计算机仿真技术范文

导语：如何才能写好一篇计算机仿真技术，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

[关键词]计算机仿真 计算机模拟 虚拟

中图分类号：U73 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）46-0235-01

随着计算机技术和网络技术的飞速发展， 计算机仿真技术和虚拟现实仿真在各行各业得到了广泛应用， 使用计算机进行仿真的研究和应用也是如火如荼。计算机仿真 （Computer Simulation）又称计算机模拟 （Computer Analogy）， 它是分析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程和运动规律的一种重要手段和方法， 是系统仿真的一个重要分支。系统仿真就是建立系统的模型，并在模型上进行实验的过程。系统仿真技术实质上就是建立仿真模型并进行仿真实验的技术。因此， 通俗的说， 计算机仿真就是指在实体尚不存在、或者不易在实体上进行实验的情况下， 对考察对象进行建模， 然后通过计算机编程考察对象在系统参数以及内外环境条件改变的情况， 达到全面了解和掌握考察对象特性的目的。本文主要在介绍计算机仿真技术的基础上， 谈谈计算机仿真技术的应用。

1、计算机仿真技术的综合概述

1.1 计算机仿真技术的定义

计算机仿真系统是建立在现实理论和相关技术的基础之上的，其中包括信息处理技术、计算机技术以及控制理论、仿真理论等。它是以计算机为载体，以其他物理设备为主要工具，通过建立仿真模型对现实系统进行动态试验，并结合相关学科知识和信息资料对动态试验的结果进行分析和研究，以此对抽象问题做出决策。计算机仿真技术已经成为一门新的学科，是利用计算机技术和仿真理论来研究问题对象的重要技术手段和方法。

1.2 计算机仿真技术的发展

自从计算机仿真技术诞生以来，就受到世界各国的广泛关注和高度重视。它是以计算机为基础，根据问题对象的实际要求，建立真实的数学模型，并将其转换成仿真模型。在不同的决策问题下，利用计算机系统来演示运行状态，从而将抽象问题真实地展现在计算机系统显示器上，它涉及计算理论、控制理论以及各种实际系统的专业理论知识，并且综合多学科领域的一项综合性技术。当前，计算机仿真技术在国防、能源、交通、航空航天等军事领域和其它领域得到广泛的应用。计算机仿真技术起源于美国，后来被多个国家引进和推广，并且将该项技术列为国防军事重点发展的关键技术，由此可见，计算机仿真技术在现代科学技术领域中的地位和作用。

2、计算机仿真的步骤及关键技术

计算机仿真的步骤一般为：（1）建立数学模型。应考虑观测数据的表达和专家的经验，利用各种手段对计算机进行分析，建立一个特有的数学模型。（2）数据模型的程序化。利用先进的自动编程软件，进行交互操作，完成数据模型的程序化。（3）仿真实验。在仿真实验之前，应提前设置一套详细的实验方案，根据具体的要求进行仿真模型的运行，以达到实验的效果。

目前，计算机仿真计算的关键技术主要包括：（1）智能仿真。通过先进的科学技术，把人类的思维行为植入整个仿真过程中，以知识为核心进行不断的研究、开发，使人工智能和仿真技术有机的结合起来，仿造出与现实相近的景物和物体，以满足现代人们生活的需求。（2）面向对象的仿真。由人们的主观意识，通过功能设计研究开发，整合为图片、动画，以实现对象能够清楚的获取信息，引起系统的活动。（3）人机和谐仿真。从可视化仿真、虚拟仿真和多媒体仿真多个角度反应出计算机仿真的实际作用。（4）分布交互仿真。利用现代计算机网络技术可实现多方面仿真设备的互连，使时间与空间相互的配合，以达到一种虚拟的仿真环境。

3、计算机仿真技术应用

计算机仿真技术首先在军事领域得到应用的，目前，它在军事和民用领域得到了广泛的应用，以下我们主要讨论其应用的几个主要方面：

3.1军事领域。主要运用在虚拟战场、战场的战术使用训练、战场评估、武器对抗效能评估等。目前这方面的仿真软件有国内神州普惠的 DWK。

3.2航空航天领域。主要仿真对火箭发射、卫星释放、太空行走、嫦娥登月等计算机仿真试验。

3.3教学领域。如通过计算机网络试验仿真和教学试验仿真可以让学生通过观看网络运作动画、分析网络性能结果和设计简单网络实体，更容易、深入地理解网络协议和算法的复杂行为，收到更好的教学效果。

3.4工业制造行业的仿真。如机械加工过程，是机械行业进行生产的基础。利用计算机仿真，有助于发现其机理，为提高机械加工性能提供理论支持。主要包括：汽车制造是机械行业、齿轮设计方面、磨削方面、故障诊断、在疲劳寿命判断、于刀具设计、微钻头设计、渗碳层浓度分布、含间隙机构、空调制冷系统的研制和包装机械的开发等。

3.5气象预测领域。这是一个典型的无法进行物理模型试验的领域，计算机仿真技术成为气候变化、气候预测的唯一手段。

3.6社会系统仿真。利用仿真技术可有效的分析我国人口的浮动对社会造成的影响。

3.7医学领域的仿真。计算机仿真技术以应用与医学领域，通过具体的模型，进行模拟操作，可实现手术科学化、精确化，服务于民。

3.8经济管理领域。通过搜集各地方财政收支、股市等运行情况，进行系统化分析，通过计算机仿真技术，可实现国家经济的宏观管理。

3.9城市建设领域。利用计算机仿真技术可实现城市建设领域的仿真，使人们更好的了解当地交通运行情况，进而实施有效的规划。

4、结语

随着计算机技术的不断发展，计算机仿真技术在未来的发展道路上将进一步完善和提高，这是计算机仿真技术发展的必然趋势。因为，仿真技术是以计算机为基础，加上计算机技术和通信技术的相互融合，进一步促进了社会现代化、信息化发展，在此基础上，计算机仿真技术必将得到飞速发展。由此可见，计算机仿真技术的应用领域不断扩大，而且应用效果越来越好，必将成为当今计算机领域发展的新面孔。

参考文献

[1] 张芹. 计算机仿真技术在教学中的应用探讨[J]. 科协论坛（下半月）. 2008（03）

[2] 龚小刚. 计算机仿真技术及其应用[J]. 硅谷. 2008（16）

篇2

关键词：轧钢工艺；计算机仿真；设备优化

随着近年来我国钢铁产能的不断扩大，钢铁企业生产竞争日益激烈，轧钢作为钢铁生产的重要环节，对于钢材制品的品类、质量起到了举足轻重的作用。在现有产能基础的情况下，有效提升生产效率以及产品多样性关乎企业的竞争力。在不增加设备投资的情况下，采用计算机仿真技术，在现有机组敏捷生产出更多不同钢种、规格的产品符合符合钢铁企业的发展需求。

1轧钢工艺及设备的发展

轧钢是通过改变钢坯形状的压力加工过程，一方面为了得到所需的钢制品形状，另一方面为了改善钢制品内部特性。冷轧和热轧是根据轧制温度不同而划分的，纵轧，横轧和斜轧是根据不同的轧制时轧件与轧辊的相对运动而划分的。一般轧制和特殊轧制是根据轧制的成型特点划分的。近些年，轧钢工艺也在不断改进和升级，主要是受轧钢工艺发展的影响。我国在轧钢工艺方面的重大进展包括：1）铸轧一体化，由于连续、高效、可控的轧制工艺，以及计算机等高新技术的容易应用，以轧制为特征的连续轧制技术在相当长的一段时间内仍将是钢铁行业钢材成形的主流技术，但轧制工艺前后的连接技术将取得巨大进步。由于连铸的发展，初轧工序已经被逐步淘汰了。生产的薄带连铸技术是直接冷轧，使连铸和热轧过程集成。铸轧一体化将优化了整个轧制过程。2）灵活的轧制过程，应用程序的压力宽度调整技术和形状控制技术在热带钢轧制，实现自由安排轧制板的宽度。粗糙和介质轧制技术的应用在杆和线生产实现了自由轧制。冷弯焊管机器也可以实现自由规范生产。这些新技术使轧制过程灵活。3）轧钢技术进步的主得益于信息技术的应用。高新技术包括形状自动控制，自由安排，精度高、多参数在线综合测试在内，这些高新技术的应用可以优化轧钢生产。轧机最早由计算机模型控制，后来转变成人工智能控制。这些改变也是因为信息技术的发展，信息技术的发展具有优化生产周期，减少库存和降低成本的优点。

2计算机仿真技术的发展状况分析

计算机模拟技术主要是一个全面的技术，利用计算机科学和技术的成就建立模拟系统模型，并对模型进行动态实验在特定的实验条件。被广泛应用在分析、设计、运行、评价已经培训系统中，因其具有运行高效安全，且不受环境条件影响，可以改变时间比例尺的特点。自1980年代以来，随着计算机技术的发展，仿真技术已经进入了一个新时代的计算机模拟和仿真应用软件。计算机仿真技术的实用价值是增加，它已广泛应用于人们的生产和生活的各个方面，如仪器、虚拟制造、电子产品设计、模拟训练等。从90年代以来，基于计算机仿真技术，建立了一批高水平、大规模的环内硬件仿真系统，如射频制导导弹环内硬件仿真系统、红外制导导弹环内硬件仿真系统、战斗机工程飞行模拟器、战斗机环内硬件仿真系统、驱逐舰环内硬件仿真系统等，发挥了重要作用。综上所述，随着科学技术的迅速发展，计算机仿真已经成为一种不可或缺的手段，控制系统的分析、研究和设计。计算机模拟的意义在于它的应用。仿真技术的应用可以降低控制系统的开发成本，提高安全实验的过程中，调试和培训，带来巨大的社会效益和经济效益，应用于工程和非工程。目前，计算机仿真技术已广泛应用于机械制造、航空航天、交通运输、船舶工程、经济管理、工程建设、军事仿真、医疗卫生等领域。

3计算机仿真技术在轧钢工艺的实际应用探究

3.1计算机仿真软件

计算机仿真软件主要为了提高两方面能力，一是解决问题的能力，二是面向用于模块，添加功能描述和模式实验。通过仿真软件，用户使用不同的技术水平可以用他们的语言来表达不同程度的问题，与计算机方便地交流，并完成建模和仿真实验。仿真软件分为模拟语言，模拟方案和仿真软件系统。仿真语言是最广泛使用的仿真软件。仿真软件包是一种用于仿真特殊应用领域的程序系统。软件设计师设计通用程序段划分为通用子程序模块，并设计一个主程序模块调用子程序模块。仿真研究人员可以使用这个程序包，而无需繁重的编程工作。这些计算机仿真软件重要环节是仿真建模，仿真建模是建立被仿真对象的相似物或其结构形式。它可以是物理模型或数学模型，好的模型为后续仿真提供了良好的基础。

3.2计算机仿真在轧钢工艺中的实际应用

轧钢工业的不断发展，大量的系统和项目涉及有一定的复杂性和特殊性。为提高生产的安全性和经济，计算机仿真技术可以快速发现生产过程中的规则和机制，并提供有效的理论和实验依据改善产品的性能指标。小圆钢冷却床的运动是非常不同于普通圆钢轧制领域。因此，有必要研究冷却床的基本结构和工作原理。根据建立的运动模型结构，在计算机上进行仿真验证测试，使用理想的冷却床可以生产出目前最小尺寸的圆钢。本研究涉及的冷床是一种逐步旋转式冷却床。它具有两种齿板，即V形齿板和U形齿基。彼此移动，原理是以一种方式移动并同时绕另一根轴旋转。鉴于存在问题的基本结构，模拟器还必须能够从科学理论的另一个角度进行深入分析，如果是直径较小的扁钢，则很可能与模拟器不兼容。V形齿的第二个尖端，第二个V形齿的西壁相互接触，这是拼图的组成部分，它们都属于冷却床旋转的突破极限，原因之一是旋转过程中会出现不稳定，从而导致快速冷却失败。在碰撞过程中第二的v型齿小圆钢或轴，u型牙齿会向下移动，继续前进，而v型牙将新闻向下和向后移动。这实际上是必要的条件。首先，根据针对严重磨损和详细规格的模型实验的结果，对相同类型的工字钢进行建模和仿真，并在正常条件下对其进行分析。从实际情况出发，从仿真模拟数据的计算和性能可以看出，在冷却床下小圆钢运动相对不稳定的快速冷却效果非常好，并进行了数字仿真，冷却床和机芯可以被稳定地冷却，产生了良好的效果，但可控性相对较差。

3.3计算机仿真技术在轧钢生产节能的应用

加热炉属于热轧生产重要能耗设施，其功能是加热轧件到规程轧制温度，采用计算机仿真技术，对加热炉、轧件进行建模，在计算机仿真系统中对加热炉各类参数进行调整，针对不同的轧制产品，生产节奏，来料状态优化加热炉工艺参数，大幅优化加热炉空耗与轧制节奏关系，可较大幅度降低加热炉煤气消耗，通过仿真结果分析，采用计算机仿真技术，动态优化加热炉各类燃烧参数，在定制化生产过程中，产生了明显的效果，通常可降低20%左右的能耗，同时增加了余热回收。同时，通过计算机仿真技术辅助人工进行现场生产培训，利用软件进行加热炉各类工况运行状态调整，在操作的过程中，控制方式和显示变量可以任意选择，连续和不连续的干扰因素可以设置，可以进行自动或手动操作调整显示各种参数的静态和动态变化特征在操作的过程中调整。尤其是针对一些小概率且容易产生较大事故的状况，极少在实际生产中出现，采用计算机仿真技术模拟此类异常，评测操作人员技能掌握且不会发生问题，起到了较好的作用，是从事加热炉操作人员较好的辅助培训工具。

4结语

篇3

[关键词]制冷空调系统 计算机仿真技术

中图分类号：S5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）18-0146-01

前言

由于当前科学技术的不断发展，越来越多的新技术被运用到各个领域当中，传统的制冷空调系统由于其能源消耗较大、制冷效率较低等原因，已经难以满足当前人们生产生活的巨大需求，而计算机仿真技术在制冷空调系统中的应用可以帮助人们最大程度的改善系统性能。随着计算机仿真技术在制冷空调系统当中的广泛应用，关于空调系统本身以及空调中各个部件的仿真技术得到了各界越来越多的关注，当前对于制冷空调系统的研究主要是为了实现对制冷空调系统性能的检验，进而对这一系统进行逐步的优化和改良，而计算机仿真技术可以有效地取代繁琐的试验环节，提高检验的效率。

1.计算机仿真技术概述

1.1 计算机仿真技术的概念与特点

计算机仿真技术顾名思义，它属于计算机技术中的一个类别，由于这一技术具备大量的工程实践经历，近些年来发展迅速。仿真即探索一类可以代替目标对象的模型，最终达到简化研究流程的目的。而计算机仿真技术则是指在计算机上通过一定的表达方式来体现相应的目标对象变化情况。这一技术具备一定的特点，其可以通过仿真程序代替以往的研究形式， 既可以节约相当大的能耗，又可以节省研究的耗时。另外这一技术强化了对于流程特质的探索 ，也就是循序渐进的用动态的研究方式代替以往的静态研究方式，通过这一技术构造的研究模型可以更大程度的与实际研究目标相类似，可以有效保证研究结果的准确度。并且由于这一技术对零件与整个系统都进行了研究，因而满足了人们对于这两部分进行细致比较的要求，因此能够为相关参数的研究创造有利条件。在这一技术的研究过程中，充分运用了最优原则，在一定程度上提升了研究的水平，在实际操作过程中也改善了安全性和可协调性较弱的问题。

1.2 计算机仿真技术的建模方法

构造模型是这一技术运用过程中的最关键问题，根据这一技术构造出来的模型作为代表系统一定特质的载体，可以实时的反馈系统当前的运行状态。近些年来，我们国家在利用这一技术进行构造模型的方面进行了广泛的研究，其中最主要的建模方法是机理建模方式。这一方式即参照空调系统运行时产生的机理变化，设定系统各个部件相应的恒定值，依据相关学科的理论研究成果，研究其物理变化，再结合最初设置的各个部件的恒定值，通过数学方法进行合理构造，并以此来反映出研究对象的一系列变化过程。这一构造模型的方式是目前最为基础的研究方法，并且在其研究过程中需要注重对研究结果有较大影响的部分，对于那些影响程度较弱的部分可以进行适当忽略，以此原则来构造出合理的、高效的模型。

1.3 计算机仿真算法研究

在实际的研究过程中，只依靠构造数学模型还远远不够，除此之外也需要将构造出的模型反馈在计算机上才能真正开始仿真研究，在这一过程中仿真算法的作用不容忽视。由于构造出的模型不尽相同，在实际计算的过程当中，需要用到计算机的算法来进行操作，目前在制冷空调系统中运用范围最广的是迭代算法。在制冷空调系统中，以往的仿真技术主要是对于简单系统而言，通过守恒定律来控制算法。而在这一算法改良之后，则主要运用了迭代求解的方式，通过两层迭代实现对系统运行的计算。另外在制冷空调系统中，有限差分算法也发挥了重要作用。这一算法主要是针对换热器的计算，通过两相流动的规律控制方程运算，但是对于稍微复杂一些的系统，还需要实现对微元段的合理区分，并进行多次的运算。

2.计算机仿真技术在制冷空调系统中的应用

2.1 换热器

计算机仿真技术在制冷空调系统当中可以有效运用在换热器上，而换热器中的应用主要是通过预先设定的相应的参数构造所需的模型。而近些年来，由于制冷空调系统对于参数精确程度的规定逐渐提升，因而计算机仿真技术在换热器的运用过程当中出现了分段的模型，这一模型可以有效的把换热器划分为过热气体、两相流体和过冷液体三个部分，根据流体与气体的差异把蒸发器划分为两相流体和过热气体两个部分。在这一环节之后，研究工作才可以顺利开展。在近些年的探索过程当中，人们发现，计算机仿真技术在制冷空调系统当中的应用该可以得到改良，因此一些更加精密的参数设定方法逐渐被运用到这一研究过程中。

2.2 节流装置

制冷空调系统中的节流装置主要是毛细管，另外还有膨胀阀，这一部分分为热力与电子两种形式。在室内使用面积较小的情况下，会采用前者，而在面积较大的房间空调系统中多数会采用后者。随着制冷空调的普及范围逐渐扩大，仿真技术在这一系统中的应用范围也越来越广。由于计算机仿真技术具备较为简易的运行方式以及较高的安全性能，将其运用到节流装置中可以有效的拓宽制冷空调的覆盖范围，充分发挥系统的制冷作用。然而在实际的操作环节当中也存在着一些问题，比如在毛细管内存在着液体与气体两种不同状态的物质，这会使得实际的构造模型的过程变得稍微复杂，因为制冷剂在两种物质间的流动会存在临界值的问题，而关于这一数值的计算则是评价制冷空调系统运行的重要因素。

2.3 压缩机

这一部分是制冷空调系统中复杂程度最大的，由于其种类繁多，所以计算机仿真技术在这一部分的运用也存在差异。目前针对这一部分的探索已经产生了一个独立的学科，其中最为显著地研究成果就是针对制冷空调机组的总体参数来构造研究的模型。在构造这一模型的过程当中，中效率法是一种应用最广泛的方法，此种方法的核心在于参考相应的实践数据，用系数来设定制冷空调机组的运行程序，并通过研究与实践的差异来逐步修正，达到在准确度上的要求。另外仿真技术在压缩机的应用当中，还有一种较为简便的模型构造方法，即通过对研究所得数据进行回归性检验，从而得出压缩机的相关参数。

3.结语

近些年来，随着科学技术的不断发展，传统制冷空调系统存在着一些弊端，已经无法满足当前人们生产生活的需要。目前，在制冷空调系统中，计算机仿真技术的应用越来越广泛。文本通过研究发现，计算机仿真技术具备节约能源消耗、缩短研究时间、简化制冷流程以及准确度较高的特点。在这一技术运用过程当中，构造模型是最为重要的一个环节，常用的模型构造方式是机理模型构造法。由于在制冷空调系统当中构造出的模型种类繁多，因此也需要多种的算法来对研究进行支撑，常用的算法是迭代算法以及有限差分算法。随着制冷空调的大范围普及，计算机仿真技术在其中的应用不容忽视，目前，这一仿真技术主要在换热器、节流装置以及压缩机当中运用。

参考文献：

[1]邵双全，石文星，陈华俊，李先庭，彦启森. 制冷空调系统计算机仿真技术综述[J]. 制冷与空调，2012，03：10-15.

篇4

关键词：计算机仿真；教学方法；教学改革；实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）02-0048-03

一、引言

仿真技术已经在国防军事、国民经济、社会生活的众多领域发挥了重要的作用，国内外众多学者认为，仿真技术“正在成为与理论、实验并列的第三种认识和改造客观世界以及科学研究的手段”，因此仿真技术被认为是“使能”技术。

仿真科学与技术虽然尚未成为一级学科，但国内多个军队院校已经开始设置仿真专业和仿真工程二级学科，已经培养了数千名仿真工程技术人才。我校从2005年起开始在测控工程本科专业开设《计算机仿真技术》课程，30学时，每年选课人数近150人，主要目的是让学员建立起计算机仿真的概念，掌握计算机仿真的基本方法并能够对连续系统进行初步的仿真研究，为今后从事导弹控制系统的分析与设计奠定基础。

计算机仿真技术是仿真科学与技术涉及到的有关具体仿真技术中最为基础的部分，具有综合性、多学科交叉等特点。因此，学员普遍反应该课程难学、难懂。为提高教学效果，针对课程特点和现行课程教学的不足，我们从教学内容、教学方法手段、教学资源和实践环节等方面进行了课程改革和实践，取得了较好的教学效果，为计算机仿真课程的教学改革提供了实践基础和案例参考。

二、现行课程教学的不足

1.课程定位不明确。由于计算机仿真技术在本校是第一次开设，对于课程应该达到什么样的目标定位并不明确。现行的课程标准将目标定位为掌握连续系统仿真方法和离散事件系统建模与仿真方法，并能够对具体的连续系统进行仿真研究。事实证明这种要求目前是达不到的，特别是在有限的学时限制之下。另外，课程的定位也和测控工程专业的培养目标不尽相符。同时，本校应届毕业的研究生反映，本科阶段已经学过的内容，硕士阶段还得重新学一遍，甚至到了博士阶段，也有部分重复的教学内容出现。这说明目前对于计算机仿真技术本科课程、乃至整个仿真课群的设置与定位是不明确的。

2.教学内容与其他课程重叠。计算机仿真技术课程现行的教学内容与《现代控制理论》等课程的内容有所交叉和重叠。连续系统数学模型及相互转化等内容在《现代控制理论》中已经讲授过。而有关“数值积分法”的内容和《计算方法》的内容有交叉。教学内容交叉和重叠现象令学生无法准确界定、无法准确区分课程内容，也令教学督导专家诟病，当然也就不利于学员的系统学习了。

3.教学方法手段单一。该课程的教学方法还主要停留在传统的讲授为主的教学理念上，只采用单一的教学方法和手段。教学内容文字性公式居多，直观性材料、多媒体材料、应用型材料偏少，学员学完后不知道如何应用、如何解决实际问题，总认为计算机仿真就是一种数值游戏、一种计算机游戏。

4.缺乏必要的实践环节。计算机仿真技术本来是实践性很强的综合性技术，仿真技术本身是在对控制系统分析的过程中不断完善和发展起来的。现行的教学模式缺乏实践环节，学员难以了解仿真技术具体是如何应用解决实际问题的，缺乏感性认识和实践的机会，不知道在导弹控制系统分析中有何用处。

三、课程教学的改革实践

根据作者的教学实践和实际科研工作经历，提出并实践了如下改革思路。

1.教学内容改革。计算机仿真技术课程涉及多个交叉学科，紧密相关的课程包括计算方法、计算机软件设计、计算机图形学、计算机控制、自动控制原理、现代控制理论等课程。如何讲出本课程的特点同时又避免与其他课程雷同是必须解决的问题，因此必须在教学内容的编排上下功夫。

经过分析与调研，最终将本课程的主要内容选定为连续系统的数字仿真方法上（占总学时的40%），而对连续系统的建模及模型表示、相互转换则不作过多讲述，避免与自动控制原理、现代控制理论重复。而对于计算机仿真技术中的离散事件系统仿真（占总学时的25%）则仅作原理性讲述，因为经过调查发现，学员在现阶段还体会不到离散事件系统仿真建模的精髓，还不能够从离散事件仿真建模过程抽象出解决实际复杂系统的建模与仿真方法，而这正是离散事件系统仿真的核心思想和应用目的所在。剩余的学时则主要讲述计算机仿真的基本概念、步骤与发展趋势及应用等内容。

授课内容调整后，课程主题内容分明，有利于将连续系统仿真方法讲深、讲透，增进学员的理解。

2.基于比较教学的教学方法实践。为了加深学员对内容的理解，在教学过程中广泛采用了比较教学方法[1]。

一是连续系统与离散事件系统仿真方法的比较。仿真的本质是在计算机上对模型进行试验，完成状态转移计算。连续系统仿真模型的建立主要是从数学模型出发，建立适合计算机上实现的运行模型。因此连续系统仿真推进时钟时，以为增量进行推进，采用差分方程实现状态推进。因而连续系统其仿真方法明确，好理解，在计算机上求解微分方程即可，重点放在如何选取微分方程的数值解法上。

而离散事件系统的状态变化是由于随机发生的事件而引起的，如何进行离散事件系统的仿真时钟推进和状态变迁就成为离散事件系统仿真的核心问题。离散事件仿真的基本思想就是将事件序列模拟出来，记录事件引起的状态变化并进行统计，最后得到感兴趣的系统性能参数。时钟推进方法根据仿真粒度分别可采用事件调度法、互动扫描法和进程交互法，其中事件调度法是基础，体现了离散事件系统演化的特点。

离散事件系统只能根据其系统特点，将由事件驱动引起的状态变化通过简化在计算机上复现出来，从而进行仿真研究。这种思路大部分学员开始时不理解，甚至认为是“很笨的方法”，没有什么特别之处。然而，这种方法却是对离散事件系统甚至复杂混杂系统进行仿真的唯一有效方法。

通过建立连续系统和离散事件系统仿真比较表（如下表所示）进行比较教学，学员对两种系统的仿真方法理解得更透彻。

二是数值积分法、替换法和离散相似法的比较教学，后面两者都是从仿真的快速性出发进行设计的。

数值积分方法是从求解微分方程的角度发展而来的，思路严谨，方法体系完整，是主流的连续系统仿真方法，其主要过程是建立差分方程。替换法是应用z与s的映射得到离散脉冲传递函数，再由Z反变换求得差分方程的方法。替换法相当于数值积分法的多步法，简单替换法可以欧拉方法一致的精度，双线性替换法可得到和梯形法一致的精度，但计算过程相比欧拉积分方法和梯形法快。但缺点也很明显，替换法要求对系统先进行线性化，因而只对线性系统有效，而且替换法其理论依据不严格，误差大小也没有定量的结论。

离散相似法是一种快速仿真方法，其基本思想是简化系统的输入。由于实际系统输入经常选择阶跃信号，对输入采用零阶保持器的简化措施没有引入误差，可以获得更高的仿真精度。而欧拉方法要求状态变量的导数为阶跃信号时，才没有系统误差，这在实际中是很难满足的。因此对于阶跃信号输入，采用零阶保持器的离散相似法可以获得没有系统误差的仿真结果，这不仅优于欧拉方法，还优于其他的高阶数值积分算法。

但离散相似法的局限也是很明显的：即要求系统必须是线性的。非线性系统要采用离散相似法，首先要进行线性化，但线性化过程已经引入了误差，自然会影响仿真结果的准确性；另外系统的阶次和“病态”属性的存在使得计算状态转移矩阵很复杂甚至不收敛，将带来较大的截断误差。因此对于线性系统，离散相似法将系统拆分为一系列低阶环节，再针对每个低阶环节应用离散相似法，但此时这些低阶环节的“输入”已不再是阶跃信号了，因此采用离散相似法同样带来了误差。

只有在离散相似法选择的典型环节是积分环节时，离散相似法（零阶保持）等价于欧拉方法。

通过以上比较教学，学员对连续系统的仿真方法理解就很透彻了。

3.辅助教学资源开发。学员通过比较教学，虽然对连续系统的仿真方法已经很理解的，但是对其如何使用仍然是模糊的。为此，我们利用Matlab语言开发了连续系统仿真算法辅助教学演示软件。

软件的主要功能包括：（1）对常用的数值积分法进行Matlab实现，写出各种数值积分法的递推叠代公式，显示出每步计算结果；（2）连续系统包括典型的一阶系统、二阶系统和三阶系统；（3）可对数值计算结果和系统精确解进行列表比较和图形比较；（4）对病态系统采用不同的仿真方法进行仿真演示，比较方法的异同和计算精度；（5）一个鱼雷攻击移动目标系统（6阶系统）进行具体应用，演示如何对具体连续系统进行仿真分析。

教学过程中，涉及到相关算法时，利用辅助教学软件进行教学演示，对计算公式的推导、每步计算过程和结果都进行演示，并最终演示仿真结果及与真实解、其他算法之间的差异，从而班组学员理解算法的计算过程。

4.增加实践环节。由于教学过程中，只能采用较简单的对象进行讲授和演示，学员对于如何采用计算机仿真技术解决导弹控制系统的定量分析与精度评定等应用仍然没有概念。鉴于学时的限制和实验条件的限制，目前尚不具备让学员动手进行计算机仿真验证的条件。因此依托战略导弹控制系统半实物仿真试验系统科研条件，让学员参观、体验计算机仿真技术在大型导弹连续系统仿真中的应用这一实践环节，感受半实物仿真试验过程和数字仿真、可视化仿真过程，从而增强了学员理解仿真技术应用的直观性，使学员的实践能力得到全面锻炼和提高。

四、教学效果

计算机仿真技术课程在我校开设了7届，前几届学员普遍反映难学，抓不住重点和思路，不知道如何应用。经过近3年的教学改革与实践，教学效果明显改善，具体教学效果如下。

1.课堂和实践教学效果。通过以上教学改革和教学实践，学员在课堂上能够积极主动地思考和回答问题，对学习计算机仿真技术课程充满了兴趣，能够在教员的引导下主动对具体连续系统进行仿真建模与分析，主动阅读参考文献提出问题。实践环节中，多数同学能够从总体上理解半实物仿真系统的组成及工作原理、过程，有些学员甚至与实验指导教员探讨，提出半实物仿真、数学仿真、可视化仿真的改进措施。总体来说，课堂和实践教学效果较好。

2.大作业反馈教学效果。从近几年大作业完成情况看，学员对连续系统的仿真算法掌握较好，对于算法在一阶微分方程中的应用基本能够掌握，通过文献的参考和指导，初步掌握了对连续系统建模、模型转换、仿真建模、仿真实现这一过程。大部分同学也能对高阶系统进行模型转换和仿真分析，这表明大部分学员已经掌握了对实际系统进行仿真分析的能力。

总之，通过教学改革和实践，学员在学习过程中发挥了主体作用，提高了综合分析能力和知识运用能力，教学效果显著提高。

五、结束语

本文针对计算机仿真技术课程特点和现行教学模式存在的课程定位不明确、教学内容交叉重叠、教学方法手段单一、缺乏必要的实践环节等不足，结合作者多年的教学实践和经验，提出并实践了一些该课程教学改革的具体思路，相信对于该课程的后续教学改革、提高教学质量和效果具有一定的参考意义。这种教学改革的实践表明，不仅增加了教学的趣味性，学员也普遍反应计算机仿真技术更容易理解了，仿真方法思路更清晰了，取得了明显的教学效果。

参考文献：

[1]廖守亿，张金生，刘志国，等.计算机仿真本科课程的比较教学法探索与实践[J].时代教育，2013，（01）.

[2]李兴玮，龙志强，张明.《仿真技术基础》本科课程教学改革思路初探[J].高等教育研究学报，2009，（01）.

篇5

【关键词】计算机仿真技术 物流实验室 建设策略

物流专业最大的特点是实践性强，加强相关设备的投入力度及构建相应的实验室对学生实践操作能力的提升具有重要意义。由于计算机仿真技术存在诸多的优势如成本少、可控性高、可视化等，将其运用到物流实验室中可以带来意想不到的效果。

1 构建基于计算机仿真技术的物流实验室的意义

1.1 教学方面

在物流教学过程中，除了要传授学生相关的物流知识外，还必须培养其一定的实践操作能力。通过将计算机仿真技术与物流实验室有机结合，能紧跟物流技术的发展变化来及时更新所需的资源，能在并不广阔的场所及资金少的情况下进行各种不同的实验操作，完全达到了物流实践教学的要求，并且学生能够将课堂上所学的知识运用到实际生活中。

1.2 科研方面

对于具有丰富理论知识，想有进一步发展的学生来说，基本的理论教学与实践操作很难达到他们的实际所需，特别渴望参与一些深层次的物流系统分析、高级实验活动。为此，构建基于计算机仿真技术的物流实验室是满足学生要求的不二选择，能够为现代社会培养一批高级别的物流管理团队。

1.3 社会服务方面

学校在完成培养综合型人才队伍的任务的同时，还肩负着服务社会的责任。由于目前缺乏实践系统，基于计算机仿真技术的物流实验室的建设，很大程度上帮助了教育者利用自身掌握的知识，通过实验室丰富的软硬件资源来承接相关的项目课题，促进企业物流系统的进一步升级，避免不必要的资金投入，综合了物流与其他相关技术、信息技术，减少了社会资源的大量耗费。

2 基于计算机仿真技术的物流实验室建设策略

2.1 明确具体的建设目标与指导思想

首先，基于计算机仿真技术的物流实验室应配备具有开放性、综合性特点的实验体系，提高学生知识水平的同时，增强其实践操作能力，制定详细完善的教学计划，注重学科发展，将学生创新意识及能力的养成作为教学目标。

其次，基于计算机仿真技术的物流实验室建设必须将系统性、先进性、经济性、实用性作为主要指导思想。实验室应时刻了解先进物流技术、相关教学手段的最新情况，尽可能的集网络技术、多媒体技术、自动识别技术、信息管理与决策技术等为一体；从学科与专业的角度出发，合理使用实验室建设费用，优化配置各类硬软件、场地资源，建立健全物流仿真实验工程体系，为专业设计及毕业设计提供帮助，真正实现涵盖教学、科研、实验、人才培养等内容的教学科研基地。

2.2 总体规划

2.2.1 硬件设备

基于计算机仿真技术的物流实验室应配置一定数量的电脑，方便学生利用电脑来构建仿真模型。另外，还需购置下列设备：投影机、弧形三维屏幕（笼罩整个实验室，以创设虚拟的物流仿真系统氛围）、在实验室中间放置一台服务器电脑与音响，并和投影机与弧形三维屏幕连接，这样即完成操作平台的设置。同时还要有具备无线遥控功能的激光笔，为相关操控提供便利。

基于计算机仿真技术的物流实验室及其硬件的规划与分配途径是：将实验室划分为教学区与科研区两个不同功能的区域，各自处于不同的空间中。教学区主要为学生的实践教学提供服务，内部共配备了投影机、屏幕、服务器、音响、供学生操作的电脑、遥控激光笔。科研区中主要配备办公桌椅、电脑以及教研人员，是教育者日常开展科研活动的场地。

2.2.2 软件设备

软件设施在物流仿真实验室中属于必不可少的工具。由于物理软件的类型众多，因此必须结合仿真系统选择相匹配的软件。比如Flexsim仿真软件，此软件具有通用性特点，在多个行业系统中得到应用。该软件在物流仿真实验中的应用涉及了配送中心拣选仿真、仓库系统出入库仿真、生产物流仿真、机场仿真等领域。由于当前运用的Flexsim软件只涉及一些基本功能，所以还需对其进行升级，添进相配套的优化软件包。

2.2.3 建设流程

基于计算机仿真技术的物流实验室建设应遵循循序渐进、分阶段的原则。举例说明，选择相应的实验场所及设备，建设满足教学要求的仿真物流系统及仿真生产物流系统；然后再建设另两个仿真配送中心系统及仿真供应链系统。

在构建仿真物流各系统过程中，应通过委托开发与自行研发相结合的手段。由于对大型仿真物流系统进行开发时会耗费诸多的时间、精力，并且要求有丰富的计算机编程知识，所以应开展招投标活动，委托专业机构开发，同时自己与相关团队协作开展二次研发。

3 结论

C上所述可知，在培养物流人才过程中，实验教学环节发挥着不可忽视的作用，为高质量人才的培养提供了坚实的保障。从专业特色角度出发，制定系统完善的培养计划，构建实践性高的物流实验室，致力于将计算机仿真技术与物流实验室紧密结合，这不仅有助于进一步升华实验教学，推动物流健康持续发展，而且还极大地增强了学生的实践应用能力。

参考文献

[1]曾鸣.基于Flexsim的港口仓储作业过程仿真及优化研究[D].北京：北京交通大学硕士学位论文，2010.

[2]吕奇光，廖浩.仿真技术在物流实践教学中的应用探讨[J].重庆科技学院学报，2009（10）：221-222.

[3]初良勇.基于计算机仿真技术的物流实验室建设[J].航海教育研究，2012.

[4]高举红，陈思宇，刘晓宇.基于精益设计的生产能力分析与现场物流改善.工业工程，2010（01）.

[5]高辉.计算机实验的仿真技术探析[J].长春教育学院学报，2012（06）：130-131.

作者简介

阮文（1967-），女，福建省仙游县人。工程硕士学位，毕业于哈尔滨理工大学，现为湖南工业职业技术学院讲师。研究方向为计算机应用。

篇6

【关键词】计算机仿真 模拟电子技术 考试系统 研发

一、“模拟电子技术”考试系统的基本特征

在实际的教学与考试过程当中，采用教W与考试分离的模式不仅能对教学的质量进行客观与公平的检验，同时对教学质量的提高也有着重要的推动作用。而利用计算机进行考试则可以很好的实现教学与考试的分离，在现阶段的各种考试当中都有着广泛的运用，也受到了人们的热烈欢迎。但是利用计算机进行考试，相应的系统则是必不可少的。但是当前阶段的计算机考试系统存在着严重的不足，制约了计算机考试在大范围内的全面推广。计算机考试系统的主要特征包括以下几个方面的内容：第一，计算机考试系统内部所有的试题都是静态试题，其内容和答案都是唯一的，这尚不能完全达到高水平考试的要求。第二，计算机考试系统内部所包含的试题的数量明显偏低，同时由于这种系统并不是一种开放性的系统，如果学生在平时的模拟考试或者练习过程当中，将所有的题目都做完，而后再去参加考试，必然能获得较高的分数。因此，这种考试系统在运用的过程当中就失去了当初的目的，成为单纯评价教师工作与学生学习质量的一种工具，失去了其“以考助学”的初衷。在许多领域的考试当中，由于担心学生做完所有的题目并强行记录，计算机考试系统还不能完全对学生开放，从而限制了其应用。

“模拟电子技术”在多个专业都是重要的基础课程，“模拟电子技术”课程对学生的电路分析能力有着一定的要求，其中不仅涉及到大量的电路图，同时 也需要对相关的电路图进行编辑与重现，这就使得这门课程的计算机考试系统的研发难度加大许多。在项目的研究过程中，笔者通过查阅相关资料等方式对“模拟电子技术”计算机考试系统的研发进行了分析与研究，认为“模拟电子技术”计算机考试系统应该包含以下几个方面的特征：第一，该系统应该包含有电路图编辑功能，学生可以在该系统中实现电路图的编辑与重现。第二，应该设计出动态试题模块，例如，在试题当中，电路的连接方向、电压、电流、电阻等都可以产生一定的变化，而并非是一成不变的。第三，系统内含电路仿真模块，运行仿真模块即可计算电路节点电位和支路电流，从而获得不同参数条件下的试题标准答案，并实现考试自动评分。对于一题多变的动态类型题目，学生只有通过理解而非记忆的方式才能正确答题，因此，所开发的考试系统完全可以，且应该开放给学生练习。实践表明，“模拟电子技术”考试系统，极大地提高了学生练习的积极性，也提高了学生的学习成绩。

二、系统设计

“模拟电子技术”计算机考试系统主要包括题目开发模块、试卷编辑模块、考试模块、题库和试卷库。题目开发模块的主要功能是实现电路图的编辑功能，有了这个功能之后，既可以增加试题库当中的试题数量，也能够对试题库当中现有的试题进行编辑与修改。试卷编辑功能的主要作用是组建新的试卷或者修改已经存在的试卷。考试模块用来从试卷库选择试卷、调出试题、重现试题、仿真电路和自动评分，是考试系统的核心模块。

在考试模块当中可以实现从试题库选择试题组成试卷并分析试卷中所包含的信息等。从原始信息提取电路拓扑数据、随机参数代码和题目文本。随机参数代码和随机数种子送至随机数发生器，确定相关随机参数；电路图重绘单元利用电路拓扑数据和相关随机参数，重新绘制电路；电路仿真单元对电路仿真，获取电路的各节点电位和各支路电流；标准答案提取单元从仿真数据中提取出标准答案。题目文本在被从原始信息提取出来之后，可以由考试者输入相关的答案，考试者所输入的相关数据会被提取并送至答案比较单元，答案比较单元会将考试者所输入的答案与标准答案进行比较，最后完成相关的评分工作。

学生在进行练习的过程当中，系统时钟会随机产生对应题目的随机数种子，这就使得题目不再是静止不变的。而学生在参加考试的过程当中，随机数种子则是由教师指定的，这就使得每个学生的考试题目都是完全一样的，从而使得考试是公平与公正的。

三、电路仿真

在“模拟电子技术”计算机考试系统当中，由于题目是动态变化的，电路图的相关参数并不是一成不变的，而是会发生一定的变化，同时题目所对应的答案也会发生一定的变化。电路仿真单元的研发可以实现系统能够自动获取标准答案与自动评分功能。在电路仿真单元当中，可以实现对电路直流工作点的模拟，从而形成对应的标准答案。

电路直流工作点的仿真需要解电路方程组，由于电路方程组大部分都是一些非线性的元器件，从而使得方程的建立与解方程都较为困难。解决这一问题的思路是用元器件的直流伴随模型，将非线性元件进行线性化，再建线性电路方程组和解电路方程组。通过反复迭代运算，最后获得电路方程组的数值解。

四、结语

基于计算机仿真技术的模拟电子技术考试系统的研发对当前高校关于模拟电子技术课程的教学与考试都有着重要的意义。由于模拟电子电路的虚拟性，通过该系统的使用能够使得整个学习的过程更加的生动，避免了当前高校采用的“PPT+教科书”的教学模式。

参考文献：

[1]张欢.海船船员轮机智能考试系统的研究与开发[D].大连海事大学，2010.

[2]江泽中.基于JSP技术的在线考试系统设计与实现[D].华中师范大学，2015.

[3]沐远.成圈型贾卡经编针织物计算机仿真研究[D].江南大学，2006.

[4]李焕哲.分布式计算机文化基础课程在线考试系统设计与实现[D].北京邮电大学，2007.

[5]周密.基于B/S结构的网络考试系统的设计与实现[D].中南大学，2013.

[6]翁剑鸣.散装化学品船液货装卸系统仿真软件的研究[D].大连海事大学，2014.

[7]苏军朝.基于OGRE的铁路集装箱起重机仿真操作系统的研究[D].西南交通大学，2012.

[9]杨彬楠.基于的昆明冶金高等专科学校网络考试系统设计[D].电子科技大学，2013.

篇7

自动控制原理是工科院校自动化及其相关专业的一门重要的专业基础课，主要研究自动控制系统的一般规律，涉及控制系统建模、分析和综合的基本理论和方法。它具有概念抽象、公式多，理论分析和数学计算多且繁杂等特点，学生在学习时常感到很困难，没有足够的兴趣。针对这一特点，利用Matlab仿真技术优化自动控制原理教学过程，进行理论方法的实时演示教学，可帮助学生理解抽象的概念和方法，改善课堂教学效果。

1 利用Matlab优化自动控制原理教学过程的思路

Matlab软件具备强大的计算能力，绘图简便，算法语言简单，有多种工具箱供用户选择，为控制系统计算机辅助分析和设计提供了极大便利。利用Matlab优化自动控制原理教学，在形式上包括教师课堂内教学演示，结合学生课外仿真练习、实验、课程设计等；在内容上，从建立控制系统的模型入手，涵盖经典控制理论的三大分析方法，系统校正，以及非线性系统的分析等。借助Matlab仿真将抽象的理论内容形象化，使学生易于理解，以达到较好的教学效果。

2 教学应用举例

2.1 利用Simulink进行动态系统建模

利用Matlab中的Simulink组件，用户可以通过模块组合方法快速地创建动态系统仿真模型。如图1所示，为水箱液位控制系统，要求通过控制进水流量来调节液位高度。该系统的传递函数为： =

其中，时间常数 =，放大系数 = 。为水箱截面积，为流出阀阻力系数。

在Simulink中建立该系统的仿真模型，如图2所示。

将给定值参数设置为单位阶跃信号。按需求设置、，启动仿真过程，通过scope观察仿真结果曲线。

如图3所示为=1，分别取0.5、2时的值曲线，可以看出，系统的响应速度随时间常数增大而变慢。此外，还可改变值来观察系统响应情况。通过画面演示，学生易于理解参数变化对系统响应的影响。

2.2 控制系统的根轨迹分析

根轨迹法是一种图解法，直接由开环零极点的位置信息确定闭环极点随某一参数变化的轨迹，由根轨迹图可直观地看到参数变化对系统性能的影响。授课时若能借助Matlab绘制根轨迹图，能够高效地完成教学内容。

单位反馈系统的开环传递函数为（） = ，绘制系统的根轨迹图。

编制matlab程序如下：

运行程序，结果如图4所示。

从图4中可以看出，原系统稳定，增加开环极点 = -1后，随着K值增大，系统会变得不稳定；若增加 = 0，则系统变为结构不稳定，提醒学生在进行系统设计时，利用增加系统型别来改善稳态精度，要综合考虑是否改变了系统的稳定性；若增加开环零点 = -1，则根轨迹全部落在负实轴上，说明系统为过阻尼状态，其阶跃响应无超调。

2.3 控制系统的频域分析

频率法也是一种图解法，频率特性图根据采用的坐标系分为奈氏图、伯德图等。通常，利用奈氏图分析闭环系统的稳定性较方便；而分析典型环节的参数变化对系统性能的影响，则伯德图最为直观。利用Matlab，可以快速地绘制系统的频率特性图。

单位负反馈系统的开环传递函数为（） = ，绘制系统的伯德图和奈氏图。

编制matlab程序如下

从图5看出，奈氏曲线不包围（-1，0）点，闭环系统是稳定的。利用bode命令也可以绘制伯德图，区别在于margin命令在绘图的同时还可以计算出相位裕度和增益欲度。

3 结论

利用Matlab进行自动控制原理课程的交互式演示教学，在教学实践中取得了较好的教学效果。第一，通过计算机仿真，使学生获得直观的感受，激发学生的学习兴趣。第二，在软件中修改各种参数和仿真验证，利于对比式教学，使理论讲解更加清晰。第三，学生对Matlab软件学以致用，为后续课程打下良好的基础。总之，引入基于Matlab的计算机仿真技术，为自动控制原理教学带来了极大的便利性和灵活性，很好地辅助了教学过程。

湖北汽车工业学院教研项目：自动控制原理与计算机仿真技术的教学整合JX201411，自动控制原理校级精品课程建设

参考文献

篇8

关键词：计算机实用技术；油田生产；虚拟环境；仿真系统

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9599　（2012）　18-0000-02

1 简析计算机虚拟现实技术

近几年来，计算机技术取得了不断的突破与发展，基于计算机实用技术也逐渐发展起来，为油田的生产与建设提供了又一项技术支持和保障。虚拟现实技术又被称为灵境技术，以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。其最重要的两个特征是系统的软硬件环境交互性及沉浸感。它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、多传感器技术等，来模拟人的视觉、听觉等感官系统，使人沉浸在计算机生成的虚拟环境里，通过语言、肢体语等方式进行实时交互，来创造一种适人化的多维信息空间。

虚拟现实技术利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨率显示技术等技术手段的结合生成了三维逼真的虚拟环境，用户需要通过特殊的交互设备就可以进入虚拟环境中。虚拟现实技术能够生成虚拟境界的图形工作站。近年来，虚拟现实技术已普遍应用于工业、建筑领域、教育培训。文化娱乐、能源生产等方面。根据目前虚拟现实的倾向特征，可将虚拟现实系统划分桌面级的虚拟现实、增强现实性的虚拟现实、投入的虚拟现实和网络分布式虚拟现实。虚拟现实技术的主要特征有：多感知性、浸没感、构想性。构成虚拟现实技术的关键技术有环境建模技术、立体声合成和立体显示技术、触觉反馈技术、交互技术和系统集成技术等。而一个完整的虚拟现实系统不仅包括虚拟环境，也包括以高性能计算机为核心的虚拟环境处理器、以头盔显示器为核心的视觉系统、以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统、以方位跟踪器、数据手套和数据衣为主体的身体方位姿态跟踪设备和以味觉、嗅觉、触觉与力觉反馈系统等设备技术组成。

2 简析计算机实用技术的油田生产仿真系统的设计

计算机的仿真技术和仿真系统的内涵比较广，其应用的范围还有待扩大。而计算机实用技术的重要组成部分虚拟现实技术在工业、商业、科技开发、军事、教育、医疗等各个领域。接下来就以计算机虚拟现实技术在油田生产仿真系统设计中的应用为例，做以简要的分析，旨在了解计算机虚拟技术的相关知识和油田生产仿真系统的设计方案与原理，了解科技在实际生产中的作用与价值，掌握相关的科技服务于生产与建设，创造更多的社会财富，解决生产中能源供需矛盾，提高作业人员的实际操作水平和相关的素质与技能，保证生产的安全、顺利进行。

虚拟现实技术应用在油田生产中，对安全操作等培训工作起到了一定的作用。而设计并开发基于桌面系统的油田安全操作的仿真系统，有助于提高油田的生产效率和管理水平。虚拟现实技术通过建立逼真的虚拟环境，利用各种高档工作站、高性能图形加速卡和交互设备，通过声音、力与触觉等方式，并且有效地屏蔽周围现实环境，使参与者完全投入到虚拟世界中，用以提高作业人员的相关职业技能和实际的操作水平，积累相关的现场实践经验。

同时将基于虚拟现实技术上的仿真技术，在油田注水生产中也有较大的作用与价值，随着油田生产进入中、高含水期，注水量逐渐的增加，注水的能耗尤其是电能的消耗越来越严重，使得油田注水系统的运行及其复杂，井下压裂测试、钻关井、洗井问题及其注水装置设备的维护、管网的改造等问题仅依靠作业人员的传统经验是无法有效解决的，但若在油田注水生产过程使用仿真系统ISPPS的设计，以系统基本水力元件数学模型为基础，应用节点方程模型建立系统仿真模型，对现有的注水系统的运行状态及情况进行定性分析。通过利用仿真设计对现实系统的某层次的抽象属性进行系统设计与模仿，利用相关系统设计的模型进行试验与分析，得到可靠、准确的信息。油田生产借助计算机仿真技术系统设计模型、三维数字化系统及虚拟现实技术来构建能源安全作业虚拟仿真训练系统，为多人在线交互式训练提供了条件，通过封闭式的演示、指导操作、开放式自由操作等培训模式，有利于开发能源安全作业虚拟仿真训练系统，有效解决能源安全作业培训成本、安全和效率问题。在三维仿真信息化系统内可对设备管理、管线管理、安全应急等演练，构建作业区三维环境。

3 简析计算机仿真技术的现状和未来发展的方向

计算机仿真技术的发展与科技力量的推动作用是密不可分的。自上世纪70年代初开始，数字模拟混合计算机仿真得以发展，70年代末，普及和推广了各种类型的专用和通用计算机仿真技术，90年代对交互式仿真和虚拟仿真进行研究，并取得了一定的科研成效。之后，随着科技和系统过程的发展，计算机仿真技术已日趋成熟，扩展到生产与建设的各个领域，为经济的发展和社会生产建设提供了技术保证和科技支持。未来的计算机应用技术的油田生产仿真系统的设计还有很大的发展空间与发展潜力，明确其发展方向，有助于进行相关的科研和发挥在实际中的应用价值。随着计算机应用技术与网络技术的发展，未来的仿真技术将向仿真技术网络化与虚拟制造的方向发展，其发展潜力有待进一步开发与完善。

参考文献：

篇9

关键词 计算机仿真技术；疏散；高校体育馆

中图分类号TP39 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）94-0194-02

当今世界，自然灾害频繁发生，导致人们的财产甚至生命安全都受到了威胁。作为人群密集的地方，学校常常是灾害发生时损害最严重的地方，不仅仅威胁到学校、师生的财产安全，最重要的则是威胁到师生的生命安全。高校体育馆是学生经常去的场所，作为公共地方，在体育馆模拟人员疏散计算机仿真技术是不可避免的。

随着科学技术的进步，计算机的快速发展，计算机仿真技术也在不断提高，用计算机仿真技术来模拟自然灾害的发生，对在疏散的过程中出现的各种问题进行分析、研究是正当可行的。

计算机仿真是对参与系统控制的人的思维的过程和行为进行动态性比较逼真的模拟。在某一过程中，用一系列有目的的计算机仿真实验来刻画系统的特征，得出数量指标。

1目前高校体育馆内的状况

我们在建立仿真系统时，必须要考虑高校体育馆的实际情况。体育馆容量大，可以容纳大量的观众，也存在着大量的座椅。在面对突发而来的灾害时，通道场口的狭小、大量的桌椅、学生的众多都可以成为人员在逃生时所遇到的种种阻力。

在有些地区极易发生的灾害是地震，而在有些地区高校不仅容易遭受地震的危害，也极易发生火灾和极少发生的恐怖袭击。通常在这些灾害发生时，会造成人群混乱。而在进行人员疏散时，由于出场口的狭小拥挤会发生人员践踏的情况，造成人员伤亡。这些事故的发生，都是由于学生的意识思维、行为方式产生的。

我们可以先假设某一高校体育馆占地面积为6000平方米，比赛大厅为40×50，学生的比赛场地为22×42，共有座椅3000个，可以进行活动的座椅有480个，而学校的体育馆只有东西两个门。

假设在有疏导的情况下学生逃生，需要穿过的通道为100米，假设每个人穿过座椅最长时间为3分钟，那么每个人需要逃离的时间是4分钟左右，每个通道口人员之间疏散所间隔的时间只是1秒至5秒之间。

学生在没有疏散引导的情况下，大部分都朝距离自己最近的门口冲去，从而造成门口拥挤等情况。由于学生的求生欲望强烈，会造成相互挤攘的情况，极易形成学生互相践踏造成伤亡事故，而他们所逃离的时间需要9min左右，他们之间所间隔的时间是20s～30s。

上述可以证明，有计划的疏导学生逃离是具有较大生存机会的。但是，在仿真疏散中，高校体育馆疏散的困难主要有：1）在高校体育馆中，体育馆的占地面积大，学生所需要逃离的道路是比较长的；2）在路径长的体育馆中，学生疏散到体育馆场口也需要很长的时间；3）高校体育馆内，学生数量众多。导致学生在疏散的过程中，在逃生意识的促使下，容易造成人员践踏等混乱情况；4）在某些高校内，体育馆出口少，有的仅仅可能只是两个出口，而在面对着大量的学生，会使矛盾不断出现；5）在体育馆的过道中，靠近出口的过道在面对学生逃离时，是学生逃离的最主要的方向，由于面积的限制，没有领导者有计划的疏散，容易造成拥挤和践踏事故。

2 学生在疏散情况下的行为

一般在发生紧急事故的情况下，学生的行为无非这样几种情况：

1）在发生灾害时，有部分学生会发挥自己的聪明才智，发挥自己领导者的力量，帮助他人进行疏散，也会进行有计划的疏散行为；

2）有的学生则是没有面对过紧急情况的发生，在面对着紧急灾害时，通常会表现得很慌张与害怕，然后采取不理智的行动；

3）有的学生则是会找寻自己的亲人和朋友，营救他们；或者也为了自己的贵重财产而返回体育馆场内；

4）在学生疏散的情况下，会出现盲目跟从的情况，认为人多的地方，就是更安全的地方，然后人群常常出现聚拢等行为。

3 计算机仿真的几种形式

1）宏观模拟形式

它的主要意思是将每个人看成一个整体，他们的行为都是相同的。在构造宏观模拟情况下，这种模拟形式简单，理论基础上是容易的。但是在这种模式情况下，有一定的不科学性。每个人都有自己独特的行为方式，在发生紧急情况下，每个人的行为是很难统一到一起的。这种模拟形式的实践是很容易发生混乱的情况。

2）微观模拟形式

它的主要表现形式是将每个人都看成是一个独立存在的个体。将他们的行为方式、思维模式都描述出来。微观模拟形式要表达出来是非常复杂的，对于计算机计算能力的水平也要得到相应提高。在体育馆中，存在的学生量是非常大的。在进行微观模拟的情况下，需要对千百个学生进行不同方式的模拟。他们所表达的行为方式的变化是连续不断的，因此，面对着如此高的计算能力，计算机仿真技术还没有达到，造成微观模拟方式在目前还是仅限于科学研究中，暂时还不能投入使用。

3）还有一种模拟形式是介于宏观模拟形式和微观模拟形式之间，分别对整体和个体进行有计划的策划。

4对仿真疏散的建议

4.1在高校体育馆疏散中注意的情况

1）在发生紧急情况下，要防止学生因为慌乱而在过道内不断拥挤、推攘；

2）学生在疏散的过程中，应该要保证馆内的疏散标志和馆内的紧急广播能够保持正常畅通运作；

3）对于体育馆内出现的一些特殊学生，应该要让专门的同学护送他们出门，保证他们的生命安全；

4）体育馆内，应该区分学生的疏散通道与救援人员通道，避免在混乱的情况下发生不必要的冲突。

计算机仿真技术与传统的实物实验相比，具有运行费用低、方便灵活以及无风险等优点。随着计算机应用技术与网络技术的发展，计算机仿真技术也在不断发展。将计算机仿真技术运用到实际生活中是至关重要的。

频繁发生的灾害使师生、学校遭受到巨大的伤害，而对于灾害的发生，师生的种种慌乱的行为都让情况更加混乱。

面对着可靠、准确的运算结果，仿真技术的逼真都会对师生产生积极的影响，从而减少因慌乱而造成的不必要的状况。

从上面的论述中可以得知高校对于计算机仿真技术的迫切希望，而计算机仿真技术中存在的问题也需要解决。

微观模拟形式是最好的仿真，但是由于需要大量的计算能力，对于这一问题，首先解决的是计算机计算能力，采用计算性好的计算机语言编写仿真系统，对于在模拟高校人员疏散中有着重要的意义。

人员疏散是一个非常复杂的问题，要考虑到种种突况。要想能够准确、合理地模拟出体育馆人员疏散的情况，是一项浩大的工程，这就需要科技人员对计算机仿真技术进行更加准确的研究，能够让它们在体育馆里得到实际广泛的应用。

6 结论

高校体育馆人群疏散计算机仿真技术中还存在着显而易见的缺陷，但是随着科学技术的进步，科技人员对仿真技术的研究，计算机仿真技术能够准确实际地运用到现实中是可行的。

安全疏散就是科学疏散。本文中利用计算机仿真技术模拟比较发现，对学生进行有目的疏散的时间比无目的疏散用的时间减少了许多，而在正确的疏散情况下，可以减少人员的恐慌，伤亡人数也可以相应减少。

在保持着疏散标志和紧急广播的正常运行情况下，信息的数量就可以增多。信息发散得及时人群疏散的效率就会提高，人员得到安全的数量就会增多。

由于疏散情况中的不确定性和复杂性，以及人群的心理思维都会导致他们行为方式的混乱，因此需要计算机仿真技术能够结合实际情况解决实际问题。

从上文中的论述可以看出高校体育馆人群疏散计算机仿真技术中还存在着显而易见的缺陷，但是随着科学技术的进步，科技人员对仿真技术的研究，计算机仿真技术一定能得到完善并更广泛地应用到生产生活之中。

参考文献

[1]马俊宏.高校体育馆人员疏散仿真研究[J].山西电子技术，2010（15）：8-11.

篇10

【关键词】浅论 中国水墨画 基本艺术特征 计算机仿真 实现

随着计算机图形学技术的飞速发展，人们对于传统的很多绘画技术和绘画效果都实现了很大程度上的模仿，通过利用计算机模拟技术，从而实现对传统水墨画的艺术效果的模仿，建立了专门用于模仿水墨画效果的三维纸纤维模型，从而实现对中国传统水墨画效果的计算机仿真。使得我国传统艺术变得更加的广泛，更加的发展壮大。

1 中国水墨画的基本艺术特征

中国水墨画在我国历史上是非常有名的一种艺术表现形式，随着我国在长期的发展和演变过程中，不但形成了很多风格派系，而且技法繁多，再加上很多诗画创作者在进行绘画的过程中，添加了很多自然和随意的感性因素存在，使得这种随意挥洒的艺术形式很难被模仿，尤其是要想实现计算机系统定量的技术融合更是难上加难，这就需要我们深入的研究水墨画绘画材料的特征和相互作用。进而从繁多的技法中抽取体现中国水墨画特征的典型艺术效果。

我国水墨画中最常用的就是文房四宝，笔墨纸砚。我国古代艺术家就是利用这基本的四种工具完成了享誉世界的水墨画创作。其中笔和纸是最主要的两种材料，通过纸的扩散作用，可以形成具有独特风格的艺术效果。下面简单对中国水墨画的基本艺术特征进行简要分析。

1.1 毛笔的特征和分类

我国毛笔出现大约有2000多年的历史了，我国毛笔使用过程中最注重的就是笔锋特点，毛笔笔锋呈现楔形，有很尖锐的笔尖，落笔时会出现一些特殊的笔触，而西洋画笔画出来的就是刷形。

我国水墨画在绘制过程中，通过选用毛笔的大小来控制水墨画中的粗细不均匀的画笔，其笔毛的原料质地直接影响着笔迹的形状参数，下面简单对其加以分类。

1.2 笔法归纳

在我国水墨画的绘制过程中，笔法是一个非常重要的特色，比如出现了中锋、逆锋、侧锋等，其中光皴法就有很多种，在艺术家眼中，这些笔法不但差别很大，而且彼此之间都是独立的。为了便于粒子系统算法模型对毛笔进行仿真模拟，必须要对中国水墨画的笔法特征进行详细的了解，进一步将其进行归纳，从而将这种具有艺术特色的笔法形成定量的计算机模拟笔法，在计算机模拟系统中主要将其归类为中锋和侧锋，而其他的一些笔法也都是由这两种笔法演变而来的，因此在计算机模拟系统中，最主要的就是掌握这两种笔法特征。

中锋，在运笔的过程中，笔尖在笔迹的正中间，结合用笔的力度、速度和走势等，将中锋笔迹进行托锋和逆锋。侧锋，在运笔的过程中，笔尖在笔迹的一侧，结合用笔的速度、力度、粒子数量多少、生命值长短，将侧锋用笔演化成各种笔法。

1.3 纸的分类

我国水墨画在选用纸张的过程中，纸张有“洇”的效果，这是最能够体现我国水墨画水墨味道的，纸模型的合理建立将是我国水墨画仿真研究的关键点，下面就需要对我国水墨画使用宣纸进行了解，我国的宣纸从配料上来说，主要就是分为棉料、净皮、特净皮三种，从厚度上划分又分为单宣、二层贡、三层贡等，总之纸的分类不同，可以呈现出几十种不同的分类标准和分类方法。最常见的就是宣纸和元书纸，这两种的绘画效果比较特殊。宣纸的绘画效果比较平滑，呈现椭球形，而元书纸的绘画效果更加的具有凸性，看上去是杂乱无章，但是却又有特色的艺术绘画效果。

1.4 中国水墨画动态特性

中国水墨画的特点是具有扩散和渗透现象的，由于水墨画绘画材料的特殊性，它还具有潜在的深化作用，因此在绘画过程中，水墨画会呈现出和水彩画完全不同的两种渗化和扩散效果，可以看到一个非常明显的动态过程。水墨画在扩散过程中，不但会扩散到笔迹的外面，同时还会由于渗化作用而留下清晰的扩散纹理。另外，水彩画是颜料和水在纸表面上混合、沉淀形成的。这就是因为水墨画在绘画过程中，在纸张上出现了渗化效果。

2 水墨画的计算机仿真

我国水墨画在绘画过程中，形态各异，绘画过程中也体现了很大的随意性，因此要想实现对水墨画艺术效果的计算机仿真，我们就必须清楚地了解水墨画在绘画过程中出现的渗化和扩散现象，充分的分析其渗化和扩散的原理以及扩散的路径，从而才能够对其进行有效的归类，从而实现水墨画的计算机仿真。

在计算机模拟过程中，就是将作画用的纸看成是―个具有相同大小、可以包含若干水墨粒子的相互连通单元构成的三维矩阵，通过一系列的仿真模拟，从而达到水墨画的艺术效果。

下面笔者简单对流体仿真模型进行分析。

2.1 纸纤维细胞

纸纤维细胞是具有一定的吸水力和容量的单元，每个单元都可以包含若干的水墨粒子和各种参数属性，而水墨粒子也是可以包含很多属性信息的水墨单元。每一个纸纤维细胞都包含了大量的属性信息，比如自身的容量、当时的吸水力等，纸纤维细胞就是在计算机模拟水墨画艺术效果中最小的计算单元。

对于给定的输入笔迹，可以将其看成是具有特定属性水墨粒子的粒子源，根据用户需求，从而确定不同的粒子类型。在仿真水墨画的过程中，我们可以发现，在纸纤维细胞下面都有很多的水墨粒子，而在单位时间内出现的粒子数量则是由笔迹决定的，当然也就是和笔迹的粗细、浓淡等有关。

2.2 三维纸纤维模型

这个模型其实简单的说就是将其作为纸纤维细胞组成的三维矩阵，每一个纸纤维细胞都可以和周围上下左右的其他四个纸纤维细胞进行交换水墨粒子，当然由于是三维模型，那么如果上层的纸纤维细胞的水墨粒子重力比较大时，也会传递给下层的纸纤维细胞。

2.3 水流推进引擎

这种推进引擎就是用来控制水墨粒子和纸模型以及周围环境之间的相互作用所形成的作用规则和技巧。这种技术用来描写真实的水墨画绘画过程中，粒子的扩散过程，通过不断地对纸纤维细胞中所包含的粒子的属性进行探究，从而不断地模拟其绘画过程中的扩散情况，这种水流推进引擎就可以相对较好地实现对细胞功能的查看，看是否有相邻的粒子之间发生粒子流动。

3 在笔迹中加入纸纹理

下面笔者简单从两方面对笔迹中加入纸纹理来进行介绍。第一，计算机模拟技术在应用实施过程中，将纸纹理和经过流体仿真模型计算所得的结果进行图像叠加，形成最终的具有较好艺术效果的水墨画。这种做法是比较简单的，最终的水墨画显示结果中，纹理也是非常明显的。这种方法可以用来产生特殊的水墨艺术效果。第二，在对纸纤维细胞初始化过程中，就将纸纹理加进去，具体做法就是将纹理的颜色信息转换成相应的水墨粒子，然后再将其和正常方式下初始化的纸纤维细胞中的水墨粒子进行充分叠加，从而形成了计算机模拟系统中纸张的纹理出现。

在计算机仿真实现的过程中，通过将纸纹理加入，从而形成更加具有特色的艺术效果，同时也会发现纸纹理初始化过程中，使得经过流体仿真模型计算得到的扩散纹理的边界参差不齐，从而看上去更加的具有中国水墨画的艺术特征和艺术效果。

结语

中国水墨画在长期的发展过程中，更加具有艺术特性和艺术效果，在进行计算机仿真模拟的过程中，我们会发现水墨画的笔迹、纸张、水墨粒子等方面都存在很多的特点，而要对其进行量化的模拟实现仍然是比较难的，虽然当前我国的很多计算机仿真模拟系统或者是仿真模拟软件都已经实现了很大程度上的模拟，但是我们要想更好地将中国水墨画的艺术特质和艺术效果进行充分的模拟仍然有待于技术的进一步发展和提高。

参考文献

[1]齐亚峰，孙济洲，商毅.中国水墨画的基本艺术特征及其计算机仿真实现[J].中国图象图形学报，2003，08（05）：562-566.