3 仿真的定义和分类
3离散事件系统仿真基础和建模
24
模型的人工运行（续）
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示例2－窗口售票系统
剧院雇一名售票员同时负责窗口销售和对电 话问讯者的咨询服务。
窗口服务比电话服务有更高的优先级。 问讯者打来的电话由电话系统存储后按先来
先服务的原则一一予以答复 建模的目的是研究售票员的忙闲率。2020/8/Fra bibliotek026
实体 流程图分析
常用图示符号
菱形框(表示判断) 矩形框(表示事件、状态、活动等中间过程) 圆端矩形框(表示开始和结束) 箭头线(表示逻辑关系)
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开始 结束
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建模步骤－八个步骤
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示例1
理发店系统
有一个小理发店只有一个理发员。顾客来到理发店 后，如果有人正在理发就坐在一 旁等候。理发员按 先来先理的原则为每一位顾客服务，而且只要有顾 客就不停歇。
库所
变迁
输入
输出
函数
函数
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Petri网的变迁
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变迁实例
t1
t4
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t2 t3
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应用举例
一条工业生产线，完成两项工业操作，第一 个操作将传入生产线的半成品S1和部件S2用 2个螺丝钉S3固定在一起，变成半成品S4。 第二个操作再将S4和部件S5用3个螺 丝钉S3 固定在一起，得到新的半成品S6。完成两项 工业操作时都要用到工具S7。假定由于存放 空间的限制，停放在生产线上的半成品S4最 多不能超过5件。
考察目的
建立实体流程图模型； 在假定顾客到达间隔和理发时间服从一定的概率分
布时，考察理发员的忙闲情况。
数字化设计技术总结
1、广义的数字化设计技术涵盖以下内容:1) 产品的概念化设计、几何造型、虚拟装配、工程图生成及相关文档编写。
2) 进行产品外形、结构、材质、颜色的优选及匹配，满足顾客的个性化需求，实现最佳的产品设计效果。
3) 分析产品公差、计算质量、计算体积和表面积、分析干涉现象等。
4) 对产品进行有限元分析、优化设计、可靠性设计、运动学及动力学仿真验证等，以实现产品拓扑结构和性能特征的优化。
2、曲线二阶参数连续性，二阶几何连续性含义及其之间的关系？二阶参数连续性，记作C2连续，是指两个曲线段在交点处有一阶和二阶导数的方向相同，大小相等。
二阶几何连续性，记为G2连续，指两个曲线段在交点处其一阶、二阶导数方向相同，但大小不等。
关系：1）曲线面造型中，一般只用到一阶和二阶连续性；2）同级参数连续必能保证同级几何连续，同级几何连续不能保证同级参数连续；3）二者形成的曲线面形状有差别。
3、实体造型优缺点：优点：完整定义三维形体，确定物体的物性参数，方便的生成三维物体的多视图和剖视图，可以消除隐藏线和面，直接进行数控加工编程。
缺点：不能适应形体的动态修改，缺乏产品在产品设计开发整个生产周期中所需的所有信息，难以实现CAD/CAM/CAPP集成。
4、参数化造型的含义和特点参数化造型使用约束来定义和修改几何模型。
约束反映了设计时要考虑的因素，包括尺寸约束、拓扑约束及工程约束(如应力、性能)等。
参数化设计中的参数与约束之间具有一定关系。
当输入一组新的参数数值，而保持各参数之间原有的约束关系时，就可以获得一个新的几何模型。
5、逆向工程有哪些关键技术及其主要内容实物逆向工程的关键技术:逆向对象的坐标数据测量、测量数据处理模型重构数据处理及模型重构技术等主要内容：1）根据实物模型的结构特点，做出可行的测量规划，选择合适的数据采集，设备，将实物模型数据化。
2）初步处理：剔除误差明显偏大的数据点，补测某些关键点，测量数据分块处理，产品功能结构分析以及数据曲率分布，定义曲面边界，提取边界线，对测量数据进行分块，对边界进行规则化处理，提高边界拟合曲线由于疏密不均的数据精度。
ns-3离散事件仿真引擎实现分析
NS-3离散事件仿真引擎实现赵问道浙江大学信息与通信工程研究所2009年11月目录一、ns-3离散事件仿真引擎的基本概念 (3)二、ns-3离散事件仿真引擎的基本原理 (4)三、基本的仿真器类：Simulator (5)四、仿真器实现类：SimulatorImpl类及其派生类 (10)五、事件调度器类：Scheduler及其派生类 (12)NS-3离散事件仿真引擎实现分析一、ns-3离散事件仿真引擎的基本概念Ns-3是一个基于事件的（event-based）仿真系统。
除了系统状态变量和系统事件发生逻辑外，基于事件仿真还包括以下组成部分：（1）时钟（Clock）仿真系统必须要保持对当前仿真时间的跟踪。
离散事件仿真与实时仿真（real time simulations）不同，在离散事件仿真中时间是跳跃的（time ‘hops’ ），因为事件是瞬时发生的– 随着仿真的进展，时钟跳跃到下一事件的开始时间。
Ns-3内部仿真时钟用一个64比特的整数表示，其单位由用户通过TimeStepPrecision::Set函数设定。
（2）事件列表（Events List）仿真系统至少要维护一个仿真事件列表，一个事件用事件发生的时刻和类型来描述，事件类型标识用于仿真事件的代码，一般事件代码都是参数化的，事件描述中还包含表示事件代码的参数。
Ns-3的事件列表由Scheduler类及其派生类实现，Simulator类提供创建具体的Scheduler对象的方法，以及插入各种事件的静态接口函数。
（3）随机数发生器（Random-Number Generators）根据系统模型，仿真系统需要产生各种类型的随机变量（random variables）。
这由一个或多个伪随机数发生器（Pseudorandom number generators）产生。
NS-3包含一个内置的伪随机数发生器，随机数由RandomVariable类及其派生类实现，可以产生具有各种分布特性的随机数，具体有UniformVariable类、ConstantVariable类、SequentialVariable类、ExponentialVariable类、ParetoVariable类、WeibullVariable类、NormalVariable类、EmpiricalVariable类、IntEmpiricalVariable类、DeterministicVariable类、LogNormalVariable类、GammaVariable类、ErlangVariable类、ZipfVariable类和TriangularVariable类等。
交通仿真课件第三章离散仿真
仿真策略决定仿真模型的结构
仿真策略
离散系统仿真策略
模型描述中采用的主要术语
成分 相当于系统中的实体，用于构造模型中的各个部分。 主动成分 （可以主动产生活动的成分） 被动成分 （本身不激发活动，只有在主动成分作用下才能产生状态变化） 描述变量 成分状态、属性的描述。 成分间的相互关系 描述成分之间相互影响的规律。
找一个尽可能简单的系统状态作为初始状态；
从一个远离平衡状态但容易构造的状态开始进行模拟，当运行一段时间之后，系统的状态会接近或处于稳定状态（平衡状态）。
构造初始映象
02
活动扫描：
要描述系统中实体的活动，设定引起活动开始及结束的条件。启动或结束活动的事件不由建模者设定，而随仿真推进而自动进行。为保证活动得到记录，每一次推进均需要扫描活动中的实体集。 由于需要在每一次推进中扫描每一活动，这种方法的效率不太高。
01
当仿真时钟推进，满足条件的所有事件记录从将来事件表移到当前事件表，取出每个事件记录，判断所属进程与位置，当发生条件真，发生包含该事件的活动，并让该进程尽可能地推进，直至结束。
02
时间控制以主导实体进入该进程的的时间序列及其经历该进程的各项活动的时间顺序，走向控制主要以断点为依据。
03
进程交互法
以进程为基础的排队系统模型
按活动扫描法建立的排对系统模型
单击此处添加大标题内容
进程由事件的时间序列及若干活动组成
具有上述两种方法的特点，接近实际系统，编程实现非常复杂
采用进程描述系统，将模型的主动成分所发生的事件及活动按照时间顺序进行组合形成进程表，一个成分一旦进入进程，它将完成进程的全部活动。
进程交互法
采用两张事件表，当前事件表、将来事件表；
第3讲 Hspice电路仿真
随着新型电子器件和材料的不 断涌现，Hspice电路仿真将不 断更新和完善元件模型库，提 供更加全面和精确的仿真支持 。
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数字电路设计与分析
Hspice支持数字电路的逻辑仿真、 时序分析和功耗分析等。
混合信号电路设计与分析
Hspice可用于混合信号电路的设计 、仿真和验证，包括模数转换器和数 模转换器等。
通信系统设计与分析
Hspice可用于通信系统的信号处理 、调制解调、信道编码和误码率分析 等。
CHAPTER 02
CHAPTER 04
Hspice在模拟电路仿真中的应用
直流工作点分析
1 2
确定电路的静态工作点
通过Hspice仿真，可以获取电路中各个节点的直 流电压和电流，从而确定电路的静态工作点。
分析电路性能
根据静态工作点的数据，可以分析电路的性能指 标，如放大倍数、输入/输出电阻等。
3
优化电路设计
通过比较不同设计方案下的静态工作点，可以优 化电路设计，提高电路性能。
CHAPTER 07
总结与展望
Hspice电路仿真优势与局限性
高效性
Hspice电路仿真可以快速进行电路分 析和设计验证，大大缩短了产品开发 周期。
精确性
Hspice采用了先进的电路仿真算法， 能够精确地模拟电路的实际行为，提 高了设计的可靠性。
Hspice电路仿真优势与局限性
Hspice电路仿真优势与局限性
Monte Carlo统计分析
随机性建模
考虑元器件参数的随机性，通过Monte Carlo方法对电路性能进行统计分析。
概率分布函数
支持多种概率分布函数，如正态分布、均匀分布等 ，以模拟实际元器件参数的分布情况。
三维模型的概念
三维模型的概念三维模型的概念一、引言三维模型是计算机图形学中的重要概念，它是指在三维空间中用数学方程或几何图形来描述物体的形状、大小、位置和姿态等属性。
三维模型广泛应用于各个领域，如电影、游戏、建筑设计等。
本文将从定义、分类、应用等方面详细介绍三维模型。
二、定义1. 三维模型的基本概念三维模型是指在三维空间中用数学方程或几何图形来描述物体的形状、大小、位置和姿态等属性。
它可以通过计算机生成，也可以通过扫描实物得到。
2. 三维模型的特点与二维图像相比，三维模型具有以下特点：（1）具有高度的真实感；（2）可以呈现更加复杂的形状和结构；（3）可以进行旋转、缩放和平移等操作；（4）可以添加纹理和光照效果。
3. 三维模型的构成要素一个完整的三维模型通常由以下几个要素构成：（1）顶点：描述物体各部分之间连接关系的点；（2）边：连接顶点的线段；（3）面：由多个相邻的边构成的平面；（4）纹理：描述物体表面材质和颜色等属性的图像。
三、分类1. 根据表示方式分类根据三维模型的表示方式，可以将其分为以下几类：（1）多边形网格模型：由许多小三角形或小正方形等基本形状组成的模型；（2）曲面模型：由一系列连续光滑曲面组成的模型；（3）体素模型：用立方体来描述物体，即将空间划分为一个个立方体单元。
2. 根据应用领域分类根据三维模型在不同领域中的应用，可以将其分为以下几类：（1）建筑设计模型：用于建筑设计和室内布局等领域；（2）机械工程模型：用于机械设计和制造等领域；（3）动画游戏模型：用于电影、游戏和虚拟现实等领域；（4）医学图像模型：用于医学图像处理和手术规划等领域。
四、应用1. 建筑设计在建筑设计中，三维模型可以帮助设计师更好地理解和展示建筑结构、室内布局和装修效果等。
通过三维模型，可以提前发现设计中的问题，并进行优化。
2. 机械工程在机械工程领域，三维模型可以帮助设计师更加直观地了解机械零件的结构和功能，并进行仿真分析。
gt designer3画面仿真原理
GT Designer3是三菱电机针对人机界面操作软件专门定制的免费软件。
它是一款功能强大的软件，可以模拟HMI画面的运行效果，用于仿真操作。
通过GT Designer3软件，用户可以在计算机上仿真出PLC与触摸屏的运行效果，方便用户在设计和调试阶段对界面进行调整和优化。
GT Designer3画面仿真原理主要包括以下几个方面：1. PLC程序设计在进行GT Designer3画面仿真之前，首先需要完成PLC程序的设计。
PLC程序主要负责控制设备的各种运行逻辑和功能，包括输入/输出控制、运动控制、定时控制等。
在进行画面仿真时，GT Designer3软件会通过仿真连接功能与PLC进行连接，从而可以对PLC程序进行验证和调试。
2. HMI界面设计GT Designer3软件提供了丰富的画面设计功能，用户可以通过该软件进行HMI界面的设计和编辑。
界面设计包括画面布局、控件添加、图形绘制、文本编辑、动画效果等。
在界面设计过程中，用户可以根据实际需求进行个性化定制，以便更好地满足设备操作和监控的需求。
3. 画面仿真连接画面仿真连接是GT Designer3软件的核心功能之一。
通过该功能，用户可以将HMI界面与PLC程序进行连接，实现画面与逻辑的联动。
在画面仿真连接设置中，用户需要指定PLC的类型和通信协议，并进行相关参数的设置。
一旦连接成功，用户就可以通过仿真操作来验证HMI界面的运行效果，并查看与PLC程序之间的交互情况。
4. 画面仿真操作一旦完成画面仿真连接的设置，用户可以通过GT Designer3软件进行画面仿真操作。
在仿真界面中，用户可以进行触摸屏操作、按钮点击、数据输入等操作，并实时观察界面的运行效果。
通过仿真操作，用户可以验证界面的交互逻辑和性能表现，从而进行进一步的优化和调整。
5. 画面仿真调试在画面仿真过程中，用户还可以进行调试操作，包括变量监视、报警测试、程序执行等。
通过调试操作，用户可以查看PLC程序的运行状态和数据变化，及时发现和解决潜在的问题和bug。
EDA简答题
一、填空题(本大题共10小题，每空1分，共20 分)1．一般把EDA技术的发展分为MOS时代、MOS时代和ASIC三个阶段。
2．EDA设计流程包括设计输入、设计实现、实际设计检验和下载编程四个步骤。
3．EDA设计输入主要包括图形输入、HDL文本输入和状态机输入。
4．时序仿真是在设计输入完成之后，选择具体器件并完成布局、布线之后进行的时序关系仿真,因此又称为功能仿真。
5．VHDL的数据对象包括变量、常量和信号，它们是用来存放各种类型数据的容器。
6．图形文件设计结束后一定要通过仿真，检查设计文件是否正确。
7．以EDA方式设计实现的电路设计文件，最终可以编程下到FPGA和CPLD芯片中，完成硬件设计和验证。
8．MAX+PLUS的文本文件类型是（后缀名）.VHD。
9．在PC上利用VHDL进行项目设计，不允许在根目录下进行，必须在根目录为设计建立一个工程目录。
10．VHDL源程序的文件名应与实体名相同，否则无法通过编译。
EDA技术的发展趋势1 可编程器件的发展趋势：向高密度大规模的方向发展，向系统内可重构的方向发展，向低电压低功耗的方向发展，向混合可编程技术方向发展；硬件描述语句可在3个层次上进行电路描述（由高到低）：行为级，RTL级和门电路级2.设计单元的基本构造•一个设计单元都是由实体说明和构造体两部分组成。
•实体的功能是对这个设计单元与外部电路进行接口描叙。
实体是设计单元的表层，实体说明部分规定了设计单元的输入输出接口信号或引脚，它是设计单元对外的一个通信界面。
•结构体定义了设计单元的具体构造和操作（行为）。
•每个实体可以有多个结构体，不同的结构体对应着实体不同的结构和算法实现方案，其间的各结构体的地位是相等的。
3.实体说明（ENTITY）•实体象一个“黑盒子”•体描叙黑盒子的I/O。
–以“ENTITY实体名IS”开始–至“END 实体名”结束4.（1）端口说明－－PORTS•端口说明是基本设计实体（单元）与外部接口的描述，也可以说是对外部引脚信号的名称、数据类型和输入输出方向的描述。
ns-3网络仿真
NS-3网络仿真一：实验要求用NS-3仿真某个特定的网络环境，并输出相应的仿真参数（时延，抖动率，吞吐量，丢包率）。
二：软件介绍NS-3 是一款全新新的网络模拟器，NS-3并不是NS-2的扩展。
虽然二者都由C++编写的，但是NS-3并不支持NS-2的API。
NS-2的一些模块已经被移植到了NS-3。
在NS-3开发过程时，“NS-3项目”会继续维护NS-2，同时也会研究从NS-2到NS-3的过渡和整合机制。
三：实验原理及步骤NS-3是一款离散事件网络模拟驱动器，操作者能够编辑自己所需要的网络拓扑以及网络环境，来模拟一个网络的数据传输，并输出其性能参数。
软件中包含很多模块：节点模块（创造节点），移动模块（仿真WIFI，LTE可使用），随机模块（生成随机错误模型），网络模块（不同的通信协议），应用模块（创建packet 数据包以及接受packet数据包），统计模块（输出统计数据，网络性能参数）等等；首先假设一个简单的网络拓扑：两个节点之间使用点对点链路，使用TCP协议进行通信，假设随机错误率为0.00001，节点不可移动（因为不是无线网络），具体代码如下：NodeContainer nodes;nodes.Create (2);创建两个节点；PointToPointHelper pointToPoint;pointToPoint.SetDeviceAttribute ("DataRate", StringValue ("5Mbps"));pointToPoint.SetChannelAttribute ("Delay", StringValue ("2ms"));设置链路的传输速率为5Mbps，时延为2ms；NetDeviceContainer devices;devices = pointToPoint.Install (nodes);为每个节点添加网络设备Ptr<RateErrorModel>em=CreateObject<RateErrorModel> ();em->SetAttribute("ErrorRate",DoubleValue(0.00001));devices.Get(1)->SetAttribute("ReceiveErrorModel",PointerValue (em));创建一个错误模型，讲错误率设置为0.00001，仿真TCP协议的重传机制。
动态模拟与仿真
▪ 并行计算与高性能计算
1.并行计算：利用并行计算技术，可以将大规模模拟任务分配 给多个计算节点同时进行，大幅提高计算效率。 2.高性能计算：利用高性能计算设备，可以处理更复杂的模型 和更大的数据量，进一步提升模拟的精度和效率。
动态模拟与仿真的关键技术
▪ 可视化技术与用户交互
1.数据可视化：通过可视化技术，可以将模拟结果以直观的方 式呈现给用户，便于用户理解和分析。 2.用户交互：提供良好的用户交互界面，可以让用户方便地设 置参数、观察结果、调整模型，提高用户体验。
智能交通
1.在智能交通系统中，动态模拟与仿真可用于交通流量管理、路况预测和信号控制优化。 2.通过模拟不同交通场景，评估交通规划方案的有效性，提高道路通行效率。 3.结合车联网技术，实现智能交通系统的智能化和自适应。
动态模拟与仿真的应用领域
▪ 能源系统
1.动态模拟与仿真在能源系统中的应用主要包括电源调度、电网优化和新能源接入。 2.通过模拟能源系统的运行，提高电源的稳定性和经济性。 3.结合大数据技术，实现能源系统的智能化管理和预测。
动态模拟与仿真
目录页
Contents Page
1. 动态模拟与仿真简介 2. 动态模拟与仿真的应用领域 3. 动态模拟与仿真的基本原理 4. 动态模拟与仿真的关键技术 5. 动态模拟与仿真的建模过程 6. 动态模拟与仿真的软件工具 7. 动态模拟与仿真的案例分析 8. 动态模拟与仿真的未来展望
动态模拟与仿真
动态模拟与仿真的软件工具
▪ COMSOLMultiphysics
SOLMultiphysics是一款多物理场仿真软件，具有强大的动态模拟和仿真功能。该软件可以进行多种物理场 的耦合模拟，如电磁场、流体动力学、热传导等。 SOLMultiphysics具有丰富的材料库和边界条件设置，可以根据实际需求进行精确模拟。同时，该软件支持 多种网格划分和求解器选择，以保证计算精度和效率。 SOLMultiphysics具有良好的用户界面和前后处理功能，方便用户进行操作和数据分析。同时，该软件还支 持多种编程语言接口，方便用户进行二次开发和定制化应用。 以上介绍了Ansys、Simulink和COMSOLMultiphysics三款动态模拟与仿真软件工具的。这些软件工具在各自领域 具有广泛的应用和认可，可以根据实际需求选择合适的工具进行动态模拟与仿真分析。
系统仿真技术3篇
系统仿真技术系统仿真技术是一种基于计算机模拟的技术，在工程领域中广泛应用。
它可以用于进行设计、测试、优化等工作，其主要目的是提高效率和降低成本，同时也能减少生产和测试过程中的不确定性。
系统仿真技术的应用范围很广，包括航空、航天、汽车、电力、电子、计算机等众多领域。
这种技术可以模拟实际系统的行为，以便更好地理解和分析各种数据，从而预测系统在各种情况下的响应和行为。
本文将会介绍系统仿真的基本概念、主要步骤、应用领域和技术发展等方面的内容。
一、系统仿真技术的基本概念系统仿真是利用计算机模拟实现对具体系统的分析、优化或者结构设计的过程。
该种技术是运用计算机的处理能力，把对象系统的各种现象、规律以及运用要求放到模拟应用系统中加以模拟和研究，从而研究和改进所要模拟的系统。
而系统仿真的基本概念包括以下几个方面：1. 系统：指被仿真的对象，可以是物理系统、经济系统、管理系统等等。
2. 模型：指对系统中关键部分的描述，可以是数学模型、物理模型、仿真软件等等。
3. 数据：指用来反映系统行为情况的信息，可以是温度、速度、功率等等。
4. 仿真：指基于模型来对系统进行模拟和分析，以寻找出最优解或者做出最优决策的过程。
二、系统仿真技术的主要步骤系统仿真的具体操作过程可以划分为以下四个步骤：1. 问题定义：在解决实际问题的过程中，首先需要明确问题的范围和涵义，确立系统仿真的具体目标。
2. 模型建立：建立好仿真模型是开展仿真工作的重要步骤。
建立好的模型可用于了解系统的各个方面，进而进行解决问题的分析和优化。
3. 数据收集：数据收集是系统仿真的关键环节。
只有收集到有意义的数据，才能对模型进行实验验证、分析和优化。
4. 分析与验证：运行仿真模型并收集数据后，需要进行分析、验证和总结，以确定优化方案，实现仿真目标。
三、系统仿真技术的应用领域1. 航空航天领域：仿真技术可以用来预测飞行器在各种气象条件下的空气动力学和控制性能，为飞行员培训提供训练环境。
系统建模与仿真-第3章 系统仿真方法与技术
3.4 系统仿真技术的应用
3.4.5 仿真技术在CIMS中的应用
(1)CIMS的需求分析仿真 (2)CIMS的设计仿真 (3)CIMS的仿真测试 (4)CIMS运行与维护的仿真支持
3. 5 系统仿真技术的特点
(1)安全性 (2)经济性 (3)可重复性
Add Your Company Slogan
3.2 系统仿真技术的分类
2.根据仿真计算机类型分类
根据所使用的仿真计算机类型也可将仿真分为三类： （1）模拟计算机仿真； （2）数字计算机仿真； （3）数字模拟混合仿真。
3.2 系统仿真技术的分类
3.根据仿真时钟与实际时钟的比例关系分类
实际动态系统的时间基称为实际时钟。而系统仿真时模 型所采用的时钟称为仿真时钟。根据仿真时钟与实时时 钟的比例关系，系统仿真分类如下： (1)实时仿真。 (2)亚实时仿真。 (3)超实时仿真。
3.4 系统仿真技术的应用
3.4.4 仿真在产品开发及制造过程中的应用
设计人员或用户甚至可“进入”虚拟的制造环境检验其 设计、加工、装配和操作，而不依赖于传统的原型样机的反 复修改。这样使得产品开发走出主要依赖于经验的狭小天地 ，发展到了全方位预报的新阶段。下图简要表示了虚拟制造 与实际制造的联系与区别。
(5) 试验时间太长、费用太大或者有危险等。
3.4 系统仿真技术的应用
3.4.3 仿真在教育与训练中的应用
训练仿真系统是利用计算机并通过运动设备、操纵设备、显 示设备、仪器仪表等复现所模拟的对象行为，并产生与之适 应的环境，从而成为训练操纵、控制或管理这类对象的人员 的系统。 根据模拟对象、训练目的，可将训练仿真系统分为三大类： (1)载体操纵型：这是与运载工具有关的仿真系统，包括航空 、航天、航海、地面运载工具，以训练驾驶员的操纵技术为 主要目的。 (2)过程控制型用于训练各种工厂(如电厂、化工厂、核电站 、电力网等)的运行操作人员。 (3)博弈决策型用于企业管理人员(厂长、经理)、交通管制人 员(火车调度、航空管制、港口管制、城市交通指挥等)和军 事指挥人员(空战、海战、电子战等)的训练。
第三章 产品的数字化设计与仿真_精典
第三章产品的数字化设计与仿真第一节产品的数字化建模一、基本概念1．建模技术建模技术是CAD／CAM系统的核心技术，也是计算机能够辅助人类从事设计、制造活动的根本原因。
在传统的机械设计与制造中，技术人员是通过工程图样来表达和传递设计思想及工程信息的。
在使用计算机后，这些设计思想和工程信息是以具有一定结构的数字化模型方式存储在计算机内，并经过适当转换可提供给生产过程各个环节，从而构成统一的产品数据模型。
模型一般有数据、结构、算法三部分组成。
所以CAD／CAM建模技术就是研究产品数据模型在计算机内部的建模方法、过程及采用的数据结构和算法。
对于现实世界中的物体，从人们的想象出发，到完成它的计算机内部表示的这一过程称之为建模。
建模的步骤如图3-1所示：图3-1建模过程即首先研究物体的抽象描述方法，得到一种想象模型 (亦称外部模型)，如图3-1a中的零件，它可以想象成以二维的方式或以三维的方式描述的。
它表示了用户所理解的客观事物及事物之间的关系。
然后将这种想象模型以一定格式转换成符号或算法表示的形式，形成信息模型，它表示了信息类型和逻辑关系，最后形成计算机内部存储模型，这是一种数字模型。
因此，建模过程实质就是一个描述、处理、存储、表达现实世界的过程。
这一过程可抽象为图3—1b所示的框图。
2.建模的方法及其发展由于对客观事物的描述方法、存储内容、存储结构的不同而有不同的建模和不同的产品数据模型。
目前主要的建模方法有几何建模和特征建模两种；主要的产品数据模型有二维模型、三维线框模型、曲面模型、实体模型、特征模型、集成产品模型以及最新的生物模型等。
二、几何建模（一）几何建模的定义就机械产品的CAD／CAM系统而言，最终产品的描述信息包括形状信息、物理信息、功能信息及工艺信息等，其中形状信息是最基本的。
因此自70年代以来，首先对产品形状信息的处理进行了大量的研究工作，这一工作就是现在所称的几何建模(Geometric Modeling)。
实验指导书-实验八：NS3基础仿真实验
计算机网络实验实验指导书实验名称NS3基础仿真实验一、实验目的1．了解网络仿真的意义2．熟悉NS-3的基本语句3．安装并熟悉使用NS-34．用NS-3搭建最基本的网络仿真场景二、实验背景(一)网络仿真技术近年来，随着计算机和网络通信技术的不断发展，网络技术的研究也进入到了一个飞速发展的时期。
研究人员不断开发出新的网络协议、算法和应用，以适应日益增长的网络通信需要。
然而由于网络的不可控、易变和不可预测等特性的存在，给新的网络方案的验证、分析和比较带来了极大的困难。
目前网络通信的研究一般分为以下3种方法。
1）分析方法：在理论和协议层面上对网络通信技术或系统进行研究分析，抽象出数学分析模型，利用数学分析模型对问题进行求解。
如采用数学建模、协议分析、状态机、集合论以及概率统计等对多种理论分析手段和方法对通信网络及其算法、协议、网络性能等各个方面进行研究。
2）网络模拟：即计算机模拟仿真算法。
网络模拟日益成为分析、研究、设计和改善网络性能的强大工具，它通过在计算机上建立一个虚拟的网络平台，来实现真实网络环境的模拟，网络技术研究人员在这个平台上不仅能对网络通信、网络设备、协议以及网络应用进行设计研究，还能对网络的性能进行分析和评价。
3）实验网方法：对网络协议、网络行为和网络性能采用建立实验室测试网络、网络测试平台（network testbed）和小规模商用实验网络的方式对网络进行实战检验。
就是设计出研究所需要的合理硬件和软件配置环境，建立测试床和实验室，在现实的网络上进行研究。
以上3种方法有利有弊，相辅相成并各有侧重点。
理论研究适用于早期研究与设计阶段，对新算法和新技术进行理论准备和验证，除了人力和知识，几乎不需要什么额外成本。
实验网方法是网络和系统在投入实际应用前的一次系统的演练，能够发现网络设计与用户需求之间的相合度以及检验网络实际使用的效用和性能。
该阶段建设成本很高，要求技术和设备开发相对成熟，网络系统基本成型，主要是对业务、系统稳定性能和服务性能的检验。
Ns3网络仿真系统软件介绍
在 NS-3 系 统 中 ， 包 含 的 应 用 程 序 有 OnOffApplication ， PacketSink ， UdpEchoClientApplication 和 UdpEchoServerApplication 等。
图8 Application应用程序类
例如，UdpEchoClientApplication 和 UdpEchoServerApplication 应用程序将组 成一个客户端/服务器应用程序来模拟产生和反馈网络数据包的过程。
图5 Channel通道模块
要将一台电脑连接到互联网，必须具备一些网络电缆和一些硬件设备即外设 卡，并且必须安装在电脑上。如果外围卡实现一些网络功能，它们就被称为网络 接口卡，或者网卡。然而目前，大多数电脑都带有内置的网络接口硬件，用户看 不到这些模块。没有软件驱动来控制硬件的话，网卡将无法正常工作。在 UNIX 中，一块外设被称为 DEVICE。这些设备通过设备驱动程序来控制，网络设备（网 卡）则通过网络设备驱动程序来控制，统称为网络设备。 。 在 C++中由 classNetDevice 来表示。这个类提供方法来管理节点和通道对象。 可 以 想 象 ， 为 了 跟 通 道 相 对 应 ， 相 应 的 网 络 设 备 就 有 CsmaNetDevice ， PointToPointNetDevice 和 WifiNetDevice。正如一个以太网卡是为了以太网络设计 的，CsmaNetDevice 是为了 CsmaChannel 而设计的 PointToPointNetDevice,是为了 PointToPointChannel 而设计的，WifiNetDevice 是为了 WifiChannel 而设计的，如下 图所示。
Ns3 网络仿真系统软件介绍
1-3仿真分类及任务解析
训练仿真(training simulation)
3
3.1.2 按仿真系统体系结构
单平台仿真(single platform simulation)
早期的以一台计算机、一个仿真对象及相 关的仿真设备构成的仿真系统
分布交互仿真(distributed interactive simulation, DIS)
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系 统 仿 真 的 分 类 图
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3.3 建模与仿真
建模与仿真要求 仿真实验过程
进行实验
17
3.3.1 仿真模型的基本属性
相似性 对应性 重复性
18
3.3.2 仿真实验
符合仿真模型的基本属性 便于分析研究、参数优化 具备良好的人机交互界面
19
逆向仿真建模
超实时仿真(fast time simulation)
指仿真时钟推进时间比墙钟推进时间快
7
3.1.6 按系统数学模型描述方法
定量仿真(quantitative simulation)
指仿真系统中的模型均为基于一定机制、算法建 立起来的确定性模型，其输入/输出参数也是用数 值表示，是定量的。 相对定量仿真而言，仿真系统中的模型采用定性 描述。 输入/输出信息、行为表示与分析均采用一种模糊 的、不确定性的、非量化的表示。 当实际系统过于复杂或建模知识不完备，或无法 定量描述时采用定性仿真 主要建模方法有：模糊建模法、自然语言建模法、 时序逻辑建模法、图像建模法等
第二阶段
第三阶段
systemSI DDR3仿真步骤
1、使用systemSI进行仿真的流程为：获取芯片IBIS模型》加载芯片IBIS模型》分配仿真bus》提取PCB S参数》配置仿真模型及参数》仿真其中提取PCB S参数的步骤为：将brd文件转化为spd文件》配置平面参数》设置电源net》选择需要仿真的net并自动生成port》设置port阻抗》仿真2、system SI IBIS模型加载步骤：其中点击1选择需要加载的IBIS模型，一个IBIS模型中可能包括多个器件型号，需要在右上方的“component”中选择对应的器件型号，然后点击bus definition定义总线（定义总线的主要作用是区分哪些信号需要仿真，并将需要仿真的信号分类为data、ctrl、addcmd三种类型），点击add添加新总线，在“Bus Type”中选择总线的类型，在“Bus Group”中设置Bus name，在“Timing Ref”中选择各个信号的参考时钟，“Edge Type”用于选择信号的触发方式，data触发方式为“BothEdges”，ctrl和addcmd的触发方式为“RiseEdge”，在“Signal Names”中选择该group中包括的信号，如果是data信号，还可以添加“Clock”即ctrl和addcmd的参考时钟，可以用于分析数据时钟与控制时钟的对应关系。
修改完成后点击OK，退出后点击“确定”分别对controller和memory进行配置，注意memory的配置需要与controller相对应，如下图3、提取PCB的S参数在开始菜单输入“SPDLinks”，打开Allegro Sigrity SPDLinks在步骤1的“Browse”中选择需要转换的.brd文件，点击“settings”进行参数设置，一般保持默认设置即可，如对参数有特殊需求，可参考help》translators》SPDLinks对相应的参数进行设置，设置完成后点击“Translate”即可生成.spd文件后，打开powerSI软件，导入.spd文件，先对层叠结构进行设置，点击“Model Extraction”中的“Check Stackup”，一般如果.brd文件中设置好了以后层叠结构会自动导入，如未导入，根据.brd文件中cross section的设置对powerSI的层叠结构进行相同的设置即可层叠结构设置完成后需设置电源网络，点击“select Nets”》“Skip setup P/G nets”进入net manager界面根据实际设计，分别选择电源网络和地网络，右键选择“classify”》“As PowerNets”或“As GroundNets”电源网络分配完成后选择需要分析的port，方法为：将所有net前方框中的对勾去掉，只保留需要仿真的网络。
实验指导书-实验八：NS3基础仿真实验
计算机网络实验实验指导书实验名称NS3基础仿真实验一、实验目的1．了解网络仿真的意义2．熟悉NS-3的基本语句3．安装并熟悉使用NS-34．用NS-3搭建最基本的网络仿真场景二、实验背景(一)网络仿真技术近年来，随着计算机和网络通信技术的不断发展，网络技术的研究也进入到了一个飞速发展的时期。
研究人员不断开发出新的网络协议、算法和应用，以适应日益增长的网络通信需要。
然而由于网络的不可控、易变和不可预测等特性的存在，给新的网络方案的验证、分析和比较带来了极大的困难。
目前网络通信的研究一般分为以下3种方法。
1）分析方法：在理论和协议层面上对网络通信技术或系统进行研究分析，抽象出数学分析模型，利用数学分析模型对问题进行求解。
如采用数学建模、协议分析、状态机、集合论以及概率统计等对多种理论分析手段和方法对通信网络及其算法、协议、网络性能等各个方面进行研究。
2）网络模拟：即计算机模拟仿真算法。
网络模拟日益成为分析、研究、设计和改善网络性能的强大工具，它通过在计算机上建立一个虚拟的网络平台，来实现真实网络环境的模拟，网络技术研究人员在这个平台上不仅能对网络通信、网络设备、协议以及网络应用进行设计研究，还能对网络的性能进行分析和评价。
3）实验网方法：对网络协议、网络行为和网络性能采用建立实验室测试网络、网络测试平台（network testbed）和小规模商用实验网络的方式对网络进行实战检验。
就是设计出研究所需要的合理硬件和软件配置环境，建立测试床和实验室，在现实的网络上进行研究。
以上3种方法有利有弊，相辅相成并各有侧重点。
理论研究适用于早期研究与设计阶段，对新算法和新技术进行理论准备和验证，除了人力和知识，几乎不需要什么额外成本。
实验网方法是网络和系统在投入实际应用前的一次系统的演练，能够发现网络设计与用户需求之间的相合度以及检验网络实际使用的效用和性能。
该阶段建设成本很高，要求技术和设备开发相对成熟，网络系统基本成型，主要是对业务、系统稳定性能和服务性能的检验。
3-交互仿真
第三章INTERACTIVE SIMULATION一、BASIC SKILLS（基本技能）1．The Animation Control Panel(仿真控制按钮)交互式仿真通过上图中的一组按钮控制，它们位于编辑窗口的右下方。
如果控制按钮没有显示，可以从GRAPH 菜单中CIRCUIT ANIMATION OPTION进行设置。
按钮包含四个：1．PLAY：用来开始仿真。
2．STEP：用来步进仿真。
步进时间由Animated Circuit Configuration对话框设置。
3．PAUSE：用来暂停仿真。
（也可以通过PC键盘上的PAUSE按键暂停）4．STOP ：用来停止实时仿真。
（也可以通过PC键盘上SHIFT-BREAK停止）使用者可以设置仿真步进时间，通过相关设置可以更好的观察电路变化的细节。
注意一点，单步按钮并不是指程序的单步执行，而仅表示一段时间内电路变化。
在仿真过程当中，在状态栏中显示电路仿真时间及平均CPU负荷。
如果CPU能力不足以进行实时仿真，CPU负荷会显示100%。
如果没有错误，电路会按照设置的帧率自动进行仿真工作。
2．INDICATORS AND ACTUATORS（指示及执行）除了常规的电子元件，交互式仿真还需使用到动态器件。
这些动态器件包含一组图形状态，两种方式：指示及执行。
INDICATORS（指示）显示电路参数变化时的图形状态，而ACTUATORS（执行）允许用户决定状态并修改一些电路的参数。
ACTUATORS可以通过一个小红圈控制，通过鼠标点击来控制，也可以直接通过鼠标滚轮来确定位置是否合适。
3. SETTING UP AN INTERACTIVE SIMULATION（建立一个交互式仿真）在ISIS中绘制一个原理图，整个过程如下：1．在元件库中选择需要的元器件。
通过库浏览器选择有仿真功能的元器件2．在对象选择窗口中左键选中元件，在编辑窗口中放置元件。
在ISIS中放置元件3．选中元件，左键单击调出属性窗口，编辑属性。
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第三篇仿真的定义和分类
计算机仿真技术是以数学理论、相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术。
雷诺（T.H.Naylor）定义：“仿真是在数字计算机上进行试验的数字化技术，它包括数字与逻辑模型的某些模式，这些模型描述某一事件或经济系统（或者它们的某些部分）在若干周期内的特征。
”
系统仿真是建立在控制理论、相似理论、信息处理技术和计算技术等理论基础之上的，以计算机和其它专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假想的系统进行试验，并借助于专家经验知识、统计数据和信息资料对试验结果进行分析研究，进而做出决策的一门综合性的和试验性的学科。
连续系统仿真及离散事件系统仿真。
系统仿真分为物理仿真、数学仿真及物理--数学仿真（又称半物理仿真或半实物仿真）。
根据国际标准化组织(ISO)标准中的《数据处理词汇》部分的名词解释，“模拟”(Simulation)与“仿真”(Emulation)两词含义分别为：“模拟”即选取一个物理的或抽象的系统的某些行为特征，用另一系统来表示它们的过程。
“仿真”即用另一数据处理系统，主要是用硬件来全部或部分地模仿某一数据处理系统，以致于模仿的系统能像被模仿的系统一样接受同样的数据，执行同样的程序，获得同样的结果。
鉴于目前实际上已将上述“模拟”和“仿真”两者所含的内容都统归于“仿真”的范畴，而且都用英文Simulation一词来代表。
计算机仿真技术综合集成了计算机、网络技术、图形图像技术、面向对象技术、多媒体、软件工程、信息处理、自动控制等多个高新技术领域的知识。
计算机仿真技术是以数学理论、相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术。
计算机仿真技术的应用已不仅仅限于产品或系统生产集成后的性能测试试验，仿真技术已扩大为可应用于产品型号研制的全过程，包括方案论证、战术技术指标论证、设计分析、生产制造、试验、维护、训练等各个阶段。
仿真技术不仅仅应用于简单的单个系统，也应用于由多个系统综合构成的复杂系统。
系统仿真的定义
仿真界专家和学者对仿真下过不少定义。
艾伦（A.Alan）在1979年8月出版的“仿真”期刊上对众多的定义进行了综述，其中雷诺（T.H.Naylor）于1966年在其专著中对仿真作了如下定义：“仿真是在数字计算机上进行试验的数字化技术，它包括数字与逻辑模型的某些模式，这些模型描述某一事件或经济系统（或者它们的某些部分）在若干周期内的特征。
”其它一些定义只对仿真作一些概括的描述：仿真就是模仿真实系统；仿真就是利用模型来作实验等等。
从这些有关仿真的定义中不难看出，要进行仿真试验，系统和系统模型是两个主要因素。
同时由于对复杂系统的模型处理和模型求解离不开高性能的信息处理装置，而现代化的计算机又责无旁贷地充当了这一角色，所以系统仿真（尤其是数学仿真）实质上应该包括三个基本要素：系统、系统模型、计算机。
而联系这三项要素的基本活动则是：模型建立、仿真模型建立和仿真试验。
参见图3.1。
图3.1仿真三要素
系统仿真技术作为分析和研究系统运动行为、揭示系统动态过程和运动规律的一种重要的手段和方法，随着40年代第一台计算机的诞生而迅速发展。
特别是近些年来，随着系统科学研究的深入，控制理论、计算技术、信息处理技术的发展，计算机软件、硬件技术的突破，以及各个领域对仿真技术的迫切需求，使得系统仿真技术有了许多突破性的进展，在理论研究、工程应用、仿真工程和工具开发环境等许多方面都取得令人瞩目的成就，形成一门独立发展的综合性科学。
综合国内外仿真界学者对系统仿真的定义，可对系统仿真做如下的定义：
系统仿真是建立在控制理论、相似理论、信息处理技术和计算技术等理论基础之上的，以计算机和其它专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假想的系统进行试验，并借助于专家经验知识、统计数据和信息资料对试验结果进行分析研究，进而做出决策的一门综合性的和试验性的学科。
上述定义中的计算技术，除了包含通常意义下的计算理论和技术，还应该包括现代运筹学的绝大部分内容。
对信息理论、控制理论、运筹学等概念和术语，其它一些有关系统科学和系统工程的著作都给予了明确的解释。
定义中模型可以是定量的，也可以是定性的；可以是物理的，也可以是数学的，或者是它们的综合。
要对某一系统进行研究，其“白色”部分，可以建立定量的解析模型；“灰色”部分则可以通过实验、观测和归纳推理获得其模型结构，并根据专家经验和知识来辨识其参数；而对于“黑色”部分则只能借助于各种信息知识（感性的、理性的、经验的、意念的、行为的等）给予定性描述。
系统仿真的分类
依据不同的分类标准，可将系统仿真进行不同的分类。
如：
（1）根据被研究系统的特征可分为两大类，连续系统仿真及离散事件系统仿真。
连续系统仿真是指对那些系统状态量随时间连续变化的系统的仿真研究，包括数据采集与处理系统的仿真。
这类系统的数学模型包括连续模型（微分方程等），离散时间模型（差分方程等）以及连续--离散混合模型。
离散事件系统仿真则是指对那些系统状态只在一些时间点上由于某种随机事件的驱动而发生变化的系统进行仿真试验。
这类系统的状态量是由于事件的驱动而发生变化的，在两个事件之间状态量保持不变，因而是离散变化的，称之为离散事件系统。
这类系统的数学模型通常用流程图或网络图来描述。
（2）按仿真实验中所取的时间标尺τ(模型时间）与自然时间（原型）时间标尺T之间的比例关系可将仿真分为实时仿真和非实时仿真两大类。
若τ/T=1，则称为实时仿真，否则称为非实时仿真。
非实时仿真又分为超实时τ/T＞1和亚实时τ/T＜1两种。
（3）按照参与仿真的模型的种类不同，将系统仿真分为物理仿真、数学仿真及物理--数学仿真（又称半物理仿真或半实物仿真）。
物理仿真，又称物理效应仿真，是指按照实际系统的物理性质构造系统的物理模型，并在物理模型上进行试验研究。
物理仿真直观形象，逼真度高，但不如数学仿真方便；尽管不
必采用昂贵的原型系统，但在某些情况下构造一套物理模型也需花费较大的投资，且周期也较长，此外在物理模型上作试验不易修改系统的结构和参数。
数学仿真是指首先建立系统的数学模型，并将数学模型转化成仿真计算模型，通过仿真模型的运行达到对系统运行的目的。
现代数学仿真由仿真系统的软件／硬件环境，动画与图形显示、输入／输出等设备组成。
数学仿真在系统分析与设计阶段是十分重要的，通过它可以检验理论设计的正确性与合理性。
数学仿真具有经济性、灵活性和仿真模型通用性等特点，今后随着并行处理技术、集成化软件技术、图形技术、人工智能技术、先进的交互式建模和仿真软硬件技术的发展，数学仿真必将获得飞速发展。
物理--数学仿真，又称为半实物仿真，准确称谓是硬件（实物）在回路中（Ha r dware In the Loop）的仿真。
这种仿真将系统的一部分以数学模型描述，并把它转化为仿真计算模型；另一部分以实物（或物理模型）方式引入仿真回路。
半实物仿真有以下几个特点：（1）原系统中的若干子系统或部件很难建立准确的数学模型，再加上各种难以实现的非线性因素和随机因素的影响，使得进行纯数学仿真十分困难或难以取得理想效果。
在半实物仿真中，可将不易建模的部分以实物代之参与仿真试验，可以避免建模的困难。
（2）利用半实物仿真可以进一步检验系统数学模型的正确性和数学仿真结果的准确性。
（3）利用半实物仿真可以检验构成真实系统的某些实物部件乃至整个系统的性能指标及可靠性，准确调整系统参数和控制规律。
在航空航天、武器系统等研究领域，半实物仿真是不可缺少的重要手段。
目录。