基于仿真的设计使虚拟世界发挥作用

模拟是很棒的“事后”工具。考虑一下两个突出的图形动画：中央情报局制作的TWA Flight 800最后几分钟的计算机模拟和詹姆斯卡梅隆电影中的RMS泰坦尼克号最后几小时的计算机模拟。两者都提供了对伟大机器的死亡痛苦的敏锐洞察力。没有设法让乘客和船员做任何好事。大学和制造商正在开发新一代分析技术，使设计人员能够使用商用软件在逼真的动态设置中研究真实的计算机模型。此外，大多数CAD用户都熟悉该软件。这些基于仿真的设计(SBD)技术承诺前所未有的灵活性和真实性。理想情况下，SBD将在产品开发过程中尽早突出问题，以便更具成本效益地解决这些问题。

启动并运行。近年来，工程师通过虚拟原型设计取得了一定程度的成功。许多领先的制造商，其中包括波音，克莱斯勒和通用动力公司的电动船，通过用计算机模型取代物理原型，在战斗机，汽车和潜艇上节省了数百万美元。实体建模CAD系统提供了该领域的支持技术。在实践中，这些成功的程序使工程师能够飞越静态(如果复杂的)模型，检查装配，干扰和可访问性问题。

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在SBD中，虚拟模型仅仅是一个起点。虚拟原型可能包含许多不同的子系统和组件，所有子系统和组件都相互交互。这些定义由国防高级研究计划局(DARPA)提供，该机构正在赞助一项多阶段工作，以确定SBD的基本特征，并将其视为在国防相关合同和私营企业中实施。

在其成长期，DARPA的SBD计划的重点是开发技术和程序，以提高国家的造船能力。两个承包商团队中标了进行可行性演示：通用动力公司，电子船部门与Deneb Robotics，Intergraph，Loral Federal Systems，Parametric Technology Corp.，Silicon Graphics Inc.，爱荷华大学和北卡罗来纳大学合作;和洛克希德导弹与航天公司(现为洛克希德马丁公司)与纽波特新闻造船公司，科学应用国际公司和Fakespace合作。第一阶段演示改进了用于创建和改进CAD装配模型和相关产品数据的程序。

第二阶段始于1995财政年度。在此阶段，关键技术将在第一阶段广泛定义的原型系统中开发和集成.DARPA选择由洛克希德马丁公司领导的团队开发原型SBD系统。虽然没有设计或开发特定产品，但选择通用水面舰艇作为示范项目。迄今为止，洛克希德·马丁公司使用Division Inc.的dVISE仿真软件包制作了甲板枪射击弧的设计模拟。

宾夕法尼亚州立大学应用研究实验室的Paul Kurtz表示，SBD是负担得起的产品开发和收购的关键技术。“ARL已经将仿真作为一种设计工具探索了20多年，”Kurtz说。“CAD和面向对象的开放式软件体系结构的开发，以及模型库到标准格式的转换，使得近年来设计，性能预测和成本估算的集成成为可能。这反过来又允许构建先进系统的虚拟原型和使用SBD过程的新系统概念。“

ARL的仿真，分析和可视化实验室由一个局部区域网络组成，该网络由11个用于仿真开发的DECstations，一个四处理器Silicon Graphics ONYX和两个用于可视化开发的INDY组成。该实验室还使用带有Lisp的Symbolics工作站进行人工智能技术开发，并使用各种Sun，Hewlett Packard和基于Intel的个人计算机进行分析。该网络还连接到8英尺@ 6英尺的投影系统，用于演示和演示。

ARL的仿真元素与MAK Technologies开发的DoD的分布式交互仿真(DIS)兼容(参见“Simulation gets real”，1997年11月17日)，尽管它们尚未成为包含外部仿真元素的分布式仿真练习的一部分。 ARL。正在开展工作，使模拟元素高级架构(HLA)兼容，从而实现与更广泛的工程应用的交互。

ARL的SBD过程的开发始于海军的支持。这项新技术的ARL试点应用于鱼雷和自主海底车辆。1998年的发展计划包括轻型混合鱼雷，鱼雷防御反武器，以及其他应用。此外，正在计划使用SBD工艺来支持海底和水面船舶推进器的快速设计和制造。

这并不是说SBD开发仅限于海军或与防御相关的应用程序。ARL已经建立了CIM Testbed作为一种工具，可以集成商用工具，以提高制造零件的质量和可承受性。该测试平台包括运行各种设计和制造软件的基于UNIX和Windows的计算机系统。研究人员开发了许多与制造相关的模拟，包括工作单元模拟，目标是设计更高效的布局和流程。

事实上，随着运动学分析软件包与实体模型CAD系统集成，仿真作为工业设计工具的使用变得越来越突出。Mechanical Dynamics公司的ADAMS是一种流行的机械系统仿真软件包。该软件最初是一个相当简单的“棒图”连杆和杆运动学分析系统。MDI已经增加了更多特性和功能，因此现在ADAMS可以被描述为一个完整的虚拟原型系统，使工程师能够逼真地模拟复杂机械系统的行为。它还提供了一整套建模，分析和可视化功能，以帮助解释模拟结果。

据MDI称，该公司将其所有主要汽车制造商列为其用户。例如，福特汽车公司最近应用虚拟原型技术来改进新的正时链系统的设计。福特工程师使用ADAMS模拟各种时序链响应，代表了许多真实情况，包括冲击和操作振动。目标是减少噪音。

另一个从简陋起源发展而来的包是来自知识革命的工作模型3D系统。这种设计模拟工具最初是用于教授运动物理基础知识的教育软件。它已经发展成为一种设计工程工具，主要是通过与领先的CAD系统集成，例如Solid Works。

DARPA资助的研究和工程软件供应商为解决更复杂的模型所做的努力相结合，为设计人员提供了一种检查他们创造的产品的新方法。这一天即将到来，所有原型都可能是虚拟原型，而模拟是任何设计过程的第一步。