仿真技術論文匯總十篇

序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇仿真技術論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

2仿真技術的局限性

2.1仿真技術能夠制作高精度仿真圖，但是它耗時長，結果固定，無法即時溝通

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

2.2仿真技術有時需要大量的時間、金錢投入，產生的效果卻未必是最好的

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

3仿真技術是教學手段而不是目的

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

4在教育中應用仿真技術需要注意的一些事項和應該避免的誤區

4.1教師是應用者，不是系統開發者，不要把每位教師都變成軟件開發人員

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

4.2要衡量教學投入和教學效果

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

篇（2）

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

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

圖1

1變電所仿真的現狀

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

2硬件配置的基本要求

微機一臺：主頻PENTIUM200；32M內存；3.2G硬盤；16倍光驅；顯示卡、聲卡、音箱等。

3軟件配置的基本要求

(1)中文視窗Windows95以上版本；

(2)多媒體仿真培訓軟件。

4主要功能

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

(2)故障演習訓練：

斷路器故障：拒動、誤動、偷跳；

隔離開關故障：帶負荷拉合隔離開關、帶電合接地隔離開關；

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

母線故障：母線短路、母線接地；

線路故障：近區短路、接地、斷線等；

此外，還有電容器故障、繼電保護故障以及其它故障等。

培訓者可對設定操作任務或故障，依據系統標準操作票進行操作，系統也可在出現故障時，給予提示并指出錯誤要點。

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

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

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

操作實例：

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

①運行仿真軟件，進行操作人員登陸。

②進行功能選擇，進入倒閘操作模塊，進行題目分類選擇。如選擇"10kV倒閘操作題目"后，屏幕上會出現一系列10kV倒閘操作題目的分項內容，用鼠標按鈕進行選擇，選擇"紡織線002斷路器停電，紡織線線路檢修"(見圖2)。選擇題目后，可進行標準操作票預覽，以便操作人員了解操作步驟后進行正確操作。可單擊要點按鈕，查看提示注意事項。操作練習既可在線路圖上進行，也可在模擬圖上進行。

圖2

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

圖3

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

5結束語

目前，110/35kV變電培訓仿真系統在一些變電所已經得到應用，并取得實效。歸納起來，變電培訓仿真系統具有如下的特點：

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

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

篇（3）

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

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

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

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

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

按需開發切削加工仿真技術軟件

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

1．刀具信息數據庫和解析仿真技術并用的切削條件選擇系統

在實際的切削過程中，不應照搬工具廠提供的推薦切削條件，而應根據機床、工具系統、工件裝卡等具體情況，反復進行試切削來修正切削條件。同時還應將過去加工中積累的行之有效的參考數據輸入數據庫，在有效利用這些數據的同時，借助解析方法使切削條件達到最佳化；對于沒有參考數據的新的切削加工，則應開發與此相關的切削條件選擇系統。該系統中把振動、加工精度、刀具升溫、刀具壽命、殘余應力等設定為解析內容，在解析的基礎上，就能選擇出最佳的刀具和調整切削條件。

本系統的數據大致分為三個部分：刀具信息數據、工具系統組成、切削條件。在切削條件中可積累有效的切削加工技術參數。

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

盡管數據庫里已具有確實適應的切削加工條件，人們仍希望進一步減少加工誤差，提高加工效率。實例表明，用這種仿真和實現最佳化方式來修正切削條件是完全可能的。

2．立銑刀加工時的刀具溫度

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

3．用有限元法進行切削過程的物理仿真

篇（4）

2救生艙氧氣系統數學模型

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

3自抗擾控制器氧氣系統參數優化數學模型

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

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

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

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

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

4實驗驗證

為了驗證本文模型的有效性，需要進行相關的實驗分析。實驗將飛機失事后氣體壓力為150Pa，氣體溫度為28℃的救生艙氧氣系統作為仿真驗證對象。傳統控制模型與本文控制模型調節階躍響應仿真結果對比用圖2描述。傳統控制模型與本文控制模型氧氣濃度信號跟隨仿真結果對比用圖3描述。圖2分析圖2和圖3可得，本文控制模型與傳統控制模型相比，調節效率高，超調量小，達到了一個很好的控制效果。在系統運行的初始階段，本文控制模型的響應速度很快，在時間為25s左右時，艙內氧氣即達到人體能夠適應的安全范圍內，在300s內即達到穩定狀態;超調最大值也在18%—23．5%安全范圍內。在系統連續變動已知的時，本文控制模型與傳統控制模型相比，調節效率更高，超調幅值更小，可以穩定的保持在人體可接受范圍內。在系統達到穩定后，在400s—450s之間加入3．6V電壓，本文控制模型可以以更短的時間，更小的超調達到穩定狀態，動態響應效果好。救生艙是一個多參數、強耦合的復雜系統。在系統運行過程中，任意參數的變化都會影響氧氣系統的模型結構，如飛機失事后救生艙氣體壓力變為180Pa，氣體溫度為30℃，則氧氣系統模型發生改變，此時傳統控制模型和本文控制模型階躍響應仿真結果對比用圖4描述。傳統控制模型與本文控制模型信號跟隨仿真結果對比用圖5描述。分析圖4和圖5可得，當氧氣系統模型改變后，本文控制模型變化不大，控制效果仍舊很好，而傳統的控制模型動態性能下降，超調量升高同時調節速度更慢。通過上述仿真結果可以看出，本文控制模型的調節速度快，超調量小，達到了很好的效果。在救生艙系統參數改變后，本文控制模型與傳統控制模型相比，有更好的自適應能力，使得系統氧氣濃度可以一直保持在人體可承受范圍內，有著更好的穩定性以及更高的調節效率。

篇（5）

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

1.2建設內容

高職建筑工程技術專業主要培養從事建筑工程施工與管理、工程測量、工程預決算及工程監理等工作，具有理論基礎扎實、專業素質高、實踐能力及可持續發展能力強，擅識圖、能計算、懂技術、會管理的復合型、創新型、發展型技術技能人才。因此，我們從分析本專業所對應的核心職業崗位（施工員崗位）工作任務與專業能力的要求，按照虛擬企業、虛擬場景、虛擬設備以及虛擬工程項目、企業生產工具、生產對象、生產場景、基地管理制度等原則，構建專業仿真實踐教學體系。

2模擬實訓項目的開發

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

2.1構建仿真教學“教、學、管、評、控”的運行模式

圍繞“教”與“學”建立虛擬仿真教學系統、資源庫系統、題庫系統、數據管理系統；圍繞“管、評、控”實現統一登錄用戶界面、數據信息系統的建立，實現教學信息的有效傳遞與分析反饋，合理安排和及時調整教學進度。實現平臺功能與內容的嵌入。

2.2解決傳統教學弊端，實現立體化的教與學

仿真虛擬教學系統的建設，著重規避傳統教學的弊端，擴充專業教學和信息資源，利用技術優勢，直擊教學難點。結合實際的教學內容，設計仿真實訓項目腳本的深度。以學校專業化的教學力量為依托，以企業成熟技術與先進技術應用為基礎，通過項目的頂層設計、需求調研、規范專業教學基本要求、制訂專業教學標準，開發核心課程，不斷提高教學深度。

2.3依托專業教學管理數據庫，合理安排教學

建立數據管理系統，實現教學安排的規范性及教學信息反饋的搜集，便于合理調整教學進度與方式。通過資源、課程的管理，讓專業教師實現個性化、針對性的課程安排和設置；通過練習、考試、經驗積分的管理，實現教學成果的考察及數據信息反饋搜集。

3仿真模擬實訓的效果

3.1學生層面：提升知識整體貫穿能力，提高學生崗位核心競爭力

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

3.2學校層面：以教學信息化建設帶動教學改革，促進專業建設

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

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2分析仿真技術的實驗手段和應用實踐

2.1實驗手段

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

2.2模擬仿真技術的應用實踐

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

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一、前言

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

二、課程定位及課程特點

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

三、教學內容的設置和教學方法的選擇

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

四、項目教學法的教學效果

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

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關鍵詞：三維空間結構；模擬仿真技術；課程教學；應用

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

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

1工程造價課程的發展瓶頸

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

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

2模擬仿真技術的應用的效果

模擬是指用一個數據處理系統，來全部或部分地模仿某一數據處理系統，使得模仿的系統能像被模仿的系統一樣接受同樣的數據，執行同樣的程序，獲得同樣的結果。有時也簡稱為仿真，是用模型（物理模型或數學模型）來模仿實際系統，代替實際系統進行實驗和研究，是產品設計和制造中的常用技術手段。

從國內外職業教育專業信息化可以看出，模擬仿真技術具有先進、便捷、安全等優點，仿真教學系統向工程類職業學校提供了培訓學生的高技術工具，將專業課程和實習環節相結合，培養學生了解生產操作、熟悉生產原理的能力，提高了學生動手操作的興趣與水平。以較少的投入滿足了學生的實踐需要。許多專業課程由于受到設備、場地和經費等條件的限制，可以選擇采用模擬仿真技術。但模擬仿真技術應用于工程造價課程教學實踐的研究很少，可參考的研究成果幾乎沒有。

3研究方法

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

3.2 個案研究法在研究中，通過具體的案例，對工程造價教學進行研究，發現問題、解決問題、優化教學策略，設計教學軟件開發方案，最終完成系統的設計與開發。（圖1）

4模擬仿真技術在造價教學中的應用

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

5隧道工程案例

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

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

5.2 仿真情景設計仿真系統要依據學習者的經驗、知識背景及需求，呈現具體的公路工程、橋梁工程、隧道工程等信息。設計工程實例，仿真場景和工程對象，通過情境設計，以激發學習者的興趣（圖3）。

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

6實用價值和重要的現實意義

6.1 課件制作方法的探索使用直觀的設計方法取代繁瑣的傳統編程式的課件制作，老師把更多精力放在課程本身的教學設計上，只需根據實際教學需求，設計課件，向學生展示工程結構；體現新一代課件的廣闊應用前景。

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

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【關鍵詞】計算機仿真技術 信息化 制造業

1 對系統仿真類型進行概述

顧名思義，“仿真”就是對現實世界的物體進行模擬的一種狀態，使其達到逼真的情形。在工程技術領域，經常采用系統仿真技術來研究相關事物，如通過系統模型的相關實驗來研究設計或者存在的某個系統。表1為系統仿真分類表。

2 對計算機仿真技術在制造業中的應用以及發展現狀進行概述

由于我國是一個制造業大國，并且制造業在我國的國民經濟收入中也占很大的比例，因此，國家及企業都非常重視我國制造業技術的發展。隨著我國科學技術及制造業的進步，使得CIMS、NC、FMS、CAPP、MRP等都得到了快速發展。而系統仿真技術作為工程領域里面的一個重要手段，其被大量應用到我國制造業進行研究及實踐，從而產生出一些先進制造技術。

對于系統仿真技術而言，如果從本質上面來講，其就是通過建立仿真模型，然后再對仿真模型不斷進行實踐模擬的一種先進技術。它的實現過程主要是由仿真語言、計算機高級語言、以及計算機仿真軟件來實現，具體情況如上圖2-1所示。可以很明@的看出，對于一個典型的仿真軟件來講，它主要包括程序包、仿真語言、仿真環境三種不同的形式，它的覆蓋功能也不是完全相同的，并且，從下到上是大致的反映了計算機仿真軟件的一個發展情況。隨著相關技術的發展，直到上個世紀80年代后期，出現了一體化的仿真環境。隨著我國計算機技術的進一步發展，開始出現了面向對象的并發執行機制，這樣，就非常容易的實現在數據庫管理的基礎之上來對實驗及模型數據、以及實驗仿真的結果等進行統一的管理，與此同時，人工智能等相關的先進技術也開始應用到仿真建模、運行以及對仿真的結果進行分析之中。另外，廣義的制造系統的相關仿真器也開始大量出現，在某種程度上面很好的實現了對制造系統進行的非語言建模、以及模型數據驅動等相關的重要功能。比較典型的一體化仿真軟件有TESS等，廣義的仿真器有FATOR等。

3 計算機仿真研究的熱點以及對我國制造業的相關影響

自從上世紀末以來，隨著我國制造業的競爭不斷加劇，產品生產周期不斷縮短，這樣就導致系統仿真技術不斷向橫向的方向發展，在制造業里面比較典型的就是“虛擬制造技術”的發展。根據虛擬制造的概念可以得知，需要先采取計算機來模擬整個產品的設計及制造過程，這樣便于發現各種問題，并且在產品制造之前就把問題解決掉，從而提高生產效率及產品質量。

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

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

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

4 結束語

隨著我國社會的不斷發展，導致計算機仿真技術的發展也日新月異。在制造業中，對于整個產品的生命周期來講，仿真技術都表現出其強大的發展潛力。在當今制造業競爭激烈的社會，計算機仿真技術在制造領域的應用及發展在不斷的擴展，其功能也更多的面向可視化、智能化生產、綠色制造等方面不斷發展。

參考文獻

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[2]熊光楞.計算機仿真及其在制造業中的應用[J].計算機仿真，2012，2（14）：20-27.

[3]鄭力，盧繼平等.虛擬制造技術[J].計算機輔助設計與制造，2013（09）：62-67.

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1．引言

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

2．虛擬仿真技術簡介

虛擬仿真技術是對虛擬現實技術和系統仿真技術的合稱。

2．1虛擬現實技術

虛擬現實技術就是利用三維建模技術，構建一個與現實世界的物體和環境相同或相似的虛擬三維場景，并能響應用戶的輸入，根據用戶的不同動作做出相應的反應。虛擬現實的關鍵技術主要有動態環境建模技術、實時三維圖形 生成技術、立體顯示和傳感器技術等。虛擬現實技術主要側重于對真實物體物理特征的仿真，也稱為視景仿真，它主要用于產品設計與展示、商業廣告、游戲設計等。

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

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

2．2系統仿真技術

系統仿真技術是伴隨著計算機技術的發展而逐步形成的一門新興學科 ．它通過建立實際系統 的數學模 型 ，利用計算機運算來達到對被仿真系統的分析、研究、設計等目的。系統仿真技術主要側重于對真實系統的內在機理、運動方式 的仿真，也稱為行為仿真。系統仿真技術最初主要用于航空、航天、原子反應堆等價格昂貴、周期長、危險性大實際系統試驗難以實現等少數領域，后來逐步發展到電力、石油、化工、冶金、機械等一些主要工業部門，并進一步擴大到社會系統、經濟系統、交通運輸系統、生態系統等一些非工程系統領域。

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

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

3．虛擬仿真技術在航空電子裝備教學中的應用方法和步驟

3．1建立仿真模型

這里所說的仿真模型既包括反映航空電子裝備外觀、結構的三維物理模型 ，也包括揭示其內在工作機理及行為的數 學模 型。對三維物理模型的建立，主要依據裝備本身的物理狀態，其原則就是在盡量減小面數的同時提高逼真度。對系統數學模型的建立，則需要視系統的復雜程度進行取舍和優化，本著夠用為度的原則 ，以盡量減小運算量。建立數學模型時 ，還應考慮到系統運行時的參數調整。

3．2創建仿真裝備的虛擬場景并驅動

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

3.3系統集成

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