碩士論文——基于虛擬樣機(jī)的袋式除塵器安全性能測(cè)試技術(shù)及應(yīng)用研究

1、<p>　　基于虛擬樣機(jī)的袋式除塵器安全性能測(cè)試技術(shù)及應(yīng)用研究</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　面向物理樣機(jī)傳統(tǒng)的測(cè)試方法，是將設(shè)計(jì)樣機(jī)做成物理樣機(jī)后，再對(duì)物理樣機(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行物理測(cè)試，通過(guò)測(cè)試查看各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)是否合乎設(shè)計(jì)需求，若不符合則修改參數(shù)后，進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，再做出相應(yīng)的物理樣機(jī)，再進(jìn)行測(cè)試，如此反復(fù)直至物理樣機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)

2、達(dá)標(biāo)。這種傳統(tǒng)的依賴物理樣機(jī)的產(chǎn)品測(cè)試方法存在諸多局限，一是成本高，適應(yīng)性差；二是測(cè)試滯后，跟不上新產(chǎn)品研發(fā)節(jié)拍；三是不能與數(shù)字化設(shè)計(jì)方法接軌，難以滿足工業(yè)信息化要求。</p><p>　　2012 年制定的“十二五”規(guī)劃（征求意見(jiàn)稿）對(duì)于空氣中固體顆粒的排放要求越來(lái)越</p><p>　　嚴(yán)格。袋式除塵器除塵效率高達(dá) 99.99%以上，而且目前被廣泛的應(yīng)用于電力、制藥、水泥、冶金、化工等

3、行業(yè)。袋式除塵器濾袋破損，或主要構(gòu)件例如花板、底座、支架、灰斗等鋼結(jié)構(gòu)的斷裂、坍塌等，都會(huì)直接導(dǎo)致工廠停產(chǎn)、環(huán)境污染甚至人員傷亡等嚴(yán)重后果。而對(duì)袋式除塵器安全性能測(cè)試的研究，目前在國(guó)內(nèi)外都很少。</p><p>　　為了解決上述問(wèn)題，本論文研究了一種基于虛擬樣機(jī)的產(chǎn)品數(shù)字化仿真測(cè)試方法，探討面向袋式除塵器虛擬樣機(jī)的虛擬測(cè)試技術(shù)及其應(yīng)用。</p><p>　　首先，分析探討了目前常用的三種虛

4、擬測(cè)試方法，提出了基于虛擬樣機(jī)的虛擬測(cè)試方法。并研究了虛擬測(cè)試系統(tǒng)中主要環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，例如虛擬樣機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)等，構(gòu)建了基于虛擬樣機(jī)的虛擬測(cè)試系統(tǒng)。</p><p>　　其次，研究了袋式除塵器的分類及其工作機(jī)理，并且針對(duì)袋式除塵器目前存在的安全隱患問(wèn)題，結(jié)合基于虛擬樣機(jī)的虛擬測(cè)試方法，提出了袋式除塵器安全性能測(cè)試方法。</p><p>　　在此基礎(chǔ)上，利用 VC

5、、LabVIEW 軟件開(kāi)發(fā)了數(shù)字化虛擬測(cè)試平臺(tái)，設(shè)計(jì)了濾袋安全性能測(cè)試模塊，實(shí)現(xiàn)了主要的安全測(cè)試功能。</p><p>　　實(shí)際應(yīng)用表明：面向先進(jìn)袋式除塵器樣機(jī)測(cè)試可借鑒解決濾袋、結(jié)構(gòu)等安全問(wèn)題；面向現(xiàn)有裝備出現(xiàn)問(wèn)題測(cè)試可分析解決結(jié)構(gòu)失效、關(guān)鍵部件壽命較短等要求問(wèn)題；面向新研發(fā)產(chǎn)品的測(cè)試，能預(yù)防設(shè)計(jì)缺陷，判斷設(shè)計(jì)方案合理性等。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)字化測(cè)試，虛擬測(cè)試，虛擬樣機(jī)，安

6、全性能，袋式除塵器，LabVIEW</p><p><b>　　i</b></p><p>　　BASED ON THE VIRTUAL PROTOTYPE THE BAG FILTER SECURITY PERFORMANCE TESTING AND APPLIED RESEARCH</p><p><b>　　ABSTRACT&l

7、t;/b></p><p>　　Facing the physical prototype traditional testing method, is in designing prototype make into physical prototype, and then to physically test each index of the physical prototype, through t

8、he test to check whether the testing indexes meet with the design requirements, if do not accord with the indexes and modification parameters, and then test and so on, and until the every index of the physical prototype

9、meet with the design need. This kind of traditional depend on physical prototype testing me</p><p>　　Set the ?twelfth five plan‘ (draft version) in 2012, to the solid particles in the air for the discharge o

10、f more and more strictly requirements. Bag filter dust removal efficiency is as high as 99.99 % above, and has been widely used in electrical power, pharmacy, cement, metallurgy, chemical industry, etc. Filter bags of ba

11、g filter breakage, or the main components of bag filter such as flower board, base, supports, ash hopper etc. steel structure fracture and collapsed and so on, those will dir</p><p>　　In order to solve the a

12、bove mentioned problems, this paper studies a kind of based on virtual prototype products digital simulation test method, and discusses facing the bag filter for virtual prototype virtual testing technology and its appli

13、cation.</p><p>　　First of all, this paper discuss three kinds of virtual test methods in now commonly used, and put forward based on virtual prototype virtual testing method. And study the main part of virtu

14、al testing system, such as virtual prototype technology, computer numerical simulation technology, virtual instrument technology, etc. And construct virtual testing system that based on virtual prototype technology.</

15、p><p><b>　　ii</b></p><p>　　Secondly, study the working mechanism and classification of the bag filter, and aim at the existing security concern problem of bag filter, combined with the

16、virtual prototype virtual test method, put forward the bag filter safety testing method.</p><p>　　On this basis, the use of VC, LabVIEW software build digital virtual test platform, design safely performance

17、 test module, realize the main security test function.</p><p>　　The practical application showed that: facing to the advanced bag filter prototype test, and can use the experience of security question about

18、bag filter and structure, etc. Facing to the existing equipment problems can analysis and solve structure failure and short life of the key components, etc. Facing to new design product test, can prevent defect of design

19、 and estimate reasonable of design plan.</p><p>　　KEY WORDS: digital test, virtual test, virtual prototype, security capability, bag filter, labview</p><p><b>　　iii</b></p>&l

20、t;p><b>　　iv</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　v</b></p><p>　　§3-3 基于虛擬樣機(jī)的虛擬測(cè)試系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)26</p><p>　　3-3-1 虛擬測(cè)試系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理技術(shù)26

21、</p><p>　　3-3-2 虛擬測(cè)試系統(tǒng)中的誤差分析技術(shù)27</p><p>　　3-3-3 虛擬測(cè)試系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)可視化技術(shù)27</p><p>　　3-3-4 虛擬測(cè)試系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)28</p><p>　　§3-4 虛擬儀器技術(shù)29</p><p>　　3-4-1 虛擬儀器技術(shù)概念29

22、</p><p>　　3-4-2 層次結(jié)構(gòu)29</p><p>　　3-4-3 常用工具30</p><p>　　§3-5 本章小結(jié)30</p><p>　　第四章基于虛擬樣機(jī)的袋式除塵器安全性能測(cè)試方法的研究31</p><p>　　§4-1 袋式除塵器的結(jié)構(gòu)組成及工作原理32<

23、/p><p>　　4-1-1 袋式除塵器的定義32</p><p>　　4-1-2 袋式除塵器的類型32</p><p>　　4-1-3 袋式除塵器的結(jié)構(gòu)和工作原理33</p><p>　　4-1-4 袋式除塵器除塵原理34</p><p>　　§4-2 結(jié)構(gòu)安全性能測(cè)試37</p>&l

24、t;p>　　4-2-1 袋式除塵器結(jié)構(gòu)失效形式37</p><p>　　4-2-2 各構(gòu)件的受力分析38</p><p>　　4-2-3 結(jié)構(gòu)安全性能測(cè)試方法39</p><p>　　§4-3 濾袋安全性能測(cè)試40</p><p>　　4-3-1 濾袋安全性能測(cè)試分類40</p><p>　　

25、4-3-2 濾袋安全性能測(cè)試方案42</p><p>　　§4-4 本章小結(jié)44</p><p>　　第五章基于虛擬樣機(jī)的袋式除塵器安全性能測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用46</p><p>　　§5-1 袋式除塵器流場(chǎng)計(jì)算仿真及分析優(yōu)化系統(tǒng)介紹46</p><p>　　5-1-1 袋式除塵器流場(chǎng)計(jì)算仿真及分析優(yōu)化系統(tǒng)介紹46

26、</p><p>　　5-1-2 袋式除塵器虛擬測(cè)試實(shí)現(xiàn)技術(shù)介紹48</p><p>　　5-1-3 袋式除塵器噴吹 CFD 用到的噴吹管、文氏管介紹49</p><p>　　§5-2 袋式除塵器流場(chǎng)計(jì)算仿真計(jì)算過(guò)程51</p><p>　　5-2-1 仿真計(jì)算操作過(guò)程51</p><p>　　5-2

27、-2 噴吹管數(shù)值模擬主界面基本介紹54</p><p>　　5-2-3 仿真及優(yōu)化系統(tǒng)的整機(jī)、袋室建模及仿真計(jì)算過(guò)程55</p><p>　　§5-3 袋式除塵器濾袋安全性能測(cè)試60</p><p>　　5-3-1 濾袋安全性能測(cè)試模塊的關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)60</p><p>　　5-3-2 袋式除塵器濾袋安全性能測(cè)試說(shuō)明63

28、</p><p>　　§5-4 袋式除塵器濾袋安全性能測(cè)試應(yīng)用實(shí)例70</p><p>　　5-4-1 基于虛擬樣機(jī)的袋式除塵器數(shù)值模擬試驗(yàn)70</p><p>　　5-4-2 Fluent 后處理75</p><p>　　5-4-3 虛擬測(cè)試79</p><p>　　§5-5 本章小結(jié)8

29、3</p><p><b>　　第六章總結(jié)84</b></p><p><b>　　vi</b></p><p><b>　　vii</b></p><p><b>　　符號(hào)說(shuō)明</b></p><p><b>　　縮

30、寫(xiě)詞：</b></p><p><b>　　VP</b></p><p>　　——Virtual Prototype，虛擬樣機(jī)。</p><p><b>　　DVP</b></p><p>　　——Dynamic Virtual Prototype，動(dòng)力學(xué)虛擬樣機(jī)。</p>

31、<p><b>　　VT</b></p><p><b>　　VTS</b></p><p><b>　　VTB</b></p><p><b>　　VTE</b></p><p>　　——Virtual Test 或 VTest 或 Virt

32、ual Testing，虛擬測(cè)試。</p><p>　　——Virtual Test System，虛擬測(cè)試系統(tǒng)。</p><p>　　——Virtual Test Bench 或 Virtual Test Bed，虛擬測(cè)試平臺(tái)。</p><p>　　——Virtual Environment，虛擬測(cè)試環(huán)境；Virtual Test Engneering，虛擬測(cè)試工

33、</p><p><b>　　程。</b></p><p><b>　　VRVT</b></p><p><b>　　VI</b></p><p><b>　　VISA</b></p><p><b>　　VR</b

34、></p><p><b>　　UUT</b></p><p><b>　　ATE</b></p><p><b>　　ATS</b></p><p><b>　　TPS</b></p><p><b>　　BIT&

35、lt;/b></p><p>　　——VR-based Virtual Testing，基于虛擬現(xiàn)實(shí)的虛擬測(cè)試技術(shù)。</p><p>　　——Virtual Instrument 或 Virtual Instrumentation，虛擬儀器。</p><p>　　——Virtual Instrument Software Architecture，虛擬儀器軟件

36、結(jié)構(gòu)。</p><p>　　——Virtual Reality，虛擬現(xiàn)實(shí)。</p><p>　　——Unit Under Test，單元測(cè)試。</p><p>　　——Automatic Test Equipment，自動(dòng)測(cè)試設(shè)備。</p><p>　　——Automatic Test System，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。</p>&l

37、t;p>　　——Test Program Set 測(cè)試程序集。</p><p>　　——built-in test，內(nèi)建自測(cè)試。</p><p><b>　　DUT</b></p><p>　　——Device Under Test，被測(cè)器件。</p><p><b>　　DIB</b><

38、;/p><p>　　——Device Interface Board，器件接口板。</p><p><b>　　LabVIEW</b></p><p>　　——Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程</p><p><b>　　工作

39、平臺(tái)。</b></p><p><b>　　MATLAB</b></p><p><b>　　CFD</b></p><p><b>　　CAD</b></p><p><b>　　EDA</b></p><p><

40、;b>　　TPSs</b></p><p><b>　　PCB</b></p><p><b>　　IC</b></p><p><b>　　ECA</b></p><p><b>　　NASA</b></p><p&

41、gt;　　——Matrix Laboratory，矩陣實(shí)驗(yàn)室。</p><p>　　——Computational fluid dynamics，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)。</p><p>　　——Computer Aided Design，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。</p><p>　　——Electronic Circuit Automation，電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化。</p>

42、;<p>　　——Test Program Sets，測(cè)試程序設(shè)備。</p><p>　　——Printed Circuit Board，印制電路板。</p><p>　　——Integrated Circuit，集成電路 。</p><p>　　——Electronic Circuit Automation，電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化。</p>&

43、lt;p>　　——National Aeronautics and Space Administration，美國(guó)國(guó)家航空和宇宙航行</p><p><b>　　局。</b></p><p><b>　　ILRO</b></p><p><b>　　NI</b></p><p

44、>　　——Intelligent Launch and Range Operations，智能發(fā)射和遠(yuǎn)程操作。</p><p>　　——National Instrument，美國(guó)國(guó)家儀器。</p><p><b>　　viii</b></p><p><b>　　第一章緒論</b></p><

45、p>　　§1-1課題背景及意義</p><p>　　1-1-1 課題提出</p><p>　　隨著科技的發(fā)展，市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，用戶對(duì)產(chǎn)品的多樣化和個(gè)性化的要求也愈加迫切。市場(chǎng)競(jìng)</p><p>　　爭(zhēng)的核心是產(chǎn)品創(chuàng)新，產(chǎn)品創(chuàng)新主要體現(xiàn)在企業(yè)對(duì)用戶需求的響應(yīng)速度和響應(yīng)品質(zhì)上。新產(chǎn)品的研發(fā)過(guò)</p><p>　　程中最為關(guān)鍵

46、的工作之一是測(cè)試工作，新產(chǎn)品只有通過(guò)最后的測(cè)試，新產(chǎn)品的各種參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求，</p><p>　　才能夠量化生產(chǎn)、上市、安全使用。</p><p>　　傳統(tǒng)的產(chǎn)品測(cè)試過(guò)程從用戶需求和市場(chǎng)分析到新產(chǎn)品的量產(chǎn)，需要經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)方案、工程圖紙、制造</p><p>　　物理樣機(jī)、運(yùn)行物理樣機(jī)、物理測(cè)試，通過(guò)物理測(cè)試結(jié)果，對(duì)比其是否符合設(shè)計(jì)需求，如此反復(fù)，直至新產(chǎn)品設(shè)計(jì)符合設(shè)

47、計(jì)需求，最后量化生產(chǎn)上市。產(chǎn)品的物理測(cè)試過(guò)程如圖 1.1 所示。</p><p><b>　　用戶需求和市場(chǎng)分析</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)階段</b></p><p><b>　　方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　運(yùn)行物理樣機(jī)，進(jìn)行試驗(yàn)</p>

48、<p><b>　　不合格</b></p><p><b>　　物理測(cè)試</b></p><p><b>　　合格</b></p><p><b>　　生產(chǎn)階段批量生產(chǎn)</b></p><p>　　圖 1.1 產(chǎn)品的物理測(cè)試過(guò)程</p&

49、gt;<p>　　Fig.1.1 Product physical testing process</p><p>　　從圖 1.1 可以看出，傳統(tǒng)的物理測(cè)試存在諸多弊端。一是物理樣機(jī)的設(shè)計(jì)和制造由于實(shí)驗(yàn)方案相似</p><p>　　的原因，通常較為復(fù)雜，測(cè)試條件要求高，因此往往導(dǎo)致測(cè)試成本高昂；二是產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，不能快</p><p>　　速響應(yīng)市

50、場(chǎng)的需求，跟不上新產(chǎn)品的研發(fā)節(jié)拍；三是不能與數(shù)字化設(shè)計(jì)方法相接軌，已不再適應(yīng)當(dāng)前的</p><p><b>　　設(shè)計(jì)需求。</b></p><p>　　為了解決上述問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者都提出了產(chǎn)品的虛擬測(cè)試方法，并將該方法應(yīng)用到了實(shí)際</p><p>　　的研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試、生產(chǎn)等工作中，已經(jīng)取得了很顯著的成果。主流的虛擬測(cè)試方法分為三類，

51、分別</p><p><b>　　1</b></p><p>　　是基于虛擬樣機(jī)的虛擬測(cè)試方法、基于虛擬現(xiàn)實(shí)的虛擬測(cè)試方法、基于虛擬儀器的虛擬測(cè)試方法。</p><p>　　中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院研發(fā)中心的趙雯[1]等人指出了波音 787 的研發(fā)例子，波音 787 采用了完全</p><p>　　的數(shù)字化設(shè)計(jì)、裝配，總共

52、 16TB 的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并且是在全世界協(xié)同研制，787 大型試驗(yàn)均在虛</p><p>　　擬環(huán)境中進(jìn)行，在降低研制風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)使得研制周期縮短了一年的時(shí)間。美國(guó)福特汽車公司采用 CAE</p><p>　　數(shù)字測(cè)試，在試驗(yàn)、樣機(jī)、測(cè)試、工具這四個(gè)方面就可以比采用物理測(cè)試節(jié)省約 4.12 千萬(wàn)美元，在制</p><p>　　造過(guò)程中節(jié)省超過(guò) 10 億美元，于此同

53、時(shí)要比傳統(tǒng)的物理設(shè)計(jì)、制造過(guò)程要節(jié)省大量的時(shí)間[2]。</p><p>　　西北工業(yè)大學(xué)的杜承烈[3]等人指出了美國(guó)在早期就應(yīng)用了仿真軟件平臺(tái)進(jìn)行虛擬試驗(yàn)活動(dòng)，進(jìn)入 21</p><p>　　世紀(jì)后，美國(guó)開(kāi)發(fā)了一系列的虛擬試驗(yàn)平臺(tái)，為美國(guó)的軍方、大型基礎(chǔ)試驗(yàn)和專業(yè)重點(diǎn)試驗(yàn)提供了有效的解決方案，并且有效的支持了美國(guó)國(guó)防聯(lián)合任務(wù)環(huán)境試驗(yàn)?zāi)芰Γ↗METC）和聯(lián)合國(guó)家訓(xùn)練能力（JNTC）等國(guó)家級(jí)能

54、力計(jì)劃。與此同時(shí)，美國(guó)的 NASA 做的虛擬測(cè)試平臺(tái)為航天器的研制、測(cè)試、發(fā)射等提供</p><p>　　了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。由此可見(jiàn)，研究虛擬測(cè)試技術(shù)具有極其重要的意義。</p><p>　　1-1-2 課題研究意義</p><p>　　如果在大型裝備物理樣機(jī)制造出來(lái)之前，通過(guò)虛擬測(cè)試系統(tǒng)對(duì)其數(shù)字樣機(jī)進(jìn)行安全性能測(cè)試，通過(guò)</p><p>

55、　　安全性能測(cè)試—修改樣機(jī)參數(shù)—安全性能測(cè)試，直至測(cè)試的樣機(jī)達(dá)到安全要求標(biāo)準(zhǔn)為止，這樣的設(shè)計(jì)模</p><p>　　式可以大大縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，節(jié)約大量的人力、物力、財(cái)力。將大型機(jī)械裝備的測(cè)試工作前移到設(shè)</p><p>　　計(jì)階段，實(shí)現(xiàn)樣機(jī)設(shè)計(jì)與測(cè)試并行，符合大型機(jī)械裝備的測(cè)試工作的“零成本”、“零滯后”、“零失誤”</p><p>　　的發(fā)展趨勢(shì)和要求。所謂的

56、“零成本”是指測(cè)試不再投入物理樣機(jī)、測(cè)試儀器等成本；“零滯后”是指</p><p>　　測(cè)試工作與設(shè)計(jì)工作并行進(jìn)行，而不再是先后順次進(jìn)行；“零失誤”是指測(cè)試工作不存在誤操作等失誤。</p><p>　　也就是隨著科技的進(jìn)步，在計(jì)算機(jī)上的虛擬試驗(yàn)向著取代物理試驗(yàn)的方向發(fā)展，使得大型機(jī)械裝備的測(cè)</p><p>　　試工作越來(lái)越智能化、超前化、精確化。使原本成本高昂、測(cè)

57、試工作滯后于設(shè)計(jì)工作、測(cè)試環(huán)節(jié)存在失</p><p>　　誤風(fēng)險(xiǎn)的物理測(cè)試向著計(jì)算機(jī)虛擬測(cè)試的方向發(fā)展，降低測(cè)試成本，減少測(cè)試失誤是科技發(fā)展的最終結(jié)</p><p>　　果，也是企業(yè)增強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)力的需求。</p><p>　　§1-2 虛擬測(cè)試技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　最早提出及研究虛擬測(cè)試系統(tǒng) VTS（Virtual

58、 Test System）的是在美國(guó)空軍萊特實(shí)驗(yàn)室制造技術(shù)處資</p><p>　　助下進(jìn)行的[4]，后來(lái)美國(guó)海軍為開(kāi)發(fā)下一代標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)彈自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了基于 AI-64 結(jié)構(gòu)雙 CPU 的</p><p>　　仿真系統(tǒng)[5]。德國(guó)埃爾蘭根-紐倫堡大學(xué)計(jì)算機(jī)輔助電路設(shè)計(jì)學(xué)院開(kāi)發(fā)了基于 SPACE(SZ‘s programming</p><p>　　and ATE

59、controlling environment)的虛擬測(cè)試系統(tǒng)。</p><p>　　隨著虛擬測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，目前在國(guó)內(nèi)外主要應(yīng)用于航空航天、半導(dǎo)體、集成芯片、建筑、車輛、</p><p>　　人體舒適度等領(lǐng)域，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　國(guó)外已有很多空間技術(shù)先進(jìn)的航天部門(mén)很重視虛擬技術(shù)在航天器研制過(guò)程中的應(yīng)用。像荷蘭的</p><

60、;p>　　TERMA 公司、歐洲空間研究技術(shù)中心(ESTEC)，意大利的 Alania 公司，法國(guó)的 EADS Astrium 公司，</p><p>　　都先后進(jìn)行了虛擬測(cè)試系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[6]。美國(guó)宇航局利用軟件、硬件相結(jié)合開(kāi)發(fā)的智能發(fā)射和遠(yuǎn)程</p><p>　　操作的虛擬測(cè)試平臺(tái)（ILRO-VTB），它是一個(gè)集成控制命令、交流、智能模擬環(huán)境等行為的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)。</p&g

61、t;<p>　　目前在肯尼迪航天中心開(kāi)發(fā)測(cè)試航天飛機(jī)的模擬測(cè)試平臺(tái)，該平臺(tái)帶有支持多種航天任務(wù)的模塊，例如</p><p><b>　　2</b></p><p>　　氣象預(yù)報(bào)、雷電跟蹤、有毒氣體擴(kuò)散、碎片擴(kuò)散、遙測(cè)等等[7]。波音公司和阿爾法星公司應(yīng)用虛擬測(cè)試</p><p>　　STS-107 哥倫比亞航天飛機(jī)的失事事件的原因

62、進(jìn)行了分析，將空難事故虛擬重現(xiàn)從而發(fā)現(xiàn)可能造成空難的原因[8]，如下圖 1.2 所示。</p><p>　　圖 1.2 影響原因推測(cè) 1,2,3,4 和 5 分別如圖顯示，（a）RCC 6 只骨架斷裂和（b）RCC 6 個(gè)穿孔（c）T</p><p>　　型結(jié)構(gòu) 6/7 斷裂（d）RCC 7 個(gè)穿孔和（e）RCC 8 個(gè)穿孔[8]</p><p>　　Fig.1.2

63、 Impact Scenarios 1, 2, 3, 4 and 5 Show (a) RCC 6 Rib Fracture and (b) RCC 6 through-hole (c) T-Seal 6/7 Fracture (d) RCC 7 through-hole, and (e) RCC 8 through-hole, respectively[8]</p><p>　　美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室將虛擬

64、測(cè)試?yán)迷诮ㄖ脑O(shè)計(jì)控制中，為建筑系統(tǒng)的暖通空調(diào)、照明等方面的控制算法和策略開(kāi)發(fā)的建筑設(shè)計(jì)控制虛擬測(cè)試平臺(tái)（BCVTB），并且以舊金山聯(lián)邦大樓為應(yīng)用案例說(shuō)明了虛擬測(cè)試技術(shù)的有效性和價(jià)值[9]。雷諾公司使用雷諾增大現(xiàn)實(shí)（AR）模擬器研究車輛結(jié)構(gòu)、車輛前燈的模擬，為雷諾公司提供了重要的數(shù)據(jù)[10]，寶馬公司利用虛擬人體研究車輛沖擊對(duì)人體肋骨的影響，以及地雷對(duì)人體危害研究[11]。如下圖 1.3 所示，分別為模擬地雷爆炸威力的虛擬測(cè)試及車輛對(duì)

65、</p><p>　　人體影響的虛擬測(cè)試。</p><p>　　圖 1.3.1 虛擬測(cè)試地雷爆炸威力[11]圖 1.3.2 汽車對(duì)行人沖擊：三星公司[11]</p><p><b>　　3</b></p><p>　　圖 1.3.3 小轎車的側(cè)面碰撞:寶馬公司[11]圖 1.3.4 虛擬測(cè)試?yán)吖堑膽?yīng)力和折斷[11]&

66、lt;/p><p>　　圖 1.3 虛擬測(cè)試的應(yīng)用實(shí)例</p><p>　　Fig.1.3 The application example of virtual testing</p><p>　　美國(guó)南開(kāi)羅納州立大學(xué)機(jī)電系的 L. Gao 等人與海軍研究所合作利用虛擬測(cè)試平臺(tái)開(kāi)發(fā)混合動(dòng)力電</p><p>　　動(dòng)汽車[12]，如下圖 1.4 所

67、示為其開(kāi)發(fā)的軍用電動(dòng)汽車虛擬測(cè)試系統(tǒng)的界面。</p><p>　　圖 1.4 三維可視化的 Hmmwv 電動(dòng)汽車的性能,包括儀表盤(pán)儀器和方向盤(pán)的用戶交互界面[12]</p><p>　　Fig.1.4 3D visualization of the performance of Hmmwv electric vehicle, including dashboard instruments,

68、 and steeringwheel for user interaction[12]</p><p>　　甚至美國(guó)用性能最好的計(jì)算機(jī)做核武器的虛擬試驗(yàn)，不通過(guò)地下的核試驗(yàn)也可以保持美國(guó)的核武庫(kù)</p><p>　　[13]。德國(guó)最大的半導(dǎo)體產(chǎn)品制造商英飛凌科技公司的奧地利微電子設(shè)計(jì)中心提出虛擬測(cè)試是一個(gè)強(qiáng)大</p><p>　　的技術(shù)，可以減少本身包含復(fù)雜混合信號(hào)

69、模塊的 SoC（半導(dǎo)體）產(chǎn)品上市的時(shí)間[14]。德國(guó)西門(mén)子公司</p><p>　　的弗勞恩霍夫集成電路研究所也提出虛擬測(cè)試的重要貢獻(xiàn)，可以在第一塊 IC（集成芯片）生產(chǎn)出來(lái)之</p><p>　　前就進(jìn)行測(cè)試，縮短了上市時(shí)間和減少了開(kāi)發(fā)費(fèi)用[15]。歐洲最大的航空航天防務(wù)公司歐洲宇航防務(wù)集</p><p>　　團(tuán)（EADS-European Aeronautic

70、Defence and Space Company）的 Sebastian Heimbs 介紹了用有限元的方</p><p>　　法虛擬測(cè)試核心夾層結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能，來(lái)減少試驗(yàn)的費(fèi)用及時(shí)間，并且利用有限元仿真試驗(yàn)的結(jié)果與物</p><p><b>　　4</b></p><p>　　理試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，證實(shí)了虛擬測(cè)試方法的可靠性[16]。IEE

71、E 成員還應(yīng)用虛擬測(cè)試技術(shù)來(lái)驗(yàn)證燃燒效率優(yōu)化方法[17]。</p><p>　　國(guó)內(nèi)目前也很重視虛擬測(cè)試技術(shù)在航空航天、高速列車空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)等領(lǐng)域的應(yīng)用。例如北京空</p><p>　　間飛行器總體設(shè)計(jì)部的郭麗明[2]等提到的，飛行器的虛擬測(cè)試可以輔助實(shí)物驗(yàn)證、降低研制風(fēng)險(xiǎn)和成本</p><p>　　等。西北工業(yè)大學(xué)的高智剛[18]等基于 LabVIEW 開(kāi)發(fā)的舵

72、機(jī)虛擬測(cè)試系統(tǒng)，不僅具有傳統(tǒng)儀器的各種功</p><p>　　能，并且采集、處理、顯示于一身，大大提高了測(cè)試的自動(dòng)化程度。西北工業(yè)大學(xué)無(wú)人機(jī)特種技術(shù)國(guó)防</p><p>　　科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的陳懷民[19]等，基于 LabWindows/CVI8.5 開(kāi)發(fā)的虛擬測(cè)試系統(tǒng)，成功的用于某型飛機(jī)</p><p>　　的地面半實(shí)物仿真試驗(yàn)中，為仿真機(jī) I/O 系統(tǒng)的故障診斷與

73、排除提供了實(shí)用工具。第二炮兵工程學(xué)院的</p><p>　　蔡光斌[20]等提出基于虛擬測(cè)試技術(shù)的導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)故障診斷，對(duì)提高導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能和增強(qiáng)部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力</p><p>　　有重大意義。中南大學(xué)的潘迪夫[21]等基于 LabVIEW 開(kāi)發(fā)的虛擬測(cè)試系統(tǒng)，縮短了開(kāi)發(fā)周期，使系統(tǒng)獲</p><p>　　得了極高的性價(jià)比。浙江大學(xué)的周曉軍、徐志農(nóng)、郭天太、馬俊福[21～

74、25]等利用基于 VR 的虛擬測(cè)試技</p><p>　　術(shù)應(yīng)用于車輛振動(dòng)的虛擬測(cè)試。湖南大學(xué)現(xiàn)代車身技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的萬(wàn)鑫銘[27]等基于 MADYMO</p><p>　　軟件建立的虛擬測(cè)試模型，并將虛擬試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行了比較，兩者基本相同，證明了虛</p><p>　　擬試驗(yàn)對(duì)研究氣囊折疊方式對(duì)離位乘員損傷影響是有效的方法。同濟(jì)大學(xué)的徐剛[28

75、]等也通過(guò)實(shí)車試驗(yàn)</p><p>　　證實(shí)了虛擬試驗(yàn)可以有效地預(yù)測(cè)對(duì)轎車后橋及懸架系統(tǒng)內(nèi)力較為復(fù)雜部件的疲勞壽命。還有在經(jīng)緯儀</p><p>　　[28；30]、電阻應(yīng)變檢測(cè)[31]、流體測(cè)試[32]等領(lǐng)域的研究應(yīng)用。</p><p>　　國(guó)外和部分國(guó)內(nèi)的文獻(xiàn)所指的虛擬測(cè)試（VT：Virtual Test 或 Virtual Testing）是基于虛擬樣機(jī)構(gòu)建&

76、lt;/p><p>　　的虛擬測(cè)試系統(tǒng)，來(lái)完成虛擬測(cè)試工作的。國(guó)外還有部分的文獻(xiàn)提出的虛擬測(cè)試系統(tǒng) VTS (Virtual Test System)、虛擬測(cè)試平臺(tái)（VTB：virtual test Bed）、虛擬測(cè)試環(huán)境（VTE：Virtual Test Engineering）[15]</p><p>　　也是基于虛擬樣機(jī)構(gòu)建的虛擬測(cè)試系統(tǒng)。</p><p>　　浙

77、江大學(xué)的周曉軍、徐志農(nóng)、郭天太[21～25]等人為代表研究的基于 VR 的虛擬測(cè)試技術(shù)(VR-based</p><p>　　Virtual Testing，VRVT)，在 VRVT 的基本理論與方法方面初步建立起 VRVT 的體系和模塊框架，建立</p><p>　　VRVT 的基本模型，并將 VRVT 應(yīng)用于虛擬制造之中，為虛擬測(cè)試技術(shù)提供了廣泛而明確的應(yīng)用背景，目前主要應(yīng)用在對(duì)研究

78、車輛的平順性研究。</p><p>　　國(guó)內(nèi)提到的虛擬測(cè)試技術(shù)一部分是指利用虛擬儀器技術(shù)來(lái)進(jìn)行的相關(guān)的測(cè)試[18、19]。主要利用虛擬儀器來(lái)構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試平臺(tái)，來(lái)代替原來(lái)測(cè)試系統(tǒng)中所用的示波器、信號(hào)發(fā)生器等硬件設(shè)備。而所</p><p>　　測(cè)試的對(duì)象一般為實(shí)物樣機(jī)或者半實(shí)物樣機(jī)，并且信號(hào)的采集也是通過(guò)采集卡采集，然后通過(guò)信號(hào)的濾波、數(shù)/模轉(zhuǎn)換、放大等，采集到虛擬儀器構(gòu)建的虛擬測(cè)試平臺(tái)

79、，進(jìn)而完成測(cè)試工作的。</p><p>　　§1-3 袋式除塵器目前存在的問(wèn)題</p><p>　　即將頒布的 GB13223《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，提出了對(duì)新建、改建和擴(kuò)建鍋爐機(jī)組執(zhí)行</p><p>　　30mg/Nm3 煙塵排放限值，2010 年火電廠采用袋式除塵器日益增多，尤其是新建的大型火電廠袋式除塵</p><p>

80、;　　器的使用比例有了顯著提高。以水泥行業(yè)為例，工業(yè)和信息化部印發(fā)了《關(guān)于水泥工業(yè)節(jié)能減排的指導(dǎo)</p><p>　　意見(jiàn)》（工信部節(jié)［2010］582 號(hào)），到―十二五‖末，全國(guó)水泥顆粒物排放在 2009 年基礎(chǔ)上降低 50%，</p><p>　　明確 2011－2015 年現(xiàn)有水泥窯電除塵器改為袋式除塵器（低壓脈沖除塵器），這無(wú)疑在今后幾年為袋式</p><p&g

81、t;<b>　　5</b></p><p>　　除塵器在水泥行業(yè)的推廣和應(yīng)用奠定了良好的發(fā)展基礎(chǔ)[33]。</p><p>　　隨著國(guó)家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，能夠高效控制微細(xì)粉塵排放的袋式除塵器，已廣泛的應(yīng)用于水</p><p>　　泥、冶金、火力發(fā)電、化工、制藥等行業(yè)。文獻(xiàn)[34]的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，國(guó)內(nèi)的袋式除塵器的使用比例在</p&g

82、t;<p>　　逐年的增大，具體數(shù)字如下：全部除塵設(shè)備使用數(shù)量的 60%為袋式除塵器；水泥行業(yè)袋式除塵器的使</p><p>　　用比例為 75%左右，并在逐年增長(zhǎng)；鋼鐵、有色冶金行業(yè)袋式除塵器的使用比例達(dá) 95% [35]，袋式除塵</p><p>　　器在其他行業(yè)的使用比例也在逐年增長(zhǎng)。</p><p>　　袋式除塵器目前是治理大氣污染最為有效的除

83、塵設(shè)備，除塵效率高是袋式除塵器的最顯著的優(yōu)點(diǎn)之</p><p>　　一，實(shí)驗(yàn)室中其除塵效率可高達(dá) 99.9999%，就是在實(shí)際工程應(yīng)用中也能高達(dá) 99.99%，使粉塵排放濃度</p><p>　　下降到 10mg/m3 以下，甚至可達(dá)到 2mg/m3[36]。袋式除塵器的除塵機(jī)理決定了其除塵效率高。目前，我</p><p>　　國(guó)正在實(shí)行節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，

84、對(duì)環(huán)保的要求也在逐年變的更加嚴(yán)格，這就為袋式除塵器在</p><p>　　工業(yè)除塵領(lǐng)域的應(yīng)用提供了廣闊的發(fā)展空間。</p><p>　　但是，因?yàn)榇匠龎m器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體型碩大、單用戶定制、零部件標(biāo)準(zhǔn)化程度低等特點(diǎn)[37]，</p><p>　　使得袋式除塵器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、研發(fā)成本高，這些都成為了制約袋式除塵器的研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試、</p><

85、;p>　　制造的瓶頸，并且阻礙著其在工業(yè)除塵領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段可以決定其制造成本</p><p>　　75%一 80%[37]，同時(shí)還可以極大影響其運(yùn)行和維修成本[35]。因此，對(duì)袋式除塵器產(chǎn)品設(shè)計(jì)、測(cè)試、制造等技術(shù)的深人研究和應(yīng)用，具有十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　袋式除塵器不僅在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上存在上述問(wèn)題，而且在濾袋濾料設(shè)定、濾袋使用時(shí)所處的工況是否安

86、全等測(cè)試方面都存在一定的問(wèn)題，下面就是袋式除塵器中存在問(wèn)題的具體實(shí)例。</p><p>　　采用耐高溫合成纖維——聚苯硫醚(PPS)纖維制成的濾袋，設(shè)計(jì)壽命為 300000h，在實(shí)際使用中應(yīng)該可以運(yùn)行 4 年以上，但是在一些電廠使用時(shí)，其壽命僅 2~3 年[38]。含塵氣流進(jìn)入各袋室的分配不均勻，用戶對(duì)含塵氣流流速選擇過(guò)高，或進(jìn)氣風(fēng)道設(shè)計(jì)存在問(wèn)題使得進(jìn)入袋式除塵器的氣流組織不均勻等，</p><

87、;p>　　這些都會(huì)造成對(duì)濾袋的局部沖刷，造成濾袋破損。如圖 1.5 所示就是氣流沖刷造成的濾袋底部破袋。</p><p>　　圖 1.5 袋式除塵器濾袋底部破損圖</p><p>　　Fig.1.5 The breakage of the bottom of bag of the bag filter</p><p>　　為進(jìn)一步提高濾袋的使用壽命，就要研究袋

88、式除塵器系統(tǒng)中氣流分布、噴吹方式等問(wèn)題，將系統(tǒng)結(jié)</p><p><b>　　6</b></p><p>　　構(gòu)設(shè)計(jì)上對(duì)濾袋有害的設(shè)計(jì)問(wèn)題解決在設(shè)計(jì)階段；盡量減少袋式除塵器在設(shè)計(jì)方面存在的缺陷，優(yōu)化設(shè)</p><p>　　計(jì)等，既為研發(fā)設(shè)計(jì)部門(mén)節(jié)約成本，又能防患于未然。為了解決上述的問(wèn)題，借鑒國(guó)內(nèi)外解決重型裝備</p><p

89、>　　問(wèn)題的方法，在設(shè)計(jì)階段與設(shè)計(jì)并行進(jìn)行測(cè)試工作，實(shí)現(xiàn)袋式除塵器的虛擬測(cè)試與分析。</p><p>　　§1-4 論文的研究思路</p><p>　　首先對(duì)國(guó)內(nèi)外關(guān)于虛擬樣機(jī)、虛擬測(cè)試相關(guān)文獻(xiàn)的歸納總結(jié)，了解國(guó)內(nèi)外關(guān)于虛擬測(cè)試的最新研究</p><p>　　動(dòng)態(tài)，即虛擬測(cè)試的理論方法及應(yīng)用領(lǐng)域范疇，為本文打下研究基礎(chǔ)；然后經(jīng)過(guò)對(duì)袋式除塵器安全問(wèn)題&

90、lt;/p><p>　　的相關(guān)文獻(xiàn)的研究，歸納總結(jié)出袋式除塵器目前都存在哪些安全隱患，以及現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外都是通過(guò)什么方</p><p>　　法來(lái)進(jìn)行研究的，有哪些安全問(wèn)題可以通過(guò)虛擬測(cè)試的方法進(jìn)行測(cè)試，為袋式除塵器的安全性能測(cè)試的</p><p>　　測(cè)試原理及測(cè)試方法提供了依據(jù)；在對(duì)此研究的基礎(chǔ)上，給出了基于虛擬樣機(jī)的袋式除塵器安全性能測(cè)</p><p

91、>　　試方法，通過(guò)搭建的虛擬測(cè)試平臺(tái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)樣機(jī)的數(shù)字模型重構(gòu)、虛擬測(cè)試結(jié)果顯示、測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)</p><p>　　等與用戶之間的交互；最后，通過(guò)工程實(shí)例，對(duì)本文提出的基于虛擬樣機(jī)的虛擬測(cè)試方法的驗(yàn)證，肯定</p><p>　　論文研究工作的理論意義及實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。</p><p>　　§1-5 論文的研究?jī)?nèi)容及結(jié)構(gòu)安排</p>

92、<p>　　本文共分為六個(gè)章節(jié)：</p><p>　　第一章緒論。簡(jiǎn)要介紹目前虛擬測(cè)試在新產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中的背景及應(yīng)用意義，概述了虛擬測(cè)試技術(shù)的</p><p>　　發(fā)展現(xiàn)狀及袋式除塵器中存在的安全隱患問(wèn)題，最后確定了論文的研究思路及論文的內(nèi)容安排。第二章 本章研究了虛擬測(cè)試技術(shù)。首先辨析虛擬測(cè)試的定義和內(nèi)涵，分析虛擬測(cè)試方法、理論體系及</p><p>

93、　　虛擬測(cè)試系統(tǒng)的分類，重點(diǎn)討論三種虛擬測(cè)試實(shí)現(xiàn)方法，包括：基于虛擬現(xiàn)實(shí)的虛擬測(cè)試技術(shù)、基于虛擬儀器的虛擬測(cè)試技術(shù)、基于虛擬樣機(jī)的虛擬測(cè)試技術(shù)，提出一種面向可重構(gòu)測(cè)試對(duì)象的基于虛擬樣機(jī)的虛擬測(cè)試方法，并構(gòu)建了基于虛擬樣機(jī)的虛擬測(cè)試系統(tǒng)。</p><p>　　第三章 研究基于虛擬樣機(jī)的虛擬測(cè)試實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，包括虛擬樣機(jī)技術(shù)、數(shù)值模擬試驗(yàn)技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)及與之相關(guān)的數(shù)據(jù)采樣技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、數(shù)據(jù)可視

94、化技術(shù)等，研究了基于虛擬樣機(jī)的虛擬測(cè)試關(guān)鍵環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)方法，為基于虛擬樣機(jī)的虛擬測(cè)試的實(shí)現(xiàn)打下了基礎(chǔ)。</p><p>　　第四章 介紹袋式除塵器的結(jié)構(gòu)組成及工作原理，分析了袋式除塵器工作過(guò)程及工作特點(diǎn)，明確了袋式除塵器安全性能測(cè)試的分類及其相應(yīng)的測(cè)試特征變量，指出袋式除塵器結(jié)構(gòu)安全、濾袋安全隱患及安全性能測(cè)試問(wèn)題。深入研究了袋式除塵器本體結(jié)構(gòu)中（如花板、箱體、灰斗、底梁等）存在的失效方式及測(cè)試方法；濾袋安全性能測(cè)

95、試方法，包括濾袋底部風(fēng)速測(cè)試、噴吹偏心角測(cè)試、濾袋內(nèi)外壓差測(cè)試、噴嘴氣流分布不均勻性測(cè)試等。在虛擬測(cè)試平臺(tái)上，以工廠目前應(yīng)用的袋式除塵器為被測(cè)對(duì)象，制定了結(jié)構(gòu)安全性能測(cè)試方法、濾袋安全性能測(cè)試方法，制定了構(gòu)建袋式除塵器安全性能測(cè)試系統(tǒng)的方案。</p><p>　　第五章 面向典型袋式除塵器，構(gòu)建了虛擬樣機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，分析了測(cè)試系統(tǒng)組成，根據(jù)第四章的測(cè)試方法，以濾袋安全性能測(cè)試為例，研發(fā)構(gòu)建了包括測(cè)試樣機(jī)、測(cè)試工況、

96、測(cè)試儀器在內(nèi)的系統(tǒng)軟硬件，</p><p><b>　　7</b></p><p>　　實(shí)現(xiàn)了袋式除塵器設(shè)計(jì)樣機(jī)的數(shù)字化測(cè)試，完成了安全性能測(cè)試模塊及接口設(shè)計(jì)，給出了測(cè)試濾袋</p><p>　　安全性能的數(shù)字化測(cè)試實(shí)現(xiàn)過(guò)程。并以某工廠所用的電改袋袋式除塵器為被測(cè)對(duì)象，通過(guò)對(duì)其各袋</p><p>　　室的分風(fēng)不均勻性造

97、成的濾袋破損的實(shí)際工程問(wèn)題的安全性能測(cè)試，驗(yàn)證本文提出的虛擬測(cè)試方法</p><p><b>　　的可行性。</b></p><p>　　第六章 總結(jié)了論文工作，給出了論文應(yīng)用實(shí)例及其社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，指出了論文工作欠缺之處，明確了</p><p><b>　　今后的研究方向。</b></p><p>

98、<b>　　8</b></p><p>　　第二章虛擬測(cè)試?yán)碚撗芯?lt;/p><p>　　為了適應(yīng)當(dāng)今市場(chǎng)的需求，虛擬測(cè)試技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，在國(guó)內(nèi)外有諸多學(xué)者和機(jī)構(gòu)紛紛提出及應(yīng)用了虛擬測(cè)試技術(shù)，并且取得了良好的效果。國(guó)外的研究及應(yīng)用主要有二種：虛擬測(cè)試(Virtual Test 或 VTest)、虛擬測(cè)試平臺(tái) VTB（Virtual Test Bed 或 Virtual

99、Test Bench）。國(guó)內(nèi)的研究及應(yīng)用主要是三種：利用虛擬</p><p>　　現(xiàn)實(shí)技術(shù)或者利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬儀器技術(shù)相結(jié)合的方法進(jìn)行測(cè)試、利用虛擬儀器技術(shù)完成對(duì)物理</p><p>　　或半物理半數(shù)字對(duì)象的測(cè)試、利用虛擬樣機(jī)完成對(duì)測(cè)試對(duì)象的測(cè)試。</p><p>　　§2-1 虛擬測(cè)試概念</p><p>　　2-1-1 虛

100、擬測(cè)試技術(shù)概念辨析</p><p>　　虛擬測(cè)試技術(shù)（Virtual Test/Virtual Testing/VTest），國(guó)外在 1997 年正式提出，主要是指利用軟件設(shè)</p><p>　　計(jì)的測(cè)試程序在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)測(cè)試工作，首先應(yīng)用于美國(guó)軍方開(kāi)發(fā)數(shù)字電路上，后來(lái)被廣泛的應(yīng)用于諸</p><p>　　多的領(lǐng)域，并且也不再局限于利用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的軟件測(cè)試程序作為虛

101、擬測(cè)試，而利用軟件仿真完成的數(shù)</p><p>　　字化測(cè)試等方法在計(jì)算機(jī)上完成的測(cè)試工作也被稱為虛擬測(cè)試。</p><p>　　在國(guó)內(nèi)，浙江大學(xué)的周曉軍在 1997 正式提出基于虛擬現(xiàn)實(shí)的虛擬測(cè)試方法，后來(lái)又有諸多學(xué)者將</p><p>　　利用虛擬儀器技術(shù)完成的測(cè)試工作稱為虛擬測(cè)試，也有學(xué)者的觀點(diǎn)與國(guó)外的學(xué)者相似，即將利用軟件仿</p><p

102、>　　真完成的測(cè)試工作稱之為虛擬測(cè)試。</p><p>　　虛擬測(cè)試的概念的發(fā)展過(guò)程如下的國(guó)內(nèi)外研究所述。</p><p><b>　　國(guó)外研究</b></p><p>　　1997 年 E. G.. Perkins[39]等人提出虛擬測(cè)試(Virtual Test 或 VTest)在開(kāi)發(fā)數(shù)字電路上的應(yīng)用，虛擬測(cè)</p>&

103、lt;p>　　試項(xiàng)目是構(gòu)建一個(gè)開(kāi)放環(huán)境，并為開(kāi)發(fā)數(shù)字電路 PCBs/LRMs 的混合信號(hào)測(cè)試程序設(shè)備（Test Program</p><p>　　Sets：TPSs）提供了一種方法。虛擬測(cè)試致力于鋪平集成設(shè)計(jì)和測(cè)試的道路，通過(guò)提供以電路設(shè)計(jì)自動(dòng)</p><p>　　化（Electronic Circuit Automation：EDA）為基礎(chǔ)的系統(tǒng)的解決方案，強(qiáng)調(diào)測(cè)試設(shè)計(jì)和測(cè)試開(kāi)發(fā)

104、中的設(shè)</p><p>　　計(jì)信息的再利用。VTest 解決方法采用包括 CAD/CAE/CAT 數(shù)字化虛擬測(cè)試的必要工具軟件，模擬和混</p><p>　　合信號(hào)技術(shù) PCBs/LRMs，也包括支持自動(dòng)測(cè)試程序生成多個(gè)目標(biāo)測(cè)試裝置的工具和方法。</p><p>　　虛擬測(cè)試是美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室以開(kāi)發(fā)一套方法和軟件為目的的項(xiàng)目，虛擬測(cè)試的目的是允許測(cè)試</p&

105、gt;<p>　　人員獨(dú)立設(shè)計(jì)、捕獲和仿真，單元測(cè)試（Unit Under Test：UUT）模型和描述被測(cè)對(duì)象的信息。這個(gè)項(xiàng)</p><p>　　目催生了一系列電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化商用軟件，這些工具軟件是為了模擬測(cè)試數(shù)字印刷電路板（PCBs）和</p><p>　　裝配件（PCAs），并且顯著減少了開(kāi)發(fā)當(dāng)前數(shù)字 PCAs 的模型。EDA 裝置工具被用于設(shè)計(jì)和仿真虛擬測(cè)</p

106、><p>　　試電路原理圖（包括 UUT 模型和測(cè)試環(huán)境）是為了開(kāi)發(fā)完全仿真模擬/混合信號(hào)測(cè)試裝置（Test Program</p><p>　　Sets：TPSs）。因此顯著減少了模擬/混合信號(hào)測(cè)試整合的時(shí)間[39、40]。美國(guó)空軍發(fā)現(xiàn)復(fù)雜電子系統(tǒng)的測(cè)試</p><p>　　開(kāi)發(fā)費(fèi)用經(jīng)常超過(guò)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)費(fèi)用的 40-50%[39]。</p><p>

107、;　　1998 年，以南卡羅來(lái)納州州立大學(xué)為首的六所大學(xué)共同為美國(guó)海軍開(kāi)發(fā)了虛擬測(cè)試平臺(tái) VTB</p><p>　　（Virtual Test Bed），為了在 21 世紀(jì)能有更多的電子設(shè)備裝配到海軍艦艇[41]。南卡羅來(lái)納州立大學(xué)等開(kāi)</p><p><b>　　9</b></p><p>　　發(fā)的虛擬測(cè)試平臺(tái)（VTB）是支持電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)

108、、分析和虛擬樣機(jī)的軟件環(huán)境，并且重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)海軍的應(yīng)</p><p>　　用。1999 年，南卡羅來(lái)納州立大學(xué)的 Levent U. Gökdere[42]等人將 VTB 應(yīng)用于分析大型電力動(dòng)力系統(tǒng)，</p><p>　　2001 年，R. A. Dougal[43]等人將 VTB 應(yīng)用于開(kāi)發(fā)先進(jìn)的動(dòng)力系統(tǒng)之上。后續(xù)開(kāi)發(fā)的有應(yīng)用于航空航天</p><p>　　

109、領(lǐng)域的 VTB。美國(guó)的 NASA ARC/KSC 為了評(píng)估從地球到軌道的發(fā)射系統(tǒng)的太空探索的風(fēng)險(xiǎn)、費(fèi)用、可</p><p>　　靠性而開(kāi)發(fā)的 VTB（Virtual Test Bed），該平臺(tái)融合了結(jié)構(gòu)、操作過(guò)程、任務(wù)仿真[44]。在 NASA 研發(fā)的</p><p>　　基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了包含天氣專家系統(tǒng)、燃料專家系統(tǒng)和人體健康風(fēng)險(xiǎn)專家系統(tǒng)三個(gè)專家系統(tǒng)為一體的空間飛</p>&l

110、t;p>　　行操作系統(tǒng)[45]。</p><p>　　另外還有的文獻(xiàn)提到了虛擬測(cè)試工程（Virtual test Engneering：VTE），是將該方法應(yīng)用到集成電路</p><p>　?。↖C）的測(cè)試上，用以減少產(chǎn)品的上市時(shí)間和測(cè)試費(fèi)用[46]。</p><p>　　由于虛擬測(cè)試技術(shù)是在電子領(lǐng)域興起的，所以在電子領(lǐng)域特別是集成芯片（IC）的應(yīng)用比較多，后

111、</p><p>　　來(lái)又輻射到其他的領(lǐng)域，比如新型結(jié)構(gòu)單元材料的性能測(cè)試、STS-107（哥倫比亞號(hào)）航天飛機(jī)空難的</p><p>　　事故分析、測(cè)試混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的研發(fā)、汽車結(jié)構(gòu)的性能測(cè)試、人體安全的測(cè)試等領(lǐng)域得到了廣泛的</p><p><b>　　應(yīng)用。</b></p><p><b>　　國(guó)內(nèi)研究

112、</b></p><p>　　首先，有的學(xué)者[21～25]將通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬儀器技術(shù)結(jié)合完成測(cè)試工作的稱</p><p>　　之為虛擬測(cè)試技術(shù)。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬儀器技術(shù)結(jié)合來(lái)完成測(cè)試工作的稱之為虛</p><p>　　擬測(cè)試技術(shù)。通過(guò)研究與分析科學(xué)可視化技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)研究虛擬測(cè)試?yán)碚摷凹夹g(shù)，科學(xué)可視化<

113、/p><p>　　技術(shù)是指將反映虛擬測(cè)試系統(tǒng)與過(guò)程特征的各種數(shù)據(jù)，包括被測(cè)對(duì)象特征、被測(cè)信號(hào)數(shù)據(jù)、測(cè)試系統(tǒng)特</p><p>　　征等加以可視化，進(jìn)而利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，從正、逆等多方面的人機(jī)交互式的仿真分析可視化的測(cè)試系</p><p>　　統(tǒng)與過(guò)程。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與科學(xué)可視化技術(shù)共同構(gòu)成了虛擬測(cè)試技術(shù)的背景[47]。其次，有的學(xué)者[48、49]</p>&

114、lt;p>　　將利用虛擬樣機(jī)進(jìn)行的數(shù)值模擬試驗(yàn)稱之為虛擬測(cè)試。在計(jì)算機(jī)上建立被測(cè)對(duì)象的數(shù)字模型，并且加載</p><p>　　被測(cè)對(duì)象在物理試驗(yàn)中的邊界條件，進(jìn)而進(jìn)行數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)，得出仿真試驗(yàn)結(jié)果，并通過(guò)專業(yè)測(cè)試人員</p><p>　　分析出測(cè)試的結(jié)果。再次，有的學(xué)者將利用虛擬虛擬儀器（VI：virtual instruments）技術(shù)完成的測(cè)試功</p><p

115、>　　能稱之為虛擬測(cè)試。依靠計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大處理能力用軟件實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)硬件的功能，在相同的硬件平臺(tái)上可以</p><p>　　利用軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境快速開(kāi)發(fā)高性能的應(yīng)用系統(tǒng)。這種方法可以根據(jù)用戶需要定制儀器，完成各種參數(shù)的測(cè)試，極大的增強(qiáng)了測(cè)試系統(tǒng)的功能和靈活性，降低了測(cè)試成本[18]。</p><p>　　虛擬測(cè)試技術(shù)是應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)、仿真建模技術(shù)、傳感器技術(shù)、&l

116、t;/p><p>　　數(shù)據(jù)采集技術(shù)、測(cè)試評(píng)估及結(jié)果顯示技術(shù)等進(jìn)行產(chǎn)品功能和性能的綜合應(yīng)用測(cè)試技術(shù)。</p><p>　　虛擬測(cè)試具有如下功能：（1）自動(dòng)測(cè)試設(shè)備 ATE（Automatic Test Equipment）虛擬集成及驗(yàn)證；（2）</p><p>　　測(cè)試程序集 TPS(Test Program Set)開(kāi)發(fā)及調(diào)試驗(yàn)證；（3）內(nèi)建自測(cè)試 BIT (built