仿真技術特點范文

導語：如何才能寫好一篇仿真技術特點，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。

篇1

關鍵詞：Proteus仿真技術；電工電子技術；基于工作過程

中圖分類號：TP368.1

《電工與電子技術》這門課程是電類專業的一門專業必修課程，而其枯燥無味的理論知識往往使得學生在學習過程中感到力不從心，而針對電工電子技術這門課程內容的特點，我們可以進行任務驅動法教學，在每個任務中借助Proteus仿真技術加強理解和學習，能夠起到較好的效果。

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

通過Proteus軟件可以完成電路原理的繪制、結果顯示、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，直觀方便。以一個簡單任務為例子來說明。如在電阻并聯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習。其一我們可以選取兩個電阻相并聯的例子來演示，先畫出電路原理圖，之后在總支路和分支路上放置電流表，讓學生觀察三個電流之間的關系，學生很快會發現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習。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生相同的電流相時，二者電阻可以等效，這樣就可以發現電阻并聯時總電阻和各個分電阻之間的關系，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的電流與其電阻的關系，很快就可以得到電阻并聯分流的規律，等等諸如此類的問題，可以通過軟件仿真得到形象的演示。

在模擬電路和數字電路中借助Proteus軟件演示就更為有利了，比如學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，可以對應觀察各種失真：飽和失真、截至失真以及雙向失真等。數字電路中的集成芯片管腳多，功能復雜，借助于Proteus軟件，熟練將各種電路連接起來，觀察現象，從而理解功能。如編碼器、譯碼器、數據選擇器、數值比較器、計數器、寄存器等集成芯片的使用，都可以運用仿真來加以學習和理解。

當電工、模擬、數字知識學完之后，對于《電工電子技術》任務教學中的模塊電路的課程設計時，如功率放大器、直流穩壓電源、數字鐘等電路設計制作時，可以先讓學生自己設計，在Proteus中演示模擬設計結果，查找問題，當結果成熟之后再進行實際的插件、焊接或安裝、調試等，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試問題，大大提高了效率。

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

參考文獻：

[1]孫余凱.電子技術與技能實訓教程[M].北京：電子工業出版社，2006.

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

篇2

關鍵詞：數字電子技術基礎；Proteus仿真；教學改革

1PROTEUS軟件介紹

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

2理論教學改革

根據我校地處偏遠且為農林院校的特殊情況和實際工程需要，教學內容上舍去復雜的理論分析，注重理論分析結果的應用，減少有關器件內部結構的分析過程，著重介紹器件（或集成元器件）的作用、主要參數、使用方法。全系教師根據各路反饋信息，確定數字電路基礎、組合邏輯電路、時序邏輯電路、脈沖波形產生于整形，AD/DA和DA/AD轉換電路五大教學項目，每個大項目又分為幾個小的教學模塊，同時弱化或忽略掉其它相關內容。《數字電子技術基礎》是學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語，這些無論板書或者多媒體課件，都會使學生覺得枯燥無味，喪失學習激情。如果教學時根據教學內容，在理論教學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線優先編碼器74HC148時，學生對什么是編碼器，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，究竟對哪一路優先編碼輸出，怎樣實現利用功能端實現擴展編碼？單靠多媒體講解，這些問題在學生腦海里像一盤漿糊，一片茫然，無疑加大了學生的理解難度。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，即可用發光二極管形象的表現出74HC148輸出端的狀態，結合仿真現象形象講解，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，為后面的學習打下夯實的基礎。實踐表明，通過在課堂上現場穿插PROTEUS仿真教學，學生很輕松學習地譯碼器、數據選擇器、數據比較器等常用組合邏輯電路，各種觸發器、常用時序邏輯電路和555定時器的運用，以及AD,DA轉換器，對《數字電路基礎》的畏難情緒一掃而光。

3實驗教學改革

在我校人才培養方案中該課程實驗教學10學時，因受到實驗場所、時間、設備和管理等多方面因素的限制，幾乎不可能提供學生太多的實踐機會。而且，傳統的《數字電子技術基礎》實驗往往以驗證性實驗為主，實驗課上學生機械第按照實驗指導書連線，觀察實驗結果，完全沒有獨立思考和動手設計的機會，學生的實踐能力和創新能力被嚴重制約。自從在教學中引進PROTEUS仿真后，實驗教學也進行了大刀闊斧的改革。首先，在講解相關理論內容時，提前給大家布置實驗內容，要求學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，然后實驗課上再完成硬件連接。再次，加大設計實驗力度。為了提高學生的創新能力，實驗內容不再以驗證性試驗為主，加大設計實驗內容，重點放在各種芯片的應用設計上。增加用數據選擇器設計測試輸血和受血血型匹配的電路實驗，74LS138譯碼器和與非門設計控制發電機工作的邏輯電路、電子秒表實驗等設計型實驗。例如，圖2就是實驗時學生利用74LS153芯片設計的血型匹配電路。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），根據四個變量的取值，在輸出端用發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，不再完全根據實驗報告和考勤給實驗成績，而是組織專門考試。學生現場抽取預先準備好的題目，當場做實驗，根據實驗結果和學生講解，教師現場給成績。

4課程設計改革

課程設計是教學中非常重要的實踐環節，是學生獲取實際工程經驗和能力，走向就業的重要途徑。但是，對于沒有實踐經驗的學生來說，設計電路的合理、正確與否沒有判斷經驗，容易造成器件和儀器的損壞，有時辛苦焊接好后，預期的設計結果也出不來，往往需要重新設計，造成大量的人力和資金浪費。但采用Proteus軟件后，每個學生相當于擁有了一個完整的虛擬實驗室，學生可在ProteusISIS窗口大膽進行電路設計、測量、調試，修改，且在安裝實物作品前就可看到結果。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仿真設計一致的結果。自從在課程設計環節引入Proteus仿真環節，學生設計的電子秒表、數字頻率計、拔河游戲機等作品成功率大大提高，節省了硬件投入，使學生獨立操作能力和創造力都得到了極致發揮。

5結束語

把Proteus仿真應用到《數字電子技術基礎》教學中，克服了傳統教學的不足，使得枯燥無味的理論知識變得生動起來，為數電教學質量的提高和創新性人才的培養提供了一種新的思路和方法。并且，該仿真軟件也可應用到后續課程的單片機教學中來，為后續課程的學習打下良好基礎。

參考文獻

篇3

摘要： 直流輸電系統的暫穩態仿真對于電力系統研究規劃和設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間的相互作用，在MATLAB/Simulink軟件環境下，針對高壓直流輸電（HVDC）系統及其變換器建立了詳細的模型，進行了系統的穩態、電流參考值突變和直流聯絡線上的故障仿真，給出了相應的仿真波形，分析了直流輸電系統中交直流系統間和直流系統間的復雜動態特性，為進一步研究HVDC系統運行穩定性提供了依據和基礎.

關鍵詞：

高壓直流輸電系統； 頻率響應； 階躍響應； 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系統安全穩定運行的保證，而HVDC系統本身是一個參數不確定的強非線性系統[2]，特別是大擾動時交直流系統的相互作用造成系統動態狀態的突變，引起暫態過電壓、諧波不穩和電壓不穩等問題[3-4].實際運行情況表明[5]，HVDC交流系統的強度和直流控制器的特性對故障恢復特性有顯著影響.本文利用MATLAB/Simulink軟件仿真HVDC系統，分析研究系統運行的穩定性和直流線路接地故障下系統的特性.

1高壓直流輸電系統簡述

兩端高壓直流輸電系統[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為逆變站運行，而逆變站變為整流站運行.換流站的主要設備有換流變壓器、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和直流側均產生一系列諧波，使兩側波形畸變.為了滿足兩側諧波要求，需要分別在兩側配置交流濾波器和直流濾波器.

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

直流輸電系統是一種高度可控的輸電系統[9]，可通過控制換流站中整流器的觸發延遲角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系統的建模采用單極大地回線接線方式，在直流聯絡線上設置故障點[10].高壓直流輸電系統結構如圖1所示.

2仿真系統描述

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

6結論

隨著我國“西電東送”力度的加大和全國幾個大區域電網之間的互聯，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的研究、設計和運行，高壓直流輸電 （HVDC） 系統的暫穩態仿真發揮著重要作用.MATLAB/Simulink軟件的應用使得 HVDC的建模及仿真簡單易行.

本文基于HVDC系統的建模仿真，根據系統的頻率響應、運行下的穩態狀況和階躍響應以及直流側故障對系統的影響，分析了直流輸電系統中交直流系統間和直流系統間的復雜動態特性，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提供了依據.

參考文獻：

[1]劉振亞.特高壓直流輸電理論[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]李興源.高壓直流輸電系統的運行和控制[M].北京：科學出版社，1998.

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

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

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

[6]鐘慶，張堯，楊金明，等.現代控制技術在高壓直流輸電系統中的應用及其發展[J].繼電器，2006，34（9）：80-86.

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

[8]荊勇，任震，楊晉柏，等.天廣直流輸電系統運行過電壓的研究[ J].高電壓技術，2002，28（4）：1-4.

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

篇4

關鍵詞：Matlab技術計算機仿真技術液壓系統

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

隨著計算機技術的廣泛應用，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實條件的不足。系統仿真是在系統建模的基礎上建立起來的，系統建模的目的是要建立一個數學模型，而此數學模型可以充分反映其系統屬性，從而能夠促進該系統的正常運行。而現代液壓系統設計是越來越復雜，因此，提高計算機仿真技術和質量，就顯得更加迫切。本文為此具體探討了Matlab計算機仿真技術在液壓系統中的具體應用情況。

1 液壓系統的工作原理與特點分析

1.1 液壓系統的工作原理

液壓傳動時，傳遞能量以液體作為介質，其介質是在受控制和調節的兩種狀態下進行工作的，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由動力、執行、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，中心泵將機械能源轉化為液壓油的壓力能量，液壓油其后通過集成塊被調節、液壓后再經外接管路傳輸到液壓機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 液壓系統的應用特點

液壓系統能否正常高效運行取決于其系統的合理設計、元件性能、污染防護和處理。機械設計工程師在設計實踐中若采用以前傳統的建模方法，需要花費一些精力、時間，這樣會降低設計效率。若要通過編程實現，這就要求設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的計算環境是集數值的計算、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具有如下的優勢與特點：（1）良好的圖形化處理（2）強大的科學計算能力（3）簡單易用的程序語言。

3 Matlab計算機仿真技術在液壓系統應用方面的優勢

液壓系統的傳統設計方法主要是來源于設計工程師的經驗、知識，利用真實的元部件構造一個動態系統。仿真技術不但可用于系統或產品方面的性能測試，還可用于研制開發產品的所有過程以及由多個系統所構成的綜合且復雜系統。

4Matlab計算機仿真技術在液壓系統應用方面的實現

Matlab計算機仿真技術在液壓系統中的應用具有以下特點：（1）能支持多種仿真模型計算和多種應用問題求解；（2）支持遠程數據通信、數據采集，可對現場工程數據進行實時仿真計算；（3）支持直接運行其它仿真系統或與之進行數據交換，使仿真系統的功能得到進一步擴展、增強；（4）以數據庫為中心，對各種仿真資源進行統一資源管理。

4.1 結構設計

本文設計的Matlab計算機仿真技術在液壓系統中的應用模型如下：

結果區：功能部件由內部過程和函數、外部函數、控件等組成，呈現出執行數據分析、輸出以及仿真過程和結果的可視化、數據通訊的管理等。

動態區：構造出模型及模型的優化、在系統的運行過程中按實驗的基礎框架實現終止或者執行計算、結果數據的計算和運行參數的保存、模型的解釋、算法的調用，使其仿真平臺系統和用戶自定義功能的大部分算法能夠通過調用動態的鏈接庫方式來實現一系列功能。

初始區：界面的設置、參數和變量的設置、數組定義、仿真資源配置、仿真的時間與步長設置、實驗框架生成，并安排輸出。

4.2 仿真實現

仿真過程：依據基礎數據開啟計算引擎、建立系統的仿真模型、輸入系統的仿真數據、運行仿真計算，并進行性能方面的分析，顯示分析結果后關閉計算引擎。在本系統中，采用的方法是調用MATLAB計算引擎IEngine。

5 液壓系統中現代技術的發展

5.1 半物理仿真技術

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

5.2 并行仿真技術

當前仿真方法對數據處理速度提出很高的要求，并且數學模型由于考慮各類因素而變得越來越復雜，而仿真結果的輸出速度則要求越來越快。并行仿真技術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，計算機仿真技術是設計液壓系統不可缺少的重要技術，Matlab計算機仿真技術在液壓系統中的應用可以縮短液壓系統或元件的設計周期，從而實現最優設計。

參考文獻

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

篇5

關鍵詞：仿真　計算機仿真　計算機仿真技術

一、引言

仿真是對現實系統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。計算機仿真技術即以計算機仿真為手段，通過仿真模型模擬實際系統的運動來認識其規律的一種研究方法，也稱計算機仿真方法。在科技飛速發展的今天，它已經成為控制系統分析、研究、設計不可缺少的重要工具。

二、計算機仿真技術的特點

1.模型參數可根據要求任意調整、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。與傳統的實物實驗相比，具有運行費用低、無風險、方便靈活等優點。

2.系統模型求解快速。運用計算機仿真，能夠在較短的時間內得出仿真運算的結果，為生產實踐提供最及時的指導。

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

4.實物、實時仿真直觀、逼真。這一特點使它在一些復雜工程系統中例如核電、航天等領域得到了廣泛應用。

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

三、計算機仿真技術的研究現狀

計算機仿真技術的發展與計算機的發展是密不可分的。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的，在部分特殊應用領域內也有以液壓機、氣壓機或阻抗網絡作為主要模擬設備的。由于電子模擬計算機的精度較差等缺點，從70年代初開始，數字模擬混合計算機仿真得到發展。從70年代末起，以數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。轉貼于 由于高性能工作站、巨型機、小巨機、軟件技術和人工智能技術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，也在綜合集成數字仿真和模擬仿真優勢的基礎上，設計出了在更高層次上的數字模擬混合仿真技術，在一些特定的仿真領域內，這種智能計算機仿真和高層次的數字模擬計算機仿真都取得了令人鼓舞的結果。80年代初推出了一些仿真機，SYSTEM10和SYSTEM100就是這類仿真技術的代表。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，隨著系統工程與科學的迅速發展，計算機仿真技術也得到了蓬勃發展，已經從傳統的工程領域擴展到非工程領域，在社會經濟系統、環境生態系統、生物醫學系統、能源系統、教育培訓系統等得到了廣泛應用。

四、計算機仿真技術的展望

隨著計算機應用技術和網絡技術的發展，計算機仿真技術也在不斷地發展。未來的發展主要有兩個方向：

1.仿真技術的網絡化

眾所周知，現在已經開發研制出來的仿真系統有很多，它們不能互相兼容，可移植性差，實現共享困難，與開發的高成本、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，其次是采用網絡化技術實現仿真系統的共享。尤其是后者，在將來的仿真系統開發中具有重要的意義。實現仿真系統的網絡共享，不但可以在一定程度上避免不必要的社會資源的浪費，而且可以通過適當的收費來彌補開發成本的不足。

2.仿真技術的虛擬制造

計算機仿真技術發展的另一個大方向是在虛擬制造技術領域的深入應用。虛擬制造技術是20世紀90年展起來的一種先進的制造技術，它利用計算機仿真技術和虛擬現實技術的結合，在計算機上實現了從產品設計到產品出廠以及企業各級過程的管理與控制。這使得制造技術不再主要依靠經驗，便可實現對制造的全方位預測，為機械制造領域開辟了一個廣闊的新天地。

參考文獻

[1] 王中鮮 MATLAB建模與仿真應用.機械工業出版社，2010。

篇6

關鍵詞：虛擬仿真技術；土建類專業；高職；

作者簡介：劉鎮（1978-），男，大連職業技術學院講師，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、虛擬仿真技術的含義

仿真技術，也被人稱之為模擬技術，即用一個系統模仿另一個真實系統的技術。而虛擬現實技術則是在仿真技術的基礎上發展而來的，當前仿真系統正在向虛擬環境的系統演變。虛擬現實技術和仿真技術作為對現實世界的模擬，都是基于模型而開展的，都是對現實世界盡可能的再現，因此，由仿真技術和虛擬現實技術兩者相結合形成了虛擬仿真技術。

虛擬仿真技術是指運用計算機和專用物理效應設備，借助相應的系統模型，對實際的或假想的系統進行相關動態試驗研究的一種新技術，具有可控性、經濟性、快速性等特點，有助于解決抽象與實體之間相互聯系的問題。

二、目前虛擬仿真教學與高職土建類專業教育的關系

職業教育是以就業為導向的教育，技能教育是職業教育的核心，同樣職業教育信息化也要為職業技能服務，信息技術已經成為提高教育質量的重要手段。教育部《關于全面提高高等職業教育教學質量的若干意見》（［2006］16號文件）指出，要充分利用現代信息技術，開發虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實驗。

當前，建筑技術含量要求越來越高，不斷呈現出結構多樣、工藝復雜、施工難度加大等特點，這就需要教育和培養出更多的建筑技術人才，不僅能進行工程設計，而且具有較強的實踐技術指導和管理能力。根據2010年統計，開辦土建類高職學校達1099所、專業3423個、招生人數307412人。數據表明高職土建類教育不僅規模大、分布廣，而且發展速度快。高職土建類教育在強調系統地設計基于學科系統性原則的理論教學體系基礎上，應系統地設計基于工作過程化的實踐教學體系。而虛擬仿真技術通過交互式環境、情景復現功能，實現對抽象概念的具體化，對傳統教學進行革新的一種方式，能夠很好的滿足“情景教學”與“項目教學”需要。目前，虛擬仿真技術已在多學科領域的教學及實踐中使用，并且虛擬仿真技術已運用于工程建設。這些都表明了在土建類教學中采用虛擬仿真技術是可行的、必要的。

三、虛擬仿真技術在土建類專業教學中的應用

（一）形象直觀，利用情景教學

心理學指出：傳統的課堂教學，學生一般只能吸收不到三成的內容，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習到10%；聽到的信息我們能學習到18%，但所親身體驗過的事我們能學習到80%。毫無疑問，學習體驗是最好的方式。土建類學科是一門技術復雜多樣，設備材料繁多，實踐性強的學科，在教學中需要學生有親身經歷體驗。虛擬仿真技術通過虛擬現場情景，仿真施工工藝和過程等，充分調動學生的積極性。將學習目標與教學主題相結合，通過形象直觀的方式讓學生學習知識。在情景體驗教學中，教師與學生更加的積極主動，使教學效果得到明顯提高。

（二）提高學生空間想象能力

土建工程是將二維表現的設計圖紙實現為三維的、立體的、復雜的建筑物。這就對學生的空間立體想象能力提出了較高的要求。但剛接觸該專業的學生，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，能夠模擬出建筑物的建筑構造，能夠真實展示建筑物的各個結點，空間布局、立體圖形的生成過程。通過虛擬仿真技術能夠使學生置身虛擬建筑空間內，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，甚至在學習中也不可能親身經歷，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，教學中很難體驗這類過程的工作流程和內涵。虛擬仿真技術則能夠虛擬相關情景，讓學生在課堂中，分角色扮演，經歷開標、評標、談判這些工作，使學生得到充分體驗，真實的領悟，從而有效的促進管理類知識轉化，完成項目教學。

（四）促進實踐教學

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

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

第二，容錯功能強，可開展探究性實驗。土建類專業實踐存在較高的安全風險，尤其是學生到施工現場實訓，而企業也為回避對安全事故的各種約束處罰而不愿意接收學生現場實訓。為了防止意外事故的發生，通常是采取增加實訓操作過程的相關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，教學質量難以得到保障。虛擬仿真技術可引導學生積極在仿真實踐中進行實訓，不必擔心出現任何以外的風險，保證實訓安全性（設備安全、人身安全）。通過運用虛擬仿真技術，教師在教學中可以設置各種不同的故障等狀態，“虛擬”不同的事故，學生通過反復試驗，運用各種方式方法，分析問題、解決問題，在這方面實際實訓是無法做到的。

第三，科學定量考核，與職業資格接軌。在土建類的實踐項目的考核常常僅是一份報告（施工組織設計、合同、招投標文件等）或是實踐指導教師根據學生在實踐中的表現，依靠主觀給學生評定成績。而在虛擬仿真實踐的軟件中，可根據不同需求，設計不同性質的考試、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。從而實現了考教分離、分量一致，實現了以考試、考核額成績來衡量教學質量、評價教學效果、評估學生的學習能力的可能性。

四、如何制作虛擬仿真教學軟件

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

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

（一）樹立職業教育理念

教學設計應以教育科學的觀點和方法為指導，按照職業教育額教學目標、教學內容、教學對象的特點等，結合國家相關職業（工種）標準，優化教學軟件的系統結構與模塊設計，并選擇適當的媒體信息，使其在系統中得到有機結合，以實現課程與實訓的教學目標。

（二）創作團隊進行腳本編寫

腳本作為仿真教學軟件的第一關，事關教學實訓內容的正確性與科學性，貫穿于腳本編寫之中的教學設計，決定了教學軟件的生命。

土建類虛擬仿真軟件腳本通常由具有豐富教學與實訓經驗并了解現代教育技術的人來編寫。因此，需要組成專業教師、現場工程師、教育技術專家組成的創作隊伍。腳本創作中的整體結構要依據研制大綱的要求進行，除了在保證科學性的前提下，重視教學實訓項目、任務、技能點、操作步驟的設計，重視文字符號圖形的標準化外，還要格外重視屏幕設計，重視交互性設計，重視操作工藝、安全規范等方面的設計。

（三）素材制作要保證質量

素材不僅是構成教學軟件的基本單元，也是教學軟件完成系統合成的重要前提與基礎。素材的制作（包括三維建模）是制作環節中耗費時間最多的環節，據統計，素材制作將占用70%~80%的制作工作量，因此，素材制作是數字化教學資源開發的重心，是制作的重要環節，是制約開發周期的主要環節之一。土建類虛擬仿真軟件中的素材要實物、現場場景嚴格匹配，這樣就能保證軟件的質量，防止給后期合成帶來隱患。

五、虛擬仿真教學與實操教學之間的關系

（一）互補關系：實操教學不能實現的，利用仿真教學可以實現。

（二）融入關系：—份完整的現代化的教學方案，必定是仿真教學與實操教學的完美融入的方案。

（三）順序關系：一般情況下，仿真教學在前，實操教學在后。

（四）不可替代關系：仿真教學與實操教學，二者不可替代。

（五）隨著計算機技術快速發展，仿真教學對實操教學的互補作用會越來越強，同時，實操教學對虛擬仿真教學的依賴程度會越來越高。對于實操教學的設備，有與虛擬仿真系統實現一體化的趨勢。

六、結束語

從微觀層面看，高等職業教育是以技術人員的職業勞動為導向的，是產生于技術人員的能力、知識和素質，是一種專業勞動。因此，作為高職土建類專業的教學，應以生產目標為導向，有針對性地對學生進行體驗式教學。應該通過虛擬仿真技術和赴實地現場進行教學，在課本之外給學生更生動易懂的知識，并通過虛擬的或者真實的實驗、實訓、實習等實踐教學培養具備較高的知識、能力和素質等綜合性的高端土建專業技能型人才。

參考文獻：

[1]呂愛民，項秉人.生態建筑的數字化構建[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和應用領域有關的專業技術，通過建立研究系統的數學模型，進而在計算機上對系統進行實驗分析和研究的一門技術。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、方法和技術來開展的，而在系統分析、系統建模、仿真計算、仿真結果分析等方面的講解還存在薄弱環節。從教學內容來看，主要存在重理論分析，輕仿真實驗；從教學過程來看，還存在重課堂教學，輕實踐環節的現象。為此，應加強計算機仿真技術課程實驗教學方法的研究，突出系統仿真建模分析實驗，建立仿真實驗的內容體系，強化仿真實驗過程管理，以達到提高學生在計算機仿真技術領域的運用能力。仿真實驗的內涵就是針對仿真實驗對象，建立仿真實驗模型，利用計算機技術，在計算機上開展仿真運算與結果分析的一種實踐活動。單純的課堂理論教學一般缺乏主動獲取知識的能力，缺乏對所學知識的深入思考和實際動手能力的培養，缺乏發現問題、靈活運用已有知識解決實際問題的能力。而實驗環節能在很大程度上彌補這種教學方式的不足，尤其是計算機仿真技術這門課程，具有系統針對性強與實際結合緊密的特點。因此，在計算機仿真技術課程的教學過程中，重視仿真實驗課程建設，加強學生實驗環節的教學和訓練，已經成為本門課程改革和創新的一個重要內容。

1仿真技術實驗課程的目的、分類及特點

計算機仿真實驗課是掌握計算機仿真技術和仿真技能培養的重要環節，是開展科學實驗、科學研究和工程應用領域能力培養的重要課程之一。開展計算機仿真實驗課程改革，需要從實驗內容設置、實驗教學管理、實驗課程評價等幾方面入手，以達到實驗課程提高學生實踐能力和創新能力的目標。計算機仿真技術的教學內容通常分為連續系統仿真和離散系統仿真兩個方面，因此，仿真技術實驗可分為連續系統仿真實驗和離散系統仿真實驗。另一方面，按照仿真的作用和目的來分，仿真技術實驗領域也可分為三種形式。一是系統設計仿真實驗，即對尚不存在的假象系統開展仿真實驗。通過仿真實驗，來觀察系統設計的各項性能參數。二是仿真對象的系統分析仿真實驗，即對已有系統進行仿真實驗。針對存在的已有系統，構建系統模型，通過仿真實驗以觀察和分析系統，來了解和掌握系統的變化規律。三是系統模擬訓練仿真實驗，利用現代虛擬現實技術或半實物仿真技術，構建訓練系統的操作訓練模型和模擬訓練仿真環境，為系統的操作人員提供模擬訓練的實驗平臺。根據仿真技術實驗的目的結合計算機仿真技術課程要求，仿真技術實驗課程具有以下特點：一是系統實驗對象的針對性。仿真實驗必須針對某個具體的對象或系統開展仿真實驗活動。如一個控制系統的仿真實驗，應從該系統的數學模型入手，明確數學模型中各參數的含義和參數之間的物理關系，以此開展仿真實驗才具有針對性，而不能籠統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。二是仿真實驗模型的有效性。仿真實驗模型是仿真實驗系統的一種抽象，與實驗系統和內容結合緊密，學生應從掌握仿真系統原理的基礎上，建立有效的、可計算的仿真實驗模型，以便開展仿真實驗教學活動。三是仿真實驗過程的完整性。仿真實驗過程包括系統建模、仿真建模和仿真實驗等過程。從仿真實驗對象或系統入手，對仿真實驗目的，建立仿真實驗系統的數學模型，利用掌握的仿真軟件或熟知的仿真實驗環境，將數學模型轉換成仿真計算模型，開展仿真實驗，最后對仿真實驗與仿真結果進行處理分析。四是仿真實驗環境的可操作性。仿真實驗依賴于仿真環境與仿真軟件，不同的系統、不同的仿真模型，需要在不同的仿真環境下進行。仿真實驗環境與仿真軟件，有通用計算機程序設計語言，如C++、VB等；有數學計算能力較強應用軟件，如Matlab；有針對離散事件系統仿真軟件，如GPSS。還有針對不同領域的專業性仿真軟件，如流體工程仿真計算軟件Fluent，機械設計與虛擬樣機仿真軟件SolidWorks、Pro/E和UG等。因此，仿真實驗的開展應根據仿真實驗對象，仿真實驗目的和要求，選擇正確的仿真實驗環境和仿真軟件。

2仿真技術實驗課教學體系建設

仿真技術實驗課程教學改革涉及教學內容，教學體系、教學方法等多個方面。在教學內容上，應緊密配合仿真技術課堂教學要求，合理安排仿真實驗項目。如在連續系統仿真方面，應針對仿真對象的微分方程、傳遞函數、狀態空間和結構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。在仿真實驗教學體系方面，要結合相關專業對不同仿真技術的要求，有針對性地選擇仿真對象。即從建模表示、模型處理、仿真算法設計、仿真結果分析等方面，設置仿真實驗案例。在實驗教學方法方面，要加強仿真實驗前學生的實驗準備，以及熟悉仿真實驗環境、做好仿真實驗過程記錄、仿真實驗結果處理和分析等方面的工作。

2.1仿真實驗課程體系建設

計算機仿真技術屬于一門應用類型的課程，課程涉及大量的數學知識，理論性強，同時還蘊含著大量的工程性知識。因此，該門功課的建設與改革要突出工程性和應用性，要注重理論與實際的結合。作為一門實驗課程教學體系的建設，主要涉及該門課程的教學目標、教學內容、教學管理與考評、教學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，在教學體系建設方面，還要注重學生計算機應用能力和軟件編程能力的培養。

（1）實驗課程教學目標計算機仿真技術課程的設置目的，是使學員掌握計算機仿真的有關概念、原理和方法，學會利用計算機仿真技術，針對各自研究方向與領域，培養學生開展系統分析、系統設計、系統運用的能力，以及能獨立開展實驗研究，解決科學研究和工程應用領域中出現的問題。培養學生的計算機仿真思維，提高學生使用計算機仿真理論和技術從事科學研究的能力。

（2）實驗課程教學內容計算機仿真技術課程涉及的領域較為廣泛，從仿真技術體系來看，課程內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、仿真數據處理與仿真VV&A等。從仿真知識體系來看，課程除涉及大量基礎數學知識外，還涉及系統、模型與仿真的概念、方法及分類，連續系統建模與仿真方法，離散事件系統建模與仿真，分布式系統仿真、面向對象建模與仿真技術，虛擬現實技術與仿真等。這些都為如何確定仿真實驗內容提出了挑戰。為此實驗課程內容安排上，我們提出了單項仿真實驗與綜合仿真實驗的解決思路，圍繞能力培養選擇實驗課程內容。通過單項仿真實驗讓學生掌握重要的知識點，通過綜合仿真實驗讓學生掌握仿真技術的系統知識和仿真技術綜合運用能力。其中，單項實驗內容包括：系統建模實驗，仿真工具運用實驗，仿真系統運行實驗，仿真數據處理與可信度評估實驗等。綜合仿真實驗主要包括連續系統仿真實驗，離散事件系統仿真實驗，先進系統仿真實驗，虛擬現實仿真實驗等。

（3）實驗組織實施與管理仿真實驗教學過程的組織實施與管理，既要遵循實驗課程教學規律，又要突出實驗課實踐能力和創新能力的培養。在給學生講解熟悉實驗環境、理解仿真對象和仿真目標的基礎上，讓學生參與實驗前準備工作，參與實驗方案與計劃的制定。根據仿真實驗特點，由學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問題的分析與解釋。讓學生在完成實驗的同時，還要對實驗過程進行總結，提交仿真實驗后的體會等。在實驗安排方面，加強與相關課程內容的同步結合。在實驗學時方面，突出課堂實驗與課后拓展實驗相結合，即單項仿真實驗可在較短的時間內完成，主要安排在教學課程的學時內。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過程的重要一環，應加強實驗課程的過程考核，通過考核方式的改革，督促學生自覺開展實驗活動，達到開設仿真實驗課的目的。考核成績可以按學生的仿真實驗準備情況，實驗完成質量，實驗過程表現與實驗報告質量等內容進行綜合評定。

2.2實驗課教學方法改革

實驗教學既是教學活動，又是實踐活動。要突出學生的能力培養，也要突出思維能力和科學精神的培養。實驗課教學可以采用任務驅動、過程開發的教學模式進行，即在明確仿真實驗任務的基礎上，由學生自己制定仿真實驗任務的計劃和方法，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，并將這些內容作為仿真實驗課成績的一部分。在這種教學模式下，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，仿真實驗目的，制定實驗工作步驟以及熟悉仿真實驗環境、仿真語言和仿真工具等。要針對仿真實驗的對象或系統，讓學生查閱相關資料，了解對象和系統的特性，為下一步模型的建立奠定基礎，同時，作好仿真實驗前的數據收集與準備工作。

（2）強化仿真實驗建模分析模型是研究對象或系統的抽象，也是仿真實驗的基礎。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。對于連續系統或離散事件系統仿真建模來說，通常需要根據對象的物理特性，變量特征和仿真實驗的目的等開展系統實驗建模分析。模型分析主要包括模型的使用對象，模型假設條件，模型內部要素的作用機理，模型簡化，模型的表示方式，以及輸出結果形式等。建模分析不僅能鍛煉和提高學生面向問題的解決能力，同時還可以培養學生邏輯推理能力和科學的思維方式。

（3）突出仿真實驗技術應用仿真實驗技術主要包括仿真實驗設計，仿真算法設計，仿真實驗數據處理與分析等。這些仿真技術的應用對提高學生的創新能力、實踐能力和探索熱情有著重要作用。仿真實驗設計主要是制定仿真實驗方案，包括編寫實驗目的，實驗步驟，實驗初始條件設定等。仿真實驗算法設計是一項具有挑戰性和創新性的工作，在這一方面要充分讓學生去閱讀相關文獻，為仿真實驗設計高效、正確的仿真算法。同時，在算法設計時還要考慮到仿真實驗環境，仿真實驗環境包括仿真所用的軟件和硬件等。在此教師主要給學生以引導和提示，讓學生熟悉相關的實驗環境，摸索和掌握各種實驗工具的應用。在此基礎上，再讓學生編寫仿真實驗程序、設計計算步長等相關仿真計算工作。仿真實驗數據處理與分析是仿真實驗的重要組成部分，讓學生掌握常用的數理統計的方法進行實驗數據處理與分析。同時，還要通過仿真實驗，教會學生對仿真對象變化規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仿真技術實驗課教學案例

以連續系統仿真為例，對起重機吊運系統特性開展研究。利用起重機吊運系統仿真實驗，進一步闡明仿真技術實驗課程教學方法的運用。

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組成，即系統是有哪些實體對象構成的，系統中各個實體的參數屬性，系統內部實體之間的作用機制等。在本案例中系統由起重機小車、鋼絲繩和吊運的貨物構成。其次，是要明確仿真實驗的目的，即起重機小車的移動速度、吊繩長度和貨物質量等相關參數，對吊運時貨物擺角的影響。三是系統抽象，對系統中無關的因素進行簡化，如忽略吊運時吊繩長度變化、風速和前后搖擺等影響，以降低系統建模的復雜性。四是收集實驗所需數據，為系統建模做好準備，如貨物的質量、吊繩長度等。

3.2實驗模型建立

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

3.3仿真實驗

根據上述的實驗模型，開展仿真計算。仿真計算可以采用通用程序設計語言，如C語言，也可采用數值計算和科學分析軟件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生積極動手，獨立思維，利用不同狀態下的參數計算開展系統的仿真實驗。

3.4仿真實驗結果分析

仿真實驗結果分析就是對仿真實驗計算的數據進行綜合分析，獲取系統的相關信息和實驗結論，達到仿真實驗分析的目的。在計算結果分析時，要讓學生觀察多組輸入輸出數據對系統的影響，來進一步認識系統。如在吊運過程中，通過修改吊運貨物的質量，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的性能和變化規律。

4結束語

篇8

關鍵詞:土木工程;仿真技術;實習實訓;應用

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

一、土木工程施工實習實訓教學中仿真技術的問題

在我國有很多高校的土木工程專業在教學時依然沒有創新，還是在按照已經過時的模式進行教學，雖然也涉及實習實訓內容，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期，在這么短的時間內是很難進行施工實訓的。即使在訓練過程中采用集中分散結合的方式，但施工效果仍舊不理想。由于單一教學模式的限制，并且對教學和實訓的安排缺乏合理性，實訓教學通常難以發揮應有的作用。進行實訓教學存在以下幾個問題:第一，不重視實踐教學的重要性;第二，對課程體系的設置缺乏合理性;第三，缺乏實訓教學資源;第四，缺乏足夠的實訓教學時間。

二、土木工程施工實習實訓教學中仿真技術的實現

(一)虛擬場景建模

通過仿真設計軟件能夠設計出具有實際價值的虛擬場景，制作方法為:第一，用攝像頭拍攝現實場景，然后利用仿真技術對所得影響進行全景圖合成設計;第二，通過程序設計語言和編程軟件生成場景［1］;第三，使用仿真設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，將場景導出至VRML;最后，修改源程序代碼，添加所需文件，并進行相應操作。

(二)實現物理建模

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

(三)實現行為建模

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

(四)構建網絡系統

虛擬的仿真教學環境可以對網絡中的信息資源進行高效利用，確保實訓教學具有動態有效性。例如Flashmx等工具能夠進行在線虛擬實習活動，具有十分廣泛的教學覆蓋面，在當前常用的輔助實訓教學工具中，最具發展前景。通過信息技術能夠建立遠程服務系統，實現對虛擬仿真實訓教學的系統資源共享，這也是虛擬仿真教學系統未來進展的主要方向之一［2］。利用虛擬仿真實訓教學系統能夠給學生提供大量學習資料，保證學習效率和學習效果。網絡虛擬實訓可以運用web三層結構建立B/S架構的虛擬仿真實訓教學體系。

三、土木工程施工實習實訓中應用仿真技術的方法

(一)在教學中建立規范化的仿真技術

虛擬仿真技術具有人機互動的特點，娛樂性強并且能夠形象直觀地表現畫面，有助于學生的記憶同互聯網聯系，能夠營造出逼真的場景，增加體驗樂趣。在學生開始土木工程施工實習的后，采用標準化的虛擬仿真技術能夠在很大程度上激發學生的學習興趣，從而提升其學習主動性，而這一點，在傳統的教條主義教學模式下是難以實現的。通過規范的仿真模擬技術，能夠很好地重現施工場景，使學生完美地融入其中。

(二)在教學中安全控制仿真技術實施

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

(三)重視仿真技術的設計及師資培養

在教學中引入并應用仿真技術，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，培養的也主要是實用型人才。因此無論是學生還是教師，都需要具備一定的施工經驗，才能在將來的工作或教學活動中，占據主動。教師在進行仿真技術實訓之前，應首先做好完善的準備工作。在實現實踐教學的科學化和精細化規劃設計過程中，教師也應具有一定的創新能力。另外，學校方面也可以積極引入或自行開發一些具有實訓價值的綜合仿真技術的土木工程實習軟件，充分滿足學生需求。

(四)在實習開展前做好充分準備工作

在開展實訓之前，教師會根據實習的基本綱要給學生安排各種實習任務，此外土木工程專業教師也會專門給學生安排一些工作，學生需要根據自己實習的內容做一份答辯論文。這種方法有助于培養學生總結施工實踐經驗的能力并培養學生養成良好的團隊意識。并且表現優秀的學生所上交的論文內容也能夠為教師日后教學水平的提升打下良好基礎，教師也能從中找到各種有價值的案例以供教學使用。

結束語

土木工程施工實習實訓是非常有必要的，這也符合其側重實踐應用的專業特點。在實訓中應用仿真技術，學校在降低成本的同時，也能夠很好地培養學生的實踐能力和創新能力。

參考文獻

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

篇9

關鍵詞： 虛擬仿真 家畜解剖學 三維模型

1.引言

家畜解剖學是農業類高等學校動物醫學專業的專業基礎課，本課程主要講授正常家畜、家禽的形態、結構、器官的位置關系和發生發展規律。本課程的特點是名詞眾多、結構復雜，對于首次接觸動物醫學專業的學生來說學習起來比較困難，不知道應該怎樣學習。傳統課堂講授方式難以滿足現代化教學發展需要，虛擬仿真技術正逐漸應用到各專業教學課程中，對教育行業產生了巨大影響。

2.虛擬仿真技術的優勢及其在醫學教育中的應用

虛擬仿真技術是用計算機虛擬場景逼真地模擬現實世界事物的技術，涉及計算機圖形學、人工交互、人工智能和傳感技術等。具有真實性、交互性和沉浸性的特點，逐漸成為現代教育技術領域的熱點，應用于不同專業教學過程中。隨著計算機技術的發展，虛擬仿真技術在人類醫學上得到了廣泛應用。虛擬仿真技術打破了傳統實驗空間和經費的限制，在充分保證教學效果的基礎上，不僅節約了實驗成本，而且大大提高了學生的學習興趣。使學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，通過學生自我組織，制訂并執行學習計劃，進行自我評價，開展適應式學習。很多高校、科研院開發了人體解剖虛擬仿真實訓平臺、虛擬動畫、三維網絡課程等應用于理論和實踐教學，充分發揮了現代教育技術的優勢，提高了教學水平。

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”數據采集，1998年完成女性虛擬人數據采集，共采集到56GB的數據。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據采集；2003年，鐘世鎮主持的“虛擬中國人”項目完成中國人體數據的采集工作。以這些虛擬人數據集為基礎，對人體器官進行了三維重建，精細逼真的三維結構為人體解剖學提供了大量素材。基于虛擬人體數據集產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教學。在仿真平臺上可以對人體結構進行任意角度旋轉、縮放、標注等操作。便于教師教學及學生學習和課后復習。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學虛擬仿真技術的“虛擬解剖臺”。此虛擬解剖臺數據來源于人體的磁共振（MRI）和CT成像數據，利用計算機處理將這些數據從二維平面圖變成真實感極強的三維模型，將人體內部的精細結構完整地展示出來。這款虛擬解剖臺可用于人體解剖學教學，學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，還可以移除或添加內臟器官、血管、神經等結構，從而理解各器官的形態結構和相互位置關系。

3.虛擬仿真技術在家畜解剖學的應用現狀

家畜解剖學是一門實踐性很強的學科，家畜的器官標本、模型等教學材料在本課學習中有重要作用。但是近些年隨著招生規模擴大，一般理論授課時學生人數較多，不能發揮標本、模型的作用，學生只能在實驗課上觀察標本、模型。虛擬仿真技術在家畜解剖學中的報道較少，由于數字人的數據采集方法投資巨大，過程復雜，需要多領域專業人員合作完成，目前還沒有完整的大家畜（牛、馬等）虛擬解剖系統。很多科研機構利用數字人的數據采集方法對豬、兔、小鼠、大鼠等動物進行了數據采集和虛擬仿真工作。Maierl等在1999年報道了第一例“可視化狗”，但其數據不完整，沒有四肢部分的結構，而且圖像不精細。2005年9月，重慶理工大學、第三軍醫大學和重慶市畜牧科學研究院共同完成了世界第一例“數字可視化豬”數據集的采集工作，圖像質量比較高，能夠清晰顯示內部結構[1]。2014年，連國云[2]采集完成了“數字化新西蘭兔”的數據集。但是對于家畜解剖學重點講授的牛、馬等大家畜，還沒有虛擬解剖數據集的報道。主要原因是牛、馬的體型比較龐大，采用數字人運用的冷凍銑削設備無法完成銑削，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據精確，但是仍然能夠在家畜解剖學教學中發揮巨大作用。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據，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在家畜解剖學中的應用提供了思路和教學資源。

4.虛擬仿真技術在家畜解剖學的應用前景

虛擬仿真技術在家畜解剖學及相關專業有著非常廣闊的應用前景。三維模型能夠形象清晰地展示動物的解剖結構和器官的相互位置關系。虛擬仿真技術的應用能夠將理論授課中教師采用圖片、照片等素材難以描述清楚的概念、結構給學生以感性認識，能夠加深學生的理解程度，幫助學生學習和記憶。虛擬仿真技術的應用能夠將抽象的結構變具體，使枯燥的概念形象生動，提高學生的學習興趣和主動性，突破傳統解剖學實驗空間和時間的限制，學生可以通過網絡自由地學習，方便自學。綜上所述，虛擬仿真技術能夠將家畜解剖學的抽象教學內容形象地展示出來，提高學生的學習積極性，使學生由被動接受轉變為主動學習，極大增強家畜解剖學教學效果。

參考文獻：

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

[2]連國云.數字化新西蘭家兔的三維結構重建研究.計算機光盤軟件與應用，2014，（12）：24-26.

[3]蘇楊生，宋斯偉，李穎，等.牛骨骼模型三維數字化重建.黑龍江畜牧獸醫，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

關鍵詞 單片機開發；仿真技術；應用；電子琴系統；軟硬件協同仿真

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，便于生產便攜式產品、性價比高等優點廣泛應用于人們生活的各個領域。現如今，單片機的開發應用越來越受到重視。在單片機的開發應用中最突出的就是仿真技術，在開發過程中使用軟硬件協同仿真技術，模擬整個系統，能夠達到降低設計風險，節省開發時間和費用的目的。

1 單片機仿真技術綜述

單片機是采用超大規模集成電路技術把中央處理器、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成的功能完善的高集成計算機系統。現如今它的開發應用已引起人們的高度關注和重視。雖然單片機技術的發展極大地推動了電子、計算機、通信等行業的飛速發展，成為當前科研和教學中的熱門技術。但是在單片機開發過程中，由于原理設計完成后需要反復調制電路，往往會增加單片機的開發成本，成為推廣單片機研發的最大障礙。

近年來，計算機仿真技術已取得了突飛猛進的發展，這在一定程度上，也促成了單片機仿真技術。計算機仿真技術是一個多學科綜合技術，基于計算機的工具，通過建立模型來模擬，數據處理分析，核查程序，使用真實的測試環境系統的動態仿真模型。它具有高效、安全、受環境約束較少的特點。而軟硬件的協同仿真計算機仿真技術作為一個非常獨特的應用程序的分支，近年來得到迅速發展。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同驗證。可以通過軟件和硬件的協同仿真技術的使用對虛擬模型進行早期調試，并提供了一個虛擬平臺軟件調試，從而對整個系統包括硬件在內，進行功能驗證，為準備硬件平臺大大節省了時間。

可以說，軟硬件協同仿真技術的出現為單片機開發應用提供了一個很好的發展平臺，具有十分重要的推廣價值。

2 仿真技術在單片機開發中的應用分析

目前，軟件和硬件協同仿真技術對于低級別的模擬研究還比較完善，一般的模式是軟件調試環境、微處理器模型和硬件協同仿真RTL描述。在正常情況下，軟件環境和硬件環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起的系列軟件。筆者在這里以電子琴的開發為例，介紹了軟硬件協同仿真技術在電子琴系統中的應用。主要是采用偉福單片機仿真器模擬電子琴，以實現單片機軟硬件同步仿真。

2.1 系統總體設計

在電子琴系統中，仿真板作為硬件仿真和調試界面，單片機仿真軟件負責系統執行、單步執行、監控斷點、內存和寄存器數據返回給硬件仿真板時產生和捕獲、內部功能模塊的運行等功能。電子琴系統的設計應包括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的硬件和軟件設計的前期驗證其正確性和性能效率。

2.2 AT89S51單片機設計

AT89S51單片機，其中有40個引腳，4K字節閃存芯片上的程序存儲器，128字節的隨機存取數據存儲器，32個外部雙向口，五個中斷優先級嵌套中斷，兩個16位可編程定時計數器，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引腳結構，使用高密度，非易失性內存技術，可為許多嵌入式控制應用提供具有成本效益的解決方案。

2.3 矩陣式鍵盤結構設計

由于電子琴系統的按鍵數量較多，所以在本系統中將按鍵排列成矩陣形式。與直接連接式鍵盤結構相比，雖然矩陣式鍵盤結構要復雜些，識別方式也要復雜些，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，每個鍵的狀態將成為數字“0”和“1”。輸出端行線，沒有按下按鈕時，產量高，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，這種閱讀狀態輸入線可以告訴一個鍵是否被按下，能夠大大提高系統的性能。

2.4 音頻模塊及顯示模塊設計

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，因此產生了各種不同頻率的脈沖信號后，蜂鳴器發揮出來，我們可以形成一個優美的音樂，因而就形成了電子琴系統的音頻模塊。另外，將AT89S51單片機的P2端口的P2.0～P2.7連接到一共陰數碼管a－h的引腳上，可以實現電子琴系統的顯示模塊，能夠在數碼管上循環顯示數字0～9。

總之，單片機仿真技術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用環境，系統設計更容易早期發現問題，避免設計錯誤，克服芯片的開發成本高的缺點。模擬整個系統的軟件，可以降低設計風險，同時節省了開發時間和開發成本，在運行過程中，硬件連接和硬件仿真器是同出一轍。

3 結論

綜上所述，軟硬件協同仿真技術的使用，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設計信心。也就是說，軟硬件協同仿真技術可以方便系統設計調整，可以在設計前期評估性能，方便軟硬件的檢測。可以說它在單片機開發中表現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中仿真技術是一個十分值得推廣的技術。可以預言，隨著科學技術的不斷發展和計算機仿真技術的日益完善，單片機仿真技術定將得到更加廣泛的應用，最終實現單片機開發應用的最大效益。

參考文獻

[1]王衛東，孫福玉.淺談計算機仿真技術[J].赤峰學院學報，2006(2).

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