虚拟仿真技术论文范文

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第1篇

虚拟仿真(VR)即虚拟现实，是一种采用计算机为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生如同真实环境的感受和体验。尽管该环境并不真实存在，但它作为一个逼真的三维环境仿佛就在我们周围。由于用户对计算机环境的虚拟物体产生了类似于对现实物体的存在意识或幻觉，用户在计算机所创建的三维虚拟环境中处于一种全身心投入的感觉状态。

2国内外研究现状

2．1国内研究现状

尽管国内虚拟仿真技术起步较晚，但是随着信息技术在社会各领域中的广泛应用，信息化教学已成为信息技术和信息资源与教学相结合的教学形态，以计算机仿真技术、多媒体技术和虚拟现实技术为特征的虚拟仿真实验室开始逐步渗透到教学领域。虚拟仿真技术在医学教学及某些医学手术应用领域得到不同程度的应用和研究。在护理学教学中，作为实践性很强的综合性应用学科－护理学基础，其护理专业实践教学约占该课程总学时的一半，也是培养护生临床实践能力的主要途径之一。然而传统的由教师演示－学生练习－教师指导的护理实践教学模式已经不能满足学生的需要，非常有必要对护理实训教学进行改革和创新。随着虚拟仿真技术在一些实践性要求高的专业中的大量应用及研究，国内某些医学院校的护理学基础实验教学也不同程度地开展了仿真技术在护理实践教学中的应用与研究，如高仿真模拟人技术早已投入护理专业实践教学中，并被应用在《内科护理》教学中并收到良好的效果，还有以主要训练护生的单项护理操作技能为目的的专项护理技能训练，如手臂模型可以模拟人类真实的血管，穿刺过程中有落空感和模拟真实血液流出，高级电脑心肺复苏模型可以进行心肺复苏的模拟训练，大小与真人相仿，在操作时可有语音提示和报警声来显示其操作的正确性。虚拟仿真技术还可以使用在一些不宜在真人身上实练(如鼻饲法、导尿术等)的护理实训课的应用。2007年大连大学职业技术学院以“探索出适合中等职业技术教育的网络教学模式，提高中等职业教育运用现代教育技术手段水平”为目的开展的“护理技术模拟教学系统”项目的研发卓有成效，该研发项目提出了包括13个模块，每个模块由教学演示、模拟操作、考核测评三大部分构成的护理技术计算机虚拟仿真实训教学软件系统，该教学软件系统的研发为虚拟仿真技术在护理实训练习中的开展和推广应用提供了参考。2009年贵州遵义医学院护理系进行了护理学基础虚拟实验室的研发，是一次将虚拟仿真技术应用于基础护理实践教学的一种有效尝试，可推广应用于国内各护理院校和各大医院的实验教学和继续教育培训与考核，有着较广阔的应用前景。重庆市卫生学校已经开展并建成仿真急救护理实训室，为其他护理院校提供了可借鉴的急救实训基地模式和实训方法。同时，虚拟仿真技术在职业技能培训中发挥的作用越来越大，也正被广大的职业教育工作者所接受。目前高职院校招生人数逐年增加，学校实验室及传统的教学模式已经远远不能满足师生的需要，寻找一种行之有效的技术手段来缓解传统实践教学模式所带来的压力，是许多高职院校的当务之急，将虚拟仿真技术应用于护理实践教学是解决以上问题的关键，更是培养最优秀的护理毕业生的必由之路。

2．2国外研究现状

美国在培养护生的过程中由于医院及患者等方面的原因，护生在临床实习中很少有机会在患者身上进行练习操作技能，同时护理院校理论课程的增加及实践教学课程的压缩也大大减少了护生们开展实践练习的机会。鉴于此，开展虚拟仿真技术在护理实践教学中的应用也是非常有必要的。美国的虚拟仿真技术在不同行业的运用，包括在护理教学中的应用开展的都比较早。美国纽约州立大学护理学院早在1996年就开展了虚拟仿真技术在静脉输液中的应用研究，虚拟仿真技术在护理实践中的作用是一些模型、录像带等所不能比拟的，后者不能给护生带来真实的感觉，而虚拟仿真可以，并且大大减少了护生在真实的临床护理操作中给患者带来的不适。常用的虚拟仿真技术有两种，身临其境式和非身临其境式，前者技术要求较高，需要利用一些传感工具，如头盔、手套、跟踪器等，让用户置身于虚拟境界中，虽然设备昂贵，但因其具有很逼真的护理情境而对护理教学产生深远的影响，非身临其境式，因其实用性和实惠性被广泛运用到护理教学中。随着从事护理教育的工作人员数量的减少，虚拟仿真技术同样运用在一些护理学远程教学、成人继续教育、护理技能培训等项目。虚拟灾害环境的护理措施的研究更是拓展了虚拟仿真技术在护理教学领域中的运用。20世纪80年代，美国便应用虚拟仿真技术建立了用于考试和教学的临床病例库，即虚拟临床浏览(VCE)。到目前为止，在护理教育领域，虚拟临床浏览系列教学软件和指导手册已发展到覆盖内外科护理学、妇产科护理学、儿科护理学和护理学技术等课程，并且提供网络学习资源。虚拟临床浏览结合护理教科书，建立了虚拟医院，进入虚拟医院，可以学习沟通、记录、评估和安全给药。虚拟医院的建立可以帮助护生熟悉日常护理工作，从而提高临床判断和批判性思维能力。还有已经在英美许多医学院校使用的CathSim静脉穿刺训练系统包括软件和触觉反馈装置即静脉穿刺用的胳膊和一台电脑，可设置在实际工作中可能遇到的不同年龄、血管状况以及疾病严重程度的各类患者。由日本NEC公司研制的“SimCoeur”软件系统可以模拟急诊患者每分钟的临床表现，还可以设置1000余种患者情境，可以使护生面对不同的患者，很好的锻炼了护生的应变能力，并且能够快速地对护生所进行的操作进行反馈。同时该公司研制的“SimNursing”模拟急诊患者软件系统，已于1998年投入日本市场，该软件系统可进行护理程序的模拟训练，学生能按照完整的护理程序对患者进行全程护理。多款软件的研发和应用为虚拟实验室的建设提供了技术支持，其中最有代表性的就是Mathworks公司推出的MAllAB语言，美国NI公司推出的LabVIEW图形化编程语言及美国ELANIX公司推出的SystemView软件。

3发展趋势

第2篇

论文关键词：三维虚拟仿真技术，物流，教学

 

当前，仿真技术已经成为分析、研究各种复杂系统的重要工具教育学论文，它广泛用于工程领域和非工程领域。高职院校的物流实训中心大多数是基于软件模拟的物流实训室，这类实训室是以物流软件模拟来搭建物流模拟平台，如仓储管理软件、运输管理软件、ERP、MRP、国际货代软件、TPL软件或基于上述几个软件集成起来的供应链软件等；然而对于基于设备的物流实训室来说，由于资金等方面的限制，比较先进的设备还尚欠缺教育学论文，这就造成了学生对立体库、高速分拣机、巷道式堆垛机、AGV、码垛机器人等先进的物流设备缺乏足够的感性认识论文格式模板。三维虚拟仿真技术等够对仓库、配送中心、企业生产线等进行简单的建模，能够加深学生对各种物流设备的认识，帮助学生理解工业、企业、生产线的布置与产出平衡、物料需求计划、企业资源计划等相关知识，更好地找出生产瓶颈，加深对现代化立体仓库、配送中心的了解。因此三维虚拟仿真技术在教学中的应用教育学论文，对于学生更好地学习物流专业理论知识、培养相应的职业技能是大有裨益的。

一、三维虚拟仿真技术概述

三维虚拟仿真（3D Virtual Simulation）就是利用三维建模技术，构建现实世界的三维场景并通过一定的软件环境驱动整个三维场景，响应用户的输入，根据用户的不同动作做出相应的反应，并在三维环境中显示出来。三维仿真的关键技术主要有动态环境建模技术、实时三维图形生成技术、立体显示和传感器技术、应用系统开发工具、系统集成技术等论文格式模板。该软件提供了原始数据拟合、图形化的模型构建、虚拟现实显示、运行模型进行仿真的实验、对结果进行优化、生产3D动画影像文件等功能。

利用三维虚拟仿真技术教学具有以下优点：

1、教学内容视觉化

2、学习中的交互性好

3、沉浸感真实感强

二、三维虚拟仿真技术在物流教学中的应用

基于青海交通职业技术学院物流实训中心3D实训室的应用系统及操作流程。

1．开机步骤

开机顺序依次为：

2 AP转换器（数量两台）：

按下电源按钮教育学论文，

2 工作站（数量两台）

2 投影机（数量四台）

进入控制工作站，进入中控程序，点击投影机控制，选择开

等投影机启动完毕后再进入下一步

2 边缘融合机（数量两台）：

按下电源按钮

关机顺序依次为：

立体图像工作站——边缘融合机——AP转换器——投影机——控制工作站

2．基本操作设置

立体图像工作站设置

（1）多显示器设置

鼠标在桌面上右键

进入NVIDIA控制面板

点击设置多个显示器

设置作为一个大水平桌面（水平平移模式）

显示的结果是，显卡双头输出两个通道的桌面。

（2）分辨率设置

单屏分辨率1024×768教育学论文，重叠像素为192

整体分辨率为1856×768（含边缘重叠区192个像素）

重叠像素设置图如下：

立体设置为管理3D设置里面，基本设置，选用立体启用

3 .基本演示操作

（1）立体电影

检查左右眼是否正确？

2 将图像移动分别移动到第一个通道和第二个通道进行检查论文格式模板。

如果第一个通道和第二个通道都不正常，点击一下软件里面L/R

2 如果图像只在第一个通道出现左右眼反的现象？

在第一台AP转换器后面的绿色按钮按两次切换左右眼

2 如果图像只在第二个通道出现左右眼反的现象？

在第二台AP转换器后面的绿色按钮按两次切换左右眼

（绿色按钮按两次表示切换左右眼）

（2）NVSG演示软件

同样观看立体是否正常，可以通过软件切换左右眼

（3）VEGA演示软件

同样观看立体是否正常教育学论文，可以通过软件切换左右眼

4系统连接图如下

5投影机图像不正确的调试方法

（1）首先检查画面比例是否正确

再点击高级：

水平位置和垂直位置，如图所示。

6融合机出现故障处理方法

出现基本问题首先重新启动融合机来解决

如重新无法解决可以采取如下步骤：

（1）找到是那台融合机出现的问题，并接入键盘鼠标

（2）ALT+F4退出融合服务软件

（3）点击桌面上的blend文件夹

（4）复制setting.cfg文件到其他地方

（5）将备份的该文件copy到blend这个文件夹下面

（6）双击STEREO_CAP程序

（7）按ESC，再点击开始扑捉、全屏幕、下一次开机启动，保存设置、开始

（8）重新启动

7注意事项

（1）投影机开启后遥控器上的auto、aspect两个按键不能按教育学论文，正常使用情况下不需要遥控器；

（2）投影机机械结构不能轻易触碰

（3）屏幕位置不能挪动，屏幕表面不能触碰，灰尘可用干净的柔软布沾水擦；

（4）投影机关机后不能立即断电，同时投影机电源需接入UPS稳压电源，UPS后备电池时间不小于10分钟；

（5）不能随意拔插设备连接线缆；

（6）立体工作站显卡、立体、分辨率等设置不能改变

（7）控制工作站IP：192.168.1.10不能改变。

开机先后顺序要严格按照技术要求顺利

三、结束语

三维虚拟仿真技术软件在高职的教学中能发挥出积极的作用，一方面能提高学生的学习兴趣，学生在学习的过程中能够对仓储、运输、配送、生产加工等有一个感性的认识，同时也提高了学生分析问题、解决问题的能力，实践证明三维虚拟仿真技术软件的应用对于高职物流专业的教学具有积极的意义。

参考文献：

[1]吕明哲，物流系统仿真，东北财经大学出版社，2008.10。

[2]贺国先，现代物流系统仿真，中国铁道出版社，2008.12.1。

[3]青海交通职业技术学院物流实训中心3D实训室操作手册

第3篇

(一)符合电子技术课程教学的特点

中职电子技术的教学理论性较强，波形变化分析复杂，课程教学较为枯燥，一些理解能力较差或者基础较差的学生，可能会无法跟上电子技术课程教学的节奏。虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用，能够使学生在一个仿真的情境下，进行电子电路的实验和操作，这种模式能够为中职学生带来更多的电子技术学习体验，将学生的实践操作和理论知识的学习相结合，借助实践活动，不断丰富学生的理论知识体系，借助理论知识的学习，不断提升中职学生的实践操作能力。虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用，符合中职电子技术教学的特点，是时展和进步的必然要求。

(二)创新中职电子技术教学的模式

电子技术教学中应用仿真虚拟仿真技术，可以使学生将所学习的Windowsxp内容和仿真软件结合起来。虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用，能够改善传统的教学方式中单一的教学氛围，更加关注学生的实践体验，在实践中，使学生获得更多的知识，并使中职学生能够通过实践活动，形成一定的思维想法和创新意识，真正展现中职电子技术教学的价值和电子技术教学的意义。

(三)提升学生的电子技术综合能力

很多中职院校中的学生，普遍具有文化基础较差、学习积极性较差等方面的问题，中职学生的动手能力和实践能力较强，但是他们的学习热情较差，不愿意积极、主动参与到教学活动当中，无法感受中职电子技术学习的乐趣和电子技术的魅力之处。虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用，能够有效改善这一问题，通过有趣的情景创建，快速吸引中职学生的注意力，激发学生的学习兴趣和参与实践活动的热情，并使中职学生在参与实践活动的过程中，形成一定的电子技术实践操作能力和电子技术思维想法，改善传统电子技术教学中的缺点，更加关注学生思维的发展，为中职学生未来的工作和发展奠定良好的基础。

二、虚拟仿真技术在中职电子技术教学中应用的具体策略

虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用，可以通过将虚拟引进课堂，激发中职学生的学习兴趣、创设仿真电子技术教学实验，增强学生的实践操作能力与开展虚拟项目合作实验，提升中职学生的综合素养等方式来开展教学活动。

(一)将虚拟引进课堂，激发中职学生的学习兴趣

在传统的中职电子技术教学过程中，教师较为注重对学生理论知识的传授，而忽视了实践技能指导对中职学生电子技术操作能力提升的重要影响。单纯的电子技术理论知识讲解，多数是一些原理和公式推导，在这种教学模式下，中职学生可能会产生一定的厌学情绪，无法将注意力完全集中在电子技术学习活动当中。虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用，能够改善传统的教学方式中单一的教学氛围，更加关注学生的实践体验，在实践中，使学生获得更多的知识，并使中职学生能够通过实践活动，形成一定的思维想法和创新意识。虚拟仿真技术能够使学生在一个仿真的情境下，进行电子电路的实验和操作，这种模式能够为中职学生带来更多的电子技术学习体验，使学生将实践操作和理论知识的学习结合起来，借助实践活动，不断丰富学生的理论知识体系;借助理论知识的学习，不断提升中职学生的实践操作能力。中职电子技术理论知识教学需要结合实际展示才能够加深学生对电子技术理论知识的深入理解，从而为接下来的课堂教学活动和实践教学活动奠定良好的基础。但是，如果一味通过实验操作展现，不仅浪费时间，同时也很浪费材料。虚拟仿真技术能够完美地解决这一问题，通过将虚拟仿真技术引入到中职电子技术教学中，通过多媒体等信息技术软件，进行仿真模拟实验，借助多媒体等信息技术软件，将抽象化的内容变得更加直观，使学生对抽象化的理论知识一目了然，深化学生对中职电子技术知识的理解与掌握。

(二)创设仿真电子技术教学实验，增强学生的实践操作能力

正所谓“实践是检验真理的唯一标准”，在中职电子技术教学中，教师可以借助虚拟仿真技术，引导学生在模拟的场景中，进行电子电路的实验和操作，这种模式能够为中职学生带来更多的电子技术学习体验，在电子技术的实验过程当中，提升学生的实践操作能力。在中职电子技术教学实验中，教师可以结合学生的性格特点和中职电子技术教学的特点进行教学实验活动的创新，将虚拟仿真技术融入中职电子技术的教学活动当中。例如，在指导学生对《彩色电视机原理与维修》这一项内容的学习过程中，教师可以首先借助多媒体等信息技术软件，为学生展现70年代至今，电视机逐步发展的过程，为学生介绍全球彩电市场的特点。彩色电视机与学生的实际生活密切相关，是学生所熟悉的事物。在课堂教学中，教师可以结合实际生活，提问学生“家中所使用的是什么样的电视机”等问题，构建互动型的中职电子技术教学模式。在此基础上，教师可以通过多媒体等信息技术软件，为学生展现一个立体化的电视机模型，借助模型引导学生认识彩色电视机的整体结构以及具体的元器件。在教学指导完成之后，可以组织学生自行实验，借助虚拟仿真技术进行完整电视机零件和部件的整合。

(三)开展虚拟项目合作实验，提升中职学生的综合素养

一些仿真软件(例如加拿大IIT公司所开发的Multisim软件)能够为中职学生创建一个类似于真实的电子电路实验工作平台，学生可以在这个仿真的电子电路实验工作平台中，进行各种各样的电子电路实验。这些软件当前被应用于国内外的各大高等院校当中，并取得了较为理想的实践应用效果。电子技术教学中，教师不仅仅要指导学生学习电子技术，掌握电子技术，更加需要通过一定的电子技术教学活动，提升中职学生的综合能力和综合素养。在电子技术教学活动当中，教师可以借助一些虚拟的电子技术合作实验项目，引导学生通过电子技术实践活动，增进彼此之间的感情，形成良好的电子技术操作能力和合作意识。例如，在指导学生对《组合逻辑电路的分析与设计》相关内容的学习中，教师可以在完成教学指导的基础上，组织学生通过小组合作的方式，集中学习组合逻辑电路的分析方法。在共同合作和分析的过程中，增进彼此之间的感情，提升学生的综合能力和综合素养。

三、结语

第4篇

【论文摘要】将虚拟仿真技术引入教学领域后对传统教学手段产生了强烈冲击。本文针对航空电子装备教学中如何应用虚拟仿真技术给出了应用方法和体会。

1．引言

自 20世纪 9O年代以来，以计算机仿真技术 、多媒体技术和虚拟现实技术为特征的“虚拟仿真实验室”开始在世界各地出现，并逐步渗透到教学领域。作为一种新型的实验教学手段，虚拟仿真教学对传统的教学手段产生了强烈冲击，并引发了教学领域一系列深刻的变化。种种迹象表明，虚拟仿真教学将是今后实验教学改革的一个重要发展方向。本文结合多年来在航空电子装备教学中应用虚拟仿真技术的经验，探讨在航空电子装备教学软件中应用虚拟仿真技术的方法和体会。

2．虚拟仿真技术简介

虚拟仿真技术是对虚拟现实技术和系统仿真技术的合称。

2．1虚拟现实技术

虚拟现实技术就是利用三维建模技术，构建一个与现实世界的物体和环境相同或相似的虚拟三维场景，并能响应用户的输入，根据用户的不同动作做出相应的反应。虚拟现实的关键技术主要有动态环境建模技术、实时三维图形 生成技术、立体显示和传感器技术等。虚拟现实技术主要侧重于对真实物体物理特征的仿真，也称为视景仿真，它主要用于产品设计与展示、商业广告、游戏设计等。

在航空电子装备教学中，大量用 到对装备的外观 、结构 、组成 、连接 、机安装位置的展示 ，传统教学大都采用实物展示 的方法 。近年来随着大量航空电子装备 的更新换代，因受经 费、场地及使用寿命等因素的限制 ，传统教学方法 已远远不能满足要求 ，而采 用虚拟现实技术的展示方法则 以其廉价 、无场地限制和效果 良好得以广泛应用。

目前有大量成熟的软件平台可以进行视景仿 真的开发，主流平台Creator Vega Vega Prime VTree OPENGVS QUEST3D VRTOLLS EON、WEB3D、JAVA3D、GLStudio等。其中，MULTIGEN公司的虚拟现实数据库 OPENFLIGHT已经成为 了工业标准 ，在军事 、航空航天等领域应用都 比较成熟 。在航空 电子装备虚拟仿真软件的开发中我们采用r Vega Prime、GLStudio和 EON作为视景仿 真开发的技术平台 ，解决物理模型的创建、场景显示等问题。该平台可以达到照片级 的视景仿真效果 ．同时采用嵌入 OPENGL技术来解决物理模型 的交互问题。

2．2系统仿真技术

系统仿真技术是伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一门新兴学科 ．它通过建立实际系统 的数学模 型 ，利用计算机运算来达到对被仿真系统的分析、研究、设计等目的。系统仿真技术主要侧重于对真实系统的内在机理、运动方式 的仿真，也称为行为仿真。系统仿真技术最初主要用于航空、航天、原子反应堆等价格昂贵、周期长、危险性大实际系统试验难以实现等少数领域，后来逐步发展到电力、石油、化工、冶金、机械等一些主要工业部门，并进一步扩大到社会系统、经济系统、交通运输系统、生态系统等一些非工程系统领域。

在航空电子装备教学中，对装备工作原理的讲解既是重点也是难点。传统教学方法主要通过教员的讲述，配合一些静态的图形帮助学员理解 ．教学效果主要依赖于教员的授课水平和技巧 。近年来．我们尝试将系统仿 真技术应用到航空电子装备教学中，根据被仿真装备的工作原理，建立系统的数学模型，并根据装备的不同工作状态，对模型进行动态运行．结合虚拟现实技术实现的逼真场景．较好地模拟实际装备的工作情况。利用该技术开发、研制的教学软件不但可供教员教学使用．也可供学员自学，并达到了较好的教学效果。

目前，有许多成熟的系统仿真开发平台软件．如 Simulink、SystemView等，这些软件以其功能强大和使用方便、易用性受到广大用户欢迎．但价格较为昂贵，且大多未提供对外的仿真数据接口．仿真系统应用的灵活性、扩展性和可变性受到很多限制。当然也可自行开发适用 的仿真开发平台软件。在航空电子装备虚拟仿真软件的开发中我们采用的是自行开发的系统仿真平台软件。

3．虚拟仿真技术在航空电子装备教学中的应用方法和步骤

3．1建立仿真模型

这里所说的仿真模型既包括反映航空电子装备外观、结构的三维物理模型 ，也包括揭示其内在工作机理及行为的数 学模 型。对三维物理模型的建立，主要依据装备本身的物理状态，其原则就是在尽量减小面数的同时提高逼真度。对系统数学模型的建立，则需要视系统的复杂程度进行取舍和优化，本着够用为度的原则 ，以尽量减小运算量。建立数学模型时 ，还应考虑到系统运行时的参数调整。

3．2创建仿真装备的虚拟场景并驱动

对于虚拟场景的驱动，根据使用方式的不同采用了不同的方式如果进行的仅是装备外观、结构的展示，可使用EON进行动作的编辑和驱动；如果需要对装备进行虚拟操作仿真，则使用 GLStudio软件先进行操作面板、虚拟仪表的编辑和制作，然后再利用 Vega Prime驱动以实现更复杂的交互操作。

3.3系统集成

系统集成就是将上述做好的模型、场景按照教学软件所需的形式将其有机的整合在一起，使之成为_个完整的 、规范的教学软件。系统集成可以使用目前常用的软件开发平台如 VB、vc++等。由于上述虚拟现实驱动软件如 EON、GLStudio及Vega Prime等均以ActiveX控件方式提供 了可用 于常用 软件开发平台的运行插件，因此，系统集成变得十分方便。编写程序时，只需考虑软件功能的安排，注意程序间的兼容性即可。

系统集成时，还需要将系统行为仿真的结果通过视景仿真表现出来，即用行为仿真的数据来驱动三维物理模型的动作。由于系统行为仿真采用了专门的运行平台，与视景仿真处于不同的系统进程中．因此这种驱动是通过两进程间的实时通信来完成的。这里还需要考虑进程间的同步问题。

第5篇

中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1007-9416（2012）04-0000-00

1、论文研究背景及意义

近多年来，由于计算机及网络相关技术的迅猛发展，世界经济发展的必然趋势就是数字化，数字城市也逐渐引起了人们的注意。那么怎样应用计算机技术来构建数字城市，近而实现城市的数字化已经引起城市规划及管理人员和城市居民的共同关注。城市仿真技术在构造数字城市过程中发挥着非常重要的作用，因此成为当前一个新的研究热点。仿真(Simulation)技术是利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验的技术，以模拟的方式为使用者创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图形界面，使之在感知行为的逼真体验中获得直接参与和探索仿真技术对象在所处环境中的作用和变化。城市仿真(Urban Simulation)技术就是仿真技术在城市规划、建筑设计等领域中的应用，表现为人机交互、真实建筑空间感与大面积三维地形仿真，即交互式实时三维(Interactive Realtime 3D)。采用虚拟现实技术构造出来的城市视景仿真系统是数字地球的重要组成部分和支撑手段，已经被广泛应用在城市的规划、建设以及管理当中，对于城市发展规划的各个方面都具有相当重要的意义。

2、国内、外的视景仿真工具

MultiGen-Paradigm公司的MultiGen Creator的各版本三维建模软件是世界上流行的实时三维数据库生成系统的软件环境，在仿真系统中得到广泛的应用。Vega Prime是MultiGen-Paradigm公司应用于实时视景仿真、声音仿真和虚拟现实等领域的世界领先的软件环境。Urbansim是基于城市交通需求模拟分析和城市土地综合分析的新型城市发展仿真软件。MagicCity属于WinTel架构基础上的虚拟现实和视景仿真系统。我国在视景仿真系统开发的同时，也在进行仿真系统软件平台的开发。TrueSim v2.0 三维实时仿真软件平台是深圳市创想科技发展有限公司在综合了国内外多项最新三维仿真技术的研究成果以及多年来从事三维仿真研究所积累的多种经验的基础之上推出的具有自主知识产权的仿真平台。神州视景信息技术有限公司自主研发了“基于普通PC和Internet的大规模场景实时漫游引擎系统――SCVR”。 Virtools是一个实时三维虚拟现实编辑软件，可将多种常用文件格式（三维模型、二维图表、声音等）整合到一起，并具备交互功能，能够开发出电脑游戏、建筑仿真、交互娱乐等多种3D产品。

3、本文的研究目的及重要内容

本文通过研究虚拟现实视景仿真技术的相关知识，实现以我们学院校园为虚拟环境的视景漫游系统。通过对虚拟场景的构建，能够实现视景漫游中的自动漫游和交互漫游等效果。本系统应用建筑草图大师Sketchup和MultiGen Creator软件工具来构建虚拟场景中地形及建筑物的三维模型，并建立道路、树木、路灯等虚拟景物，借助Vega Prime软件平台和工具集对校园虚拟场景进行仿真，在VC++开发平台下实现三维景观及模型的交互式（以鼠标、键盘等交互方式）控制，实现了虚拟校园景观的视景仿真漫游系统。

本文主要研究内容和所做工作总结如下：

(1)了解视景漫游技术以及虚拟现实的发展，对国内外虚拟现实技术应用现状进行调研。

(2)对黑龙江农垦科技职业学院的视景环境数据进行搜集和整理，包括地形数据的获取、建筑物数据的获取、纹理数据的获取等等。

(3)研究用虚拟现实建模软件Sketchup、Creator以及三维建模技术、模型真实感技术以及模型优化技术等对地形、道路、教学楼和图书馆等建筑以及校园之中的花草树木等进行建模，构建出虚拟场景模型库，然后用视景漫游软件Vega Prime和VC++对虚拟场景进行漫游和交互控制。

(4)研究模型数据库建模和优化技术问题，模型数据库的建构、调整和优化对提高实时仿真系统中运行的速度和流畅性起着至关重要的作用，成为目前重要的研究课题。

(5)碰撞检测技术。开发虚拟现实仿真系统有一个主要目标就是能够让用户以尽可能接近自然的方式与构建的虚拟场景中的物体直接进行交互。要实现自然的、精确的人机交互功能首先要解决的是碰撞检测的问题。碰撞检测是虚拟场景中动态物体与静态物体之间或动态物体与动态物体之间进行交互的基础。在碰撞检测中有两个问题需要解决，一是检测到碰撞的发生和碰撞的位置，二是计算碰撞后的反应。而碰撞检测是计算碰撞反应的先决条件，因此，碰撞检测是虚拟环境中一个必不可少的部分。

(6)为保证虚拟场景的真实性、生动性及其对用户的感染力，对基于粒子系统的虚拟场景环境特效技术进行研究。

校园视景仿真就是在计算机环境中对真实校园的景观进行虚拟再现，采用虚拟现实相关技术，生成一个实时的、能给用户各种真实感受的三维虚拟环境。利用计算机软硬件及其相关输入输出设备，使用户可以在虚拟的校园场景中进行浏览和交互漫游，感受校园中的风景。利用这种方法可以让更多的人来了解我们的学校，对本校园的环境及交通现状等方面有更深刻的认识。

参考文献

第6篇

关键词：船舶；虚拟仿真技术；建造评估；应用

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）08-0084-02

1 船舶虚拟仿真技术研究及应用现状

在船舶工业里面对虚拟仿真技术加以应用，能使敏捷造船、并行工程以及数字化造船得以实现，同时它也是我国传统造船模式转向现代化的重要环节之一。对虚拟仿真技术加以运用，在建造船舶之前，工程师可在虚拟环境下对船舶的建造过程进行仿真，从而改进和评价船舶的工艺与设计，这样便于指导船厂进行现场生产作业。在船舶行业里运用虚拟仿真技术，能使生产效率得到提升，降低生产成本，使建筑周期缩短，从而为我国船舶行业的发展奠定良好的基础。

船舶的建造评估和设计可以使先前工艺或前期设计导致的工程修改得以消除，进而对船舶企业的成本、质量以及生产效率产生直接的影响。现如今，许多国家正在开展以虚拟仿真评估和数字化描述相结合的船舶虚拟制造、设计仿真技术的应用研究，并且在船舶建造中也应用了多种仿真评估软件，而且其研制水平和效率还在近年来得到了大幅提升，包括我国在内的许多国家都正在寻求提升研制质量、节省研制费用、缩短研制时间的新方式。

挪威UD公司作为船舶设计的佼佼者，现如今，他们在对新船型进行设计时，全都会对三维模型加以利用，然后在虚拟环境下综合评价钻井船的设备布局、布置、外观等，分析虚拟船舶水动力，对虚拟评估进行分段划分，并仿真船舶的作业过程。

自20世纪90年代一来，我国开始对各种先进的仿真技术加以研究，并开展大规模系统仿真。但将虚拟仿真技术应用在海洋和船舶领域的起步还比较晚，现如今，其工作最主要集中在初步实施和理论研究的应用阶段，此外，国内的船舶研究所也开发有虚拟仿真的软件系统和硬件平台。

2 将虚拟仿真技术应用在船舶的建造评估中

此项技术通过对虚拟实体模型加以利用，来实现评估船舶建造过程的目的，包含船舶生产工艺规划、操作顺序验证、生产系统创建。它能支持船舶生产管理、机器人仿真、人机功效分析、作业时间测定、工艺规划与验证等的内容。

2.1 在建造前期的论证评估中运用

船舶建造的内容之一便是根据企业生产力布局要求以及实际能力，对船舶企业的经济、技术和发展条件加以研究，对船舶企业的发展方向和规模进行预测和论证，将企业建设技术经济指标拟定出来。在建造船舶的前期对生产规划进行论证评估是一项综合性非常强的工作，这个过程需要对企业多方面信息进行分析。此项技术可用于对当前企业环境、生产规模以及结构分布进行虚拟，并由设计人员在虚拟中模拟各种设想，经由分析信息数据库对各种设想利弊进行分析，同时对其可行性加以论证，这就包括环境影响、船型选择、生态保护、现状分析等工作。此项技术为船舶的建造前期论证提供了论证方式和技术手段。

2.2 在建造方案的设计评估中运用

船舶建造方案通过设计人员将各种想法不断形象法和概念法，同时用相应生产手段加以表达出来，这个过程需要对前后进行参照，在设计方案时，要求方案的初步设计和深入设计必须具有交互性。对虚拟仿真技术所具备的交互性和真实性特征加以利用，可用于对三维空间进行虚拟，从而使设计人员可以对他们的设计思想进行更精确的表达。例如，由中国船舶工业集团研究所开发出来的虚拟仿真评估系统。通过对不同总组方案的比较，将船舶的建造设计思维在虚拟环境里展现出来，让设计人员可直观的对其进行评析，通过对方案生产环境、结构布局的协调性进行观测并比较，可对设计思维进行修改完善。对虚拟三维空间加以利用，进而为生产方案在场地位置设计、动态调整、生产布局选择、结构调整等方面提供依据，从而使后续生产过程可以更为合理。

2.3 在生产方案的比较中运用

此技术所创建的环境为三维虚拟环境，它可对构建环境进行全方位展示，并且通过虚拟现状，让建造方案可以更加真实。此技术可以让建造方案在表现上突破原有平面、静态的模式，让建造人员的思想可以更形象和直观的呈现在操作者面前，使规划方案与操作者之间能有更强的交互性，从而对多人员多层次协调参与船舶的建造有利。

可通过许多途径来实现方案设计需要达到的目标，而这当中必不可少的一环便是方案比较。虚拟仿真技术为方案比较提供了一个更为有效和方便的应用工具。在进行方案比较时，可在船舶建造的虚拟系统中对生产方案加以直接使用，让设计方案可以在虚拟三维空间里得到体现。对试用不同的方案，并考察其对生产环境所形成的影响，对各生产要素不同的设想进行评价比较，并进行不同方案的实时切换，然后在同一建造序列和生产项目中感受不同的生产效果，从而对设计合理性加以判断。与此同时，还可运用技术手段量化分析比较方案中的具体指标，从而使船舶生产方案能更加合理。例如，运用SPD-V3.2设计软件虚拟布置机舱管路的结构方案。在评估方案的基础上，对机舱管路设计合理性以及工艺合理性进行验证，进而将设计中存在的缺陷找出，从而使生产现场返工率得以降低。

2.4 在建造过程中运用

在建造船舶时，对虚拟仿真评估技术加以利用，可以实现对船舶建造方案实施效果进行先期检验，也就是看其能否达到环境、生产的最佳综合效益，并在实施中不断选择和修改，最终帮助决策者来决定后续的生产方案。比如，可通过虚拟仿真技术将某虚拟方案和船舶生产实际相结合，进而将建造方案实施状况予以真实展现，从而使由于方案欠缺而造成的效益损失状况得以减少。此外，此技术还能对温度、噪音等不可见现象进行模拟，从而达到检测影响船舶生产各因素的目的。

3 船舶虚拟仿真的评估应用实现现存问题

①虚拟仿真技术标准化应用。作为船舶建造领域极为重要的技术，虚拟仿真技术一定要与建造技术规范、规定等相符。但由当前情况可知，因为船舶建造标准化问题尚未解决，为保障虚拟软件商的软件独立性，使得软件系统之间存在较差的兼容性，要想使仿真成果的协调和共享得以实现，就必须对仿真技术应用标准化问题加以研究。通过对同一设计平台的开发，使协同平台集成效率得到提升，从而在更大范围上实现信息的共享和设计的协同。

②改进建造设计技术。在传统船舶的设计中绝大部分平面结构图的表达方式为二维表达，最近几年开始引进三维技术，从而形成了三维与二维相结合的建造技术模式。但在我国，由于虚拟仿真技术欠缺完善化和标准化的仿真软件作为载体，假如能将生产技术改为规范化的三维表达和设计模式，将会对此技术在生产设计中的进一步应用有利。

③生产设计习惯与传统观念问题。因为此项技术尚且处在推广使用期，现如今设计人员对此技术的认识尚且不足，并且传统观念并未随着技术进步而有所改进。绝大部分船舶企业在此项技术上尚且停留在演示层次，并未认识到此项技术的深层效用。此外，由于传统设计习惯对新方法的使用形成了一定制约作用，要想在短时间内改变此种设计习惯还有一定难度。对此技术进行及时的开发利用，对此技术的三维平台设计平台加以搭建，将对培养设计人员普及性有利。

④虚拟仿真技术有待完善。因为此项技术自身存在一定局限性，使得此技术在船舶设计某些场合中的应用尚且存在一定难度。比如，对建造方案在构思期的表达模糊性问题以及修改实时性问题，建立标准化的指标评价体系统、建立预测分析模型等问题上依旧存在一定的技术障碍。

⑤船舶行业中虚拟仿真技术应用效果不显著。此项技术的开发需要投入大量资金和尖端设备。尽管此项技术在研究船舶生产作业形式和建造方案上属于高科技手段，但由于开发此项软件产品的价格确实相当昂贵，并且其系统兼容性也比较差，现如今，国内对此系统的应用还多半依赖于进口提供，因为目前我国的科研院无法对相关设备进行全面配置，在各高校也无法运用多系统来实现学员的全面培训，导致此项技术在船舶行业中并不能取得很好的应用效果，这也是实现此项技术在船舶设计中应用的一个难点。

要想使上述问题得到解决，极为重要的一点便是全面应用此项技术，在软件开发公司的作用下，开发具有普及型的仿真技术软件是非常必要的，同时需要科研院和相关院校合作，对此项技术进行大规模的培训。

4 结 语

因为在国内的船舶生产评估过程中应用虚拟仿真评估技术尚属起步阶段，并且在国外也并无标准应用模式可供借鉴，再加上国内造船现状有别于国外，此外，由于船舶虚拟仿真的评估技术是伴随船舶制造工艺以及技术的发展而发展起来的，所以，它的研究工作、虚拟维修、新工艺等许多方面还有待完善和改进。现如今，集成化仿真已经成为船舶制造的发展方向，此项技术的应用也已经成为船舶制造模式最为关键性的技术，并且已经变成船舶制造能力得到提升的手段之一，此外，在船舶企业中应用此项技术，将会为企业进一步的发展提供技术支撑。

参考文献：

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[2] 蒋艳会，甄希金，韦乃琨，等.船舶虚拟装配系统研究及应用[A].第十二届全国内河船舶与航运学术会议论文集[C].北京：《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社，2012.

[3] 谢子明，徐东，朱苏.虚拟造船技术应用探讨[A].2011年中国造船工程学会优秀论文集[C].北京：《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社，2011.

[4] 杨润党，范秀敏，王文荣.虚拟仿真技术在船舶建造过程中的研究与应用[J].舰船科学技术，2008，（1）.

第7篇

关键词：虚拟仿真，3DMAX，GLStudio，Vega

 

1.概述

大学物理实验是物理教学中的一个重要组成部分，由于有些物理实验，特别是近代物理实验其实验仪器集成度高，操作步骤复杂，往往成为物理实验中的难点，再加上条件的限制，除实验课外，学员很难直接面对设备进行预习或复习，同时在预习中由于操作不善而损坏仪器的现象也时有发生，因此利用虚拟仿真技术，在计算机上仿真物理实验，来提高学员对物理实验的学习是十分必要的。采用这种技术，具有方便性、无破坏性、经济性以及高仿真性等特点，对学员掌握物理实验具有重要的意义。

对物理实验的仿真我们首先是对各个独立的物理实验进行仿真，然后再把他们集成到一个系统环境下。免费论文参考网。以下我们以夫兰克—赫兹实验为例来说明单个物理实验的仿真过程。实验仪器如下图所示：

由于原子能级的存在，当电子与原子发生碰撞并进行能量交换时，每次交换的能量就会受到原子能级的制约，因此我们就可以通过测量碰撞后电子能量的变化来验证原子能级的存在。由于本实验的集成化高，属于验证性实验，通过虚拟仿真几乎可以真实再现实验的整个过程。

虚拟仿真作为一种新型人机接口，不仅使参与者沉浸于计算机产生的虚拟世界，而且还还提供用户和虚拟世界之间的直接通信手段。它具备3个基本特征

（1）沉浸：这是VR系统的核心，指使用户投入到由计算机生成的虚拟场景中的能力。用户在虚拟操作训练场景中有“身临其境”之感。

（2）交互：指用户与虚拟场景中各种对象相互作用的能力。它是人机和谐的关键因素。交互性包含对象的可操作程度及用户从环境中得到反馈的自然程度、虚拟场景中对象依据物理学定律运动的程度等，以用户的视点变化进行虚拟交换。这个过程中最重要的因素是实时性。实时性是指计算机能够响应用户的输入并立即改变虚拟场景的状态。免费论文参考网。

（3）构想：虚拟现实不仅是一个用户与终端的接口，而且可使用户沉浸于此环境中获取新知识，提高感性和理性认识，从而产生新的构思。把这种构思结果输入到系统中去，系统会将处理后的状态实时显示或由传感装置反馈给用户。

虚拟仿真的核心是建模与仿真。就建模与仿真本质而言，它是对真实物理系统在某一层次上的抽象。与实际的物理系统相比，用户在这个抽象模型上可以更高效、更节省、更灵活、更安全地对物理系统进行了解和设计。

2.系统分析与模型的建立

模型的建立分三维立体模型的建立和仿真面板的制作。免费论文参考网。对模型的建立本系统采用3D MAX建模工具对模型进行几何建模和行为建模。利用3D MAX软件来进行三维建模和纹理贴图，生成一个高逼真度的所需模型。首先我们用3D MAX建立夫兰克—赫兹实验仪、示波器、微机以及实验室模型，并在3D MAX中进行贴图，使所做仪器仿真度更高。

对于仪器面板，本系统采用的是GL Studio软件进行建模制作，比如夫兰克—赫兹实验仪的面板、示波器面板和微机显示屏上的显示画面都是用GL Studio来制作完成的，制作流程如图所示：

在第二个过程中，图片处理的结果是面板美观形象的决定性阶段；第三个阶段则是本实验仿真的决定性阶段，因为实验的操作响应、交互实现、实验现象的再现都是在这个过程完成的。这一过程又可分为三个部分来完成：（1）是夫兰克—赫兹实验的手动操作，这在GL Studio中一个面板内既可完成；（2）是利用微机采集数据来自动完成实验，得到实验数据并在V—I图中自动绘制数据曲线，在这个过程当中，可以在GL Studio中分别生成夫兰克—赫兹实验仪的面板和微机显示器面板的动态库，把它们作为元件在导入到另一个GL Studio中进行互联；（3）是将数据输出到示波器形成V—I曲线，这个过程的制作方式与第二部分相似。在第四个过程中主要是集成过程，Vega是MultiGen-Paradigm公司开发的一个面向对象的著名的虚拟现实平台，它包括图形环境Lynx，一套可以提供最充分的软件控制和最大程度灵活性的完整的应用编程接口，一系列相关的库和Audio Work2实时多通道音响系统。Lynx是Vega提供的带有图形用户界面工具集，并通过设定参数与相互间关系，可以实现简单的仿真应用程序，同时为虚拟系统的开发提供必要的支持，如模型、场景和交互设备等。

3.实验的最终集成

在单个物理实验完成之后，要把它们集成到统一的系统当中，我们的系统是用Visual C++作为软件平台进行集成。在VC中完成操作界面和目录，点击各个目录进入各个独立的物理仿真实验当中由于各个实验是独立的，因此过程的制作相对简单。

结束语

本文提供了一种使用3DMAX、GL Studio和Vega进行虚拟仿真系统开发的方案，这个方案是基于微机平台设计的，具有较好的通用性，它不受实验仪器的限制，给学员提供了一种较好的练习和复习的手段，其仿真度高，是其他预习和复习手段所不能代替的。

参考文献：

[1] 张秀山. 虚拟现实技术及编程技巧.国防科技大学出版社.1999

[2] 曾芬芳. 虚拟现实技术.上海交通大学出版社.1997

第8篇

关键词：建环专业;实验教学;虚拟仿真

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）05-0106-02

引言

虚拟仿真技术是20世纪末才兴起的一门崭新的信息技术，能够模拟真实设备或系统的工作过程，具有信息量大、生动形象、身临其境、实时交流等特征。虚拟仿真实验教学是虚拟仿真技术在教育领域的应用，是高等教育信息化建设的重要内容[1]，促进当前教育模式、教学方法和学习方式的深刻变革。

建筑环境与能源应用工程是一个典型工科类的专业，在人才培养中普遍存在“重设计、轻实践”等问题，强化专业实验教学内容，培养应用型、复合型和创新型的实用人才，是社会对建环专业教学改革的迫切要求。将虚拟仿真技术的引入到建环专业实验教学中，解决目前实验教学中的存在问题，提高建环专业人才培养质量，是值得研究和探索的课题。

一、建环专业实验的教学现状

目前，建环专业实验教学基本上是传统模式[2]，存在实验课时少、教学内容陈旧、实验教学方法和手段单一等诸多问题。实验类型多以验证性、演示型为主，学生学习被动，往往敷衍了事。为了改进实验教学效果，很多学校做出积极探索和改革[3-4]，如独立设置专业实验课程、改革实验考核模式、开设创新实验、增加生产实习等。虽然这些努力对提高实验教学质量起到了一定作用，但是，建环专业实验教学改革发展中存在瓶颈：

1.受实验室条件限制，很难开设交叉性专业实验。

暖通空调系统形式多样、构成复杂、设备庞大、维护费用高，受实验室空间和资金的限制，很难建设较为综合的暖通空调实验平台，使学生对系统整体性和在工程中的实际运行缺少全面性认识。

2.受生产与安全条件限制，生产实习教学效果很难达到预期要求。

为了弥补交叉性专业实验的不足，很多学校加强了生产实习环节。但是，由于实际工程环境复杂、危险大、操作安全要求高，企业出于经济效益和安全考虑，不可能同意把在工程现场进行实验教学，只能是走马观花的参观式教学，实际教学效果不佳。

3.受师资力量和实验设备限制，实验教学质量大打折扣。

大多数学校建环专业每年招生2个班以上，有的学校甚至达到4个班。当学生人数多时，而师资力量有限、实验设备数量有限时，如何安排好学生进行实验，并且能够激发学生主动性、积极性是一件非常困难的事情。

二、建环专业虚拟仿真实验教学的必要性

虚拟仿真技可以生动形象地复现各类复杂的暖通空调系统，有效解决建环专业实验改革的瓶颈问题。虚拟仿真实验不受实验室条件的限制、生产与安全条件的限制、师资与实验设备的限制，可以实现在课堂和实验室中无法实现的教学过程，拓展实验类型，开展丰富多样的专业交叉性、创新性实验。

建环专业开展虚拟仿真实验教学，将带来如下优势：①能营造出一种仿真式与交互式的实验环境，不用考虑实验室面积、投资、运行、维护费用，使得实验经费大大降低。②能展现建环专业的最前沿技术，扩展实验项目。③扩展实验内容和深度，突破课堂教学难点。④去除了繁杂的实验准备工作，节省去人力、物力，更有效利用师资力量。⑤可以反复训练，为学生自主学习提供平台，提高学习兴趣，促进主动思考。

对于实践教学而言，不同层次的实践教学可以用不同层次的虚拟仿真技术进行模拟。在专业基础课程中的实践教学可以使用简单、高效、成本低廉的传统仿真技术来完成，对于专业核心课程的实践教学或综合性实验，可采用虚拟现实系统来实现。

三、建环专业领域的常用仿真技术

仿真技术以低成本、高开放性和广泛适用性等优势，已经在建环专业相关的科研领域有了广泛应用和研究，很多仿真软件被用于暖通空调的仿真建模，主要分为以下三个方面：

1.建筑室内环境的仿真。主要有Fluent、Airpak、Phoenics和Flovent等软件，其中Fluent和Airpak最具代表性。Fluent软件包含丰富而先进的物理模型，能够准确模拟所研究对象内的空气流动、传热和污染等物理现象。Airpak则是专门面向HVAC领域的室内环境仿真软件，在功能上没有Fluent全面，但是比Fluent更易于建环专业人员使用。

2.建筑或空调系统能耗的仿真。主要有EnergyPlus、DeST、DOE-2和BLAST等软件，其中EnergyPlus和DeST在我国应用最多。EnergyPlus吸收了DOE-2和BLAST的优点，采用集成同步的负荷/系统/设备的模拟方法。DeST基于状态空间法理论，利用多区热质平衡算法和三维动态传热算法模拟建筑能耗。

3.暖通空调系统性能的仿真。主要有TRNSYS、SIMULINK、HVACSIM+和DYMOLA等软件。TRNSYS模块化结构的动态系统模拟软件，内置了200多个功能性子程序，目前应用最为普遍。DYMOLA是基于方程式的多物理系统模拟软件，能够很好解决因果类仿真平台的代数循环问题，而且具备将建模和数值方法的理想解耦，适用于开发复杂的空调系统仿真模型。

可见，仿真技术已经在建环专业科研领域有广泛应用，可以模拟建筑室内复杂的热环境，仿真各种复杂的空调系统，为暖通空调虚拟仿真实验的开发奠定了技术基础。

四、建环专业虚拟仿真实验教学的发展状况

仿真技术是用来构建仿真系统的物理模型，真实反映出实际系统的特性。对于虚拟仿真实验来说，必须有交互式界面，通常用Vega、U3D、Eclipse、CATIA、WebBuilder、Visual Studio、LabVIEW等软件平台开发，使学生可直接参与，探索仿真对象的变化过程。目前，虽然建环专业领域的仿真研究很多，但主要应用于科研领域;建环专业的虚拟仿真实验研究相对很少，尚处于初步探索阶段。

美国可持续建筑性能研究所开发了LearnHVAC软件，如图1所示。学生可以对空调系统进行模拟操作，包括短期控制模拟，长期能耗模拟，分析系统故障。教师可以自定义暖通空调系统的模拟场景，对学生的实验进行管理。目前，LearnHVAC只是可发了变风量系统一项实验内容。

在国内，山东建筑大学开发了太阳能系统、地源热泵系统等虚拟仿真实验软件，只侧重于对原理的认识和体验，实验功能简单;合肥工业大学杨善林教授将组件技术应用于中央空调的计算机仿真培训系统研发过程中，其开发方法能够对虚拟仿真软件有一个很好的参考作用[5];湖北工业大学以BIM技术、信息技术为支撑，组建了绿色建筑全生命周期虚拟仿真实验教学中心[6]。

目前，虚拟仿真实验教学已经逐渐得到重视，很多大学已经开展了相关调研，建设虚拟仿真实验室、开发虚拟仿真实验项目、研究虚拟仿真教学方法等工作已经逐步开展。

五、结束语

虚拟仿真技术是当前高等教育的重要教学手段，虚拟仿真实验建设必将推动建环专业实验教学发展，如何与传统实验项目有机结合，设置合理的实践教学计划，开发创新性虚拟仿真实验项目，提高人才培养质量，将是近年来建环专业实验教学改革的重点内容。

参考文献：

[1]李平，毛昌杰.开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设提高高校实验教学信息化水平[J].实验室研究与探索，2013，32（11）：5-8.

[2]赵丽娜，贾永明.建筑环境与能源应用工程专业实验考核模式和方法的研究与探索[J].化工时刊，2015，29（3）：56-58.

[3]熊军，刘泽华，罗清海，等.工程应用能力的实验教学改革研究――以建筑环境与设备工程专业为例[J].高等建筑教育，2011，20（1）：158-161.

[4]陈世强，张登春，于琦，等.建环专业测试技术实践教学环节研究[J].高等建筑教育，2008，17（1）：118-121.

第9篇

参考文献是说作者在写作或者编辑论文的过程当中引用相关学术研究信息来源，作者在引用前人的劳动成果时，在文中引用的地方要做上标注，最后在论文的末尾依次列出参考文献，下面是学术参考网的小编整理的关于数控毕业论文参考文献，欢迎大家阅读借鉴。

数控毕业论文参考文献：

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[3]刘永久.数控机床故障诊断与维修技术（FANU系统）[M].北京：机械工业出版社，2011.

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[5] 李永祥，王峰，兰菲，等.虚拟仿真系统教学法在数控教学中的应用[J].浙江师范大学学报：自然科学版，2015（3）：326-331.

[6] 邓岐杏，陈伟珍，张海明.数控课程项目化教学中数控仿真系统的应用[J].广西轻工业，2011（12）：133-134.

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[5]周汝德.大理州中等职业教育现状分析及对策探讨[A].农业职业教育改革创新与发展--云南省农业教育研究会2011年学术年会论文汇编[C].2011.

[6]杨锐英，刘福军.云南省中等职业教育现状调查与分析[A].农职业教育与经济社会发展——云南省农业教育研究会2010年学术年会论文汇编[C].2010.

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第10篇

论文摘要：运用虚拟现实仿真 (VRS)进行实验教学是激发学生学习兴趣的有效途径。针对大学生的学习特点，分析了传统教学方法的不足，探讨了基于虚拟现实仿真的“生产与运作管理”实验教学的特点、内容和形式，有助于高校教师优化教学过程，提高教学质量和教学效果。

纵观我国工商管理本科专业人才的就业去向可以发现，毕业生就业去向大都是金融业、政府机关和高校，极少有人自愿去制造企业工作，即使到了制造企业，也只愿意去财务或营销部门，而不愿去生产管理部门，原因是生产管理部门的岗位工作环境较差，待遇较低，付出多，导致集中了企业绝大部分财力、人力、设备及其他资源的生产系统受到冷落。在这样的人才使用环境中，学生对于与生产管理相关的课程自然就不重视。然而，从工业发达国家看，近年来，纷纷将注意力转移到生产领域，企业界和学术界也都开始重新审视企业内部的生产系统及其管理理论，将生产战略问题作为企业经营战略的重要组成部分来研究。可见，创新教学方法，增强学生学习 “生产与运作管理”课程的兴趣，具有非常重要的现实意义。

1 生产与运作管理课程的教学调查和教学方式的分析

1．1 教学调查

在浙江省精品课程 “生产与运作管理”的建设过程中，为了有针对性地开展课程教学方法改革，我们就本课程的学习，于2007年对我校 04级工商管理专业40名学生做了一次调查，得到如下结论：

(1)由于学生没有实际工程背景，缺乏对企业生产与运作管理的感性认识，对于生产与运作管理的一些理论和方法理解有一定困难；

(2)学生对生产与运作管理课程的认识存在误区，对相关理论知识掌握不熟练，对未来是否从事生产管理工作信心不足，导致学习该课程的动力不足：

(3)随着非制造业在国民经济中地位的提升以及制造业和非制造业现实的工作性质、工作环境和条件、工资待遇等方面的差异，决定了学生对以制造业为主体的生产与运作管理课程热情不高；

(4)学生对传统的案例讨论、观看录像、企业参观、专家讲座、计算机辅助教学等教学模式基本认可，但是对创新教学方法和手段的需求更为强烈。

1．2 教学方式分析

生产与运作管理是一门实践性、操作性强的课程，教学 的关键是让学生产生 “真实感”。教学方式除了课堂授课外 ，传统的教学方式主要有如下几种 。

(1)观看录像。这种方式比较简单，国外教材都配有相应的录像教学光盘，学生通过观看录像了解国外先进企业的生产与运作管理经验。比如针对质量管理专题，播放美国著名酒店的全面质量管理录像；讲授 5s现场管理，播放一盘有关现场改善的录像；讲到供应链管理、库存管理时，根据需要选择相应的录像播放。

观看录像这种方式存在 2个问题，一是现有录像大多是英文版，录像的对话比较快，多数学生听不清楚。另外，录像内容以综合性为主，缺乏针对国内生产管理的专题教学光盘。

(2)参观企业。这是一种比较好的理论联系实践的学习方法，能够让学生真实感受到企业的实际生产隋景，并对照所学的专业理论知识加以思考。比如，针对绍兴纺织特色，选择了纺织印染企业作为参观对象，让学生到生产车间看设备布局、生产流程、生产计划与调度、质量控制、现场改善与员工的班组建设等基层运作管理。

这种方法在实施中存在困难，主要是没有建立固定的教学基地，与企业没有稳定的关系；而且，随着学生人数的逐年增多，许多企业对学生参观不感兴趣。

(3)邀请企业专家讲座。对于某些实务性、技巧性比较强的内容，如生产调度、员工指派、班组建设、现场改善等，请企业专家结合自己的工作实际，现身传授管理技巧和经验，比任课教师讲效果好，印象深。

与参观一样，邀请专家也存在一定困难。由于企业的工作繁忙，很难保证企业专家能按照课程的教学时间来安排讲座，这样很有可能打乱教学计划。

(4)案例讨论。教学案例一方面可以增加学生的实践知识，另一方面帮助学生深入理解相应的教学内容，提高学生分析问题、解决问题的综合能力。生产与运作管理课程案例不同于其他管理课程的案例，它的特点是需要生产与运作管理理论知识作基础解决实际问题。比如：生产能力规划案例只有在学习完生产能力查定办法相关理论的基础上，才能进行案例分析；库存管理案例的中心是解决库存问题，如果不了解库存管理理论，是很难进行案例讨论的；又比如网络计划案例，在讨论的时候，学生首先要对网络计划技术有所了解，然后才能进行案例分析。

目前好的生产与运作管理案例不多，主要问题是：案例篇幅太长，描述性内容多，真正反映生产与运作管理的实际数据和实际场景模拟少，教学效果不佳。

(5)传统的计算机辅助模拟实验教学系统(实验教学软件)。采用计算机和多媒体辅助实验教学，教师可以精心设计教学内容，使复杂问题简单化，繁琐问题条理化，抽象问题具体化，具体问题概括化，使教学过程以直观的形式达到人机一体，便于围绕某一学习主题进行密集、快速的活动，同时增加了课堂教学的密度和广度。目前本课程中常用的实验软件主要有物料需求计划／制造资源计划实验 (MRP／MRP II)、项 目进度计划实验 (PERT)、质量管理实验 (排列图、因果图、直方图、控制图)、工作分析与工作研究实验等。

从近年来的实施情况看，学生对这种传统的计算机辅助实验教学开始产生视觉疲劳，兴趣逐步减弱。原因在于某些实验教学软件只是教学形式的变化，更多的是将重点放在了生产与运作管理活动教学模型的求解上，而对于更为重要的企业业务流程分析、经济模型构建与咨询诊断等功能没有真正体现。实验过程中，学生只要记住几个参数，并输入到软件规定的相应位置，就可以得出实验结果，不能真正起到培养学生知识运用能力和创新能力的目的。另一个主要原因是该课程实践性很强，而高校教师普遍缺乏企业生产管理的实际经验。某些教师一直从事教学工作，没有企业的从业经历，或者即使有一定的生产管理的实际经验，也由于长期在高校从事教学和学术研究，对企业目前生产运营中的某些实际问题的了解不够深人。由于实际管理经验的缺乏，教师容易在教学中造成理论和实践脱节、枯燥和不生动等问题。

2 虚拟现实仿真技术在“生产与运作管理”教学中的应用

随着管理思想的发展和新技术、新方法、新成果的不断涌现，生产与运作管理学科的范围和内容在不断拓展，仅仅依靠人的经验及传统的计算机技术难于满足越来越高的要求。基于现代计算机技术及网络的虚拟现实仿真技术，已经广泛应用于电力、交通运输、通信、化工、核能等各个领域。借助虚拟现实仿真技术进行本课程的实验教学，对企业业务活动进行多维仿真，给学生产生各种感官信号，使学生有身临其境的感觉，并能使学生与虚拟现实环境之间进行多维信息的交互，从定性和定量结合集成的虚拟环境中获得企业生产运作活动的感性和理性认识，体验、接受和认识客观事物，深化对概念、原理和方法的理解，进而提出设计创意。在制造业生产系统的规划、设计、运行、分析及改造的整个生命周期，都可以使用虚拟现实仿真技术进行实验教学，具有代表性的主要有如下几种。

(1)用于产品研发的仿真实验。产品研发过程可分为概念设计、细节设计、评审和再设计阶段。每一阶段又可以细分，如详细设计可分为总体CAD、零部件 CAD、计算机辅助工程、可制造技术、可装配性设计等。产品研发过程的仿真实验就是对上述活动进行模拟，让学生从进度、资源和成本等指标进行综合分析，选择集成的最优方案。

(2)用于车间设施规划和布局的仿真实验。根据车间之间和车间内部空间的组织方式，采用虚拟现实仿真技术模拟各种方案，判断车间整体布局是否能满足车间调度要求，车间设备是否得到充分利用，负荷是否比较平衡，物料处理系统是否能够和车间的柔性程度相适应，生产制造运输费用是否合理等。例如在流水线生产系统的仿真实验中，运用WITNESS仿真软件模拟流水生产过程，加深学生对流水线组织设计与技术设计的理解和掌握，让学生学会对流水线进行控制。目前国内外用于辅助车间生产系统设计的仿真软件有 PURDUE大学开发的 GCMS，System Modeling公 司开 发的 SIMAN／CINEMA，Auto Simulation公司开发的 AUTOMOD／AUTOGRAM和清华大学开发的 IMMS等。

(3)用于车间生产调度的仿真实验。车间内部的生产调度问题包括：确定工件的加工路线，确定工件在机器上的加工工艺和加工时间，选择运输路线和工具，指派加工工人等。生产调度仿真实验就是对这些调度问题进行分析和评价，目前已经有一些成熟的软件可用来仿真调度问题，如 Autosched、JobTimePlus、FACTOR、FACTOR／AIM和 SIMNETD等。我国也已研制开发了用于车间调度层面的仿真软件，如南开大学研制的JobShop，清华大学与航天部204所等单位开发的工厂仿真调度环境FASE，以及在此基础上开发的智能规划调度系统等。

(4)用于物流与供应链管理的仿真实验。从生产线到车问到整个工厂，再到供应链系统的库存、瓶颈、流程、协作和信息共享等方面，通过仿真可以快速改变和优化系统的流程逻辑和决策数据的灵敏度分析。如：在物流系统中配送路线的优化实验中，运用 WITNESS软件的设计功能，根据规划与物流分析的主要内容，以物流系统中运输成本最小为目标，设计物流系统中的配送路线，使整个配送路线最优，从而达到运输成本最低；在垃圾回收物流仿真系统设计实验中，仿真程序研究如何设计物流系统，使收集系统在满足时间约束、载重约束的条件下，使垃圾处理公司的物流总成本最低。系统涉及的指标主要有车辆载重量、随车工作人员数和客户满意度。

总之，虚拟现实仿真技术在制造业的应用已经贯穿于产品设计开发、生产计划制定、加工、装配、测试和销售的整个生命周期。

除了上述单一企业的生产管理的虚拟现实仿真技术外，用于虚拟企业业务流程集成的虚拟现实仿真技术正成为仿真技术研究的热点。比较典型的仿真实验软件是 CIM—OSA，在应用 CIM—OSA进行供应链分析与设计时，系统描述了2个仿真工具的开发和设计。其一是在 Arena仿真平台上开发的单机后勤仿真器，其二是基于 Internet的虚拟企业内供应链集成仿真环境。在基于 Internet仿真器的功能设计上，每个供应链模块包括在线的Intemet应用和离线的信息管理 2个模块。Intemet系统在通用的www环境下进行开发，以支持各类广泛应用的Web服务器和浏览器。根据不同供应链伙伴的不同需求，如在线订购和在线库存量检索等，它们的应用系统将有所不同。

另外，虚拟现实仿真技术的应用也正在向服务业不断渗透。目前许多高校在生产与运作管理的实验课程中，都安排了服务业的相关仿真实验，代表性的是采用 Lanner公司提供的世界领先的仿真工具 WITNESS。通过 WITNESS对实际商业系统 (工业工程、制造工程、运作管理、供应链与物流、战略管理、业务流程)的建模和仿真，让学生了解不同制造业、服务业的运作流程。通过 WITNESS模型的交互菜单，学生可以作出不同的管理、运作流程项目的设计，并能够及时运行和获得系统的效果，给学生提供深刻的流程体验，使学生能很好地完成生产与运作管理课程的各项设计任务，达到真正提高教学效果的目的。

3 结束语

生产与运作管理是一门实践性很强的课程，从增加现实场景模拟、加强课堂师生互动、强化理论与实际结合等方面不断创新多样化的教学方法，对学生进行实践技能和科学研究方法的训练，不仅有助于学生巩固课堂所学知识，加深对生产与运作管理基本概念、基本原理和分析方法的理解，掌握从事企业生产与运作管理活动的基本技能，而且，能够拓宽学生的知识领域，锻炼学生的实践技能，培养科学严谨、求真务实的工作作风。

参考文献（References)：

[1]王晓燕．案例教学法在管理类本科教学中的应用研究 [J]．武汉科技大学学报：社会科学版，2007，9(4)：412．414．

[2]陈志祥．MBA《生产与运作管理》课程建设与教学方法研究[J]．教育与现代化，2006(3)：3．8．

[3]许志端．《生产与运作管理》教学中企业参观的课程设计[J]．厦门大学学报：自然科学 版，2003，42 (10S)：144—147．

[4]王亚超，马汉武．生产物流系统建模与仿真 [M]．北京：科学出版社，2006．

第11篇

[论文摘要]在教学中运用虚拟现实技术不但能有效的提高教学效果，激发学生的学习兴趣，而且还能提升教学过程中的科技含量。阐述虚拟现实技术在教学中的重要作用，重点探讨在各基础学科中虚拟现实技术的运用。

一、引言

随着计算机技术的飞速发展，虚拟现实技术已经从前沿的航天、军事领域开始进入教育领域，并涉及高等教育的各个学科。计算机变成实验台，软件变成仪器，网络变成实验室的虚拟现实技术能形象生动地表现各个学科的教学内容， 有效地营造随技术发展的教学环境，提高教学质量。

二、虚拟现实技术概述

虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及显示技术，生成三维的虚拟环境，介入者利用键盘、鼠标等输入设备，或者带上头盔、数据手套等传感设备进入虚拟环境，在虚拟环境中进行实时交互，并且能够感知和操作虚拟环境中的各种对象，获得身临其境的感受和体验。

虚拟现实技术具有沉浸感、交互性和想象力三个基本特征。在具体的教学实验中，学生可以作为主角存在于虚拟环境中，对虚拟环境内的物体进行操作并从环境中得到自然的反馈，而且当学生沉浸在多维信息空间中时，能够主动地获取知识，寻求解答，形成新的概念。

虚拟现实技术以其诸多的优点决定了它在教育领域中的重要作用。一是避免真实实验或操作所带来的各种危险并降低真实实验的实验用品损耗；二是在虚拟实验中可以获得与真实实验一样的学习效果，还可根据实验教学发展需求“引入”新设备，不断对新设备进行扩展。三是彻底打破空间与时间的限制。总之，虚拟现实技术结合多媒体技术和计算机网络，能提高实验效果与效率，充分发挥教学优势。

三、虚拟实验室的实现

虚拟实验室是由虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟实验的实验系统，包括相应实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对象以及实验信息资源等。在虚拟实验室中，学生能够在计算机建立的三维的模拟实验场景中从不同的视角观察一个实验对象，通过鼠标的选择或者拖曳操作便可完成与虚拟实验对象之间的交互。

（一）仿真实验

虚拟实验室实际上就是数字化的仿真技术在实验教学中的应用，一个真正的虚拟实验教学系统的前台是多媒体或是虚拟化的环境，后台是实时仿真的过程。

目前的仿真软件很多，如EASY-T、VT-LINK3.3、SPW、Cadance、Mentor、MatLab、Protel2004、LabView、OpenGL、MultiGen等。在构建虚拟实验时，应根据具体需求，选择合适的开发工具。如何将计算机仿真技术与虚拟化的仪器或多媒体环境有机的结合起来是虚拟实验室建立的关键和核心技术。

（二）支持技术

目前国内外对虚拟实验室的开发大致采用以下几种方法 ：

1．使用JAVA+VRML进行开发。Java目前已经成为跨平台应用软件开发的一种规范，主要讨论对象行为。VRML 是一种虚拟现实建模语言，着重于虚拟场景中对象的特征。采用JAVA+VRML混合编程是实现较复杂动态场景控制等高级交互功能的有效方法。但基于VRML虚拟现实的虚拟实验在制作上较复杂，客户端需要有大量的专业的设备（如头盔、触觉手套等），附加成本较高，并且运行VRML对客户端计算机的性能要求也很高。

2．使用ActiveX控件进行开发。ActiveX技术是Microsoft为适应网络发展的需要而将OLE技术在Internet上的重定义。在虚拟实验室的开发过程中，代码复用性对于持续开发过程尤为重要。可以利用VB、VC++、Delphi、Builder等任何一种支持COM规范的开发工具来进行ActiveX控件的开发。由于ActiveX控件只能运行在基于Microsoft Windows的操作系统，因而移植性和通用性较差。

3．使用QuickTime VR进行开发。QuickTime VR（简称QTVR）是新一代的、基于静态图像处理的实景建模的虚拟现实技术。QTVR可以应用照片、录像或数字图像等离散数据来创建虚拟环境，完成三维空间及三维物体的造型，并实现全方位观察。具有更高的真实感、更丰富的图像和更鲜明的细节特征。QTVR制作简单、周期较短、可控性也很强，对开发一些简单的网络实验教学软件的难度不大。

4．使用FLASH进行开发。FLASH是一种基于矢量的图形系统，具有短小精悍、任意缩放、兼容性良好、嵌入ActionScript脚本功能等特点。而且Flash中的工作组功能极为强大，包含一套新的工作流程，可自动更新Flash网站的数据驱动，从而大大节约了开发者的时间。因此，FlashActionScript是网上教学虚拟实验室开发的最佳平台。

（三）功能模块设计

无论建设哪个学科的虚拟实验系统，从功能模块上均可划分为三个部分。

1．网络服务。用户可通过网络注册个人信息并经过验证后登录虚拟实验系统。登录该系统后学生可自主选择将要进行的实验，并根据实际需要获得相关的指导。

2．仿真实验。采用计算机仿真技术来构建实验模型，设计出用于测试的虚拟仪器设备、实验线路或回路、实验元器件或构件库、判别实验效果的评价标准等。用户选择相关的仿真实验以后，根据提示进行相关的操作，观察实验现象并记录实验结果。

3．数据库。为虚拟实验系统提供相关的数据服务。维护虚拟实验系统的数据信息及用户的相关权限，为仿真实验提供支持。

四、结束语

如何将虚拟现实技术很好地运用于教学中是目前教育领域发展的一个新热点。虚拟现实技术在教学中具有广阔的应用和发展前景。虚拟实验的普及能更好的提高教学效率，优化教学过程，达到更好的教学效果。

参考文献

[1]孙宏彬等，VRML－Java远程虚拟教学平台的研究与实现[J].现代远程教育研究，2003（2）.

[2]许又泉、谭敏生、邓轶华，网络虚拟实验室及其实现方法研究[J].邵阳学院学报（自然科学版），2004（03）.

第12篇

关键词：虚拟现实；计算机仿真技术；建筑工程

Abstract: This paper deals with the application of virtual simulation technology in architectural engineering structure the meaning of teaching, and combined with the reality of the foreground of application of virtual simulation technology.

Keywords: virtual reality; computer simulation; construction

中图分类号：C42文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

1、建筑教学重要性

随着建筑行业发展，建筑市场竞争越来越激烈，建筑企业对人才的要求越来越挑剔，要求毕业生除具备扎实的工程理论基础、合理的工程知识结构外；还要有较强的创新意识及解决建筑工程实际问题的能力。对于建筑类毕业生，要求毕业生到单位就能编制预算和进行工程技术指导及工程质量监督。因此原有以理论教学为重点的教学模式已经远不能适应现代人才市场的需求，必须加强实践性教学改革，注重学生实际能力的培养，使学生毕业后上手快、动手能力强，把学生培养成为单位满意的实用型人才。

2、现阶段传统教学存在弊端

而传统实践性教学环节主要是通过两点进行开展的。1、开展实训项目，如：墙面抹灰、钢筋绑扎等比较简单的实训操作。这种方式可以一定程度上加深学生学习的印象，可以起到一定的实训教学的作用，但是，对于整个工程项目的流程实训则是无法完成的。并且，有些高职院校的实训条件有限，建筑材料无法循环使用，导致实训成本过高，大大影响实训的可操作性。2、带领学生去工地参观。带领学生到现场参观是最为直接的实训教学，也是最贴近实际工作环境的实训教学，但是这种方式也有弊端。比如天气原因有可能导致工地停工，学生无法进行参观学习。另外建筑工地危险因素多，存在很多安全隐患，也会给建筑实训带来一定的问题。

因此，有没有一种方法即能让学生学习到现场才能学到的东西，直观的学习工地上的知识，又能不受天气等环境条件的约束，可以在室内就可以进行多种角度和全过程的实训模拟呢？答案是肯定的，那就是虚拟仿真技术。

3、三维仿真的优点

什么是虚拟仿真呢？虚拟（Virtual Reality)，仿真(simulation)，就是依托计算机通过人的视觉、听觉等进行现实情况的再现。90年代初，美国将虚拟现实技术应用于军事领域，开发有虚拟战场模拟、单兵训练的模拟、诸兵种联合训练模拟以及训练指挥系统等。虚拟现实技术随着网络、经济、社会的发展在各个领域得到了广泛的应用，其中在虚拟建筑施工的应用中，钢结构施工方面的研究显得尤为多。

分析国内外的现状总结得出: 虚拟建筑施工的开发工具有 Open GL、CAD、3ds max、3dsviz、Ansys、UG、Virtools、X3D 等。Virtools主界面见图1，应用于辅助教学的虚拟房屋建筑的系统，目前有学者和专家已经提出，并有部分一线的教师开始着手研究，改革传统建筑教学先进理念、理论和设计相关的论文也在报刊杂志中有刊登，但针对《建筑结构》的虚拟辅助教学系统具体的开发和应用尚处于萌芽状态，笔者也在积极地探索中。

本文所使用的三维仿真主要是利用 CAD、Photoshop 和 3Ds max 在 Virtools 开发平台上开发一款适合于土木工程专业、工民建专业和建筑施工人员岗位培训的辅助教学系统。通过观摩建筑虚拟形成过程的动画展示，自主进行房屋建筑搭建的实践操作，达到学习新知识，复习旧知识的目的。观察形成过程，模拟施工工序的步骤，充分培养学习者把二维图纸三维实物化的能力，使学习者不仅能形象生动观摩房屋建筑形成的过程，而且通过自主构建房屋主体结构的练习使得施工技术的概念得到不断的强化和巩固，并最终掌握相关知识。全面认识房屋构造结构，把书本上的知识统筹、梳理清楚，具体应用在以后的工作中。激发学习兴趣，进行更深入的自主探索房屋建筑施工过程，创造性的理解施工组织与设计，从而更好地掌握《建筑结构》课程的知识内容。

4、三维仿真在教学中的应用

建筑结构虚拟教学系统的建立可以通过计算机虚拟一个可控制的、无破坏性、安全性强、并允许多次重复操作的平台，利用虚拟现实技术的特性，造就桌面式房屋建筑虚拟环境。它不仅能提高教学效果，更重要的是让缺乏实践和观摩条件的学生不受时间、地点等多方面条件的限制，通过屏幕就能够“身临其境”观摩建筑过程，并且通过计算机的虚拟，掌握施工设计的技术，对《建筑结构》中不容易理解的知识点有了更具体的认识。因此，房屋建筑过程和结构的可视化模拟是一个很重要的研究方向，有着广阔的应用前景，具有较高的实用价值和现实意义：

⑴克服了房屋建筑施工现场实习、见习活动在时间和空间的限制，学生可以在计算机平台上利用系统辅助见习，教师针对教学内容进行演示操作等相关的教学活动。

⑵把抽象的理论知识具体化，学生不但可以直观明了的观看整个建筑形成的过程，而且还能通过系统掌握二维图纸三维化识别的能力以及建筑设计能力。

⑶解决了学生由于缺乏现场感观而学习效率底的教学难点，一定程度上摆脱了安全、材料消耗、没有见习场地等方面的制约。降低了实践教学的成本和节省施工所用材料、机械设备、交通等方面的经费。按照教学需求或施工图纸进行反复演示或操作，让学生观看内部构造结构，正好弥补了现实施工中不可“复制、再生、切割”的这一缺陷。

⑷教学系统的运用改变了传统《建筑结构》的教学模式，促使理论教学更有效率、向更加科学化的方向发展，为突破传统的房屋建筑教学颈瓶，提供了良好的条件。

第13篇

This paper studies on the subject of production line, as well as the optimization methods, and then uses the simulation software Flexsim to make a model and simulate on sofa production line of the Sheng'Ao company, at last, analyse the simulation result, then found the bottlenecks of this production line. On this basis, optimize upon this bottlenecks, not only the operating rate improved dramatically, but also the final output increased a lot. Through the application of the simulation technology, a lot of problems in the modern enterprise can be solved, it can also solve some problems that simple mathematical methods can't, and on this basis to optimize it so the problems can be adequately highlighted in order to be resolved.

KEYWORDS: simulation technology、production line、Flexsim、optimize

正文目录

第一章 引言 1

第一节 研究背景与现状 1

第二节 选题的意义 2

第二章 生产线概论 3

第一节 生产线的基本理念 3

一、生产线的概念 3

二、流水式生产线的概念 3

第二节 生产瓶颈 4

一、生产线上的约束 4

二、节拍和瓶颈 4

第三节 生产线评价指标 5

一、生产线最终产量 5

二、操作器的利用率 5

第四节 生产线物流系统仿真方法的优势 6

一、传统生产线物流分析方法 6

二、仿真方法的优势 6

第三章 仿真技术的发展和应用 7

第一节 仿真技术的发展历史及其特点 7

一、仿真技术的发展历史 7

二.仿真技术的特点 7

第二节 仿真技术在生产系统中的应用与分类 8

一.仿真技术的应用 8

二.仿真技术的分类 9

第三节 物流相关仿真软件介绍 10

一、AUTOMOD 10

二、ARENA 10

三、EXTEND 11

四、FLEXSIM 11

第四章 生产线仿真建模 13

第一节 生产线仿真的基本过程 13

一  明确仿真目的 13

二  收集数据 14

三  建立系统的物理模型 14

四  建立系统的逻辑模型 14

五  模型确认 14

六  仿真模型运行 14

七  模型运行结果分析 14

第二节 模型介绍 15

一、圣奥沙发流水线简介 15

二、沙发制造部工艺流程图 15

三、模型实体 16

第三节 模型运行及其结果 23

一、仿真模型 23

二、仿真结果 25

第四节 结果分析以及模型改造 31

一、结果分析 31

二、模型改造 32

三、模型改进后的分析 38

第五章 结论与展望 39

参考文献 40

致 　谢 42

 

第一章 引言

第一节 研究背景与现状

近年来，随着国内外市场竞争的激烈，我国加入WTO，企业面临巨大的挑战。物流的现代化越来越受到人们的关注。传统物流是一个流通与制造过程的附属品，其基本任务仅仅是完成商品流通或制造过程中物料的物理位置的转移，以确保流通或生产过程的正常运行，因此，物流的各个功能环节长期以来是相互分散和孤立的。现代流通与生产过程则是更加注重整体的效益。物流作为一个多因素、多目标的复杂系统，追求其整体的优化是一个复杂的系统分析问题。现代物流越来越多的强调物流的系统化合综合化，现代物流和传统物流的本质区别逐渐显现出来。正式由于现代物流的这一特点，尤其需要运用系统分析的方法对其进行分析研究。

生产线即产品生产过程所经过的路线，即从原料进入生产现场开始，经过加工、运送、装配、检验等一系列生产活动所构成的路线。生产线需要接收和处理大量的产品设计、加工、制造资源等信息，合理调度加工零件。传统的经验分析和人工调度不能适应复杂系统和现代管理的要求。过去，一个企业有十几辆、几十辆车负责产成品的运输。车辆的调度完全依靠管理人员、调度人员的已有经验。今后，企业物流逐步走向社会化。企业要降低成本，缩短供货期，对物流提出了更高的要求。不仅仅满足于车辆的调配，更需要合理选择运输路线、合理配载和返程货物搭载等。而且，由于生产的逐渐多样化，服务的客户化，不再有一成不变的计划生产，市场不断变化的生产和供货，需要管理人员动态调整计划。人工的、经验式的管理必须用科学的控制管理方式代替。系统仿真正是适应了物流系统的复杂化、物流目标的多样化的发展需要。 人们在研究一个较为复杂的系统时，通常可以采用两种办法:一种是直接在实际系统上进行研究;另一种就是在系统的模型上进行研究。在实际系统上研究固然有其真实可信的有点，但是很多情况下是不合适甚至不可行的。这主要有以下几方面的原因:

(1)、需要考虑安全性。在研究重要的，涉及人身安全或设备安全的系统时，不允许在实际系统上进行试验，例如宇航系统，核能系统，航空系统等。

(2)、系统具有不可逆性。有很多系统是不可逆的，例如已经发生的灾害，生态系统等。

(3)、投资风险过大。一些重大的工程项目，重大设备系统很复杂，投资巨大，不允许在实际系统上进行破坏性的实验。

(4)、研究时间过长。多数情况下，在实际系统上研究问题往往需要较长的时间。例如研究复杂的生态系统一般需要数十年;研究一个交通运输系统也至少需要数天甚至数月。

(5)、真实的系统尚未建成。如果希望在系统规划设计阶段评价方案的优劣，显然无法在真实系统上进行。

出于以上主要原因，利用模型来研究系统不仅是必要的甚至在某些情况下是唯一可行的方法。

第二节 选题的意义

生产物流系统是企业物流系统的子系统，同时也是制造系统的重要组成部分。生产物流系统的优化不但可以提高企业生产中物流的顺畅程度、提高生产效率，还可以降低物料搬运成本；进而提高企业的成本、质量、交货期等各项系统性能指标。由于生产系统的复杂性、动态性和随机性，数学解析方法无法对整个生产系统的诸多特征进行建模，也就无法准确地进行投产方案的计算和优化。而系统仿真以相似论、计算机科学、概率论、数理统计和时间序列分析等为理论基础，能够真实地仿真随即时间，实时模拟生产系统的动态特性[1]，再现或预测所需的生产系统特征。

而Flexsim是一套系统仿真模型设计、制作与分析工具软件。它集计算机三维图像处理技术、仿真技术、人工智能技术、数据处理技术为一体，专门面向制造、物流等领域。运用Flexsim系列仿真软件，可在计算机内建立研究对象的系统三位模型，然后对模型进行各种系统分析和工程验证，最终获得优化设计或改造方案。

本文以圣奥有限公司沙发生产线为例，通过仿 真软件Flexsim建立生产线仿真模型，进行物流和调度仿真，瓶颈设备和故障分析与生产线能力评估，为生产线规划与布局及生产调度计划制定提供可靠的科学依据。而用仿真软件做生产线优化还可以可以减少成本，三维效果好，最重要的是仿真优化结果明显。第二章 生产线概论

第一节 生产线的基本理念

一、生产线的概念

产品生产过程所经过的路线，即从原料进入生产现场开始，经过加工、运送、装配、检验等一系列生产活动所构成的路线。狭义的生产线是按对象原则组织起来的，完成产品工艺过程的一种生产组织形式，即按产品专业化原则，配备生产某种产品（零、部件）所需要的各种设备和各工种的工人，负责完成某种产品（零、部件）的全部制造工作，对相同的劳动对象进行不同工艺的加工。

生产线的主要产品或多数产品的工艺路线和工序劳动量比例，决定了一条生产线上拥有为完成某几种产品的加工任务所必需的机器设备，机器设备的排列和工作地的布置等。生产线具有较大的灵活性，能适应多品种生产的需要；在不能采用流水生产的条件下，组织生产线是一种比较先进的生产组织形式；在产品品种规格较为复杂，零部件数目较多，每种产品产量不多，机器设备不足的企业里，采用生产线能取得良好的经济效益。

二、流水式生产线的概念

流水线是指劳动对象按照一定的工艺路线，顺序的通过各个工作地，并按照统一的生产速度(节拍)完成工艺作业连续的、重复的生产过程。

流水生产方式是把高度的对象专业化生产和劳动对象的平行移动方式有机结合起来的一种先进的生产组织方式。

单品种流水生产线又称不变流水线，指流水线上只固定生产一种制品。要求制品的数量足够大，以保证流水线上的设备有足够的复合。

多对象流水生产有两种基本形式。一种是可变流水线，其特点是在计划期内，按照一定的间隔期，成批轮番生产多种产品;在间隔期内，只生产一种产品;在完成规定的批量后，转生产另一种产品。另一种是混合流水线，其特点是:在同一时间内，流水线上混合生产多种产品。按固定的混合产品组组织生产，即将不同的产品按固定的比例和生产顺序编程产品组。一个组一个组地在流水线上进行生产。

第二节 生产瓶颈

一、生产线上的约束

生产线的生产过程是一个按照生产工艺安排的有序过程。因此，可完成生产作业要素受到一定程度上的限制。例如，在安装仪器或者设备外壳前需要装上电动机。进行生产线平衡时，除了考虑优先约束之外还应考虑非生产工艺的约束：      

(1)区域约束。它时与生产工位布置有关的限制，分为正区域约束和负区域约束。正区域约束是指某些确定的作业要素应该彼此就近设置;负区域约束是指作业要素之间相互干涉，在位置上不应靠近的限制条件。

(2)位置约束。在大型的生产线上，如汽车的装配线上，由于产品比作业人员可完成的装配作业空间大，不能完成其周边的装配作业，产品装配作业受到空间的限制。

二、节拍和瓶颈

流程的“节拍 ”（Cycle time）是指连续完成相同的两个产品（或两次服务，或两批产品）之间的间隔时间。换句话说，即指完成一个产品所需的平均时间。节拍通常只是用于定义一个流程中某一具体工序或环节的单位产出时间。如果产品必须是成批制作的，则节拍指两批产品之间的间隔时间。在流程设计中，如果预先给定了一个流程每天（或其它单位时间段）必须的产出，首先需要考虑的是流程的节拍。

而通常把一个流程中生产节拍最慢的环节叫做“瓶颈”（Bottleneck）。流程中存在的瓶颈不仅限制了一个流程的产出速度，而且影响了其它环节生产能力的发挥。更广义地讲，所谓瓶颈是指整个流程中制约产出的各种因素。例如，在有些情况下，可能利用的人力不足、原材料不能及时到位、某环节设备发生故障、信息流阻滞等，都有可能成为瓶颈。正如“瓶颈”的字面含义，一个瓶子瓶口大小决定着液体从中流出的速度，生产运作流程中的瓶颈则制约着整个流程的产出速度。瓶颈还有可能“漂移”，取决于在特定时间段内生产的产品或使用的人力和设备。因此在流程设计中和日后的日常生产运作中都需要引起足够的重视， 注意生产线平衡的持续改善。

与节拍和瓶颈相关联的另一个概念是流程中的“空闲时间”（idle time）。空闲时间是指工作时间内没有执行有效工作任务的那段时间，可以指设备或人的时间。当一个流程中各个工序的节拍不一致时，瓶颈工序以外的其它工序就会产生空闲时间。这就需要对生产工艺进行平衡。制造业的生产线多半是在进行了细分之后的多工序流水化连续作业生产线，此时由于分工作业，简化了作业难度，使作业熟练度容易提高，从而提高了作业效率。然而经过了这样的作业细分化之后，各工序的作业时间在理论上，现实上都不能完全相同，这就势必存在工序间节拍不一致出现瓶颈的现象。除了造成的无谓的工时损失外，还造成大量的工序堆积即存滞品发生，严重的还会造成生产的中止。

为了解决以上问题就必须对各工序的作业时间平均化，同时对作业进行标准化，以使生产线能顺畅活动。“生产线工艺平衡”即是对生产的全部工序进行平均化，调整各作业负荷，以使各作业时间尽可能相近。是生产流程设计与作业标准化必须考虑的最重要的问题。生产线工艺平衡的目的是通过平衡生产线使用现场更加容易理解“一个流”的必要性及“小单元生产”（Cell production）的编制方法，它是一切新理论新方法的基础。

第三节 生产线评价指标

在生产线平衡中，通常可以使用生产线最终产量、工作时间、利用率、空闲率、阻塞率等几个指标来比较和评价生产线平衡的结果，而本文中主要用到生产线最终产量和操作器利用率这两个指标。

一、生产线最终产量

生产线的评价指标之一为该条生产线最终的产量。一般而言，最终产量越多越好，本文中模型改进前后对比的评价指标之一就是生产线的最终产量。不过，现实生活中，企业还是要考虑到生产成本问题。如果生产成本投入很大，相对而言，最终产量增加不多，那么就不一定值得投入更多的生产成本的。

二、操作器的利用率

生产线中机器的利用率也是一个很重要的生产线评价指标，一般利用率较高的生产线比较好。试想，如果一条生产线上的机器大多时间都处于空闲或等待之类的 非处理状态，那就说明这条生产线的利用率不高，存在很大的浪费。本文中模型的第二个评价指标就是机器的利用率，通过模型改造，使得生产线上的各个机器的利用率有大大的提高，充分的使用了其生产能力，没有造成浪费。

第四节 生产线物流系统仿真方法的优势

一、传统生产线物流分析方法

传统对企业的生产流程的优化，主要集中在生产流程、生产节拍和工艺流程方面的优化，且主要由工艺员根据企业现有的规模，建立实体模型，通过改变其中几个瓶颈设备来达到优化的目的。这种优化在很大程度上来说，没有相关理论为指导，多是从生产实际中总结出的一些经验中得出的，常常是局部的优化，可以说只是些修修补补，并不能从根本上解决企业整体存在的问题。针对企业优化问题，目前用的较多的传统生产线物流分析方法是对所研究系统建立起相关数学模型，通过数学工具对系统进行优化。

而对生产线进行分析的数学方法包括有运筹学、系统工程等学科。其内容包含有排队论、目标规划法、模糊综合评判法、层次分析法、关系矩阵法等等。不过类似于这些方法，计算量过大，而且有些时候不一定能得出结果，所以存在一定的弊端。随着生产系统越来越复杂，越来越多采用仿真方法。

二、仿真方法的优势

对于比较复杂的工艺流程，仅用数学方法往往不能发现工艺流程中的瓶颈，因而也无法为系统优化提供依据。因此，需要通过仿真技术的应用，对工艺流程建立仿真模型、设置参数，来实现工艺流程的仿真，从而找到瓶颈，再通过优化方法消除流程中的瓶颈。因为对物流系统的仿真能将制造厂内生产的实际情况逼真的再现出来，并结合虚拟制造、虚拟物流的思想，通过对各种模型设备的工作时间、利用率、空闲率、阻塞率等的分析，找出制约整个系统物流的瓶颈因素，再通过改变相关制约因素来达到系统整体的最优，这不仅有效的解决了传统的数学模型优化不能真实、具体、全面地反映系统运作情况的缺陷，又巧妙的回避了大量不必要的计算，操作起来十分经济方便。

仿真技术综合集成了计算机、网络技术、图形图像技术、多媒体、软件工程、信息处理、自动控制的多个高新科技领域的知识，是以相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行实验研究的一门综合性技术。可有效的解决这种多因素、多目标、多层次的系统优化问题。

第三章 仿真技术的发展和应用

第一节 真技术的发展历史及其特点

一、仿真技术的发展历史

系统仿真是建立在系统理论、控制理论、相似理论、数理统计、信息技术和计算机技术等理论基础之上，以计算机和其他专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假想的系统进行试验，并借助于专家经验知识、统计数据和系统资料对实验结果进行分析研究，做出决策的一门综合性和实验性的学科。

早在几千年前，我们的先人就懂得了系统仿真的基本原理。中国象棋就是用于仿真古代战争的游戏;军事沙盘用来仿真两军对战的战略;建筑中用木模研究实际建筑物的结构与承载性能等。知道20世纪40年代，冯。诺依曼正式提出了系统仿真的概念，随后1952年美国成立了仿真学会，1963年出版了仿真领域最具权威性的学术刊物《SIMULATION》后，系统仿真之间变成了一门独立的学科。

二、仿真技术的特点

系统仿真技术是模型(物理的、数学的或非数学的)的建立、验证和实验运行技术。现代仿真技术的特点可以归纳为以下几点:

(1)、系统仿真技术是一门通用的支撑性的技术。在决策者们面对一些重大的，棘手的问题时， 能以其他方法无法代替的特殊功能， 为其提供关键性的见解和创新的观点

(2)、系统仿真技术学科的发展具有相对的独立性， 同时又与光、机、电、声， 特别是信息等众多专业技术领域的发展互为促进。因此系统仿真技术具有学科面广、综合性强、应用领域宽、无破坏性、可多次重复、安全、经济、可控、不受气候条件和场地空间的限制等独特优点， 这是其他技术无法比拟的。

(3)、系统仿真技术的发展与应用紧密相关。应用需求倩影、系统带技术、技术促系统、系统服务于应用，这是一个辩证的关系。应用需求是推动系统仿真技术发展的原动力， 系统仿真技术应用效益不但与其技术水平的高低有关， 还与应用领域的发展密切相关。大量实例证明， 系统仿真技术的有效应用必须依托于先进的仿真系统， 只有服务于应用的仿真系统向前发展了， 才能带动系统仿真技术的发展。

(4)、系统仿真技术应用正向全系统、系统全生命周期、系统全方位管理发展， 这些都给予仿真技术的发展。

第二节 仿真技术在生产系统中的应用与分类

一、仿真技术的应用

仿真在生产中的应用，主要依赖于生产力发展水平的提高。对简单的生产过程和系统， 以人工操作为主的生产，仿真显示不出其突出的优点。然而，随着生产自动化水平不断提高， 生产系统越来越复杂。生产节奏越来越快，生产管理者对生产改进的每一决策，都需谨慎考虑。措施不当，往往需付出高昂的代价。而正是由于系统的复杂性、快节奏和柔性，要想预测每一种决策给系统带来的后果。已是人的大脑无法胜任的了。仿真技术正是弥补了这一不足，成为现代生产系统的有用工具，成为生产管理人员的得力助手。仿真在制造业中的应用，主要有以下几方面：

1．生产系统的规划设计

在一个新的生产系统建立时，往往要对该生产系统的方案设计进行评价。除了其它的系统设计与评价方法外，仿真是最常用的一种方法。对新系统建立模型，动态运行此模型，从而找到系统方案存在的问题。多次修改参数与运行，可以寻求一个较优的设计方案。

2．物料的管理

复杂、快节奏的生产系统。物料的管理往往是十分复杂的。不同的物料管理策略，会产生不同的效果。策略得当，可以保证生产系统均衡的生产，保证物料适时、适量的供应。反之，会造成生产物流的失调，或出现积压浪费，或出现供料不足。通过物料管理策略仿真， 可以确定出最恰当的物料管理方案。

3．生产系统的协调

多工序、多设备的复杂生产线。各加工工序生产节奏一般是不协调的。这种不协调会严重影响生产系统整体效率。协调各工序的生产节拍，充分发挥所有生产设备和人力资源的潜力， 力求系统生产的总体高效率，是生产中最常见的难题。仿真可以帮助人们迅速 找到生产的瓶颈，通过采取相应措旖，消除瓶颈，协调生产。

4．生产计划摸拟

企业、公司在制订计划时，为了预测计划下达后的效果，一般都采用定量分析的方法，通过分析来评价计划的合理性。仿真是定量分析方法中应用最广泛的。

5．生产成本分析

仿真可以模拟生产的动态过程。如果将成本作为一个基本变量，生产过程的模拟可以得到生产成本的统计性能。改变参数，多次仿真可以寻求降低成本提高生产率的较优方案。

生产线作为生产系统的重要组成部分，仿真技术在其中的应用同样十分广阔，从原料管理，工具管理，生产设备规划，控制生产吞吐等。

二、仿真技术的分类

系统仿真可以有很多种分类方法。

①．按模型的类型可以分为连续系统仿真、离散事件系统仿真、连续/离散混合系统仿真和定性系统仿真;

②．按仿真的实现方法和手段及模型的种类，可以分为物理仿真和数学仿真;

③．根据人和设备的真实程度，可以分为实况仿真、虚拟仿真和构造仿真等;

连续系统仿真和离散时间系统仿真是根据系统状态变化的不同而进行分类的。连续系统仿真是指系统状态随时间连续变化的系统的方针;离散事件系统仿真则是指系统状态值在一些时间点上发生变化的系统的方针。在系统仿真技术的发展历史中，连续系统仿真较早得到发展和成熟的应用。最为成熟的领域包括自动控制，电力系统，宇航，航空等。离散事件系统仿真是随着管理科学的不断发展和先进制造系统的发展而逐渐被重视和发展起来的。目前，在交通运输管理，诚实规划设计，库存控制，制造物流等领域都开展了离散事件系统仿真的理论和应用研究。

物理仿真是建立系统的物理模型。最早的仿真起源于物理仿真，例如航空飞行用空洞实验研究气流对飞机飞行的影响。数字仿真则是通过建立系统的数学模型进行研究。数学仿真又分为模拟仿真和数字仿真。数字仿真就是建立系统的数字模型。由于数字仿真依赖于计算机，并需要处理大量数据，要求能快速计算，因此数字仿真是随着计算机的发展而形成和不断成熟起来的。随着计算机的发展，数字仿真的研究和应用在系统仿真中占有越来越大的比重。

国外工业发达国家系统仿真技术的应用非常普遍。20世纪90年代初，美国提出了22项国家关键技术，系统仿真技术被列为16项;美国国防部提出了21项国防关键技术，系统仿真技术被列为第6项。美国已经严格规定所有重要的武器研究，必须进行仿真实验后才可投入正式生产和使用。

根据20世纪80年代末的统计，比人企业运用系统工程解决管理和决策问题时，采用系统仿真方法的已经超过80%。英国制造业也普遍采用系统仿真方法解决无聊控制、人力配置、调度评估、投资策略以及均衡生产等问题。根据国外应用统计，运用系统仿真油画系统设计规划可减少投资约30%，在库存控制方面科减少库存约15%。

第三节 物流相关仿真软件介绍

一、AutoMod

AutoMod仿真软件是由美国Brooks Automation公司出品，目前最新版本是11.2。 其研发基地位于犹他州的盐湖城，于上世纪80年代开始研发，目前已成为国际上产品较成熟、应用较广泛的仿真软件之一。 AutoMod的应用覆及汽车、家电、造船、化工、烟草、图书等制造业领域，军事、核工业等国防领域，以及邮政通信、港口、航空、仓储、配送、物料操作等物流及其他服务行业和领域。AutoMod是一款比较成熟的离散事件系统仿真软件，可完成对制造系统、仓储系统、物料处理、企业内部物流、港口、车站、空港、配送中心，以及控制系统等的仿真分析、评价和优化设计等。

二、Arena

Arena是美国System Modeling公司于1993年开始就基于仿真语言SIMAN

及可视化环境CINEMA研制开发的可视化交互级城市商业化仿真软件，为不同需求的用户开发有多种产品类型。

作为通用的可视化仿真环境，Arena的应用范围十分广泛，集合覆盖了可视化仿真的所有领域。在物流领域，Arena的应用涉及从供应商到客户的整个供应链，包括供应商管理、库存管理、制造过程、分销物流、商务过程以及客户服务等。在制造过程仿真应用中，Arena常用来进行四个方面的仿真分析:①生产过程中的工艺过程计划、设备布置等;②生产管理中的生产计划、库存管理(如库存规划、库存控制机制)等;③制造过程的经济性、风险性分析，降低成本或辅助企业投资决策等;④各种先进制造模式如虚拟组织与敏捷供应链管理的可视化仿真等。

三、Extend

Extend系统仿真软件是由美国Imagine That公司开发的通用仿真平台。Extend目前有连续、离散、工业和套装四个版本的商业产品。Extend提供了自成一体的集成环境，为不同层次的用户提供了多种工具，并且Extend的模块可以很容易地搭建并组合在一起，大大方便了建模。Extend在众多行业得到企业、学校和政府的广泛认可。其应用领域包括通讯、制造、服务、卫生、物流和军事等行业。

Extend提供了输入建模、运行仿真模型、数据分析等基本功能。Extend提供了模块化的建模功能，用户可以采用软件提供的基本模块，或者自己建立的模块搭建模型。此外，Extend包含了以个基于消息传递的仿真引擎，提供迅速的模型运行机制和灵活建模机制。Extend采用2D的建模与仿真显示功能，建立的模型和方针运行都显示二维的画面。Extend的方针运行支持及时的参数修改，能够及时看到修改参数后的运行情况。Extend也停工了专门的StatFit数据你和功能，辅助用户进行各种类型的输入数据的处理和分析。

四、Flexsim

Flexsim是一款通用离散仿真软件，被用来对若干不同行业不同系统进行建模和仿真。据粗略估计，大约500个Fortune企业中的一般为Flexsim的客户，包括General Mills， Daimler Chrysler， FedEx等一些著名企业。

Flexsim是一套系统仿真模型设计、制作与分析工具软件。它集计算机三维图像处理技术、仿真技术、人工智能技术、数据处理技术为一体，专门面向制造、物流等领域。运用Flexsim系列仿真软件，可在计算机内建立研究对象的系统三位模型，然后对模型进行各种系统分析和工程验证，最终获得优化设计或改造方案。

Flexsim是新一代离散时间系统仿真的有效工具。面向对象的建模方式使得建模过程更为快捷，只需通过图形的拖动和必要的附加程序就可以快速的建立起系统的模型。软件提供了丰富的物理单元，如处理器、操作员、堆垛机、货架等，大大方便了用户的建模。所建立的物理仿真模 型可以用三维动画方式表现出来。

目前，Flexsim软件已经在物流及生产制造领域里成功的进行了多种系统的建模与仿真分析，如配送中心的拣选仿真、仓储出入库仿真、产品库分拣仿真、生产物流系统仿真、高速公路交通仿真、集装箱码头仿真、机场仿真、城市应急系统仿真等。

以下是运用Flexsim成功解决的一些问题：

• 提高设备的利用率

• 减小等待时间和排队长度

• 有效分配资源

• 消除缺货问题

• 把故障的负面影响减至最低

• 把废弃物的负面影响减至最低

• 研究可替换的投资概念

• 决定零件经过的时间

• 研究降低成本计划

• 建立最优批量和工件排序

• 解决物料发送问题

• 研究设备预置时间和改换工具的影响

• 优化货物和服务的优先次序与分派逻辑

• 在系统全部行为和相关作业中训练操作人员

• 展示新的工具设计和性能

• 管理日常运作决策

Flexsim采用面向对象技术，并具有3D显示功能。建模快捷方便和显示能力强是Flexsim仿真软件的重要特点。该软件提供了原始数据拟合、输入建模、图形化的模型构建、虚拟现实显示、运行模型进行仿真实验、对结果进行优化、生成3D动画影像文件等的功能，也提供了与其他工具软件的方便接口。第四章 生产线仿真建模

第一节 生产线仿真的基本过程

        生产线仿真的基本流程如图4-1:

 

图4-1 生产线仿真基本流程

一、明确仿真目的

建立生产线仿真首先要明确仿真的目的，这样才能避免对仿真过程中不必要细节的纠缠，突出问题的重点。

二、收集数据

数据收集包括收集与系统输入输出有关的数据以及反应系统各部分之间关系的数据:包括各个生产线的相互关系、生产时间、准备时间、加工零件路径关系等。这是保证以后Flexsim生产线模型能真正反映真实生产线模型的必要条件。

三、建立系统的物理模型

由Flexsim 中提供的各类资源来模拟生产线设备及产品。

四、建立系统的逻辑模型

通过connect 属性连接各实体， 以及对各实体参数的设置及编程， 实现一定产品加工顺序及不同品种的生产顺序。

五、模型确认

确认是确定模型是否正确代表实际系统，把模型及其特性与现实的系统及其特性比较的全过程。对模型的确认工作往往是通过对模型的矫正来完成，比较模型和实际系统的特性是一个迭代的过程。这个过程重复进行直到认为模型准确为止。

六、仿真模型运行

仿真运行就是将系统的仿真模型放在计算机上运行。在运行过程中了解模型对各种不同的输入数据以及不同的仿真机制输出响应的情况。

七、模型运行结果分析

对仿真结果分析是确定仿真实验中所获得的数据是否合理和充分，是否满足系统的目标要求，同时将仿真结果整理成报告，确定比较系统不同方案的准则、实验结果、数据的评价标准和问题可能的解，为系统方案的最终决策提供辅助支持。

第二节 模型介绍

一、圣奥沙发流水线简介

本模型以圣奥集团有限公司旗下的沙发流水线为实体模型。圣奥现有各类沙发共33款，其中6款为外购产品，25款为自行研发生产，淘汰2款。主要产品类别有: 厚重、气派沙发系列；高层主管(皮质) 稳重、时尚、简约沙发系列；各阶层(皮质及仿皮)贵宾、休闲沙发系列:访客、会客(布艺及皮质)。

二、沙发制造部工艺流程图

  

图4-2  沙发制造工艺流程图

    该生产线的流程为图4-2所示。主要步骤有来料检验、材料入库、开料、钉架、打带、裁绵、裁剪、车缝、喷胶贴绵、成型安装、包装。而开料、钉架和打带是对板材进行处理的。裁绵和车缝是对皮料进行处理的。而各流程的先后顺序以及组合方式就如图4-2所示。

三、模型实体

表4-1 模型实体介绍

模型元素 系统元素 备注

Flowitem 原料 默认生成原料

Processor 

机器 进行不同的参数定义以表征不同机器组中的机器

Queue 暂存区 暂时存放货物的区域

Conveyor 传送带 用来传送被加工对象

Source 原材料库 原材料的始发处

Sink 成品库 原料加工后的最终去向

(一)加工工艺及设备:

开料------根据产品、设计、工艺技术要求画板、用开料锯、带锯将板材锯成所需求规格形状(数量、品质)，机械设备及工具:带锯机、推台锯、横截锯、压刨机。

开绵------根据设计技术、样板要求，用电剪将海绵简称所需求规格的产品部件，机械设备及工具:电剪

裁剪------根据技术设计要求，用裁剪工具将皮料和面料裁成所需规格的产品部件，机械设备及工具:电剪，剪刀

车缝------根据设计技术要求，对各型号的产品进行缝合，机械设备及工具:缝纫机、锁边机、双针机

钉架------根据工艺技术要求，对已开好的料进行拼接，机械设备及工具:马钉枪、直钉枪

贴绵------根据设计技术要求，对已钉好的沙发架加贴海绵、造型

成型------对已贴好绵的沙发进行们皮和组装，对沙发进行初步的成型

安装------根据工艺要求对需要组装的产品进行安装固定以达到工艺要求

包装------根据工艺要求对检验合格的产品进行包装以达到工艺需求。

(二)模型假定:

由于工序较多，所以我将生产线中对板材的操作步骤(开料-钉架-打带)合并为一个过程，简称为板材操作，假定存在一板材处理器，能完成此三个程序。同理，将对皮料进行操作的步骤(剪裁-车缝)合并为一个过程，简称为皮料处理器。由于贴绵过程只有一道，所以就不需要合并。此外，圣奥沙发生产流水线上是一个流程一个人负责的。所以因为我把对板材的处理合并为一个流程，所以设定有1个操作员操作该流程。同理可得，裁绵区1人操作，皮料处理区1人操作。综上，整条沙发生产线所需的操作员共有6人。

表4-2  车间生产线机器与操作人员明细表

机器名称 数量 操作人员数

板材处理器 1 1

裁绵器 1 1

皮料处理器 1 1

喷胶器 1 1

成型安装器 1 1

包装器 1 1

沙发生产线首先从原料仓库取材料。由于生产线流程中有来料检验这一步骤，我假设原材料的产品合格率为99%，即只有1%的产品，由发生器随机发送。而与发生器连接的第一个暂存区是存放合格品的，第二个暂存区是存放不合格品的，进入生产线的原材料是由第一个暂存区发出的，因此就不存在有出现有次品进入生产线的问题。板材处理的总时间为各步骤的总和(即开料时间+钉架时间+打带时间)为702s。裁绵时间为78s，皮料处理时间(即裁剪时间+车缝时间)为367s。当板材和绵料都处理完毕后，以1:1的比例进 行喷胶贴绵操作，该过程处理时间为345s。完成后，与处理完毕的皮料进行成型安装，需要时间380s。最后进行成品包装，需时256s。当上述步骤都完成后，将成品入库。

模型的布局如图4-3:

 

图4-3 模型布局图

 

图4-4  模型透视图

(三)运行时间:

假定沙发生产线是一周7天都工作，每天工作时间为24个小时，采用班组轮换制度进行运作。总计一次仿真时间为168小时(7*24=168)，即604800s(168*60*60=604800s)。

(四)参数设置:

1.发生器source的参数设置为服从正态分布，均值为50，方差为2。

2.操作器处理时间服从常数分布。

3.除了装载废品的暂存区最大容量为1000，其他暂存区最大容量均为100。

4.由于有来料检验环节，我假定来自原料仓库的材料合格率为99%，所以在发生器的临时实体流分页中的送往端进行设定。如图4-5:

 

图4-5  发生器参数设置图

5.设定第一台合成器操作之后实体颜色改为黄色，自定义颜色为(R=255，G=255，B=0)。

6.第一台合成器设置:

 

图4-6  合成器一设置图

 

图4-7合成器一参数设置图

7.第二台合成器处理过后颜色设置为白色，即(R=255，G=255，B=255)。

 

图4-8 合成器二参数设置图

第三节 模型运行及其结果

一、仿真模型

由于本文的模型是以一周为一个模型周期的，因此我们用到Flexsim实验控制器的这个功能，实验控制器的参数设定如图4-9:

 

图4-9  实验控制器设置图

运行中的模型截图4-10。

 

图4-10  运行中的模型立体图

仿真结束时间为604813.30s。

 

图4-11  运行中的模型俯视图

该模型场景运行五次之后，观察的最终产量为860。如图4-12:

 

图4-12  最终产量图

二、仿真结果

(一)板材处理器:

由于在该生产线仿真模型中，我们假设的原料供应是得到充分保证的。如图4-13所示，板材处理器基本上处于满负荷状态，即一直在进行操作。

 

图4-13 板材处理器状态图

(二)裁绵器:

从图4-14可以看出裁绵器有大量空闲，空闲率超过50%。

 

图4-14 裁绵器状态图

(三)皮料处理器:

皮料处理器利用率也不高，大部分时间还是处于空闲状态。

 

图4-15 皮料处理器状态图

(四)喷胶贴绵器:

喷胶贴绵器的工作效率也不高，处理率只有近50%，大部分时间都是在收集。有前面几个操作器的状态可知，由于板材操作器的工作时间过长，导致裁绵器已经工作完成而它还没有操作完成。此外，喷胶贴绵器又是要由板材操作器和裁绵器都工作完后才能将处理过后的材料进行合成，所以它大部分时间都在等待经板材操作器处理过后的材料。

   

图4-16 喷胶贴绵器状态图

 

(五)成型安装器:

成型安装器的状态和上一个喷胶贴绵器状态相差不多，原因也相似。由于皮料处理器工作时间相对不是特别长，且工序只有一道，而喷胶贴绵器以及之前的操作不仅操作时间久，而且工序也有两道，所以成型安装器这里大部分时间都在等待喷胶处理过后的材料。皮料处理过后的材料也得闲置着，等待着进行合并。

 

图4-17 成型安装器状态图

(六)包装器:

由于成型安装器那里大部分时间都在等待，所以会造成包装器大部分时间都是空闲的，只有等待成型安装器安装完成之后才能进行操作，所以利用率不高，空闲率过高。

 

图4-18包装器状态图

第四节 结果分析以及模型改造

一、结果分析

由上述状态图可以看出，由于板材操作器的处理时间相对于裁绵器和皮料处理器的时间过长，所以导致同一层次的裁绵器和皮料处理器的空闲时间太大，操作率不高。而且，由于板材操作器的处理时间过长，导致喷胶贴绵器的大部分时间都在等待它操作完成。连锁反应，最后的成型安装器大部分时间久在等喷胶贴绵器操作结束。这样以来，最后的包装器大多时间都是空闲的。只有前一步骤的成型包装器完成了之后它才运作。

    因此，这条生产线的生产瓶颈就在板材操作器那里。由于生产时间过长，导致整条生产线的利用率不高。其他操作器空闲率过大，利用率很低，而且合成器的大部分时间都是在等待。因此，本文的模型改造主要对板材操作器进行改造的。

下图就可以看出裁绵器后的暂存区十分拥堵。 

图4-19运行中的模型图

二、模型改造

针对上述的结果分析，本文对模型进行以下改造:

(一)由于板材操作器是生产瓶颈，所以在模型中增加一台同类型操作器。此外进行技术革新，使其操作时间简短，改造后每台机器的操作时间为300s。

(二)在皮料处理器之后使用一跳传送带，并设定速度为1m/s。这样就使得皮料处理完成之后不会马上拥堵到暂存区。

模型改造后的立体图如下:

 

图4-20改造后的模型立体图

改造后的模型运行中的图:

 

图4-21改造后的模型运行图

模型运行结果中各操作器的状态:

板材操作器1:

 

图4-22改造后的板材操作器一的状态图

板材操作器2:

 

图4-23改造后的板材操作器二的状态图

裁棉器:

 

图4-24改造后的裁绵作器的状态图

皮料处理器:

 

图4-25改造后的皮料器的状态图

喷胶贴绵器器:

 

图4-26改造后的合成器一的状态图

成型安装器:

 

图4-27改造后的合成器二的状态图

包装器:

 

图4-28改造后的包装器的状态图

最终产量:

 

图4-29改造后的最终产量图

三、 模型改进后的分析

    从上面的状态图中可以发现，各操作器的操作率有明显提高，并且最终产量提高了将近一倍。原先一次仿真结果产量为860。增加一台板材处理器之后仿真后的产量为1586，产量增加了84.4%。这个结果十分理想。因此，在设备和人员方面增加投入，换来产量的飞速增长是很值得的。

改造前后的产量比较:

 

图4-30改造前的最终产量图

 

图4-31改造后的最终产量图

第五章 结论与展望

通过对中国圣奥有限公司的沙发制造车间的生产线调查，运用Flexsim软件进行该生产线的模拟仿真，并设置参数，从最终的仿真结果中发现该生产线的不足。如板材处理器的生产瓶颈，经过仔细分析，最终在板材处理该环节上提高其生产能力，即增加一台板材处理器，分担部分原材料，并且进行技术革新，使得单板材处理环节的处理时间有所剪断。改造后的模型运行结果十分理想，不仅各个操作器的忙闲率有所提高，处理率增加了，空闲率降低了，最明显的改进结果就是其最终产量，由原先的860增加到1586，将近增加了一倍，表明使用仿真软件能够用方便的找出瓶颈，并且可以明显的对比改造前后的结果。

实体制造企业的生产线是一个十分复杂的系统，其决 策变量十分多，并且一般不是单一目标的系统，而是个多目标的系统。此外，会有很多不定性因素，所以单纯的数学方法很难对其进行准确分析并且找出不足。因而对生产线的建模和仿真是必不可少的。Flexsim的特点就是三位可视化效果好，操作也比较简便，实体类型丰富，数据选择也比较齐全，对于生产线仿真十分适合。

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致 　谢

本学位论文是在我的导师曹玉华老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。无论是从课题的选择到论文的完成，都包含了曹老师的细心的指导和不懈的支持。完成论文所需的Flexsim软件正是通过曹老师的帮助才得以使用，对于完成论文中实证部分起到了至关重要的作用。在论文的完成过程中，曹老师给予了我很多的指导，并指正了我在论文写作过程的错误；在论文完成后，曹老师又帮助我查找了论文中出现的错误。在这里谨向曹老师致以最真诚的谢意和崇高的敬意。

第14篇

    论文摘 要:实验室担负着向学生传播知识与技术、培养学生动手的能力和创新能力的重要使命。随着社会经济的发展及教学改革地不断深入, 实验教学在整个教学体系中的地位越来越突出,实验教学模式的改革已经迫在眉睫。本文主要分析了实验教学的传统模式与存在的问题,并提出了提高电子信息类专业实验教学质量的方法[1]。

    0 引 言

    实验教学是学校教学活动的重要组成,教学质量的好坏是对学校人才培养层次与质量的直接体现。实验作为实验教学活动的主要内容, 在改善教学质量方面发挥着不可替代的作用。实验室在传播知识的同时,更重要的作用体现在对学生的创造性思维与想象力的培养上。通过实验教学,学生分析解决问题以及动手能力明显提高。伴随教学改革的日益深入, 实验教学的改革也越来越引起人们的关注,以往的教师灌输式的理论教授方式,学生被动接受的教学模式,已无法满足社会经济发展的要求。当前,社会需要的是主动型、能力为主的人才培养。加强学生创新能力的培养,必须切实转变以往重理论教学轻实验教学的错误观念,重新认识实验教学在学校教学活动中的地位与作用,根据当前社会经济对人才的要求, 改革传统的实验教学模式,改革实验教学手段,优化更新实验教学的内容,切实提高实验教学质量。

    1 实验教学的传统模式与存在的问题

    国内高校工科教育当中,实验教学存在着硬件条件不足、硬件实验条件的发展与技术要求不相符[2],加上近几年高校扩招,实验教学的硬件条件更是供不应求。进一步加大对教学硬件条件的投入,丰富实践教学的内容、加强实验条件的改革及建设,在目看来具有特殊的重要性。面对这种情况,我国的教育主管部门采取了一些推进实践教学改革及建设的措施。如:在全国高校本科的教学水平评估中,实验室基地建设与建设投资及其实验教学改革被列为一项重要的指标。并且,各高校也逐渐开始响应教育部的的这一举动,纷纷实行了“双基”型实验室[2],与此同时,建设了“实验教学示范中心”。当前,传统实验教学模式的缺点主要有以下几点:验证性的实验所占比例较大,与综合性、设计性、创新性实验之间的比例失调;实验模式单一、实验室设备陈旧;实验教学中缺乏先进的实验教学手段。

    2 提高电子信息类专业实验教学质量的方法

    2.1 实验中引入相应的仿真技术来进行虚拟实验

    在实验教学中引入计算机仿真技术,能够充分调动学生主动学习的积极性,培养学生的学习兴趣。同时,教师能够通过计算机技术对学生的实验操作的全过程进行观察,对学生进行良好的跟踪与指导,更好地进行学生实验结果的采集工作,先进科学的教学理念与教学手段对于提升实验教学效果,提高实验教学水平具有重要作用。引入计算机技术后,理论与实验教学,教师教学指导与学生操作、思考融合成一个有机整体。以往传统实验教学中课堂、课时以及实验设备因素的限制作用得到了解决,实验教学更加灵活化,教学内容在时空上得到进一步的延伸,更好地激发了学生进行实验的热情。

    将计算机仿真技术引入到实验教学中,通过相应技术进行的虚拟实验,为学生提供了更为灵活开放的实验环境,能够更好地培养学生在实验过程中独立思考能力,增强学生的的学习创新意识。对于实验教学内容,仿真技术的应用,将虚拟性实验与真实的电路实验整合成有机整体,实验的能动性与趣味性明显提高,同时实验内容的充实,有利于学生综合实践以及探索创新能力的培养。当前,已经有越来越多的高校重新进行了实验室的规划建设,通过计算机仿真技术进行虚拟实验是实验教学改革发展的新方向。将与实验教学相关的计算机软件技术引入到高校实验室中,为实验科研提供了良好的平台,对于激发学生学习的主动性与积极性,培养创新能力具有重要作用。计算机仿真技术的应用,一方面能够改善实验教学条件、充实实验教学的内容,另一方面,还能够明显降低实验成本,提高实验教学的效率。通过单片机的实验教学,能够发现,教学过程中引入proteus仿真软,通过该软件对单片机的硬件系统进行模拟,克服了实际实验过程中硬件电路固定以及实验内容不易改动等因素的限制。实验设计全过程,除计算机外不用再进行任何硬件的添加即可实验,这有力地推动了实验课程教学改革,更有利于学生创新能力的培养。仿真技术的另一重要应用主要表现在学生的业余爱好上,如挑战杯、电子设计大赛等等,学生就能够用计算机来实现仿真,首先用计算机仿真出实验的模型,再在计算机上进行相应的模拟调试,最终用硬件来实现。在整个仿真的过程中,学生可以自由发挥自己的潜能,通过大量的仿真对比,来达到设计目的,也可大胆反复地调试,避免了器件的损坏。电子设计竞赛中,由于proteus开发环的运用,培训过程中不需投入任何硬件的条件下,学生却普遍反映,对于单片机的学习比单纯理论知识的学习更易接受也更易得到提高。事实证明,运用proteus进行系统仿真成功后进行的实际制作,可明显的提高单片机系统的设计效率。此外,远程教学中仿真教学的运用具体重要的意义,对于教学改革是一种很好的尝试[2]。

    2.2 实验中引入Matlab软件内建的Simulink组件技术

    目前,我国开设了电子信息类专业的高校中,大部分都将Matlab软件作为重要的实验教学平台,对定理以及算法进行仿真和验证实验。Simulink组件作为Matlab的重要组成,能够为用户提供一个仿真分析与动态建模的集成系统环境。该环境下,只需利用鼠标进行简单直观的操作,就能够完成复杂系统模型的构建,在此过程中避免了大量繁杂的书写程序。由于 Simulink组件具有适应性强、效率高,结构仿真精细、流程清晰且贴近实际、效率高、使用灵活等诸多优点,Simulink组件技术已经被广泛地运用于处理数字信号与控制理论等复杂的仿真设计之中。同时Simulink能够通过连续、离散采样时间以及两种采样时间混合的的方式进行建模,该组件还可支持多速率系统,不同的系统组成部分的采样速率不同。此外,Simulink为动态系统模型的创建,提供的图形用户接口(GUI) ,使在进行模型方块图的创建时只需通过鼠标单击与拖动鼠等简单操作即可完成,为用户提供了一种更便捷、更直接的创建方式,同时能够立即获得系统仿真结果。

    该组件的这一特性,一方面可以使算法的验证更为简单,减少学生投入在验证性实验中所用的时间,而将大部分精力投入到设计性、综合性试验中;另一方面,可以使学生更快捷的验证新思路、新算法,而不会由于代码调试方面的问题影响了创新实验的开展。以自适应滤波中的经典RLS 算法为例,如果直接采用Matlab编程方式,在进行代码调试时,就会消耗掉大量的精力,代码长度将达到200 行以上。而如果采用Simulink组件模块化设计的思想,只需要鼠标对模型的拖拽,就能以流程图的形式将滤波器搭建起来。由于Simulink提供了丰富的元件库,采用图形化的表示方法,学生在进行算法验证的时候只需调用成熟的模块进行参数设计即可。这样的实验方法事半功倍,思路清晰,参数的调整也十分便捷,广受学生欢迎。由此可见,引入Simulink组件后的实验,既不会影响实验效果,又能够提高实验效率,对学生模块化编程的思想也有较好的促进作用。

    3 结 语

    当前,社会对人才综合素质的要求不断提高,进行实验教学改革已经迫在眉睫,而大学实验教学的改革又直接影响到学生的动手和创新能力。实验教学必须能够跟得上时代的脚步,把计算机仿真技术与Simulink组件技术应用到实验教学中可以充分调动学生主动学习的积极性,充分发掘学生的创造能力,在学习到先进技术的同时,提高学生对社会的适应能力。

    参考文献

第15篇

关键词：综合飞行/火力控制，计算机网络，仿真

 

引言

为了更好地开展现代战机空战中自动攻击引导问题的研究，我们进行了空战自动引导系统仿真设计。本系统应用分布仿真技术、数据库技术和虚拟现实技术，采用DSP、高性能工控机及PC机进行设计，研制了战机空战中自动攻击引导仿真系统，用于自动攻击引导控制律研究与仿真验证。本文从硬件和软件两方面分别予以介绍。

1 系统硬件设计

系统中“我机”除增加了基于DSP设计的飞/火综合控制器，用于实现所设计的引导控制律之外，“敌”、“我”两机硬件组成基本相同，如图1所示。

由图可见，“敌”、“我”双机的硬件结构可以分成两部分：第一部分为模拟座舱，主要由操纵装置及传感器、左/右操纵台和两块大屏幕显示器（视景显示和虚拟仪表显示各一块）组成；第二部分为计算机网络，由仿真计算机、虚拟仪表计算机和集线器组成。论文参考。

1.1模拟座舱

“敌”、“我”双机均可进行人工或自动驾驶。人工驾驶时，进行双机的攻击演练。自动驾驶时，“我机”可以进行自动攻击导引。

“敌”、“我”双机驾驶舱布局相同，驾驶杆、油门杆、脚蹬等操纵部件采用飞机的实装部件，仪表板为虚拟仪表显示器。左操纵台为启动控制、油门杆，右操纵台为驾驶仪状态、气动参数及飞控系统传动比等控制/显示部分。布局如图2。

驾驶杆、脚蹬、油门杆等操纵部件的操纵信号由相应的位置传感器以模拟量形式送至虚拟仪表计算机的A/D接口卡；

启动控制部分包括：系统供电、引导方式选择、自动驾驶仪启动、起落架收放控制、襟翼位置控制及风力、风向选择；

驾驶仪状态由8个带灯按钮和2个拨动开关完成飞控系统各种状态的控制；

气动参数与飞控系统传动比使用20个多圈电位器完成相应参数和传动比的调整。

1.2计算机网络系统

计算机网络系统主要由两台工控机和两台PC机组成，由网卡和集线器（HUB）组成星形网络，实现相互间的数据通信。网络数据传输采用TCP/IP协议，采用Windows Socket的Client/Server模式，实现数据传输的功能。

PC机、工控机及DSP功能如下：

飞行仿真计算机（PC机） 软件任务调度；软件用户界面的输入；各种参数曲线的显示；实时显示飞机的运动状态和视景；支持三种视角（座舱、后视、前视）；网络通信。

虚拟仪表计算机（工控机）硬件调参数据的采集；将飞机的状态实时显示在虚拟仪表显示器上；网络通信。

DSP(飞/火综合控制器)实时解算“我机”攻击引导律。

2 系统软件设计

仿真系统软件平台为WindowsXP，所有软件均建立在该平台上。在软件编写过程中，使用了VC、C++Builder等软件。所有的程序均使用统一变量名形式，程序都为32位代码，提高了与操作系统的兼容性和运行速度。

两台PC机及两台工控机（“我机”与“敌机”各使用一台PC机和一台工控机）通过以太网络联系在一起，完成仿真任务。飞行仿真计算机主要完成飞机气动方程和飞行控制律解算、飞机图像的变换和视景显示；虚拟仪表计算机主要完成控制信号采集和输出，座舱内各仪表（气压高度表、升降速度表、空速表、马赫数表、地平仪、航姿器）的显示。我机的基于DSP技术研制的飞/火综合控制器完成攻击引导律的解算。

仿真计算的步长为10ms，视景刷新率为25F/s，仪表刷新率为25F/s。

2.1 软件结构

所有的软件均采用模块化设计，以便于调试和移植。系统包含以下主要的程序模块：

任务程序模块 人工/自动引导方式选择、参数设定；

接口程序模块 控制量输入及测量信号输出；

方程解算程序模块 飞机气动方程、飞行控制律解算；

DSP程序模块 “我机”攻击引导律解算；

视景程序模块 飞机图像的变换和视景显示；

虚拟仪表程序模块 座舱各虚拟仪表显示。

2.2 各软件模块功能

2.2.1 飞行仿真计算机软件功能

通过网络接收虚拟仪表计算机数据；

实时计算飞机模型的响应及飞控系统输出；

实时显示飞机和视景，支持三种视角（座舱、后视、前视）；

将飞机位置、速度、姿态等状态量通过网络送至虚拟仪表计算机；

显示飞机舵面动作及起落架收放；

关闭仿真程序；

以曲线显示双机飞行轨迹，并可选择送至打印机输出。

“我机”任务系统中飞行仿真计算机软件功能还增加有：通过网络接收“敌机”姿态及速度、高度等信息；与DSP进行数据传输。

2.2.2 虚拟仪表计算机功能

提供软件操作面板，进行各参数设定；

提供人工/自动引导方式切换开关，实现两种引导方式转换；

在硬件方式下通过接口程序采集驾驶杆、油门杆及脚蹬信号的输入；

通过网络接收飞机位置、速度、姿态等状态量数据；

将飞机状态信息通过虚拟仪表实时显示；

显示攻击引导方式（人工/自动）、自动驾驶仪、起落架收/放相应状态；

主要飞行参量以模拟信号形式输出。

2.2.3 DSP飞/火综合控制器功能

实时计算攻击引导律；

与“我机”飞行仿真计算机进行数据通信。

3 主要技术难点及解决措施

3.1 系统运行实时性的要求

程序运行过程中需要进行双机模型仿真、控制律及引导律解算，另外还有控制信号的采集、双机数据的输出及处理，所有这些都需要大量的计算，增加了实时仿真的技术难度。为达到系统实时性要求，在系统硬件和软件设计上均采取了相应的解决方法。论文参考。论文参考。

3.1.1 硬件设计方面

采用高性能的工控主机（P43.0 G CPU, 1024M内存，120G硬盘），提高主机处理能力。

采用高性能DSP（TI公司的16位定点C2000系列TMS320LF2407，性能优良且价格适中）进行控制律和引导律解算。

采用多功能智能型通信接口卡（ADVANTECH研华公司系列产品）：PCL-818H（A/D16路单端或8路差分；DI/O16路）；PCL-727（D/A 12路；DI/O16路）；PCL-711B（A/D8路；DI/O16路）扩展卡PCLD-8115。增强数据处理能力，减小主板CPU负荷。

采用硬件定时中断卡（PIO－D64），减轻软件中断处理负担。

3.1.2 软件设计方面

采用主循环加消息驱动的机制，充分利用操作系统后台处理能力。

采用四阶龙格库塔算法，解算飞机12阶微分方程。

线性化微分方程减少系统处理的数据量。

3.2 飞控系统及攻击引导律实现

飞控系统保证飞机模型的正确实现，优质的飞行控制律设计则是空战仿真系统中的关键之一。考虑到今后对攻击引导律进一步研究的需要，系统允许“我机”实时选择不同的引导律进行攻击引导，以验证各种攻击引导律的优劣，从而实现对“敌机”最优的攻击方法。因此，我们在仿真演示系统的研发过程中，借鉴并采用目前一些成熟的飞控系统仿真和编程技术及成果，在提高研制效率的同时，还大大增强了系统的可靠性与可维护性。

3.3 数据动态刷新与同步

为了进行实时的空战演示，双机的高度、速度、姿态等信息需要及时传输并处理。系统中数据传输采用Windows Socket的Client/Sever模式，此模式可以有效解决网络中资源、运算能力和信息不对称的问题，并且为异步通信的进程建立联系，实现双方数据的同步。

4 结束语

本文针对双机空战模拟实时性及有效性的双重要求，设计并实现了一种基于工控机和DSP的仿真演示系统。该系统充分利用现代计算机技术、自动控制技术和面向过程编程技术，通过对现代战机飞控系统有效模拟，实现研究攻击引导律的完美平台。经反复调试和验证，系统性能稳定，工作可靠，可用于自动攻击引导律工程实现研究。

参考文献

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