虚拟仿真技术及其军事应用

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摘要：虚拟仿真技术是近年来系统仿真领域研究的热．氛问题，而且在军事领域有了广泛的应用。本文以庄拟现实技术为基础，具体讨论了虚拟现实技术在作战仿真中的应用，对虚拟作战仿真的研究进行了探讨。 关键词：虚拟仿真技术 虚拟现实技术 虚拟作战仿真

1. 引言

自从世界上出现第一台训练仿真系统

（以19xx年美国空军飞机练习器-林克机

为代表）以来，经过了以机电解算装置为

主的仿真系统，以模拟计算机为主的仿真

系统，以数字计算机为主的仿真系统等几

个阶段，系统仿真技术得到逐步发展。特

别是近十几年来，随着计算机技术的发展，

系统仿真技术的发展也更加迅猛，而且在

军事领域中的应用也越来越广泛。

虚拟现实（Virtual Reality 简记VR）技术是近年来系统仿真领域研究的热点，并且在很多行业开始有了实际应用。在军事领域，美国最早将虚拟现实技术应用于作战仿真。其研究人员在虚拟现实技术构造的数字化地形、地貌和敌情数据库上进行作战仿真和武器装备性能的评估。由于虚拟现实技术在军事领域有着广泛的应用前景，因此，美国军方始终把虚拟现实技术的研究与应用列于《国防部关键技术计划》中，并将虚拟现实技术视为建设21世纪军队和培训21世纪人才以及发展新一代信息化战争武器装备的“革命性”手段。 目前，我军对作战仿真的研究日趋深人，但与先进的军事大国相比，仍存在不少差距。由于虚拟现实技术的出现极有可能为未来军事领域带来革命性的影响，因此我军应积极研究虚拟现实技术在作战仿真中的应用。本文以虚拟现实技术为基础，具体讨论虚拟作战仿真及其军事应用。

2. 虚拟现实技术简介

2.1 虚拟现实技术的内涵

虚拟现实技术是xx年代提出的一种

新兴技术，它是将计算机技术、自动控制

技术、系统工程方法、人工智能、仿真技

术、多媒体技术、信息融合技术、立体影

像技术、光电技术以及神经生物学、心理

学和行为科学等诸多科学技术成果融合一

体的崭新的人工合成的“虚拟环境”。

2.2虚拟现实技术的特征 虚拟现实技术创造的人机和谐仿真环境具有“沉浸-交互-构思”的基本特征。它利用并集成高性能的计算机系统和各类传感器，在多维信息空间创造一个使研究者处于具有身临其境的沉浸感，具有完善的交互作用能力，能帮助和启发构思的仿真信息环境。VR 的主要特征为： (1) 多媒体感知性 在虚拟现实系统中，用户将感觉不到身体所处的外部环境而“融合”到虚拟世界中去，即指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。 (2) 交互性 用户可以通过三维交互设备直接控制虚拟世界中的对象，并从虚拟环境中得到反馈信息。 (3）自主性 指虚拟现实系统中的物体可按各自的模型和规则自主运动，即指虚拟环境中物体依据客观规律动作的程度。 2.3 虚拟现实系统的分类

依据交互界面的不同，可将VR 系统分为下几种类型：

（1）世界之窗（Window on World

System -WOW ) ：

这种系统使用普通的计算机监视器来显示虚拟环境，用户通过键盘、鼠标来控制虚拟环境中的对象，如同通过窗户观察世界一样。

(2）视频映射（Video Mapping ) ：

该系统是“世界之窗”的分支，它使用视频输人设备将用户的身影与虚拟环境的图像合成在一起，用户通过监视器来观察自身与虚拟环境的交互。

(3)沉浸式系统（Immersive system ) ：

该系统完全将用户的视觉及感觉包容在虚拟环境内部，用户所看到、听到、碰到乃至闻到和尝到的都是虚拟环境中的物体。这是最理想的虚拟现实系统。它可采用头盔显示器提供视场和音效，或者采用多个投影显示器建造一个房间，用户置于其中。

(4）远程到场（Telepresence ) ：

该系统不同于完全由计算机生成虚拟环境的系统，它是真实环境的反映。这种技术是把真实环境中的远程传感器与操作者的感觉联系起来。比如用在异地带有摄像机的机器人处理危险情况等。

(5）混合现实（Mixed Reality ) ：

它是遥控系统和沉浸式系统的集成。该技术将计算机生成的图像与真实环境的图像合成在一起。比如医生在作脑外科手术时看到的可能是预先用CT 扫描获得的图像与实时超声波扫描图像的合成；战斗机驾驶员看到的地图与数据的合成图像等。

2.4 虚拟现实的关键技术

从技术上来看，VR 是现代科技的集大成者，它涉及到诸多技术领域，如图形图像处理、实时分布系统、数据库、立体环绕音响、跟踪定位装置等等。

在硬件上实现较理想的VR 系统需要有头盔显示器、数据手套／数据服、高性能计算机等。在软件上，VR 软件的基本组成包括输入处理、仿真引擎、声音处理、虚拟世界的渲染、触觉与反馈力的处理、其他知觉的处理、世界数据库等。其

中仿真引擎是VR 技术的核心内是VR 技术的核心内容 综上所述：虚拟现实的关键技术包括： （1）动态建模技术

其中虚拟环境的建立是VR 技术的核心内容，动态环境建模技术的目的是为了获取实际环境的真实三维数据，并根据应用的需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。

(2）三维图像快速生成技术

为了获得真实感，图像的刷新频率至少不低于15帧／s。，最好高于30帧／s。如何保证在不降低图像质量、复杂程度的前提下提高刷新频率是VR 技术研究的一个重要内容。

(3) 立体显示和传感器技术

立体显示和传感器技术的发展水平制约着VR 技术的发展。例如头盔式三维立体显示器，有分辨率低、延迟大、跟踪精度低、行动不便、眼易疲劳、视场不够宽等特点，因此有必要开发新的三维立体显示技术。 3. 虚拟作战仿真

目前虚拟现实技术已经在军事领域的作战仿真中得到广泛的应用，使军事训练相对于真实作战的逼真程度和使用效果产生本质上的飞跃。但是由于作战仿真系统自身的复杂性，虚拟作战仿真的全面应用与完善尚需进一步研究，具体研究方向如下：

(l）在作战仿真系统中引人虚拟化概念，如人工合成虚拟器、虚拟战场、虚拟战斗等等。仿真对象可以是现实的，也可以是超现实的。借助虚拟现实技术使用户逼近真实地沉浸在虚拟环境里，便于作战仿真应用的扩展。

( 2）综合运用分布式交互仿真和虚拟现实技术。由于现代战争对相对独立的分布式指挥的要求，及互联网技术的日臻成熟，为分布式交互仿真提供了广阔的开发前景。分布式交互仿真技术与虚拟现实技术使传统的作战仿真在内容上、组织形式上以及作战方法上均发生了根本性变革，

将更加适应作战仿真系统的复杂性，特别适合建设具有纵深层次、横向分布、交互使用的巨型实时分布式虚拟作战仿真系统。 (3）以虚拟现实技术改善“人机界面”，使人机交互向“虚拟现实”发展。实现直观分析和逼近真实训练一直是作战仿真中用户界面努力的目标。应用虚拟现实技术，实时生成允许有彼此可视的、多个交互局中人的“虚拟环境”，使用户能进人一个交替的、基于机器的环境，并实时地与数据结构和程序相互作用。

( 4）对硬件的要求：虚拟作战仿真系统的大规模准确环境的实时交互要求系统具有巨大的计算能力及直观显示系统的高逼真度，目前的大型图形工作站以及显示设备尚不完善，但是随着计算机技术的不断发展，硬件要求的满足不会太难。 ( 5）对软件的要求：虚拟仿真的系统软件开发工具，基于微机系统的已有不少实现了商品化，基于图形工作站系统的应用开发工具和软件开发平台也相继出台。引用与借鉴这些软件开发工具，开发出适合我军的虚拟作战仿真系统软件开发工具，制定统一的工程标准，才能使我军的虚拟作战仿真走上系统化、兼容性的发展道路。

( 6）对技术的要求：在现有硬件基础上进行的虚拟仿真，由于媒体数据的大量信息，数据压缩手段就成为制约虚拟现实技术的“瓶颈”问题。

4. 虚拟作战仿真的军事应用

4.1用于军事训练

虚拟作战仿真可以解决部队高质量的训练问题。它不但可以不动用实际装备而使受训人员具有身临其境之感；它可以任意设置战斗环境背景，对作战人员进行同一作战环境，同一作战预案的多次重复训练，还可进行不同作战环境，不同作战预案的训练，使作战人员迅速地积累丰富的作战经验，同时不担任何风险。

虚拟现实技术特别适合于解决多兵种

协同作战训练问题。它可使分布在不同地域的各兵种处于同一作战想定方案下，利用分布式仿真系统进行对抗演习，以利提高部队的作战能力。还可以解决武备操作人员的训练问题，将操作人员置于安全环境中多次重复训练，使操作人员具有了一定经验之后再进行实装操作，以达到缩短训练时间，节约训练费用的目的。 4.2 用于制定作战方案和进行战法研究 虚拟现实技术作为一种最新的人机交互技术，非常适用于作战模拟。由于虚拟现实技术可预先建立战场环境的三维图形、图形库，包括各种作战对象、作战场景、作战背景以及双方的人员情况，因而被训指挥员可方便、多次地进行作战方案和战法的制定及试验。在指挥员决策仿真训练方面，它可以帮助指挥员进行任务规划的训练，通过多方观察了解敌方形势，迅速进行决策，并掌握好在各阶段如何做出最佳决策。

在现代战争中，情况千变万化，大量的信息、数据实时汇聚到指挥员眼前，如果指挥员不及时掌握、处理，就会失去战机。因而虚拟作战系统可以帮助指挥员学会如何利用传感器融合技术处理后送来的各类数据和信息，制定作战方案和进行战法研究。

4.3 用于武器装备的研制与开发 在武器系统的研制与开发方面，虚拟现实技术可发挥多种作用。一方面可作为武器装备体系顶层设计的技术手段。虚拟现实系统可以对未来高技术局部战争的战场环境、武器装备的战术技术性能和战术使用等进行作战模型，因而可预先进行选择对提高武器装备体系效能贡献大、耗资少、技术可行性强的武器系统进行重点开发。另一方面，可避免武器装备在实际研制、生产和部署各阶段由于决策失误造成的资金浪费，缩短研制周期。

参考文献

（1）王保存，军用虚拟现实技术，1998 （2）曾建超 佑 ，虚拟现实技术及其发展战略，北京，中国电子学会，1995 （3）韦有双，虚拟现实与系统仿真，1999 （4）李锦萍，DCS仿真培训系统虚拟仿真策略的实现，电力学报，20xx ( 3 )

第二篇：叉车的防腐技术及其应用

叉车的防腐技术及其应用

在20世纪xx年代叉车防腐蚀技术在国内并未得到足够的重视。随着叉车市场不断扩大，叉车竞争日益激烈。应用创新的防腐蚀技术，不仅可提高叉车的外观质量，更重要的是还可提高叉车的内在质量，延长叉车的使用寿命，提高叉车档次，甚至可成为带动产品销售的一个增长点。

1 引起叉车腐蚀的主要因素

引起叉车腐蚀的主要因素有使用环境因素和其自身结构因素。

叉车可分为内燃叉车和蓄电池叉车。大部分内燃叉车应用于港口、码头和工矿场所，使用环境比较恶劣，尤其在港口和化工行业，受亚热带、湿热带、海洋性气候环境及工业废气、粉尘的综合作用，造成叉车零部件腐蚀损坏，腐蚀较严重；而蓄电池叉车大多应用于仓库等室内场所，环境变化小，环境因素引起的腐蚀相对较轻。

叉车内部产生的腐蚀环境如发动机产生的高温和含硫、氯离子等的燃烧废气，蓄电池产生的酸雾、漏液，工作中振动、冲击产生的应力，摩擦、碰撞引起的局部破损等也是引起叉车零部件腐蚀损坏的主要原因。

金属腐蚀的主要机理是原金属转化成金属氧化物，造成结构件或元件生锈、损坏甚至不能修复而报废。而油漆、橡胶、玻璃钢纤维等非金属材料老化，主要是受环境综合作用后，材料高分子结构发生裂解、降解、溶解等物理和化学变化，导致外观和性能下降。可见叉车本身的设计结构、应用的材料、工艺及防护措施直接决定了叉车的耐蚀能力。

2 国内叉车耐蚀性及防腐技术的应用状况

国内叉车的防护设计、应用的防腐技术和工艺水平相对偏低。大多数国内叉车油漆层的丰满度、平整度和光泽度及附着力偏低；镀层、转化膜的质量欠佳，尤其是重腐蚀环境(酸雾、高温等)中的零件耐蚀能力差。直接表现在使用一段时间后，出现锈渍，油漆层起泡、剥落、变色、失光，油箱清洁度降低，非金属件变形等。与国外或国内合资制造的品牌叉车相比，国产叉车的造型、使用的材料及工艺直接影响了产品的档次。

目前占居国内叉车市场较大份额、且技术上国内领先的是合力叉车和杭州叉车。这2个品牌的叉车外观质量近2年有明显提高，所采取的防腐技术和应用现状具有一定的代表性。根据其改进状况及实施效果，我们总结出：提高叉车的防腐性能需从结构设计、制造工艺的各个环节采取综合措施才能取得最好的效果。

2．1 从叉车结构设计上避免腐蚀

(1)在叉车整体布置上考虑防止腐蚀介质积聚。尽量避免封闭区域，或保持封闭系统通风和排水良好，如考虑内燃叉车整机的通风、散热。发动机产生的尾气尽量从配重的下部排放或通过净化、降温从配重上部向上排放。对于蓄电池叉车如前移式叉车，可开设通风窗，以保持电动机散热和通风，蓄电池箱底开设漏液孔和安装积液器。

(2)在外形设计上注意防护、避免积存水汽和尘土。国外先进叉车非常注重造型设计，如Linde、HYSTER、TOYOTA、JUNGHEINRICH等品牌叉车，造型流畅，既体现美感和功能设计，又不易积水和积垢，十分值得借鉴。

(3)注意外露件的保护。电器件与接头布置在内侧，或加防护罩壳。整车外露易腐蚀和易进水的部位设防尘罩。例如，倾斜液压缸、转向液压缸活塞杆外露

段设防尘套；车身上多处外露工艺孔或功能孔设防水塞。

(4)零部件设计时考虑其均匀腐蚀，选择一种或几种组合防腐方式。叉车常用的防护方式有涂层、电镀、转化膜和涂防锈油、脂等。不同的工艺，具有不同的耐腐蚀性能。例如杭州H系列叉车，以前许多销、轴、螺栓、支架表面为发黑处理，液压缸缸盖等诸多外露加工面不进行处理，使得叉车还未出厂就已锈蚀。通过完善表面处理要求，提高零件设计的合理性，以及有效规范表面处理工艺，促进了产品外观质量和耐蚀性的提高。

采用涂层防腐，需明确油漆涂层的特性和质量指标。例如，车身结构件涂层强调装饰性和耐蚀性；前后桥等的涂层强调保护性；蓄电池箱的涂层强调耐酸性；排气管等的涂层强调耐热性等。采用金属镀层，须按照GB／T13911—1992《金属镀覆和化学处理表示方法》进行表示。螺纹紧固件参照GB5267—1985《螺纹紧固件电镀层》标准确定镀层要求。一般采用7～10μm的镀锌层，就能获得较好的防护作用。对在重蚀环境下的零件，采用20～25μm的镀锌层。注意金属镀层的后处理及后处理的颜色，以免造成颜色混杂，影响整机外观。

(5)注意避免缝隙腐蚀、电化学腐蚀、应力腐蚀开裂。对不可避免的缝隙结构如发动机罩拼焊缝隙用密封胶封闭。异金属连接应尽量选取电位接近的金属，或采取绝缘措施避免电化学腐蚀。

(6)零件的结构要便于防护工艺的实施，必要时开设工艺孔。例如，油箱上开孔的位置要有利于喷枪嘴覆盖全部表面进行喷丸处理。对化学前处理的工件如护顶架要开设工艺孔，防止积液。

(7)考虑选用性能优良的耐腐蚀材料，如镀锌板、彩卷板、复合材料和工程塑料等。玻璃钢具有工艺性好、比强度高、成本低的特点，配合隔热垫可以达到一定的隔热和降低噪声的效果，已应用于叉车发动机罩、蓄电池箱盖和普通护罩等。目前应用的玻璃钢零件普遍是以不饱和聚脂树脂和无碱玻璃纤维为主要原材料，配合钢板加强筋叠压制作而成，可获得良好的外观质量，无焊接造成的焊棱和油漆难以掩饰的点焊疤痕，但耐久性差，易老化，适合试制和小批量产品。对批量大的罩壳类定型零件，选用工程塑料(如ABS工程塑料)取代玻璃钢，可获得更好的装饰性和耐久性。发动机罩受环境影响较大，采用薄钢板或镀锌板配合涂层防护更为合理。叉车将更多地借鉴汽车业新材料的应用。

2．2 应用投入少、见效快的防腐新工艺和新材料

(1)改进涂装生产工艺，提高叉车外观质量和耐蚀性

国产叉车的涂装普遍采用可低温烘干的白干型油漆，目前所用面漆正由低固体分溶剂型向高固体分溶剂型及粉末涂料过渡，由丙烯酸工程磁漆过渡到装饰性强、耐蚀性好的聚氨脂或丙烯酸聚氨脂磁漆；底漆和中间层的材料良莠不齐，有些仍在使用醇酸底漆和过氯乙烯铁红底漆及过氯乙烯腻子、二道漆等，而有些已在使用耐蚀性较好的磷化底漆及铁红环氧酯底漆、不饱和聚脂腻子(原子灰)。因大批量生产的需要，叉车涂装已由地摊式改为流水线生产，将装配、调试后再整机面漆的生产工序改为分部油漆，即零部件完整油漆后再装配、调试、精整入库；配置进口的空气辅助式喷枪和高压无气喷枪取代普通的空气喷枪进行喷涂，提高油漆材料的利用率和涂装效率；将漆膜自然干燥改为烘干，提高油漆的附着力和硬度，加快了生产速度。既满足大批量生产的需要，又避免了整机油漆所造成的车身内污染、漆膜不全、附着力和硬度低等弊病。由于油漆原材料的关系，国内与国外同类油漆产品在质量上存在很大差异，杭州叉车厂采用了国际著名品牌漆，其油漆层的丰满度和光泽度明显优于使用国内同类漆的产品。

(2)改进前处理工艺，提高耐蚀性及涂层的附着力

国内叉车零件的前处理主要是喷丸处理和化学前处理。

目前喷丸处理主要应用于厚板结构件和铸件，如内外门架、车架、配重、液压缸等。其以除锈、除氧化皮为主要目的，材质的表面并没有形成保护膜，零件的耐蚀性取决于表面涂层。喷丸处理后的工件需尽快油漆。就车架而言，其结构有特殊性：内设工作油箱和燃油箱(电瓶叉车仅有工作油箱)。油箱的清洁度问题一直是质量控制的重点。采用喷丸处理，油箱的内表面边角、角落易粘细丸、灰尘，用吸尘器和手工擦拭的方法虽有一定效果，但材质表面仍易返锈，在叉车使用过程中对油的清洁度有很大影响。国外叉车如NISSAN叉车车架焊前板材经过预处理，涂装前处理主要采用化学前处理。

化学前处理主要应用于氧化皮较少的薄板结构件，如发动机罩、仪表架等。薄板零件采用喷丸处理易造成变形；简单的酸洗—水洗—中和—水洗—烘干—(涂装)工艺，涂层并不能得到良好的附着力，且易返锈。目前主要应用较成熟的中温磷化技术：脱脂除油—除锈—水洗—中温磷化—水洗—中温钝化—烘干—(涂装)。经磷化和钝化后处理的零件，表面形成的磷化膜在大气中有较好的耐蚀性，能有效提高涂层的附着力。由于磷化工艺控制相对喷丸处理复杂得多，因此，与专业的前处理或涂装厂协作生产是一个见效快的好办法。杭州叉车的部分薄板结构件就采用了中温磷化前处理和粉末涂装—喷塑工艺。

3 叉车应用防腐技术的发展方向

(1)应用阴极电泳底漆，提高叉车结构件的防腐能力

在目前的各种油漆施工工艺中，阴极电泳底漆防腐能力最强，这一点在瑞典腐蚀研究所所做的调查中得到证明。阴极电泳涂装生产可实现全自动化，施工安全、效率高；以水为溶剂，可做到无排放和几乎无污染；漆膜均匀并具有优良的抗蚀性，在磷化处理后电泳，耐盐雾能力可达到800-1200h；漆膜结合力与韧性及硬度指标皆具有优势，此项防腐技术已经在汽车、轻工产品上得到广泛应用并日益成熟。虽然目前在国内叉车行业尚无采用此生产工艺的介绍，但其在国外叉车上早已得到应用，例如NISSAN叉车的发动机罩、护顶架、仪表架等薄板件和轮辋、电瓶支架等小结构件。在国内叉车产品上应用只需对现有工艺进行完善：基材前处理(包括磷化)—清洗—去离子洗—阴极电泳底漆—去离子水洗—清洗—固化—(面漆涂装)，在现有的磷化前处理生产线上增设电泳涂装设备就能实现，或利用专业协作厂的电泳涂装线。阴极电泳漆目前较多采用丙烯酸树脂、环氧树脂和聚氨脂等，与目前叉车所用面漆(丙烯酸或聚氨脂磁漆)具有良好的配套性，组织生产简单。

(2)应用达克罗技术，提高重蚀环境中叉车零件的耐蚀性

达克罗即片状锌基铬酸盐防护涂层，亦称锌铬膜，是当今国际表面处理的高新技术。经达克罗处理的金属制品性能优异：耐蚀性高，一般涂层厚6-8μm就可保证在盐雾试验中480～1 000h不出红锈，是电镀锌的5-7倍；高耐热性(可耐热至300℃)，表面被膜即使长时间置于高温条件下也不会被腐蚀，而电镀锌法(有色铬酸盐处理)，在100℃左右，表面的铬酸盐被膜就开始变化，抗腐蚀性急剧下降；无氢脆性，适用于高强度受力件。在汽车、摩托车配件、电力、海洋工程等方面已开始大量使用，并获得了极高的评价。国内叉车尚未应用该技术，但从NISSAN叉车的图纸上可以看到其动力系统的一些零件如发动机联接螺栓、油管环箍等，已采用了锌铬膜防护。随着国内达克罗技术的发展，生产成本的降低，相信国内叉车亦有可能对重蚀环境(高温、高腐蚀性环境)中的零件应用锌铬

膜防护。

4 结束语

提高叉车的耐蚀性和外观质量，着重是提高设计的合理性及应用先进的防腐工艺和材料。这些综合措施同样适用于其他类型的工程车辆和仓储运输车辆。