時間：2023-09-15 17:32:39
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇計算機仿真技術基礎，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
摘要：在研究生的計算機仿真技術課程教學中，針對機械工程類研究生的專業方向、課程體系的設置以及工科研究生自身特點，為培養研究生的自主學習能力、創新能力以及增強其工程應用意識，通過在計算機仿真技術課程教學的經驗積累，逐步探索出以項目驅動為主要教學方法，通過實踐應用，取得良好的教學效果。
關鍵詞：項目教學法；計算機仿真；創新；實踐
中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）24-0144-02
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⒏妹趴緯逃胂執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。
關鍵詞：計算機；仿真技術；結合探究
中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）13-0253-03
Abstract： with the continuous development of social economy and science and technology， computer simulation technology become in recent years to compare one of the commonly used types of computer. Computer simulation technology in the simulation of the effect of do the effect is more accurate， more real， so is the recognition of the application of the broad masses of the people. Signal as the computer simulation technology in an important way and an abstract expression of the concept， the simulation technology is convert the sight can be seen the true image of these invisible abstract things. Information processing as an important part of computer and in simulation technology is is a significant part of computer information processing is closely linked. So， the computer simulation technology and information processing technology are interrelated， interdependent relationship.
Key words： computer； simulation technology； combination of inquiry
計算機仿真技術是現代社會中用到的最廣泛的的技術之一，發展的速度極為快速，適用人群眾多，無論是生活還是工作，滲透到各個方面。作為計算機技術的一種方式，它的工作原理是以計算機為基礎，加以模擬仿真，達到仿真的再現，將抽象的看不見的形象通過仿真展現出來。目前由于這項技術具有精確的仿真效果，受到各行各業的青睞，在各個領域中都有廣泛的應用。對于計算機仿真技術的研究，一直是計算機技術研究領域的一個重要的話題和工作。對于信息技術而言，也與計算機仿真技術具有緊密的聯系，也是計算機發展領域的一個重要的方面。信息化依靠仿真技術得到抽象化的轉化，進行有關的信息處理的工作。
1 計算機仿真技術
1.1 計算機仿真技術的含義
計算機仿真技術是運用相關的信息進行軟件處理工作，可以對音頻、視頻及圖片等方面進行整理，把現實中的各種事物模擬成計算機仿真的形式，再通過各種信息媒介進行傳達給觀眾。在觀看某個事物時候，如果利用計算機仿真技術觀看，可以有多種視覺的角度進行觀賞，并且可以對環境進行任意的觀察，營造一種實與虛結合的視覺效果。對于讓人們可以多方面的進行交流信息具有重大的意義和作用。
計算機仿真技術有兩點重要的意義。第一，計算機的仿真技術是與一些計算機工程的進行緊密聯系的，缺一不可。計算機仿真技術對于系統的工程的開發，起到了至關重要的作用。第二，計算機仿真技術是一種重要的商業分析信息的工具，在公司的運行中，可以運用計算機仿真技術節約各種投資的成本，降低投資的風險等工作，為企業的發展具有預算和分析的作用。
1.2 計算機仿真技術的應用
計算機仿真技術應用于社會生活中的各個領域，涉及到工作和生活的方方面面，推動了不同的行業的方展方向，為工作帶來了新的發展動力和源泉。對于計算機的仿真技術的應用主要是用于以下的幾個領域。
1.2.1 在教育界的應用
最近幾年，由于教育的不斷改革，逐漸的對學生的實操能力越來越重視，所以對于學生的實際操練的水平就可以用計算機的模擬實驗來進行考核工作。計算機模擬實驗是一種新型的考核項目，利用現代信息技術的各方面元素把教學的內容和指導實踐等合理有效的整合成一個有機體，建立起一個實操平臺，能夠提高學生的學習興趣，提高學生的實踐能力的水平。
這項模擬實驗方式的出臺，活躍了原本閉塞的學習氛圍，把理論與實踐充分的結合了起來，培養了學生的實際操練的能力，對所學習的理論內容能夠進一步的加深理解和記憶。培養學生的全面素質發展。
1.2.2 在運輸界的應用
隨著現代化科技的發展，交通運輸工具早已普及到城市及小鎮的各個街道。由于車輛的不斷增加，交通事故也就常有發生，現在而言，交通方面的安全隱患一直是出于事故發生的主要問題。在運輸的系統中，避免不了三個方面的因素，主體是人，客體是車和路。所以，計算機仿真技術的應用，可以作為分析交通安全的現代化先進的方式。工作原理就是，建立起一個模擬形式的交通路段，在這個交通路段中系統的研究發生事故的原因，并通過對交通事故的分析對交通的安全方面做出評價和探究。
交通的安全仿真系統中，計算機仿真技術是它的最核心的部分。作為該系統的仿真技術，用于交通的安全的仿真技術系統是與其他的一般的仿真數據存在一定的區別的。在對一個區域的交通安全進行評估的時候，交通安全仿真系統必須運用精確的數法和事故率法進行評價，而且還必須考慮到人們的各種思想和行為方面的因素等。對于進行摸模擬的交通路段，交通工具的選擇就可以做任意的選擇，環境設置也沒有固定的要求，盡量把環境設置的真實化。再以一個旁觀者的角度來對交通事故進行分析與探討，通過進行系統的分析得出交通路段的精確的安全評估結果，并為安全事故提供出一個合理的解決方法。
1.2.3 在制造界的應用
計算機仿真技術在制造行業方面也具有較為廣泛的應用。比如，將這一技術運用于汽車制造業，可以為投資進行風險預測，解決成本大、難度高的相關問題。計算機仿真技術在對進氣管內氣體的流動的模擬工作的時候，就可以把發動機工作的整個過程呈現出來，能夠進行較較直觀的描述。計算機仿真技術在汽車流場上的應用，可以模擬出氣流的分離的整個狀態，將抽象的形式表達出來，建立起了一個空氣動力學模型。如果遇到汽車碰撞的狀況，計算機仿真技術可以通過一些相關的數據建立碰撞的數學模型。
1.2.4 在通信業中的應用
隨著通信技術的發展，傳統式的設計方法已經不能夠適用于通信系統的多端的要求。通信系統的仿真技術已經成為現代的通信的手段的重要應用方式。比如說，可以做對通信系統的規劃工作，以及測試它的性能等方面。計算機仿真技術對于通信系統的不同的模塊具有精確的分析性能的作用。
在網絡協議教學中，很難運用傳統的數學來分析它的復雜性。在協議設計的教學過程中間，通信網絡協議中的代碼可以把它設計成為可以得以實現的代碼。所以，在信息的學科教學中，仿真技術在網絡協議的復雜性問題的解決中也有相當重要的作用。這項技術可以做到對一些信息學科進行的網絡教學過程中網絡協議進行合理有的評估工作。另外，如果運用這項技術也能夠避開由于不恰當的分析造成的判斷阻礙。通過對網絡建模工作，實現參數的精確確認，就能夠迅速的把模擬的系統在現實環境中展現出來。所以根據這項仿真技術的應用，可以把教學中的相關評估工作進行改進處理。同時為了考察網絡信息傳輸的及時性和應用的效率，要構建起相關的通信網絡。所以，通過以上可以看出計算機仿真技術對現實生活中的網絡協議仿真具有至關重要的分析和進行評估的作用和意義。
2 計算機仿真技術的類型
計算機仿真技術已經廣泛的運用在各個領域，具有較強的實用性。在對技術上的分析，計算機仿真技術主要有兩種類別。一種是OOS，它是一種面向對象的計算機仿真技術，運用操作目標的對象，把系統的功能和對象充分的運用起來，再通過與對象間的信息進行傳送工作。另一種是DIS，它是一種分布式的計算機交互的仿真技術，它主要是通過計算機的網絡方面的系統進行設備之間的相互連接，形成一個虛擬的仿真環境。
3 計算機仿真技術的技術分析
計算機仿真技術，它的主要核心技術就是計算機平臺的一種虛擬模擬技術，包括了建模的思想，數字化的基礎，以及對圖像的處理技術。計算機仿真技術由于它的仿真技術做到極其逼真，所以這項技術運用的領域也是極廣泛的，具有極強的優勢條件能夠把顯示仿真的效果做到最好。計算機仿真技術的實現方式有幾個步驟：
3.1 建立數據模型
建立起數據模型，是計算機仿真技術建立的前提工作。對于其的建立方式會有兩種不同的方法，一般可以運用演繹法或者歸納法。或者兩種方法結合起來一起運用也能達到對數據模型的建立。在分析法中，第一步工作是把數字化模擬的數據進行分析，將數據模型建立是以實際情況為前提的。建立模型的工作中，先做數據分析的工作，充分的對數據做好分析工作，然后再進行仿真的準備。
3.2 實現仿真模型
在數據模型建立完畢后，就要對數據模型進行程序化的處理工作。在這一工作過程中，要運用很多的編程語言來完成。把它模型化是一個重要而有些難度的工作，必須經過對大量的數據進行分析，然后做程序化的管理，最終才能實現數學模型的建立。
3.3 仿真實驗驗證
通過建立好數據模型，和實現數學模型的仿真，接下來的工作就是驗證仿真實驗。驗證的工作中，是對數據進行驗證工作，進而得到相關的仿真結果。
4 計算機仿真技術的發展
社會科學技術的不斷革新與進步，使計算機仿真技術也要根據時代的需求進行不斷的完善發展，適應社會的發展步伐，與時俱進，才能夠在未來的市場應用中能夠持續穩步的發展。
4.1 計算機仿真技術會與網絡聯系交融
計算機仿真技術現在雖被廣泛的運用在了各個領域，但是目前開發出來的絕大多數都還不能夠交融或者轉移，要實現共享的局面還達不到要求，具有一定的困難性。對于計算機仿真技術的高成本的開發現狀，這還是一個急需解決的問題，關鍵之處就是將計算機仿真技術進一步的擴展到網絡化的層面。這項工作在未來的發展中必將會有更為廣闊的運用前景，首先一點就是可以避開又一次的投資，另外，可以在這項工作進程中獲得一些共享資費。所以，實現計算機仿真技術的網絡化具有重要的意義。
4.2 虛擬制造技術
該領域是計算機仿真技術發展的又一廣闊前景。虛擬制造技術的各項工作的完成，要依托計算機仿真技術的應用，比過程之中的產品的設計，產品出廠和企業的管理工作等等，都離不開計算機仿真技術的應用使其正常運營。另外，虛擬制造已經能夠實現對制造的多維度的進行預測工作，制造技術不再單一。
4.3 計算機仿真技術
該技術是在軟件模擬的實驗下進行的一項科學的實驗。作為一個先進的技術，運用較經濟，安全可靠，并且還可以實現多次的實驗。仿真技術在現代的很多實驗系統中都有所應用，是對系統分析并進行涉及的重要方式。
5 計算機仿真技術與信息處理結合的分析
對于計算機仿真技術，在不同的層面上進行分析以后確切的認識到，之所以這項技術能夠被廣泛的運用到生活和工作的各個領域，就是因為它具有極強的使用價值。在對新的處理方面當然也會有更大的運用意義。在對光的信息的處理上，起著至關重要的作用。
作為先進的信息技術的處理方式，光信息處理的最大的優點在于容量大，速度快和具有并行的特性。計算機技術中的處理二維碼圖像信息的技術，光的信息處理可以對信息的增強處或者一些特別的特征方面進行識別都有很重要的影響作用。現在，有很多的計算機軟件都對信息的處理技術具有深刻的研究和發展。
計算機仿真技術對信息的處理方法還有對軟件的信息處理。例如，matlab軟件是科學計算機軟件的一種，對于信息的處理也具有極強的靈活性，處理的方式涉及到矩陣的運算和信息處理的很多方面。運用此項信息處理是先利用軟件輸入進信息進行的仿真模擬，最后進行可視化信息處理工作。這項軟件輸入快速，運算很安全，而且具有方便的處理信息的優點。
將計算機的仿真技術與光信息處理技術結合起來，仿真技術的功能也會更加的進步與發展。通過將仿真技術和信息處理技術的結合，能夠作為一項很好的信息處理方法。把抽象的信息具體的展現出來，使其實現可視化，對于信息的處理的精確性能夠有更高層次的提升。所以，基于此原因，要做好計算機仿真技術與信息處理的結合運用工作。
因此，計算機仿真技術作為靈活性較強的計算機技術，計算機的應用也主要是對信息進行處理工作。把計算機仿真技術與信息處理結合起來，可以有效的提高信息處理的精確性和工作的效率。計算機仿真技術通過圖像技術或者數學建模思想，進行虛擬的轉換，將現實世界利用圖像的形式表現出來，具有可觀，并可以把抽象的信息具體化，再進行高效率的處理工作，能夠適應現代社會中高效率快節奏的環境。
6 結語
計算機仿真技術在未來的發展道路上，必將隨著時代的進步步伐不斷的完善自己科學化的發展。作為目前應用最為廣泛的計算機技術，在數字計算或是信號通信方面都都有他的獨特的優勢和應用價值。仿真技術中，它將虛擬的抽象世界還原成可視的現實世界。而對于信息處理，它另一方面來說又被大量的植入進計算機仿真技術中。所以，將計算機仿真技術與信息處理合理的結合起來，就具有極強的發展空間，同時有更廣闊的研究價值。
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關鍵詞：計算機仿真 工業工程 實驗教學
計算機仿真技術是繼數學推理與科學試驗之后認識世界自然規律的第三類基礎方法。基于計算機仿真技術的虛擬教學是指利用實物和計算機軟件共同模擬出真實的情境，讓學生在模擬的情境下進行探究和學習。這種教學方法生動形象，接近現實工作場景，有利于提高學習興趣，使學生在短時間內進入相應情境，真實的體驗如在現實中執行任務的感覺，以達到更快掌握技術手段的目的，而且這種教學方法可以利用計算機軟件的優勢創造出靈活多樣的工作場景且不受行業限制，使學生對實踐問題的認識更深入，采用的應對方法更靈活。由此“計算機仿真技術”便成為專業學習及實際應用中的重要方法和技術手段。工業工程作為管理科學與工程的二級學科，其人才培養目標是培養出面向生產、管理、服務的高級專業技術和管理人才，面向的工作崗位主要有制造業現場管理、產能計算、生產計劃與控制、項目管理、精益生產等，以及服務業的流程優化、工作研究等。其中，制造業涉及行業范圍廣、產品種類多、工序過程各異，因此，在教學過程中需要通過一系列系統的實驗項目培養學生專業的問題提煉能力及問題分析能力，并采用專業的技術方法和手段有針對性的對問題本質進行處理。然而，正是由于工業工程方法應用行業的廣泛性及多樣性，使得我們不可能如其他5類工程學科般擁有自己典型的實驗實訓設備，亟需我們在實踐教學過程中探索新的教學方法與實驗支撐技術。
1工業工程實驗課程教學現狀分析
工業工程類實驗課程的教學，在傳統的教學模式中，主要是以“理論課+實驗室”的模式，強調學生對工業工程專業基本方法和技能的掌握與應用，如，工作研究、動素分析、人機工程、物流工程、流程優化、現場改善等基本技能與方法論。傳統的實驗教學過程中，基本上遵照如下流程：首先，引導學生進行以上理論課的學習，使學生知道、了解并掌握這些基本的專業手法與技能；其次，通過開設相關實驗課程讓學生對所學的這些技術方法展開實踐，從而幫助學生達到訓練并養成工業工程專業素養的目的。然而，目前所開設的相關實驗課程均是就某一獨立技術方法而展開的較為單純的技能訓練，如，工作研究的實驗主要是針對動作研究、動素分析、生產節拍平衡開展具體分析過程實踐，幫助學生深刻體會這些基本專業手法的實際應用場合；人因工程，主要是通過系列人因實驗帶領學生親身體驗，感受高度、亮度、顏色、頻繁度、規律度等人因影響因素帶給人視覺、聽覺等感官的切實感受，從而探討基于人因的合理化設計、布局及工作安排；設施規劃布局則是基于物流分析方法，通過物流強度度量，分析部門間的相關性強度，從而為合理布局、物流優化提供有效參考。以上這些實驗均對學生在工業工程專業基本方法技能的培訓上起到了有效效果。然而，卻并未在促進學生養成工業工程職業素養上發揮強化作用。原因在于，缺乏像物流工程、系統工程、系統建模及仿真優化等這類有關工業工程系統設計、管理及優化的主干課程的綜合性實踐項目，要設計出針對本專業基本技能方法的綜合性實踐項目，需要的制造業相關設備、產品品種等數量巨大，且耗費大、成本高，很難從實際操作入手，計算機仿真方法不失為解決此問題的一種有效方法。基于計算機仿真技術的虛擬教學則以其高效率、低成本、內容豐富、性能有效和安全等優勢得到越來越多的應用和推廣。因此，應該將“項目教學”“案例教學”“教、學、做”一體化和基于計算機仿真技術的虛擬教學的方法結合起來，充分發揮各自的優點，提升實踐教學效果。基于計算機仿真技術的虛擬教學很容易與其它先進的教學方法相結合，因此，在工業工程類實驗課程的教學中，將基于計算機仿真技術的虛擬教學與其它教學方法相結合，有助于提高實驗課程教學效果，而且成本低、效率高，使學生可以不受場地、行業、設備與產品的限制，使學生更好的掌握專業技能和方法，并通過基于計算機仿真平臺開發的綜合性實踐項目，鍛煉學生的工業工程系統設計、管理及優化的綜合能力，培養學生的專業素養，從而促進本專業人才培養效果的提升，計算機仿真技術在工業工程類實驗課程的教學中具有重要的意義。
2計算機仿真技術在實驗課程教學中的應用
計算機仿真技術為人們提供了一個理想的實踐教學手段，目前國內外已經普遍將其應用于軍事訓練、課程教學、運動訓練以及醫學研究等方方面面。美國是計算機仿真技術虛擬現實的起源地，現在美國計算機虛擬仿真技術的發展水平也比較高，在這個領域代表了國際先進水平，也是第一個把虛擬仿真技術應用在教育教學中的國家，目前在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件等幾個方面，形成了一個比較系統的虛擬仿真教學儀器架構。如，美國的卡羅萊納州立大學利用Java技術建立了基于Web的探索式虛擬物理實驗室，主要有以下幾個模塊：基于JavaApplet的虛擬實驗設備和實驗設施、相關的實驗課程模塊、實驗結果評價模塊、協作模塊。在歐洲，英國在計算機仿真技術虛擬現實的相關領域處于領先地位，研究出了虛擬仿真軟件包，并應用在教學儀器和工業安全培訓等方面。如，英國的諾丁漢大學在教育和學術方面對虛擬仿真技術進行了研究與探索，其目標主要在于探索桌面虛擬仿真的輸入設備應用上。此外，該小組還和其他學校緊密合作，將其仿真系統應用在了特殊學生教育中。在中國，目前各個大學和科研機構也廣泛采用計算機仿真技術建立虛擬場景進行相關領域的教學與研究。例如：中國科技大學開發出第一套基于虛擬仿真的教學儀器系統——利用虛擬仿真技術進行幾何光學實驗平臺的開發，系統將計算機輔助教學儀器的智能化儀器、計算機技術、虛擬仿真和物理教學儀器等有機結合，把物理教學儀器系統推進到了新的領域；北京潤尼爾網絡科技有限公司以北京郵電大學強勢的網絡、通訊、電子三門學科為基礎，采用JavaApplet技術、B/S結構、J2EE框架，為解決高校日趨緊張的實驗設備及實驗場地等實驗教學問題，由北京郵電大學網絡教育技術研究所組織精英力量，經過多年研究，開發出了配套的虛擬實驗系統。通過對國內、外的基于計算機仿真的虛擬現實教學應用情況進行對比，我們發現：當前，國外基于計算機仿真的虛擬實驗比國內開發時間早，應用相對成熟，不管是在仿真器材還是仿真軟件上都比較豐富、且功能較多；同時，國外很多成熟的仿真實驗產品價格普遍偏高，且技術難度也不太適合本科學生，更適合研究所或工程師使用。盡管如此，我國還是有很多現行的成熟的計算機仿真軟件供我們選擇，這些成熟的仿真軟件具有界面友好、可擴充性、支持二次開發等特性，甚至大多實現模塊化利于定制化實驗的開發，基本上能滿足國內高等院校實驗教學需要及豐富的仿真實驗需求。因此，國內很多高校及科研院所普遍采用購買成熟的仿真軟件產品，基于自身的仿真實驗需求進行對應的二次開發，從而設計出適合自己的基于計算機仿真的虛擬實驗平臺，并得到了很好的應用發展。就工業工程類實驗課程而言，現在市面上流行的仿真軟件，如，Flexsim、witness、em-plan等都能提供給我們一個良好的仿真實驗平臺，供我們在這些平臺上進行綜合性實踐項目的構建和開發。
3基于計算機仿真技術的實驗教學模式開發
在深度分析學生學習特點和企業真實需求的基礎上，基于建構主義學習理論和混合式學習理論，按照社會發展對人才培養的要求，結合計算機仿真實驗教學設計的基本原則，借鑒信息化和項目教學、案例教學設計方法，探索出基于實踐項目、真實案例和工作任務的計算機仿真實驗教學模式，實現了“教、學、做”一體化的實驗設計。該模式由“項目導入、制定計劃、實施計劃和成果展示與評價”4個環節組成，其中，計算機仿真實驗教學貫穿了該模式的所有環節。下面簡單介紹該模式的具體實施方案。
（1）在“項目導入”環節，專業教師的活動包括：借助選定的計算機仿真實驗平臺，導入項目任務及目標、展示項目結果，讓學生對項目有一個直觀的認識，然后再布置具體的實踐任務；利用計算機仿真實驗平臺，讓學生明確自己應當完成的具體任務和完成任務后可以獲得哪些知識以及達到什么樣的技能水平；在充分考慮學生的現有知識和能力水平的基礎上，適當采取分工協作方式，安排具體的任務完成時間及成果的評定方法等。
（2）在“制定計劃”環節，學生的活動包括：通過自主學習、分工協作等方式，對具體實踐項目的目標、任務進行分析；確定任務所涉及的專業方法和技能手段，充分應用已掌握的專業知識和能力，借助計算機仿真實驗平臺，設計出仿真實驗模型幫助決策與優化；確定仿真實驗任務的實施步驟，為仿真實驗任務的實施做好充分的準備。
（3）在“實施計劃”環節，學生的活動包括：在計算機仿真實驗平臺上，按照擬定的計劃，逐步完成實踐項目的仿真任務；在完成實踐項目仿真任務的過程中，學生通過應用所學專業知識和技能，建構自己的專業知識，從而幫助自己養成專業素養。
（4）在“展示與評價”環節，學生的工作包括：在計算機仿真實驗平臺上展示自己的實踐項目仿真成果；參與討論和評價；通過對比分析，學生對自己的實踐項目展開進一步的仿真優化處理。
4結語
將計算機仿真技術與項目教學、案例教學更加緊密的結合起來，能夠更好的實現“教、學、做”一體化，并且，在顯著改善實驗教學條件、提升實驗教學效果的同時，減少了設備消耗，尤其是耗材的使用量，節省了實驗經費，而且克服了時間與空間上的限制，使工業工程綜合實驗課的開課率和學生的專業綜合能力得到顯著提升。計算機仿真技術在專業實驗教學方面的應用前景廣泛,值得深入研究。
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關鍵詞：仿真技術；機械設計；應用
1 計算機仿真技術在機械制造行業的重要作用
計算機仿真也被稱作虛擬樣機技術，設計人員利用特定軟件在計算機上建立模型，通過各種動態性能參數分析來優化樣機方案，不需要大量制造實物樣機，從而用數字化新型技術取代了傳統的實驗方法，并且具有節約資金、安全可靠、方便靈活以及可重復使用等優點。如今在機械工程計算中，為了解決許多復雜系統的設計、分析和實驗等諸多難題，都需要在計算機中建立真實系統的仿真模型，來分析實際系統的活動特征。在研發設計的初始階段，設計人員只需用工具軟件做不同的初始設計并建立起虛擬樣機，就可以對現實的或者假設的系統進行仿真研究和試驗了，監測和改進系統也很便利。仿真技術的引入不僅極大地提高了機械設備研究設計的質量，而且大幅減少了零部件的開發周期和降低了制造的成本。
2 計算機仿真的實現
計算機仿真技術實現的前提是建立符合實際的電腦數學模型和仿真模型，這個過程涉及到圖形學、幾何造型學、數據處理技術和力學等知識的集合運用。計算機系統是無法直接識別和處理研究對象的，所以要產生一個既能被計算機接受又可以呈現研究客體實質的數學模型。
計算機處理這些將真實系統的實質抽象出來的數學模型，并輸出這些模型的相關參數來展示真實系統的某些特質，這種展示也可以是具象的（如三維立體的）。三維立體模型具有更加直觀清晰的特點，所以越來越多的被研究人員所采用。數學模型建立起來以后，計算機仿真的精度將由建模的精準程度來決定。綜上所述，要想實現計算機仿真大體上分為三個步驟：
2.1 模型的創建
針對要研究的目標或問題，首先需要抽象出一個能達到仿真目的的可靠系統，并且要給其加上邊界條件和約束條件。然后，運用相關學科的知識把這個系統通過數學表達式準確地闡述出來，闡述的內容就是計算機仿真的核心――數學模型。數學模型根據時間的關系可劃分為靜態模型和動態模型，而動態模型又分為連續時間、離散時間和混合時間三種；模型分為連續變量系統模型和離散事件系統模型是以系統的狀態描述和變化方式為依據的。
2.2 模型的變換
模型的變換就是把抽象出來的數學表達式轉換成計算機能夠處理的形式，這需要運用適當的算法和計算機語言，這種形式所表達的內容就是進行計算機仿真的關鍵――仿真模型。實現這個過程，既可以根據自身需要研發一個新的系統，也可以把當下市面上已有的仿真軟件拿來直接運用。
2.3 模型的實驗
將創建的仿真模型輸入電腦中，運行仿真模型會獲取一系列的仿真結果，這就是模型的仿真實驗。由于是按照先期設計的實驗方案來運行的，所以仿真實驗是一件很簡單的事情。但是，仿真的結果又應該按照什么標準來衡量呢？這就需要具體辯析仿真結果的可靠性，檢驗仿真結果可靠性主要有兩種方法（置信通道法和仿真過程的反向驗證法）。
3 在機械設計制造行業中計算機仿真技術的廣泛應用
3.1 在齒輪設計研究中的應用
齒輪是機械裝備的主要基礎零部件，研究它的計算機仿真是很有意義的。如運用Visual Lisp語言可以從幾何角度研究齒輪任何端面齒形的建模和傳動仿真；圓弧針齒行星傳動的動力學研究也能運用電腦仿真技術；利用計算機仿真研究了影響正交面齒輪傳動接觸點的主要參數（包括主動齒輪與刀具齒數差、齒數比、模數等）；在齒輪泵的齒輪研發設計中也很好的應用了計算機仿真。
3.2 在機械結構件設計方面的應用
機械產品要由大量的機構組裝起來實現設定好的工藝動作，在進行新產品研發時，這些機構是否能正確地實現所設定的動作，機構與機構之間的運動是否配合得當，機構間是否存在干涉和干涉的部位，怎樣選擇各種機構組合方案來更好地滿足設計標準，這些問題都需要借助計算機仿真來解決。大型的三維機械設計軟件都會提供一個機構運動仿真的功能模塊，在虛擬環境中設計好的裝配體可以模擬演示機構的運動，是一種直觀方便的工具軟件。這種軟件可以依據裝配的關系自行主動來計算機構中的運動副，并能自動增添附加的運動發生器、鉸鏈和彈簧；要進行運動學的仿真只需要設定主運動件就可以了，還能從任何角度來觀察，軟件還能對機構的運動干涉進行檢查，設計人員可以很方便地進行檢查驗證。
3.3 在復雜數值計算分析方面的應用
隨著計算機技術在機械工程中的應用越來越廣泛，以往許多由于條件限制無法進行計算分析的復雜問題，都可以通過計算機仿真得到滿意的解決；另外，計算機輔助使大量復雜的工程計算分析簡單化、層次化，節省了大量的時間，避免了低水平的重復勞動，使計算分析更快、更準確，在新產品研發的設計、分析等方面發揮了重要的作用。機械產品開發的基本過程是概念設計初步設計詳細設計試驗修正設計再試驗，直到滿足產品的要求標準，仿真技術的引入最大限度的減少了材料的浪費和縮短了耗時。對機械產品的動力學模型進行計算機仿真技術分析，可以獲得產品結構的強度應力、剛度應變和變形、動態特性固有頻率、振動模態、熱態特性溫度場、熱變形等參數，根據計算分析能得到容易導致機械出現疲勞失效的風險因素以及其它潛在的問題。
關鍵詞：計算機仿真；綜合性實驗；問卷調查法；效果評價
1.背景
計算機仿真技術中的一些理論和公式建立在實驗、觀察、推理和假設的基礎上，其正確性須由實驗來驗證。計算機仿真技術實驗是計算機仿真技術課程的重要組成部分，研究如何通過計算機進行系統仿真技術的應用性實驗。在實驗過程中，學生用理論來解釋、分析實驗結果，又以實驗結果來證明理論，互相印證，達到鞏固理論知識，學會使用實驗設備，掌握實驗測試技能的目的。
綜合性實驗作為課程實驗教學中的一個重要環節，對提高學生的綜合素質，培養學生的實踐能力與創新精神具有重要作用。通過計算機仿真技術綜合性實驗，學生可初步掌握仿真工程軟件，應用仿真技術知識解釋、分析仿真實驗中所發生的系統參數和仿真效果規律，提高通過計算機仿真分析問題、解決問題的綜合性應用工程能力，為后續課程的學習和從事實際工作打下良好的基礎。
2.計算機仿真技術綜合性實驗的內涵與評價機制設計
2.1綜合性實驗的內涵要素
根據教育部《關于進一步加強高等學校本科教學工作的若干意見》（教高[2005]01號）文件精神，為了加強學生創新思維、創新能力和綜合素質的培養，充分調動學生學習的主動性和創造性，加快實驗教學體系的改革，各實驗室需要加強對實驗教學內容的更新，減少驗證性和演示性實驗，增加設計性和綜合性實驗。綜合性實驗是指實驗內容涉及本課程或相關課程綜合知識的實驗，是在學生通過一個階段的學習后，在具有一定的基本知識和基本技能的基礎上，運用一門課程或多門課程的知識對學生實驗技能和方法進行綜合訓練的一種復合型實驗。
針對電子專業新教學大綱修訂和計算機仿真技術課程實驗教學需要，根據系統仿真基本方法，我們設計了面向工程實踐的實際電子控制系統指標和要求，要求學生采用計算機仿真的基本方法和工程性仿真軟件，分析仿真實驗的系統性能及設計。為實現上述目標，計算機仿真技術綜合性實驗應包括以下要素。
（1）綜合性實驗需要面向專業背景，內容應貫穿一門或多門課程的知識點，且各知識點應有必然聯系；
（2）綜合性實驗須由多項仿真過程任務組成，需要一定的任務實施程序；
（3）綜合性實驗最終易于形成某種結論、方案或物化結果，以提高學生的工程實踐仿真能力。
基于上述要素設計完成的計算機仿真技術綜合性實驗，突出了電子信息類專業特色和知識結構特點；整合了學科中計算機仿真的工作原理及使用方法、仿真工程軟件應用、系統設計、實驗數據分析處理等核心知識點。學生通過分析完整的典型電子電路系統的仿真性能設計過程，有效提高仿真實踐能力。
2.2綜合性實驗效果評價調查表設計
為了準確掌握學生對綜合性實驗內容的認知情況，針對計算機仿真技術綜合性實驗項目的“結合學生所在專業的知識背景”“實驗內容有機整合學生的理論課程內容”和“鍛煉培養提高學生的實際仿真技能”等3方面的綜合性實驗內涵要素要求，我們采用問卷調查法，設計了《計算機仿真技術綜合性實驗項目內容建設調整情況調查表》，通過向授課學生發出該調查表，收集學生對計算機仿真技術綜合性實驗的意見和建議，完成綜合性實驗效果評價。設計的調查表如圖1所示。
該調查表共有10個必答單選題和1個選答論述題組成，題目分為以下5類。
（1）題目2-4針對綜合性實驗內容是否結合學生所在專業知識背景。
（2）題目5和題目8針對綜合性實驗內容是否有機整合學生的理論課程內容。
（3）題目6-7針對綜合性實驗內容是否鍛煉培養提高學生的實際仿真技能。
（4）題目1、9-10分別調查學生對實驗情況總體滿意度、實驗學時安排合適度和實驗考核形式接受度等。
（5）選答論述題“其他（主要包括學生在實驗課程中的收獲、心得體會以及意見與建議等）”主要用于學生對該實驗課程的綜合認知情況的進一步展示。
調查表全面反映了綜合性實驗項目設計開設過程中需要滿足的各項要求，注重體現專業性、綜合性、實踐性等3方面的特點。
3.綜合性實驗效果調查數據與效果評價分析
3.1調查數據匯總
我們對2010級電子1-3班同學發放調查表86份，收回有效問卷48份。對反饋內容進行數據統計分析，學生選項調查數據見表1。
3.2實驗項目的“專業性”程度
對于實驗的“專業性”程度，在被調查并反饋個人認知情況結果的48名學生中，體現為“較好及以上”水平的數據如圖2所示。
從圖2可得出87%的學生認為實驗內容及要求的整體安排合理性（題目3）為很好或較好；73%的學生認為實驗內容3項中至少有1項最適合本專業的知識運用（題目4），其中17%的學生認為所有內容都符合；71%的學生認為實驗內容同所學專業背景整體結合（題目2）很好或較好。
因而，綜合性實驗在提升實驗項目“專業性”方面達到了預期目的，但還有上升空間。我們后期應深入對實驗內容進行優化，細分專業應用方向，進一步提升“結合學生的所在專業知識背景”的實驗項目“專業性”程度。
3.3提升實驗項目的“綜合性”程度
對于實驗的“綜合性”程度，認為“較好及以上”水平的數據如圖3所示。
從圖3可得出，81%的同學認為實驗內容對所學知識點間的綜合運用程度達到很好或較好（題目5），有63%的同學認為實驗內容對知識儲備的要求很高或較高（題目8）。
實驗項目內容綜合了電子專業的模擬電子知識、電路系統仿真、計算機仿真、Matlab軟件等多方面的專業知識，基本滿足電子專業學生的專業綜合知識培養需求和綜合性實驗項目設置要求。63%的學生認為實驗對知識儲備要求很高或較高，這說明目前很多學生不太適應實驗項目要求中的“知識綜合”，因此我們還需要對實驗內容進行優化，進一步細分專業應用方向，在“綜合性”和學生綜合知識基礎“現實性”中進行平衡，以期進一步提升“實驗內容有機整合學生的理論課程內容”的“綜合性”程度。
3.4提升實驗項目的“實踐性”程度
對于實驗的“實踐性”程度，學生認為“較好及以上”水平的數據如圖4所示。
從圖4可得出，81%的學生認為實驗內容能很好或較好地培養系統仿真的綜合運用能力（題目6），77%的學生認為實驗內容能很好或較好地培養仿真實踐技能（題目7）。
因而，綜合性實驗在提升實驗項目“實踐性”程度達到了預期目的。實驗項目內容突出了電子信息類學生的專業背景和知識結構特點，培養學生運用現代仿真軟件技術進行實踐分析的方法，能較好地解決實際工程系統的仿真應用時效性，基本滿足電子專業學生的計算機仿真實踐性工程需求和綜合性實驗項目設置要求。針對仍有19%和23%的學生對綜合性實驗對“能力”和“技能”的培養效果不太滿意，我們后期應對實驗內容進行深入優化，突出對仿真模型建立分析辦法、計算機仿真編程方法的實踐，進一步提升“鍛煉培養提高學生的實際仿真技能”的“實踐性”程度。
3.5實驗項目“常規性”內容反饋
對于實驗的“常規性”，學生反饋數據如圖5所示。
從圖5可得出，對于綜合性實驗項目的內容及要求的設計（題目1）、學時安排（題目9）、考核形式（題目10）等實驗項目常規性設置內容，學生大都較為滿意。特別需要指出的是，87%的學生認為實驗內容的考核形式不適宜采用“考試”的形式，其中，47%的學生認可“報告”形式，40%的學生認可“討論”形式。從中可以看出，大部分學生都希望通過自己、同學間、師生問的自由探索、討論分析，掌握相關實驗技能，所以，實驗的過程遠比實驗的結果重要。我們需要在以后的綜合性實驗教學中，有意識地強化學生在綜合性實驗過程中分析問題、解決問題、闡述實驗過程的技能和能力。
【關鍵詞】計算機；三維仿真技術；水利工程；應用
中圖分類號： TV文獻標識碼：A
前言
文章對計算機三維仿真技術的特點和在水利工程中應用的意義進行了簡要介紹，對計算機三維仿真模擬技術的實現過程進行了闡述，通過分析，并結合自身實踐經驗和相關理論知識，對計算機仿真技術在水利水電工程中的應用研究進行了探討。
二、計算機三維仿真技術的特點
三維仿真技術是利用計算機軟件模擬實際環境進行科學實驗的技術，以模擬的方式為使用者創造一個實時反映實體對象變化與相互作用的三維圖形界面，使之在感知行為的逼真環境中，獲得一種身臨其境的感受。例如《韶關市城市規劃三維輔助決策系統》，利用地理信息系統、三維空間建模、遙感等現代信息技術，以數字地形數據、遙感影像數據、數字高程模型數據以及三維城市要素模型等數據為基礎，在三維虛擬空間內實現局部的規劃和建筑設計方案與區域景觀的實時、多方案綜合分析與決策。計算機三維仿真技術的特點如下：
1.可快速對多種施工方案進行比較：如對于某個混凝土壩工程的澆筑施工模擬，通過計算機仿真技術可在短時間內就能仿真模擬出若干個可行性施工方案，施工技術人員在分析模擬結果的基礎上，再分析判斷出對工程澆筑施工有較大影響的因素，獲得澆筑施工過程中的關鍵時期階段信息，據此便可提前做好充分的預防準備措施。
2.成本相對較低，與進行真實的模型試驗不同，計算機仿真模擬技術是對原型結構進行虛擬模擬，不需要制作真實的原型結構模型，只需要相應的軟件購買費用，而且購買一個軟件后可相對的長期進行多方案的模擬計算，軟件的重復使用率較高，使得應用成本低。
3.模擬結果的可靠性較高，計算機的高準確性決定了在軟件系統模型設置正確，以及軟件程序編制正確的前提下，工程相應的施工模擬仿真分析就會滿足在進行模型的模擬仿真分析前預先考慮到的各種約束條件。
4.實用性強，計算機仿真技術可應用的領域極為廣泛，只要能用數學方式進行表達和描述的問題模型，基本上都能夠用計算機進行相應的仿真模擬計算。
三、計算機三維仿真在水利工程中應用的意義
1.提供可視化功能支持
三維仿真技術可以依靠相關的軟件進行輔助操作，對水利工程規劃方案和規劃過程進行詳細的系統設計，能夠提供可視化的支持，能適當的對規劃的對象進行高度、方向、顏色等方案篩選和比較，使得規劃的決策更為科學、合理、直觀。同時，相比傳統的設計輔助圖，三維仿真技術擁有更強的決策和設計功能，可以降低規劃決策的失誤率，規避設計所帶來的風險。如，2006年9月，人民大會堂公映的大型傳奇史詩影片《圓明園》，通過先進三維仿真技術，將“圓明園”真實的再現在世界人們的眼中。
2.多樣化的數據服務
利用三維仿真技術進行三維模擬和三維仿真系統的設計，可以利用三維仿真系統查詢相對對象的信息資料，為規劃設計者提供水利工程的信息資料。在水利工程規劃三維輔助決策系統中，在功能方面提供了三維基礎功能、規劃信息查詢、規劃方案評審、規劃輔助分析、規劃輔助設計、三維管網管理等六大功能，并利用現有水利工程綜合管理信息系統和基礎數據共享平臺進行對接。
3.提高規劃項目的管理效率
通過制作項目模型或者提供靜態的三維效果圖來展示項目的整體規劃過程，這具有很大的局限性，無法完成規劃對象的修改和管理。水利工程三維仿真技術可以設計一個可操作的三維仿真系統，為開發機構或城市規劃單位提供高精度的數據服務和視覺質量。在需要修改或增減項目工程的過程中，可以直接導入或更新相關的數據信息，可以及時作出方案調整和實施，提高規劃項目的整體管理質量和效率。
四、計算機三維仿真模擬技術的實現過程
計算機仿真模擬技術是以數學理論為基礎逐漸發展起來的一門技術，對于客觀現實的事物和問題，計算機并不能直接對其進行分析和處理，而是需要建立一個能反映待研究事物或問題的本質特征，同時還要求能被計算機所分析處理的”模型”。計算機仿真模擬技術的實現流程主要如下：研究對象特征分析，建立數學模型，計算機分析處理，獲得仿真結果。在實際應用過程中通常表現為以下步驟。
1.建立模型：根據具體的研究目的和研究對象的特征，在進行計算機仿真模擬計算前，應先根據實際問題的特征確定一個適當的分析系統，并結合實際工程參數確定系統的約束條件和邊界條件。再利用相關的數學、力學及其他相應學科的有關理論，把抽象出來的分析系統用一個數學模型表達式描述出來，即建立了相應研究問題的“數學建模”，模型建立的準確程度決定著仿真模擬計算結果與工程實際情況相符合的程度。
2.輸入模型：模型的輸入過程即是對上一步驟建立的“數學建模”結合軟件的功能特點轉化為計算機能夠識別和處理的形式，這種形式所體現的模型內容，即是相應的“計算機仿真模擬模型”。建立和輸入模型是進行計算機進行仿真模擬計算的關鍵環節。
3.仿真計算分析：將上面輸入計算機的仿真模型載入相應的計算機計算模塊中，按照預先設置的各種施工方案，來進行相應的仿真模擬計算，這便是所謂的“計算機模型的仿真計算”過程。
4.仿真模擬計算結果分析：仿真模擬計算的目的是為了反映一個問題的發展狀況，仿真模擬計算的結果包含著系統對輸入模型運行處理的信息，對這些信息的分析和評估是進行計算機仿真模擬研究的最終目標，因此我們應充分結合工程的實際情況，結合經驗來分析和處理仿真計算的結果，使防止模擬能夠指導真實的實際工程施工。
五、計算機三維仿真技術在水利水電工程中的應用研究
1.復雜地下洞室群施工動態可視化仿真與優化方法研究
地下廠房系統施工開挖量大，施工強度高，施工條件復雜，是一個極其復雜的過程。由于工序的作業時間的隨機性，容易產生隨機排隊現象而影響其他作業；由于地下洞室系統縱橫交錯，布置密集，高差大，施工通道少，使得各工序配合與相互干擾錯綜復雜；在安排各個洞室施工先后順序及隧洞施工順序時，需要考慮對工程的總工期、圍巖穩定、通風散煙條件、施工強度以及交通運輸等問題的影響。各個洞室施工在時間、空間上的邏輯關系復雜，傳統橫道圖難以直觀地揭示其復雜的時空關系。因而僅靠設計人員采用傳統的方法分析計算，難以確定合理的施工機械設備配套方案、制定合理的施工進度計劃和施工組織設計方案，難以全面、快速、準確地掌握施工全過程。
2.水利水電工程施工導截流三維動態可視化仿真方法研究
水利水電工程施工導流設計和管理過程，往往需要涉及大量的數據及圖形信息，如壩區的水文、地形、地質資料以及樞紐設計、施工場地布置和施工導流方案設計等各種數據及圖紙。高效、簡便地對這些信息進行管理，是提高設計效率及施工管理水平的關鍵之一。同時，施工導流方案設計是施工組織設計的重要環節，其設計過程復雜，對不同的導流方案很難進行直觀的比較，所以實現施工導流形象直觀的表達具有重大的現實意義。
結束語
計算機三維仿真技術已經實現了可視化，這對水利工程中的相關施工和維修檢測中相關問題的解決具有實際意義，隨著計算機三維仿真技術的進一步發展，它在水利工程中獎發揮更好的效果，讓我們拭目以待。
參考文獻
［關鍵詞］仿真理論 仿真技術 仿真應用
隨著計算機科學技術的高速發展，系統仿真技術和計算機技術緊密的融合在一起。目前，有的高校采用多媒體技術和虛擬現實技術進行系統仿真的教學。
仿真技術是利用計算機并通過建立模型進行科學實驗的技術。它具有經濟、可靠、實用、安全、可多次重用的優點，是利用模型對系統進行研究的一門多學科綜合性技術。
現代仿真技術的發展是與控制工程、系統工程及計算機技術的發展密切相關聯的。控制工程和系統工程的發展促進了仿真技術的廣泛應用，而計算機技術則為仿真提供了強有力的手段和工具。因此，計算機仿真在仿真中占有越來越重要的地位。
一、仿真學科的理論體系
1.相似理論
相似理論是研究事物之間相似規律及其應用的科學，是仿真科學的基本理論。其基本內容包括相似定義、相似定理、相似類型和相似方法。
2.模型論
模型論是以各應用領域內的科學理論為基礎，建立符合仿真應用要求的、通用的、各領域專用的各種模型的理論和方法。
3.仿真系統理論
研究和論述構建符合應用需求的仿真系統理論和技術。包括仿真系統的體系結構和構成，仿真系統的設計及其公共關鍵技術，仿真系統的研制和運用仿真系統的規范、標準等。
4.仿真方法論
結合各應用領域的不同要求，研究仿真基本思想和方法，包括定量仿真方法和理論、面向對象仿真方法；智能仿真方法等。
5.仿真的可信性理論
表述仿真過程及結果評價、控制的概念和方法的基本理論、研究仿真環境和真實環境的相似性理論和方法，研究提高仿真可信性的各種方法、技術和規范。
6.仿真科學和技術的應用理論
論述仿真運行實驗設計、仿真管理、仿真過程的可視化、仿真及其結果綜合分析的理論。
二、幾種主要的仿真技術
1. 仿真建模
仿真建模是一門建立仿真模型并進行仿真實驗的技術。建模活動是在忽略次要因素及不可測量變量的基礎上，用物理或數學的方法對實際系統進行描述，從而獲得實際系統的簡化或近似反映。
2.面向對象的仿真
面向對象仿真是當前仿真研究領域中最引人關注的研究方向之一，面向對象仿真就是將面向對象的方法應用到計算機仿真領域中，以產生面向對象的仿真系統。
3.智能仿真
智能仿真是把以知識為核心、人類思維行為作背景的智能技術引入整個建模與仿真過程，構造智能仿真平臺。智能仿真技術的開發途徑是人工智能與仿真技術的集成化。仿真技術與人工智能技術的結合，即所謂的智能化仿真；仿真模型中知識的表達。
4.虛擬現實技術
虛擬現實技術是現代仿真技術的一個重要研究領域，是在綜合仿真技術、計算機圖形技術、傳感技術等多種學科技術的基礎之上發展起來的，其核心是建模與仿真，通過建立模型，對人、物、環境及其相互關系進行本質的描述，并在計算機上實現。
5.分布仿真技術
分布仿真技術作為仿真技術的最新發展成果，它在高層體系結構上(HLA，high level architecture)，建立了一個在廣泛的應用領域內分布在不同地域上的各種仿真系統之間實現互操作和重用的框架及規范。HLA的基本思想就是使用面向對象的方法設計，開發及實現系統不同層次和粒度的對象模型，來獲得仿真部件和仿真系統高層次上的互操作性與可重用性。
三、仿真的一般步驟
仿真過程的三個主要活動是“系統建模”、“仿真建模”、“仿真實驗”，而聯系這些活動的要素是“系統”、“模型”、“計算機”。其中：系統是研究的對象，模型是系統的抽象，仿真是通過對模型進行實驗來達到研究的目的。
要對一個系統或對象實施計算機仿真，首先必須把握系統的基本特征，抓住主要的因素，引入必要的參量，提出合理的假設，進行科學的抽象，分析各參量間的相互關系，選擇恰當的數學工具，然后在此基礎上建立相應的數學模型。仿真建模的過程是在已有的一些先驗知識的基礎上，試探地寫出研究對象所滿足的或近似滿足的數學規律，再結合實際的研究目的，對猜測性的數學關系進行反復修改和優化，從而得到既符合客觀實際又易于在計算機上實現的數學模型。
四、仿真技術的應用及發展
仿真技術來自于軍事領域，但它不僅用于軍事領域，在許多非軍事領域也到了廣泛的應用。例如：在軍事領域中的訓練仿真；商業領域中的商業活動預測、決策、規劃、評估；工業領域中的工業系統規劃、研制、評估及模擬訓練；農業領域中的農業系統規劃、研制、評估，災情預報、環境保護；在交通領域中的駕駛模擬訓練和交通管理中的應用；醫學領域中的臨床診斷及醫用圖像識別等。
隨著現代信息技術的高速發展，仿真技術也得到了飛速的發展，在軍用和民用領域中更深更廣的應用也促進了仿真技術的進步。分布仿真技術作為仿真技術發展的最新成果，在國民經濟建設和國防建設中發揮了更大的作用。目前，國際上許多國家在“仿真是迄今為止最有效的綜合集成方法，是推動科技進步的戰略性技術”這一觀點上已達成了共識。21世紀仿真技術的研究與應用將取得更大的發展。
參考文獻:
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關鍵詞: 物流；仿真；成本；庫存
中圖分類號: TP391.9 文獻標識碼: A
一、仿真技術的發展及特點
仿真就是通過對系統模型的實驗去研究一個存在的或設計中的系統。計算機仿真則是借助于計算機對系統模型進行實驗的一種方法，它是50年代初期隨著計算機技術的應用而逐漸發展起來的。仿真技術發展到今天大致分為三個階段，在20世紀50到60年代，仿真是在實體上進行，實時性強且精度較高，但實施難度和費用較大。在20世紀60到70年代，系統的一部分由計算機代替，另一些組合由實物充當，一定程度上保留著實時性。從20世紀70年代至今，是計算機仿真或數字仿真階段。計算機仿真技術有以下一些顯著的特點：
1. 可以替代許多難以實施或無法實現的實驗。
2. 可以解決用理論分析或數學解析難以求解的大型系統問題。
3. 可以降低投資風險、節省研究和開發費用。
4. 可以避免實際實驗的財產消耗。
5. 可以縮短實驗時間，并不拘于時空限制。
二、仿真的類型和基本步驟
計算機仿真的類型有離散事件(系統)仿真(Discrete-Event Simulation)、連續系統仿真(Continuous Simulation)、混合系統仿真(Combined Discrete continuous Simulation)等。
物流系統的仿真是典型的離散事件系統仿真，其核心是時鐘推進和事件調度的機制。離散事件系統是指系統狀態在某些隨機時間點上發生離散變化的系統。這種引起狀態變化的行為稱為“事件”，因而這類系統是由事件驅動的；而且，“事件”往往發生在隨機時間點上，亦稱為隨機事件，因而離散事件系統一般都具有隨機特性；系統的狀態變量往往是離散變化的。
在計算機仿真中涉及的三個基本要素是系統、模型、計算機，聯系著它們的三項基本活動是模型建立、仿真模型建立(一次建模)、仿真實驗，這三要素和三項基本活動是所有計算機仿真的基礎。計算機仿真的基本步驟歸納為：
1. 選擇合適的計算機仿真軟件
2. 建立仿真模型
3. 編寫各種控制程序
4. 運行仿真系統
5. 仿真結果分析和優化
三、仿真技術對物流系統研究的影響
隨著物流行業生產自動化水平的不斷提高，生產節奏越來越快，物流系統越來越復雜并且內部關聯性越來越強，生產管理者對生產改進的每一決策，都需謹慎考慮，措施不當，往往需要付出高昂的代價。而正是由于系統的復雜性，快節奏和柔性，要想預測每一個決策給系統帶來的后果，己經是人的大腦無法勝任的了。計算機仿真技術正是彌補了這一不足，成為自動化物流系統管理者的有用工具，成為生產系統規劃設計人員的得力助手，成為公司檢驗其物流系統及決策是否真的高效的唯一可用技術。在設計一個新的工廠或系統，對己有系統添加新設備或重新優化，仿真都是非常必要的。仿真技術近年來應用越來越廣，其對物流系統研究的影響主要表現為以下幾個方面：
1.有利于解決隨機因素的影響
仿真模型的一個特點是它是一個隨機模型，系統的參數受隨機因素影響所發生的變化在模型中得到充分體現。這一點是其他方法所無法比擬的。
2.仿真幫助系統優化
仿真可以讓人們依據對系統模型動態運行的效果，多次修改參數，反復仿真。仿真是一種間接的系統優化方法。現在，人們越來越認識到，對于多目標、多因素、多層次的系統來說，并不存在絕對意義上的最優解。優化只是相對而言的。即使是最優化方法，其本身由于若干的假設、抽象和簡化所造成的誤差，已經使“最”字打了折扣。
3.仿真對各種復雜的系統具有良好的適應性
仿真所建立的模型，完全是實際系統的映像。即它反映系統的物理特征、幾何特征，又可以反映系統的邏輯特性。因此，對于各種復雜的物流系統，無論是線性的還是非線性的，無論是靜態的還是動態的，都可以用仿真方法來研究。
4.符合人們的思維習慣，有助于系統分析
研究分析物流系統的方法，大體上可分為兩種類型。一類是解析法，另一類是非解析法。解析法是把物流系統抽象成一種數學表達式，通過求解數學表達式找到最優解。這是一種完全通過邏輯推理來獲得啟發和借鑒的方法，如運籌學中的線性規劃和動態規劃等。解析法有比較悠久的發展歷史，在實際中應用廣泛，是比較成功的方法。但是，解析法過于拘泥于數學抽象。非解析法不依據抽象的假想，而是以現實為依據。仿真方法是一種非解析法。仿真所依據的，是對系統的實際觀測所獲得的數據建立起來的動態模型。這種方法所建立的模型，即表達了系統的物理特征，又有其邏輯特征。
四、仿真技術在物流研究中的應用領域及發展前景
計算機仿真技術在物流研究中主要應用于以下幾方面：
1.物流系統規劃及設計
在沒有實際系統的情況下，把系統規劃轉換成仿真模型，通過運行模型，評價規劃方案的優劣并修改方案，這是仿真經常用到的一方面。這可以在系統建成之前，對不合理的設計和投資進行修正，避免了資金、人力和時間的浪費。系統仿真運行準確地反映了未來物流系統在有選擇的改變各種參數時的運行效果，從而使設計者對規劃與方案的實際效果更加胸有成竹。
2.物料運輸調度
復雜的物流系統經常包含若干運輸車輛、多種運輸路線。合理的調度運輸工具，規劃運輸路線，保障運輸路線的通暢和高效等都不是一件輕而易舉的事。運輸策略存在著多種可能性。如何評價各種策略的合理性?怎樣才能選擇一種較優的調度策略?運輸調度是物流系統最復雜，動態變化最大的，很難用解析法描述運輸的全過程。建立運輸系統模型，動態運行此模型，再用動畫將運行狀態、道路堵塞情況、物料供應情況等生動地呈現出來。仿真結果還提供各種數據，包括車輛的運行時間、利用率等等。通過對運輸調度過程仿真，調度人員對所執行的調度策略進行檢驗和評價，就可以采取比較合理的調度策略。
3.物流成本估算
物流過程是非常復雜的動態過程。物流成本包括運輸成本、庫存成本、裝卸成本。成本的核算與所花費的時間直接有關。物流系統仿真是對物流整個過程的模擬。進程中每一個操作的時間，通過仿真推進被記錄下來。因此，人們可以通過仿真，統一計物流時間的花費，進而計算物流的成本。這種計算物流成本的方法，比用其他數學方法計算，更簡便、更直觀。并且，可以建立起成本與物流系統規劃、成本與物料庫存控制、成本與物料運輸調度策略之間的聯系。從而用成本核算結果來評價物流系統的各種策略和方案，保證系統的經濟性。實際仿真中，物流成本的估算可以與物流系統其他統計性能同時得到。
4.庫存控制
通過對物料庫存狀態的仿真，可以動態地模擬入庫、出庫、庫存的實際狀況。根據需要正確地掌握入庫、出庫的時機和數量。
隨著計算機的普及發展，計算機仿真方法在物流系統分析的應用越來越普遍，它在如下幾方面有著廣泛應用前景：
(1)由于有些物流系統的復雜性，應用數學方法難以構造模型，提出解析解，此時可采用仿真的方法構造模型，以求得系統模型的解答。
(2)對于新設計的物流系統，在未能確定它的優劣情況之前，不必急于無根據地花費大量的投資來建立，可應用仿真對新的物流系統的可行性和效率提出明確的評價判斷。
(3)仿真具有通過試驗達到優化的目的。可應用這一手段，對控制與決策中的多方案進行多次運行，按既定的目標函數，對不同的決策方案進行分析比較，從中選擇最優方案，進行輔助決策。
(4)對物流系統運行機制進行分析。在仿真模型運行過程中，可根據需要，記錄有關數據和信息，從而為分析物流系統提供依據。
(5)對物流系統的發展戰略進行研究，應用計算機模型可以對從過去到未來的國家、地區或者企業的物流系統的發展規律進行仿真運算，研究系統的因果關系，得出結論，以促進系統的改進和發展。通過建立物流系統的仿真模型，擴展了物流系統研究的邊界，有助于描述物流系統的各種現象，加強直觀感，從而能夠更深刻地理解和分析物流系統。
作者單位：沈陽化工學院
參考文獻:
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關鍵詞：計算機仿真；技術；企業；物流系統；優化；研究
一、引言
隨著互聯網技術和計算機技術的不斷發展，各行各業之間的相互交叉發展，對計算機又提出了新的要求。同時，計算機技術的發展又促進了各行業的發展和良性競爭。眾所周知，企業的發展離不開好的企業管理模式。隨著人們生活水平的提高，以及經濟的不斷發展等。企業面臨著前所未有的挑戰，各企業間的競爭日益加劇。企業尤其是大型企業，一般包括物品生產，銷售和物品運輸等環節。而企業管理模式中，對企業生產物流系統的管理部分一直是比較薄弱的環節。因為，一般來說，企業會將管理重點放在產品銷售階段，往往忽視了物流系統。但是，由于企業生產物資或銷售商品占到整個企業費用的30%-40%，可見企業生產物流系統的好壞往往會對企業的發展起到至關重要的影響。為了改善我國目前企業的生產物流系統，在原始物流管理系統的基礎上，進行改進，降低成本，提高收益。提出利用計算機仿真技術，對企業生產物流系統進行優化管理，并進行總結。
二、我國企業生產物流系統現狀
1.企業生產物流優化研究意義
企業的發展離不開管理，好的管理模式不僅可以降低企業成本，提高企業受益，還可以從根本上給企業創造新的發展機遇。從表面來看，我國企業處于不斷發展中，并且發展速度逐年增加。但是，我國企業中任然存在一些不足。比如，生產物流設施布局不合理等。而這往往不利于企業的進一步發展。而利用計算機仿真技術對企業生產物流系統進行優化。對企業生產物流系統的優化的意義主要有：合理布局廠區位置，方便生產物資的運輸，降低企業生產運輸成本；穩固系統，提高系統管理力度，提高企業生產效益；優化企業生產物流系統，加強各子系統間的聯系，使其分工合作，提高企業生產效率。
2.我國企業生產物流現狀
企業的生產物流是企業物流的一個子模塊，是企業物流的一個重要組成部分。生產環節是企業的最初環節，也是最為重要的環節，同時還是資金投入最多的環節。其中，在企業的生產過程中，生產物流占據著整個資金投入的絕大部分。因此，在企業生產物流是整個企業物流的重點。通過研究發現，我國企業生產物流總共經歷了5個階段，分別是：
（1）人工物流階段
此階段是企業生產物流發展的最原始階段，其特點是完全依賴人力資源，靠人的力量去解決問題。缺點是需要大量的勞動力，企業生產成本高，并且對操作人員的要求較高，出現誤差的可能性較大。不利于企業的長久健康發展。
（2）機械物流階段
機械物流階段是在人工物流階段發展到一定時期后發展起來的。在一定程度上減少了對人員的依賴性，提高了企業的生產效率。為后來自動化及智能化物流階段提供依據。
（3）自動化物流階段
自動化物流是現代智能物流的雛形。大規模的利用現代計算機技術和網絡技術，建立自動化生產物流管理系統。通過計算機實時操控生產物流的運輸情況。
（4）集成化物流階段
集成化物流是指在集成思想的指導下，為了提高企業核心競爭力，將企業生產物流的各個子系統，按照一定的模式構成集成系統進行管理。通過生產物流的集成化管理，大大提高了各子系統間的相互交流運作，提高了工作效率，為企業節省一大筆資金，是一種比較先進的生產物流管理系統。
（5）智能物流階段
隨著現代化各種技術的發展，我國企業的生產物流系統也隨之不斷更新。目前提出的最為先進的生產物流系統是智能物流管理系統。此階段，生產物流系統的最主要特點是方便，高效。利用計算機網絡系統，建立數據庫，將信息通過數據庫直接傳遞。降低了出錯的可能，提高了企業的綜合競爭力。
3.仿真技術在現代企業生產物流中的應用
仿真技術的出現和發展已經具有很長的歷史。最初，人們通過手工仿真完成仿真工作，承擔了大量的工作量。20世紀50年代開始，隨著計算機的發展，人們開始嘗試用計算機編程技術進行仿真。直到70年代后期，科學家們研發出專門做仿真的仿真計算機，大大提高了仿真效率。近年來，仿真技術越來越普及，得到人們的廣泛認可。仿真技術在現代各行業的發展中也得到了廣泛的應用。如今，由于經濟的不斷發展，企業間的競爭不斷加劇。各企業為了在如此激烈的競爭中占據一席發展之地，必須想方設法的提高企業自身綜合競爭力。眾所周知，企業管理是企業獲得良好發展的前提，是企業綜合競爭力提高的必要條件。而企業的生產物流系統占據著整個企業資金的30%-40%，因此，管理好企業生產物流對提高整個企業的綜合競爭力有著十分重要的幫助。仿真技術的出現正好解決了企業生產物流系統的優化問題。利用仿真技術優化企業生產物流系統，簡化原本復雜的生產物流結構，優化生產物流處理方式等。
三、基于仿真技術的企業生產物流系統構建
1中職機械專業學生創新思維的培養
創造思維可以說是人類高級的思維形式，創新能力的基礎是創造思維。在中職機械專業學生創新思維的培養中，發揮主導作用的是發散思維。發散思維指的是對于一個問題，能通過多個方向思考，得出多種答案或設想的思維方法。在機械專業的學習中，想要培養學生的創造思維，首先要培養他們的發散思維。按照學生的個人思維特征，根據相關的認知規律，引導學生思考，并啟發他們的思路，促使他主動積極思考。在機械課堂教學中，教師要留有缺口，也就是為學生進一步的探究和自學留有一定的余地。機械制圖課程中的一題多解，就是學生發散性思維培養的有效方法。比如，如果物體的主視圖為圓形，學生需要說出物體可能的形狀，可以有圓柱、球形和圓錐等，多種答案可以讓學生的想象能力得到拓展，發散思維得到鍛煉。
2中職機械專業創新氛圍的營造
中職機械專業學生創新的基礎和前提是主動積極參與到學習中。教師應該創設一定的情境，為學生的學習營造適當的創新氛圍。調動每一位學生參與的積極性，營造民主、輕松的學習氛圍，創造學生、教師互相合作的學習環境。情境創設一般分為三步，一是提出或發現問題，然后對問題進行分析，最后成功解決問題。教師應該提供充分的學習資料和機會給學生，學生在獨立思考的過程中對一些觀點進行反思和質疑，做出個人判斷并發表意見。同時，教師應該經常鼓勵學生，樹立他們的自信心，利用設疑、誘導和啟發等，促使學生愉快、輕松地學習知識。在準備課程內容時，參考教材但不完全依賴于教材，按照教學的需求來整合教材，聯系學生的實際生活，和學生已有的知識經驗和認知水平互相適應。比如，機械制圖課程的學習中，可以利用CAXA設計軟件的相關內容。由于CAXA設計和搭積木一樣簡單直觀，學生能夠有趣、輕松地按照制圖內容來進行模型的建。另外，在車工工藝的學習中，對于成型面加工的聯系，可以設計成酒杯。在數控銑床的實踐中，可通過MasterCAM軟件，對中國象棋中的車、炮、馬等進行制作，讓學生的學習緊密聯系實際。
3應用計算機技術，培養學生創新思維
3.1仿真技術在中職機械專業課堂教學中的應用在中職機械專業教學中，可以通過計算機仿真技術在多門課程中的有效應用，來培養學生的創新思維。首先，在機械原理課程中，主要論述了機械系統設計的方法以及機械機構分析的原理。理論教學過程中，可以利用多媒體課件來結合生活實際，讓學生對機構分析、機器原理舉杯感性和理性的認知。實驗教學過程中，可以通過計算機仿真技術，例如VC與OpenGL結合，來進行相關程序的編制，如此一來，學生能直觀地觀察到三維場景中相關機構的運動狀況，從而驗證機構的設計是否合理。其次，在數控技術課程中，主要論述了數控機床的機構、數控測量和數控發展等。通常將理論和實際結合來教學具有較好的效果。然而，在插補原理教學中，利用計算機仿真技術，讓學生設計、編制出數控加工的虛擬系統，能夠更好地激發學生的學習興趣并提高他們對數控知識的掌握深度。然后，在工程力學課程中，機械專業學生主要對材料力學和理論力學進行學習。學生對于變形和受力情況的求解和分析一般難以理解，計算中也會出現錯誤，可以引導學生通過計算機仿真技術來進行相關模型的構建，編制出求解和分析程序模塊，對于結果輸出和分析過程進行可視化顯示，這樣一來，學生能很快地掌握解題思路，解決和分析問題的能力也會得到提高。最后，在機械制圖課程中，初學者通常對二維和三維圖形互相的轉換無法理解，對于直線、曲線和圓等簡單的畫法只會被動地進行使用。如果使用仿真技術，引導學生探索開發出簡單的繪圖軟件，對于繪圖要點學生能更好地理解。另外，如果結合SolidWords或3DMax等高級繪圖軟件，則會在計算機編程和機械繪圖兩方面提高學生的創新能力和知識能力。
3.2仿真技術在中職機械專業課外實踐中的應用中職機械專業創新思維的培養的重要環節是學生在課外的實踐。機械專業學生的實物制作一般是研制出一些滿足特殊工作需求的零部件、執行特定動作的機器人和實現某種功能的機器等。實物模型的設計是否能按照設計來實現特定的動作，速度、位移和加速度等能否滿足要求等需要在制造實物之前進行論證。而計算機仿真技術能滿足上述要求，利用計算機仿真技術，能夠對機器的尺寸進行方便快捷的修改，并對機構的輸出參數、運行情況等進行觀察，使得研發成本和研制周期大為縮短。結合機械課程的理論知識，計算機仿真技術能對課程的難點和重點進行解決，一方面能激發學生成功解決問題后的成就感，另一方面也鍛煉了他們的動手能力和創新思維能力，因此在中職機械專業學習中應該大力推廣。
4結語
知識經濟需要更多創新型職業技能人才，而中職學校具有為社會培養創新性人才的責任，因此進行中職學生創新思維的培養是非常必要的。本文以中職機械教育為出發點，從創新氛圍營造、創新動力激發、創新思維培養和計算機技術的應用四方面探究了中職機械專業學生創新思維的培養策略，對于中職學生綜合素質的提升具有重要意義。
作者：孫武單位：南寧機電工程學校
【關鍵詞】 面向對象 仿真建模 模型
計算機仿真技術是以計算機為工具，以相似原理、信息技術以及各種相關應用領域的基本原理與技術為基礎，根據系統試驗的目的，建立系統模型，并在不同的條件下，對模型進行動態運行的一門綜合性技術。而計算機仿真是使用計算機仿真技術，建立相應物理系統的數學模型，并在計算機上解算數學模型的過程。
計算機仿真的核心是系統模型，系統模型的粒度、運行效率直接決定了仿真的效果，只有建立正確的系統模型，才能得到正確的仿真結果，仿真才有意義和價值。在計算機仿真領域，系統模型稱為仿真模型，建立仿真模型的過程稱為仿真建模，仿真建模的根本目的是建立能夠在計算機上解算系統數學模型的系統模型軟件。
系統仿真模型軟件作為一類軟件，在設計、開發、運行和維護等方面符合軟件的一般規律。仿真建模作為系統模型數學模型、模型軟件建立過程，同樣需要方法學指導。
1 面向對象方法
面向對象（Object-oriented，簡稱OO）思想是一種思維方式，強調思考過程中從現實世界中客觀存在的事物（即對象）出發并盡可能地運用人類的自然思維方式。面向對象思想產生于編程語言，目前已經擴展應用于計算機硬件、數據庫、軟件工程、用戶接口、計算機體系結構等多個領域，但在軟件工程領域應用最為深入。
基于面向對象思想分析與解決問題的方法是面向對象方法。在軟件工程領域，面向對象方法是指以面向對象思想為指導的軟件設計與開發方法，強調運用人類在日常邏輯思維中經常采用的思考方法與原則，以對象為中心，以類和繼承為基本構造機制來抽象現實世界，以對象、類、屬性、方法、封裝、繼承、消息、聚合等概念對軟件進行設計和開發。
2 面向對象仿真建模
仿真建模的根本目的是建立能夠在計算機上解算系統數學模型的系統模型軟件，為了達到這一目的，必須經歷兩次建模過程：一是數學模型設計，使用數學語言對系統進行抽象和描述，即數學建模，成果是包含數學公式、數據等元素的文檔、圖表等；二是模型軟件建立，將數學模型轉換為計算機軟件，使數學模型能夠在計算機上進行解算，成果是模型軟件，這一過程是狹義上的仿真建模，可分為設計與開發兩個步驟。
數學模型設計與模型軟件建立這兩次建模過程是緊密相關的，采用面向對象方法設計的數學模型，其模型軟件必須同樣采用面向對象方法建立，即在模型軟件設計、模型軟件開發均采用面向對象方法。這樣一是能夠最大化發揮面向對象方法的優勢，包括直觀、數據抽象、信息隱蔽、模塊性、可重用性、可維護性、靈活性等；二是能夠保證數學模型能夠轉換為模型軟件，保證數學模型與模型軟件的一致。
3 面向對象數學模型設計
數學模型設計使用數學語言對被仿真系統進行抽象和描述，被仿真系統由一系列組成部分構成，按照面向對象方法，可將被仿真系統的各組成部分定義為對象，這些對象可以擁有、傳遞和處理消息，并能相互作用。更進一步，可將被仿真系統各組成部分作為系統進一步分解為更加詳細的對象。將被仿真系統分解并定義為一系列對象是面向對象數學模型設計的第一步。
面向對象思想認為任何現實世界客觀存在的事物都可以通過狀態和對狀態的改變來進行描述，對象也是客觀存在的事物，同樣如此。在面向對象方法中，對象的狀態使用屬性來描述，而對象狀態的改變使用方法描述，對象之間通過消息相互作用。對象擁有的消息是屬性的一部分，對象傳遞和處理消息的過程是對狀態的改變，是方法的一部分。面向對象數學模型設計的第二步是定義對象屬性和方法。
對象屬性分為靜態屬性和動態屬性：靜態屬性描述了對象的靜態特征，不會發生改變；動態屬性描述了對象的動態特征，可被對象方法改變。對象方法描述了改變屬性的方式和過程。
從數學的角度看，被仿真系統可使用數學方程來描述。那么，可以認為對象方法描述了數學方程本身，而對象屬性則描述了數學方程中的變量。
4 面向對象模型軟件建立
模型軟件是對被仿真系統數學模型的軟件實現，按照軟件工程學，模型軟件建立可粗略劃分為設計和開發兩個階段。
4.1 面向對象模型軟件設計
數學模型設計階段已經明確了被仿真系統的對象組成，以及對象的屬性和方法。模型軟件設計階段是連接數學模型與模型軟件之間的橋梁，主要任務包括：按照面向對象方法，從軟件設計角度對數學模型進行分析，將對象抽象為類，設計類之間的繼承、聚合關系；根據仿真目的，從數學模型的對象屬性中挑選部分屬性作為類的屬性，挑選部分方法作為類的方法，增加部分軟件運行需要的屬性和方法；設計類的實現方式，如編程語言、屬性命名、方法的算法等；理清對象之間的關系，設計對象之間消息傳遞過程。
4.2 面向對象模型軟件開發
模型軟件開發是仿真建模的最后一個步驟，是采用面向對象方法，根據模型軟件設計，將類、對象、對象屬性、對象方法、消息通信等實現為軟件組件的過程。
軟件組件有很多種不同名稱，又稱為應用程序、程序、函數、模塊、動態鏈接庫、子程序或者類。這些名稱基于不同的軟件語言和協議，都表示一組計算機代碼，都可以響應命令和接收數據。具體采用哪個形式，需要根據采用的編程語言、運行環境、重用性要求、模型調用要求等確定。建議采用面向對象編程語言實現模型軟件，如C++、JAVA、C#等，并在開發過程中綜合考慮運行效率、時間一致性、重用性的要求。
5 結束語
本文對面向對象方法在仿真建模中的應用進行了初步研究，是計算機仿真技術與軟件工程方法相結合的一次有益探索。實際上，計算機仿真需要以仿真模型為核心，根據仿真目的構建仿真系統，在這過程中，面向對象方法必然能夠發揮積極作用，這是下一步的重點研究方向。
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作者簡介
李宏海（1981-），男，大學本科學歷。河北省撫寧縣人。工程師。主要研究方向為計算機仿真。
電工電子技術課程，對中職的學生來講，是一門專業技能課，有理論課、實驗課、實訓課。其中實驗、實訓都可以歸結到實踐課，目的是培養學生操作技能和解決實際問題的能力。將計算機仿真技術引入教學中，不僅改善了教學手段，減少了教學成本，更重要的是豐富了教學內容，提高了課堂教學效率，對于培養學生的自主能力、創新能力、分析和解決問題的能力都起到了潛移默化的作用。
一、理論教學中的應用
電工電子技術課程中，理論教學是必須的。理論是實踐的基礎和支撐。理論課教學的目的是更好地服務實踐教學，更好地用理論知識支持技能的學習，同時也為學生將來的職業發展提供足夠的基礎。所以，我們不能輕視理論學習。但是面對現今的中職學生，講理論知識，老師們都會感到頭疼，因為學生的素質比較差，數學和物理基礎比較薄弱，課堂上基本是老師灌輸，學生被動接受，一點也調動不起學生學習的興趣。再加上電子類的課程比較枯燥無味、抽象難懂、課程邏輯性強等特點，學生學習的確感到困難。對于教師來講，費了好大力氣，也很難達到理想的教學效果。
隨著計算機技術的發展，出現了虛擬仿真技術。我們將仿真軟件的虛擬實驗功能引進課堂，在講解理論的同時，利用計算機進行多媒體演示，搭建電路，設置參數，通電實驗，在顯示屏上可以直接顯示實驗結果，使一些抽象的概念形象化、直觀化、簡單化，彌補了理論上的抽象性。例如，在基本放大電路中，靜態工作點選擇的是否適合，直接影響到放大器的性能。若設置不當將會產生飽和失真或截止失真。在理論課上，學生往往對于公式的推導及曲線的講解不能深刻體會，導致對于基本放大電路的知識點不能較好地掌握。而通過仿真軟件EWB的展示，可以給學生一種直觀的認識。同時，有興趣的同學還可以自己設參數，觀察靜態工作點選擇的是否合適，如果不合適會產生什么樣的失真結果。這樣的理論課學生學起來有積極性，學習效果也就有很大提高。再舉個例子，在模擬電子線路中，三極管的基極（b）、集電極（c）和發射極（e）三個極之間的電流，存在Ie=Ic+Ib這樣的關系，教材中指出這個公式是經過多次實驗得出的結論，同時列出實驗數據表格。然后，老師在課堂上讓學生驗證一下表格里的數據，的確符合上述規律。這樣的理論教學，學生沒有體驗，就事論事，學生只有死記硬背。但如果利用模擬仿真，搭建電路，讓學生親手用EWB軟件中提供的電流表實際測量一下，自己得出上述結論，那效果就會不一樣，學生很快就會記住三極管三個極之間的電流關系。正如一位教育學家總結的：“你告訴我，我會忘記；你給我示范，我會記住；你讓我自己做，我會明白，而且一輩子都不會忘記。”
所以，利用模擬仿真技術進行理論教學，可以將復雜問題簡單化，抽象問題形象化，理性知識感性化，讓我們的學生在理論學習時不感到枯燥，調動起他們的思維，讓學生在不斷的探索中學習。
二、實踐教學中的應用
實踐教學在電工電子技術的課程中安排比重較大，因為這是一門專業技能課，實踐性很強。在上電工電子技術課的第一天，老師就要重點講用電安全，因為做任何事情，安全總是第一位的。學生進行各種實驗操作，一定要規范操作，注意操作規程，但仍不排除會有意外的發生。所以，作為電類的教師，在上實驗課時難免會有各種擔心。這是其一。其二是由于經費的問題，很多實驗，由于實驗室元器件、設備不全，規格不合適等原因而不能完成。就算能完成，也要花很大一筆開銷。
如果采用虛擬仿真技術，我們只需要計算機，在計算機房就能完成很多實驗，而且不存在安全隱患和設備不足的問題，特別是驗證性的實驗，很快就能得到結果。虛擬實踐教學平臺的建立，使學生可以不受場地與設備限制，只要有計算機，就可以進行各種相關電路的設計與仿真，有效做到理論與實踐的結合，加深了學生對理論知識的理解，提高了學生的應用能力及實踐能力，培養了學生學習的自主性，大大改善了教學效果。
例如，在數字電路的實踐教學中，仿真軟件中的邏輯轉換儀非常有用。實際工作中并沒有這個儀器，它能夠將邏輯電路和真值表、邏輯表達式之間進行轉換。利用這一功能，學生在設計組合邏輯電路時，非常的方便實用。另外，在項目實訓中，對于設計各種電路而言，利用仿真模型，可以減少元器件損耗，方便更換不同型號規格的元件，減少設計成本。再比如，在整流濾波實驗中，我們也可以讓同學利用仿真技術進行先行實驗。首先，搭建整流濾波電路，在儀表欄中調出雙蹤示波器，A通道接輸入端，B通道接輸出端，接通仿真電源，在示波器上就可以看到整流的效果，改變電路中電容參數，還可以觀察波形的變化，不同電容量，波形脈動的成分是不同的。這表明了電容濾波的效果。這樣的仿真實驗，讓學生在實物實驗之前就有一個深刻的了解，包括實驗步驟、實驗結果、注意事項等，在實物操作時，做到心中有數，提高了實物實驗的效率。雖然，仿真實驗有很多優點，但實踐性的教學不能完全依靠仿真技術，我們還是要將仿真實驗和實物實驗結合起來，充分發揮仿真技術的作用，讓仿真技術為真正的實驗教學服務，達到提高學生操作技能的目的。
三、仿真技術應用的思考
仿真技術應用于教學中，毫無疑問地提高了教學效果和效率。首先，利用仿真教學，激發了學生的學習興趣，有利于突破教學中的難點。仿真技術引入課堂后，把許多抽象、難以理解的教學內容變得生動有趣，動態地顯示實驗現象和結果，化難為易，能夠促使學生積極思考，提高自主學習和創新思維能力。其次，仿真教學在一定程度上可以彌補實驗設備不足，并且可以模擬一些實物實驗不易進行的實驗項目。但是，在實際應用中，不能完全用仿真教學代替實物實踐教學。仿真教學，只能起到輔助作用，實際動手操作能力，必須要通過實物性的實驗操作才能得到提高。而且，真正的實驗不能因此而減少。
模擬仿真軟件種類比較多，選擇一款簡單易學、適合教學的才是最好的。經過教學實踐證明，運用電子仿真技術作輔助，在優化課堂教學、提高教學效率、增強教學效果方面起到了重要作用，是一種先進的教學手段，很值得推廣。
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