時間：2023-09-27 16:31:31
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篇計算機模擬技術的應用，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。
關鍵詞：計算機；模擬技術；水資源；檢測；應用
中圖分類號：TP18
水資源的監測，其目的在于對水資源的水質以及水體進行監測，保證使用水以及庫存水的水體安全。此外，在一些蓄水機構中，對于水位的監測等都是非常必要的。因此，做好水資源監測，不僅需要對其水質以及水體進行了解，同時需要針對水位等信息進行實時的監測，從而保證安全。在實際的水資源監測中，人工監測已經無法滿足現代的需求。因此，引入計算機技術，作為水質監測中的主要技術。其中。計算機模擬技術是主流技術之一，在一定程度上實現了水體監測的主要工作，并為水資源監測實現了智能化與自動化。本文將重點分析計算機的模擬技術原理，并探討其在水資源監測中的應用。
1 計算機模擬技術的原理分析
計算機技術發展最為快速，并且在各個行業中也有著自身的應用標準。對于其他行業的發展，計算機技術實現了主要的推進作用，從而幫助其他領域與行業實現現代化。在諸多的計算機技術中，計算機模擬技術屬于計算機的高端技術，其中融合多項領域的技術進行有效結合，從而實現了對現實事物的模擬與仿真。本文中對于計算機模擬技術的應用，其在水資源的監測中也有比較突出的應用表現。那么，計算機模擬技術的技術原理是什么呢？
首先，計算機模擬技術屬于結合性技術，也就是并非是單方面的計算機技術。計算機模擬技術中，需要外接設備，對于外接事物或者需要研究的對象進行有效地輸入。外接設備一般都采用攝像設備，并且能夠擁有與計算機進行無縫對接的接口，從而保證將外界事物進行有效輸入。輸入設備輸入后，需要進行格式轉換。由于計算機能夠識別的是機器語言，因此需要將圖像數據進行轉化，其中包括機器數據語言等。轉換以后，通過計算機的模擬軟件，實現模擬的功能。此外，如果需要進行相應的預警或者是信號輸出，還要進行相應的信號發射應用開發，從而實現完善的模擬監測預警系統。
其次，計算機模擬技術的核心在于現實模擬。模擬技術在生產領域以及設計領域中應用的最為廣泛，其中包括如何進行水下監測以及現實還原等。模擬技術通常會依托于點距原理，其中將現實事物進行像素分解，如果采用制圖模式，可以通過對不同點距的數據進行修改，從而實現模擬的效果，實際上，計算機模擬技術并非只是通過輸入設備，將圖像或者是視頻進行相應的輸入，而是將這些原始數據輸入以后，通過模擬軟件，對點距的數據進行修改，從而模擬當外界條件發生變化以后出現的現象和結果做的預測的作用。
最后，計算機模擬技術是基于計算機軟件應用的技術之一，其可擴展性比較強。實際上，目前純粹的計算機技術是不存在的。一般目前的軟件應用開發，都會基于多項應用，從而采用多領域技術進行結合開發，從而實現某一特定功能。因此，在進行計算機模擬技術的原理分析的過程中，僅僅從計算機語言的角度分析是遠遠不夠的。計算機模擬技術一般采用面向對象程序設計語言進行編譯，然后需要數據分析應用功能和信息請求等不同的功能。這些功能的結合，實現計算機模擬技術的核心部分。通過這些組合部分的技術原理分析，從而實現完善的計算機模擬技術的邏輯架構。
2 水資源監測中計算機模擬技術的應用
通過對計算機模擬技術的分析，了解計算機模擬技術的原理與應用領域。而在水資源監測的應用中，采用了一整套的監測系統，包括對水資源水體和水質的質量監督，數據標準與預警信號的設計等。因此，作為基于計算機模擬技術的水資源監測系統的開發與應用十分重要。以下將對水資源監測系統中的計算機模擬技術應用進行分析。
2.1 水資源監測中對于檢測系統的計算機模擬技術應用；對于水資源的監測，其主要的目的在于如何實現對水資源的水質以及水體進行檢測，其中包括水質成分和水質污染狀況。目前，由于人類發展迅速，造成用水量巨大，導致了非常多的水資源短缺。因此，很多自然流水成為了目前主要的生活用水。生活用水的質量需要予以嚴格把關，并且需要進行實時的監測。因此，需要采用自動換遠程監測系統，才能夠保證能夠時刻了解生活用水的使用源頭。因此，計算機模擬技術開始應用于水質監測中，并且實現了較為不錯的效果。其中，將計算機模擬技術應用到水資源的監測中，其中主要是利用計算機模擬技術的數據預測與模擬仿真。在水資源監測的過程中，針對不同水質以及水體的監測內容是有區別的。為了能夠更好的對水資源的檢測效果進行第一時間的反饋，并且在預測的意外問題內的監測結果評估。可以通過計算機模擬技術，將預測數據進行模擬輸入，通過模擬仿真軟件進行結果預測。這樣的方式可以再很大程度上完善監測系統的完善性。并且，可以最大限度的降低成本，無需真正進行實物監測，而通過模擬軟件即可以實現。
2.2 水資源的水位測量與計算機模擬技術應用分析；水位測量一般是水庫以及儲水設備中常用到的設備，水位測量是一種預警系統，通過對水位的測定，從而對自然水資源的一種保護。計算機模擬技術在水位監測中，可以做到正常的預警功能。其中，對于水位預測而言，計算機模擬技術的測試階段非常重要。需要進行前期的數據統計，將近幾年的水位數據進行研究分析，從而進行統計分析。計算機模擬技術可以通過模擬軟件的輸入數據端，將這些數據進行真實預測，從而得到一定的具有實際意義的結果。從這些水位測量結果中，可以通過年度的降水量以及需水量和用水量等三個因素，來對水資源儲水設備中的水位測量進行科學計算，從而保證計算機模擬技術應用的實際效用。
2.3 水資源水體預警與計算機模擬技術的應用解析；對于水體與水質的監測而言，是水資源檢測中最為重要的內容，也是計算機模擬技術應用最為實用的內容。水質的監測需要結合化學方法，通過計算機模擬軟件的仿真，將所謂的化學軟件對計算機中的水質數據進行監測，從而做到預警的目的。此外，針對計算機模擬技術進行的水體監測，主要是模擬水體中的主要物質，水質中包含的礦物質以及一些其他物質，是鑒定水資源的重要標準之一。為了能夠得到精確的數據，通過計算機模擬技術進行測試，是非常有必要的。
3 結語
節能環保是未來發展的主流方向，也逐步受到了人們的重視。環境資源是人類必須重視的話題，水資源的水體與水質安全，是關系人類生存與發展的根本因素。水資源的監測工作是必要的，而且是必須引起重視的。隨著科技的發展，越來越多的技術開始應用到水資源的監測工作中，其中以計算機模擬技術作為水資源監測的基礎技術標準。計算機模擬技術的應用，在水資源的監測應用中，采用了三維立體的模擬技術，將監測過程進行前期模擬，從而發現水資源監測中容易出現的問題，并且將模擬的結果進行理論分析，從而對水資源的水體水質有基本的認識，保證了水資源的良好狀況。
參考文獻：
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介紹了計算機綠色建筑設計的模擬方法，結合我國綠色建筑設計的發展現狀，闡述了計算機模擬技術在綠色建筑設計領域的應用與發展前景，對資源節約型與環境友好型社會的建設有積極的作用。
關鍵詞:
計算機模擬技術，綠色建筑，發展前景，氣候環境
環境問題是我國現階段經濟發展過程中所面對的一個重要問題。在社會對能源和環境的重視程度不斷提升的情況下，綠色建筑設計理念的應用，對我國建筑行業的可持續發展起到了積極的促進作用。隨著計算機技術的不斷發展，計算機模擬技術的應用，可以讓綠色建筑設計工作的工作效率得到有效的提升。從我國綠色建筑設計領域的發展現狀來看，這一技術的應用是對我國的綠色建筑技術水平進行提升的一種措施。
1計算機綠色建筑設計模擬方法
風環境法、光環境法和聲環境法的產生，是計算機模擬技術在綠色建筑設計領域的主要應用表現［1］。在風環境法的應用過程中，氣象參數扮演的是關鍵信息的角色，它對解析結果的精確度有著至關重要的影響。室內風環境的分析主要是對建筑物的自然通風情況進行模擬分析的模擬設計方式。室外風環境分析是從建筑物所在區域的地形環境入手進行模擬分析的過程。光環境法涉及到了室內環境和室外光環境兩大因素。它可以對建筑物所在區域的日照情況，光輻射情況和室內光環境所涉及到的照度問題和采光度系數問題進行分析。聲環境法則是與建筑工程施工區域的噪聲問題進行分析的一種設計模擬方式。從計算機綠色建筑設計模擬方法在實際應用過程中所發揮出來的作用看，設計階段和評價階段已成綠色建筑工程效率問題的一大發展難點。
2我國綠色建筑設計的發展現狀
1)綠色建筑設計的出現。綠色建筑設計是在可持續發展戰略目標的影響下所產生的新型設計理念［2］。這一設計理念的出現，可以讓建筑與能源環境之間的聯系性得到有效強化。為了對能源資源節約在社會發展過程中的作用進行充分發揮，有關單位需要對綠色建筑設計理念的宣傳工作進行強化，以便讓綠色建筑的功能和作用得到充分的發揮。2)我國綠色建筑設計的現狀。我國的綠色建筑設計工作存在著發展起步較晚的問題。同其他國家的相關技術相比，我國的綠色建筑設計技術還存在著落后性的問題。這一問題的出現，可能會對綠色建筑的落實帶來一些較為不利的影響。從我國綠色建筑設計方面的法律法規的建設情況來看，綠色建筑的審核監督機制還沒有得到有效構建。計算技術的落后性，也給我國綠色建筑的發展問題帶來了一些不利的影響。3)我國綠色建筑設計的深遠意義。綠色建筑設計理念的應用，是促進經濟社會可持續發展的一大重要措施。這一建筑理念的出現，是對能源環境對社會的影響進行重視的一種表現。它也可以為社會帶來巨大的經濟效益，因而，我們在現階段需要對綠色建筑設計在未來社會的發展問題進行關注。
3計算機模擬技術在綠色建筑設計領域的應用
3．1計算機模擬技術在綠色建筑設計中的具體應用
模型構建是計算機技術在綠色建筑設計過程中所不可缺少的一項重要內容［3］。在這一過程中，工作人員需要將建筑模型導入到計算機模擬技術軟件之中。在這一階段，工作人員可以將建筑圖形簡化為只有墻和門窗等重要部位的模擬圖形。在完成建筑模型導入后，設計人員需要在對建筑設計中涉及到的一些參數進行導入的基礎上，對建筑物的區域設置進行確定。為了對畫圖工作進行簡化，設計人員需要對平面設計模式進行應用，進而利用平面圖對立體圖形進行構建。計算機模擬技術中的Ecotect軟件就在綠色建筑設計領域發揮出自身的輔助設計作用。在對該軟件進行應用后，系統可以從某一地區的具體氣候情況進行分析的基礎上，通過模擬計算的方式來生成符合建筑師設計要求的建筑構件。在相關參數的設置過程中，相關設計人員需要對建筑物內各個區域的能源消耗問題進行計算。以便從相關區域的人數、空調和照明等多方面因素入手，對參數進行設定，在參數計算工作的開展過程中，工作人員可以從計算機模擬技術軟件對不同區域的設置情況入手，在對各個區域進行分析以后，來解決這一問題。對綠色建筑設計的相關參數的計算，也是對綠色建筑所需的建筑材料進行計算的過程。例如，在建筑物的天花板施工中，施工人員需要對一些優質的混凝土材料進行應用。氣象信息加載功能的運用，也可以讓綠色建筑設計的時效性得到充分提升。在將建筑工程施工區域的氣象數據導入到相關系統以后，工作人員可以從氣象信息和施工區域的地理位置兩方面入手，對工程的資源消耗情況進行計算。在上述工作完成以后，工作人員可以對工程每一月份所消耗的能源量進行統計。在計算機模擬技術的作用下，系統也可以導出一份與建筑物各個位置在每一天甚至是每一小時以內的溫度情況有關的EXCEL表格。在對計算機模擬技術的應用問題進行分析的過程中，建筑物的朝向和建筑群的布局優化問題也是我們無法忽視的一個重要問題［4］。從建筑物的朝向問題來看，它與當地的主導風向和建筑所在區域的道路問題之間存在著一定的聯系。房間內部的使用要求與光照問題也需要在建筑朝向的確定過程中有所考慮。在對這一問題進行處理的過程中，計算機模擬分析技術可以在對上述因素進行充分考慮的基礎上，對建筑物的朝向問題進行確定。在對不同建筑布局所面對的風環境進行模擬分析以后，可以發現建筑布局對建筑的風環境特征有著較為重要的影響。對此，在不同的季風區域內，建筑人員需要從當地的氣候環境特征入手，對建筑群的布局問題進行優化。CFD建筑風環境模擬技術就是一種建立在流體力學、計算機方法和計算機圖形學基礎上的一種模擬實驗方式。它可以在對建筑物建成以后的外部風環境狀況和內部風環境狀況進行模擬的方式，在對自然通風風速、風壓等模擬圖進行建構的基礎上，對建筑的設計方案進行修訂。針對風壓的影響作用，在僅對風壓問題進行考慮的情況下，利用PHOENICS模擬的結果對不同架空空間中的最佳方案進行選擇，是第一階段的設計內容。在第二階段，工作人員需要借助fluent軟件，對設置室外通高中庭和未設置外通高中庭的兩種建筑模型室外風環境情況進行分析。
3．2計算機模擬技術在綠色建筑設計領域的發展前景
計算機軟件模擬技術在實際應用過程中所涉及到的信息主要由各個地區的氣候信息、地理位置信息等要素組成。但是從計算機模擬技術的應用情況來看，地點選擇的有限性是計算機模擬技術軟件在實際應用過程中所表現出來的主要特點，在可選擇地點相對固定的情況下，數據信息缺乏準確性和完整性的問題可能會讓綠色建筑能源消耗的計算結果表現出缺乏準確性的問題。從我國社會的發展現狀來看，在人口數量增速相對較快的環境下，資源消耗速度的增長，已經讓綠色建筑設計成為了建筑設計領域的主要發展趨勢。在建筑環境發生變化的情況下，建筑物的能源消耗計算工作也表現出了復雜性的特點，因此，計算機模擬技術在綠色建筑設計領域中仍然存在著較為廣闊的發展前景。
4結語
綠色建筑設計理念的產生與發展，對資源節約型社會和環境友好型社會的建設有著積極的促進作用。計算機模擬分析在綠色建筑設計過程中的應用，可以對建筑物在環保節能方面的優勢進行充分發揮。因而二者之間的融合也可以讓人們的居住舒適度得到有效的提升。
參考文獻:
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關鍵詞：計算機模擬；蒙特卡洛方法；化學教學
文章編號：1005－6629(2008)03－0001－03中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B
1 引言
現代科學技術的發展，極大地豐富了科學研究方法的內容。從最初亞里士多德所倡導的推理演繹的理論研究方法，到伽利略的實驗研究方法，人類對于自然的認識隨著手段的不斷完善而更加深刻。化學作為一門核心的自然科學，在過去的100多年里，創立了研究物質結構和形態的理論、方法和實驗手段，認識了物質的結構與性能之間的關系和規律，合成制備了數以萬計的化學物質，為人類認識物質世界和人類的文明進步做出了巨大的貢獻。
然而，20世紀以來，面對生命科學、材料科學、信息科學等其他學科迅猛發展的挑戰和人類對認識和改造自然提出的新要求，化學的發展趨勢逐漸變為：由宏觀到微觀、定性到定量、穩定態到亞穩態的發展；由經驗逐漸上升到用理論來指導設計和開拓新的研究領域和思路。同時，在與其他自然科學的相互滲透過程中不斷地產生新的研究方向，并向探索生命科學和宇宙起源的方向發展。也就是說，化學正向更加復雜的方向發展：系統方面，呈現多組分、多反應和多物種的復雜性特征；結構上，主要是多層次的有序高級結構；過程上的復雜性主要體現在有復雜系統參加的化學反應中，而復雜過程是由時空、有序地受控等一系列事件構成，同時狀態變化的復雜性又是過程復雜性的表現。在這樣的背景下，常規的實驗手段和實驗水平已經不能完全滿足理論研究的需要，甚至很多方面的研究很難用現有的手段實現，這就迫切需要一種新的技術來對實驗方法進行補充和深化。
計算機作為一種科學研究的重要工具，自問世以來，已經應用在自然科學的各個領域并由此發展了許多新的理論與方法。現在公認的是，計算機是理論研究的重要補充[1-4]。它可以不加近似的給出某一模型的數值結果及直觀圖像，進而可以與試驗相對照，從而對新理論的提出起到指導作用。所以，計算機模擬已經不再僅僅是理論物理學家手中的武器，而逐漸成為實驗化學家必不可少的工具。隨著計算機模擬技術的日益發展，化學研究的手段得到更新的發展和深化，化學研究也進入了一個新的階段。
2 計算機模擬方法
傳統的計算機模擬采用的方法大致分為兩種類型：確定性模擬方法即在統計物理中稱為分子動力學模擬方法；隨機模擬方法即蒙特卡洛方法(Monte Carlo)，這兩種方法在微觀模擬領域都起到了重要的作用。在時間趨于無窮時，兩種算法是等價的。
分子動力學計算機模擬是研究復雜的凝聚態系統的工具。它是基于牛頓方程。在原子核和電子所構成的多體系系統中，其中每一個原子核都被視為在全部其它原子核和電子作用下運動，通過計算機分析系統中各粒子的受力情況，用經典或量子的方法求解系統中各粒子在某時刻的位置和速度，以確定粒子的運動狀態，進而計算整個系統的結構和性質。這一技術既能得到原子模擬的運動軌跡，還能像做實驗一樣進行各種觀察。由于分子動力學模擬方法計算的體系比較大，是目前模擬研究核酸、蛋白質等生物大分子結構和性質以及配體――受體相互作用的主要方法。
自然界有的過程本身就是隨機的過程，如物理現象中粒子的衰變過程、粒子在介質中的輸運過程等。蒙特卡洛方法是通過不斷產生隨機數序列來模擬過程。其基本思想是按照實際問題所遵循的概率統計規律。
用電子計算機進行直接的抽樣試驗，然后計算其統計參數。該方法也通常稱為直接蒙特卡洛模擬法，它充分體現出無可比擬的特殊性和優越性，也就是人們所說的“計算機實驗”。
同樣，如果我們用蒙特卡洛方法也可以人為地構造出一個合適的概率模型，依照該模型進行大量的統計實驗，使它的某些統計參量正好是待求問題的解，這也就是所謂的間接蒙特卡洛方法。
3計算機模擬技術在化學中的應用
計算機模擬技術自九十年代初以來發展迅速，其在新材料的設計開發領域已成為一種十分重要的方法和工具。它不僅能提供定性的描述，而且能模擬出分子體系的一些結構與性能的定量結果。例如，在研究沸石催化劑的吸附和擴散性質、溫度對擴散系數的影響、選擇合適的沸石結構時，計算機模擬技術就成為一種有力的工具。對尋找可以用于形態選擇性反應的可能的催化劑這方面的工作來說，利用計算機建立沸石和被吸附分子的模型，采用分子圖形法(moleculargraphics)可以很快在計算機屏幕上顯示出各種反應物或產品的分子與候選的(candidate)沸石孔的形狀與尺徑的匹配程度，用量子力學或分子動力學研究沸石內的分子擴散情況可以提供對所顯示的分子圖像的證明，從而選擇有效的催化劑。
隨著非線性科學突飛猛進地發展，蒙特卡洛方法在化學上已經取得了可喜的進展。進入九十年代，蒙特卡洛方法在化學的各個領域都已成為研究前沿，這標志著化學一場新的革命的到來。尤其是在實驗和理論上解釋都有一定困難的高聚物微觀機理方面：如單鏈聚乙烯在特殊情況下化學鍵的參數；支鏈含量和長度在共聚烯結晶中作用；支鏈點對晶體的作用；高分子凝膠網的溶脹平衡等方面的研究[5]，蒙特卡洛方法顯示了其巨大的優越性。
活性自由基聚合（CRP or LRP）是近年來高分子合成領域中研究的熱點之一。其特點是通過一個休眠/活化的平衡反應來降低體系中的自由基濃度，從而達到可控聚合的目的。而這個間歇休眠的過程是否對聚合產物的結構產生影響是需要關注的課題。傳統的實驗方法只能用13C-NMR來分析聚合物的序列結構，用這樣的方法得到的結果無法排除引發、副反應及實驗條件的影響。蒙特卡洛模擬很好地解決了這些問題，只要建立合適的模型，就可以用計算機模擬實際接近的反應，追蹤到整個反應的進程，從而對產物的結構有相當完整的認識。
同時，計算機模擬方法不僅局限于科研領域，在工業生產中也發揮著巨大的作用。比如對于一個反應釜，利用計算機模擬程序，根據設定的參數可以得出生產所需要的壓力，溫度等參數，省時省力，節約了資源。反之，對于相應的生產條件可以根據需要的反應參數來設計反應釜的大小、數目、參數。
4 計算機模擬在化學教學中的應用
計算機輔助教學作為一種嶄新的教學手段，在現代教學技術中顯示出強大的生命力。與傳統的教學方法相比，計算機輔助教學更加生動、直觀，無疑顯示出巨大的優勢。例如，用三維動畫模擬分別由羧酸和醇脫羥基的兩種反應模式，引導學生觀察化學鍵的斷裂和重新組合，從而了解到底是羧酸還是醇提供羥基。而本文所討論的計算機模擬并不僅局限于模擬演示實驗，利用上述的兩種計算機模擬方法可以解決常規實驗方法較難證明的問題。通常，這種計算機模擬技術是通過建立一個理論模型，利用計算機語言編寫程序，實現對研究對象的模擬，通過計算，與實驗事實形成對照互補，這樣可以對理論模型給出一個直觀的印象，加強教學的效果。同時，由學生進行程序設計，可以加深對理論模型的理解。例如，用MATLAB語言設計編寫蒙特卡洛法處理化學反應動力學問題的程序，將所編的程序用于模擬鄰苯二甲酸二甲酯的堿性水解反應，用模擬結果與實驗結果及常規化學反應動力學公式的計算結果相比較。事實證明用蒙特卡洛模擬方法對于預測反應動力學具有較高的準確性[6]。 再比如，利用計算機模擬程序來研究溶劑對化學凝膠化過程的影響[7]， 建立改進的晶格鍵流模型，引進緊鄰不飽和單元相互作用參數Z來描述溶劑的品質，模擬的結果表明，溶劑品質對凝膠化時間、簇平均時間、簇尺寸分布等有明顯的影響。
在高校的課程中，已經有了程序設計課程，這為計算機模擬技術的運用創造了很好的前提，同時也增強了學生學習化學和計算機的興趣，能夠培養出既能夠從事計算機模擬又能掌握化學原理的復合型科研人才，適應社會的需要。
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關鍵詞:農業生產;計算機;信息虛擬技術;策略
近30年來，信息產業的發展改變了世界經濟的發展格局，時至如今，事實證明，在當今時代，信息技術的發展水平已經成為了衡量一個國家和地區現代化程度甚至是經濟發展程度的重要標準，擁有先進的計算機信息技術，就能贏得了發展的先機。一直以來，我國都是一個農業大國，農業的發展在我國整體發展中占據著重要的地位，就算工業革命以來我國大刀闊斧發展第二、第三產業，但是對第一產業發展依然重視，因此我們應該以計算機為平臺，以信息技術為支撐，大力發展信息化農業。
1農業應用計算機信息技術的優勢及應用機制
1.1應用機制
在農業方面應用信息技術也就是要使“農業信息化”，發展“信息農業”，具體來說，是利用計算機平臺使傳統農業與信息技術相結合，從而發展出一種新型的現代化的農業模式。在運行機制方面，利用信息系統優秀的整合及分析功能，通過計算機來分析農業生態系統的優劣處，然后依據各地特點來發展適合本地的農業，這樣，就可以把農業發展模式由粗放型向精細型轉變，利用信息技術的科學分析、科學決策來轉變農業發展模式，發展“信息農業”
1.2應用優勢
發展農業信息化不僅有利于傳統農業向現代化農業的轉型，改變粗放農業對環境的破壞和對資源的浪費，更可以節約農業發展的成本，推動節約型農業的發展進程。利用計算機信息技術，可以一改農業發展中對人畜勞動的依賴，使用現代化及其作為最主要的勞動力，同時，可以提高各種農業資源的利用效率，使農業收益再添佳績。總的來說，就是建立了一個環境友好型、資源節約型、收益更高型的農業發展模式。
2計算機信息技術在農業生產各方面的具體應用
2.1計算機數值方面的應用
利用計算機絕佳的分析統計功能來為農業發展選擇最佳方案、為農業生產選擇最佳配比是利用計算機數值來發展農業的常用方式。在畜牧業方面，可以利用計算機數值分析來選擇最有利于家畜生長的飼料配方；在種植業方面，可以利用計算機數值分析來選擇最合適的農作物播種時間、地點和方式以及施肥方案；在農產品銷售方面，更可以利用計算機數值分析來選擇優良的銷售方案，以期獲得更大的收益。
2.2計算機信息模擬方面的應用
計算機模擬技術最適合用來進行系統研究，應用在農業方面，就是要把農業看作一個整體、一個大的系統，然后把農業細分出的畜牧、種植等行業看作一個個小的生產系統。在進行計算機信息模擬的過程中，首先要進行具體的調查，確保所采用的初步數據和信息的真實性，其次，利用數學建模的知識將系統內的具體情況和計算機信息系統相連接，量身定做出農業相關的計算機模擬系統，最后，根據計算機模擬系統的有關結果來合理安排農業生產資料，做出最適宜的管理實施方案。利用這種計算機模擬實驗，能夠極大的降低農業生產風險，減少對農業生產資料的浪費及對環境的破壞，在西方，這種技術已經普遍運用并且取得了相當大的成效，在我國，也要盡快把這項技術的應用提上日程，以求加快農業現代化的步伐。例如，當今反季節蔬菜的種植規模已經比較大，如果在種植前就利用計算機模擬系統來模擬種植的溫度、濕度、土壤肥沃程度等各項相關數據，就能最大程度的避免失誤，使蔬菜得到更好的生長，使產業達到更好的收益。
2.3種植業方面對計算機信息服務系統的應用
首先，我們要明確計算機信息服務系統究竟是什么，顧名思義，這是一個以計算機平臺為支撐，以信息作為賣點的服務于農業的系統，也就是說，利用計算機信息的專業知識來智能的解決農業生產過程中面臨的各種問題和挑戰。在農業信息服務系統中，匯聚了有關農業各方面的龐大的知識信息，幾乎任何農業方面的問題都可以利用它來解決。在種植業方面，這個龐大的系統又可以細分為播種管理系統、土壤管理系統、病蟲害防治系統、天氣預測系統等多個相關的子系統，這些系統之間協調運作，使種植業獲得更好的發展，播種管理系統可以提供最佳的播種時間和方式；土壤管理系統可以為不同的農作物選擇最適宜的種植土壤；病蟲害防治系統可以科學判斷農作生長的不同時期可能遇到的不同的病蟲害并提供優良的治理方法；天氣預測系統可以通過對天氣的預測來降低不良天氣對農作物的影響。通過這一系統，種植業的發展一定能迅速的得到改善，走向現代化。
2.4畜牧養殖業方面對計算機信息服務系統的應用
與種植業對計算機信息系統的利用相類似，在畜牧業方面，這個龐大的系統也可以細分為優化育種系統、生長管理系統、營養控制系統、疾病防治系統等多個子系統，各個子系統之間相互聯系，共同鑄就現代化的畜牧養殖業。優化育種系統為畜牧養殖業提供基因優良的幼體；生長管理系統可以對家禽家畜的生長進行科學的管控，使他們更好的發育生長；營養控制系統可以及時了解家禽家畜生長過程中缺乏哪類營養并且提供補足該營養的方法；疾病防治系統可以針對家禽家畜不同的生長周期所易發的疾病進行科學有效的預防和治療。
3結束語
在經濟全球化和大數據發展的新時期，借助計算機信息技術來實現信息化農業已經成為了需迫切開展的課題，我國應該努力發展計算機信息技術，推動農業現代化進程。
參考文獻
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[2]甘秋維,董詠林.新時期農業生產中計算機信息技術的應用[J].山西農業科學,2015(02):207-209.
一、SystemView通信仿真系統
SystemView通信仿真系統是針對現代電子通信科研和教學開放的一種專業的電子通信仿真系統，在實踐應用中可以實現信號處理、濾波器設計以及復雜的通信系統數學模型建立等不同形式、不同層次的設計和仿真，在電子通信領域具有廣闊的應用前景。從結構設計角度來看，SystemView通信仿真系統是在Windows平臺基礎上形成的一種動態仿真系統，在具象的實驗應用中能夠實現可視化的動態電子通信系統的動態設計、分析和仿真。在當前電子通信領域廣泛存在的模擬、數字、數模混合，在各種多速率系統中的應用效果顯著，仿真活動延續到各種線性、非線性控制系統領域，能夠進行各種系統的時域與頻域分析、譜分析，以及對各種邏輯電路、射頻、模擬電路進行理論分析和失真分析等，這廣泛應用于現代數字信號處理、通信系統以及控制系統的設計與仿真領域。
二、虛擬仿真實驗的開展
1.軟硬件實驗環境的建設
虛擬仿真實驗的開展是建立在對虛擬儀器技術和計算機模擬仿真技術的基礎之上的，所以虛擬仿真實驗在電子通信領域的應用一定要從電子通信的角度出發，對相應的虛擬儀器和計算機模擬仿真技術進行研究，并在電子通信技術的基礎上以數據交換為主要手段實現二者的有機結合，提升虛擬仿真實驗開展的水平和質量。同時，針對電子通信領域所特有的一些現象和規律，借助計算機模擬仿真軟件進行模擬仿真，將電子通信的技術和理論環境模擬做到極致，為電子通信技術的虛擬仿真實驗營造一個最大限度接近真實的實驗環境。
2.虛擬仿真實驗項目的合理選擇
虛擬仿真實驗在電子通信領域的應用是一種工具性的應用，所以其功能的發揮是從電子通信角度出發的，只有從專業培養方案的要求角度出發，對每門課程中的每一個實驗目的、內容、要求和實驗過程中經常出現的問題進行分析、歸納，才能將電子通信的教學內容與虛擬仿真實驗緊密地結合在一起，才能發揮虛擬仿真實驗的真正作用。電子通信是現代社會經濟不可或缺的學科內容，其自身的發展質量將會對社會經濟產生廣泛而深遠的影響，因此對基于開放式虛擬實驗室電子通信學科計算機仿真實驗進行的研究具有鮮明的現實意義。本文從計算機仿真實驗的概念、作用、設計實現和應用四個方面對這一問題進行了簡要分析。
作者：陸興華 馮志鴻 單位：廣東工業大學華立學院
關鍵詞： 計算機模擬 實驗教學 開放性
從21世紀人才需要來看，要重視學生“知識、能力、素質”的全面培養，尤其要重視學生創造性思維、創新能力和技能的訓練與培養。高校實驗室是進行實驗教學、培養人才的重要基地，尤其是在醫學類院校，也是學校開展教學、科研、生產實踐三結合的重要場所。實驗室的工作水平是反映一所學校教學水平、科研水平和管理水平的一個重要標志［1］。
幾年來，我校機能學中心實驗室已經把計算機模擬實驗系統、規模地應用到本科實驗教學中，取得了很好的效果。這是我校在新形勢下深化教學改革、優化資源配置、體現學科特色、進一步提升實驗教學整體水平和教學質量，為迎接新一輪本科教學水平評估的一項新的舉措。
1.計算機模擬實驗在實驗教學中的重要地位和優點
掌握一定量的動物實驗方法是醫學研究的主要手段，也是基礎醫學機能學實驗課的一個主要目的。
計算機模擬實驗是計算機輔助教學的其中重要組成元素，它結合實驗教學內容，有機地將計算機信號采集、分析和圖像處理技術適時地應用到實驗設計和結果顯示等過程中，通過菜單顯示、人機對話、主控機（教師機）和終端（學生機）互動，以及運用多媒體教學軟件，使學生在一種新奇、直觀、仿真的教學氛圍中輕松地進行虛擬有趣的實驗。其優勢表現為覆蓋面寬、利用率高、幾乎覆蓋校內所有的本科專業，融科學性、互動性和趣味性為一體，配置合理、有良好的視聽效果，既可替代驗證性實驗，又可將難度較大的實驗過程和結果客觀地演示出來，加深學生對實驗的理解，有利于他們進一步實踐，提高實驗的成功率，同時對學生完成實驗的效果還能進行客觀的評價。而計算機的模擬實驗技術可以實現動物實驗的模擬效果。實驗者在計算機上對模擬的動物進行手術，可以反復練習，節省人力、物力、財力，使學生熟練掌握實驗方法。學生通過計算機選擇適當的實驗模型，保證了模型的穩定性、直觀性，同時給定相同的實驗條件，實驗結果完全相同。實驗者個人也可以充分發揮自己的想象力，在給定的實驗模型上改變實驗條件做出不同的實驗數據，完成深層次探討疾病機理的目的。在計算機系統中建立的虛擬實驗環境使實驗者可以像在真實的環境中一樣運用各種虛擬實驗器械和設備，對“實驗動物或標本”進行虛擬操作，完成各種預定的實驗項目，起到學習訓練的作用。該系統由于不受試驗動物、試劑的制約，特別適用于開放實驗室。學生在預習、復習或拓展訓練時采用虛擬實驗比實時實驗有更大的優越性。模擬實驗在教學方法和手段上開辟了一個新的領域。
歸納起來模擬實驗室有以下一些優點：（1）節約機能實驗室費用；（2）提高機能實驗室開放性；（3）拓展機能實驗室實驗項目；（4）突破傳統實驗模式，使得實驗不再受時間、空間、實驗動物、實驗試劑、實驗器材等的限制，使得實驗更加方便；（5）突出實驗的自主性，學生可以根據自我需求選擇實驗，也可以為學生定制實驗，強調了學生在實驗中的主導地位；（6）是真實實驗的補充，提高學生的學習興趣；（7）充分利用網絡信息資源。
2.我校計算機模擬實驗室的創建
2.1硬件部分：服務器配置：CPU PIII800、內存1G、SCSI硬盤；學生機WindowsXP：CPU PIII800、內存1G；教師機WindowsXP：CPU PIII800、內存1G、Modem硬盤；網絡環境：100M快速以太網。
2.2軟件部分：使用聯想集團開發的傳奇軟件，主要執行電子教室功能（教師演示，教師講評，視頻廣播，個別輔導，屏幕查看，多屏查看，等等）這里更多適合在模擬實驗室使用的是它的特殊功能。如：邀請學生，遠程開機，退出學生機，鎖定教師機，等等。還安裝了一些醫學軟件，如生理學教學軟件，提供幾十個模擬實驗項目，有生理實驗、病生病理實驗、藥理實驗，等等。學生再仿真實驗項目中，可查看實驗對象、實驗藥品、實驗器材、實驗目的及原理、實驗步驟、實驗視頻、模擬實戰。
2.3模擬實驗室詳情：模擬實驗室是基于計算機仿真技術的網絡化教學應用系統，它分為模擬實驗室學生服務端和模擬實驗室管理服務端。它的主要優勢在于用戶無需安裝客戶端軟件，只使用Internet Explore瀏覽器就可以使用模擬實驗室。
整個系統包括模擬實驗（實驗數據、圖片、實驗視頻、處理因素）數據庫、仿真環境界面和網絡硬件平臺等部分組成。模擬實驗室采用瀏覽器/服務器（B/S）一種網絡服務應用系統結構。
學生服務端：①實驗儀器介紹：在實驗儀器介紹中，學生通過目錄樹結構查看實驗相關器材，了解實驗器材用途和使用說明。
②基本手術操作：在實驗手術操作中，學生通過目錄樹結構觀看手術操作過程，了解手術操作要領，一方面通過實驗手術操作視頻體現手術操作，另一方面通過實驗操作視頻體現手術操作注意事項。
③模擬實驗：仿真實驗室系統提供幾十個仿真實驗項目，有生理實驗、病生病理實驗、藥理實驗，等等。學生在仿真實驗項目中，可查看實驗對象、實驗藥品、實驗器材、實驗目的原理、實驗步驟、實驗視頻、仿真實戰。
2.4模擬實戰操作：實驗項目模擬實戰操作可在計算機環境中練習實驗儀器組裝、模擬手術過程、模擬作用因素、模擬生物信號實驗結果。通過模擬實戰操作,提高學生對實驗的熟練程度和實驗成功率，提高學生的實驗興趣。
管理服務端：為了提高教學質量，改進考試方法，利用計算機強大的數據處理功能，由計算機逐步代替傳統的人工出卷，規范出卷程序，使出卷工作更科學化，不僅提高了工作效率，而且可杜絕傳統手工出卷存在的以下弊端。該系統由教師根據教學資料錄入試題，并對其按章、按題型進行分類，待需要考試時，設定一定的條件，系統就自動從題庫中選取試題并生成試卷。該系統成卷模式分為“自動成卷”（由系統根據條件隨機選題）和“手工組卷”（教師自己選擇題目）兩種，成卷后為Word格式文檔。
3.加強我校計算機模擬實驗室開放性
建立開放性的實驗室是培養學生實際操作能力、探索和完善理論知識的需要,是學生自創能力提高和增強自信心不可或缺的場所，更是提高和培養學生科研水平的重要基地。實驗室不能為他們開放，對高校大學生是一項培養引導的失誤,更阻礙了學生掌握理論以外的實際操作能力的提高［2］。我校計算機模擬實驗室由于種種原因，目前一直處于僅服務于教學，沒有對學生開放，學生進入實驗室只局限于上課時間，其他時間沒有機會進入實驗室進行自學，失去培養自己獨立實踐能力的機會。全天候開放虛擬實驗室。學生可以隨時進入模擬實驗實自己動手組織實驗，自己設計實驗方案，動手完成實驗，整理和總結實驗數據，提交實驗報告，培養學生的分析能力和創新能力，逐步向以“學生為中心”的自主個性發展模式轉變。計算機模擬實驗室不僅要對內開放，而且應該對社會開放,對廣大科研人員開放。
4.模擬實驗室建設上存在的一些問題
在醫學類院校開設計算機模擬實驗課，結合學生實驗情況來看，確實對學生在實際動手能力上面是很大的提高，尤其是在一些比較復雜的機能學實驗。如蟾蜍心輸出量的影響因素實驗中，主動脈和后腔靜脈比較難找，尤其是后腔動脈插管難度很大，但是通過模擬實驗后，學生就對這塊內容了然于胸，大大提高實驗的成功率；實驗成功也使學生對書本理論知識有更進一步掌握。但是現在模擬實驗室建設也還存在一些不足之處，一般是一次開展兩個或兩個以上實驗，先在模擬實驗室上，然后在實驗課中讓學生親自動手實驗。這樣一來，如果模擬實驗課和實驗課相差時間很長，學生就容易忘記一些比較難的實驗操作技術。因此在安排實驗課的時候要盡量考慮到模擬實驗課與實際動手的實驗課之間相隔時間不宜太長。
提高模擬實驗室的利用率。開學的前四周，模擬課安排的比較多而且比較集中。目前生理學模擬實驗模塊用得較多，病理生理學和藥理學模塊還沒真正使用起來。因此，要盡可能地提高模擬實驗室的利用率，減少資源閑置。全天候開放模擬實驗室，學生可以隨時進入模擬實驗室自己動手組織實驗，自己設計實驗方案，動手完成實驗［4］。為學生創造寬松的自主學習環境，擴大開放范圍、開放時間、開放內容和開放覆蓋面，使學生在實驗活動中由被動變主動，由“要我做實驗”變為“我要做實驗”［3］。
5.結語
我校計算機模擬實驗室的建立，可以很好地解決硬件設備跟不上實驗的要求、學生實驗時間不夠用等問題，對于提高學生的動手能力、分析問題和解決實際問題的能力具有非常重要的意義。但在具體應用中還要注意處理好“模擬試驗”和“實物實驗”的關系，不能一味地強調模擬實驗，要“虛實結合”，既相互補充又各有側重。這樣才能取得很好的實驗教學效果。同時，在模擬實驗中要注意培養學生嚴謹的、一絲不茍的科學實驗作風。
我校計算機模擬實驗室是在充分吸收目前國內醫學院校同類實驗室建設經驗的基礎上建立起來的，實驗室基礎設施良好，設備先進、功能齊備、性能亦較為優越。實驗室剛投入使用即引起同學們的極大興趣。
計算機模擬實驗室作為中央與地方共建高校基礎課實驗室和安徽省高校基礎實驗室示范中心建設項目得到國家和地方教育行政部門的重點資助并始終得到各級領導和學校各部門的關注和大力支持。模擬實驗室的使用凸現我校整體實驗教學水平進一步提升并完全能與國內先進高校同類實驗室接軌。
參考文獻：
［1］劉平輝，郭福生，孟顯云.高校專業實驗室建設及管理淺談［J］.東華理工學院學報（社會科學版），2004，（3）：86.
［2］唐文清，陳石山，鄧新武.新形勢下高校實驗室建設的現狀與對策［J］.衡陽師范學院學報（自然科學），2004，（3）：140.
[關鍵詞]計算機模擬 水利工程試驗教學 學習環境
一、引言
計算機模擬技術自出現以來，逐步滲透到工程、文化、醫學、娛樂等各個領域，它是“用高科技手段構造出來的一種人工環境”。它追求的是人機和諧，強調人在這一環境中進行自然的信息處理，因此自然得到了教育界的重視，尤其是對水利工程這門學科而言，將這一技術應用于試驗教學是有必要的。計算機模擬為教育教學開辟了新的思路，因為它大大擴展了學生的經驗范圍。模擬能讓學生去探索那些十分昂貴、十分危險、在時空上行不通或在現實中不可能達到的環境。將計算機模擬，尤其是虛擬現實引入課堂，可以讓學生參與那些以其他方式無法體驗的活動。計算機模擬還可以人工構造出因時間、環境、財力以及物理資源所限而無法出現的真實世界的模型，如水庫潰壩及潰壩后下游淹沒的場景等。水利工程學科教學中引入計算機模擬教學法，可以更直觀形象的表達出數學公式的物理含義，因此，借助于新的計算機模擬技術模擬河流洪水演進具有十分重要的意義。通過計算機建立數字模型，將空間地理分布及所具有的屬性進行數字化存儲，建立河流系統防洪信息數字管理模型，能夠快速、有效的對防洪信息進行管理，并可對不同頻率的洪水進行仿真模擬。以圖、表、或視頻的形式顯示出來，為水利工程學科試驗教學提供了很好的教學平臺。
二、計算機模擬水流系統基本原理
（一）河道水流水力學模擬原理
天然河道內水體的運動可以用圣維南方程來描述，它遵守水體的質量守恒和動量守恒。由質量守恒可以推導出連續性方程，是建立在水位變化率和契形或菱形渠道內水時變化的平衡關系上的[1]。由動量守恒可以推導出動力方程，是建立在慣性、擴散、重力和摩擦等相互作用的平衡關系上。其它如風或者說波動等的作風也可以考慮在內，但實際上因其作用甚微而不予考慮。
一般一維明渠非恒定流所采用的方程組為Q（流量），h（水位）為變量的圣維南方程組[2]，其基本形式為：
其中：A、Q、h分別為過水面積、流量、斷面水位（潮位），U代表斷面流速，Cs為謝才系數。
（二）洪水演進模擬技術
洪水演算即一定流量在不進行水位計算時沿著渠道行進時流量過程線形狀的變化。洪水演算一個重要的特征就是取水。在模型中這一對象可以作為一個流量邊界，或者可以放置于聯結或蓄滯洪區與洪水驗算節點之間。網型允許你為取水輸入一些規則來說明水體或水庫的運行。這些規則可以用一個定義在任意節點上的函數來描述取水或流量過程。將上下游之間的區域作為一個蓄水單元來揭示洪水演算的原理，因為相對于這個區域來說，入流過程線是知道的并且出流量是可以確定的。水流固有的連續性原理可以作為解決這一問題的基本方程，方程可用如下式子用示：
在一個時段內入流總量-同一時段內出流總量=蓄水量的變化量，用微分的形式可以表示如下[3]：
（3）
這里，dS/dt等于蓄水變化量相于時間的變化率，I是指入流量，O為出流量。為了便于計算通常以平均流量的函數來表示這個方程，也就是用式[4]：
（4）
式中，在時段Δt的始點和終點，并且它假設水文曲線在時間Δt內是直線變化的。值得一提的是選擇時間步長Δt時，必須要小心以便保證水文過程線的所有重要特征不受影響，特別是演算的時間周期必須要小于河道內洪水波的傳播時間。
三、計算機模擬模型設計
針對河網及明渠等的進行的水動力學模擬計算模型選擇InfoWorks RS來模擬。該模型提供了明渠、洪泛區、蓄滯洪區，以及水利工程等完整的水力計算模型，同時，還提供了基于事件和概念型兩種降雨徑流模型。提供了直觀的圖形用戶界面。通過InfoWorks RS，可以建立河網模型的網絡、事件、邏輯控制等河網模型所需要的各種要素模型界面如圖1，模擬功能結構如圖2。
四、模擬模型建立與模擬
InfoWorks RS所需基礎資料主要包括：幾何資料、恒定流資料、非恒定流資料，這些資料是InfoWorks RS進行洪水分析都必不可少的，其他資料僅對相應類型的分析才需要。
（1）幾何資料
包括建立河系的連接（圖示河系）、斷面數據、河段長度、能量損失系數（摩擦損失、收縮/擴散損失）、匯流點信息，以及水工建筑物資料（橋涵、溢洪道、堰）等。
（2）恒定流資料
包括：流態、邊界條件、峰流量信息。
①流態（緩流、混合流、急流）在用戶界面上指明，緩流曲線以臨界水深以上計算，急流曲線以臨界水深以下計算。如果流態從緩流過渡到急流，或從急流過渡到緩流，模型將按混合流模式計算。
②邊界條件是在河系終端（上游和下游）建立初始水面線所必需的，而初始水面線又是進行推算所必需的。對緩流而言，邊界條件僅用于河系下游端點；如推算急流，邊界條件僅用于河系上游端點；如推算混合流，邊界條件必須在河系所有終端設置。主要的邊界條件有：已知的水面高程、臨界水深、正常水深、率定曲線。
③流量信息用于斷面以便推算水面線，每一河段的流量數據從河系的上游往下游輸入。一旦在河段上游輸入了流量值，就認為該流量不變，直到另一流量值在該河段發生。河段內斷面的流速值可能發生變化，但是，在橋、涵或匯流點的中間，流速不變。
（3）非恒定流資料
包括：邊界條件（外部的和內部的）和初始條件。
①邊界條件必須在模擬河系的所有終端建立。河系上游端模擬所需的邊界條件有：流量曲線、水位曲線、流量～水位曲線。河系下游端所需的邊界條件有：率定曲線、正常水深（Manning方程）、水位曲線、流量曲線、流量～水位曲線。邊界條件也可在河系內部建立，用戶可以在內部斷面指明：后續入流曲線、均勻入流曲線、地下水過渡流量。
②初始條件（流量和水位）是河系節點進行模擬所必需的。初始條件有兩種不同的建立方式，常規的方式是：用戶在每一河段輸入流量資料，然后計算水面線高程。除此之外，還需定義指定蓄水面積上的初始水面線高程。
五、應用案例
（一）概況介紹
該案例是為同學們揭示一個水庫在遭遇超標準洪水時潰壩后對下游的淹沒范圍、淹沒時間及洪水水位，并參與制定防洪預案而設計的。案例結合某一水庫，該水庫庫容為6820萬m3，設計標準為百年一遇洪水。上游賈魯河干流長26.3km，河底坡降為1/300～1/400；水庫控制流域面積113km2，地處嵩山山前丘陵地帶，自然地勢由西南向東北傾斜，高程在海拔150～500m之間，地面坡度為1/300～1/400。水庫設計標準為百年一遇洪水，水庫校核標準為萬年一遇洪水（加20%安全保證值）。水庫設計壩頂高程為158.55m，現有高程158.60m。設計洪水位153.75m，校核洪水位158.60m。當水位超過158.60m時，庫區水面抬高，通過水庫自身調節能夠安全泄洪，但如果水位繼續抬高翻壩，有可能造成潰壩，對下游造成不可估量的災難。
（二）模型建立
輸入網絡數據、事件數據和邏輯數據后，加載內部和外部邊界，建立起的網絡如圖3：
（三）結果與分析
通過對校核標準下洪水下泄對下游的淹沒情況進行模擬，得出了各斷面最大流量時的各水力參數（如圖4），各控制斷面流量與流速度隨時間的變化圖（如圖5），各斷面水力要素隨時間的變化圖（如圖6）和下游水庫控制流域最大淹沒面積風險分析圖（如圖7）。可以直觀的是同學們了解和學及模擬過程，參與制定防洪預案。
六、結語
運用現代科學技術帶給教育的不僅是手段與方法的變革，而且是包括教育觀念、教育模式在內的一場歷史性變革。
合理利用計算機虛擬技術能較好的實現實驗教學改革，有效地加強實驗教學手段的建設，解決教學場地和硬件資源的缺乏，擴展教學內容，激發學員學習興趣，提高學習效率和教學質量。鑒于計算機網絡技術發展的迅速，可結合計算機網絡技術資源的應用，更好地進行大學實驗教學改革。
1.項目基金：水利部“948”項目““實驗室改造先進技術和設備”（編號：CT200210）
[參考文獻]
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[3]鄭邦民，槐文信，齊鄂榮.洪水水力學[M].武漢：湖北科學技術出版社，2000.
關鍵詞：軋鋼工藝；計算機仿真；設備優化
隨著近年來我國鋼鐵產能的不斷擴大，鋼鐵企業生產競爭日益激烈，軋鋼作為鋼鐵生產的重要環節，對于鋼材制品的品類、質量起到了舉足輕重的作用。在現有產能基礎的情況下，有效提升生產效率以及產品多樣性關乎企業的競爭力。在不增加設備投資的情況下，采用計算機仿真技術，在現有機組敏捷生產出更多不同鋼種、規格的產品符合符合鋼鐵企業的發展需求。
1軋鋼工藝及設備的發展
軋鋼是通過改變鋼坯形狀的壓力加工過程，一方面為了得到所需的鋼制品形狀，另一方面為了改善鋼制品內部特性。冷軋和熱軋是根據軋制溫度不同而劃分的，縱軋，橫軋和斜軋是根據不同的軋制時軋件與軋輥的相對運動而劃分的。一般軋制和特殊軋制是根據軋制的成型特點劃分的。近些年，軋鋼工藝也在不斷改進和升級，主要是受軋鋼工藝發展的影響。我國在軋鋼工藝方面的重大進展包括：1）鑄軋一體化，由于連續、高效、可控的軋制工藝，以及計算機等高新技術的容易應用，以軋制為特征的連續軋制技術在相當長的一段時間內仍將是鋼鐵行業鋼材成形的主流技術，但軋制工藝前后的連接技術將取得巨大進步。由于連鑄的發展，初軋工序已經被逐步淘汰了。生產的薄帶連鑄技術是直接冷軋，使連鑄和熱軋過程集成。鑄軋一體化將優化了整個軋制過程。2）靈活的軋制過程，應用程序的壓力寬度調整技術和形狀控制技術在熱帶鋼軋制，實現自由安排軋制板的寬度。粗糙和介質軋制技術的應用在桿和線生產實現了自由軋制。冷彎焊管機器也可以實現自由規范生產。這些新技術使軋制過程靈活。3）軋鋼技術進步的主得益于信息技術的應用。高新技術包括形狀自動控制，自由安排，精度高、多參數在線綜合測試在內，這些高新技術的應用可以優化軋鋼生產。軋機最早由計算機模型控制，后來轉變成人工智能控制。這些改變也是因為信息技術的發展，信息技術的發展具有優化生產周期，減少庫存和降低成本的優點。
2計算機仿真技術的發展狀況分析
計算機模擬技術主要是一個全面的技術，利用計算機科學和技術的成就建立模擬系統模型，并對模型進行動態實驗在特定的實驗條件。被廣泛應用在分析、設計、運行、評價已經培訓系統中，因其具有運行高效安全，且不受環境條件影響，可以改變時間比例尺的特點。自1980年代以來，隨著計算機技術的發展，仿真技術已經進入了一個新時代的計算機模擬和仿真應用軟件。計算機仿真技術的實用價值是增加，它已廣泛應用于人們的生產和生活的各個方面，如儀器、虛擬制造、電子產品設計、模擬訓練等。從90年代以來，基于計算機仿真技術，建立了一批高水平、大規模的環內硬件仿真系統，如射頻制導導彈環內硬件仿真系統、紅外制導導彈環內硬件仿真系統、戰斗機工程飛行模擬器、戰斗機環內硬件仿真系統、驅逐艦環內硬件仿真系統等，發揮了重要作用。綜上所述，隨著科學技術的迅速發展，計算機仿真已經成為一種不可或缺的手段，控制系統的分析、研究和設計。計算機模擬的意義在于它的應用。仿真技術的應用可以降低控制系統的開發成本，提高安全實驗的過程中，調試和培訓，帶來巨大的社會效益和經濟效益，應用于工程和非工程。目前，計算機仿真技術已廣泛應用于機械制造、航空航天、交通運輸、船舶工程、經濟管理、工程建設、軍事仿真、醫療衛生等領域。
3計算機仿真技術在軋鋼工藝的實際應用探究
3.1計算機仿真軟件
計算機仿真軟件主要為了提高兩方面能力，一是解決問題的能力，二是面向用于模塊，添加功能描述和模式實驗。通過仿真軟件，用戶使用不同的技術水平可以用他們的語言來表達不同程度的問題，與計算機方便地交流，并完成建模和仿真實驗。仿真軟件分為模擬語言，模擬方案和仿真軟件系統。仿真語言是最廣泛使用的仿真軟件。仿真軟件包是一種用于仿真特殊應用領域的程序系統。軟件設計師設計通用程序段劃分為通用子程序模塊，并設計一個主程序模塊調用子程序模塊。仿真研究人員可以使用這個程序包，而無需繁重的編程工作。這些計算機仿真軟件重要環節是仿真建模，仿真建模是建立被仿真對象的相似物或其結構形式。它可以是物理模型或數學模型，好的模型為后續仿真提供了良好的基礎。
3.2計算機仿真在軋鋼工藝中的實際應用
軋鋼工業的不斷發展，大量的系統和項目涉及有一定的復雜性和特殊性。為提高生產的安全性和經濟，計算機仿真技術可以快速發現生產過程中的規則和機制，并提供有效的理論和實驗依據改善產品的性能指標。小圓鋼冷卻床的運動是非常不同于普通圓鋼軋制領域。因此，有必要研究冷卻床的基本結構和工作原理。根據建立的運動模型結構，在計算機上進行仿真驗證測試，使用理想的冷卻床可以生產出目前最小尺寸的圓鋼。本研究涉及的冷床是一種逐步旋轉式冷卻床。它具有兩種齒板，即V形齒板和U形齒基。彼此移動，原理是以一種方式移動并同時繞另一根軸旋轉。鑒于存在問題的基本結構，模擬器還必須能夠從科學理論的另一個角度進行深入分析，如果是直徑較小的扁鋼，則很可能與模擬器不兼容。V形齒的第二個尖端，第二個V形齒的西壁相互接觸，這是拼圖的組成部分，它們都屬于冷卻床旋轉的突破極限，原因之一是旋轉過程中會出現不穩定，從而導致快速冷卻失敗。在碰撞過程中第二的v型齒小圓鋼或軸，u型牙齒會向下移動，繼續前進，而v型牙將新聞向下和向后移動。這實際上是必要的條件。首先，根據針對嚴重磨損和詳細規格的模型實驗的結果，對相同類型的工字鋼進行建模和仿真，并在正常條件下對其進行分析。從實際情況出發，從仿真模擬數據的計算和性能可以看出，在冷卻床下小圓鋼運動相對不穩定的快速冷卻效果非常好，并進行了數字仿真，冷卻床和機芯可以被穩定地冷卻，產生了良好的效果，但可控性相對較差。
3.3計算機仿真技術在軋鋼生產節能的應用
加熱爐屬于熱軋生產重要能耗設施，其功能是加熱軋件到規程軋制溫度，采用計算機仿真技術，對加熱爐、軋件進行建模，在計算機仿真系統中對加熱爐各類參數進行調整，針對不同的軋制產品，生產節奏，來料狀態優化加熱爐工藝參數，大幅優化加熱爐空耗與軋制節奏關系，可較大幅度降低加熱爐煤氣消耗，通過仿真結果分析，采用計算機仿真技術，動態優化加熱爐各類燃燒參數，在定制化生產過程中，產生了明顯的效果，通常可降低20%左右的能耗，同時增加了余熱回收。同時，通過計算機仿真技術輔助人工進行現場生產培訓，利用軟件進行加熱爐各類工況運行狀態調整，在操作的過程中，控制方式和顯示變量可以任意選擇，連續和不連續的干擾因素可以設置，可以進行自動或手動操作調整顯示各種參數的靜態和動態變化特征在操作的過程中調整。尤其是針對一些小概率且容易產生較大事故的狀況，極少在實際生產中出現，采用計算機仿真技術模擬此類異常，評測操作人員技能掌握且不會發生問題，起到了較好的作用，是從事加熱爐操作人員較好的輔助培訓工具。
4結語
關鍵詞：計算機仿真；技術；應用；發展
1計算機仿真技術簡介
計算機的仿真技術是一門新興的綜合性的技術，它運用專門的軟件，再通過數字作為傳播的介體傳達給人們。因此，當人們通過計算機媒體進行瀏覽觀賞時就能夠有身臨其境的感覺，可以自由選擇角度。一方面，仿真技術的應用得益于控制工程和系統工程的發展，在控制工程和系統工程中逐步探索計算機仿真技術；另一方面，計算機仿真技術可以逐步縮短開發周期，在提高產品質量的同時減少損失，并大大降低人工成本，工作效率逐步提高，在節約經費開支等方面發揮巨大的作用。
2計算機仿真技術原理
一般情況下計算機是不能夠直接認知和處理的，所以就要求能夠建立一個能夠反映研究又容易被計算機處理的數學模型，可以用下圖來表示：通過了解觀察，可以更加清楚地認識到我們所要研究的對象，我們還可以看出，首先，模型的建立。把我們所抽出來的系統用數學的表達方式表示出來。其次，模型的轉換。模型轉換就是針對上一步抽象出來的數學表達方式通過各種適合的算法以及計算機語言轉換成計算機能夠處理的形式，這就是通常所說的仿真模型。模型是計算機仿真的關鍵地方，實現了這個過程。再次，模型仿真實驗。將之前得到的仿真模型輸入計算機內，按照之前設置好的方案來進行仿真模型，獲得仿真的結果。仿真實驗是一個很簡單的事情。但是，如何對仿真的結果進行評價，需要分析仿真的可靠性。有的專家在文章中提出了檢驗仿真結果可靠性的兩種方法：仿真過程的反向驗證法和置信通道法。
3計算機仿真技術應用
現在，計算機成為我們生活的一部分，計算機的廣泛應用改變著傳統的生活方式和交流方式，計算機加速了每個行業的發展，計算機的廣泛應用為我們的生活提供了便利。
（1）交通領域。
交通是一個復雜的人機系統，交通是否安全，要充分考慮上述四個因素的作用和影響。交通安全仿真以虛擬現實技術的方法為基礎。評價體系先建立虛擬環境，然后在這個虛擬環境中加入各種可以誘發事故的因素，最后再對某路段和某區域的交通安全水平施行全程的跟蹤與評價。計算機的仿真過程是交通安全仿真及評價系統的核心。該仿真過程是一種可視化的仿真，與傳統的數值仿真不同。例如，評價某路段的交通安全時，不僅用傳統的絕對數法和事故率法來評價，還要考慮交通者的感知與行為。我們可以在這個虛擬的環境中，選擇不同的交通工具，設置不同的交通環境，分別從交通者和第三者的角度進行事故的可能性實驗及分析，最終實現對該路段的安全性評價。同時也是交管部門建設和完善交通設施的依據，是一種分析交通事故的新方法。
（2）制造領域。
汽車制造是機械行業的重要組成部分。大多實驗課題具有難度大、實地成本高的特點。引入計算機仿真技術，可以有效緩解上述問題。針對碰撞實驗，浙江大學研究所的詹樟松博士建立了乘員動力學響應的數學模型。在其他方面，汽車工程學院的熊堅利用仿真技術對汽車的制動過程進行了研究，一汽大眾公司的姚革等通過仿真技術研究了汽車轉向的輕便性問題。
（3）教育領域。
計算機模擬實驗是這幾年在計算機多媒體教學中增加的新領域，還可以根據需要瞬間建立模擬實驗室。計算機模擬實驗強調了實驗的設計思想和實驗方法，打破了教與學、理論與實踐、課內與課外的界限，更加強調實驗者的主動性。通過計算機的模擬，加深學生對思想、方法、儀器的結構和設計原理的理解，還可以練習實驗技能，鞏固知識，提高學生實驗的興趣和實驗水平。現在，模擬實驗已經變成現代化實驗的重要手段。計算機模擬實驗系統充分運用人工智能、控制理論和教師專家系統建立內在模型，利用可操作的仿真方式，實現了實驗教學的各個環節。
4計算機仿真技術的發展方向和趨勢
4.1計算機仿真技術發展方向
（1）網絡化仿真。
隨著計算機和網絡的應用與發展，計算機仿真技術也在不斷的提高。目前的仿真系統存在開發時間長、成本高、不能兼容，共享困難，可移植性差等問題。其次要利用網絡技術實現仿真系統共享。系統共享在仿真系統的開發中及其重要。實現了網絡共享，就可以避免社會資源的重復開發，還可以適當收費來補充開發成本。
（2）虛擬制造技術。
計算機仿真技術發展的另一方向是虛擬制造技術。虛擬制造技術是一種領先的制造技術。它運用計算機仿真技術和虛擬現實技術，借助計算機實現對產品的管理、控制一條龍。
4.2計算機仿真技術發展趨勢
突飛猛進的計算機軟硬件技術帶動了仿真技術的飛速發展。近幾年，仿真技術領域的新技術、新成果展示了良好的發展前景。
（1）面向對象的仿真建模。
與傳統的人工建模相比有了很大的進步，它最大限度地調動了計算機的符號處理能力，加快了人們認識和轉換仿真對象的速度。這種方法可以充分提升系統的建模能力。最重要的是，仿真技術容易掌握和使用，實際操作的技術人員可以利用仿真技術更好地為系統服務。
（2）分布式仿真。
分布式仿真是通過計算機網絡聯結分散在各地的仿真設備，構成空間與時間互相耦合的虛擬仿真環境。分布式仿真系統可以理解為由多個子模型組成的仿真模型。在分布式仿真系統中，這方面的現有技術包括：動態、靜態數據分割技術，功能分割技術，避免通訊閉鎖技術等。
（3）智能仿真。
在建模、仿真模型設計、仿真結果的分析和處理階段，引入知識表達及處理技術，使仿真、建模的時間縮短，在分析中提高模型知識的描述能力，引入專家知識和推理幫助用戶做出優化決策；運用智能仿真可以及時修正、維護輔助模型，實現更好的智能化人機界面，使計算機與人之間的溝通變得人性化，增加自動推理學習機制，從而增強仿真系統自身的尋優能力。
（5）其他仿真。
可視化仿真更加形象直觀地顯示仿真全過程，有效辨別仿真過程的真實性和正確性，而且結果也簡單，方便理解。近期出現的動畫仿真本質上也屬于可視化仿真。將聲音加入可視化仿真，就同時得到了視覺和聽覺的多媒體仿真。而在多媒體仿真的基礎上，植入三維動畫，強調交互功能，又可以得到支持觸覺、嗅覺、味覺的虛擬現實仿真。隨著科技的不斷發展，仿真技術將為人類更好的服務。
5結語
計算機仿真技術是在實際需要的引導下，在不斷進步的計算機技術、多媒體技術等相關技術的支持下，融合了新的建模與仿真方法而逐漸進步發展起來的。計算機仿真技術的發展從簡單的原型到物理模型逐漸發展到動態顯示仿真結果再到現在的可視化交互仿真。以后隨著計算機科學技術的迅猛發展，以及多媒體、虛擬現實、人工智能、面向對象法、可視化與圖形界面等方面對仿真技術的顯著影響，仿真技術的發展與應用都會取得優異的成績。我們完全相信，計算機仿真技術在我們的生活中應用越來越廣泛，對社會各行業的發展起到很好的促進作用，給生活帶來更多的便利。
參考文獻：
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關鍵詞： 大學物理教學 Matlab 數值模擬 應用
1.引言
物理學是現代工程技術的重要基礎之一，大學物理作為理工科各專業的學科基礎課，是培養學生科學文化素質、思考問題方法和科學動手研究能力的重要課程之一。近年來，在教學現代化的推動下，計算機多媒體在大學物理中的應用已滲入教學的各個環節。用Powerpoint和Flash等多媒體軟件制作的電子課件，已經被廣泛應用于大學物理課程的教學中并已獲得一定的教學效果。但是，用Powerpoint制作的電子課件還是存在一定的局限性，無法確切地展示一些物理現象。大學物理教學過程中，微積分定量計算應用廣泛，以示與高中物理的差別，但Powerpoint電子教案卻無法簡化微積分的繁瑣的計算推導過程。繁瑣的推導過程難以激發學生，尤其是工科學生的學習熱情和興趣。此外，某些物理問題往往不能通過簡單的高等數學知識給出確切的解析。為了給學生展示生動形象的結果，引入計算機數值模擬對這些問題進行描述，對提高學生學習物理的興趣和培養他們解決問題的能力是極為有利的。
由于計算機技術的迅速發展，已經有了像Matlab，Mathematica等一批具有運算能力強并具有作圖功能的軟件，這為物理教學引入計算機模擬和數值計算提供了可靠的技術保證。特別是Matlab，由于其具有簡單易用、處理能力強等優點，早已成為了科技人員從事科學研究和工程計算的重要工具之一。因此，作為培養未來科學和技術人員的重要基礎課的大學物理課程，有機結合這一重要的計算機工具，可以把學生從煩瑣的演算中解放出來，進而把精力放在物理問題的思考上，培養學生自主解決問題的能力，為今后解決更為復雜的實際問題奠定了基礎。
2.數值模擬在教師教的過程中的應用
大學物理教學過程中，并不是所有的問題都需要用數值計算處理的，這不僅違背了大學物理的教學宗旨，而且得不償失。數值模擬在大學物理教學中的實際應用可以分兩類，第一，需要用圖形分析的問題可以用計算機來模擬，將復雜抽象的問題圖像化、簡單化。第二，物理問題或例題中用常規的簡單的數學方法根本解不出來的或者比較繁衍的計算一般可以運用計算機求解，從而簡化繁瑣的演算過程。
2.1物理過程或者現象的展示
傳統的大學物理問題常常給定一些條件求某個時間點和空間點的物理量，由于很難知道物理過程隨時間和空間的變化情況，即便可以通過學生想象或者數學公式得到結論，學生往往很難想象，學習過程中通常都是死記硬背。通過MATLAB可方便地模擬物理過程，使其對整個物理過程有深入的了解，以便系統地研究。可以模擬二維氣體的碰撞過程（如圖1），便于學生脫離抽象的想象圖。我們還可模擬振動的合成過程（如圖2），可以對頻率相近，頻率相差很大的不懂情況與實際的解析去對應分析，加深對振動合成的理解，便于學生理解和掌握。此外我們還可以進行了相互垂直、不同頻率的振動合成演示實驗，很方便地得到李薩如圖形，然后講解示波器實驗的應用。此外，光學現象中干涉，衍射一些光學中的重要物理現象，電磁學中的電場強度，等勢面，以及回旋加速器等一些物理過程或現象我們都通過MATLAB來實現衍射現象的可視化。
圖1 二維氣體碰撞過程模擬，圖為任意兩個時刻的截圖
圖2 相同振動方向的兩種簡諧振動的合成y=y1+y2，其中振幅1=1，頻率1=5，初位相1=2，振幅2=4，頻率2=0.5，初位相2=1。
2.2復雜微積分問題
相比與中學物理，大學物理很大的變化就是很多的物理現象都需要在微積分思想去分析。大一年級的學生一時還很難接受這種分析方法。在教學中經常會發現，學生雖然有了比較清晰的物理概念和物理過程，但碰到需用微積分來解決的具體問題仍然覺得困難。因此，在教學中應用Matlab的符號工具箱解決一些比較困難的微積分，可以使學生繞過復雜的運算，把注意力放在物理過程本身的理解上。如通過有限長通電導線周圍磁場的計算機模擬畢奧—薩伐爾定律[1]，克斯韋速率分布時數值計算[2]，以及振動過程中二階變系數非線性微分方程[3]，都可以通過Matlab進行模擬。
3.數值模擬在學生學過程中的應用
以上所講都是數值模擬在教師大學物理教學中的實際應用。我們可以讓有興趣的學生做一些適當的練習和拓展，如我們可以在展示兩個正電荷的等勢面的分布基礎之上，要求學生擬合電偶極子的等勢面的分布。數值模擬在學生學學物理過程中的也有非常重要的作用，它可以幫助學生進行簡單的數學計算，還可以幫助在大學物理實驗中進行數據處理。物理學是一門建立在實驗基礎上的重要學科，因此大學物理教學不可能完全獨立于物理實驗而進行。在物理實驗中，學生經常需要根據物理實驗的觀測數據來尋求兩個物理量之間近似的解析函數關系，這就是人們常說的數據擬合或曲線擬合。采用最小二乘法擬合曲線較人工畫圖準確性高，但最小二乘法復雜的計算過程學生很難接受。Matlab軟件提供了一個重要的曲線擬合工具cftool工具箱，對學生簡化計算是非常有效的。例如電路元件伏安特性的測試測量電阻實驗時，測得某電阻的伏安特性數據記錄中如表1，求該電阻的電阻值。
表1 某段銅線的電阻與溫度的關系
圖3 電阻伏安特性的測定
我們利用matlab的cftool工具箱進行線性擬合。如圖3所示，發現在0℃時銅線的電阻及其溫度系數R=967.9，其誤差范圍在±24.6。這個過程不需要編寫任何程序，只有簡便易學幾項操作過程，非常容易掌握。此工具包是解決學生掌握最小二乘法進行數據處理的很好工具，對于培養學生的數據處理能力有很大的幫助。
4.結語
教師在大學物理教學中實現教學內容和教學手段的現代化，不僅局限于使用計算機制作簡單的教學多媒體課件，而且能夠利用數值計算、計算機模擬的綜合運用提高學生的學習興趣和大學物理的教學質量，同時也可以培養學生解決問題的能力。
參考文獻：
[1]王玉梅，孫慶龍.利用MATLAB分析圓環電流的磁場分布[J].長春師范學院學報：自然科學版，2010，29（1）：20.
1建立規整的實踐教學體系
天津理工大學材料成型專業的培養目標是以金屬材料、復合材料和高分子材料成型專業技術為重點，以材料成型專業工藝及材料成型專業模具的設計制造為主要方向。要求學生經過四年的專業學習，掌握材料加工成型理論、材料成型專業計算機模擬技術、材料成型專業過程中控制和檢測技術以及成型模具的開發技術。實驗教學不僅能夠提高學生理論聯系實際能力和動手能力，更重要的是提高學生利用所學的專業知識分析問題和解決問題的綜合能力、培養學生創新意識的重要環節。為了保證專業基礎課、專業限選課所設置的實驗課能按教學大綱的要求開出并落實，材料成型專業應該建立有相關功能的專業實驗室，“材料性能測試實驗室”、“材料成型工藝與設備實驗室”、“模具設計與制造綜合實驗室”和“材料成型計算機模擬實驗室”。具體任務分別是:“材料性能測試實驗室”主要使學生在材料科學、材料工藝、材料性能等基礎課學習階段，完成材料基礎力學性能測試和分析，包括拉伸、壓縮、沖擊、磨損、杯突等等;“材料成型工藝與設備實驗室”主要使學生在材料成型專業工藝、成型設備與控制、材料成型專業過程與原理等專業課學習階段，完成不同材料成型專業所涉及的設備參觀演示和成型過程實踐操作;包括“模具設計與制造綜合實驗室”主要使學生在材料成型專業與模具設計、模具CAD/CAM、模具制造等專業課學習階段，完成不同材料成型專業所涉及的模具認識，包括拆裝、測繪、模擬、比較等;“材料成型計算機模擬實驗室”主要使學生在材料成型專業計算機模擬技術、測試技術、控制技術、ANSYS有限元分析等專業課學習階段，完成不同材料成型專業所涉及的工程模擬分析。
2在實踐教學環節開展虛擬制造實驗
基于上述認識，材料成型專業的實驗教學的改革不是坐等之事。使用復雜、價格昂貴材料成型專業設備只有少數學校有條件為學生提供演示機會，而在虛擬實驗中則可以輕而易舉地實現。實踐證明［2－4］，虛擬實驗技術已經在很多學科的教學實踐中得到應用，所以，虛擬實驗技術可以作為材料成型專業實驗教學改革的方向。
2．1虛擬實驗的基本概念和特點
虛擬實驗技術是基于原型專業知識體系，采用虛擬現實技術(Virtua1Reality，VR)在計算機系統實現虛擬實驗環境。實驗者通過計算機界面進行操作控制，可以像在真實的環境中一樣完成各種預定的實驗項目［5］，從而體驗實踐過程。低端的虛擬實驗主要實現樹狀知識的結構，高層則可實現浸入式交互作用，或者實現虛擬制造。與傳統實驗相比虛擬實驗具有以下顯著特點:
(1)先進性:實驗教學是幫助學生驗證專業理
論的正確性和探索未知領域的活動。如果實驗設備落后，反映到材料成型專業的實驗教學上，就是很難使學生在實驗教學環節得到應有的收獲。這就要求必須向學生提供基礎的、流行的、先進的實驗設備。而虛擬實驗充分利用先進的計算機技術來實現、提升和完善材料成型專業所需實驗設備的功能，具備精確性和科學性的同時，還有可操作性。
(2)開放性:通過虛擬實驗系統，學生可以自行建造材料成型專業所需的實驗設備和實驗環境，可實現傳統實驗無法達到的功能。虛擬實驗采用軟硬件結合的方法，學生根據實驗目的選擇復雜系統的材料成型專業設備，按照需要配置功能，從根本上克服在材料、設備、數量上的限制，學生可以在虛擬實驗室根據內容進行驗證、設計、綜合、創新等多種類型的實驗。
(3)實用性:由于虛擬實驗系統所建立的模型具有科學性和準確性，好的虛擬實驗系統的模擬結果和工程實際應該是一致的。在這樣的虛擬現實環境中，學生可以進行各種材料成型專業過程的工藝設計、過程監測、質量評價和結果分析等。
(4)成本低:由于在虛擬實驗室里“儀器設備”由軟件“隨意”實現，所以可在一定程度上解決了因設備缺乏、經費短缺、維護不當等諸多因素對實驗的制約。
2．2材料成型專業虛擬實驗建設思路
目前，虛擬實驗技術的種類也很多［5－8］，天津理工大學材料成型專業的虛擬實驗開發工作包括兩部分:構建多媒體虛擬實驗室平臺和相關課程課件開發。使用Authware軟件構建多媒體虛擬實驗室網絡拓撲示意圖如圖1所示，由于Authware具有容易使用，不用寫程序，編輯環境強，管理機制高效等優點，為非計算機專業的教師使用提供了方便;再搭配由3DMax、Photoshop、Flash等制作動畫的軟件制作的多媒體課件，將會使制作出來的作品達到非常好的效果。在Authware軟件構建的多媒體虛擬實驗平臺上運行的、由3DMax、Photoshop、Flash開發的課件包括以下兩種:
(1)基于靜態演示的虛擬實驗
基于靜態圖像的虛擬實驗是將多個不同距離和不同方位的靜態圖像按照相互關系有機地連接起來，形成空間的整體。觀察時可以任意轉動或改變視點，可以根據真實物體影像采用計算機生成圖像的方式來建立三維模型，具體實例見圖2。靜態圖像對圖像的分辨率、質量、復雜度、真實性的要求都不是很高，不需要特殊的專用設備，在微機上通過相應的“按鈕”即可體驗實驗對象，操縱虛擬的物體。材料成型專業認知虛擬實驗內容見表1。
(2)基于動態交互的虛擬實驗
基于動態交互的虛擬實驗是一種真實和虛擬結合的模式，通過虛擬實驗平臺提供操作、控制、分析、觀察和實驗設置和實驗選擇的虛擬環境，并對真實的實驗環境實施控制，具體實例見圖3。材料成型專業的可用于動態交互虛擬實驗內容見表2。
3虛擬實驗在實驗教學中的重要意義
虛擬實驗技術的應用，首先要求教師要“改變”實驗教學觀念，實驗教師由演示者向指導者、創新者轉換。要求教師善于運用實驗教學策略，鼓勵學生將自主設計、自主探索和實驗探究相結合。學生只有把握先進的學習技能，見多識廣，才能更好地培養自己的實際綜合素質［5－9］。
3．1實驗教學經費的節約
利用虛擬實驗教學系統，可以彌補因為實驗設備、實驗場地、教學經費等方面的不足，豐富實驗資源。例如:虛擬的熱處理實驗，可以避免大量的能源消耗和實驗操作所帶來的危險;虛擬的鋼板軋制工藝實驗，可免除學員操作失誤而造成的材料浪費。虛擬實驗環境可以獲得和真實實驗一樣的感受，豐富了學生感性認識，加深對教學內容的理解。
3．2實驗教學手段多樣化
教師利用虛擬實驗，實現靈活機動的教學。通過虛擬實驗教學，學生可以靈活控制學習時間，不受實驗室開放的影響，不受書本的約束，自主地選擇自己所需的實驗內容。同時，實驗考核也可多樣化。利用虛擬實驗系統，將實驗設備、教學內容(包括理論教學)、教師輔導和學習者的思索、實驗操作等融為一體，克服了實驗教學長期受到課堂限制的因素。教師可以組織各種實時或非實時的分布式教學，回答學生問題。學生可通過自行完成各項實驗內容，提交實驗報告。
3．3實驗內容與技術發展同步化
傳統實驗教學多為驗證性實驗，總是滯后于學科發展。虛擬實驗技術的發展，給實驗教學改革注入了新的活力。不但可以營造一個與技術發展同步的實驗環境，還可以具有適當的超前性。在材料成型虛擬實驗，過程中，可以突破物理上時間和空間的限制。以前因時空限制而無法實現的實驗項目，現在可以通過虛擬技術進行模擬實驗［10］。
3．4虛擬實驗利于學生的興趣和能力培養
在傳統的模具實驗中，由于受到設備缺乏，或數量、精度等等條件限制，在實驗過程中總有一些學生不主動，或袖手旁觀，或不屑一顧。由于虛擬實驗利用多媒體技術來模擬真實實驗過程［10］，使得整個實驗過程具有游戲的特征，可以激發學生濃厚的學習興趣。其次，在虛擬實驗中，整個實驗過程必須個人獨立完成，學生可以很方便地通過改變實驗參數分析不同的實驗結果。有興趣的學生還可以再做或多做，充分調動每個學生的學習興趣。這有利于培養學生的科學意識和創新精神。
3．5從宏觀模擬向微觀模擬轉化
隨著專業學習的深入，以及對新材料、新工藝、新產品、高精度、低成本的現代制造模式的深入了解，可以把虛擬實驗技術的學習上升為虛擬制造技術學習。例如，金屬成型過程中，通過掌握材料成型機理、過程變化，在計算機上實現材料成型過程參數控制，實現最優設計與制造［11］，也就是說通過計算機模擬，一方面要研究和建立微觀組織優化設計的考慮晶粒尺寸大小及分布，再結晶晶粒尺寸、再結晶程度等因素的目標函數，另一方面要研究和優化影響終鍛件力學組織性能的狀態變量和過程變量。適用的優化準則對材料最終的力學性能和微觀組織性能具有重要的影響，通過優化坯料形狀或預成形模具形狀、模具速度使最終鍛件具有良好的尺寸精度、少無飛邊和所期望的微觀組織。
4材料成型專業開展虛擬實驗存在的問題
虛擬實驗作為一門應用技術，雖然已經出現多年，但對天津理工大學材料成型專業而言，還是一個新生事物，在專業教學中開展虛擬實驗還存在以下幾方面的問題:
(1)虛擬實驗技術是一個新生事物，引入教學過程，還沒有引起各方面的足夠重視。
(2)虛擬實驗技術在材料成型專業的應用還很少見報道，所以還缺乏現成的虛擬實驗教學軟件，建立材料成型專業虛擬實驗數據庫的任務很重。
(3)在教學過程中還缺少創新思維，虛擬實驗教學效果還有爭議。
【關鍵詞】：通風系統；網絡分流；計算機模擬
中圖分類號： G623 文獻標識碼： A
1、前言
網絡分流是網絡理論的重要組成部分，而網絡理論又是拓撲數學分支之一，圖論的重要內容，所以網絡分流是以圖論為基礎，集合論為指導，充分利用數學工具，來分析和解決各種流體網絡的具體問題。無論是礦井的通風系統，還是城市集中供熱系統，以及城市煤氣輸送系統、自來水供應系統、集中空調系統等各種有流體流動的管路系統，它們都有一個共同的特點，那就是它們都是由輸送流體的管路、各種調節設施及動力設施構成，流體管路連接在一起形成流體網絡。本文以下內容將對通風系統網絡分流的計算機模擬與應用分析和探討，以供參考。
2、主體程序設計
2.1，編程語言的選擇
通風系統網絡分流計算機模擬的主體程序設計的首要工作，就是選擇一個既便捷，又實用的可視化編程語言，綜合考慮了各種可視化程序設計語言，通過難易程度、實用性能等諸多方面的比較，選用了Visual Basic6.0中文企業版作為設計的編程語言。
2.2，通風系統網絡分流的步驟
對于復雜的通風系統網絡分流，一般要按照以下步驟進行：一是對網絡進行必要的簡化，原則有兩條，凡是簡單的并聯網絡均合并為一條風道，當兩節點較近，節點間的風阻較小的時候，可合并為一點；二是對風道和節點進行編號，畫出通風系統的網絡解算示意圖，凡與大氣相同的進風口和回風口設為一個節點，同時對普通風道、按有風機的風道和固定風道標記記號；三是根據風道性質及所處的位置，與風機的關系初擬風向；四是按照風量平衡定律，根據風道風流風向擬定各風道的初始風量；五是把風道編號、入節點、出節點、風道標記、風阻、初擬風量等作為計算的初始數據存于數據文件或輸入數據庫中，以便解算時候調用；六是回路的圈劃與搜索，以確定通風系統網絡中的獨立回路；七是在每一個獨立回路中按照風壓平衡定律進行自然分風，確定各風機風壓，以選擇風機型號；八是對選好的風機進行曲線擬合，然后代入各風機所在風道，對每個獨立回路進行網絡的風量迭代，如風機不合格要重新選擇，再迭代，直到所有回路都平衡，風機也合適為止。
3、溫度和濕度的計算程序設計
3.1，注意要點
為了保證求解的溫度和濕度的準確、合理，必須注意以下事項：一是要求計算的通風系統必須工作一年或一年以上，這樣礦井的風流溫度和濕度才能基本穩定，對風流溫度與濕度的近似計算才可以實現；二是當兩斷面之間的距離相當長的時候，為避免誤差，需要分區，分區的原則是一個區間的最大長度應為300米左右，應允許一定誤差可以取500米左右；三是當要計算的斷面是位于進風井的井口以內不遠處的時候，要在該斷面的年平均溫度上，按照夏季的最高溫度及冬季的最低溫度的原則，加上或減去氣溫的季節性周期變化的幅度，而對于離進風井的井口較遠的地方，因其日氣溫的周期變化很小，可以忽略不計。
3.2，求解溫度與濕度的窗體
通過點擊窗體上的輸入原始數據和求解溫度及濕度command控件，就可以進入程序運行，在text1和text4文本框中，會在程序運行中及結束時候，顯現提示信息。在text2和text3中會顯示求解斷面的溫度和濕度。當求解一個簡單礦井斷面的溫度和濕度的時候，在點擊求解溫度和濕度command控件后就可以運行得到需要的數值。
4、數據庫和數據文件的建立及應用
4.1，數據庫的選擇
在眾多的數據庫軟件中，Access是微軟公司的Office軟件中的關系型數據庫軟件，它具有功能靈活、界面友好、易于學習、方便掌握和簡便操作等特點，擁有廣泛的用戶群體，Access是開發小型數據庫應用程序的理想工具，不僅可以獨立開發數據應用系統，還可以作為后臺數據庫與Visual Basic等高級語言結合使用，因此選擇了Access數據庫來存儲和管理通風網絡解算的數據。
4.2，創建數據庫
在網絡解算之前，首先要明確解算目的和要求，繪制網絡圖，簡化網絡，對網絡圖中個節點分別編號，初步擬定各分路風道的風向，按照風量平衡定律，根據分路風道風流方向，用相應的公式就可以擬定各風道的初始風量。然后就要把已知的數據：風道號、入節點號、出節點號、風道長度、阻力系數、斷面周長、斷面面積、風阻和初擬風量等進行編撰整理，存入數據庫。
4.3，數據文件的建立與整理
當通風系統網絡分流的計算機模擬程序確定后，整個網絡分流過程就是對數字的操作，數據文件的建立與整理就是伴隨著程序的進行而初步確立和歸納的。首先，通過VB6把Access數據庫的風道詳情表按照一定格式存儲到文本文件原始數據.txt中，作為第一環節輸入原始數據的數據文件；隨后，在shell排序中，調用文本文件原始數據.txt，然后用Kruskal法查找最小樹和余支，從而進行回路圈劃與搜索，確定網絡中的獨立回路，根據已確定的獨立回路確立回路風道矩陣。其次，在自然分風的回路迭代計算中，對計算精度取值，讓每一個獨立回路按照風壓平衡定量和迭代計算校正值計算出每條風道的風量，其間為了方便檢查數據，要生成回路迭代次數與迭代值文件。
4、結尾
本文以上內容對通風系統網絡分流的計算機模擬與應用進行了分析和探討，表達了觀點和見解，本人深知通風系統對于礦井等工業生產以及民用設施的重要性，而要確保能對通風系統進行智能化的管理，就必須利用計算機技術，而作為一名軟件工程從業人員，在以后的工作中，也要加大理論與實踐的結合力度，以更好的促進計算機技術的實際應用水平。
【參考文獻】
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