導(dǎo)語：如何才能寫好一篇仿真技術(shù)特點，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：Proteus仿真技術(shù)；電工電子技術(shù)；基于工作過程

中圖分類號：TP368.1

《電工與電子技術(shù)》這門課程是電類專業(yè)的一門專業(yè)必修課程，而其枯燥無味的理論知識往往使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中感到力不從心，而針對電工電子技術(shù)這門課程內(nèi)容的特點，我們可以進行任務(wù)驅(qū)動法教學(xué)，在每個任務(wù)中借助Proteus仿真技術(shù)加強理解和學(xué)習(xí)，能夠起到較好的效果。

借助于Proteus仿真技術(shù)，對《電工與電子技術(shù)》課程按照基于工作過程的體系設(shè)計原則進行學(xué)習(xí)情境設(shè)計，如表所示。如電工部分，可以設(shè)計成電阻電路、電感電路和電容電路的設(shè)計與制作三個情境，在每個情境下設(shè)計若干任務(wù)，每個任務(wù)是由簡單到復(fù)雜的，每個情境之間既相互獨立有相互遞進聯(lián)系；同時在每個任務(wù)當中學(xué)生以任務(wù)書的指導(dǎo)下完成利用Proteus仿真技術(shù)先完成電路的仿真，從而對任務(wù)中的問題產(chǎn)生好奇，從而進一步學(xué)習(xí)知識包中的內(nèi)容，最后再將整個過程進行制作、安裝和實際調(diào)試，來進一步鞏固所學(xué)的知識。在此過程中我們可以看出Proteus仿真技術(shù)的運用，使得教學(xué)內(nèi)容變得更直觀和容易理解，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

通過Proteus軟件可以完成電路原理的繪制、結(jié)果顯示、電流流向等，而且還可以在電路圖上用箭頭顯示電流方向、用顏色顯示電流的大小等信息，簡單易學(xué)，直觀方便。以一個簡單任務(wù)為例子來說明。如在電阻并聯(lián)電路的制作與測量中，我們可以通過Proteus軟件完成許多枯燥無味的理論的學(xué)習(xí)。其一我們可以選取兩個電阻相并聯(lián)的例子來演示，先畫出電路原理圖，之后在總支路和分支路上放置電流表，讓學(xué)生觀察三個電流之間的關(guān)系，學(xué)生很快會發(fā)現(xiàn)總電流等于個分電流相加之和，這就引入的基爾霍夫電流定律的學(xué)習(xí)。如圖1（a）所示。其二當我們想用一個電阻代替多電阻時，只要讓兩個二端電路的在同一個端電壓下產(chǎn)生相同的電流相時，二者電阻可以等效，這樣就可以發(fā)現(xiàn)電阻并聯(lián)時總電阻和各個分電阻之間的關(guān)系，如圖1（b）所示。其三我們還可以改變兩個電阻的阻值，再通過電流表觀察流經(jīng)的電流與其電阻的關(guān)系，很快就可以得到電阻并聯(lián)分流的規(guī)律，等等諸如此類的問題，可以通過軟件仿真得到形象的演示。

在模擬電路和數(shù)字電路中借助Proteus軟件演示就更為有利了，比如學(xué)生比較難理解的共射極放大電路的反相放大的問題，借助Proteus軟件的示波器可以很快觀察到輸入輸出波形的反相放大問題，而且通過改變基極電阻和集電極電阻及輸入信號等等，可以對應(yīng)觀察各種失真：飽和失真、截至失真以及雙向失真等。數(shù)字電路中的集成芯片管腳多，功能復(fù)雜，借助于Proteus軟件，熟練將各種電路連接起來，觀察現(xiàn)象，從而理解功能。如編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)值比較器、計數(shù)器、寄存器等集成芯片的使用，都可以運用仿真來加以學(xué)習(xí)和理解。

當電工、模擬、數(shù)字知識學(xué)完之后，對于《電工電子技術(shù)》任務(wù)教學(xué)中的模塊電路的課程設(shè)計時，如功率放大器、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字鐘等電路設(shè)計制作時，可以先讓學(xué)生自己設(shè)計，在Proteus中演示模擬設(shè)計結(jié)果，查找問題，當結(jié)果成熟之后再進行實際的插件、焊接或安裝、調(diào)試等，在實際中中可能遇到的一些基本錯誤可以提前避免，而重點去解決實際中的調(diào)試問題，大大提高了效率。

《電工電子技術(shù)》任務(wù)式教學(xué)方式著重強調(diào)以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，學(xué)生主要是通過任務(wù)指導(dǎo)書自己完成任務(wù)，并思考問題、分析問題和解決問題，因此結(jié)合實際任務(wù)中提出的思考題，學(xué)生借助形象逼真、簡單易學(xué)的Proteus軟件可以很快上手，使其成為任務(wù)教學(xué)的有力工具，使學(xué)生在興趣中學(xué)到知識，為進一步扎實實際制作、安裝、調(diào)試打下了堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]孫余凱.電子技術(shù)與技能實訓(xùn)教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[2]周潤景，張麗娜，劉印群.PROTEUS入門實用教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

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關(guān)鍵詞：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)；Proteus仿真；教學(xué)改革

1PROTEUS軟件介紹

PROTEUS軟件是英國LabcenterElectronics公司開發(fā)的電路分析與實物仿制及印制電路板設(shè)計軟件，是一個電子設(shè)計的教學(xué)平臺、實驗平臺和創(chuàng)新平臺，覆蓋了電工電子實驗室、電子技術(shù)實驗室，單片機應(yīng)用實驗室等全部功能。它可以對模擬電路、數(shù)字電路、單片機及其電路組成的系統(tǒng)仿真，并進行功能驗證，通過動態(tài)器件如電機、LED，LCD開關(guān)等，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器，實時觀看運行后的輸入輸出的效果。

2理論教學(xué)改革

根據(jù)我校地處偏遠且為農(nóng)林院校的特殊情況和實際工程需要，教學(xué)內(nèi)容上舍去復(fù)雜的理論分析，注重理論分析結(jié)果的應(yīng)用，減少有關(guān)器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析過程，著重介紹器件（或集成元器件）的作用、主要參數(shù)、使用方法。全系教師根據(jù)各路反饋信息，確定數(shù)字電路基礎(chǔ)、組合邏輯電路、時序邏輯電路、脈沖波形產(chǎn)生于整形，AD/DA和DA/AD轉(zhuǎn)換電路五大教學(xué)項目，每個大項目又分為幾個小的教學(xué)模塊，同時弱化或忽略掉其它相關(guān)內(nèi)容?！稊?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》是學(xué)生第一次接觸與以往截然不同的邏輯電路，其中涉及到很多電路的原理和繁瑣抽象名詞術(shù)語，這些無論板書或者多媒體課件，都會使學(xué)生覺得枯燥無味，喪失學(xué)習(xí)激情。如果教學(xué)時根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，在理論教學(xué)過程中利用多媒體講解原理、用法，再穿插Proteus仿真,可使理論知識直觀、形象、生動，促進學(xué)生對知識的理解和記憶。例如，剛接觸常用組合邏輯電路8線-3線優(yōu)先編碼器74HC148時，學(xué)生對什么是編碼器，選通輸入端、低電平有效等名詞一頭霧水，更難以想象對輸入的編碼其輸出是怎樣的，如果有幾路信號同時輸入，究竟對哪一路優(yōu)先編碼輸出，怎樣實現(xiàn)利用功能端實現(xiàn)擴展編碼？單靠多媒體講解，這些問題在學(xué)生腦海里像一盤漿糊，一片茫然，無疑加大了學(xué)生的理解難度。這時，教師可以在Proteus界面上形象地演示編碼器74HC148的邏輯功能，如圖1所示，改變各個輸入端和控制端的輸入，即可用發(fā)光二極管形象的表現(xiàn)出74HC148輸出端的狀態(tài)，結(jié)合仿真現(xiàn)象形象講解，使得原來難以理解的芯片功能表也變得容易，會起到事半功倍之效，為后面的學(xué)習(xí)打下夯實的基礎(chǔ)。實踐表明，通過在課堂上現(xiàn)場穿插PROTEUS仿真教學(xué)，學(xué)生很輕松學(xué)習(xí)地譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)據(jù)比較器等常用組合邏輯電路，各種觸發(fā)器、常用時序邏輯電路和555定時器的運用，以及AD,DA轉(zhuǎn)換器，對《數(shù)字電路基礎(chǔ)》的畏難情緒一掃而光。

3實驗教學(xué)改革

在我校人才培養(yǎng)方案中該課程實驗教學(xué)10學(xué)時，因受到實驗場所、時間、設(shè)備和管理等多方面因素的限制，幾乎不可能提供學(xué)生太多的實踐機會。而且，傳統(tǒng)的《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》實驗往往以驗證性實驗為主，實驗課上學(xué)生機械第按照實驗指導(dǎo)書連線，觀察實驗結(jié)果，完全沒有獨立思考和動手設(shè)計的機會，學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力被嚴重制約。自從在教學(xué)中引進PROTEUS仿真后，實驗教學(xué)也進行了大刀闊斧的改革。首先，在講解相關(guān)理論內(nèi)容時，提前給大家布置實驗內(nèi)容，要求學(xué)生利用課余時間先進行PROTEUS仿真，并把仿真文件傳給教師，進行檢查指導(dǎo)，然后實驗課上再完成硬件連接。再次，加大設(shè)計實驗力度。為了提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，實驗內(nèi)容不再以驗證性試驗為主，加大設(shè)計實驗內(nèi)容，重點放在各種芯片的應(yīng)用設(shè)計上。增加用數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計測試輸血和受血血型匹配的電路實驗，74LS138譯碼器和與非門設(shè)計控制發(fā)電機工作的邏輯電路、電子秒表實驗等設(shè)計型實驗。例如，圖2就是實驗時學(xué)生利用74LS153芯片設(shè)計的血型匹配電路。圖中，A、B代表輸血者，C、D代表受血者（她們的取值00代表O型血，01代表A型血，10代表B型血，11代表AB型血），根據(jù)四個變量的取值，在輸出端用發(fā)光二極管表示是否匹配，二極管亮表示血型匹配，二極管熄滅表示血型不匹配。最后，加大實驗考核力度。為了促進學(xué)生動手做實驗的熱情，試驗成績在課程考核成績中所占比重加大，由過去的15%，加大30%。另外，不再完全根據(jù)實驗報告和考勤給實驗成績，而是組織專門考試。學(xué)生現(xiàn)場抽取預(yù)先準備好的題目，當場做實驗，根據(jù)實驗結(jié)果和學(xué)生講解，教師現(xiàn)場給成績。

4課程設(shè)計改革

課程設(shè)計是教學(xué)中非常重要的實踐環(huán)節(jié)，是學(xué)生獲取實際工程經(jīng)驗和能力，走向就業(yè)的重要途徑。但是，對于沒有實踐經(jīng)驗的學(xué)生來說，設(shè)計電路的合理、正確與否沒有判斷經(jīng)驗，容易造成器件和儀器的損壞，有時辛苦焊接好后，預(yù)期的設(shè)計結(jié)果也出不來，往往需要重新設(shè)計，造成大量的人力和資金浪費。但采用Proteus軟件后，每個學(xué)生相當于擁有了一個完整的虛擬實驗室，學(xué)生可在ProteusISIS窗口大膽進行電路設(shè)計、測量、調(diào)試，修改，且在安裝實物作品前就可看到結(jié)果。仿真成功后，只要安裝正確無誤、焊接可靠、布線合理，實際作品都會得到與Proteus仿真設(shè)計一致的結(jié)果。自從在課程設(shè)計環(huán)節(jié)引入Proteus仿真環(huán)節(jié)，學(xué)生設(shè)計的電子秒表、數(shù)字頻率計、拔河游戲機等作品成功率大大提高，節(jié)省了硬件投入，使學(xué)生獨立操作能力和創(chuàng)造力都得到了極致發(fā)揮。

5結(jié)束語

把Proteus仿真應(yīng)用到《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)中，克服了傳統(tǒng)教學(xué)的不足，使得枯燥無味的理論知識變得生動起來，為數(shù)電教學(xué)質(zhì)量的提高和創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)提供了一種新的思路和方法。并且，該仿真軟件也可應(yīng)用到后續(xù)課程的單片機教學(xué)中來，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。

參考文獻

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摘要： 直流輸電系統(tǒng)的暫穩(wěn)態(tài)仿真對于電力系統(tǒng)研究規(guī)劃和設(shè)計運行等起著重要的作用.為了能較好地反映擾動下交直流系統(tǒng)間的相互作用，在MATLAB/Simulink軟件環(huán)境下，針對高壓直流輸電（HVDC）系統(tǒng)及其變換器建立了詳細的模型，進行了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、電流參考值突變和直流聯(lián)絡(luò)線上的故障仿真，給出了相應(yīng)的仿真波形，分析了直流輸電系統(tǒng)中交直流系統(tǒng)間和直流系統(tǒng)間的復(fù)雜動態(tài)特性，為進一步研究HVDC系統(tǒng)運行穩(wěn)定性提供了依據(jù)和基礎(chǔ).

關(guān)鍵詞：

高壓直流輸電系統(tǒng)； 頻率響應(yīng)； 階躍響應(yīng)； 故障特性； 建模

中圖分類號： TP 392； TM 723文獻標志碼： A

高壓直流輸電（HVDC） 特別適合大功率、遠距離輸電，在我國“西電東送”工程中起著重要的作用[1].換流站中整流器和逆變器良好的控制性能是HVDC系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的保證，而HVDC系統(tǒng)本身是一個參數(shù)不確定的強非線性系統(tǒng)[2]，特別是大擾動時交直流系統(tǒng)的相互作用造成系統(tǒng)動態(tài)狀態(tài)的突變，引起暫態(tài)過電壓、諧波不穩(wěn)和電壓不穩(wěn)等問題[3-4].實際運行情況表明[5]，HVDC交流系統(tǒng)的強度和直流控制器的特性對故障恢復(fù)特性有顯著影響.本文利用MATLAB/Simulink軟件仿真HVDC系統(tǒng)，分析研究系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和直流線路接地故障下系統(tǒng)的特性.

1高壓直流輸電系統(tǒng)簡述

兩端高壓直流輸電系統(tǒng)[6-7]通常由整流站、逆變站和直流輸電線路三部分組成.具有功率反送功能的兩端直流系統(tǒng)換流站，既可作為整流站運行，又可作為逆變站運行.當功率反送時整流站變?yōu)槟孀冋具\行，而逆變站變?yōu)檎髡具\行.換流站的主要設(shè)備有換流變壓器、換流器、平波電抗器、交流濾波器、直流濾波器、控制保護裝置和接地極線路等.

直流輸電所用的換流器通常采用由12個（或6個） 換流閥組成的12脈動換流器（或6脈動換流器） .早期直流輸電工程曾采用汞弧閥，20世紀70年代后均采用晶閥管換流閥.目前，已經(jīng)能制造最大容量為250 kV 4 000 A的換流閥，以滿足特高壓直流輸電的需要.

換流器在運行時交流側(cè)和直流側(cè)均產(chǎn)生一系列諧波，使兩側(cè)波形畸變.為了滿足兩側(cè)諧波要求，需要分別在兩側(cè)配置交流濾波器和直流濾波器.

控制保護裝置[8]是實現(xiàn)直流輸電正常啟停、運行、自動調(diào)節(jié)、故障處理與保護等功能的設(shè)備，對直流輸電的運行性能及可靠性起著重要的作用.

直流輸電系統(tǒng)是一種高度可控的輸電系統(tǒng)[9]，可通過控制換流站中整流器的觸發(fā)延遲角α和逆變器的逆變角β控制電壓、電流和輸送功率.一般情況下，換流站的控制方式是整流側(cè)采用定直流電流控制以保持直流線路電流恒定，直流電壓則由逆變器控制維持.

本文HVDC系統(tǒng)的建模采用單極大地回線接線方式，在直流聯(lián)絡(luò)線上設(shè)置故障點[10].高壓直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示.

2仿真系統(tǒng)描述

送端交流系統(tǒng)參數(shù)為500 kV、5 000 MVA、60 Hz，受端交流系統(tǒng)參數(shù)為345 kV、10 000 MVA、50 Hz.兩個交流系統(tǒng)相角均為80°，經(jīng)整流逆變后通過直流聯(lián)絡(luò)線相連接，直流線路長度設(shè)定300 km，兩端變換器出線端設(shè)置0.5 H的直流平波電抗器.為抑制交流諧波分量，兩端交流系統(tǒng)母線上并聯(lián)接入交流濾波器為諧波電流提供低阻抗通路.系統(tǒng)建模仿真圖如圖2所示.

6結(jié)論

隨著我國“西電東送”力度的加大和全國幾個大區(qū)域電網(wǎng)之間的互聯(lián)，將會有越來越多的直流輸電工程投入使用.對于高壓直流輸電系統(tǒng)的研究、設(shè)計和運行，高壓直流輸電 （HVDC） 系統(tǒng)的暫穩(wěn)態(tài)仿真發(fā)揮著重要作用.MATLAB/Simulink軟件的應(yīng)用使得 HVDC的建模及仿真簡單易行.

本文基于HVDC系統(tǒng)的建模仿真，根據(jù)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)、運行下的穩(wěn)態(tài)狀況和階躍響應(yīng)以及直流側(cè)故障對系統(tǒng)的影響，分析了直流輸電系統(tǒng)中交直流系統(tǒng)間和直流系統(tǒng)間的復(fù)雜動態(tài)特性，為今后模型的進一步完善及基于其它控制策略的控制系統(tǒng)提供了依據(jù).

參考文獻：

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[3]黃道春，魏遠航，鐘連宏，等.我國發(fā)展特高壓直流輸電中一些問題的探討[J].電網(wǎng)技術(shù)，2007，31（8）：6-12.

[4]張梅，劉天琪.交直流混合系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問題綜述[J].現(xiàn)代電力，2005，22（3）：15-19.

[5]楊秀，陳鴻煜，靳希.高壓直流輸電系統(tǒng)動態(tài)恢復(fù)特性的仿真研究[J].高電壓技術(shù)，2006，32（9）：11-14.

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[7]曾南超.高壓直流輸電在我國電網(wǎng)發(fā)展中的作用[J].高電壓技術(shù)，2004，30（11）：11-12.

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[9]舒印彪.中國直流輸電的現(xiàn)狀及展望[J].高電壓技術(shù)，2004，30（11）：1-2.

篇4

關(guān)鍵詞：Matlab技術(shù)計算機仿真技術(shù)液壓系統(tǒng)

中圖分類號：TP3 文獻標志碼： A 文章編號：1007-9416（2016）06-0000-00

隨著計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，越來越多的工程項目都可以借助于計算機的強大功能來彌補現(xiàn)實條件的不足。系統(tǒng)仿真是在系統(tǒng)建模的基礎(chǔ)上建立起來的，系統(tǒng)建模的目的是要建立一個數(shù)學(xué)模型，而此數(shù)學(xué)模型可以充分反映其系統(tǒng)屬性，從而能夠促進該系統(tǒng)的正常運行。而現(xiàn)代液壓系統(tǒng)設(shè)計是越來越復(fù)雜，因此，提高計算機仿真技術(shù)和質(zhì)量，就顯得更加迫切。本文為此具體探討了Matlab計算機仿真技術(shù)在液壓系統(tǒng)中的具體應(yīng)用情況。

1 液壓系統(tǒng)的工作原理與特點分析

1.1 液壓系統(tǒng)的工作原理

液壓傳動時，傳遞能量以液體作為介質(zhì)，其介質(zhì)是在受控制和調(diào)節(jié)的兩種狀態(tài)下進行工作的，所以，液壓傳動和液壓控制比較相似。而液壓系統(tǒng)的作用是通過改變壓強增大作用力。一個功能完整的液壓系統(tǒng)由動力、執(zhí)行、控制、輔助元件以及液壓油組成。

液壓站的基本工作原理是：電機帶動油泵飛速旋轉(zhuǎn)，中心泵將機械能源轉(zhuǎn)化為液壓油的壓力能量，液壓油其后通過集成塊被調(diào)節(jié)、液壓后再經(jīng)外接管路傳輸?shù)揭簤簷C械的油馬達或油缸中，從而控制了液動機械的方向變換、力量的大小、速度的快慢，推動各種液壓機械做功。

1.2 液壓系統(tǒng)的應(yīng)用特點

液壓系統(tǒng)能否正常高效運行取決于其系統(tǒng)的合理設(shè)計、元件性能、污染防護和處理。機械設(shè)計工程師在設(shè)計實踐中若采用以前傳統(tǒng)的建模方法，需要花費一些精力、時間，這樣會降低設(shè)計效率。若要通過編程實現(xiàn)，這就要求設(shè)計工程師必須熟練掌握特殊建模的編程方法。

2 MATLAB的功能與特點

MATLAB是名稱是矩陣實驗室，MATLAB的計算環(huán)境是集數(shù)值的計算、符號運算、圖形處理等等強大的功能于一體，其計算平臺能夠滿足用戶的各種計算需求。MATLAB具有如下的優(yōu)勢與特點：（1）良好的圖形化處理（2）強大的科學(xué)計算能力（3）簡單易用的程序語言。

3 Matlab計算機仿真技術(shù)在液壓系統(tǒng)應(yīng)用方面的優(yōu)勢

液壓系統(tǒng)的傳統(tǒng)設(shè)計方法主要是來源于設(shè)計工程師的經(jīng)驗、知識，利用真實的元部件構(gòu)造一個動態(tài)系統(tǒng)。仿真技術(shù)不但可用于系統(tǒng)或產(chǎn)品方面的性能測試，還可用于研制開發(fā)產(chǎn)品的所有過程以及由多個系統(tǒng)所構(gòu)成的綜合且復(fù)雜系統(tǒng)。

4Matlab計算機仿真技術(shù)在液壓系統(tǒng)應(yīng)用方面的實現(xiàn)

Matlab計算機仿真技術(shù)在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用具有以下特點：（1）能支持多種仿真模型計算和多種應(yīng)用問題求解；（2）支持遠程數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)采集，可對現(xiàn)場工程數(shù)據(jù)進行實時仿真計算；（3）支持直接運行其它仿真系統(tǒng)或與之進行數(shù)據(jù)交換，使仿真系統(tǒng)的功能得到進一步擴展、增強；（4）以數(shù)據(jù)庫為中心，對各種仿真資源進行統(tǒng)一資源管理。

4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文設(shè)計的Matlab計算機仿真技術(shù)在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用模型如下：

結(jié)果區(qū)：功能部件由內(nèi)部過程和函數(shù)、外部函數(shù)、控件等組成，呈現(xiàn)出執(zhí)行數(shù)據(jù)分析、輸出以及仿真過程和結(jié)果的可視化、數(shù)據(jù)通訊的管理等。

動態(tài)區(qū)：構(gòu)造出模型及模型的優(yōu)化、在系統(tǒng)的運行過程中按實驗的基礎(chǔ)框架實現(xiàn)終止或者執(zhí)行計算、結(jié)果數(shù)據(jù)的計算和運行參數(shù)的保存、模型的解釋、算法的調(diào)用，使其仿真平臺系統(tǒng)和用戶自定義功能的大部分算法能夠通過調(diào)用動態(tài)的鏈接庫方式來實現(xiàn)一系列功能。

初始區(qū)：界面的設(shè)置、參數(shù)和變量的設(shè)置、數(shù)組定義、仿真資源配置、仿真的時間與步長設(shè)置、實驗框架生成，并安排輸出。

4.2 仿真實現(xiàn)

仿真過程：依據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)開啟計算引擎、建立系統(tǒng)的仿真模型、輸入系統(tǒng)的仿真數(shù)據(jù)、運行仿真計算，并進行性能方面的分析，顯示分析結(jié)果后關(guān)閉計算引擎。在本系統(tǒng)中，采用的方法是調(diào)用MATLAB計算引擎IEngine。

5 液壓系統(tǒng)中現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展

5.1 半物理仿真技術(shù)

半物理仿真技術(shù)的特征是仿真模型中包含物理模型。當一些系統(tǒng)部件和現(xiàn)象難于建模，或者在某些特殊要求下，系統(tǒng)的某些部分或其類似系統(tǒng)成為仿真模型的一部分，從而使仿真過程更加便捷，仿真結(jié)果更加具有說服力。

5.2 并行仿真技術(shù)

當前仿真方法對數(shù)據(jù)處理速度提出很高的要求，并且數(shù)學(xué)模型由于考慮各類因素而變得越來越復(fù)雜，而仿真結(jié)果的輸出速度則要求越來越快。并行仿真技術(shù)就是采用多臺中央處理器或者計算機同時對同一問題進行仿真計算。

總之，計算機仿真技術(shù)是設(shè)計液壓系統(tǒng)不可缺少的重要技術(shù)，Matlab計算機仿真技術(shù)在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用可以縮短液壓系統(tǒng)或元件的設(shè)計周期，從而實現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計。

參考文獻

[1] 陳鷹.面向創(chuàng)新的液壓仿真技術(shù)[J].液壓氣動與密封，2003，10（4）：69-71.

篇5

關(guān)鍵詞：仿真　計算機仿真　計算機仿真技術(shù)

一、引言

仿真是對現(xiàn)實系統(tǒng)的某一層次抽象屬性的模仿，人們利用這樣的模型進行試驗，從中得到所需的信息，然后幫助人們對現(xiàn)實世界中某一層次的問題做出決策。計算機仿真就是建立系統(tǒng)模型的仿真模型進而在電子計算機上對該仿真模型進行模擬實驗的研究過程。計算機仿真技術(shù)即以計算機仿真為手段，通過仿真模型模擬實際系統(tǒng)的運動來認識其規(guī)律的一種研究方法，也稱計算機仿真方法。在科技飛速發(fā)展的今天，它已經(jīng)成為控制系統(tǒng)分析、研究、設(shè)計不可缺少的重要工具。

二、計算機仿真技術(shù)的特點

1.模型參數(shù)可根據(jù)要求任意調(diào)整、修改和補充。人們可以得到各種可能的仿真效果，為進一步完善研究方案提供了可能。與傳統(tǒng)的實物實驗相比，具有運行費用低、無風(fēng)險、方便靈活等優(yōu)點。

2.系統(tǒng)模型求解快速。運用計算機仿真，能夠在較短的時間內(nèi)得出仿真運算的結(jié)果，為生產(chǎn)實踐提供最及時的指導(dǎo)。

3.仿真運算結(jié)果可靠、準確。在機器沒有故障的前提下，只要系統(tǒng)模型、仿真模型、仿真程序科學(xué)合理，那么計算機的運算結(jié)果是準確無誤的。

4.實物、實時仿真直觀、逼真。這一特點使它在一些復(fù)雜工程系統(tǒng)中例如核電、航天等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

傳統(tǒng)的仿真技術(shù)是一個迭代過程，即針對實際系統(tǒng)某一層次的特性（過程），抽象出一個模型，然后假設(shè)態(tài)勢（輸入），進行試驗，由試驗者判讀輸出結(jié)果和驗證模型，根據(jù)判斷的情況反復(fù)修改模型和有關(guān)的參數(shù)，不僅效率低，也存在環(huán)境、安全等因素的限制，所以很難達到實驗者滿意的仿真效果。而計算機仿真技術(shù)是利用計算機科學(xué)和技術(shù)的成果建立被仿真的系統(tǒng)的模型，并在試驗條件下對模型進行動態(tài)實驗，它具有高效、安全、受環(huán)境條件的約束較少、可改變時間比例尺等優(yōu)點，已成為分析、設(shè)計、運行、評價、培訓(xùn)系統(tǒng)尤其是復(fù)雜系統(tǒng)的重要工具。

三、計算機仿真技術(shù)的研究現(xiàn)狀

計算機仿真技術(shù)的發(fā)展與計算機的發(fā)展是密不可分的。20世紀50年代的計算機仿真大部分是以電子模擬計算機為主機實現(xiàn)的，在部分特殊應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)也有以液壓機、氣壓機或阻抗網(wǎng)絡(luò)作為主要模擬設(shè)備的。由于電子模擬計算機的精度較差等缺點，從70年代初開始，數(shù)字模擬混合計算機仿真得到發(fā)展。從70年代末起，以數(shù)字機為主機的各種各樣的專用和通用計算機仿真得到了普及和推廣。轉(zhuǎn)貼于 由于高性能工作站、巨型機、小巨機、軟件技術(shù)和人工智能技術(shù)取得了引人矚目的進展，在80年代人們對智能化的計算機仿真寄予了希望，也在綜合集成數(shù)字仿真和模擬仿真優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，設(shè)計出了在更高層次上的數(shù)字模擬混合仿真技術(shù)，在一些特定的仿真領(lǐng)域內(nèi)，這種智能計算機仿真和高層次的數(shù)字模擬計算機仿真都取得了令人鼓舞的結(jié)果。80年代初推出了一些仿真機，SYSTEM10和SYSTEM100就是這類仿真技術(shù)的代表。90年代又開始了交互式仿真和虛擬仿真的研究并取得了一定的成績。特別是近20年來，隨著系統(tǒng)工程與科學(xué)的迅速發(fā)展，計算機仿真技術(shù)也得到了蓬勃發(fā)展，已經(jīng)從傳統(tǒng)的工程領(lǐng)域擴展到非工程領(lǐng)域，在社會經(jīng)濟系統(tǒng)、環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、教育培訓(xùn)系統(tǒng)等得到了廣泛應(yīng)用。

四、計算機仿真技術(shù)的展望

隨著計算機應(yīng)用技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計算機仿真技術(shù)也在不斷地發(fā)展。未來的發(fā)展主要有兩個方向：

1.仿真技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化

眾所周知，現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)研制出來的仿真系統(tǒng)有很多，它們不能互相兼容，可移植性差，實現(xiàn)共享困難，與開發(fā)的高成本、低效率、長時間不成正比，更不能充分加以利用。要想解決這些問題，首先要解決的是采用兼容性好的計算機語言來編寫仿真系統(tǒng)，其次是采用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)實現(xiàn)仿真系統(tǒng)的共享。尤其是后者，在將來的仿真系統(tǒng)開發(fā)中具有重要的意義。實現(xiàn)仿真系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)共享，不但可以在一定程度上避免不必要的社會資源的浪費，而且可以通過適當?shù)氖召M來彌補開發(fā)成本的不足。

2.仿真技術(shù)的虛擬制造

計算機仿真技術(shù)發(fā)展的另一個大方向是在虛擬制造技術(shù)領(lǐng)域的深入應(yīng)用。虛擬制造技術(shù)是20世紀90年展起來的一種先進的制造技術(shù)，它利用計算機仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的結(jié)合，在計算機上實現(xiàn)了從產(chǎn)品設(shè)計到產(chǎn)品出廠以及企業(yè)各級過程的管理與控制。這使得制造技術(shù)不再主要依靠經(jīng)驗，便可實現(xiàn)對制造的全方位預(yù)測，為機械制造領(lǐng)域開辟了一個廣闊的新天地。

參考文獻

[1] 王中鮮 MATLAB建模與仿真應(yīng)用.機械工業(yè)出版社，2010。

篇6

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù)；土建類專業(yè)；高職；

作者簡介：劉鎮(zhèn)（1978-），男，大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，注冊一級建造師、造價師，研究方向為工程管理、工程造價。

中圖分類號：G712

文獻標識碼：A

文章編號：1001－7518（2012）17－0034－02

一、虛擬仿真技術(shù)的含義

仿真技術(shù)，也被人稱之為模擬技術(shù)，即用一個系統(tǒng)模仿另一個真實系統(tǒng)的技術(shù)。而虛擬現(xiàn)實技術(shù)則是在仿真技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，當前仿真系統(tǒng)正在向虛擬環(huán)境的系統(tǒng)演變。虛擬現(xiàn)實技術(shù)和仿真技術(shù)作為對現(xiàn)實世界的模擬，都是基于模型而開展的，都是對現(xiàn)實世界盡可能的再現(xiàn)，因此，由仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)兩者相結(jié)合形成了虛擬仿真技術(shù)。

虛擬仿真技術(shù)是指運用計算機和專用物理效應(yīng)設(shè)備，借助相應(yīng)的系統(tǒng)模型，對實際的或假想的系統(tǒng)進行相關(guān)動態(tài)試驗研究的一種新技術(shù)，具有可控性、經(jīng)濟性、快速性等特點，有助于解決抽象與實體之間相互聯(lián)系的問題。

二、目前虛擬仿真教學(xué)與高職土建類專業(yè)教育的關(guān)系

職業(yè)教育是以就業(yè)為導(dǎo)向的教育，技能教育是職業(yè)教育的核心，同樣職業(yè)教育信息化也要為職業(yè)技能服務(wù)，信息技術(shù)已經(jīng)成為提高教育質(zhì)量的重要手段。教育部《關(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的若干意見》（［2006］16號文件）指出，要充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，開發(fā)虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實驗。

當前，建筑技術(shù)含量要求越來越高，不斷呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)多樣、工藝復(fù)雜、施工難度加大等特點，這就需要教育和培養(yǎng)出更多的建筑技術(shù)人才，不僅能進行工程設(shè)計，而且具有較強的實踐技術(shù)指導(dǎo)和管理能力。根據(jù)2010年統(tǒng)計，開辦土建類高職學(xué)校達1099所、專業(yè)3423個、招生人數(shù)307412人。數(shù)據(jù)表明高職土建類教育不僅規(guī)模大、分布廣，而且發(fā)展速度快。高職土建類教育在強調(diào)系統(tǒng)地設(shè)計基于學(xué)科系統(tǒng)性原則的理論教學(xué)體系基礎(chǔ)上，應(yīng)系統(tǒng)地設(shè)計基于工作過程化的實踐教學(xué)體系。而虛擬仿真技術(shù)通過交互式環(huán)境、情景復(fù)現(xiàn)功能，實現(xiàn)對抽象概念的具體化，對傳統(tǒng)教學(xué)進行革新的一種方式，能夠很好的滿足“情景教學(xué)”與“項目教學(xué)”需要。目前，虛擬仿真技術(shù)已在多學(xué)科領(lǐng)域的教學(xué)及實踐中使用，并且虛擬仿真技術(shù)已運用于工程建設(shè)。這些都表明了在土建類教學(xué)中采用虛擬仿真技術(shù)是可行的、必要的。

三、虛擬仿真技術(shù)在土建類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

（一）形象直觀，利用情景教學(xué)

心理學(xué)指出：傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，學(xué)生一般只能吸收不到三成的內(nèi)容，并且隨著時間推移，所掌握的知識會逐步遺忘。[3]同時，研究證實：閱讀到的信息我們能學(xué)習(xí)到10%；聽到的信息我們能學(xué)習(xí)到18%，但所親身體驗過的事我們能學(xué)習(xí)到80%。毫無疑問，學(xué)習(xí)體驗是最好的方式。土建類學(xué)科是一門技術(shù)復(fù)雜多樣，設(shè)備材料繁多，實踐性強的學(xué)科，在教學(xué)中需要學(xué)生有親身經(jīng)歷體驗。虛擬仿真技術(shù)通過虛擬現(xiàn)場情景，仿真施工工藝和過程等，充分調(diào)動學(xué)生的積極性。將學(xué)習(xí)目標與教學(xué)主題相結(jié)合，通過形象直觀的方式讓學(xué)生學(xué)習(xí)知識。在情景體驗教學(xué)中，教師與學(xué)生更加的積極主動，使教學(xué)效果得到明顯提高。

（二）提高學(xué)生空間想象能力

土建工程是將二維表現(xiàn)的設(shè)計圖紙實現(xiàn)為三維的、立體的、復(fù)雜的建筑物。這就對學(xué)生的空間立體想象能力提出了較高的要求。但剛接觸該專業(yè)的學(xué)生，總有想象不出或理解困難的感覺，以往授課中需要通過教師繪圖、模型展示等，但效果一般。利用虛擬仿真技術(shù)，能夠模擬出建筑物的建筑構(gòu)造，能夠真實展示建筑物的各個結(jié)點，空間布局、立體圖形的生成過程。通過虛擬仿真技術(shù)能夠使學(xué)生置身虛擬建筑空間內(nèi)，從而對這些建筑空間的認識和理解更形象、更全面、更深刻。

（三）改進管理類課程授課方式

在土建類專業(yè)課程體系中，存在很多管理類的課程，這些課程突出特點是很難看到真實場景，甚至在學(xué)習(xí)中也不可能親身經(jīng)歷，只能閱讀到成果性資料。以工程招投標與合同管理為例，標書制作、合同簽訂，開標過程等，教學(xué)中很難體驗這類過程的工作流程和內(nèi)涵。虛擬仿真技術(shù)則能夠虛擬相關(guān)情景，讓學(xué)生在課堂中，分角色扮演，經(jīng)歷開標、評標、談判這些工作，使學(xué)生得到充分體驗，真實的領(lǐng)悟，從而有效的促進管理類知識轉(zhuǎn)化，完成項目教學(xué)。

（四）促進實踐教學(xué)

土建類專業(yè)的實踐課程是非常重要的，對學(xué)生理解知識點，以及理論與實踐相結(jié)合有著很強的促進作用。土建類專業(yè)需要的實訓(xùn)項目及設(shè)備種類數(shù)量繁多，各院校受資金、場地、安全教學(xué)管理等多方面的制約，很難具有全面的實踐條件，而虛擬仿真技術(shù)利用自身優(yōu)勢，能夠很好的促進實踐教學(xué)。

第一，保證實訓(xùn)科目的質(zhì)量，節(jié)約成本。為確保實踐項目教學(xué)的效果，傳統(tǒng)的實踐教學(xué)模式需要巨大的資金投入及購置教學(xué)所用的設(shè)備，并且在教學(xué)過程中會消耗大量的材料，容易淘汰教學(xué)儀器和設(shè)備，因此很難滿足教學(xué)所需。從教學(xué)資源全過程管理來看，虛擬仿真技術(shù)實踐減少投入包括占地、建筑投入、設(shè)備投入、材料投入、指導(dǎo)教師投入，經(jīng)過考察統(tǒng)計可以降低30%~80%。同時也降低實訓(xùn)污染（如粉塵實訓(xùn)、噪聲污染等），而學(xué)生因為得到多次實踐機會，效果也遠遠好于傳統(tǒng)教學(xué)。

第二，容錯功能強，可開展探究性實驗。土建類專業(yè)實踐存在較高的安全風(fēng)險，尤其是學(xué)生到施工現(xiàn)場實訓(xùn)，而企業(yè)也為回避對安全事故的各種約束處罰而不愿意接收學(xué)生現(xiàn)場實訓(xùn)。為了防止意外事故的發(fā)生，通常是采取增加實訓(xùn)操作過程的相關(guān)約束條件來確保師生的安全。但限制的越多，與實踐就越脫節(jié)，教學(xué)質(zhì)量難以得到保障。虛擬仿真技術(shù)可引導(dǎo)學(xué)生積極在仿真實踐中進行實訓(xùn)，不必擔(dān)心出現(xiàn)任何以外的風(fēng)險，保證實訓(xùn)安全性（設(shè)備安全、人身安全）。通過運用虛擬仿真技術(shù)，教師在教學(xué)中可以設(shè)置各種不同的故障等狀態(tài)，“虛擬”不同的事故，學(xué)生通過反復(fù)試驗，運用各種方式方法，分析問題、解決問題，在這方面實際實訓(xùn)是無法做到的。

第三，科學(xué)定量考核，與職業(yè)資格接軌。在土建類的實踐項目的考核常常僅是一份報告（施工組織設(shè)計、合同、招投標文件等）或是實踐指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生在實踐中的表現(xiàn)，依靠主觀給學(xué)生評定成績。而在虛擬仿真實踐的軟件中，可根據(jù)不同需求，設(shè)計不同性質(zhì)的考試、考核方式。而虛擬仿真實踐軟件通過采取隨機出題、海量題庫、在線考試等方式，保證考試考核的公平、真實。從而實現(xiàn)了考教分離、分量一致，實現(xiàn)了以考試、考核額成績來衡量教學(xué)質(zhì)量、評價教學(xué)效果、評估學(xué)生的學(xué)習(xí)能力的可能性。

四、如何制作虛擬仿真教學(xué)軟件

仿真教學(xué)軟件的研制的總體過程基本上可劃分為兩大階段，即教學(xué)設(shè)計階段和軟件制作階段，如圖1所示。

虛擬仿真教學(xué)軟件制作是一項復(fù)雜的項目管理工程。編制適應(yīng)高職教育的虛擬仿真軟件要把握以下幾點:

（一）樹立職業(yè)教育理念

教學(xué)設(shè)計應(yīng)以教育科學(xué)的觀點和方法為指導(dǎo)，按照職業(yè)教育額教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)對象的特點等，結(jié)合國家相關(guān)職業(yè)（工種）標準，優(yōu)化教學(xué)軟件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與模塊設(shè)計，并選擇適當?shù)拿襟w信息，使其在系統(tǒng)中得到有機結(jié)合，以實現(xiàn)課程與實訓(xùn)的教學(xué)目標。

（二）創(chuàng)作團隊進行腳本編寫

腳本作為仿真教學(xué)軟件的第一關(guān)，事關(guān)教學(xué)實訓(xùn)內(nèi)容的正確性與科學(xué)性，貫穿于腳本編寫之中的教學(xué)設(shè)計，決定了教學(xué)軟件的生命。

土建類虛擬仿真軟件腳本通常由具有豐富教學(xué)與實訓(xùn)經(jīng)驗并了解現(xiàn)代教育技術(shù)的人來編寫。因此，需要組成專業(yè)教師、現(xiàn)場工程師、教育技術(shù)專家組成的創(chuàng)作隊伍。腳本創(chuàng)作中的整體結(jié)構(gòu)要依據(jù)研制大綱的要求進行，除了在保證科學(xué)性的前提下，重視教學(xué)實訓(xùn)項目、任務(wù)、技能點、操作步驟的設(shè)計，重視文字符號圖形的標準化外，還要格外重視屏幕設(shè)計，重視交互性設(shè)計，重視操作工藝、安全規(guī)范等方面的設(shè)計。

（三）素材制作要保證質(zhì)量

素材不僅是構(gòu)成教學(xué)軟件的基本單元，也是教學(xué)軟件完成系統(tǒng)合成的重要前提與基礎(chǔ)。素材的制作（包括三維建模）是制作環(huán)節(jié)中耗費時間最多的環(huán)節(jié)，據(jù)統(tǒng)計，素材制作將占用70%~80%的制作工作量，因此，素材制作是數(shù)字化教學(xué)資源開發(fā)的重心，是制作的重要環(huán)節(jié)，是制約開發(fā)周期的主要環(huán)節(jié)之一。土建類虛擬仿真軟件中的素材要實物、現(xiàn)場場景嚴格匹配，這樣就能保證軟件的質(zhì)量，防止給后期合成帶來隱患。

五、虛擬仿真教學(xué)與實操教學(xué)之間的關(guān)系

（一）互補關(guān)系：實操教學(xué)不能實現(xiàn)的，利用仿真教學(xué)可以實現(xiàn)。

（二）融入關(guān)系：—份完整的現(xiàn)代化的教學(xué)方案，必定是仿真教學(xué)與實操教學(xué)的完美融入的方案。

（三）順序關(guān)系：一般情況下，仿真教學(xué)在前，實操教學(xué)在后。

（四）不可替代關(guān)系：仿真教學(xué)與實操教學(xué)，二者不可替代。

（五）隨著計算機技術(shù)快速發(fā)展，仿真教學(xué)對實操教學(xué)的互補作用會越來越強，同時，實操教學(xué)對虛擬仿真教學(xué)的依賴程度會越來越高。對于實操教學(xué)的設(shè)備，有與虛擬仿真系統(tǒng)實現(xiàn)一體化的趨勢。

六、結(jié)束語

從微觀層面看，高等職業(yè)教育是以技術(shù)人員的職業(yè)勞動為導(dǎo)向的，是產(chǎn)生于技術(shù)人員的能力、知識和素質(zhì)，是一種專業(yè)勞動。因此，作為高職土建類專業(yè)的教學(xué)，應(yīng)以生產(chǎn)目標為導(dǎo)向，有針對性地對學(xué)生進行體驗式教學(xué)。應(yīng)該通過虛擬仿真技術(shù)和赴實地現(xiàn)場進行教學(xué)，在課本之外給學(xué)生更生動易懂的知識，并通過虛擬的或者真實的實驗、實訓(xùn)、實習(xí)等實踐教學(xué)培養(yǎng)具備較高的知識、能力和素質(zhì)等綜合性的高端土建專業(yè)技能型人才。

參考文獻：

[1]呂愛民，項秉人.生態(tài)建筑的數(shù)字化構(gòu)建[J].新建筑，2005（6）：7-9.

篇7

計算機仿真主要是利用計算機技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)的專業(yè)技術(shù)，通過建立研究系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，進而在計算機上對系統(tǒng)進行實驗分析和研究的一門技術(shù)。因此，該門課程是一門解決實際問題、實踐性強的課程。目前，大部分院校對該門課程的講授主要圍繞計算機仿真的概念、方法和技術(shù)來開展的，而在系統(tǒng)分析、系統(tǒng)建模、仿真計算、仿真結(jié)果分析等方面的講解還存在薄弱環(huán)節(jié)。從教學(xué)內(nèi)容來看，主要存在重理論分析，輕仿真實驗；從教學(xué)過程來看，還存在重課堂教學(xué)，輕實踐環(huán)節(jié)的現(xiàn)象。為此，應(yīng)加強計算機仿真技術(shù)課程實驗教學(xué)方法的研究，突出系統(tǒng)仿真建模分析實驗，建立仿真實驗的內(nèi)容體系，強化仿真實驗過程管理，以達到提高學(xué)生在計算機仿真技術(shù)領(lǐng)域的運用能力。仿真實驗的內(nèi)涵就是針對仿真實驗對象，建立仿真實驗?zāi)Ｐ停糜嬎銠C技術(shù)，在計算機上開展仿真運算與結(jié)果分析的一種實踐活動。單純的課堂理論教學(xué)一般缺乏主動獲取知識的能力，缺乏對所學(xué)知識的深入思考和實際動手能力的培養(yǎng)，缺乏發(fā)現(xiàn)問題、靈活運用已有知識解決實際問題的能力。而實驗環(huán)節(jié)能在很大程度上彌補這種教學(xué)方式的不足，尤其是計算機仿真技術(shù)這門課程，具有系統(tǒng)針對性強與實際結(jié)合緊密的特點。因此，在計算機仿真技術(shù)課程的教學(xué)過程中，重視仿真實驗課程建設(shè)，加強學(xué)生實驗環(huán)節(jié)的教學(xué)和訓(xùn)練，已經(jīng)成為本門課程改革和創(chuàng)新的一個重要內(nèi)容。

1仿真技術(shù)實驗課程的目的、分類及特點

計算機仿真實驗課是掌握計算機仿真技術(shù)和仿真技能培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，是開展科學(xué)實驗、科學(xué)研究和工程應(yīng)用領(lǐng)域能力培養(yǎng)的重要課程之一。開展計算機仿真實驗課程改革，需要從實驗內(nèi)容設(shè)置、實驗教學(xué)管理、實驗課程評價等幾方面入手，以達到實驗課程提高學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的目標。計算機仿真技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容通常分為連續(xù)系統(tǒng)仿真和離散系統(tǒng)仿真兩個方面，因此，仿真技術(shù)實驗可分為連續(xù)系統(tǒng)仿真實驗和離散系統(tǒng)仿真實驗。另一方面，按照仿真的作用和目的來分，仿真技術(shù)實驗領(lǐng)域也可分為三種形式。一是系統(tǒng)設(shè)計仿真實驗，即對尚不存在的假象系統(tǒng)開展仿真實驗。通過仿真實驗，來觀察系統(tǒng)設(shè)計的各項性能參數(shù)。二是仿真對象的系統(tǒng)分析仿真實驗，即對已有系統(tǒng)進行仿真實驗。針對存在的已有系統(tǒng)，構(gòu)建系統(tǒng)模型，通過仿真實驗以觀察和分析系統(tǒng)，來了解和掌握系統(tǒng)的變化規(guī)律。三是系統(tǒng)模擬訓(xùn)練仿真實驗，利用現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實技術(shù)或半實物仿真技術(shù)，構(gòu)建訓(xùn)練系統(tǒng)的操作訓(xùn)練模型和模擬訓(xùn)練仿真環(huán)境，為系統(tǒng)的操作人員提供模擬訓(xùn)練的實驗平臺。根據(jù)仿真技術(shù)實驗的目的結(jié)合計算機仿真技術(shù)課程要求，仿真技術(shù)實驗課程具有以下特點：一是系統(tǒng)實驗對象的針對性。仿真實驗必須針對某個具體的對象或系統(tǒng)開展仿真實驗活動。如一個控制系統(tǒng)的仿真實驗，應(yīng)從該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型入手，明確數(shù)學(xué)模型中各參數(shù)的含義和參數(shù)之間的物理關(guān)系，以此開展仿真實驗才具有針對性，而不能籠統(tǒng)地給出一個仿真計算的式子，不加分析就開始進行仿真計算。二是仿真實驗?zāi)Ｐ偷挠行浴７抡鎸嶒災(zāi)Ｐ褪欠抡鎸嶒炏到y(tǒng)的一種抽象，與實驗系統(tǒng)和內(nèi)容結(jié)合緊密，學(xué)生應(yīng)從掌握仿真系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上，建立有效的、可計算的仿真實驗?zāi)Ｐ?，以便開展仿真實驗教學(xué)活動。三是仿真實驗過程的完整性。仿真實驗過程包括系統(tǒng)建模、仿真建模和仿真實驗等過程。從仿真實驗對象或系統(tǒng)入手，對仿真實驗?zāi)康?，建立仿真實驗系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，利用掌握的仿真軟件或熟知的仿真實驗環(huán)境，將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成仿真計算模型，開展仿真實驗，最后對仿真實驗與仿真結(jié)果進行處理分析。四是仿真實驗環(huán)境的可操作性。仿真實驗依賴于仿真環(huán)境與仿真軟件，不同的系統(tǒng)、不同的仿真模型，需要在不同的仿真環(huán)境下進行。仿真實驗環(huán)境與仿真軟件，有通用計算機程序設(shè)計語言，如C++、VB等；有數(shù)學(xué)計算能力較強應(yīng)用軟件，如Matlab；有針對離散事件系統(tǒng)仿真軟件，如GPSS。還有針對不同領(lǐng)域的專業(yè)性仿真軟件，如流體工程仿真計算軟件Fluent，機械設(shè)計與虛擬樣機仿真軟件SolidWorks、Pro/E和UG等。因此，仿真實驗的開展應(yīng)根據(jù)仿真實驗對象，仿真實驗?zāi)康暮鸵?，選擇正確的仿真實驗環(huán)境和仿真軟件。

2仿真技術(shù)實驗課教學(xué)體系建設(shè)

仿真技術(shù)實驗課程教學(xué)改革涉及教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)體系、教學(xué)方法等多個方面。在教學(xué)內(nèi)容上，應(yīng)緊密配合仿真技術(shù)課堂教學(xué)要求，合理安排仿真實驗項目。如在連續(xù)系統(tǒng)仿真方面，應(yīng)針對仿真對象的微分方程、傳遞函數(shù)、狀態(tài)空間和結(jié)構(gòu)圖等不同模型開展仿真實驗，以了解不同模型表示方法的仿真技術(shù)。在仿真實驗教學(xué)體系方面，要結(jié)合相關(guān)專業(yè)對不同仿真技術(shù)的要求，有針對性地選擇仿真對象。即從建模表示、模型處理、仿真算法設(shè)計、仿真結(jié)果分析等方面，設(shè)置仿真實驗案例。在實驗教學(xué)方法方面，要加強仿真實驗前學(xué)生的實驗準備，以及熟悉仿真實驗環(huán)境、做好仿真實驗過程記錄、仿真實驗結(jié)果處理和分析等方面的工作。

2.1仿真實驗課程體系建設(shè)

計算機仿真技術(shù)屬于一門應(yīng)用類型的課程，課程涉及大量的數(shù)學(xué)知識，理論性強，同時還蘊含著大量的工程性知識。因此，該門功課的建設(shè)與改革要突出工程性和應(yīng)用性，要注重理論與實際的結(jié)合。作為一門實驗課程教學(xué)體系的建設(shè)，主要涉及該門課程的教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)管理與考評、教學(xué)過程實施等多個方面。另一方面，計算機仿真實驗主要是在計算機上完成，在教學(xué)體系建設(shè)方面，還要注重學(xué)生計算機應(yīng)用能力和軟件編程能力的培養(yǎng)。

（1）實驗課程教學(xué)目標計算機仿真技術(shù)課程的設(shè)置目的，是使學(xué)員掌握計算機仿真的有關(guān)概念、原理和方法，學(xué)會利用計算機仿真技術(shù)，針對各自研究方向與領(lǐng)域，培養(yǎng)學(xué)生開展系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)運用的能力，以及能獨立開展實驗研究，解決科學(xué)研究和工程應(yīng)用領(lǐng)域中出現(xiàn)的問題。培養(yǎng)學(xué)生的計算機仿真思維，提高學(xué)生使用計算機仿真理論和技術(shù)從事科學(xué)研究的能力。

（2）實驗課程教學(xué)內(nèi)容計算機仿真技術(shù)課程涉及的領(lǐng)域較為廣泛，從仿真技術(shù)體系來看，課程內(nèi)容主要包括相似理論、建模理論、建模方法、仿真算法、仿真語言、仿真工具，仿真實驗、仿真數(shù)據(jù)處理與仿真VV&A等。從仿真知識體系來看，課程除涉及大量基礎(chǔ)數(shù)學(xué)知識外，還涉及系統(tǒng)、模型與仿真的概念、方法及分類，連續(xù)系統(tǒng)建模與仿真方法，離散事件系統(tǒng)建模與仿真，分布式系統(tǒng)仿真、面向?qū)ο蠼Ｅc仿真技術(shù)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)與仿真等。這些都為如何確定仿真實驗內(nèi)容提出了挑戰(zhàn)。為此實驗課程內(nèi)容安排上，我們提出了單項仿真實驗與綜合仿真實驗的解決思路，圍繞能力培養(yǎng)選擇實驗課程內(nèi)容。通過單項仿真實驗讓學(xué)生掌握重要的知識點，通過綜合仿真實驗讓學(xué)生掌握仿真技術(shù)的系統(tǒng)知識和仿真技術(shù)綜合運用能力。其中，單項實驗內(nèi)容包括：系統(tǒng)建模實驗，仿真工具運用實驗，仿真系統(tǒng)運行實驗，仿真數(shù)據(jù)處理與可信度評估實驗等。綜合仿真實驗主要包括連續(xù)系統(tǒng)仿真實驗，離散事件系統(tǒng)仿真實驗，先進系統(tǒng)仿真實驗，虛擬現(xiàn)實仿真實驗等。

（3）實驗組織實施與管理仿真實驗教學(xué)過程的組織實施與管理，既要遵循實驗課程教學(xué)規(guī)律，又要突出實驗課實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在給學(xué)生講解熟悉實驗環(huán)境、理解仿真對象和仿真目標的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生參與實驗前準備工作，參與實驗方案與計劃的制定。根據(jù)仿真實驗特點，由學(xué)生獨立或與實驗小組完成整個仿真實驗過程，重視實驗過程中出現(xiàn)問題的分析與解釋。讓學(xué)生在完成實驗的同時，還要對實驗過程進行總結(jié)，提交仿真實驗后的體會等。在實驗安排方面，加強與相關(guān)課程內(nèi)容的同步結(jié)合。在實驗學(xué)時方面，突出課堂實驗與課后拓展實驗相結(jié)合，即單項仿真實驗可在較短的時間內(nèi)完成，主要安排在教學(xué)課程的學(xué)時內(nèi)。對綜合性仿真實驗采用開放式實驗，在制定完實驗方案和計劃后，可讓學(xué)生靈活安排時間去完成實驗。在實驗課程的考核管理是實驗過程也是教學(xué)過程的重要一環(huán)，應(yīng)加強實驗課程的過程考核，通過考核方式的改革，督促學(xué)生自覺開展實驗活動，達到開設(shè)仿真實驗課的目的?？己顺煽兛梢园磳W(xué)生的仿真實驗準備情況，實驗完成質(zhì)量，實驗過程表現(xiàn)與實驗報告質(zhì)量等內(nèi)容進行綜合評定。

2.2實驗課教學(xué)方法改革

實驗教學(xué)既是教學(xué)活動，又是實踐活動。要突出學(xué)生的能力培養(yǎng)，也要突出思維能力和科學(xué)精神的培養(yǎng)。實驗課教學(xué)可以采用任務(wù)驅(qū)動、過程開發(fā)的教學(xué)模式進行，即在明確仿真實驗任務(wù)的基礎(chǔ)上，由學(xué)生自己制定仿真實驗任務(wù)的計劃和方法，編寫如何做好仿真實驗的準備工作條目，提出每項仿真實驗的思路和注意事項，并將這些內(nèi)容作為仿真實驗課成績的一部分。在這種教學(xué)模式下，還要注重以下三方面的工作。

（1）重視仿真實驗準備工作仿真實驗準備工作是開展仿真實驗的前提。仿真實驗準備工作包括仿真實驗對象的認識和理解，仿真實驗?zāi)康?，制定實驗工作步驟以及熟悉仿真實驗環(huán)境、仿真語言和仿真工具等。要針對仿真實驗的對象或系統(tǒng)，讓學(xué)生查閱相關(guān)資料，了解對象和系統(tǒng)的特性，為下一步模型的建立奠定基礎(chǔ)，同時，作好仿真實驗前的數(shù)據(jù)收集與準備工作。

（2）強化仿真實驗建模分析模型是研究對象或系統(tǒng)的抽象，也是仿真實驗的基礎(chǔ)。仿真模型的建立是按照一定的目的對所要研究的對象或系統(tǒng)進行抽象的過程。沒有正確抽象和描述的仿真模型，就無法開展正確的仿真實驗。對于連續(xù)系統(tǒng)或離散事件系統(tǒng)仿真建模來說，通常需要根據(jù)對象的物理特性，變量特征和仿真實驗的目的等開展系統(tǒng)實驗建模分析。模型分析主要包括模型的使用對象，模型假設(shè)條件，模型內(nèi)部要素的作用機理，模型簡化，模型的表示方式，以及輸出結(jié)果形式等。建模分析不僅能鍛煉和提高學(xué)生面向問題的解決能力，同時還可以培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理能力和科學(xué)的思維方式。

（3）突出仿真實驗技術(shù)應(yīng)用仿真實驗技術(shù)主要包括仿真實驗設(shè)計，仿真算法設(shè)計，仿真實驗數(shù)據(jù)處理與分析等。這些仿真技術(shù)的應(yīng)用對提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、實踐能力和探索熱情有著重要作用。仿真實驗設(shè)計主要是制定仿真實驗方案，包括編寫實驗?zāi)康模瑢嶒灢襟E，實驗初始條件設(shè)定等。仿真實驗算法設(shè)計是一項具有挑戰(zhàn)性和創(chuàng)新性的工作，在這一方面要充分讓學(xué)生去閱讀相關(guān)文獻，為仿真實驗設(shè)計高效、正確的仿真算法。同時，在算法設(shè)計時還要考慮到仿真實驗環(huán)境，仿真實驗環(huán)境包括仿真所用的軟件和硬件等。在此教師主要給學(xué)生以引導(dǎo)和提示，讓學(xué)生熟悉相關(guān)的實驗環(huán)境，摸索和掌握各種實驗工具的應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，再讓學(xué)生編寫仿真實驗程序、設(shè)計計算步長等相關(guān)仿真計算工作。仿真實驗數(shù)據(jù)處理與分析是仿真實驗的重要組成部分，讓學(xué)生掌握常用的數(shù)理統(tǒng)計的方法進行實驗數(shù)據(jù)處理與分析。同時，還要通過仿真實驗，教會學(xué)生對仿真對象變化規(guī)律如何做出合理的估計和判斷的方法，以達到實驗的目的。

3仿真技術(shù)實驗課教學(xué)案例

以連續(xù)系統(tǒng)仿真為例，對起重機吊運系統(tǒng)特性開展研究。利用起重機吊運系統(tǒng)仿真實驗，進一步闡明仿真技術(shù)實驗課程教學(xué)方法的運用。

3.1仿真實驗前準備

在實驗準備階段，首先要認識仿真對象，弄清仿真對象的系統(tǒng)組成，即系統(tǒng)是有哪些實體對象構(gòu)成的，系統(tǒng)中各個實體的參數(shù)屬性，系統(tǒng)內(nèi)部實體之間的作用機制等。在本案例中系統(tǒng)由起重機小車、鋼絲繩和吊運的貨物構(gòu)成。其次，是要明確仿真實驗的目的，即起重機小車的移動速度、吊繩長度和貨物質(zhì)量等相關(guān)參數(shù)，對吊運時貨物擺角的影響。三是系統(tǒng)抽象，對系統(tǒng)中無關(guān)的因素進行簡化，如忽略吊運時吊繩長度變化、風(fēng)速和前后搖擺等影響，以降低系統(tǒng)建模的復(fù)雜性。四是收集實驗所需數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)建模做好準備，如貨物的質(zhì)量、吊繩長度等。

3.2實驗?zāi)Ｐ徒?/p>

根據(jù)上述準備工作，利用運動學(xué)和動力學(xué)的相關(guān)知識，結(jié)合仿真目的建立仿真實驗對象的數(shù)學(xué)模型。在建立模型時，首先考慮模型的初始狀態(tài)，給出了初始條件下的參數(shù)和方程。其次，考慮貨物吊運時的擺動，即在某一擺角下的系統(tǒng)狀態(tài)，以此建立該狀態(tài)下貨物吊運擺動角度與貨物質(zhì)量、吊繩長度和吊運速度之間的計算關(guān)系。這樣就為下一步的計算機的仿真計算奠定了基礎(chǔ)。建立的起重機吊運貨物時的數(shù)學(xué)模型。

3.3仿真實驗

根據(jù)上述的實驗?zāi)Ｐ?，開展仿真計算。仿真計算可以采用通用程序設(shè)計語言，如C語言，也可采用數(shù)值計算和科學(xué)分析軟件Matlab來完成。對于Matlab軟件來說，即可采用M文件編程方式，也可利用SimLink方式進行交互式仿真。因此，在這一階段要鼓勵學(xué)生積極動手，獨立思維，利用不同狀態(tài)下的參數(shù)計算開展系統(tǒng)的仿真實驗。

3.4仿真實驗結(jié)果分析

仿真實驗結(jié)果分析就是對仿真實驗計算的數(shù)據(jù)進行綜合分析，獲取系統(tǒng)的相關(guān)信息和實驗結(jié)論，達到仿真實驗分析的目的。在計算結(jié)果分析時，要讓學(xué)生觀察多組輸入輸出數(shù)據(jù)對系統(tǒng)的影響，來進一步認識系統(tǒng)。如在吊運過程中，通過修改吊運貨物的質(zhì)量，吊繩的長度和水平運行速度，來計算和觀察吊運擺角的變化，以此來達到認識起重機吊運系統(tǒng)的性能和變化規(guī)律。

4結(jié)束語

篇8

關(guān)鍵詞:土木工程;仿真技術(shù);實習(xí)實訓(xùn);應(yīng)用

實踐教學(xué)是對教學(xué)理論的進一步加強，學(xué)生在此過程中也能夠有效提升自身的創(chuàng)新精神與動手能力。過去大眾化、講學(xué)式的教育體系對實習(xí)實訓(xùn)的認識不夠，因此很多學(xué)生面臨畢業(yè)之后找工作難的窘境。通過加強實踐教學(xué)、推動創(chuàng)新教育的方式，能夠有效提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，為現(xiàn)代社會培養(yǎng)更多實用型人才。

一、土木工程施工實習(xí)實訓(xùn)教學(xué)中仿真技術(shù)的問題

在我國有很多高校的土木工程專業(yè)在教學(xué)時依然沒有創(chuàng)新，還是在按照已經(jīng)過時的模式進行教學(xué)，雖然也涉及實習(xí)實訓(xùn)內(nèi)容，但效果不佳，并且基本上只是流于形式，實際效果有限。通常高職院校會有近一年的實訓(xùn)期，在這么短的時間內(nèi)是很難進行施工實訓(xùn)的。即使在訓(xùn)練過程中采用集中分散結(jié)合的方式，但施工效果仍舊不理想。由于單一教學(xué)模式的限制，并且對教學(xué)和實訓(xùn)的安排缺乏合理性，實訓(xùn)教學(xué)通常難以發(fā)揮應(yīng)有的作用。進行實訓(xùn)教學(xué)存在以下幾個問題:第一，不重視實踐教學(xué)的重要性;第二，對課程體系的設(shè)置缺乏合理性;第三，缺乏實訓(xùn)教學(xué)資源;第四，缺乏足夠的實訓(xùn)教學(xué)時間。

二、土木工程施工實習(xí)實訓(xùn)教學(xué)中仿真技術(shù)的實現(xiàn)

(一)虛擬場景建模

通過仿真設(shè)計軟件能夠設(shè)計出具有實際價值的虛擬場景，制作方法為:第一，用攝像頭拍攝現(xiàn)實場景，然后利用仿真技術(shù)對所得影響進行全景圖合成設(shè)計;第二，通過程序設(shè)計語言和編程軟件生成場景［1］;第三，使用仿真設(shè)計軟件制作虛擬三維場景。以上步驟需要用到的主要軟件有3DSMAX軟件和VRML軟件，結(jié)合兩款軟件的使用方法為:首先，制作場景貼圖、動畫、造型等;其次，將場景導(dǎo)出至VRML;最后，修改源程序代碼，添加所需文件，并進行相應(yīng)操作。

(二)實現(xiàn)物理建模

通過Export命令，對建模得到的max文件進行導(dǎo)出，導(dǎo)出后的文件為wr1文件，然后對導(dǎo)出的文件進行建模。這一過程可以通過VRML的傳感器節(jié)點完成，同時通過事件及路由器實現(xiàn)。

(三)實現(xiàn)行為建模

以Script節(jié)點定義及改變場景對象的外觀及行為，當Script節(jié)點開始初始化，某個程序腳本就會被調(diào)用。該事件在VRML場景中會被檢測出來，并傳遞至JAVA，通過JAVA對其作出相應(yīng)的響應(yīng)，也可以進行反向傳遞。

(四)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

虛擬的仿真教學(xué)環(huán)境可以對網(wǎng)絡(luò)中的信息資源進行高效利用，確保實訓(xùn)教學(xué)具有動態(tài)有效性。例如Flashmx等工具能夠進行在線虛擬實習(xí)活動，具有十分廣泛的教學(xué)覆蓋面，在當前常用的輔助實訓(xùn)教學(xué)工具中，最具發(fā)展前景。通過信息技術(shù)能夠建立遠程服務(wù)系統(tǒng)，實現(xiàn)對虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)的系統(tǒng)資源共享，這也是虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)未來進展的主要方向之一［2］。利用虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)能夠給學(xué)生提供大量學(xué)習(xí)資料，保證學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)效果。網(wǎng)絡(luò)虛擬實訓(xùn)可以運用web三層結(jié)構(gòu)建立B/S架構(gòu)的虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)體系。

三、土木工程施工實習(xí)實訓(xùn)中應(yīng)用仿真技術(shù)的方法

(一)在教學(xué)中建立規(guī)范化的仿真技術(shù)

虛擬仿真技術(shù)具有人機互動的特點，娛樂性強并且能夠形象直觀地表現(xiàn)畫面，有助于學(xué)生的記憶同互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系，能夠營造出逼真的場景，增加體驗樂趣。在學(xué)生開始土木工程施工實習(xí)的后，采用標準化的虛擬仿真技術(shù)能夠在很大程度上激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而提升其學(xué)習(xí)主動性，而這一點，在傳統(tǒng)的教條主義教學(xué)模式下是難以實現(xiàn)的。通過規(guī)范的仿真模擬技術(shù)，能夠很好地重現(xiàn)施工場景，使學(xué)生完美地融入其中。

(二)在教學(xué)中安全控制仿真技術(shù)實施

仿真技術(shù)通過虛擬成像的方式營造一個看起來真實的環(huán)境，但由于其特有的虛擬性，因此情境知識看起來和真實環(huán)境無異，但卻很好地避免了真實環(huán)境中才會出現(xiàn)的各種危險因素。學(xué)生可以在課堂中融入真實的施工環(huán)境中去，在實踐中應(yīng)用理論知識，在虛擬的環(huán)境中對施工過程進行安全控制操作，即使存在不規(guī)范問題或其它缺陷，由于不具有危險性并且并非真實，學(xué)生僅僅會感覺到緊張，但并不會造成危險和損失。虛擬仿真技術(shù)能夠加強學(xué)生規(guī)范化管理建筑施工流程，提高施工的安全水平，降低事故發(fā)生率。

(三)重視仿真技術(shù)的設(shè)計及師資培養(yǎng)

在教學(xué)中引入并應(yīng)用仿真技術(shù)，也是加強土木工程師資力量的重要因素。土木工程是一門以實踐為主的專業(yè)，培養(yǎng)的也主要是實用型人才。因此無論是學(xué)生還是教師，都需要具備一定的施工經(jīng)驗，才能在將來的工作或教學(xué)活動中，占據(jù)主動。教師在進行仿真技術(shù)實訓(xùn)之前，應(yīng)首先做好完善的準備工作。在實現(xiàn)實踐教學(xué)的科學(xué)化和精細化規(guī)劃設(shè)計過程中，教師也應(yīng)具有一定的創(chuàng)新能力。另外，學(xué)校方面也可以積極引入或自行開發(fā)一些具有實訓(xùn)價值的綜合仿真技術(shù)的土木工程實習(xí)軟件，充分滿足學(xué)生需求。

(四)在實習(xí)開展前做好充分準備工作

在開展實訓(xùn)之前，教師會根據(jù)實習(xí)的基本綱要給學(xué)生安排各種實習(xí)任務(wù)，此外土木工程專業(yè)教師也會專門給學(xué)生安排一些工作，學(xué)生需要根據(jù)自己實習(xí)的內(nèi)容做一份答辯論文。這種方法有助于培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)施工實踐經(jīng)驗的能力并培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的團隊意識。并且表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生所上交的論文內(nèi)容也能夠為教師日后教學(xué)水平的提升打下良好基礎(chǔ)，教師也能從中找到各種有價值的案例以供教學(xué)使用。

結(jié)束語

土木工程施工實習(xí)實訓(xùn)是非常有必要的，這也符合其側(cè)重實踐應(yīng)用的專業(yè)特點。在實訓(xùn)中應(yīng)用仿真技術(shù)，學(xué)校在降低成本的同時，也能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力。

參考文獻

［1］周國恩，梁鑫，周雨等．基于仿真技術(shù)在土木工程施工實習(xí)實訓(xùn)教學(xué)中的探索與實踐［J］．教育教學(xué)論壇，2013，(28):197－198，199．

篇9

關(guān)鍵詞： 虛擬仿真 家畜解剖學(xué) 三維模型

1.引言

家畜解剖學(xué)是農(nóng)業(yè)類高等學(xué)校動物醫(yī)學(xué)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，本課程主要講授正常家畜、家禽的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、器官的位置關(guān)系和發(fā)生發(fā)展規(guī)律。本課程的特點是名詞眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對于首次接觸動物醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生來說學(xué)習(xí)起來比較困難，不知道應(yīng)該怎樣學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)課堂講授方式難以滿足現(xiàn)代化教學(xué)發(fā)展需要，虛擬仿真技術(shù)正逐漸應(yīng)用到各專業(yè)教學(xué)課程中，對教育行業(yè)產(chǎn)生了巨大影響。

2.虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢及其在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用

虛擬仿真技術(shù)是用計算機虛擬場景逼真地模擬現(xiàn)實世界事物的技術(shù)，涉及計算機圖形學(xué)、人工交互、人工智能和傳感技術(shù)等。具有真實性、交互性和沉浸性的特點，逐漸成為現(xiàn)代教育技術(shù)領(lǐng)域的熱點，應(yīng)用于不同專業(yè)教學(xué)過程中。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)在人類醫(yī)學(xué)上得到了廣泛應(yīng)用。虛擬仿真技術(shù)打破了傳統(tǒng)實驗空間和經(jīng)費的限制，在充分保證教學(xué)效果的基礎(chǔ)上，不僅節(jié)約了實驗成本，而且大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。使學(xué)生通過虛擬場景的人機交互，由視覺、聽覺、觸覺等手段獲取場景的反應(yīng)，通過學(xué)生自我組織，制訂并執(zhí)行學(xué)習(xí)計劃，進行自我評價，開展適應(yīng)式學(xué)習(xí)。很多高校、科研院開發(fā)了人體解剖虛擬仿真實訓(xùn)平臺、虛擬動畫、三維網(wǎng)絡(luò)課程等應(yīng)用于理論和實踐教學(xué)，充分發(fā)揮了現(xiàn)代教育技術(shù)的優(yōu)勢，提高了教學(xué)水平。

1989年美國首先開展了“可視虛擬人”的計劃，并于1994年完成世界第一例男性“虛擬人”數(shù)據(jù)采集，1998年完成女性虛擬人數(shù)據(jù)采集，共采集到56GB的數(shù)據(jù)。隨后，韓國“可視韓國人”項目于2000年完成第一例韓國人標本的數(shù)據(jù)采集；2003年，鐘世鎮(zhèn)主持的“虛擬中國人”項目完成中國人體數(shù)據(jù)的采集工作。以這些虛擬人數(shù)據(jù)集為基礎(chǔ)，對人體器官進行了三維重建，精細逼真的三維結(jié)構(gòu)為人體解剖學(xué)提供了大量素材?；谔摂M人體數(shù)據(jù)集產(chǎn)生了很多人體解剖三維虛擬仿真實驗平臺用于人體解剖學(xué)教學(xué)。在仿真平臺上可以對人體結(jié)構(gòu)進行任意角度旋轉(zhuǎn)、縮放、標注等操作。便于教師教學(xué)及學(xué)生學(xué)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。2010年10月在上海世博會期間，瑞典首次向公眾展示了代表先進醫(yī)學(xué)虛擬仿真技術(shù)的“虛擬解剖臺”。此虛擬解剖臺數(shù)據(jù)來源于人體的磁共振（MRI）和CT成像數(shù)據(jù)，利用計算機處理將這些數(shù)據(jù)從二維平面圖變成真實感極強的三維模型，將人體內(nèi)部的精細結(jié)構(gòu)完整地展示出來。這款虛擬解剖臺可用于人體解剖學(xué)教學(xué)，學(xué)生用手指通過觸摸屏進行人體器官操作，能完整地展示骨骼、血管、肌肉等的不同形態(tài)，還可以移除或添加內(nèi)臟器官、血管、神經(jīng)等結(jié)構(gòu)，從而理解各器官的形態(tài)結(jié)構(gòu)和相互位置關(guān)系。

3.虛擬仿真技術(shù)在家畜解剖學(xué)的應(yīng)用現(xiàn)狀

家畜解剖學(xué)是一門實踐性很強的學(xué)科，家畜的器官標本、模型等教學(xué)材料在本課學(xué)習(xí)中有重要作用。但是近些年隨著招生規(guī)模擴大，一般理論授課時學(xué)生人數(shù)較多，不能發(fā)揮標本、模型的作用，學(xué)生只能在實驗課上觀察標本、模型。虛擬仿真技術(shù)在家畜解剖學(xué)中的報道較少，由于數(shù)字人的數(shù)據(jù)采集方法投資巨大，過程復(fù)雜，需要多領(lǐng)域?qū)I(yè)人員合作完成，目前還沒有完整的大家畜（牛、馬等）虛擬解剖系統(tǒng)。很多科研機構(gòu)利用數(shù)字人的數(shù)據(jù)采集方法對豬、兔、小鼠、大鼠等動物進行了數(shù)據(jù)采集和虛擬仿真工作。Maierl等在1999年報道了第一例“可視化狗”，但其數(shù)據(jù)不完整，沒有四肢部分的結(jié)構(gòu)，而且圖像不精細。2005年9月，重慶理工大學(xué)、第三軍醫(yī)大學(xué)和重慶市畜牧科學(xué)研究院共同完成了世界第一例“數(shù)字可視化豬”數(shù)據(jù)集的采集工作，圖像質(zhì)量比較高，能夠清晰顯示內(nèi)部結(jié)構(gòu)[1]。2014年，連國云[2]采集完成了“數(shù)字化新西蘭兔”的數(shù)據(jù)集。但是對于家畜解剖學(xué)重點講授的牛、馬等大家畜，還沒有虛擬解剖數(shù)據(jù)集的報道。主要原因是牛、馬的體型比較龐大，采用數(shù)字人運用的冷凍銑削設(shè)備無法完成銑削，牛、馬等動物只能采用其他方法建立三維模型，雖然這些模型不如冰銑削得到的數(shù)據(jù)精確，但是仍然能夠在家畜解剖學(xué)教學(xué)中發(fā)揮巨大作用。蘇楊生[3]等報道了通過3D Max軟件建立了牛的椎骨模型，并建立了交互程序，學(xué)生可隨時隨地進入程序觀察解剖標本。張蕾[4]等采用Photoscan軟件對動物頭骨進行了三維重建。付大鵬等[5]采用三維激光掃描儀獲得了動物股骨的三維點云數(shù)據(jù)，進行三維重建，得到了股骨的三維模型。以上研究成果為虛擬仿真技術(shù)在家畜解剖學(xué)中的應(yīng)用提供了思路和教學(xué)資源。

4.虛擬仿真技術(shù)在家畜解剖學(xué)的應(yīng)用前景

虛擬仿真技術(shù)在家畜解剖學(xué)及相關(guān)專業(yè)有著非常廣闊的應(yīng)用前景。三維模型能夠形象清晰地展示動物的解剖結(jié)構(gòu)和器官的相互位置關(guān)系。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)⒗碚撌谡n中教師采用圖片、照片等素材難以描述清楚的概念、結(jié)構(gòu)給學(xué)生以感性認識，能夠加深學(xué)生的理解程度，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和記憶。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)⒊橄蟮慕Y(jié)構(gòu)變具體，使枯燥的概念形象生動，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，突破傳統(tǒng)解剖學(xué)實驗空間和時間的限制，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)自由地學(xué)習(xí)，方便自學(xué)。綜上所述，虛擬仿真技術(shù)能夠?qū)⒓倚蠼馄蕦W(xué)的抽象教學(xué)內(nèi)容形象地展示出來，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生由被動接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，極大增強家畜解剖學(xué)教學(xué)效果。

參考文獻：

[1]張建勛，徐凱，邱宗國.世界首個三維可視化的數(shù)字豬.重慶理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，（03）：69-73.

[2]連國云.數(shù)字化新西蘭家兔的三維結(jié)構(gòu)重建研究.計算機光盤軟件與應(yīng)用，2014，（12）：24-26.

[3]蘇楊生，宋斯偉，李穎，等.牛骨骼模型三維數(shù)字化重建.黑龍江畜牧獸醫(yī)，2015，（09）：249-250.

[4]張蕾.動物骨骼三維重建的探索.四川文物，2014，（06）：81-83.

篇10

關(guān)鍵詞 單片機開發(fā)；仿真技術(shù)；應(yīng)用；電子琴系統(tǒng)；軟硬件協(xié)同仿真

中圖分類號TP39 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）56-0180-01

0 引言

目前，單片機正以高集成度、高可靠性，體積小、控制功能強，低電壓、低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品、性價比高等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于人們生活的各個領(lǐng)域?，F(xiàn)如今，單片機的開發(fā)應(yīng)用越來越受到重視。在單片機的開發(fā)應(yīng)用中最突出的就是仿真技術(shù)，在開發(fā)過程中使用軟硬件協(xié)同仿真技術(shù)，模擬整個系統(tǒng)，能夠達到降低設(shè)計風(fēng)險，節(jié)省開發(fā)時間和費用的目的。

1 單片機仿真技術(shù)綜述

單片機是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把中央處理器、隨機存儲器、只讀存儲器、定時器等功能集成到一塊硅片上而構(gòu)成的功能完善的高集成計算機系統(tǒng)?，F(xiàn)如今它的開發(fā)應(yīng)用已引起人們的高度關(guān)注和重視。雖然單片機技術(shù)的發(fā)展極大地推動了電子、計算機、通信等行業(yè)的飛速發(fā)展，成為當前科研和教學(xué)中的熱門技術(shù)。但是在單片機開發(fā)過程中，由于原理設(shè)計完成后需要反復(fù)調(diào)制電路，往往會增加單片機的開發(fā)成本，成為推廣單片機研發(fā)的最大障礙。

近年來，計算機仿真技術(shù)已取得了突飛猛進的發(fā)展，這在一定程度上，也促成了單片機仿真技術(shù)。計算機仿真技術(shù)是一個多學(xué)科綜合技術(shù)，基于計算機的工具，通過建立模型來模擬，數(shù)據(jù)處理分析，核查程序，使用真實的測試環(huán)境系統(tǒng)的動態(tài)仿真模型。它具有高效、安全、受環(huán)境約束較少的特點。而軟硬件的協(xié)同仿真計算機仿真技術(shù)作為一個非常獨特的應(yīng)用程序的分支，近年來得到迅速發(fā)展。它主要是在最終硬件沒有準備好之前就進行軟件和硬件的協(xié)同驗證?？梢酝ㄟ^軟件和硬件的協(xié)同仿真技術(shù)的使用對虛擬模型進行早期調(diào)試，并提供了一個虛擬平臺軟件調(diào)試，從而對整個系統(tǒng)包括硬件在內(nèi)，進行功能驗證，為準備硬件平臺大大節(jié)省了時間。

可以說，軟硬件協(xié)同仿真技術(shù)的出現(xiàn)為單片機開發(fā)應(yīng)用提供了一個很好的發(fā)展平臺，具有十分重要的推廣價值。

2 仿真技術(shù)在單片機開發(fā)中的應(yīng)用分析

目前，軟件和硬件協(xié)同仿真技術(shù)對于低級別的模擬研究還比較完善，一般的模式是軟件調(diào)試環(huán)境、微處理器模型和硬件協(xié)同仿真RTL描述。在正常情況下，軟件環(huán)境和硬件環(huán)境有其自身的控制接口，通過一個總線周期由處理器和硬件交互發(fā)起的系列軟件。筆者在這里以電子琴的開發(fā)為例，介紹了軟硬件協(xié)同仿真技術(shù)在電子琴系統(tǒng)中的應(yīng)用。主要是采用偉福單片機仿真器模擬電子琴，以實現(xiàn)單片機軟硬件同步仿真。

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

在電子琴系統(tǒng)中，仿真板作為硬件仿真和調(diào)試界面，單片機仿真軟件負責(zé)系統(tǒng)執(zhí)行、單步執(zhí)行、監(jiān)控斷點、內(nèi)存和寄存器數(shù)據(jù)返回給硬件仿真板時產(chǎn)生和捕獲、內(nèi)部功能模塊的運行等功能。電子琴系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)包括AT89S51單片機、矩陣鍵盤、音頻模塊和顯示模塊。其主要目的是在該系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計的前期驗證其正確性和性能效率。

2.2 AT89S51單片機設(shè)計

AT89S51單片機，其中有40個引腳，4K字節(jié)閃存芯片上的程序存儲器，128字節(jié)的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，32個外部雙向口，五個中斷優(yōu)先級嵌套中斷，兩個16位可編程定時計數(shù)器，兩個全雙工串行通信端口，WDT電路，片上時鐘振蕩器，低功耗、高性能的8位芯片。芯片兼容標準MCS- 51指令集和80C51引腳結(jié)構(gòu)，使用高密度，非易失性內(nèi)存技術(shù)，可為許多嵌入式控制應(yīng)用提供具有成本效益的解決方案。

2.3 矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于電子琴系統(tǒng)的按鍵數(shù)量較多，所以在本系統(tǒng)中將按鍵排列成矩陣形式。與直接連接式鍵盤結(jié)構(gòu)相比，雖然矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)要復(fù)雜些，識別方式也要復(fù)雜些，但它卻可以提高端口利用率。每個鍵的行和列，行線和列線通過電阻器的功率連接，每個鍵的狀態(tài)將成為數(shù)字“0”和“1”。輸出端行線，沒有按下按鈕時，產(chǎn)量高，意味著沒有鍵按下列線輸入連接到芯片，一旦按下一個鍵，在輸入端電壓低，這種閱讀狀態(tài)輸入線可以告訴一個鍵是否被按下，能夠大大提高系統(tǒng)的性能。

2.4 音頻模塊及顯示模塊設(shè)計

AT89S51的定時器使用音頻脈沖，每個反向輸出脈沖的時間，到時候再反向，因此產(chǎn)生了各種不同頻率的脈沖信號后，蜂鳴器發(fā)揮出來，我們可以形成一個優(yōu)美的音樂，因而就形成了電子琴系統(tǒng)的音頻模塊。另外，將AT89S51單片機的P2端口的P2.0～P2.7連接到一共陰數(shù)碼管a－h(huán)的引腳上，可以實現(xiàn)電子琴系統(tǒng)的顯示模塊，能夠在數(shù)碼管上循環(huán)顯示數(shù)字0～9。

總之，單片機仿真技術(shù)由于考慮到軟件的實際情況，模擬運行驗證可以更真實的應(yīng)用環(huán)境，系統(tǒng)設(shè)計更容易早期發(fā)現(xiàn)問題，避免設(shè)計錯誤，克服芯片的開發(fā)成本高的缺點。模擬整個系統(tǒng)的軟件，可以降低設(shè)計風(fēng)險，同時節(jié)省了開發(fā)時間和開發(fā)成本，在運行過程中，硬件連接和硬件仿真器是同出一轍。

3 結(jié)論

綜上所述，軟硬件協(xié)同仿真技術(shù)的使用，微控制器硬件將能夠不僅不需要模擬的全部功能，而且還能提高一個成功的系統(tǒng)設(shè)計信心。也就是說，軟硬件協(xié)同仿真技術(shù)可以方便系統(tǒng)設(shè)計調(diào)整，可以在設(shè)計前期評估性能，方便軟硬件的檢測?？梢哉f它在單片機開發(fā)中表現(xiàn)出來的卓越的仿真能力使其成為當前最好的仿真工具之一，由此可見在單片機開發(fā)中仿真技術(shù)是一個十分值得推廣的技術(shù)。可以預(yù)言，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和計算機仿真技術(shù)的日益完善，單片機仿真技術(shù)定將得到更加廣泛的應(yīng)用，最終實現(xiàn)單片機開發(fā)應(yīng)用的最大效益。

參考文獻

[1]王衛(wèi)東，孫福玉.淺談計算機仿真技術(shù)[J].赤峰學(xué)院學(xué)報，2006(2).

[2]劉娜，孫美英，趙英.如何提高單片機開發(fā)水平[J].科技信息（機械與電子），2007(21).