向規劃管理者和市民展示該地區的現狀及規劃建設情況。此外，利用空間信息可視化技術可以實現分析、查詢大量數據信息并以直觀的方式顯示結果，將傳統的數據庫帶入到可視化空間中，以對各個方面的情況有一個全面的了解。
2.4 提高規劃項目的管理效率
通過制作項目模型或者提供靜態的三維效果圖來展示項目的整體規劃過程，這具有很大的局限性，無法完成規劃對象的修改和管理。城市三維仿真技術可以設計一個可操作的三維仿真系統，為開發機構或城市規劃單位提供高精度的數據服務和視覺質量。在需要修改或增減項目工程的過程中，可以直接導入或更新相關的數據信息，可以及時做出方案調整和實施，提高規劃項目的整體管理質量和效率。
2.5 多樣化的數據服務
利用三維仿真技術進行三維模擬和三維仿真系統的設計，可以利用三維仿真系統查詢相對對象的信息資料，為規劃管理者提供城市單位或部門的信息資料。在重慶市三維數字規劃管理系統中，運用城市三維仿真、地理信息系統、空間數據庫、關系數據庫、工作流、系統集成、網絡、多媒體等技術，以現有的規劃電子政務平臺為框架，以分布式數據庫應用為基礎，實現了網絡環境下多數據源海量精細化城市三維仿真數據的高效管理和服務，通過強大的三維仿真，GIS分析和輔助審批功能，為現狀調查、規劃編制、項目方案審批、行政決策提供了直觀、高效和科學的技術手段，實現了精細化建筑管理，提升了重慶市規劃局規劃管理技術水平。
三、仿真技術在重慶市規劃管理的應用
3.1通過建立建筑物及周邊環境的三維仿真模型，規劃管理人員可以在三維可視化環境下觀察和研究建筑物與周邊環境的協調狀況，還可以通過模擬建筑物的日照陰影走向和計算陰影面積來研究建筑物的高度對周邊建筑物的日照的影響等（圖1）。對于規劃新區的建筑設計方案，由于沒有實際的周邊環境，可以用規劃的周邊環境來進行仿真模擬，還可以通過三維空間環境下的實時建筑物模型置換、建筑物紋理置換、建筑物高度調整等功能，來進行多方案的比較(圖2)。此外，還可以進行特定視點的景觀圖生成、空間坐標查詢、距離量算、屬性數據管理、實時的規劃指標統計等，實現對建筑方案的全面的審查（圖3）。
（圖1）
（圖2）
（圖3）
3.2 城市景觀設計的應用。城市景觀設計反映城市的整體風貌，城市的整體風貌依靠科學的環境資源布局來實現。利用仿真技術對城市景觀進行設計和環境模擬，可以對城市建筑的空間形態、建筑形式、城市天際線、城市景觀、城市色彩等多方面進行綜合考慮，做出更為準確的、直觀的設計方案。仿真技術的應用有助于城市規劃管理人員進行多功能技能操作，從整體上把握城市空間形態的展示要點和亮點的設計，體現出城市的整體風貌和城市特色之處。同時，仿真技術利用計算機軟件進行實際景觀設計的環境模擬，創造一個實時反映實體對象變化與相互作用的三維圖形界面，將設計的內容和效果展示在大眾面前，實現人機交互，讓大眾和客戶有一種身臨其境的感受。對于城市規劃評審、公示、展覽、規劃項目的宣傳及招商引資等各方面都有著重要的指導意義和經濟效益。（圖4）
（圖4）
3.3城市規劃需要把握整個城市土地利用的決策動向，就需要對城市土地利用現狀信息資料進行完整的把握，所以城市土地利用現狀信息資料尤為重要。規劃管理人員可以依靠當地的航空衛星影像、DEM 高程數據等基礎地理數據，構建仿真三維模型，通過三維模型，可以更廣泛的了解和把握整個城市的土地利用范圍、現狀以及城市周邊的概況，對城市的整體信息資料的掌握和城市規劃設計方案的確定有著重要意義。仿真技術還可以通過模擬建筑物的日照陰影走向和計算陰影面積來研究建筑物的高度對周邊建筑物的日照的影響等，通過三維空間環境下的實時建筑物模型置換、建筑物紋理置換、建筑物高度調整等功能，來進行城市土地利用現狀和規劃設計方案的篩選。
四、小結
總而言之，三維仿真在城市規劃中的應用前景是廣闊的。我們有理由相信，三維仿真技術會使城市規劃的產生一次技術革新，會極大地拓展和豐富城市規劃的工作思路。三維仿真技術的應用，明顯的提高規劃審批的效率和方案設計的科學科學性，避免了傳統規劃評審采用大量設計文稿的方式，極大提高了設計單位、業主單位和管理單位的溝通效率，協調了與周圍建筑群的空間、色彩、材料，有利于體現城市的特點，促進城市的可持續發展。
參考文獻：
[1] 楊建國，黃玲，高劍鋒.三維仿真技術在城市規劃中的應用[J]規劃信息化，2007
【關鍵詞】城市仿真；應用系統；城市規劃
一、引言
Bill Gates認為：“在當今世界，一座城市如果不跟蹤最新觀念，將技術運用到極限，明天它就可能成為一座鬼城。” 近年來，伴隨著計算機及網絡技術的飛速發展，數字化潮流已是全球經濟發展的必然趨勢，建立在城市信息化平臺上的虛擬銀行、虛擬商務、虛擬政府、虛擬學校、虛擬影劇院、虛擬旅游、虛擬醫院等已紛紛出現。由于城市的各個子系統都可以在計算機中直觀地發映出來，從而可以很方便地對城市的物流、人流、信息流進行集中而有效的控制和管理。所以，如何利用先進的計算機技術實現現代城市本身的數字化，是城市管理者、規劃部門、企業、城市居民所共同關心的問題，而城市仿真技術作為數字城市的支撐技術之一，也成為當前的研究熱點。
二、城市仿真技術簡介
2.1什么是城市仿真
城市仿真(Urban Simulation)對大多數人來說，還是一個比較陌生的概念。簡單來說，“城市仿真”就是將“虛擬現實”技術應用在城市規劃、建筑設計等領域。近幾年，城市仿真在國內外已經得到了越來越多的應用，其前所未有的人機交互性、真實建筑空間感、大面積三維地形仿真等特性，都是傳統方式所無法比擬的。
2.2與傳統方法的比較
傳統的規劃、建筑設計表現方法基本包括以下4種：人工手繪、建筑微縮模型、建筑效果圖和三維動畫。其中，人工手繪（或非真實渲染-NPR）只是偶爾作為點綴用在早期的概念設計中。建筑效果圖、三維動畫、建筑微縮模型是目前廣泛采用的三種方式。由于其市場的成熟，單做其中某一個或幾個方面即可支撐一個中型公司(100人以下)的發展。
這三種方法雖然流行，但它們各自的不足還是很明顯的。制作建筑微縮模型需要經過大比例尺縮小，因此只能獲得建筑的鳥瞰形象，無法以正常人的視角來感受建筑空間，無法獲得在未來建筑中人的真正感受；常用的效果圖表現也只能提供靜態局部的視覺體驗；三維動畫雖然有較強的動態三維表現力，但不具備實時的交互性，人是被動的，而且對方案的修改以及觀察路線的變化需要重新計算，幾天甚至幾周后才能看到結果。
而在城市仿真應用中，人們能夠在一個虛擬的三維環境中，用動態交互的方式對未來的建筑或城區進行身臨其境的全方位的審視：可以從任意角度、距離和精細程度觀察場景；可以選擇并自由切換多種運動模式，如：行走、駕駛、飛翔等，并可以自由控制瀏覽的路線。而且，在漫游過程中，還可以實現多種設計方案、多種環境效果的實時切換比較。這是傳統的建筑效果圖和預渲染回放的三維動畫所無法達到的。
2.3城市仿真技術的重點
1、在一定軟硬件的基礎之上，創建盡可能真實的場景
在城市仿真中，場景的真實感是最為關鍵的一個因素。而如前面已提到過的，由于實時三維渲染的要求及硬件顯示能力的限制，場景的復雜程度不能太高。同時，由于實時仿真技術的限制，一些比較費時的渲染選項，如動態陰影、Bump map等實現起來還有一定困難。這些都會直接影響場景的真實感。
在硬件渲染能力的限制下，為創建盡可能真實的場景，一方面需要發掘各種軟件的功能，進行優化組合；另一方面，要發展更為高級的算法，如程序幾何（Procedural Geometry）和分形算法（Fractal Mathematics）。
但“發展算法”不是一件簡單的事，非個人所能為，只能是由某家公司開發出相應的軟件，我們再來應用。所以，從一般的制作者而言，要創建真實場景還是在于充分利用各種已存在的軟件工具。從實際的開發經驗來看，主要有以下幾種軟件：
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實時三維模型創建軟件：Multigen Creator；
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紋理處理軟件：Photoshop
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實時場景管理/驅動軟件：Vega
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輔助軟件：
建模方面可以用3DsMax/Maya輔助，Maya有免費的flt文件(Multigen Creator格式文件)輸入/輸出插件，3DsMax則要通過Okino Polytrans軟件來進行格式轉換；
在三維紋理貼圖方面，可用DeepPaint 3D和Deep UV輔助；
在燈光效果貼圖方面，可用Lightscape；
AutoCAD用于接收用戶原始DWG文件，預覽并輸出DXF。
在項目之初，就要詳細規劃、分配任務，根據任務思考如何充分利用上述各種軟件達到最終效果。除了從這幾個方面著手以外，我們所能期待的就只能是計算機硬件顯卡能力的迅速提高了。
2、在三維漫游的基礎之上，開拓新功能
不滿足于僅僅簡單的三維場景漫游，在此基礎之上進行人機互動效果的開發，并和用戶應用緊密結合，如在Vega/VC下開發數據庫點擊查詢、三維/二維結合、多媒體結合、3D GIS(地理信息系統)等。 三、城市仿真應用系統與城市規劃
由于城市規劃的關聯性和前瞻性要求較高，城市規劃一直是對全新的可視化技術需求最為迫切的領域之一。從總體規劃到城市設計，在規劃的各個階段，通過對現狀和未來的描繪（身臨其境的城市感受、實時景觀分析、建筑高度控制、多方案城市空間比較等），為改善人居生活環境，以及形成各具特色的城市風格提供了強有力的支持。規劃決策者、規劃設計者、城市建設管理者以及公眾，在城市規劃中扮演不同的角色，有效的合作是保證城市規劃最終成功的前提。城市仿真技術為這種合作提供了理想的橋梁，運用城市仿真技術建立的城市仿真應用系統能夠使政府規劃部門、項目開發商、工程人員及公眾在一個統一的平臺上，可從任意角度，實時互動真實地看到規劃效果，更好地掌握城市的形態和理解規劃師的設計意圖，這樣決策者的宏觀決策將成為城市規劃更有機的組成部分，公眾的參與也能真正得以實現。這是傳統手段如平面圖、效果圖、沙盤乃至動畫等所不能達到的。
3.1城市仿真應用系統的應用范圍
城市仿真應用系統可被廣泛應用于規劃設計、方案評估、領導決策、規劃審批、市民公示、宣傳展示及招商等各方面。
3.2城市仿真應用系統的特點
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仿真的虛擬環境:
類似于時下流行的三維動畫，同樣是通過強大的三維建模技術建立逼真的三維場景，對規劃項目進行真實的“再現”。但是城市仿真技術建立的虛擬環境是由基于真實數據建立的數字模型組合而成，嚴格遵循工程項目設計的標準和要求，屬于科學仿真系統；而傳統動畫的三維場景則是由動畫制作人員根據資料或想象繪制而成，與真實的環境和數據有較大的差距，嚴格意義上來說屬于一種演示作品。
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多方式、運動中感受城市空間：
在城市仿真應用系統中，可以全方位，多種樣式（步行、驅車、飛行、UFO等），完全由用戶自由控制在場景中漫游。城市仿真技術與傳統的三維動畫最根本的區別就是：傳統動畫的觀察路徑都是預先設定好的，用戶只能按照事先設定的路徑瀏覽場景；而城市仿真技術可以由用戶在三維場景中任意漫游，人機交互，甚至還可以使用專用的頭盔把用戶的視覺、聽覺及其他感覺封閉起來，產生一種身臨其境的錯覺。這樣一來，很多不易察覺的設計缺陷能夠輕易地被發現，減少由于事先規劃不周全而造成的無可挽回的損失與遺憾，大大提高了項目的評估質量。
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實時多方案比較：
運用城市仿真應用系統，我們可以很輕松隨意的進行修改，改變建筑高度，改變建筑外立面的材質、顏色，改變綠化密度，……所看即所得，只要修改系統中的參數即可，而不需要象傳統三維動畫那樣，每做一次修改都需要對場景進行一次渲染。這樣不同的方案、不同的規劃設計意圖通過城市仿真技術實時的反映出來，用戶可以做出很全面的對比，并且城市仿真應用系統可以很快捷、方便的隨著方案的變化而作出調整，輔助用戶作出決定。從而大大加快了方案設計的速度和質量，提高了方案設計和修正的效率，也節省了大量的資金。
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三維空間信息交流：
城市仿真應用系統的沉浸感和互動性不但能夠給用戶帶來強烈、逼真的感官沖擊，獲得身臨其境的體驗，還可以通過其數據接口與GIS信息相結合，從而可以在實時的虛擬環境中隨時獲取項目的數據資料，方便大型復雜工程項目的規劃、設計、投標、報批、管理等需要。此外，城市仿真應用系統還可以與網絡信息相結合，實現對三維空間數據的遠程操作。
3.3城市仿真應用系統的功用
一套完善的城市仿真應用系統能夠很好的展示城市規劃、宣傳城市建設、提升城市形象。系統根據城市的當前狀況和對城市的未來規劃，將城市的過去、現在和將來任意時間的情況展示在規劃設計者、政府決策者、投資開發者和普通市民面前。系統首先根據城市的當前狀況和對城市的規劃資料完成城市的設計，然后該系統的交互控制軟件可以幫助使用者從不同角度遍歷城市的各個部分，幫助有關人員作出決策。
提高項目管理能力和效率
規劃部門使用城市仿真應用系統，可以使方案評估更為準確、公正和快捷。另外，如果系統中需要增加新的項目，或其中的項目遇到方案修改，可以隨時導入或更新系統的數據信息，并且可供日后存檔，極大地方便了政府規劃管理部門的管理工作，提高了效率，節省了成本。
提高公眾參與度和部門協同作業
由于城市仿真技術打破了專業人士和非專業人士之間的溝通障礙，使得各部門能夠在統一的城市仿真應用系統平臺下進行交流，能更好的理解設計方的思路和各方的意見，能更快的找到問題、達成共識和解決一些設計中存在的缺陷。
提高方案設計和修正的效率
通過城市仿真應用系統，我們可以很輕松隨意對設計方案進行修改，改變用地布局，改變建筑高度，改變綠化密度，改變外立面的顏色……所看即所得，只要修改系統中的參數就可以輕松實現，大大加快了方案設計的速度和質量。
提高展示和城市形象宣傳的效果
城市仿真應用系統的沉浸感和交互性不但能夠讓用戶獲得身臨其境的體驗，同時還能隨時獲取項目的相關數據資料。對于公眾關心的大型規劃項目，在項目方案設計過程中，城市仿真應用系統可以將現有的方案導出為視頻文件用來制作多媒體資料予以一定程度的公示，讓公眾真正的參與到項目中來。當項目方案最終確定后，也可以通過視頻輸出制作多媒體宣傳片，進一步提高項目的宣傳展示效果。
四、結語
