序論：好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇仿真技術(shù)論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

2仿真技術(shù)的局限性

2.1仿真技術(shù)能夠制作高精度仿真圖，但是它耗時長，結(jié)果固定，無法即時溝通

同樣以環(huán)境藝術(shù)設(shè)計教學來講，利用計算機仿真手段制作的效果圖可以更加逼真細膩準確，但是它耗時很長，無法做到即時交流，能夠反映的空間內(nèi)容也很有限，角度固定，無法反映出全方位的內(nèi)容和所有細節(jié)，也不能跟業(yè)主產(chǎn)生互動。但是手繪的表達方式卻可以，對業(yè)主提出的問題，可以當場快速地表現(xiàn)出它的形狀、結(jié)構(gòu)和大概的比例關(guān)系和效果，達到即時溝通的目的。那我們就可以在時間允許的前提下，挑選幾個主要的空間進行計算機效果圖的精細刻畫，而其他沒有涉及到的地方或者業(yè)主臨時提出的一些疑問，則通過手繪的方式進行解釋和溝通。

2.2仿真技術(shù)有時需要大量的時間、金錢投入，產(chǎn)生的效果卻未必是最好的

例如，環(huán)藝專業(yè)中現(xiàn)場施工技術(shù)部分，學生只需要了解其過程和要點，能夠判斷其對錯好壞，便于將來把關(guān)即可，并不需要親自進行操作。那么，采用直接播放施工現(xiàn)場錄像的方式來進行教學，不僅更加直觀，對教學效果沒有不利影響，而且在時間和經(jīng)濟成本上來說也是最有利的，那就沒有必要非得去開發(fā)仿真系統(tǒng)幫助學生來掌握這方面的知識。所以，選擇這種教學手段時要考慮到時間和經(jīng)濟投入的大小，系統(tǒng)的延展性如何，以及是否有更簡便的方法同樣可以實現(xiàn)教學目的等問題?？偨Y(jié)得出仿真技術(shù)主要在哪些地方應(yīng)用其優(yōu)勢才能最大化地顯示出來，而其他方面并不一定合適。

3仿真技術(shù)是教學手段而不是目的

教學目的決定教學手段。我們應(yīng)該以能否更好地實現(xiàn)教學目的為根本出發(fā)點，合理選擇適當?shù)慕虒W手段，不應(yīng)該處處強調(diào)新技術(shù)的應(yīng)用。就仿真技術(shù)來說，每個專業(yè)都有眾多的知識環(huán)節(jié)和技能環(huán)節(jié)，他們在專業(yè)中的重要性和需要學生掌握的程度是不一樣的，有些知識很重要，但主要是靠腦部思考來領(lǐng)悟和理解，不需要仿真技術(shù)；有些知識或者技能，需要學生了解但沒必要掌握，如果有更好的教學手段達到目的，也沒必要非要用仿真技術(shù)來實現(xiàn)。對于專業(yè)核心技能中，需要學生熟練掌握其操作，真正的現(xiàn)場實操難以實現(xiàn)，或者實操成本過高，或者實操過程危險性較高，應(yīng)用仿真技術(shù)又確實可以逼真模擬其場景和操作過程與要領(lǐng)時，應(yīng)用仿真技術(shù)才是最好的選擇。例如，計算機仿真效果圖可以讓業(yè)主直觀地看到設(shè)計結(jié)果，效果滿意了再進行設(shè)計制圖與施工，避免了時間、人力和資源上的浪費。但是，如若不然，就不應(yīng)該勉強。

4在教育中應(yīng)用仿真技術(shù)需要注意的一些事項和應(yīng)該避免的誤區(qū)

4.1教師是應(yīng)用者，不是系統(tǒng)開發(fā)者，不要把每位教師都變成軟件開發(fā)人員

我們使用一個工具的時候，只需要明白這個工具如何使用就可以了，沒必要還得知道它是如何生產(chǎn)出來的。仿真技術(shù)的應(yīng)用也是如此。

4.2要衡量教學投入和教學效果

之間的績效關(guān)系，避免高投入而低效果沒必要仿真的非要仿真，同樣可以實現(xiàn)教學目的、比仿真技術(shù)更好的教學手段的非要用仿真技術(shù)，或難以仿真的地方也很牽強的要用仿真技術(shù)虛擬一下。

篇（2）

自20世紀80年代末至今，我國的仿真技術(shù)獲得了極大的發(fā)展。在電力系統(tǒng)中，應(yīng)用較多的培訓仿真系統(tǒng)有電廠仿真、電網(wǎng)運行工況仿真和變電所仿真。一般說來，凡是需要有一個或一組熟練人員進行操作、控制、管理與決策的實際系統(tǒng)，都需要對這些人員進行培訓、教育與培養(yǎng)。早期的培訓大都是經(jīng)過理論講解和現(xiàn)場實習，通過實際操作經(jīng)驗的積累來完成的，這種培訓方式因是在實際運行的系統(tǒng)上進行操作，不僅培訓成本高、培訓時間長，而且有些故障只能在實際發(fā)生時才能得到實際操作的機會，致使一部分知識只有感性認識，得不到實際操作的鍛煉。隨著系統(tǒng)規(guī)模的加大、復(fù)雜程度的提高，特別是造價日益昂貴，訓練時因操作不當引起的破壞而帶來的損失大大增加，因此，提高系統(tǒng)運行安全性、可靠性事關(guān)重大。為解決這些問題，出現(xiàn)了培訓仿真系統(tǒng)，模擬實際系統(tǒng)的工作狀況和運行環(huán)境，以避免運用實際系統(tǒng)時可能帶來的危險性及高昂的代價。

變電所培訓仿真系統(tǒng)集仿真技術(shù)、圖形圖象技術(shù)、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)于一體，依據(jù)變電所電力設(shè)備實物、一次設(shè)備和二次設(shè)備接線圖進行設(shè)計，如主控室、控制屏、保護屏及設(shè)備連接狀況，可在模擬設(shè)備和二次接線圖上進行相應(yīng)操作，采用鼠標點擊的操作方式，簡單、直觀、易學(見圖1)。這種方式使變電運行人員的培訓手段大大更新，提高了培訓效率，縮短了培訓周期。也進一步提高了運行人員的正確判斷和處理事故的能力，防止事故擴大化和縮短事故處理時間，從而確保電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟運行。

圖1

1變電所仿真的現(xiàn)狀

目前，我國農(nóng)網(wǎng)中(110kV、35kV)變電所培訓仿真系統(tǒng)主要有孤立變電所型變電培訓仿真系統(tǒng)和考慮簡單電網(wǎng)的變電培訓仿真系統(tǒng)。前一種類型的變電培訓仿真系統(tǒng)配置簡單，造價相對較低；后一種不僅仿真了變電所的運行狀況，而且考慮到電網(wǎng)和變電所之間的相互影響，該類型的變電培訓仿真系統(tǒng)在功能上比孤立變電所型的仿真系統(tǒng)要強。此外，還有將無人值班變電所仿真、集控中心仿真、變電所運行管理系統(tǒng)結(jié)合于一體的110kV/35kV集控站培訓仿真系統(tǒng)?？紤]到仿真原理的相同性和孤立變電所型變電培訓仿真系統(tǒng)較為簡單，能夠在單機上獨立運行的特點，以下只對該系統(tǒng)進行簡要介紹。

2硬件配置的基本要求

微機一臺：主頻PENTIUM200；32M內(nèi)存；3.2G硬盤；16倍光驅(qū)；顯示卡、聲卡、音箱等。

3軟件配置的基本要求

(1)中文視窗Windows95以上版本；

(2)多媒體仿真培訓軟件。

4主要功能

(1)正常操作訓練：斷路器操作、隔離開關(guān)操作、壓板操作、保護投停、電壓互感器的切換，電容器的投停等；

(2)故障演習訓練：

斷路器故障：拒動、誤動、偷跳；

隔離開關(guān)故障：帶負荷拉合隔離開關(guān)、帶電合接地隔離開關(guān)；

變壓器故障：包括相間短路、接地短路、匝間短路、變壓器過負荷、變壓器油溫過高；

母線故障：母線短路、母線接地；

線路故障：近區(qū)短路、接地、斷線等；

此外，還有電容器故障、繼電保護故障以及其它故障等。

培訓者可對設(shè)定操作任務(wù)或故障，依據(jù)系統(tǒng)標準操作票進行操作，系統(tǒng)也可在出現(xiàn)故障時，給予提示并指出錯誤要點。

(3)操作票生成與培訓系統(tǒng)：可對線路、主變壓器、母線、電容器等設(shè)備開操作票；可對學員的操作以操作票的形式記錄；可對學員的操作票和標準操作票進行比較；

(4)理論知識的培訓：可提供設(shè)備的圖片和產(chǎn)品介紹；可進行二次回路圖紙講解：包括中央信號回路、電力變壓器保護、電容器組保護、輸電線路保護、低周減載裝置等；還可進行運行規(guī)程問答、典型故障處理、經(jīng)驗介紹以及提供考試題庫。

(5)系統(tǒng)維護功能：系統(tǒng)可根據(jù)110kV變電所的主接線方式(如：單母線接線方式、內(nèi)橋接線方式、單元接線方式)和正常運行方式的差異及實際變電所的工作情況進行選擇和修改，可對考試題目進行增加或修改，還可對二次接線圖上的線路名稱和隔離開關(guān)、斷路器號進行更改，使其更加接近變電所的實際運行情況。

操作實例：

倒閘操作是變電所正常運行和檢修中都涉及的操作，具有重要的作用，其操作過程如下：

①運行仿真軟件，進行操作人員登陸。

②進行功能選擇，進入倒閘操作模塊，進行題目分類選擇。如選擇"10kV倒閘操作題目"后，屏幕上會出現(xiàn)一系列10kV倒閘操作題目的分項內(nèi)容，用鼠標按鈕進行選擇，選擇"紡織線002斷路器停電，紡織線線路檢修"(見圖2)。選擇題目后，可進行標準操作票預(yù)覽，以便操作人員了解操作步驟后進行正確操作?？蓡螕粢c按鈕，查看提示注意事項。操作練習既可在線路圖上進行，也可在模擬圖上進行。

圖2

③依次拉開紡織線002斷路器，拉開002-3隔離開關(guān)，拉開002-1隔離開關(guān)，在002-3隔離開關(guān)線路側(cè)掛接地線(見圖3)。遇到困難時，可查閱標準操作票和操作要點提示。操作完畢后，調(diào)出操作記錄與標準操作票進行比較，如果在操作過程中發(fā)生誤操作，系統(tǒng)會出現(xiàn)報警。

圖3

④選擇操作題目后，也可進入考試狀態(tài)。在此狀態(tài)下，系統(tǒng)不提供標準操作票和操作要點提示，考試時間到，系統(tǒng)不再進行操作記錄。

5結(jié)束語

目前，110/35kV變電培訓仿真系統(tǒng)在一些變電所已經(jīng)得到應(yīng)用，并取得實效。歸納起來，變電培訓仿真系統(tǒng)具有如下的特點：

(1)計算機仿真程度高。仿真畫面完全按照變電所的電力設(shè)備實物進行繪制，形象逼真。操作人員在模擬圖或二次接線圖上用鼠標點擊元器件，即可激發(fā)元器件動作，元器件動作后仿真變電所同實際變電所情況一致。

(2)培訓功能完善。不但可對變電所的正常和異常事故進行仿真，而且可提供完善的二次圖講解。對變電所的繼電保護裝置從動作原理到動作過程進行分步講解，突出顯示動作斷路器和響應(yīng)元器件，動畫模仿電流軌跡。

篇（3）

在進行立銑加工時，最基本的任務(wù)是切除刀具切削刃包絡(luò)面通過部分的被加工材料，使保留下來的部分成為已加工面。完成這類加工所用的軟件應(yīng)包括如下內(nèi)容：刀具、刀具夾頭、工件、夾具等的協(xié)調(diào)，機床主軸的構(gòu)成及其可工作的范圍，能真實地仿真機床和刀具的動作等。特別是近幾年來，由于五坐標切削加工的不斷增加，在實際加工前應(yīng)進行NC仿真的重要性日益突出。這類NC仿真軟件中，有不少軟件具有極為優(yōu)異的性能，如可從金屬切除體積計算出加工效率；根據(jù)金屬切除體積來判斷切削加工是否產(chǎn)生過載；如果負荷固定，由于進給速度過高而產(chǎn)生過載，仿真軟件可調(diào)整進給速度，防止過載產(chǎn)生，并可縮短切削加工時間等。

切削加工仿真技術(shù)的另一發(fā)展動向是研究解析切削加工過程中的物理現(xiàn)象，如被加工材料因塑性變形而產(chǎn)生熱量，被切除材料不斷擦過刀具前刀面形成刀屑后被排出，以及由刀具切削刃切除不需要的材料而在工件上形成已加工面等，并將這一系列切削過程通過計算機模擬出來，目前能達到這種理想目標的產(chǎn)品還為數(shù)不多。Thirdwavesystems公司的“advantedge”是采用有限元法對切削加工進行特殊優(yōu)化解析的軟件產(chǎn)品，與用于構(gòu)造解析的有限元法程序包比較，其最大優(yōu)點是用戶界面優(yōu)良，機械加工的技術(shù)人員能方便地進行解析。美國scientificformingtechnologies公司的“deform”是鍛造等塑性變形加工用有限元法解析程序包，最近已被轉(zhuǎn)用于切削加工。

切削過程是切屑、被加工材料的彈性變形和塑性變形的變形過程，與沖壓、鍛造等塑性變形比較，變形速度（單位時間產(chǎn)生的變形量）非常大，由此產(chǎn)生的塑性變形能量和前刀面上由摩擦產(chǎn)生的能量將引起發(fā)熱，從而使溫度大幅度升高，刀尖在連續(xù)而狹小的范圍使被加工材料破壞、分離成切屑和已加工面等，這是切削過程的顯著特征。而這些現(xiàn)象彼此間存在復(fù)雜的相互影響。

如果用有限元解析方式，需輸入下列內(nèi)容：被加工材料特性及摩擦狀態(tài)等物理特性；切削條件及刀具形狀等邊界條件。通過有限元解析剛性方程，可輸出切削力、剪切角、切削溫度等帶有切屑生成狀態(tài)特征的量化參數(shù)，在此過程中，無需建立數(shù)學模型或提出假設(shè)。根據(jù)有限元解析的結(jié)果，還易于將切屑生成過程、應(yīng)力、變形等物理量實現(xiàn)可視化。

要獲得高精度解析結(jié)果，最為重要的輸入內(nèi)容是反映被加工材料應(yīng)力——變形關(guān)系的材料特性，而材料特性的獲取是極為費力的工作。今后，隨著計算機功率的增大，這種切削過程的物理仿真技術(shù)將會逐漸普及。能否迅速普及的關(guān)鍵在于能否及時向用戶提供所需的被加工材料的材料特性。

按需開發(fā)切削加工仿真技術(shù)軟件

目前，許多科技人員正在進行生產(chǎn)工程中最基礎(chǔ)的切削加工技術(shù)的研究，其中多數(shù)研究的目的是在弄清楚加工現(xiàn)象的同時，對加工過程進行預(yù)測。如果這些研究內(nèi)容實現(xiàn)了系統(tǒng)的計算機軟件化，就意味著能形成一個切削仿真技術(shù)軟件。如東京農(nóng)工大學機械學院的實驗室就正在進行幾種預(yù)測性的有關(guān)切削加工仿真技術(shù)軟件的研究。工藝流程和實用仿真采用了橫向和縱向相匹配的研究體系，橫向與產(chǎn)品設(shè)計到加工工序相對應(yīng)；在縱向上越往上，實用性越好，往下則不僅是實用性，還包括加工現(xiàn)象的解析和實現(xiàn)可視化。

1．刀具信息數(shù)據(jù)庫和解析仿真技術(shù)并用的切削條件選擇系統(tǒng)

在實際的切削過程中，不應(yīng)照搬工具廠提供的推薦切削條件，而應(yīng)根據(jù)機床、工具系統(tǒng)、工件裝卡等具體情況，反復(fù)進行試切削來修正切削條件。同時還應(yīng)將過去加工中積累的行之有效的參考數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫，在有效利用這些數(shù)據(jù)的同時，借助解析方法使切削條件達到最佳化；對于沒有參考數(shù)據(jù)的新的切削加工，則應(yīng)開發(fā)與此相關(guān)的切削條件選擇系統(tǒng)。該系統(tǒng)中把振動、加工精度、刀具升溫、刀具壽命、殘余應(yīng)力等設(shè)定為解析內(nèi)容，在解析的基礎(chǔ)上，就能選擇出最佳的刀具和調(diào)整切削條件。

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)大致分為三個部分：刀具信息數(shù)據(jù)、工具系統(tǒng)組成、切削條件。在切削條件中可積累有效的切削加工技術(shù)參數(shù)。

本文擬用圖例表示平頭立銑刀加工的最佳銑削效率和最佳化側(cè)面的形狀誤差。根據(jù)數(shù)據(jù)庫選擇所需刀具和刀夾，預(yù)測由立銑刀和刀夾的彎曲度及卡頭和主軸錐度結(jié)合部分的旋轉(zhuǎn)變化所導致的加工誤差。切削力的預(yù)測采用刀尖處的切削力乘以比切削抗力的模式。這是一種最簡便的的方法，但卻得到了切削力波形與實測值一致的良好結(jié)果。計算出每一瞬間由切削力引起的刀具撓曲量，將其和形成已加工面的切削刃位置的位移相連就能得到已加工面的形狀。與大規(guī)模有限元法的計算比較，計算時間是非常少的，輸入刀具信息和切削條件信息，就能容易地仿真加工誤差。

盡管數(shù)據(jù)庫里已具有確實適應(yīng)的切削加工條件，人們?nèi)韵ＭM一步減少加工誤差，提高加工效率。實例表明，用這種仿真和實現(xiàn)最佳化方式來修正切削條件是完全可能的。

2．立銑刀加工時的刀具溫度

近年來，高速銑削已很普遍，由經(jīng)驗得知，它適用于小切深、大進給的銑削條件，而把握最佳條件卻相當困難。銑削加工與車削加工不同，前者屬于斷續(xù)切削，在加工過程中，刀具升溫和冷卻高速地反復(fù)進行。由于熱傳導給刀具－切屑接觸部分是斷續(xù)進行的，必須根據(jù)這一特征來解析刀具溫度的變化。熱傳導量對預(yù)測精度影響很大，但不需要對切屑生成狀態(tài)的變形和熱解析相聯(lián)系進行大規(guī)模計算，因此可快速獲得解析結(jié)果。切削速度、切深、進給的組合將影響最高溫度，當加工效率一定時，提高進給速度，刀具溫度就會降低，溫度降低往往會使進給速度的提高達到極限，而提高進給速度，加工表面就會變得粗糙。因此，如果能很好地平衡粗糙度和溫度的關(guān)系，就能夠選擇到兩者相互平衡的切削條件。

3．用有限元法進行切削過程的物理仿真

篇（4）

2救生艙氧氣系統(tǒng)數(shù)學模型

為了估測救生艙氧氣系統(tǒng)的性能，首先需得到救生艙氧氣系統(tǒng)壓力P、氣體溫度T和氧氣系統(tǒng)參數(shù)的時間差t。依據(jù)氧氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)該中含有一個壓力傳感器，可通過瓶體氧氣壓力進行讀數(shù)。由于該系統(tǒng)不含溫度傳感器，因此對正常氣密性下的某飛機1個月的108個數(shù)據(jù)點進行采集，完成對上述數(shù)據(jù)點氧氣壓力值、外界環(huán)境溫度以及駕駛艙內(nèi)溫度的偏相關(guān)分析，從而得到瓶體內(nèi)氣體的溫度。偏相關(guān)性分析通常應(yīng)用于各種相關(guān)的變量中，清除其中的變量干擾后，得到兩兩變量之間的簡單相關(guān)關(guān)系。采用偏相關(guān)來分析消除氧氣系統(tǒng)本身的滲漏率干擾后，外界環(huán)境溫度與駕駛艙溫度對氣瓶壓力的相關(guān)性。通過偏相關(guān)對其進行研究可知，駕駛艙內(nèi)溫度、外界環(huán)境溫度以及氧氣系統(tǒng)壓力參數(shù)和氧氣壓力的相關(guān)性。氧氣壓力值主要受外界溫度以及駕駛艙溫度的影響，并且受外界環(huán)境溫度的影響更大一些?；趤碜钥湛偷馁Y料，可將瓶體內(nèi)氣體溫度擬合公式描述成T=(TAT+Tc)/2，其中TAT表示外界溫度、Tc表示駕駛艙溫度。在通過點與點相比得到壓差的過程中，為了使點和點在同一標準下完成比較，通過理想氣體方程P1/T1=P2/T2，將壓力轉(zhuǎn)變成相同環(huán)境溫度下的壓力PS，各點的壓力值均具有可比性，從而可得航段滲漏率PL=PS/t=(PS1－PS2)/(t2－t1)，其中t1表示飛機著陸時間，t2表示為飛機起航時間。上述理想氣體方程還可應(yīng)用于任一溫度下機組氧氣系統(tǒng)壓力的預(yù)測，從而降低了由于冬季航行前后溫差較大而引起的需頻繁更換氧氣瓶的工作量，提高了工作效率。因為飛行航段時間間隔較短，系統(tǒng)壓力值波動不大，易受到外界溫度擬合精度以及壓力傳感器探測精度的干擾，造成最終得到的壓力值變化很大。通過比較兩個間隔超過24小時的點的壓力值來解決上述問題，假設(shè)間隔24小時的滲漏率用PL24表示，為了清除采樣過程中數(shù)據(jù)壞點的干擾，需完成對其的3天滾動平均，最終即可得到能夠體現(xiàn)系統(tǒng)性能特性的24小時3天滾動平均滲漏率ΔPLavg24。ΔPLavg24=∑I=nI=1(PL24－1+…+PL24－n)/n(1)其中，n表示3天中點的總量。經(jīng)以上處理后可基本得到研究機組氧氣性能的有關(guān)數(shù)據(jù)。而對氧氣系統(tǒng)效果的分析，和對氧氣使用時間的估計則可采用一元線性回歸法，其方法僅分析一個自變和一個因變量之間的統(tǒng)計關(guān)系。主要通過其分析標態(tài)氧氣壓力值PS和氣瓶安裝時間To的統(tǒng)計關(guān)系。假設(shè)PS和To的關(guān)系滿足式(2):PS=U1+U2*To+_(2)其中，PS表示被解釋變量，To表示解釋變量，U1、U2表示待估計參數(shù)，_表示隨機干擾項，其主要體現(xiàn)了PS被To解釋的不確定性。通過普通最小二乘法對一元線性回歸進行求解，具體的求解公式如下:Toavg=∑nI=1(To1+…+Ton)/n(3)PSavg=∑nI=1(PS1+…+PSn)/n(4)其中，Toavg表示解釋變量均值，PSavg表示被解釋變量均值。U2=∑［(To－Tovag)*(PS－PSavg)］/∑(To－Toavg)2(5)U1=PSavg－U2Tovag(6)氧氣系統(tǒng)固有的氣密性能隨U2的降低而降低。U1值主要和各時間段有關(guān)，對性能分析不產(chǎn)生任何影響。該方法可完成氧氣系統(tǒng)性能的機隊排序，但是不能識別單機的性能惡化，僅可實現(xiàn)對未更換氧氣瓶以及充氧數(shù)據(jù)的監(jiān)控。而對于時間段較長的機組氧氣性能改變的監(jiān)測只能采用相互獨立樣本T檢驗的方法來完成，該方法能夠分析短期機組氧氣性能惡化的狀態(tài)。該方法先采集前后兩個時間段的PLavg24數(shù)據(jù)樣本，通過比較上述兩組數(shù)據(jù)的變化程度對機組氧氣系統(tǒng)出現(xiàn)惡化的時間段以及惡化程度進行判斷，該種方法不能完成整個機隊的氧氣系統(tǒng)性能排序。具體公式如下F=S21/S22(7)其中，S21表示上一時間段n項數(shù)據(jù)PLavg24的方差，S22表示下一時間段m項數(shù)據(jù)的方差，式(7F(n－1，m－1)分布，可采用差找F分布的方法得到F值，依據(jù)F對兩組數(shù)據(jù)的差異性進行判斷，若檢測出兩組數(shù)據(jù)相似概率低于2．5%，則可判斷這兩組數(shù)據(jù)有顯著差異，從而基于兩組數(shù)據(jù)的均值對氧氣系統(tǒng)滲漏率的改便程度進行判斷。

3自抗擾控制器氧氣系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化數(shù)學模型

遺傳算法是一種依據(jù)生物遺傳以及進化機制的適用于復(fù)雜系統(tǒng)改進的自適應(yīng)概率改進算法。其模擬自然及遺傳時產(chǎn)生的選擇、交叉及變異等現(xiàn)象，從一個初始種群開始，在經(jīng)過隨機選擇、交叉及變異處理后，得到一群更適應(yīng)環(huán)境的個體，通過這樣不停的進行繁衍進化，最終可獲取到一群最適合環(huán)境的個體，從而得到失事飛機救生艙氧氣系統(tǒng)控制問題的最優(yōu)解。

3．1考慮控制約束的自抗擾控制器參數(shù)優(yōu)化設(shè)計目標函數(shù)的建立評價失事飛機救生艙氧氣系統(tǒng)性能的過程中，一般情況下會采用一個以失事飛機救生艙氧氣系統(tǒng)瞬時誤差e(t)為泛函的積分為目標函數(shù)，通過時間乘絕對誤差積分準則(ITAE)對系統(tǒng)的動態(tài)性能進行評價，以時間乘與誤差成績絕對值的積分為性能指標，用式(8)描述JITAE=∫#0t|e(t)|dt(8)如果只考慮失事飛機救生艙氧氣系統(tǒng)的動態(tài)特性，則給定的參數(shù)通常會造成氧氣控制過大，不能實現(xiàn)預(yù)期的控制效果。由于氧氣控制能量有限，所以將umax與umin作為一項重要的指標進行加權(quán)，則有Ju=umax－umin×∫#0|u(t)|dt(9)通過氧氣控制能量受限以及氧氣濃度誤差泛函評價標準，采用權(quán)重系數(shù)法獲取一個失事飛機救生艙氧氣系統(tǒng)性能的評價指標，用式(10)描述J=Je+Ju=∫#0t|e(t)|dt+wk|umax－umin|×∫#0|u(t)|dt(10)通過上述過程可以得到目標函數(shù)的最優(yōu)極小值，需要將其轉(zhuǎn)化成極大值問題，因為J＞0，故取g=1=J。遺傳算法是一種自由選擇的算法，在進行迭代時一定會出現(xiàn)很多不可行染色體，為了使算法能夠高效的識別同時越過不可行染色體，需使系統(tǒng)的輸出誤差不超過給定范圍。對于不可行染色體，通過懲罰策略賦予其一個很小的懲罰值，融入懲罰策略的遺傳算法適應(yīng)度函數(shù)可描述成:maxf=1/Ju＜Umax，u＞Umin，|e|＜EPuUmax，u"Umin，|e|{E(11)其中，Umax與Umin分別表示氧氣濃度控制量的懲罰上限及下限，符合UmaxUsatmax，UminUsatmin，其中Usatmax與Usatmin分別表示氧氣濃度飽和輸入的上下限，|e|表示氧氣濃度控制誤差允許范圍，P表示很小的一個罰值。

3．2改進遺傳算法自抗擾控制器氧氣系統(tǒng)參數(shù)整定過程在實際應(yīng)用時遺傳算法會出現(xiàn)早熟收斂以及收斂效率低的現(xiàn)象，導致其不得不用很長的時間去尋找最優(yōu)解。為了避免上述弊端，采用一種改進自適應(yīng)混沌遺傳算法完成失事飛機救生艙氧氣系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化。該算法通過浮點數(shù)編碼，依據(jù)個體適應(yīng)度值的排序完成對父體的選擇，并且結(jié)合了自適應(yīng)交叉、自適應(yīng)變異以及混沌移民，對失事飛機救生艙氧氣系統(tǒng)得參數(shù)整定，其遺傳算法整定流程圖用圖1描述。

3．2．1失事飛機救生艙氧氣系統(tǒng)參數(shù)的編碼通過經(jīng)驗設(shè)定法整定跟蹤微分器、擴張狀態(tài)觀測器中飽和函數(shù)的冪指數(shù)a以及線性區(qū)域的邊界d。進行簡化操作后，遺傳算法的搜索區(qū)域以及不可行染色體的個數(shù)均降低了，效率得以提高。變量的數(shù)量越多，計算精度越高，二進制編碼的速度就越低，對于精度要求高，搜索范圍大的遺傳算法，可采用浮點數(shù)編碼。而自抗擾控制器涉及到的參數(shù)很多，同時區(qū)間分布廣，不適合采用二進制編碼，所以在確定失事飛機救生艙氧氣系統(tǒng)的參數(shù)時采用浮點數(shù)編碼。

3．2．2失事飛機救生艙氧氣系統(tǒng)參數(shù)初始種群的選取通過經(jīng)驗設(shè)定法確定一組失事飛機救生艙氧氣系統(tǒng)參數(shù)。其中跟蹤微分器參數(shù)r可通過對象的響應(yīng)速度來確定，和擴張狀態(tài)觀測器有關(guān)的各種參數(shù)可通過提到的動態(tài)失事飛機救生艙氧氣系統(tǒng)參數(shù)確定法來確定，非線性誤差狀態(tài)反饋失事飛機救生艙氧氣系統(tǒng)參數(shù)可通過PD控制器控制一個積分串聯(lián)型對象的參數(shù)來確定。失事飛機救生艙氧氣系統(tǒng)參數(shù)需符合下式:u＜Umax，u＞Umin，|e|＜E(12)在失事飛機救生艙氧氣系統(tǒng)參數(shù)附近大范圍隨機搜索符合式(12)的個體，直至得到的個體數(shù)目與遺傳算法中群體大小相同，從而防止了很多的不可行個體的出現(xiàn)，提高了失事飛機救生艙氧氣系統(tǒng)參數(shù)整定的效率，如圖1所示。

4實驗驗證

為了驗證本文模型的有效性，需要進行相關(guān)的實驗分析。實驗將飛機失事后氣體壓力為150Pa，氣體溫度為28℃的救生艙氧氣系統(tǒng)作為仿真驗證對象。傳統(tǒng)控制模型與本文控制模型調(diào)節(jié)階躍響應(yīng)仿真結(jié)果對比用圖2描述。傳統(tǒng)控制模型與本文控制模型氧氣濃度信號跟隨仿真結(jié)果對比用圖3描述。圖2分析圖2和圖3可得，本文控制模型與傳統(tǒng)控制模型相比，調(diào)節(jié)效率高，超調(diào)量小，達到了一個很好的控制效果。在系統(tǒng)運行的初始階段，本文控制模型的響應(yīng)速度很快，在時間為25s左右時，艙內(nèi)氧氣即達到人體能夠適應(yīng)的安全范圍內(nèi)，在300s內(nèi)即達到穩(wěn)定狀態(tài);超調(diào)最大值也在18%—23．5%安全范圍內(nèi)。在系統(tǒng)連續(xù)變動已知的時，本文控制模型與傳統(tǒng)控制模型相比，調(diào)節(jié)效率更高，超調(diào)幅值更小，可以穩(wěn)定的保持在人體可接受范圍內(nèi)。在系統(tǒng)達到穩(wěn)定后，在400s—450s之間加入3．6V電壓，本文控制模型可以以更短的時間，更小的超調(diào)達到穩(wěn)定狀態(tài)，動態(tài)響應(yīng)效果好。救生艙是一個多參數(shù)、強耦合的復(fù)雜系統(tǒng)。在系統(tǒng)運行過程中，任意參數(shù)的變化都會影響氧氣系統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu)，如飛機失事后救生艙氣體壓力變?yōu)?80Pa，氣體溫度為30℃，則氧氣系統(tǒng)模型發(fā)生改變，此時傳統(tǒng)控制模型和本文控制模型階躍響應(yīng)仿真結(jié)果對比用圖4描述。傳統(tǒng)控制模型與本文控制模型信號跟隨仿真結(jié)果對比用圖5描述。分析圖4和圖5可得，當氧氣系統(tǒng)模型改變后，本文控制模型變化不大，控制效果仍舊很好，而傳統(tǒng)的控制模型動態(tài)性能下降，超調(diào)量升高同時調(diào)節(jié)速度更慢。通過上述仿真結(jié)果可以看出，本文控制模型的調(diào)節(jié)速度快，超調(diào)量小，達到了很好的效果。在救生艙系統(tǒng)參數(shù)改變后，本文控制模型與傳統(tǒng)控制模型相比，有更好的自適應(yīng)能力，使得系統(tǒng)氧氣濃度可以一直保持在人體可承受范圍內(nèi)，有著更好的穩(wěn)定性以及更高的調(diào)節(jié)效率。

篇（5）

通過仿真模擬教學平臺的搭建，將學校教育方式轉(zhuǎn)化為以學生為中心的教學模式。為學生提供全時段全方位的理論與實踐學習資源，幫助提升崗位核心競爭力，為學校提供新的理實一體化教學模式，提高信息化教學水平，最終實現(xiàn)校企在人才培養(yǎng)上雙向互助，提升社會服務(wù)能力。

1.2建設(shè)內(nèi)容

高職建筑工程技術(shù)專業(yè)主要培養(yǎng)從事建筑工程施工與管理、工程測量、工程預(yù)決算及工程監(jiān)理等工作，具有理論基礎(chǔ)扎實、專業(yè)素質(zhì)高、實踐能力及可持續(xù)發(fā)展能力強，擅識圖、能計算、懂技術(shù)、會管理的復(fù)合型、創(chuàng)新型、發(fā)展型技術(shù)技能人才。因此，我們從分析本專業(yè)所對應(yīng)的核心職業(yè)崗位（施工員崗位）工作任務(wù)與專業(yè)能力的要求，按照虛擬企業(yè)、虛擬場景、虛擬設(shè)備以及虛擬工程項目、企業(yè)生產(chǎn)工具、生產(chǎn)對象、生產(chǎn)場景、基地管理制度等原則，構(gòu)建專業(yè)仿真實踐教學體系。

2模擬實訓項目的開發(fā)

虛擬實訓項目的開發(fā)以構(gòu)建符合仿真教學實際的“教、學、管、評、控”的運行模式為原則，以深化學校理實一體的人才培養(yǎng)模式為指導，深入分析建筑技術(shù)應(yīng)用與施工管理教學過程，通過虛擬技術(shù)緊扣施工工藝、直擊教學難點，實現(xiàn)多維仿真和真實場景模擬，提高學生學習的主動性；通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)輔助學生課下練習、及時鞏固知識，實現(xiàn)單人訓練、多人競賽和互動交流，提高學生學習的積極性；同時，通過數(shù)據(jù)庫技術(shù)跟蹤學生學習軌跡，實現(xiàn)學生知識點掌握情況的統(tǒng)計與分析，提高教學評價的科學性。

2.1構(gòu)建仿真教學“教、學、管、評、控”的運行模式

圍繞“教”與“學”建立虛擬仿真教學系統(tǒng)、資源庫系統(tǒng)、題庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)；圍繞“管、評、控”實現(xiàn)統(tǒng)一登錄用戶界面、數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)的建立，實現(xiàn)教學信息的有效傳遞與分析反饋，合理安排和及時調(diào)整教學進度。實現(xiàn)平臺功能與內(nèi)容的嵌入。

2.2解決傳統(tǒng)教學弊端，實現(xiàn)立體化的教與學

仿真虛擬教學系統(tǒng)的建設(shè)，著重規(guī)避傳統(tǒng)教學的弊端，擴充專業(yè)教學和信息資源，利用技術(shù)優(yōu)勢，直擊教學難點。結(jié)合實際的教學內(nèi)容，設(shè)計仿真實訓項目腳本的深度。以學校專業(yè)化的教學力量為依托，以企業(yè)成熟技術(shù)與先進技術(shù)應(yīng)用為基礎(chǔ)，通過項目的頂層設(shè)計、需求調(diào)研、規(guī)范專業(yè)教學基本要求、制訂專業(yè)教學標準，開發(fā)核心課程，不斷提高教學深度。

2.3依托專業(yè)教學管理數(shù)據(jù)庫，合理安排教學

建立數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)教學安排的規(guī)范性及教學信息反饋的搜集，便于合理調(diào)整教學進度與方式。通過資源、課程的管理，讓專業(yè)教師實現(xiàn)個性化、針對性的課程安排和設(shè)置；通過練習、考試、經(jīng)驗積分的管理，實現(xiàn)教學成果的考察及數(shù)據(jù)信息反饋搜集。

3仿真模擬實訓的效果

3.1學生層面：提升知識整體貫穿能力，提高學生崗位核心競爭力

仿真虛擬實訓項目的開展實現(xiàn)了信息化教學資源的任意調(diào)用，它以學生對建筑領(lǐng)域核心崗位項目的學習作為一個整體，以虛擬技術(shù)還原真實的施工場景，通過施工現(xiàn)場的三維展示和立體情境漫游，能夠在課上、課下為學生提供系統(tǒng)化的技能知識點串聯(lián)和全天候的校內(nèi)實踐操作機會，剔除了以往學生實踐的時間和空間限制，將理論與實踐相融合，讓學生更好的掌握教學內(nèi)容，熟悉技能實際應(yīng)用需求，培養(yǎng)學生獨立分析和解決工程實際問題的能力，有效的提高了學生崗位核心競爭力，為職業(yè)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

3.2學校層面：以教學信息化建設(shè)帶動教學改革，促進專業(yè)建設(shè)

在教學過程中引入計算機、虛擬仿真等現(xiàn)代技術(shù)，解決了專業(yè)教學理論課堂抽象生硬，施工細節(jié)講解不到位、工藝操作方法難以演示的問題，其次，通過仿真模擬教學，將學生碎片化的知識進行系統(tǒng)性的整合，提高學生的專業(yè)知識和技能運用，為專業(yè)教學改革提供了全新的思路，有助于提升本專業(yè)的建設(shè)水平。

篇（6）

2分析仿真技術(shù)的實驗手段和應(yīng)用實踐

2.1實驗手段

通過仿真技術(shù)對即將或者準備進行的實驗的電路進行分析，也就是在這個過程當中需要輸入電路實驗信息，依據(jù)先前制定的計劃執(zhí)行，然后在這個基礎(chǔ)之上進行分析處理，其主要包括很多方面：電路靜態(tài)、動態(tài)特性以及傳輸特性等諸多部分，也可以依據(jù)實際情況進行處理，利用交換操作和合作對話等方式，在整體選擇中選擇最佳工作狀態(tài)，最終完成打印和輸出。根據(jù)之前制定好的計劃，按照操作步驟進行操作，為實際電路的測量和計算機輸出奠定堅實理論基礎(chǔ)，將兩者進行比較并找出其存在的差異。依據(jù)參數(shù)對相關(guān)設(shè)計進行相應(yīng)的調(diào)整，在各方面都完成之后進行仿真設(shè)計，這樣能夠確保實驗的順利完成，也能夠確保所獲得的數(shù)據(jù)具有精確性，并且將所學理論知識更好的運用到實際中，解決更多的問題。

2.2模擬仿真技術(shù)的應(yīng)用實踐

在一些工作環(huán)境當中，模擬仿真技術(shù)在電子專業(yè)中到了的廣泛認可和應(yīng)用，從某種意義上來說這是對工作方式的創(chuàng)新，而技術(shù)人員也更加喜歡這種新型的工作模式，不僅可以提前避免危險和工作當中不正確的操作，能夠?qū)⑺鶎W知識更好的運用到實際過程中。再加上模擬元器件同設(shè)備的相似度比較高，為技術(shù)人員進行專業(yè)學習提供了方面，且在參與到仿真實驗過程中能夠增強動手能力，自己安插元件，自己設(shè)置參數(shù)，能夠獨立解決實驗中出現(xiàn)的問題，自己不僅僅在技能方面有了顯著提升，自己對知識的運用能力也得到提高，為其未來更好的適應(yīng)社會發(fā)展需要奠定堅實基礎(chǔ)。

篇（7）

一、前言

研究生教學有其突出的特點，他們中多數(shù)人理論基礎(chǔ)扎實，獲取書本知識能力強。但同時也存在創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力不足、工程應(yīng)用背景不夠的缺點。本人通過十多年研究生教學的實踐，結(jié)合本學院研究生專業(yè)方向、課程內(nèi)容針對性強等特點，對如何在研究生教學改革中突出培養(yǎng)學生的自學能力、創(chuàng)新能力，增強學生的創(chuàng)新意識與工程應(yīng)用能力等問題進行了一些改革創(chuàng)新。

二、課程定位及課程特點

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，科學研究的深入與計算機軟、硬件的發(fā)展，計算機仿真技術(shù)已成為分析、綜合各類系統(tǒng)，特別是大系統(tǒng)的一種有效研究方法和有力的研究工具，計算機仿真技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各技術(shù)領(lǐng)域、各學科內(nèi)容和各工程部門。仿真技術(shù)已經(jīng)在國防軍事、國民經(jīng)濟、社會生活的眾多領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用，國內(nèi)外眾多學者認為，仿真技術(shù)“正在成為與理論、實驗并列的第三種認識和改造客觀世界以及科學研究的手段”，因此仿真技術(shù)被認為是“使能”技術(shù)。計算機仿真技術(shù)是仿真科學與技術(shù)涉及到的有關(guān)具體仿真技術(shù)中最為基礎(chǔ)的部分，具有綜合性、多學科交叉等特點。為了拓寬機械工程專業(yè)基礎(chǔ)，提高培養(yǎng)對象的整體素質(zhì)，更好地適應(yīng)社會對機械工程專業(yè)人才的需求，高校工科專業(yè)的研究生應(yīng)掌握一定的計算機仿真知識與技能。計算機仿真技術(shù)課程是我校機械工程學院面向所有研究生各專業(yè)方向的研究生開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，考慮專業(yè)應(yīng)用需求并結(jié)合教學實踐情況，課程目的是通過本課程的學習，要求學生掌握計算機仿真技術(shù)方面的基本理論，基本知識和基本技能，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，為今后分析、綜合各類工程系統(tǒng)或非工程系統(tǒng)提供一種有力的工具，以便能靈活應(yīng)用所學的計算機仿真技術(shù)為本專業(yè)工作服務(wù)。一方面，基于仿真技術(shù)課程的內(nèi)容方法較多，實踐性強的特點；另一方面，授課對象專業(yè)方向較多、授課學時有限等特點，如何解決在有限的教學課時內(nèi)講授內(nèi)容繁多的仿真內(nèi)容、對計算機仿真技術(shù)課程進行教學方法和手段的改革探索和實踐，以達到計算機仿真技術(shù)教學目標。

三、教學內(nèi)容的設(shè)置和教學方法的選擇

課程開設(shè)初期，由于只是機械電子工程專業(yè)方向的同學選修，所以所講內(nèi)容基本針對該專業(yè)方向進行設(shè)置。隨著選修人數(shù)的不斷增加，以及選修學生所屬專業(yè)方向的擴大，專業(yè)方向包括：機械制造及其自動化、機械電子工程、機械設(shè)計及理論、車輛工程、機械工程（專業(yè)學位）等，基本涵蓋了機械工程學院的所有專業(yè)方向。計算機仿真技術(shù)課程涉及多個交叉學科，緊密相關(guān)的課程包括數(shù)值計算方法、計算機編程、計算機圖形學、高等數(shù)學、自動控制原理、現(xiàn)代控制理論、優(yōu)化設(shè)計等課程。如何講出本課程的特點，并充分結(jié)合相關(guān)課程內(nèi)容，必須在教學內(nèi)容的選排上下功夫。項目教學法是一種以任務(wù)驅(qū)動、以項目為基本教學單元，將理論教學和實踐教學有機融合在一起，強調(diào)綜合能力的培養(yǎng)在研究生教育中的重要性，突出學生在整個教學過程中的主體地位。因此，為了滿足各個專業(yè)方向?qū)W生的要求，使他們能夠掌握一門工程分析技術(shù)，為后續(xù)的學術(shù)論文和碩士學位論文的撰寫提供計算、分析和仿真手段，本人在講授該門課程的過程中，逐年對教學內(nèi)容、教學手段和教學考核方法等不斷進行調(diào)整和完善。1.采取項目專題方式進行教學內(nèi)容的講授，調(diào)整授課內(nèi)容，采用專題教學方法使課程主題內(nèi)容分明，有利于將仿真方法講深、講透。2.擴展所授課程內(nèi)容涵蓋的范圍，包括數(shù)值計算、優(yōu)化設(shè)計、圖形可視化、控制系統(tǒng)特性仿真、控制系統(tǒng)設(shè)計以及與外部軟件的接口等內(nèi)容，以滿足各專業(yè)方向?qū)W生的需求。3.增加與課程相結(jié)合的實驗教學內(nèi)容。計算機仿真技術(shù)本來是實踐性很強的綜合性技術(shù)，仿真技術(shù)本身是在對控制系統(tǒng)分析的過程中不斷完善和發(fā)展起來的。因此并結(jié)合各個專業(yè)研究生的不同研究方向，靈活設(shè)計若干個專題實驗，使學生學以致用，培養(yǎng)學生將該門課程應(yīng)用于實際工程的能力。4.采用多個工程應(yīng)用實例進行教學，從系統(tǒng)應(yīng)用、數(shù)學建模、仿真建模、模型求解以及特性分析等，使學生從生產(chǎn)實際認知的研究對象，提升到理論高度的學習，應(yīng)用所學的各科理論知識和技術(shù)手段，進行數(shù)學建模、仿真建模的建立，并對模型求解以及特性進行分析，獲得直觀結(jié)果，提高學生學習興趣，最終解決實際工程問題，培養(yǎng)學生解決工程實例問題的能力。5.結(jié)合學科前沿，進行課堂討論。研究生在初步掌握了對系統(tǒng)的模型、仿真算法設(shè)計、仿真及結(jié)果分析這一流程后，為強化計算機仿真在實際工程的應(yīng)用概念，在此基礎(chǔ)上，以項目形式，開展課程學科前沿以及將該門課程與現(xiàn)代技術(shù)融合等專題討論。6.增加實驗環(huán)節(jié)，培養(yǎng)研究生工程實際應(yīng)用能力。利用各種平臺，擴充計算機仿真技術(shù)資料，提供最新的仿真案例，結(jié)合教學團隊的科研課題，設(shè)計實驗項目，培養(yǎng)研究生工程實際應(yīng)用能力。

四、項目教學法的教學效果

基于項目教學法計算機仿真技術(shù)課程的教學方法改革與實踐，滿足機械工程學院各個專業(yè)方向研究生的需求，教學方法和手段的完善，使研究生自主學習能力、創(chuàng)新能力和工程應(yīng)用能力等得到了進一步的提高。計算機仿真技術(shù)作為工科研究生的必備研究手段和技術(shù)，使學生掌握一門工程分析技術(shù)，為后續(xù)的課題研究、學術(shù)論文和學位論文的撰寫提供計算、分析和仿真手段。近五年的每年30—40人研究生選課，工程碩士每年20人左右選課，課程得到了各專業(yè)方向研究生的普遍認同。本人指導的研究生，發(fā)表與該課程相關(guān)的學術(shù)論文近20篇，撰寫的碩士論文均用到計算機仿真技術(shù)。

篇（8）

關(guān)鍵詞：三維空間結(jié)構(gòu)；模擬仿真技術(shù)；課程教學；應(yīng)用

Key words: three-dimensional structure；simulation technology；teaching；application

中圖分類號：G42文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2011）05-0161-02

1工程造價課程的發(fā)展瓶頸

在實際的工程造價課程教學中，學生由于缺乏空間想象，對工程結(jié)構(gòu)沒有感性認識，無法理解抽象的理論，給教師教學及學生學習帶來了瓶頸。因此，我們希望通過虛擬仿真系統(tǒng)來解決傳統(tǒng)工程造價教學中存在的種種弊端。在教學中使用仿真技術(shù)，可以充分調(diào)動學習者的感覺和思維器官，使所觀察的事物栩栩如生地展現(xiàn)在面前，任學習者正面、側(cè)面、反面仔細觀察仿真技術(shù)的發(fā)展被認為是解決傳統(tǒng)工程造價教學瓶頸的一把利器。

本文正是從當前工程造價教學的基本情況以及教學難點出發(fā)，將仿真技術(shù)引入到開發(fā)工程造價教學軟件的過程中。本研究選擇隧道工程作為研究的案例，通過利用目前比較成熟的計算機模擬仿真技術(shù)，為老師和學生提供一個模型展示平臺。

2模擬仿真技術(shù)的應(yīng)用的效果

模擬是指用一個數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，來全部或部分地模仿某一數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，使得模仿的系統(tǒng)能像被模仿的系統(tǒng)一樣接受同樣的數(shù)據(jù)，執(zhí)行同樣的程序，獲得同樣的結(jié)果。有時也簡稱為仿真，是用模型（物理模型或數(shù)學模型）來模仿實際系統(tǒng)，代替實際系統(tǒng)進行實驗和研究，是產(chǎn)品設(shè)計和制造中的常用技術(shù)手段。

從國內(nèi)外職業(yè)教育專業(yè)信息化可以看出，模擬仿真技術(shù)具有先進、便捷、安全等優(yōu)點，仿真教學系統(tǒng)向工程類職業(yè)學校提供了培訓學生的高技術(shù)工具，將專業(yè)課程和實習環(huán)節(jié)相結(jié)合，培養(yǎng)學生了解生產(chǎn)操作、熟悉生產(chǎn)原理的能力，提高了學生動手操作的興趣與水平。以較少的投入滿足了學生的實踐需要。許多專業(yè)課程由于受到設(shè)備、場地和經(jīng)費等條件的限制，可以選擇采用模擬仿真技術(shù)。但模擬仿真技術(shù)應(yīng)用于工程造價課程教學實踐的研究很少，可參考的研究成果幾乎沒有。

3研究方法

3.1 文獻研究法在研究中，通過對多種學習資料的閱讀、分析，了解到了當前研究的發(fā)展狀況，為論文的撰寫奠定了必要的理論基礎(chǔ)。

3.2 個案研究法在研究中，通過具體的案例，對工程造價教學進行研究，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、優(yōu)化教學策略，設(shè)計教學軟件開發(fā)方案，最終完成系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)。（圖1）

4模擬仿真技術(shù)在造價教學中的應(yīng)用

重點是構(gòu)建土木工程中公路、橋梁、隧道的立體全景展示。在三維仿真動畫展示過程中，可自由控制觀看角度及畫面縮放，配合實景照片，效果直觀。施工流程部分以簡單的工程施工3D動畫，配以實景圖片及施工工藝文本說明，使學生能更直觀地了解工程施工的流程步驟。公路、橋梁、隧道的分解結(jié)構(gòu)模塊通過點擊結(jié)構(gòu)圖中的交互熱點，顯示該局部結(jié)構(gòu)的名稱、所在位置以及該結(jié)構(gòu)的詳細說明窗口，其中包含局部結(jié)構(gòu)3d展示、工程量復(fù)核、定額、工程圖紙。為了滿足課堂教學的需要，支持文本和圖紙的縮放、自由拖動功能，以增強課堂教學實際效果。人性化的人機交互界面及流程分類設(shè)計，學生在課余時間也能通過簡單直觀的軟件操作進行學習。選題立足于公路工程造價專業(yè)，重點在于利用該模擬仿真技術(shù)將造價及工程量復(fù)核等內(nèi)容更加形象地展示出來，使課程的實效性更強（表1）。

5隧道工程案例

在傳統(tǒng)課程教學中，教師都會按照既定的教學過程來實施教學活動，那么在仿真公路系統(tǒng)中，學習者的學習活動應(yīng)當如何開展？隧道模型概述為由以下幾個部分：

5.1 用戶界面呈現(xiàn)在工程仿真系統(tǒng)中，學習者必須是通過用戶界面與仿真系統(tǒng)進行交互。因此，構(gòu)建和諧友好、方便操作、逼近工程實體虛擬系統(tǒng)要解決的首要問題。仿真系統(tǒng)的真實性可以豐富學習者在虛擬情境中的體驗，方便性主要表現(xiàn)在學習中按照學習者的進度，適時的為其提出指導性建議（圖2）。

5.2 仿真情景設(shè)計仿真系統(tǒng)要依據(jù)學習者的經(jīng)驗、知識背景及需求，呈現(xiàn)具體的公路工程、橋梁工程、隧道工程等信息。設(shè)計工程實例，仿真場景和工程對象，通過情境設(shè)計，以激發(fā)學習者的興趣（圖3）。

5.3 工程造價數(shù)據(jù)分析通過仿真系統(tǒng)的現(xiàn)象觀察，具體進行工程造價結(jié)果的分析，處理工程數(shù)據(jù)，并根據(jù)反饋信息及時調(diào)整策略，這有助于提高學習者對造價編制過程的反應(yīng)能力以及對因果關(guān)系的敏感性。該過程中須關(guān)注在工程內(nèi)容的一致性、工程過程的交互性等問題（圖4）。

6實用價值和重要的現(xiàn)實意義

6.1 課件制作方法的探索使用直觀的設(shè)計方法取代繁瑣的傳統(tǒng)編程式的課件制作，老師把更多精力放在課程本身的教學設(shè)計上，只需根據(jù)實際教學需求，設(shè)計課件，向?qū)W生展示工程結(jié)構(gòu)；體現(xiàn)新一代課件的廣闊應(yīng)用前景。

6.2 促進學生探索性的學習現(xiàn)在的教學所采用的方法比較單一，學生在上課中往往很被動，面對各種各樣的公路、橋梁、擋土墻，結(jié)構(gòu)物感覺一片茫然，老師怎么說，學生就照著怎么做。很多時候上課只停留在不動腦的機械勞動階段，達不到提高學生動手能力的目的，這樣的知識傳遞過程較為單調(diào)，效果也不明顯。在仿真平臺上，學生可以擺脫了原有模型設(shè)備條件的約束,在更形象的知識領(lǐng)域內(nèi)自主探索，促進了學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

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【關(guān)鍵詞】計算機仿真技術(shù) 信息化 制造業(yè)

1 對系統(tǒng)仿真類型進行概述

顧名思義，“仿真”就是對現(xiàn)實世界的物體進行模擬的一種狀態(tài)，使其達到逼真的情形。在工程技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)常采用系統(tǒng)仿真技術(shù)來研究相關(guān)事物，如通過系統(tǒng)模型的相關(guān)實驗來研究設(shè)計或者存在的某個系統(tǒng)。表1為系統(tǒng)仿真分類表。

2 對計算機仿真技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用以及發(fā)展現(xiàn)狀進行概述

由于我國是一個制造業(yè)大國，并且制造業(yè)在我國的國民經(jīng)濟收入中也占很大的比例，因此，國家及企業(yè)都非常重視我國制造業(yè)技術(shù)的發(fā)展。隨著我國科學技術(shù)及制造業(yè)的進步，使得CIMS、NC、FMS、CAPP、MRP等都得到了快速發(fā)展。而系統(tǒng)仿真技術(shù)作為工程領(lǐng)域里面的一個重要手段，其被大量應(yīng)用到我國制造業(yè)進行研究及實踐，從而產(chǎn)生出一些先進制造技術(shù)。

對于系統(tǒng)仿真技術(shù)而言，如果從本質(zhì)上面來講，其就是通過建立仿真模型，然后再對仿真模型不斷進行實踐模擬的一種先進技術(shù)。它的實現(xiàn)過程主要是由仿真語言、計算機高級語言、以及計算機仿真軟件來實現(xiàn)，具體情況如上圖2-1所示?？梢院苊鰼的看出，對于一個典型的仿真軟件來講，它主要包括程序包、仿真語言、仿真環(huán)境三種不同的形式，它的覆蓋功能也不是完全相同的，并且，從下到上是大致的反映了計算機仿真軟件的一個發(fā)展情況。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，直到上個世紀80年代后期，出現(xiàn)了一體化的仿真環(huán)境。隨著我國計算機技術(shù)的進一步發(fā)展，開始出現(xiàn)了面向?qū)ο蟮牟l(fā)執(zhí)行機制，這樣，就非常容易的實現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫管理的基礎(chǔ)之上來對實驗及模型數(shù)據(jù)、以及實驗仿真的結(jié)果等進行統(tǒng)一的管理，與此同時，人工智能等相關(guān)的先進技術(shù)也開始應(yīng)用到仿真建模、運行以及對仿真的結(jié)果進行分析之中。另外，廣義的制造系統(tǒng)的相關(guān)仿真器也開始大量出現(xiàn)，在某種程度上面很好的實現(xiàn)了對制造系統(tǒng)進行的非語言建模、以及模型數(shù)據(jù)驅(qū)動等相關(guān)的重要功能。比較典型的一體化仿真軟件有TESS等，廣義的仿真器有FATOR等。

3 計算機仿真研究的熱點以及對我國制造業(yè)的相關(guān)影響

自從上世紀末以來，隨著我國制造業(yè)的競爭不斷加劇，產(chǎn)品生產(chǎn)周期不斷縮短，這樣就導致系統(tǒng)仿真技術(shù)不斷向橫向的方向發(fā)展，在制造業(yè)里面比較典型的就是“虛擬制造技術(shù)”的發(fā)展。根據(jù)虛擬制造的概念可以得知，需要先采取計算機來模擬整個產(chǎn)品的設(shè)計及制造過程，這樣便于發(fā)現(xiàn)各種問題，并且在產(chǎn)品制造之前就把問題解決掉，從而提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。

隨著制造業(yè)的發(fā)展，仿真技術(shù)在我國制造行業(yè)里面的又一個重要研究熱點誕生，即虛擬產(chǎn)品的開發(fā)（VPD），它最早是來源于并行工程的思想。并行工程技術(shù)（CE）在對產(chǎn)品進行開發(fā)之前就對產(chǎn)品的整個生命周期進行全面的考慮，這樣，對解決相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計以及開發(fā)之間的矛盾是非常有益的。而虛擬產(chǎn)品開發(fā)是在并行工程的指導下，把大規(guī)模的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以及CAD等產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)等進行綜合起來，從而進一步的形成虛擬產(chǎn)品的開發(fā)環(huán)境，這樣就可以在該環(huán)境下進行產(chǎn)品的策劃、設(shè)計等，以及預(yù)測產(chǎn)品在真實環(huán)境下的相關(guān)特征、功能及性能等，這樣在進行實際設(shè)計、生產(chǎn)的過程中，可以減少反復(fù)或者變更等的次數(shù)。VPD技術(shù)能夠深入到各種復(fù)雜產(chǎn)品的制造之中，從而為企業(yè)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。

隨著計算機技術(shù)的高度快速發(fā)展，對仿真技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用已由單一的形式向復(fù)雜性的方向進行發(fā)展。由于現(xiàn)代制造企業(yè)面向全國甚至全世界，因此，它的仿真對象也是分布在不同的時空，在這樣的背景下就產(chǎn)生了分布交互化仿真技術(shù)（DIS）。對于這種仿真系統(tǒng)來講，它所包括的內(nèi)容有：構(gòu)造實體、實體-虛體、真實方面的實體等，并且，這些實體是可以基于不同時期的相關(guān)技術(shù)、不同產(chǎn)品的相互組成、不同的系統(tǒng)方面的目的、以及不同生產(chǎn)廠家的相關(guān)技術(shù)等，對于這樣的復(fù)雜情況是允許他們進行交換操作的。分布交互化仿真技術(shù)（DIS）通過采用計算機網(wǎng)絡(luò)將分布在不同地點的仿真設(shè)備進行連接起來，這樣便可以通過實體之間的數(shù)據(jù)方面的交換構(gòu)成時空到合成仿真環(huán)境的一種比較先進的仿真技術(shù)。

如今，在我國制造業(yè)中已經(jīng)產(chǎn)生了虛擬企業(yè)或者類似于DIS的虛擬研究開發(fā)中心等。就目前來講，比較出名的就是香港城市大學與香港生產(chǎn)力方面的促進局共同構(gòu)建的快速科技中心，它就是虛擬研究開發(fā)中心。由于當今社會是動態(tài)快速發(fā)展變化的，人們的需求更多轉(zhuǎn)向個性化、多樣化等方向，因此，對于制造企業(yè)來講，它們就要抓住市場的需求，然后采取方式（如柔性生產(chǎn)制造）來快速響應(yīng)市場需求，這樣才能夠為企業(yè)獲取更多的市場利潤，但是，通常情況之下，由于企業(yè)在短期內(nèi)存在相關(guān)資源欠缺等方面的局限性，在這樣的背景下，企業(yè)要想獲得市場機會，它們就有可能通過互聯(lián)網(wǎng)來臨時連接成一種動態(tài)方面的聯(lián)盟-也就是所謂的虛擬企業(yè)。

4 結(jié)束語

隨著我國社會的不斷發(fā)展，導致計算機仿真技術(shù)的發(fā)展也日新月異。在制造業(yè)中，對于整個產(chǎn)品的生命周期來講，仿真技術(shù)都表現(xiàn)出其強大的發(fā)展?jié)摿?。在當今制造業(yè)競爭激烈的社會，計算機仿真技術(shù)在制造領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展在不斷的擴展，其功能也更多的面向可視化、智能化生產(chǎn)、綠色制造等方面不斷發(fā)展。

參考文獻

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1．引言

自 20世紀 9O年代以來，以計算機仿真技術(shù) 、多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)為特征的“虛擬仿真實驗室”開始在世界各地出現(xiàn)，并逐步滲透到教學領(lǐng)域。作為一種新型的實驗教學手段，虛擬仿真教學對傳統(tǒng)的教學手段產(chǎn)生了強烈沖擊，并引發(fā)了教學領(lǐng)域一系列深刻的變化。種種跡象表明，虛擬仿真教學將是今后實驗教學改革的一個重要發(fā)展方向。本文結(jié)合多年來在航空電子裝備教學中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的經(jīng)驗，探討在航空電子裝備教學軟件中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的方法和體會。

2．虛擬仿真技術(shù)簡介

虛擬仿真技術(shù)是對虛擬現(xiàn)實技術(shù)和系統(tǒng)仿真技術(shù)的合稱。

2．1虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)就是利用三維建模技術(shù)，構(gòu)建一個與現(xiàn)實世界的物體和環(huán)境相同或相似的虛擬三維場景，并能響應(yīng)用戶的輸入，根據(jù)用戶的不同動作做出相應(yīng)的反應(yīng)。虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)主要有動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實時三維圖形 生成技術(shù)、立體顯示和傳感器技術(shù)等。虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要側(cè)重于對真實物體物理特征的仿真，也稱為視景仿真，它主要用于產(chǎn)品設(shè)計與展示、商業(yè)廣告、游戲設(shè)計等。

在航空電子裝備教學中，大量用 到對裝備的外觀 、結(jié)構(gòu) 、組成 、連接 、機安裝位置的展示 ，傳統(tǒng)教學大都采用實物展示 的方法 。近年來隨著大量航空電子裝備 的更新?lián)Q代，因受經(jīng) 費、場地及使用壽命等因素的限制 ，傳統(tǒng)教學方法 已遠遠不能滿足要求 ，而采 用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的展示方法則 以其廉價 、無場地限制和效果 良好得以廣泛應(yīng)用。

目前有大量成熟的軟件平臺可以進行視景仿 真的開發(fā)，主流平臺Creator Vega Vega Prime VTree OPENGVS QUEST3D VRTOLLS EON、WEB3D、JAVA3D、GLStudio等。其中，MULTIGEN公司的虛擬現(xiàn)實數(shù)據(jù)庫 OPENFLIGHT已經(jīng)成為 了工業(yè)標準 ，在軍事 、航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用都 比較成熟 。在航空 電子裝備虛擬仿真軟件的開發(fā)中我們采用r Vega Prime、GLStudio和 EON作為視景仿 真開發(fā)的技術(shù)平臺 ，解決物理模型的創(chuàng)建、場景顯示等問題。該平臺可以達到照片級 的視景仿真效果 ．同時采用嵌入 OPENGL技術(shù)來解決物理模型 的交互問題。

2．2系統(tǒng)仿真技術(shù)

系統(tǒng)仿真技術(shù)是伴隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的一門新興學科 ．它通過建立實際系統(tǒng) 的數(shù)學模 型 ，利用計算機運算來達到對被仿真系統(tǒng)的分析、研究、設(shè)計等目的。系統(tǒng)仿真技術(shù)主要側(cè)重于對真實系統(tǒng)的內(nèi)在機理、運動方式 的仿真，也稱為行為仿真。系統(tǒng)仿真技術(shù)最初主要用于航空、航天、原子反應(yīng)堆等價格昂貴、周期長、危險性大實際系統(tǒng)試驗難以實現(xiàn)等少數(shù)領(lǐng)域，后來逐步發(fā)展到電力、石油、化工、冶金、機械等一些主要工業(yè)部門，并進一步擴大到社會系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、交通運輸系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)等一些非工程系統(tǒng)領(lǐng)域。

在航空電子裝備教學中，對裝備工作原理的講解既是重點也是難點。傳統(tǒng)教學方法主要通過教員的講述，配合一些靜態(tài)的圖形幫助學員理解 ．教學效果主要依賴于教員的授課水平和技巧 。近年來．我們嘗試將系統(tǒng)仿 真技術(shù)應(yīng)用到航空電子裝備教學中，根據(jù)被仿真裝備的工作原理，建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，并根據(jù)裝備的不同工作狀態(tài)，對模型進行動態(tài)運行．結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)的逼真場景．較好地模擬實際裝備的工作情況。利用該技術(shù)開發(fā)、研制的教學軟件不但可供教員教學使用．也可供學員自學，并達到了較好的教學效果。

目前，有許多成熟的系統(tǒng)仿真開發(fā)平臺軟件．如 Simulink、SystemView等，這些軟件以其功能強大和使用方便、易用性受到廣大用戶歡迎．但價格較為昂貴，且大多未提供對外的仿真數(shù)據(jù)接口．仿真系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性、擴展性和可變性受到很多限制。當然也可自行開發(fā)適用 的仿真開發(fā)平臺軟件。在航空電子裝備虛擬仿真軟件的開發(fā)中我們采用的是自行開發(fā)的系統(tǒng)仿真平臺軟件。

3．虛擬仿真技術(shù)在航空電子裝備教學中的應(yīng)用方法和步驟

3．1建立仿真模型

這里所說的仿真模型既包括反映航空電子裝備外觀、結(jié)構(gòu)的三維物理模型 ，也包括揭示其內(nèi)在工作機理及行為的數(shù) 學模 型。對三維物理模型的建立，主要依據(jù)裝備本身的物理狀態(tài)，其原則就是在盡量減小面數(shù)的同時提高逼真度。對系統(tǒng)數(shù)學模型的建立，則需要視系統(tǒng)的復(fù)雜程度進行取舍和優(yōu)化，本著夠用為度的原則 ，以盡量減小運算量。建立數(shù)學模型時 ，還應(yīng)考慮到系統(tǒng)運行時的參數(shù)調(diào)整。

3．2創(chuàng)建仿真裝備的虛擬場景并驅(qū)動

對于虛擬場景的驅(qū)動，根據(jù)使用方式的不同采用了不同的方式如果進行的僅是裝備外觀、結(jié)構(gòu)的展示，可使用EON進行動作的編輯和驅(qū)動；如果需要對裝備進行虛擬操作仿真，則使用 GLStudio軟件先進行操作面板、虛擬儀表的編輯和制作，然后再利用 Vega Prime驅(qū)動以實現(xiàn)更復(fù)雜的交互操作。

3.3系統(tǒng)集成

系統(tǒng)集成就是將上述做好的模型、場景按照教學軟件所需的形式將其有機的整合在一起，使之成為_個完整的 、規(guī)范的教學軟件。系統(tǒng)集成可以使用目前常用的軟件開發(fā)平臺如 VB、vc++等。由于上述虛擬現(xiàn)實驅(qū)動軟件如 EON、GLStudio及Vega Prime等均以ActiveX控件方式提供 了可用 于常用 軟件開發(fā)平臺的運行插件，因此，系統(tǒng)集成變得十分方便。編寫程序時，只需考慮軟件功能的安排，注意程序間的兼容性即可。