计算机模拟仿真技术范文

导语：如何才能写好一篇计算机模拟仿真技术，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

DYTS60系列是烟台北极星表业有限公司开发、生产的多功能、大三针指示系列石英电子手表机心，附有日历、周历、月历、二十四小时、日月星辰指示功能，性价比高。众所周知，产品质量的好坏直接决定市场的接纳认可程度，而该系列机心虽然自2006年投放市场以来，几经优化、多次改进，客户满意度、一次装配合格率已逐年提高(图1)，但时轮打齿、周历慢爬停表的问题仍没有完全解决。本着精益求精的态度，北极星表业公司技术质量管理部运用计算机模拟仿真技术，查找出造成时轮打齿、周历慢爬停表等问题的主要因素，并进行改进，提高了DYTS60系列手表机心的质量。

现状分析

2009年3月―9月，我们从客户退回的不良机心中，随机抽取了106只进行全面的质量分析和问题归类，对机心问题进行了统计，并制作了不良机心问题原因排列图 ( 图2 )。

确立目标

根据以上抽样分析和分类统计，结合实际情况，我们制定了“DYTS60系列机心一次装配合格率达到96%”的预期目标。

根据现状分析，不难发现时轮打齿、周历慢爬停表占不良率的56.60%，是主要问题。只要能够解决这两个问题，就可以实现预期目标；而且通过解决“周历慢爬停表”问题，同时可以解决不良率占8%的分轮脱片问题，从而进一步促进目标的实现。

什么是时轮打齿?

时轮打齿是指手表在正常运转过程中，每天周历完成自动拨历的整个过程需要3～5个小时，当周历进入自动拨历时，如强行按动周历快拨按钮，使周历拨历机构快速拨动，在周历拨动机构没有与传动系统脱离的情况下，迫使手表的传动系统产生逆向运动，破坏了原有的运动规律，对时轮齿造成损伤。这是周历快拨操作不当造成的。因此，在周历进入自动拨历这段时间里，是不允许对周历进行快拨的，在产品说明书上一并给出了相应的提示说明。

什么是周历慢爬停表？

周历慢爬停表是周历进入自动拨历状态，周历拨头带动周历轮旋转，在周历轮向外推动周历快拨杆进行“爬坡”运动的过程中，出现周历失灵的现象。

什么是分轮脱片？

分轮脱片是指由于传动力矩过大或者本身摩擦力矩不足，造成分轮片不能随着分轮齿轴同步转动，丧失了传动能力的现象。

通过演示看出：当机心周历进入自动拨历后，快拨周历，传动轮上的小拨头越过周历拨头保险间隙，越位28°( 见图5 )，带动传动轮、时轮发生逆向转动。由于时轮材料比跨轮材料硬度低，因此，时轮被正常传动的跨轮破坏，造成时轮打齿。

为进一步确认周历慢爬停表的原因，我们继续运用计算机仿真模拟手段，对周历轮与周历拨头相啮合的过程进行传动控制演示，观察周历轮与周历拨头整个过程存在的问题。结果显示：周历慢爬停表的机心，周历轮与周历拨头，基本停在如图 ( 见图6 ) 所示位置，并发现两轮在此处形成共轭直线接触，极易形成传动“死点”，此点数据显示传输力矩变大，对齿轮的传动造成影响。这也是造成“分轮脱片”的主要原因之一。

可见，时轮打齿、周历慢爬停表以及分轮脱片的部分问题主要由以下因素造成：① 周历快拨操作不当；② 周历拨头保险间隙小；③ 齿轮啮合面较大 。

对策实施

通过分析三个主要原因，发现时轮打齿、周历慢爬停表以及分轮脱片的部分原因都是由周历拨头这个零件在设计上和控制上存在缺陷造成的；只要对该零件进行技术改进，相关问题就迎刃而解了。为此，经过部门成员共同讨论，结合“分析、计算、设计、绘图、仿真、试制、验证”的原则，制定了以下对策：

实施一：改进周历拨头齿形

1.根据计时仪器齿轮设计原理及要求，结合相啮合的周历轮齿形特点，重新计算了周历拨头的齿形数据。

2.绘制了周历拨头齿形图 ( 见图7 ) 。

3.在计算机中，模拟仿真了整个周历轮与周历拨头啮合传动的全过程。

通过仿真验证，发现两轮接触方式变为完全点接触，消除了死点的存在，从理论上讲，消除了周历慢爬停表的情况，减少了传动中所需的传输力矩，降低了分轮脱片的概率。

实施二：改进周历拨头保险间隙

1.根据原因分析中，发现小拨头越位28°的实际情况，将保险间隙增加到35°。

2.绘制了周历拨头零件图纸 ( 见图8 ) ，并确定了零件全部相关尺寸和公差要求。编写及下发试制工艺单，组织进行小批量生产试制，装配出1000只试制样品机心。

3. 通过跟踪，试制样品符合产品新设计要求，符合进一步验证的要求。

实施三：验证快拨周历无需限时

组织对新试制的1000只样品机心按照相关操作规定，在全时段特别是周历进入自动拨历阶段进行快拨周历操作，均没有出现时轮打齿的现象，时轮打齿问题彻底解决。验证成功。

按照国家标准 ( GB/T 6044―2005 ) 的规定，对新试制的1000只样品机心全部进行出厂合格检查，结果符合国家标准要求，走时质量好，换历可靠，没有机心在周历慢爬时出现停表情况。试制成功，可以投入批量生产。

效果检查

运用计算机模拟仿真技术，彻底解决了DYTS60系列机心的时轮打齿、周历慢爬停表两个问题，通过半年来市场营销部反馈的数据来看，实现了预期目标 ( 见图9 ) 。

DYTS60系列机心质量的提高，扩大了市场对该系列产品的接纳程度，为此，公司于2010年以DYTS60系列机心为基础开发出DYT211CG时装成品表，更好的满足了客户的需求。

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计算机仿真技术是指利用计算机科学和技术的成果建立被仿真的系统的模型，并在某些实验条件下对模型进行动态实验的一门综合性技术。它具有高效、安全、受环境条件约束较少、可改变时间比例尺等优点，已成为分析、设计、运行、评价、培训系统的重要工具。水利工程是一项施工周期长，施工复杂的系统工程。它包含了工程主体施工、临时挡泄水工程施工以及水位变化和潮汐的影响等,水利工程的施工质量受自然原因和人为原因的双重影响，所以为保障工程的质量，在施工过程中必须对各种因素的不确定性和周密性予以严格的控制。传统的多采用设计蓝图对施工进行把握，然而二维图形不够直观,对施工的全过程很难从整体上加以把握。随着科学技术的不断发展完善，计算机仿真技术开始在水利工程施工领域加以运用。主要分析了计算机仿真技术在水利施工中的应用，希望对计算机仿真技术的应用有所帮助。

2计算机仿真技术的优点及实现过程

2.1计算机仿真技术的优点

第一，节省时间。计算机仿真技术以其智能化的手段可以对多种施工方案进行快速的比较，可以准确快速的选择出最优施工方案。通过施工方案的选择，可以就施工的不同阶段所做的准备工作加以分析研究，针对一些潜在的问题，可以提前采取措施加以规避。第二，成本低。计算机模拟是一种虚拟的模拟技术，不需要通过真实的原型试验只需要通过相关模拟软件的开发与应用便可以对就相关的数据得出结论，而且可以反复的进行试验，对不同的方案加以论证。与原型试验投入成本相比，计算机仿真技术软件开发与使用的费用要低得多。第三，可靠性高。与人工排块不同，计算机仿真技术的应用以系统模型的正确以及软件编制的正确性为前提,计算机施工仿真模拟通过软件进行模拟，减少了人工排块过程中因人为因素所造成的失误。第四，实用性强。计算机仿真技术的应用面比较广，一般情况模型只要是采用数学加以描述的，其系统的行为就可以通过运用计算机来模拟，并可以准确的把握系统未来的发展趋势,估计剩余使用寿命等,随着科技的不断发展，计算机仿真技术将被运用到更多的领域。

2.2计算机仿真技术的实现

计算机仿真技术是在数学理论的基础之上发展起来的一门试验科学。作为一项实用技术，并不能对客观具体事物进行直接处理，计算机模拟技术的应用需要以数学模型的建立才能作为能反映研究对象本质的关键技术。计算机仿真技术的实现是确定研究对象后，针对研究对象建立数学模型，并通过计算机对数学模型的仿真计算最终得到仿真结果的。第一步，建立模型。在进行仿真前要根据研究对象和研究目的的不同，抽象出一个确定的系统,并就系统的边界和约束条件加以限定，采用力学、数学和其它相关知识将抽象出来的系统用数学表达式描述出来，形成“数学建模”。系统的数学模型，在研究目的不同的情况下可以划分为：静态模型、动态模型、离散时间动态模型和混合时间动态模型。模型准确与否影响着仿真结果是否能反映实际。第二步，输入模型。模型的输入即是对上一步所建立的数学表达式结合软件不同特点输入为计算机能够处理的形式,这种形式所表现的内容,即是所谓的“仿真模型”。这个模型是进行计算机仿真的关键。当然实现这一过程,也可以自行开发一个新的软件。第三步，模型的仿真计算。所谓模型的仿真计算是指在计算机中载入上一步获得的仿真模型，在事先设计的实验方案内进行仿真计算。第四步，评估仿真结果。对一个系统的状况从整体上加以把握是仿真的目的所在。系统运行信息是仿真的结果，仿真的研究目的在于对所获取的信息进行分析进行评估和认识，并将仿真结果运用到施工实践当中。

3计算机仿真技术在水利施工中的应用实例

3.1工程概况

某大型水电站混凝土拱坝坝高178m,混凝土浇筑量可达485万m3,混凝土浇筑施工工艺复杂、施工难度高。如何有效、高质量、快速地组织大坝混凝土施工,合理安排浇筑顺序,对于整个工程的进度和质量都有至关重要的影响。为了直观反映该工程进度,借助于三维建模技术,对该工程施工过程进行仿真研究。

3.2三维建模

根据设计结果,提取混凝土拱坝的相关数据,首先用Auto-CAD工具建立三维网格模型,尽量真实地体现图形实体对象与仿真变量间的对应关系。利用系统实体CAD图形建模,目的是为了定义系统实体的形状、结构及其他相关信息。仿真的目的是观察大坝的浇筑施工状态随时间的动态变化,以便于及时掌握系统模型的基本特性,找出仿真系统的最佳设计参数,据此对真实大坝的设计结果进行改善或优化。可通过对数据库中工程各浇筑块数据的统计、计算,在已建的三维模型中描绘出各控制阶段的筑坝进度面貌,直观地再现大坝的概貌。

3.3施工过程模拟

模拟工作的主要思路就是安排各台缆机所负责的浇筑块的日程计划。在坝型,尺寸及分缝一定的情况下,在某个给定的机械配置方案条件下,可根据各种限制及约束条件,找到某种适宜的分块浇筑顺序和最紧凑的工期。因此,在模拟中采取在给定的浇筑方案和机械配置情况下,按照满足施工中各种约束限制条件的要求安排坝块的浇筑顺序,算出各坝块浇筑施工进程,从而计算出所需的大坝工期。如果改变浇筑方案,可进行类似的模拟和计算,从而得到各种不同浇筑方案的结果。然后通过综合比较,选出较优的方案。本文对4台缆机和三台缆机方案进行比较,实施仿真中考虑了以下约束条件:每一注块能否浇筑的时间约束、相邻注块的允许高差、相邻注块的拆模限制、缆机工作范围的限制、相邻缆机工作干扰限制、气温条件对浇筑的影响、突发事件对浇筑的影响限值和其他可能的约束限制等约束条件。如对于分坝段而且分仓浇筑的重力坝,在其下游仓快达到坝顶时,可能存在并峰问题,这时可能同一坝段的两个仓位在到达并峰高程后,要相互等待。或者对于混凝土拱坝,有的跨坝段孔洞需要安装钢衬,同样存在需要相互等待到达同一高程的问题等等。

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关键词：系统仿真设计

一、系统仿真技术

所谓仿真就是建立系统的模型（数学模型、物理效应模型或数学-物理效应模型），并在模型上进行实验和研究一个存在的或设计中的系统。这里的系统包括技术系统，如土木、机械、电子、水力、声学、热学等，也包括社会、经济、生态、生物和管理系统等非技术系统。仿真技术的实质也就是进行建模、实验。现代仿真技术的发展是与控制工程、系统工程及计算机技术的发展密切相关联的。控制工程和系统工程的发展促进了仿真技术的广泛应用，而计算机出现及计算技术的迅猛发展，则为仿真提供了强有力的手段和工具。因此，计算机仿真在仿真中占有越来越重要的地位。

仿真技术得以发展的主要原因是它带来了重大的社会和经济效益。系统仿真的应用大致可分为：对已有系统进行分析时采用仿真技术；对尚未有的系统进行设计时采用仿真技术；在系统运行时，利用仿真模型作为观测器，给用户提供有关系统过去的、现在的、甚至是未来的信息，以便用户实时作出正确的决策；

在系统运行前，利用仿真模型作为预测器，向用户提供系统运行起来后，可能产生什么现象，以便用户修订计划或决策；利用仿真模型作为训练器，训练系统操纵人员或管理人员。在工程领域仿真技术可以降低系统的研制成本，可以提高系统实验、调试和训练过程的安全。

一般认为，建立模型是仿真的第一步，也是十分重要的一步。传统仿真技术中，一个仿真系统要首先建立起系统的数学模型--一次仿真模型，然后再改写成适合计算机处理的形式-仿真模型。仿真模型可以说是系统二次近似模型。建立起仿真模型后，才能书写相应的程序。

仿真基本上是一种通过实验来求解的技术。通过仿真实验要了解系统中各变量之间的关系，要观察系统模型变量变化的全过程，此外，为了对仿真模型进行深入研究和结果优化，还必须进行多次运行，系统优化等工作，因此，良好的人机交互性是系统仿真的一个重要特性。

二、虚拟现实技术

虚拟现实技术是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术，是由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境--虚拟环境，用户投入这种环境中，就可与之交互作用、相互影响。它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，从而也大大推进了计算机技术的发展。目前，虚拟现实技术已在建筑、教育培训、医疗、军事模拟、科学和金融可视化等方面获得了应用，渐已成为21世纪广泛应用的一种新技术。

虚拟现实是高度发展的计算机技术在各种领域的应用过程中的结晶和反映，它具有以下主要特征：

（1）依托学科的高度综合化；

（2）人的临场化；

（3）系统或环境的大规模集成化；

（4）数据表示的多样化和标准化，数据存储的大容量、数据传输的高速化与数据处理的分布式和并行化。正是这些特征，使操作者沉浸其中，并通过多种媒体对感官的刺激，对所需解决的问题有了清晰和直观的认识，从而，也使模型的建立和验证更加方便。

三、系统仿真技术与虚拟现实技术的结合

传统的系统仿真技术很少研究人的感知模型的仿真，因而无法模拟人对外界环境的感知(听觉、视觉、触觉)随着多媒体技术、计算机动画、传感技术的发展，计算机模拟外界环境对人的感官刺激开始成为可能。事实证明，人类对于图像、声音等感官信息的理解能力远远大于数字和文字等抽象信息的理解能力。将仿真技术与虚拟现实技术相结合，利用虚拟现实技术进行仿真模型的建立和实验的模拟，使仿真的过程和结果可以实现图象化、可视化，使仿真的系统具有了三维、实时交互、属性提取等特征，极大地促进了仿真技术的发展，同时也使虚拟现实技术更加具有生命力。

四、仿真与虚拟现实技术在结构工程中的应用

仿真与虚拟现实技术近年来在机械、电子、水利、社会、经济、生态、生物等各个领域都得到了广泛的应用。

在结构工程中，仿真与虚拟现实技术已经应用于如下几个方面：

1．在工程结构分析中的应用

工程结构在各种荷载作用下的反应，其破坏特征和极限承载力是人们所关心的。当结构形式特殊，荷载及材料特性复杂时，人们往往求助于模型试验来测定其受力性能，但模型试验往往受到场地和设备的限制，只能做小比例模型试验，难以完全反映结构的实际情况。若用仿真与虚拟现实技术，则可以进行足尺寸的试验，还可以很方便地修改参数。此外，有些结构难于进行直接试验，用计算机模拟仿真就更能体现出优越性，如建筑物及构筑物在地震作用下的倒塌分析，桥梁受到汽车高速碰撞的检验试验等只有采用仿真与虚拟现实技术，分析才能大量进行。又如在高速荷载作用下，结构反应很快，人们在真实试验中只能观察到最终结果，而不能观察试验的全过程。如果采用计算机模拟仿真试验，则可观察其破坏的全过程，便于破坏机理的研究。对于长期的徐变过程则可在模拟中加快其变化过程，让人们清楚地看到其过程。在运用传统的有限元法进行结构分析时，结构应力的结果通常采用内力图等力线的形式描绘出来，给人以直观的印象。利用仿真与虚拟现实技术则可以通过颜色的深浅给出三维物体中各点力的大小，用不同颜色表示出不同的等力面；也可以任意变换角度，从任何点去观察。还可以利用VR的交互性能，实时修改各种数据，以便对各种方案及结果进行比较。这样就使工程师的思维更加形象化，概念更易于理解。

2．在岩土工程中的应用

岩土工程处于地下，往往难于直接观察，而仿真与虚拟现实技术则可把内部过程展现出来，有很大实用价值。例如，地下工程开挖经常会塌方冒项。根据地质勘察，我们可以知道断层、裂隙和节理的走向密度，通过小型试验，可以确定岩体本身的力学性能及岩体夹层界面的力学特性、强度条件，并存入计算机中。

在数值模型中，除了有限元方法外，还可采用分离单元。分离单元在平衡状态下的性能与有限元相仿，而当它失去平衡时，则在外力和重力作用下产生运动直到获得新的平衡为止。分析地下工程的围岩结构，边坡稳定等问题时，可以把节理断层划分为许多离散单元。这一过程可以在显示器和大型屏幕上显示出来，最终可以看到塌方的区域及范围，这就为支护设计提供了可靠依据。

3.防灾工程中的应用

长期以来，人类一直与洪水、火灾、地震等自然灾害进行着坚持不懈的斗争。由于自然灾害的原型重复实验几乎是不可能的，因而仿真与虚拟现实技术在这一领域的应用就更有意义。目前已有不少抗灾、防灾的模拟仿真系统制作成功，例如洪水泛滥淹没区的洪水发展过程演示系统。该系统预先存储了泛滥区的地形地貌和地物，有高程数据可确定等高线，只要输入洪水标准(如百年一遇的洪水)及预定河堤决口位置，计算机就可根据水量、流速区域面积及高程数据算出不同时刻的淹没地区，并在显示器和大型屏幕上显示出来。人们从屏幕上可以看到水势从低处向高处逐渐淹没的过程，这样对防洪规划以及遭遇洪水时指导人员疏散是很有作用的。又如在火灾方面，对森林火灾的蔓延，建筑物中火灾的传播均已开发出相应的模拟仿真系统，这对消防工程起到了很好的指导作用。

4．在模拟施工过程中的应用

建筑施工是复杂的大型的动态系统，它通常包括立模、架设钢筋、浇注、振捣、拆模、养护等多道工序，而这些工序中涉及的因素繁多，其间关系复杂，直接影响着混凝土浇筑的进程。模拟施工过程是为了通过仿真手段，去发现实际施工中存在的问题或可能出现的问题，这就需要对实际施工进行仿真。而目前施工过程的模拟只是从几何形体方面模拟施工的过程，即按楼层关系由下而上，每一层按柱、梁、板的几何形状加以着色来实现对施工过程的模拟。现有的模拟只是对进度计划起到了一定作用，并没有对施工过程起到真正的作用。基于以上原因，需对施工过程建立合适的模型，以达到模拟仿真的效果。例如，大型水利枢纽混凝土在运输浇筑系统的模拟仿真模型，是由运输子系统和浇注子系统构成的，模型是按进程交互的仿真策略建立的，按这种条件建立的模型能与仿真程序间保持紧密的对应关系，程序所要模仿的行为比较直观、清晰。程序流程直接与模型结构和系统状态相对应。

另外，仿真与虚拟现实技术在结构工程领域内，还可应用在建筑系统工程管理、建筑信息管理、建筑物及构筑物的空气流场、空气品质分析等方面。

我国是一个发展中国家，有着大量繁重的基本建设任务，特别是在十五计划纲要中，提出进一步加强水利交通、能源等基础设施建设和西部大开发战略。这一大好形势，为结构工程高新技术的信息化和集成化，为结构工程学科及相关学科的发展提供了良好的机遇。仿真与虚拟现实技术作为结构工程高新技术之一，开创了结构工程学科的新纪元，其技术潜力巨大、应用前景十分广阔。

参考文献

（1）汪成为、高文、王行仁.灵境(虚拟现实)技术的理论、实现及其应用.清华大学出版社，1997

（2）陈清来.建筑结构的现代设计设计思想和发展.工程设计CAD及自动化，1996年，（4）

（3）张跃、张丛哲。土木工程中虚拟现实技术的发展与展望，计算机世界，1998，（5）D版：1-3.

（4）袁耀明.从可视化到视算一体化.系统仿真学报，1996（5）

（5）张丛哲、张跃.计算机辅助设计(CAD)中虚拟现实技术.计算机世界,1998，（5）D版：5。

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关键词 计算机模拟技术 抗震设防系数 DirectDraw技术

中图分类号：TP3 文献标识码：A

随着计算机辅助设计技术的发展普及，国内外在计算机建筑设计包括模拟计算、图纸绘制和资料管理等方面的研究和开发有了较大进展。由于社会发展对建筑设计的效率和质量要求的不断提高，近十年来逐渐提出集成化建筑设计系统（IBDS）的概念。各种高性能计算机正以其强大的运算能力被广泛应用于各种领域，其中对自然界的物理现象和自然规律进行仿真是主要应用之一。

建筑施工要考虑的因素很多，其中就包括水波对建筑物的影响。所以对水波在计算机中进行事先的模拟技术十分重要，它可以大大提高建筑安全设计的效率。笔者希望通过对真实水波的产生、扩散、衰减以及多个水波的交迭过程的计算机模拟为例，介绍此类程序的设计思路与解决方法。在程序的实现过程中，为了使仿真的效果更加逼真、处理数据显示的速度更快，使用了DirectX中的DirectDraw技术利用硬件加速器对数据的显示进行加速。通过对计算机仿真模拟技术研究，以及对防振建筑物基本原理和设计过程的研究，从而利用计算机仿真技术来模拟建筑物的构造过程。所制作的计算机模拟仿真环境，要实现根据建筑物所提供的数据来构造建筑物的雏形，并连接相关的工程造价软件，对所设计的建筑物进行预算评价，从中计算出合理的预算价格。系统通过模拟震动环境，把已经构造好的建筑物放到模仿真实地震的环境中，通过对建筑物材料、结构等多方面的数据测算，来实现检查所设计的建筑物是否能满足设计的要求。

在计算机模拟所应具备如下几个模块：

首先，光折射模拟，虽然模拟了对波的传播过程，但如不考虑起伏的水波对光的折射也是不逼真的。根据光学有关知识，将水下的景物存在的偏移程度同水波的斜率、水的折射率和水的深度进行精确的模拟，做线性的近似处理。我们可以近似地用水面上某点的前后、左右两点的波幅之差来代表所看到的水底景物的偏移量：通过循环来计算每次产生数据的偏移量

xoff = buf1[k-1]-buf1[k+1]；

yoff = buf1[k-BACKWIDTH]-buf1[k+BACKWIDTH]；

int pos1， pos2； pos1=ddsd1.

lPitch*（i+yoff）+ depth*（j+xoff）；

pos2=ddsd2.lPitch*i+ depth*j；

其次，生成波源，在无外力影响的情况下，水平面是不会自发产生水波的，必须对水平面施加某种波源才能引起震动波的扩散。扩散的速度与范围同波源的能量大小与受力范围有关。通过在程序中修改振幅缓冲区buf，来模拟外力的加入。在着力点产生一个负的“尖脉冲”，即让buf[x，y]=-n。当系数n的取值范围在32至128之间对建筑物的影响较小。受力半径是以着力点为圆心，圆里所有的点产生一个负的“尖脉冲”。

利用if （（x+stonesize）>BACKWIDTH ||y+stonesize）>BACKHEIGHT||（x-stonesiz

e）

第三，震动波模拟，这种用数据缓冲区对图像进行处理的方法其最大的好处就是：程序运算和显示的速度与水波的复杂程度无关，用类似的方法完全可以对其他一些物理和自然现象。

第四，结构模块单元开裂处理模拟设计，判断开裂的出现通常有两个准则：最大拉应力准则，认为当最大拉应力超过某一极限时裂缝出现：最大拉应变准则，认为当最大拉应变超过某一极限时出现裂缝。Kupfer等人的实验表明，最大拉应力准则比较接近实验结果，因此一般的工程计算中，可采用最大拉应力准则。

混凝土的裂缝模式主要有：离散裂缝模式（Discrete cracking model）和分布裂缝模式（Smeared cracking model）。裂缝模式的选择应根据分析研究的目的来确定，如果只需要了解结构构件总的荷载一位移性能时，选择分布裂缝模式比较好，如果要了解构件实际的裂缝形态和详细的局部性能，则采用离散裂缝模式比较好。

最后，加速显示模块设计，由于动画对处理速度要求比较严格，所以要竭尽所能来提高数据的处理速度。采用DirectX中的DirectDraw技术来对图形进行加速处理，它在提供直接访问显示设备的同时，与GDI相兼容，提供了一种与设备无关的途径，以访问特定的显示设备的某些高级特性。

通过实验得出的仿真结果可以得知，当材料采用低强度钢筋混凝土结构时，建筑结构体系的抗震系数就会很低，直接影响建筑物的安全性能。还有当结构支撑节点所受到外部荷载很大时，结构的安全系数也会随之降低或减弱。所以应在关键部位做特殊处理，如选用高强度的抗震材料，或提高结构应力受力面积等，从而减少其节点偏心位移，提前验证并修改所设计的建筑构筑物中存在的不安全节点，大大减少不必要的损失及降低有效成本。

参考文献

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1引言

自动化物流系统在提高生产效率的同时，也给企业的决策者如何全面的评估一套先进的物流系统带来新的挑战。一方面是由于系统的复杂性，不可能是人脑力所能完成的；另一方面是一套新的系统也不可能在真实的条件下测试其可行性。现代化的物流系统是集光、机、电技术为一体的复杂的系统工程，而计算机仿真技术能够提供一种复杂环境下的智能解决方案，把两者结合起来就可以利用电脑模拟现实的情况，给决策者提供一个理论依据。有关数据显示，利用仿真分析方法改进物流系统方案后可使总投资减少30%左右。因此，计算机仿真技术的应用为物流企业的配送中心、仓库管理系统、分拣系统、运输系统以及货物的实时跟踪提供了一种评价的方法，大大缩短了先进物流系统的研发周期、降低了成本，并使之更好的应用于生产实践之中。

2仿真技术在物流系统中的应用概况

计算机仿真技术是一种模仿行为，它利用计算机来运行仿真模型，模仿实际系统的运行状态及其随时间的变化情况，并通过对仿真过程的观察和统计，得到仿真模型的输出参数和基本特征，以此来估计和推断实际系统的真实性能，并为决策提供一定的参考。近些年来，仿真技术逐渐在各个领域都得到了广泛的应用，并在很大程度上代替实物系统。计算机仿真需要三项基本要素：系统、模型和计算机，而联系这三个要素的基本活动是模型设计、模型实现和仿真实验。图1描述了仿真过程三项基本活动之间的关系。

在实际的生产过程中，计算机物流仿真模型是根据自动化物流系统的工艺需求建立起来的，而且需要确立物流设备的基本运行参数。系统的工艺流程和系统之间存在着的逻辑控制关系，可以根据所建立的模型对物料流动过程中设备处理该物料所需的时间、流动轨迹等条件编写逻辑控制程序。程序编写后，设定物流系统的初始值并把初始值输入系统，就可以利用仿真软件在计算机上运行此仿真系统。仿真运行时间可以根据实际物流系统的生产班次或最大物流量进行模拟。

对得到的运行结果进行分析，可以确定系统是否存在瓶颈、流程是否畅通、物流量能否满足需求。如果系统运行后，得到的结果不符合预期，需要找出相应的原因，改变参数或调整方案，进行下一次的模拟直至满足物流系统的生产需求。最终的仿真结果可以为管理者和设计者生成三维动画输出结果及仿真报告，为进一步优化和完善提供科学的依据和理论支持。

目前在国外的许多物流和制造企业中已广泛应用仿真技术，如加拿大邮政、德马泰克等。我国对现代化的集成化物流规划设计仿真技术的研究较晚，从2001年开始，山东大学和同济大学才开始相关领域的研究工作，但是发展速度很快。目前国内已经有部分企业采用仿真技术，但是和国外比起来，不论是在规模还是技术上与国外都有很大的差距。近些年来，现代企业越来越重视物流在生产系统中的重要作用，对物流的设计和仿真也越来越多的得到较多的研究。

3现代物流系统中常用的仿真软件

物流仿真软件可提供基本的功能元素，使仿真的编程工作大大简化，常见的有AutoMod、Witness、eM-Plant、Flexim、Racl等。

3.1AutoMod

AutoMod仿真软件能够满足初次使用者与专业人员的需求。你可以轻松而精确地模拟任何规模、任何精细程度的系统--从手工作坊到全自动化的设施。使用AutoMod的独特功能可以提高成功率与生产力，AutoMod的独特功能有3D虚拟现实动画、互动建模、原料运送模板、易于理解的语言。AutoMod主要有以下优点：减少设计与开发时间；减少运营瓶颈的风险；建模繁简由人；建模高度精确；增强对设计的信心；减少设计错误的风险；支持设备投资分析。

3.2Witness

Witness是由英国lanner公司推出的功能强大的仿真软件系统。它可以用于工业规划的离散系统仿真，同时又可以用于连续流体（如液压、化工、水力）系统的仿真。其特点是界面整齐；操作方便；拥有直观的元素：像Entity、Part、Machine、Vehicle等，易学易懂。

3.3Flexsim

Flexsim采用经过高度开发的部件(Object)来建模，允许建模者使模型构造更具有层次结构，并且其中的部件可以在不同的用户、库和模型之间进行交换，可移植性很强。通过部件的参数设置，设计者可以对几乎所有的物理现象进行模型化。例如，可用Flexsim对操作人员、输送机、叉车、仓库、箱子等建立模型。另外，信息情报等“软”的部分也可很容易地使用Flexsim功能强大的部件库来建模。图2是Flexsim建立的局部原材料传输模型。

4计算机仿真技术在物流服务中的应用

现代化的自动化物流系统车辆众多，运输路线复杂，利用传统的数学解析法和运筹学已经不能满足物流运输的效率和畅通性需求。运输和调度方案已经成为了一种离散化的概率事件，存在很多的可能性，给物流的管理带来了极大的难度。

快速的评估各种方案或策略的优劣关系到生产效率和生产成本，是物流运输与调度人员的重要工作内容。所以，现代物流系统是一个复杂的动态变化系统，其中的运行状态、道路堵塞情况、物料供应情况是时刻变化的，必须建立运输系统模型，利用计算机仿真技术来模拟出动画的效果，把生产的全过程展现出来并发现存在的问题症结加以改进。仿真结果可以综合评价各种策略的合理性，还可以提供各种数据，包括车辆的运行时间、利用率等。通过对运输调度过程仿真，调度人员对所执行的调度策略进行检验和评价，从而选择一种较优的调度策略来提高生产效率。

比如物流库存管理问题是典型的离散事件问题，货物的入库、出库、存放数量都是一个随机事件，而且各变量之间的关系错综复杂。因此，物流库存是一个动态的模型，很难利用数学统计的方法来描述。利用计算机仿真技术可以模拟实际库存系统的运行情况和整体能力，掌握入库、出库的时机和数量，进而对库存方案的优劣进行评价。目前在物流库存管理系统的计算机仿真技术中应用较多的研究方法是以过程为核心的面向过程的离散事件系统仿真方法和以事物为中心的面向对象的离散事件系统仿真方法。仿真技术在库存管理中的应用主要是：单品种、单节点库存仿真、生产/库存系统仿真、分销库存系统仿真和多级库存系统仿真。自动化的物流库存系统可以实现自动存取系统（AS/RS）仿真、自动引导小车系统（AGVS）仿真和自动分拣系统（ASS）仿真。

此外，将库存管理系统与物流配送中心的结合还可以实现管理调度策略仿真，如配送中心定单排序策略仿真、拣选方式的选择仿真和货位分配仿真。在运输过程中则是实现运输设备调度策略的选择与比较仿真和拣选路径选择的仿真。为了使得库存系统与系统配置与布局相互配合与协调，可以对设备选型、关键设备能力冗余和设备运行协调性仿真。在现代的库存管理系统中，信息平台和信息处理技术如条形码技术、射频标识技术、地理信息系统等的广泛应用，特别是与Internet技术联系起来，使得库存管理系统更加的智能与开放，也给计算机的仿真技术带来了新的挑战。

5计算机仿真技术在生产物流系统规划中的应用

商品从物料的存储、运输到加工、包装等工序是一个连续贯通的生产物流系统，要实现对设备和物流工艺更加有效的布局规划，目前一个重要的工具便是仿真。计算机仿真针对生产物流系统的各个加工单元建立起实体的模型，设定参数、编排程序，并在计算机上运行模型，可以得到生产系统的三维动画。对模拟的结果进行分析，能够找出影响生产流程效率的关键环节和“瓶颈”位置，为动态调整生产的平衡提供理论依据。

自动化的生产物流系统一般由原料存储、输送、加工、成品包装及运输等子系统组成，它们都是由计算机管理和控制。计算机可以实时记录和调整工艺参数，通过仿真可以对这些参数进行优化。

仿真软件将凭经验的猜测从物流系统设计中去除，对设计一个复杂的工艺流程特别有效。在仿真软件的操作界面上，规划设计人员可以观察到不同的场景，通过不同的生产能力对各种物流方案进行评价。并且可以模拟一些假定的条件，如其中一个子系统出现故障，观察它对其他工序的影响。现代化的仿真软件开发者们也逐渐专注于提高软件的水平和人机友好界面，通过四维（x、y、z、t）空间的最新软件设计，使得系统更加接近现实世界。更加先进的软件倾向于软件不但在设计时是一个很好的帮助，也成为一个操作控制工具。目前在生产物流系统中广泛使用的AutoMod计算机仿真软件具有可信度高，数据准确的优点，是生产物流系统设计和优化的有力工具。

6计算机仿真技术在物流系统中的应用前景

随着现代物流自动化水平的不断提高，它与商流、资金流、信息流融为一体已经成为一种必然的趋势，现代物流业正迈向信息化、电子化和科技化的道路，仿真技术已经被广泛应用于物流系统中进行规划设计、运输调度、物料控制以及生产线平衡等。近些年来，我国兴建的自动化物流系统中也越来越多的应用到计算机仿真技术。在未来几年的发展中，仿真技术主要应用于大型物流中心的系统规划及设计、物料的实时跟踪与调度、物流成本的估算、物流自动化系统的模拟等领域，特别是与信息技术、电子技术、网络技术和通讯技术结合，在现代物流业中有很大的发展潜力，并发挥着其成本低廉、计算精确的强大优势，通过验证分析得出合理的规划方案，提高系统方案的可行性。

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关键词:仿真实验室;化学检验工培养

中图分类号:G710文献标识码:A文章编号:1003-2851(2010)08-0101-02

随着计算机软件和硬件技术的发展,计算机模拟仿真实验室辅助教学的应用日益广泛。然而计算机模拟仿真化学化工实验室建设受到办学理念、教学场地、投人资金,以及人员水平等条件的制约,发展水平差别很大。

一、计算机仿真实验技术的概述

计算机仿真实验是利用计算机创建的一个可视化实验操作环境,其中的每一个可视化仿真物体代表一种实验仪器或设备,通过操作这些虚拟的实验仪器或设备,即可以进行各种实验,达到与真实实验相一致的教学要求和目的。计算机仿真实验是虚拟仿真技术、计算机技术和专业理论知识多方面结合的结晶。各种仿真实验室一般具有两个基本特点。

(一)仿真性

实验环境和实验仪器具有高度真实感,学生在计算机上进行操作就如同置身于真实的实验环境,面对真实的实验仪器进行操作。

(二) 交互性

仿真实验使实验成为学生与计算机的双向交流,学生利用鼠标或键盘自由地对仪器进行操作,自由地选择实验内容和实验进程,极大地调动了学生的学习积极性。

二、技校专业技能培养的现状

由于培养目标和知识结构的要求,技校教育课程设置具有应用性、实践性和综合性等特点。技校教育强调对学生进行专业核心技能的培养,对教学内容的设置、教学手段和教学设施的要求较高。但是,当前技校化工化学实习教育还不能满足技能培养的要求,其中主要影响教学质量的因素如下:

(一)教师的知识体系结构不合理

目前多数技工学校的专业实习指导教师是从学校毕业后又直接走进学校,缺乏实际工作经验,因此相当比例的专业教师需要知识更新。

(二)教学内容陈旧

改革开放三十年,使我国工业现代化进程加快。以电力、化工及石油化工为例,工业自动化水平已进入计算机为核心的集散型( D C S ) 控制时代。现代工业的特征是,高科技含量大、系统复杂程度高、涉及知识面广。相比之下当前化学化工实习教育的内容显得有些陈旧。

(三) 教学设备不足

化学化工实验所须的设备投入很大,而且跟踪技术发展逐年更新,而当下多数技校受资金的限制的投入不足,实验室仪器设备台数不足,一直是困扰实验教学的瓶颈。如仪器分析实验室的气相色谱、液相色谱、原子吸收、红外光谱仪等仪器。

综上所述,专业技能培养的过程有大量的实践教学环节,需要大量的教学设备及教学指导人员。其中许多化学化工实验由于装置复杂、药品稀贵、操作技术要求高、危险性大、反应速率过慢等原因而无法进行,在一定程度上影响了实习教学过程的完整性。模拟化学化工实验室将为开发此类实习教学提供了一个有效途径。此外,建立计算机模拟化学化工实验室,有利于化学化工实验的绿色化改革;有利于培养学生综合实验能力;有利于提高化学化工实验室建设的投资效益。

三、 仿真化学化工实验室的建设

(一)硬件配置

对计算机要求:一般配置的电脑就能满足要求

(二) 软件配置

仿真实验室的软件平台由系统软件、应用软件和专用的仿真软件构成。

系统软件:主要为服务器和工作站的两大系统软件。服务器采用Windows 2003 Server或以上操作系统,工作站操作系统为Windows XP或更高版本。

应用软件:主要有FLAS播放软件,常用视屏播放软件以及OFFICE办公软件等。

专用的仿真软件分为以下两大类:

1、专业素材库类:以flash和3D为主制作的电子挂图,将各类化工设备和化学仪器的内部结构、工作原理、工作流程等均以立体或平面的动画形式呈现出来, 利用仿真室的网络多媒体系统在各终端机上进行演示和讲解。

2、实验类仿真系统:主要包括化工类仿真系统和化学类仿真系统。北京东方仿真软件技术有限公司开发的化学化工类仿真软件已广泛应用于学校和企业。

(三)建设过程及费用

仿真实验室从筹划到初步建成历时数月, 由于软、硬件市场提供了丰富的产品, 只要统一谋划, 精打细算, 充分了解市场行情, 引进招标机制, 按高性价比购买, 30万元人民币基本上可以完成上述工作。

四、仿真化学化工实验室的应用

(一)形象化教学

仿真实验的运用,改变了传统的实验教学模式,模拟化学化工实验室可以拓展传统实验教学的领域,将信息技术融入化学化工实验教学,对传统的教育思想和教学方法无疑是一场革命。将抽象的知识转变为动态的具体的形象,以使技校教育向现代化、信息化发展。

计算机强大的信息处理能力,使教学中枯燥的理论和设备得到形象化的表达,精确地反映对象的内在本质。仿真技术不但可以模拟对象的视、听等外部形态,而且可形象地描述其内在的本质。大型仪器的仿真软件,将常用的原子吸收、气相色谱、液相色谱、红外光谱仪的工作原理、操作过程等立体地呈现在学生面前,可调动学生的学习兴趣;对这些仪器的结构和工作原理有了深入的了解,能解决传统教学中平面图形难以解决的问题 ,同时也可增加师生互动,节省课时,提高教学效果和设备利用率。

(二)节省了实验经费,保证了实验的项目和数量

传统的实验教学方法,通常是在学生自己动手操作前,教师花费较多的时间板书或利用挂图对实验原理及步骤进行讲解,然后再进行实验操作的简单示范,教学手段单调,学习枯燥 ,效率不高,实验操作过程的演示不够全面及细致,有的学生甚至看不到教师的演示操作,对理解整个实验过程及掌握规范的分析操作技术有很大的影响,学生的学习效果不够理想。

模拟实验作为一种现代化的教学手段,具有形象直观、生动便捷、经济省时等多种优点。如典型化工设备的模拟软件,通过设计友好的对话窗口,可使学生根据自己的需要和水平,选择不同的学习内容或不同的学习层次,从而使学生能真正自主地控制学习进程,并给不同水平的学生以不同的帮助。自动跟踪模拟实验的进 展,对操作信息进行分析和校正,如操作过程的提示、错误操作的危险警告等。学生用模拟实验室进行操作,不仅可巩固所学知识,而且可增加学习的趣味性和灵活性,调动了学生学习的积极性。

(三) 实验技能评测

实验技能的掌握对学生来说有着重要的意义,然而,当前实验技能测评的主要手段仅限于纸笔测验、实验报告、表现性评定和检核表等几种,远不能满足教学的需要,但是仿真实验室能够实现基于计算机仿真的实验技能测评。仿真实验室构建了一个可以协同工作的虚拟实验平台,根据集体测评的要求,学生在该虚拟实验室中完成各种规定的试验内容,该内容可以是封闭的,如提供实验指导下的实验操作,也可以是开放的,如没有任何约束的物质鉴别等,在学生完成实验的过程中,计算机将记录整个实验过程,其中包括实验操作的过程,协同工作的过程,实验操作的结果等,在测评的最后,计算机根据已有的评分规则和主体的操作过程及结果,给出一个正确的评价。

(四)仿真实验与传统实验教学相结合能大大提高实验教学质量

仿真实验是计算机技术飞速发展的必然产物, 是一种现代化的教学手段, 它能弥补传统实验教学的不足, 具有许多优点, 但是我们也不能将实验教学完全建立在仿真实验的基础上, 因为仿真实验毕竟也有自己的缺陷, 比如完全用仿真实验来进行实验教学会淡化学生对真实仪器的感受, 减弱学生的基本操作技能。学生长期缺乏必要的实际操作体验无疑会影响他们的实验技能。最理想的情况是仿真实验与传统实验相结合。可以先用仿真实验进行预习, 熟悉实验仪器、实验原理、内容和实验操作, 等对实验有一定感性认识后再进行实际操作, 课后学生也可用仿真实验系统对该实验进行复习, 这样不仅可以加深学生对该实验的理解, 提高实验质量, 也能提高实验效率。仿真实验与实际实验操作相结合是今后实验教学发展的必然趋势。

(五) 促进网络教学

模拟化学化工实验室与互联网对接,可以成为网络化学化工实验室。学生可以不受时间和地点的限制,完成模拟化学化工实验,上传实验报告,与教师交流等。还可以实现跨单位、跨地区乃至全国范围的教学协作。建设高水平的大型计算机模拟化学化工实验室,可以使优势的教学资源得到共享。

五、 结论

计算机仿真模拟实验是计算机技术飞速发展的必然产物,是一种现代化的教学手段,可以弥补传统教学手段的不足,具有传统教学手段无法比拟的优点。将计算机仿真模拟实验与传统实验操作相结合,能够加深对实验过程的理解,提高实习教学的质量和效率。

参考文献

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[2]单美贤.虚拟实验室的发展方向[ J ].开放教育研究 ,2 0 0 2 ( 2 ):4 4 ― 4 6.

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1.1由于计算机组装职业岗位能力具有客观的特殊性，实践教学环境中的计算机设备在高强度的拆装实验中，非常容易损坏。

经过多年实践教学的反复使用，实训室多数硬件设备会产生不可修复的物理故障。这就导致计算机组装实训室往往因缺少不同种类、型号的硬件设备，无法完整的进行实训项目，影响教学效果。

1.2基于对计算机组装实践环境的高消耗性和成本考虑，多数院校主要使用淘汰以及旧损硬件设备作为计算机组装实训室的实验设备。

在硬件设备飞速发展、不断更新的今天，高校的计算机组装实践环境往往无法及时提供最新、最全的硬件设备，学生自然无法及时掌握最新的硬件组装技术，导致所学技能与实际岗位要求脱节，无法满足就业市场的要求。

1.3相对于计算机组装实践环境中硬件设备存在的问题，软件环境存在的问题更加突出。

由于计算机组装实践环境软件实验的内容，如硬盘的分区和格式化实验、BIOS设置实验、安装操作系统实验、系统设置及优化实验等，普遍具有不同程度的破坏性和不可复原性。即使实训室实践环境的设备运行状态良好，一旦学生进行这些实验，难免实验后计算机设备会出现系统无法恢复、机器中数据完全被删除等问题，不但占用了可以使用的计算机设备，造成浪费、加大学校教学的投入，而且会影响学校其他班级正常的教学安排。基于上述客观存在的问题，为使学生真正掌握最新计算机组装技能以适应就业岗位要求，革新传统的教学方法、对计算机组装实践环境进行创新就势在必行。

2使用计算机进行虚拟仿真解决计算机组装实践环境存在的问题

近年来，迅速发展的计算机硬件技术与不断改进的计算机软件系统相匹配，使得基于大型数据集合的声音和图像的实时动画制作成为可能，虚拟计算机模拟软件技术日趋成熟，计算机性能不断提高，这些有利条件都为计算机虚拟仿真技术的出现和发展打下了坚实基础，同时也为计算机组装实践环境创新提供了可行的技术保障。计算机组装实践环境中进行的实验内容，分别由硬件系统实验和软件系统实验组成。基于硬件系统实验中硬件设备的更新速度快、高消耗以及易损性，可以使用专业软件构建硬件系统组装的虚拟仿真环境进行实验。在这种虚拟仿真的实验环境中，学生只需通过鼠标的点击以及拖拽交互就可完成实验要求的实际操作。Flash是由Adobe公司出品的交互式矢量图和Web动画的标准，其内置的编程语言ActionScript可以为动画进行编程，实现各种动画特效、强大的人机交互以及与网络服务器的数据传递功能，是实现计算机硬件系统实验虚拟仿真环境的最佳软件。首先，及时通过网络获取最新、最全的计算机硬件设备图片，将它们与实训室现有实验设备的实物照片共同作为素材备用。然后，使用经过软件处理后的素材在Flash场景中构建可交互的虚拟仿真实验环境。最终，使用ActionScript脚本语言对实验参与者的实际操作给出相应的交互反馈，同时切换相应变换的实验设备状态，并将实验参数传递给网络服务器上的动态网页进行数据处理。如此建立计算机组装硬件系统实践环境，学生在虚拟仿真的系统中进行操作，既熟悉了最新硬件设备的属性、掌握了实用的硬件组装技能，又避免了硬件设备的损坏，成本低、机动灵活、互动性强。随着虚拟机技术的日臻成熟，在计算机组装软件系统实验项目中使用虚拟机进行实验成为实验室的最佳选择。所谓虚拟机，实际就是在真实计算机系统上运行的一种软件，它可以完整模拟基于x86构架下的标准PC环境。在真实的操作系统中，虚拟机虚拟的操作系统实际是以文件形式存在，对其进行操作，不会对真实的操作系统产生任何影响。通过虚拟机软件模拟的计算机系统跟现实中的计算机系统没有太大的区别，不仅可虚拟出CPU、内存、光驱、硬盘、显卡、声卡、输入输出设备等硬件设备，而且可以虚拟进行BIOS设置、硬盘的分区、格式化、安装操作系统、安装应用程序、系统优化等操作。虚拟机安装简单、操作便利、恢复容易，而且仿真程度高，模拟效果好。依靠虚拟机的技术特点和优势，在计算机组装实践环境的软件系统实验项目中使用虚拟机技术，所有实验项目的过程既不会受硬盘还原卡的限制，也不会影响真实计算机系统的配置和使用，不仅可以为学校节省大量实验设备的资金投入，又可以使学生安全地使用实训室的实验设备进行各类具有破坏性的实验，顺利完成既定的教学目标，一举多得。在计算机组装实践环境中使用虚拟仿真技术最大的优点是成本低，效率高，安全可靠。“软件即为仪器”的虚拟仿真实践环境设定，不但可解决因实验经费不足或高档次、高价位设备缺乏所不能开出的实物实验，同时也不会造成因使用不当，管理不善等因素造成的仪器损坏、元器件丢失等现象。同时，它的这些优点，必将推动计算机组装实践教学效果的提升而得到广泛推广。

3结语

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【论文关键词】现代教育技术；专业教学；有效性；仿真技术

现代教育技术可以综合调动各种手段，使教学更生动、活泼、直观，达到较好的教学效果。如多媒体教学可以运用计算机对文本、图形、图像、动画和声音多种媒体信息进行综合处理与控制，变成图、文、声三位一体的集成，并直接输出。仿真技术可以对信息进行加工处理、显示、重放、模拟、仿真，如果再辅以动画技术，可以使一些在普通条件下无法实现或无法观察到的过程生动、形象地显示出来，大大增强学生对抽象理论的理解，并赋予教与信息传播的交互功能，而且应用计算机网络还能跨越时空来共享教学资源，使教师和学生能随时随地获取各种知识，提高教学资源的利用率。

教育技术的出现为机械专业课的教学改革提供了广阔的发展空间，在机械专业课教学中的作用与地位越来越重要。因此整合现代信息技术开展教学，是现代教育的一个重要发展趋势，用它来辅助教学，能使教者潇洒自如，学者轻松愉快，进而全面提高课堂教学的有效性。

一、运用现代教育技术，有效激发学生学习兴趣

在专业教学中，若能恰当地利用投影、幻灯、录像或计算机等媒体，可以充分激发学生的学习兴趣和求知欲望，发挥寓教于乐的学习优势，使学习变得轻松愉快，会收到很好的教学效果。例如，在讲授《金属材料与热处理》中的晶体结构时，可以用不同颜色小球分别代表不同位置的原子，在讲授固溶体结构时，可以用不同颜色、不同大小的小球分别代表溶质原子和溶剂原子。这种方法能够有效地调动学生的积极性，激发学生的学习兴趣。

二、运用现代教育技术，有效突破课堂教学的难点

在项目课程教学中运用电脑多媒体技术，可对不同的内容进行模拟仿真、创设情景，即所谓化不可见为可见、化静态为动态、化抽象为直观、化复杂多变为简洁明了、化偶然为可预见，极大地增强了课堂教学的表现力。具体如下：

(一)化不可见为可见。一些难以实现的实验。如金属材料的硬度测试实验，这些实验在传统教学中只能靠教师口头讲解，学生凭空想象。做这样的实验难度很大，在高校也很少做，现在则可利用相应的多媒体课件来演示，让学生直观、生动、形象地了解到这些知识，有效地突破了此类实验不易做的难点，加深学生对实验原理的理解，同时也提高了学生的学习兴趣。

(二)化静态为动态。计算机的模拟功能可使抽象内容形象化，而且可使静止内容动感化，为学生创造生动、活泼、直观、有趣的教学条件。比如在教学铁碳合金相图时，可制作相应的课件来辅助教学，先讲特性点，根据温度的变化，金属的结晶过程和组织结构也作相应的变化，形成了不同特性的点，即特性点；再将特性点连接起来形成特性线，再根据含碳量的不同，将图分成不同的区域，体现了不区域内所形成的不同的组织，将不同的区域设置成不同的颜色，使学生看清楚不同区域、特性点和特性线。可见，通过动画、模拟、仿真各物质的工业生产过程，可以在课堂上提供直观、形象、生动的教学，体现出传统教学无法比拟的优势。

(三)变抽象为形象。金属晶体结构的缺陷及其形成，其概念及原理大多较为抽象。物质的微观结构既看不见，又摸不着。因此单靠语言和文字等传统的教学手段描述，学生较难理解和掌握。如在讲授金属晶体结构的缺陷时，通过计算机软件进行动画模拟，用不同颜色的小球分别代表间隙原子和置代原子，然后制成动画，模拟晶体结构缺陷形成过程。能生动形象地表现空位、间隙原子和置代原子等的特征，变抽象为形象，让学生直观形象地认识晶体结构缺陷的形成，更容易了解其变化的实质，理解概念。这样通过多媒体的辅助就可以使抽象的东西形象化，使静态的理论动态化，从而化难为易，深化了学生对这些抽象的概念的认识和理解，从而大大地提高了课堂教学质量，吸引学生的兴趣。

(四)化复杂多变为简洁明了。如在讲授金属的同素异构转变时，可使用相应的课件来演示不同晶格类型晶体的形成过程，让学生能深入了解到各类晶体的空间结构特征，让晶体中各种微粒的个数比等抽象而深奥的知识变得简洁明了，使学生顺利地突破这些难点知识。

(五)化高投人为零消耗。充分应用仿真技术，增大信息交流量，提高《数控加工技术》课堂教学效率。数控机床的操作训练若完全依赖数控机床进行实作训练，投入大、消耗多、成本高，既没有必要，也无力承担起此种消耗与投入。计算机技术的不断发展，数控加工仿真系统越来越完善。计算机数控加工仿真系统是对研究对象进行数学描述，建模，自动编程，且在计算机中运行实现，不怕破坏，易修改，可反复使用，在教学中起到了非常大的作用。

在数控实训时，仿真系统通过仿真和建模软件，模拟实际的数控加工过程，在计算机屏幕上将铣、车、钻等加工方法的加工路线描绘出来，并能进行错误信息反馈，使学生能预先看到制造过程，能有效预测、发现生产过程中的不足，提高了数控加工轨迹和切削过程的可靠住、高效性。此外，数控加工仿真代替了试切加工传统走刀轨迹的检验方法，大大提高了数控的有效工时和使用寿命，学校通过数控仿真系统的运用，使虚拟设备与真实数控设备有机组合，建设高标准、高技术含量的数控网络教学实训系统，按循序渐进、由浅人深的认知规律，使学生掌握“参数输入——零件造型——计算机自动编程——数控加工仿真——系统操作”的操作方法。

数控加工仿真系统安全、经济实用，轻松化解了实训教学中高投入的问题，减轻设备、场地和消耗，教师在繁重的教学活动中得到释放，可以集中精力帮助学生分析、解决实际问题，保证了教学质量，使教学效果得到显著提高。

三、运用现代教育技术。有效增大课堂教学的容量

由于电脑多媒体技术有信息存贮量大、省时省力、处理迅速的优势，利用电脑多媒体技术，可以做到高密度的知识传授，大信息量的优化处理，大大提高课堂效率，从而激发他们的内在的学习动力，促使他们自觉积极地学习，达到事半功倍的效果。计算机多媒体课件可以根据学生输入的信息，理解学生的意图，并运用适当的教学策略，指导学生进行有针对性的学习。利用及时反馈信息，调整教学的深度与广度，保证学生获得知识的可靠性与完整性；给学生以自主权，学生通过反馈信息进行自我调整。同时随着网络技术的迅猛发展、多媒体信息的自由传播，教育资源在世界的交换和共享已成为现实，打破了现有的地域界限、学科界限。因此应用电脑多媒体网络能随时全面多角度地获得化学课堂教学所需的大量素材。

四、运用现代教育技术，有效提高实训教学的效果

实训教学是专业教学中非常重要的一个环节，实习训练的成效如何将直接影响教学进度、教学效果和学生操作能力的提高。

(一)现代教育技术作为教学手段进人课堂，有利于提高《数控加工技术》教学效果。实践证明，以计算机应用基础为代表的现代技术进人课堂，极大优化了学生的知识结构、改变了学生的思维方式，为学生掌握现代科学知识奠定了基础。现代教育技术作为教学手段进入课堂，极大地丰富了课堂教学的内容，增强课堂教学的信息量，加深了学生对知识的理解，能最大限度发挥学生的形象思维和空间想象能力，提高了课堂教学的效果。

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关键词：雷达电子对抗异构仿真系统；集成技术；反射内存网；信息技术

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）02-0074-02

为了完善现代作战体系，满足作战训练系统的实际需求，应加强各种仿真技术的合理使用，实现雷达电子对抗异构仿真系统构建，使得仿真系统集成技术可以满足全要素、高逼真度的模拟需求，为作战理论的丰富及体系的完善提供可靠的参考依据。因此，需要加强对雷达电子对抗异构仿真系统功能特性的深入理解，灵活运用各种集成技术优化系统的服务功能，保持系统在现代作战体系及作战模拟训练中的应用良好性。因此，需要深入研究雷达电子对抗异构仿真系统的集成技术，扩大该仿真系统的实际应用范围。

1 雷达对抗的基本原理及方法

1.1 雷达对抗的基本原理

所谓的雷达是指通过运用测定目标对电磁波反射现象来找出目标位置的设备。雷达的工作过程为：雷达发射机安按照合理的方式像空中领域发射一定强度的电磁波，当电磁波遇到障碍物时将会散射，雷达接收机将会接收到经过调制后的反射回波，通过信号处理方式得出被测目标的相关信息。雷达对抗的基本原理是：性能可靠的雷达对抗设备通过侦察的方式接收到目标雷达发出的电磁信号，进而对这些电磁信号进行全面地分析与处理，获得目标雷_的各个参数，结合雷达信号处理专业知识，获取目标雷达的各种状态信息，最终将分析结果及时地传送给干扰机及相关设备的过程。雷达对抗的基本条件有[1]：（1）像空间领域发送电磁信号；（2）接收机在一定的时间内接收到强度高的电磁信号；（3）目标雷达的各个参数、状态信息处于雷达对抗设备能够处理的范围内。

1.2 雷达对抗的基本方法

结合雷达对抗的基本原理及条件，可以选择不同的雷达对抗方法，实现对目标雷达参数与状态信息的采集、处理。雷达对抗的基本方法主要包括[2]：（1）采取有效的措施及时地破坏目标雷达探测电磁波传播路径；（2）将产生的各种干扰信号发送到雷达接收即中，扰乱雷达对目标信号的实时检测，降低其获取信息的准确率；（3）减少目标雷达的截面积，确保其状态信息及参数收集的可靠性。

2 反射内存数据通信原理分析

作为一种可靠的实时网络，反射内存网的合理运用，可以快速地确定与分享各种实时数据，满足雷达对抗设备的实际需求。反射内存网的主要特点有：具有良好的传输确定性，可预测性能强；软硬件平台适用3范围广、传输纠错能力强；可以满足中断信号的实际需求。

反射内存网正常工作时内部的反射内存板卡对各种传输介质有着较强的依赖性，可以使反射卡的各个节点之间能够实现数据共享及数据拷贝。在多种总线的支持下，可以确定反射内存板所占有的内存地址，确保计算机向反射内存板输入数据时数据能够在相同内存地址的作用下存储到指定的位置，在满足安全访问条件的前提下其它的计算机在可以随时访问这些数据，优化反射内存版读写方式。同时，由于反射内存网数据传输依赖于硬件，不需要考虑各种通信协议，通过软件代码编写方式能够实现数据读、写，满足了实时系统快速反应周期的多样化需求[3]。与此同时，反射内存光纤网络设置中采用了先进特殊的技术，确保了分布实时系统数据传输的可靠性，保持了分布节点间数据通讯的良好性。因此，为了达到信息传送中断的实际需求，应注重反射内存光纤网络的合理使用。

3 雷达对抗系统建模与仿真技术

现代建模与仿真技术主要是指以相似的原理、模型理论、系统技术及建模与仿真应用领域相关的技术为基础，通过对计算机网络、专业仿真设备的合理使用，构建出已有的或者设想过的系统，进而进行分析、评估、维护等方面的综合性技术。

雷达对抗系统建模与仿真技术的主要特征有：（1）动态性。可以对事物的动态过程进行描述，实现连续事件与离散事件的有效分析；（2）分布性、系统性及实时性。复杂的仿真系统是由多个分布式计算机共同组成的；建模与仿真可视为一个完整的系统，是由多种关系共同组成的；仿真系统构建时需要充分考虑实时性需求，并将时间管理理念融入到系统构建中；（3）交互性、一致性及可行性。仿真系统构建中包含了多个模型，不同的信息之间交互性强；一个完整的仿真系统中包含了多个视图、帧速率、模型与数据，但需要保持这些组成部分的一致性；建模与仿真得到的结果是可信的，需要满足使用者的实际需求。

在构建可靠的雷达电子对抗异构系统过程中，需要注重建模与仿真技术体系的不断完善。该体系主要包括建模技术、建模与仿真支撑系统的各种技术、仿真应用技术。像数据可视化建模技术、多视图建模技术、模糊识别、连续系统建模技术等，可以为建模与仿真技术体系的不断健全提供可靠地保障[4]。同时，需要加强对武器装备仿真、作战仿真组成的军用仿真的深入分析，注重战役仿真、战术仿真、技术仿真、训练仿真等不同军用仿真技术的合理运用，扩大电子战建模技术的实际应用范围。

4 基于反射内网桥接的雷达电子对抗异构仿真系统集成架构技术要点分析

该仿真系统集成技术使用中的异构性具体表现在：（1）参考模型方面的异构。通过对不同集成技术及仿真系统实际作用的分析，可以结合不同颗粒度的建模方式实现建模分析；（2）仿真实现方式异构。通过对计算机模拟及其它模拟方式的适应，有利于实现联合试验仿真系统构建；（3）网络结构方面的异构，结合不同仿真试验对象的实际需求，应注重RTI以太网及系统时钟实时网络的合理运用，优化仿真系统通信机制，优化雷达对抗性能。基于反射内网构成的雷达电子对抗异构仿真系统集成架构技术要点具体表现在以下方面：

4.1 基于反射内存网异构桥接的相关机制

构建可靠的雷达电子对抗异构仿真系统，需要充分考虑作战效能层面的实时模拟及射频信号方面的实物模拟。作战效能层面的实时模拟有利于计算机仿真分系统，需要集合TCP/IP协议及RTI以太网通信体制的作用，构建出可靠的点对点通信模式，满足逼真度强、超实时仿真实验需求；视频信号层面的实物模拟仿真分系统依赖性系统时钟与射频电缆相结合的联结方式，增强了仿真系统模拟的实时性。体现了仿真系统模拟分析中的复杂性。

在可靠的系统集成技术支持下，雷达电子对抗异构仿真系统构建中需要充分地考虑模拟实时性、模拟粗粒度满足模拟细粒度等原则的要求，制定出完善的系统集成方案，并将系统开发成本控制在合理的范围内，促使半实物仿真分系统支持下异构仿真系统信息与运行方控制之间可以实现实时交互，保持不同体制下仿真方式的互通性，确保各种仿真方式的良好操作性。

4.2 基于反射内存网异构仿真系统集成架构技术要点

确定反射内存网桥接的具置，有利于实现雷达电子对抗异构、网络异构等不同异构形式的衔接，增强仿真系统内部各构件之间的互联互通性。同时，设置好的每个桥接席位都需要安装反射内存卡，并在光纤交换机及相关传输介质的作用下形成具有良好拓扑结构的放射内存网。通过对基于反射内存卡应用软件的合理使用，有利于实现系统内所有数据的读写交互，确保@些数据能够在最短的时间内被处理，保持数据与时间的同步性[5]。

在处理时钟数据的过程中主要依赖于半实物桥接席位，促使雷达能够将检测到的目标信息及时地写入发射内存卡，并在反射内存网的支持下使得其它的桥接席位能够实时地读取系统数据。在雷达电子对抗异构仿真控制系统运行过程中，通过对反射内存网原理的利用，可以对时钟信息进行实时的读取，提高不同节点时间推进过程中节拍信息获取效率，并在信息处理机制作用下优化雷达搜索目标、跟踪航迹数据工作性能。

4.3 雷达电子对抗异构仿真系统运行的不同方式

为了使雷达电子对抗异构仿真系统能够处于稳定的运行状态，需要在选择集成技术的过程中充分考虑系统运行的不同方式。系统的仿真设计阶段、试验运行阶段、综合效能评估阶段中各类仿真工具软件的合理使用，可以为系统运行方式的有效选择提供必要的参考依据[6]。雷达电子对抗异构仿真系统运行的不同方式主要包括：（1）时间受限方式；（2）时间控制方式；（3）时间控制与时间受限相结合方式；（4）时间控制与时间不受限方式。通过这些不同运行方式的合理使用，可以为雷达电子对抗异构仿真系统运行效率的提高及服务范围的扩大提供可靠地保障，促使效能仿真系统作用下的所有数据信息能够高效传递，实现对目标物的实时追踪与锁定。

5 结语

综上所述，这些不同的集成技术在现代雷达电子对抗异构仿真系统运行中起着重要的保障作用，最大限度地满足了现代战争战略计划制定与实施的实际需求。因此，需要结合当前部队深化改革及国防事业快速发展的要求，健全军队指挥管理体系，增强作战训练计划制定合理性，提高雷达电子对抗异构仿真系统的运行稳定性，在各种集成技术的作用下保持电子战场作战水平的了良好性，为部队电子对抗能力的全面提高打下坚实的基础。与此同时，需要在雷达电子对抗异构仿真系统集成技术优化中注重信息技术及计算机系统的合理使用，保持这些集成技术的先进性，充分地发挥出这种仿真系统在未来电子战场的各种优势，促使我国军队整体作战水平能够始终保持在更高的层面上。

参考文献

[1]吉峰.雷达电子干扰信号建模与仿真设计研究[D].大连理工大学，2013.

[2]朱峰.对有源电子扫描阵（AESA）综合射频系统的干扰技术研究[D].江苏科技大学，2014.

[3]彭春光.基于语义交互和动态重构的兵棋推演系统概念框架及其关键技术研究[D].国防科学技术大学，2010.

[4]彭勇.作战仿真模型体系分析及其模型设计与实现关键技术研究[D].国防科学技术大学，2011.

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【关键词】化学工业 计算机技术 融合

21世纪是信息世纪，也是计算机世纪，将计算机技术应用于化工领域，让化学工业与计算机技术进行融合，能够加快促进化工行业的发展。化工行业作为国民经济支柱产业之一，在人们日常生活中占据着重要的位置，随着科学技术的不断发展，化工行业将朝着智能化、综合化和远程化的方向迈进，计算机技术与化学工业的结合，将会给化学工业带来更加广阔的发展空间，从而更好的推动化工行业的发展。本文笔者根据多年化工自动化行业工作的实践经验，从以下几个方面对化学工业与计算机技术的融合进行探究。笔者浅薄之见，仅供参考。

1 计算机技术在化工领域中应用的优势

随着经济和科学技术的飞速发展，计算机在化工领域的应用中占据着越来越重要的地位。其优势主要表现在以下几个方面：

（1）计算机技术在化工中的应用可以解决化学工业领域中复杂的计算问题以及庞大的化学信息的存储与整理问题，使得化学工业中复杂的问题变得简单化，大大节约了人力、物力，从而大大促进了化学工业的发展。

（2）计算机技术在化学工业中的应用有效的实现了化学工业的自动化、高效化的运转，保证了化工生产的效率。

（3）利用计算机模拟技术可以部分替代实际化学和化工实验，提前解决在实际化工生产中可能遇到的问题，从而能够有效降低研究成本并减少风险。保证化工生产能够安全、有效的进行。

2 化学工业与计算机技术的融合探析

2.1 计算机技术在化工设计中的应用

化工设计在化工生产中占据极其重要的位置，是化工企业的立足之本。伴随计算机技术的飞速发展，它在化工设计中的应用由最初的局部辅助发展到如今的全面辅助，在化工设计中扮演着越来越重要的角色。借助于计算机技术，人们不光能够进行绘图、工艺路线设计、设备计算等工作，还能完成对环境、经济和社会效益的评估，因而化工设计又是一项系统工程。当前化工设计中通过使用图形软件AutoCAD系统，可以代替图板和计算器并依照相应制图标准来完成化工机器图、化工设备图、工艺流程图等的绘制。

传统的纸质图纸设计存在改动麻烦且只能进行二维空间上的绘画的不足，利用计算机辅助制图（CAD）就能有效弥补这方面的缺陷。不仅能够方便快捷的绘图和编辑与修改，显著提高设计质量；而且将图纸拓展至三维空间，减低遗漏、片面等绘图错误，缩短设计周期，加快工程建设进度，最终节省工程投资，节约成本。可以说利用计算机的辅助计算是专业化工设计人员必备的一项基本技能，他能保质、保量的完成化工生产中的化工设计。

2.2 计算机技术在化工模拟设计中的应用

化工模拟设计的主要工作内容是通过数学模型将一个以许多单元过程所组成的化工流程准确表现出来，应用化工模拟设计能显著提高化工设计的品质与效率。

在实际的化工生产中，化学实验和化学反应测试非常重要，但由于存在一定程度上的不可预知性，需要我们逐一的去尝试，将会消耗巨大的人力、物力与时间，不利于化工生产的进行。而化工过程涉及到的模拟包含结构分子模拟或微观过程以及研究宏观过程的流程模拟，根据反应物的性质，矫正副反应系数，通过化工模拟设计准确且快速的预测化学分析条件，能在节约时间的同时大幅提高生产效率，为企业的发展奠定良好的基础。如今Aspen plus和ProII等不但能够进行物料与热量衡算，还可以进行单元过程计算与设计方案的优选或优化，在制药、石油炼化、化学工程等过程设计领域中获得广泛应用。常见的化工工程流程模拟图如图1所示。

伴随计算机技术的快速发展，设计、控制并优化现有的化工工艺过程，是当前化工企业需解决的重点。而作为过程开发、工业设计及生产优化控制的有力工具，化工流程模拟与优化技术在生产设备的参数优化及增产降耗上发挥了巨大的作用。

2.3 计算机仿真技术在化工生产中的应用

计算机仿真是一门为系统分析、综合、研究、设计和对专业人员的培训提供一种先进技术手段的综合性技术学科，在化工领域中占据了日益重要的地位。

通过化工仿真，能够形象的将化工生产中流程中设计的阀门、管道、调节器、分析仪器等等化工设备更为逼真的再现，让化学工业领域的工作者们更好的进行模拟与仿真，从而使设计的化工生产系统更好的为化工行业服务。将计算机技术与化学工业相结合，在化工生产前进行动态仿真模拟，为实际化工生产进行操作优化和技术改造提供了有力依据。

3 结束语

总之，随着计算机技术在化工领域的广泛应用，国内外化工行业已发生了翻天覆地的变化，许多化工难题借助计算机技术得到很好的解决，可以说计算机技术与化学工业的融合是时展的必然趋势。将计算机技术引入到化学工业的生产中，可以使得化工工作者们更高效率、更高质量的进行化工设计、化工生产、化工科研，从而为化学工业的发展提供了更加广阔的空间。