时间：2023-02-27 11:09:46
导语：在计算机仿真技术论文的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
【关键词】虚拟仿真;数字电路;课程改革;教学方法
【中图分类号】G420 【文献标识码】B 【论文编号】1009―8097(2010)07―0147―04
一 前言
数字电子技术是计算机及通信类专业的重要的专业基础课,其中关键的环节就是培养学生的实践能力和解决问题的能力,因此,生动形象的课堂教学和全面的实验体系对教学效果和知识的应用能力有着非常重要的作用。然而,由于实验仪器的的老旧,数量有限,使得实验的开出率以及实验内容的扩展都受到限制。为顺应现代教育的发展,实施的现代化远程开放教育,将计算机虚拟仿真技术应用于数字电路教学中。其中理论教学结合多种教学方法和现代化的教育技术,将基础知识和理论形象地表现出来,有助于学生理解。课堂教学和实验教学都利用计算机虚拟仿真软件将所学理论联系实际,并加以应用,在此研究基础上提出了基于虚拟仿真技术的所有电子技术课程教学的新模式。
二 计算机虚拟仿真技术
虚拟现实(Virtual Reality)技术,简称VR,涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等多个领域。它由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境――虚拟环境,可以逼真地模拟现实世界(甚至是不存在的)的事物和环境,人投入到这种环境中,立即有“亲临其境”的感觉,并可亲自操作,与虚拟环境进行交互[1]。
计算机虚拟仿真技术,是在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技迅猛发展的基础上,利用计算机技术将仿真技术与虚拟现实技术相结合,是一种更高级的仿真技术。虚拟仿真技术以构建全系统统一的完整的虚拟环境为典型特征,并通过虚拟环境集成与控制为数众多的实体。实体可以是模拟器,也可以是其他的虚拟仿真系统,更多的是计算机。实体在虚拟仿真软件所提供构建的环境中相互作用,以表现客观世界的真实特征。虚拟仿真技术的这种集成化、虚拟化与网络化的特征,可以满足现代教育的发展需求[1]。
三 课程教学的若干问题及改革研究
对于理论教学环节,首先是教学内容陈旧。当前大中专院校所用的教材内容都是十几年前的,即便是近几年出版的教材,也只是内容的深浅不同,体系结构基本相同。比如教材中主要说明的74LS系列的芯片在目前实际应用中已经被淘汰,真正是学的没用,用的没学。现在的学生在学习中,非常关注所学知识的实用性,如果不能学以致用,就影响到学习兴趣和学习积极性。因而在课程教学中要及时更新教学内容,讲解传统芯片的同时多介绍一些现在普遍使用的芯片,当然也要根据学生学习程度,最大可能激发学生的兴趣[3]。
其次是教学方法。常用的教学方法无非就是这几种:讲授法、讨论法、谈话法、阅读指导法。根据课程的特点和教学要求,不能一成不变的套用传统的教学方法。这些方法对有些课程很有效,但是对计算机课程不一定全部适合,因此需要探索适合本课程需求的新的教学方法。笔者在教学中通常有如下几种方法:讲授法,这是传统的教学方法,教师口述基本事实、原理和推理过程。部分定理,原理及产品采用讲授法。例举法,就是以典型例题说明某个定理或元件的应用,这是本课程用的最多的一种方法。在数字电路课程中有很多芯片的实际应用,有些是针对某部分内容的很典型的例子,这些例子对于学生理解和掌握此部分知识非常有用。任务驱动法,就是教师布置一些运用某个知识点的题目,要求学生在课堂上有限的时间里做出来,并检查完成情况。这样学生对该节课所学知识从理论到应用有了一个全方位的认识,而且对每个知识点掌握得都比较透彻,这是近年来比较流行的一种教学方法,也是计算机专业课程特有的一种教学方法,对提升教学效果有显著作用。
再次是教学手段,不是单纯的使用多媒体课件,而是结合计算机专业特点引入现代化教育技术和手段,很多典型例题用计算机仿真软件在课堂验证,让学生直观形象地了解电路的工作情况,从而掌握电路或芯片的应用。
对于实验教学环节,首先是实验设备简陋。很多高校数字电路实验设备包括我校仍然使用老式实验箱,即由固定数字电路芯片搭建的实验,学生只能按实验教材设计的实验按步骤做固定的实验,实验内容都是以芯片讲解为主,目的是对芯片功能进行验证。因此学生把实验课当完成任务,实验环节没有促进教学,相反影响了教学效果。很多新的芯片不能认识和实践,使得实验教学方法与实际应用的要求严重脱节。其次在实验教学过程中,由于实验设备老化,个别元件被损坏或接触不良,导致学生实验中,出现一些问题,电路连接完全正确,但是就是得不到正确结果,结果费了很多时间去排除故障,这样做实验当然激发不了学生的兴趣,相反还会阻碍他们进一步探索。再次,由于实验条件的限制,实验项目只能停留在验证性实验层次,学生的设计能力和综合应用能力都得不到提高,利用电子电路的计算机虚拟仿真软件multisilm10就可以解决这个问题,利用这个软件可以自行设计集成电路,综合应用各种芯片,完成所有的数字电路实验[4]。在教学实施中,根据学生情况分验证性实验、设计性实验和综合性实验三个层次完成实验教学目标。
四 计算机虚拟仿真技术在课程教学中的应用
1 课堂教学中的应用
在课堂讲到门电路的工作原理或集成电路的应用时,可以现场用计算机仿真软件演示电路的工作过程,使学生更好地理解门电路的工作原理和芯片的工作情况。从而掌握电路的应用。这样,教学过程是由原理到应用,由简单到复杂,由抽象到现实,循序渐进地完成理论知识的学习。数字电路的基本单元是门电路,那么理解其工作原理非常重要,但是此部分对于大部分同学来说都是难点,如何突破这个难点呢?利用软件建立仿真电路,真实地展现输出电压随输入电压的变化情况,就会获得很好的效果。下面是利用仿真软件说明TTL与非门工作原理的课堂实例:
(1) Vi=0V,输入接低电平。那么Q1导通,Vb1=0.8V,Ib5
(2) Vi=3.6V,输入高电平。那么Q1的发射极电流从发射极(0.852mA)流入,从集电极流出,Q1的发射极和集电极倒置状态。Vb1=2.443V,Vb5=0.843V,Vbc1+Vbe2=2.443-0.843=1.6V,导致Q2、Q5导通。由于Vc2=0.886V,Q4、Q5截止。输出Vo=0.018V。其电路仿真如图2:
2 实验教学中的应用
大学生需要有独立的设计能力和对电子器件的综合应用能力,这就决定了本课程的实验体系应该是三个层次,在简单的验证性实验的基础上必须开设有创造性的设计性实验和综合性实验。然而实验室有限的数字电路实验箱只能做几个简单的验证性实验,无法满足设计性实验和综合性实验的设备要求。但是,利用电子电路的计算机仿真软件就可以扩展实验室,提供所需要的一切电子元件和芯片,搭建任意难度,任意复杂的电路,并验证其正确性。同时利用仿真软件的可配置性,配合适当的电路可做出多种不同的应用。在实验课程中,提前给出了三种实验的一些题目和内容,要求验证性实验必须都完成,设计性实验可选做一至两个,综合性实验选做一个。下面简要说明学生利用仿真软件选做的数字电子钟逻辑电路的设计实例。
要求用中、小规模集成电路设计一台能显示日、时、分秒的数字电子钟,选用器材主要有:安装有仿真软件的计算机若干台,集成电路(CD4060、74LS74、74LS161、74LS248),晶振、电阻、电容若干,数码显示管,三极管、开关若干。
提示设计方案,包括数字电子钟的电路框图和四个主要模块的实现细节,学生依据电路框图和提示信息设计逻辑电路图,并将其在虚拟实验环境中用仿真电路实现。下面给出数字电子钟的电路框图。
篇幅所限,参考电路就不给出,但是通过这个实例可以看出虚拟仿真技术在课程实验中的重要作用。不但节省很多设备购置费用,不受地点和环境的限制,而且和真实实验具有相同的效果。既然如此,为什么不广泛应用呢?
五 总结
论文对数字电子技术课程教学提出很多问题,在实际的教学实践中对这些问题进行了探索,将计算机虚拟仿真技术引入教学中,采用现代化教育手段进行课程改革。课堂教学提出了很多适合本课程并行之有效的教学方法,重要电路工作情况的计算机仿真演示,部分例题的计算机仿真验证,增强其直观性和真实性,加强学生的理解。实验教学也利用计算机仿真软件,采用虚拟实验和真实实验相结合的方式,扩充建立了虚拟实验室,扩展了实验内容,在无需花费很大代价的情况下,满足了设计性实验和综合性实验的条件,从而完成三个层次实验体系的建设。在本文的研究基础上,可将虚拟仿真技术推广应用到所有电子技术课程教学中,引发电子技术课程改革的新局面。
参考文献
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【关键词】生产仿真；管道安装仿真；计算机优化
近年来，由于制造业领域三维CAD系统软件的普及，“数字生产”变得非常实用。通过生产前使用三维模型仿真整个生产进程，制造效率以及安全性达到预期效果，并且通过各领域工作台共享信息使得实施管理动态生产成为可能。下面分别介绍复杂船体分段搭载，设备搬运，CRP的安装以及机舱通道等仿真应用实例。
1 生产仿真
1.1 船舶工业仿真技术
计算机仿真主要应用于船舶设计平台，尤其是概念设计以及结构分析。由于船舶生产非常复杂且需要足够经验，计算机仿真很难广泛应用到船舶生产过程中。仿真作用如下：1.提高质量；2.缩短订单与交船时间间隔；3.减少生产成本减少成本，包括材料成本和工资；4.减少制造过程中时间浪费。
在船舶生产中仿真可以应用到如下几个方面：
1.生产进程分析和估计；2.生产计划安排；3.训练特殊技术工种的模拟器，例如线加热、焊接以及校正；4.检测施工安全性。
1.2 船舶生产仿真
随着计算机集成制造的应用，根据设计和生产数据制作产品模型，并在此基础上进行工艺设计。为了提高生产三大主要元素——生产率、质量和安全性，研究各种先进的计算机仿真技术非常重要。
船舶属于大型设备，结构复杂，具有亿万个来自世界各地生产的部件以及各种各样的材料。在建造船舶时，众多部件会聚船厂，考虑船厂环境及设备等相关的信息才能进行有效生产和工序安排。制定生产计划，需要积累丰富的船舶建造经验，以满足多工种协调作业时对效率和质量的要求。三维CAD不仅有效地应用在船舶生产仿真中，而且在自动化和飞机工业中应用也相当成功。近年来，随着计算机容量显著提高，价格也变的便宜。因此，应用软件变的越来越广泛，船舶建造仿真技术越来越简单。除此而外，三维CAD集成了船体和设备所需的所有结构件和部件。近来，IHI新开发了AJSAI系统集成了所有产品数字模型，从直观的角度在计算机上显示了船坞中搭载二周后VLCC结构的三维视图。从而提高了生产效率、安全，以及产品质量。
1.3 计算机优化制造
船舶建造过程中，多工种工人互相依靠、协作制造。随着工作难度等级提高，相关生产难度也随之上升。产品模型是计算机集成制造的核心，设计和生产计划是仿真的基础。在这一领域，基于优化生产的数字制造成为现实。
2 管道安装仿真
在船舶建造中，装配是一个很典型的工作。一般情况，工人仅仅凭借个人经验，根据不含详细说明的粗略图纸进行生产制造。因此，装配工作存在以下问题：1.从粗略图纸中构思整体结构、设计装配工序，必须接受过职业训练、具有工作经验。2.基于经验设计的工序不一定是最佳的3.生产时才能发现设计的错误。4.不可预见的问题时常出现，生产计划经常受影响5.无经验人员不能从事装配工作。近来，随着装配仿真系统的开发，即使无经验的工人也能进行装配工作。装配仿真通过船厂无线局域网将结果显示在工人从事装配场所的个人电脑上。电脑屏幕上装配时组件整体树形结构图通过三维模型图可以从任意角度观察任何想看到的地方，包括货盘名称、部件种类、部件名称、次要部件以及每个组件之间的关系的相关列表。这种模型图形即使没有经验的人们也易于理解。随着便携计算机系统成功开发以及RFID系统的问世，管道安装仿真技术将更进一步发展，尤其管道部件的管理。
3.1 分段搭载
是在机舱里，四周已有的四个分段中间插入另外一个分段的安装过程。插入分段与邻近安装好结构件相对关系非常复杂，因为该分段是在定盘上完成的。在那里，工作环境受其他因素的影响很小，设备尽可能装配在分段上。由于额定载荷为几百吨的大型起重设备同时吊卸分段时各种障碍物随时出现，因此细心而熟练地操作非常必要。只有这样，分段才能非常精确地安装在确定位置。
3.2 设备搬运
这种设备在整个FPSO营运过程中一直不停地运转，有时需要搬运至船外，进行修理、更换损坏部件。通过仿真可以设计出最优搬运路线，在整个运输过程中不会碰撞任何设备以及结构件。多种设备经过这种仿真，效果显著。仿真结果制成使用操作手册供船东检验，得到设计认可。
3.3 CRP的安装
在狭窄船坞中实现螺旋桨精确地安装非常重要。安装螺旋桨旋转轴时，船体里面和外面的安装工人需要协作工作。通过仿真预先互相交流意见、确定安装流程，装配工作才能顺利展开。
3.4 机舱通道
通过借助假想木板确认通道的人性化空间为众多船级社和船东所要求。如果设计时运用三维CAD进行仿真，设备和结构件之间干涉将会避免。这样，设计质量随之提高。
4 结论
论文关键词：输配电线路 施工技术 仿真系统 设计
论文摘要：由于社会对于电力的总的需求不断增大，同样对于输配电线路的施工技术要求也更加严格，输配电线路施工技术仿真系统的设计成为电力部门非常重视的问题，文章讲述了输配电线路施工技术仿真系统概况和输配电线路施工技术仿真系统功能设计详情，讲述了目前输配电线路施工技术仿真系统的设计策略及应用。
一、输配电线路施工技术概述
目前我国的输配电线路施工技术参与人员数量较多，但是这些人员的能力水平都是各不相同的，操作人员的各方面知识水平和素质也需要提升。对于输配电线路施工操作人员的培训如果仅仅停留在理论的层面，就难以替身操作人员的实践能力，参加培训的人员因为实践比较少，所以技能就比较差，正是这种原因使得人们对于输配电线路施工技术仿真系统的需求也更加迫切。
二、输配电线路施工技术仿真系统设计现状
（一）输配电线路施工技术仿真系统概况
输配电线路施工技术仿真是对现实配电线路施工技术系统的抽象属性的模仿。人们利用这样的模型进行试验，从中得到输配电线路施工技术所需的信息，然后帮助实践者对现实世界的输配电线路施工技术的问题做出决策。输配电线路施工技术仿真是一个相对概念，任何逼真的仿真都只能是对真实系统某些属性的逼近然而仿真是有层次的，既要针对所欲处理的客观系统的问题，又要针对提出处理者的需求层次，否则很难评价一个仿真系统的优劣。
输配电线路施工技术仿真系统一种先进的实施培训手段，提高培训的效率，强化培训效果。输配电线路施工技术仿真系统的设计是在计算机的基础上开发，通过Internet 软件平台及面向对象程序设计和数据库技术，综合设定，使得输配电线路施工技术仿真系统具有实用性和可维护控制性。
输配电线路施工技术仿真系统的开发，主要是首先起源于国外对于计算机仿真系统的应用，尤其是西方国家如英国、美国等大型企业开发计算机仿真系统，并取得了显着的效果，这样参加培训的人员可以在很短的时间内获得具体输配电线路施工技术作业经验，其技能可以与在现场工作2年的人员比，因此很多国家都看到了计算机仿真技术的优越性，计算机仿真系统也越来越多的应用到各个领域中。目前我国对于仿真系统的应用也是在一些危险性较大的领域，例如大型的锅炉装置、化学化工及变电站的应用中，后来有人提出在输配电线路施工技术作业中应用，但是目前仿真系统在输配电线路施工技术作业中应用仅仅停留在提出的阶段，还没有完全开发出完善的输配电线路施工技术仿真系统。
（二）输配电线路施工技术仿真系统功能设计
目前关于输配电线路施工技术仿真系统的设计的思想越来越统一，即输配电线路施工技术仿真系统必须能够便于施工技术模型的调试和输配电线路画面的构造，输配电线路施工技术仿真系统还应采取先进的运行软件和保证运行数据相分离的一种设计思路。
关于输配电线路施工技术仿真系统功能设计应该分成培训师和受培训者两个方面的功能，对于输配电线路施工技术仿真系统培训师功能应该是输配电线路施工技术仿真系统的集成操作，其主要功能是可以控制受培训者的机器，包括受培训者机器的开始暂停关机等功能，另外可以准确知道受培训者机器是否有事故及分析事故产生源，输配电线路施工技术仿真系统培训师机器功能还应是控制受培训人员考核的现场等具体状况。输配电线路施工技术仿真系统学员机器功能设计，首先要依附于输配电线路施工技术仿真系统培训师机的功能下，即能够受到输配电线路施工技术仿真系统培训师机器的监管控制。在这种模式的输配电线路施工技术仿真系统受培训人员的机器可以提供参家培训人员的操作画面，主要包括操作的流程图、、控制组、趋势图及操作记录等具体的监控画面。
输配电线路施工技术仿真系统将电网仿真系统和输配电线路仿真及配电站系统仿真等有机结合进行设计，该系统应该具有的特点是确保在硬件使用上采用了以局域网应用为核心，利用工作站、开放式系统及微机构成的分布式，以便于以后输配电线路施工技术仿真系统的扩充和升级。此外，在输配电线路施工技术仿真系统软件上采用了软件相互支持系统技术，这样使输配电线路施工技术仿真系统系统更加便于修改和维护。再者，在功能上要更加完善，即充分考虑了仿真电网和输配电线路施工技术仿真系统及仿真变电站之间的相互影响，使输配电线路施工技术仿真系统更加具有真实性。最后，还应通过采用了输配电线路施工技术仿真系统多媒体技术，逐步实现输配电线路施工技术的图像化和可视化，比较完整的反映出输配电线路施工技术作业情况，同时也使仿真的对象更加便于更改和进一步扩充，这样输配电线路施工技术仿真系统就会具有更高的性价比。
通过输配电线路施工技术仿真系统为输配电线路施工技术作业人员提供了一种较为先进的培训手段，同时也彻底改变了传统的培训模式，它的设计及应用可以提高整体的输配电线路施工作业技术，进一步确保电网安全，同样也大大提高了作业者的劳动生产率，为创造良好的经济效益和社会效益发挥着显着的作用。
三、结论
输配电线路施工技术仿真系统仿在不断的发展和完善中，供电有限公司每年都会投入很大的资金和时间等用于施工技术人员的培训及考核，着力开发完善的输配电线路施工技术的仿真系统，使得输配电线路施工技术的仿真系统能自由安排培训项目，并且允许人员在培训中发生各种错误，同时演示出因为操作错误造成的种种后果且不带来任何实际危害，不受其他客观条件的限制，此外还可以人为制造各种故障来综合培训操作人员处理操作中故障的能力。输配电线路施工作业人员进行重复性集中培训，从而使的操作人员在短期内接受较多的培训项目，缩短总的培训周期。可节约大量的培训时间与经费。所介绍的输配电线路施工技术仿真系统目前已经投入运行，实际应用表明该系统能极大地提高培训的质量，在短时间内提高施工技术人员的技术水平，对电力系统的建设起到了重大的推动作用。目前很多设计成果效果较为显着，但是为了进一步提高输配电线路施工技术仿真系统的应用水平，还需要更好的完善输配电线路施工技术仿真系统，争取达到创造更高的经济效益和社会效益。
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【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。
[关键词]装载与挖掘机械 仿真 教学改革 教学目标
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2014）14-0091-02
装载与挖掘机械是我校矿山机械专业的一门专业基础课。通过该课程的教学，力求让学生掌握装载机、挖掘机等重要设备的工作原理、主要结构设计计算、性能特点等知识点，从而为将来尽快地融入工作打下坚实的基础。该专业课程设置特色鲜明，因而即使历经了岁月的变迁，也依然在同行中享有较高的盛誉，同时保证毕业生的就业率居高不下。另外，社会生产的不断变革，为专业的发展创造了新的机遇，同时也提出了新的挑战。我们只有根据生产实践的具体要求，确定自身的发展目标和教学特色，才能提升专业的整体水平和竞争力。然而，基于安全方面的考虑，本专业学生到大型露天或地下矿进行认识生产实习（包括各种现场教学）的机会有限，因此学生对装载与挖掘设备工作环境的认识大多数停留在书本上，缺乏感性认识，制约了学生在本专业方向上的创新性发展，从而导致学生的课程设计基本处于闭门造车的状况。
所谓仿真教学，是借助半实物装置或计算机技术进行零部件的设计、拆装、实际动作模拟等过程的教学方式。随着计算机技术在各行业的应用，计算机仿真在教学中的作用日渐突出。故采用计算机建模、交互设计等手段，对装载与挖掘设备及其工作场所等进行造型设计， 结合声音、动画和图片，可实现矿物装运的逼真模拟，从而加深学生对设备的理解，同时弥补了教学设备及现场教学缺乏的不足，并为相关课程的进一步改革提供一定的帮助。更重要的是，通过计算机仿真，教师在教学中能更好地融入相关知识，保证了学校教育与对口企业工作岗位“无缝对接”。
一、现有课堂模式存在的主要问题
装载与挖掘机械课多年来一直沿用传统的课堂模式。对于一些典型设备的构造，教师经常结合教材采用挂图的方式进行讲解，这样，遇到有些复杂结构组成问题，即使有着相当丰富的教学经验的教师，也很难用口头语言表达清楚；另外，对于一些零部件的设计，如何让学生根据已有的知识结构分析零部件的受力特点、危险截面位置以及应力分布情况是一个教学难点，采用常规的教学方法，内容枯燥，很难收到良好的教学效果。
另外，该门课程具有很强的实践性，考虑到矿山环境的特殊性，从当前的教学情况来看，学生实践经验明显不足。如果教师仅仅利用上述媒体（包括教材和挂图等）进行教学，那么就不能给学生提供一种更加接近实际现场的“情境”。学生对该课程的学习任务含糊不清，不知道自己将来毕业以后究竟去干什么，也就是不理解教师课堂上讲的内容在实际工作中究竟有什么作用，时间久了，也就失去了对本专业学习的兴趣。集中表现为上课旷课情况时有发生，即使是来上课的学生，也多数玩手机、看闲书等。因此，如何改革传统课堂模式就显得非常迫切。
二、仿真教学探究
（一）仿真教学特点
引入计算机仿真教学，其主要优点可归纳如下：一为学生的沉浸感，如同电脑游戏一样，学生可以全身心投入虚拟的机器设备作业环境中；二为感知性，借用人体的眼睛、耳朵等感知觉通道，师生能够直接获取虚拟设备的相关知识；三为交互性，借用人机界面，信息可以在虚拟设备和学生间流动，提高学生解决实际问题的能力；四为安全性，矿山机械课程体系中的各门课程，均安排了一定量的现场实践教学，如采用仿真软件进行演示教学，将会解决一些后顾之忧。
然而，需要指出的是，仿真教学对于学生的知识建构起到了很大的帮助作用，但其绝对不可以替代一切实践环节。因此，我们要尽可能地为学生提供多种学习渠道，实现优势互补，提高教学效果。
（二）装载与挖掘设备仿真改革研究
一方面，为了让学生更好地了解所学专业设备的工作环境、工作性能及在教学中引入一些相关技术的最新知识，矿山机械教研室的教师可利用节假日深入各地矿山、井下、矿山机械厂、洗煤厂等进行实地考察学习，拍摄大量的矿山设备的真实外部面貌，并录制了相关机器作业的视频，把搜集到的大量资料整理到多媒体课件中，从而在一定程度上丰富了课程内容。
另一方面，针对装岩机、机械式挖掘机等大型装载与挖掘设备，充分利用周围的研究资源和仿真技术，将设备的工作原理、结构组成及故障诊断等知识动态虚拟到电脑中，让学生置身于计算机还原出的虚拟设备中，不需要去真实的矿山，就完全可以体验到地下或露天的作业环境，并可以解剖开整个设备，了解、掌握其内部结构及各个组成零部件的结构特点，弥补了上述拍摄相片或视频中只有机器外部轮廓的不足，从而让一些抽象知识直观化。这样，借用各种手段，教学形式更为生动了，课程的教学效果也显著提高了。
1.地下铲运机模型
通过几年的教学探索，我们引入了现代化矿井仿真模拟系统，其主要涵盖了井下巷道布置系统、生产系统和地面工业广场布置系统。该仿真系统融合了计算机、PLC可编程控制、多媒体等先进技术，达到了理论与实际相结合，动作、文字、声音相结合的完美效果。利用该系统，可以向学生动态展示矿井火灾、透水以及采煤工艺过程等。通过仿真，向学生演示各种采煤法，如急倾斜柔性掩护支架法、走向长壁法、倾斜长壁法等，以及相对应的巷道布置情况；在高仿真的井下环境中，可以让学生在多维度的仿真环境中，体验地下铲运机的工作过程，包括铲运机转载、运输与卸载过程，并仿真研究其平移特性和卸料特性。
2.露天用装载、挖掘设备模型
露天矿山开采主要包括钻孔、爆破、铲装、运输等几个工艺环节。经过高维度计算机仿真模型系统，能够向学生立体展示出露天矿开采工作面的布置情况，以及动态演示上述的钻孔等几个工艺过程，从而让学生体验露天采矿的全过程，与将来从事的工作零距离对接。和井下矿相比，露天矿山用的设备类型较少，但其生产能力都较大，最具代表性的就是太重生产的WK-55机械式矿用挖掘机。通过仿真平台，建立了WK-55的多自由度数字模型，从而实现了其各种动作，包括挖掘、回转、行走等的逼真模拟。
3.零部件图形库
经过几年教学的积累，利用Pro/ENGINEER 三维造型软件建立了装载、挖掘设备零件库，这样满足了学生对设备进行装配的教学要求。学生可以在计算机模拟仿真环境下进行各个零件的组装，同时，可对装配完成的零件进行干涉分析、运动分析。
上述各仿真模型的应用，基本上可以满足与该门课程有关的认识实习、生产实习的教学要求，当然也可以为其他相近专业（比如工程机械专业）的教学提供一定的帮助。
4.实施效果
通过在矿山机械课程群中渗透仿真教学，改善了以往课程内容枯燥乏味的局面，经过不断摸索、学习、实践，一方面，教师从该过程中收获很多；另一方面，学生的学习主动性、积极性也被调动了起来，改变了教师“满堂言”的状况。教师通过采用各种情景式、启发式教学方法，引导学生参与课程的讨论，把新的知识整合到已有的知识结构中，最终达到了意义建构的目的。另外，通过对矿山机械专业的毕业生及其工作单位进行走访调查，我们发现学生能够很快地适应新的工作环境，解决问题的能力强，得到用人单位的一致好评，实现了学校教育与工矿企业的零距离对接。
三、结论
本文针对装载与挖掘的特点，提出了在传统教学中渗透、穿插仿真教学的观点。通过在教学中向学生展示各种现代化矿井、露天矿模型，可以让学生仿佛置身于矿山企业“真实”的工作环境之中；通过矿山设备组成零部件图形库的建立，可以让学生在一种模拟的环境中对设备进行装配。上述各仿真模型的应用，都有着明显的效果。
[ 参 考 文 献 ]
[1] .仿真教学在高等职业教育中应用研究[D].山东师范大学硕士学位论文，2008.
[2] 余联庆，梅顺齐，杜利珍，饶成.ADAMS软件在机械系统仿真课程教学中的应用[J].武汉科技学院学报.2008.
[3] 王盛建.建构主义教育思想在《机械基础》教学中的应用[J].中国科教创新导刊，2008.
关键词:项目管理、仿真、应用建议
项目管理经历了三个发展阶段,D.I.克莱兰德提到项目管理最早出现于20世纪50年代末,最先被应用于国家的军事及航天领域。到20世纪80年代,项目管理逐渐被应用于制造业,信息产业和IT行业。到目前为止,项目管理已经被广泛应用,几乎每个领域都可以看到项目管理行为的存在。诸如有学者提出GIS软件项目管理,基于遗传算法的项目管理等等。
项目的主要特点在于它是一个有开始,有结束的一次性的,产生独特产品或服务的一个行为。一般来讲,项目的生命周期分为项目的设计和定义,项目的实施和控制,项目的评价和改善,项目的收尾四个部分。项目管理逐渐吸收了现代科学技术的最新成果,使目前的项目管理更加科学化、专业化、系统化、标准化、规范化、国际化。钱福培,欧立雄[4]曾提出项目管理是一种适用于责任重大、关系复杂,时间紧迫、资源有限的的的管理方法。基于项目管理特点及发展趋势,将项目管理和计算机仿真技术完美融合不仅可以使项目管理的整个过程更加便于操作,结果更加清晰,而且可以随时更改由于突发事件造成的各种问题。项目管理仿真是一个依附于计算机,通过对项目进行建模,然后运用包括微分方程,偏分方程和差分方程等数理机制对其模型进行运算,得到答案的一个过程。程莉莉[5]提出项目管理仿真是以多重学科理论为基础,以计算机及其应用软件为工具进行项目管理实验研究的理论和方法论体系。项目管理过程中存在很多不确定性因素造成了项目管理系统的复杂性,用系统仿真的方法来探索项目管理实践中复杂系统深层次的运动机理和规律性,具有科学的先验性。
总体来说,项目管理仿真不但可以为项目管理者提供科学的理论依据,而且是个兼具应用性和综合性的学科。项目管理仿真的提出,为以后的项目管理者提供了很大程度上的工作便捷,不仅仅是在控制项目进度上,还包括在项目的决策和其他方面。
一、项目管理仿真的必要性
项目管理发展以来,期间也有很多技术辅助项目管理以更快,更便捷的方式进行,比如关键路径法(CPM,CriticalPathMethod)和计划评审技术(PERT,ProgramEvaluationandReviewTechnique)。随着计算机技术的发展和各类信息技术的成熟,仿真技术也得到不断深入的研究,包括其应用的领域。仿真技术应用于项目管理也是目前发展的一个趋势,并且其给项目管理带来的优势使得项目管理应用仿真的必要性日渐凸显,如以下四点所述:(一)项目管理仿真使项目管理可视化程度变高,集成化变强在项目管理过程中,涉及的范围,工期,成本,质量等都可以采用仿真的形式进行直面的以各种图表形式展现在管理者眼前。区别于以往只定性的对项目进行描述,项目管理的仿真还以定量的,数字化的形式展现项目的完成过程。以项目的进度管理即工期管理为例,甘特图,CPM,PERT等都可以清晰的以图表的形式绘制出项目的整个过程。当然不只是进度可以以图表的形式体现,项目的质量同样也可以图表的形式体现。项目管理者一般最注重的三要素是质量,工期及成本。项目的质量是项目的核心价值,监测项目质量完成情况是项目管理者迫切需要解决的一个问题,利用直方图就可以很好的完成这个目标。通过收集、统计及整理数据,编制直方图,了解到数据的分部情况,就可以从中掌握质量能力状态,这种状况就包括质量是否处于正常、稳定或者是受控状态。当然还可以从中掌握项目的质量完成偏差是否在公允范围之内。监测质量的不仅仅只有直方图,帕累托图同样也可以,他的工作机理就是“80/20法则,为80%的问题找出关键的影响因素”。从帕累托图上可以直接看出影响目标的主次因素,对于监控质量来说有很大的帮。并且在随着项目的开展,很多问题相继出现,从帕累托图中就可以直观的找到这些因素,从而改变策略进行项目短期目标的修正。可视化不仅仅只以图表的形式展现,还可以以数字化的形式进行比对,如此来为项目管理者做决策时提供依据。比如挣值管理当中涉及到的中间变量BCWS即计划完成工作的预算成本,BCWP即已完成工作的预算成本,ACWP已完成工作的实际费用。通过三者之间的比值,差值来推算项目的效率,进度以及投入超前延后的情况。数字化的信息更便于决策者做出合理,有效的决策。项目管理仿真提高项目的集成化,这就体现在随着科技技术的提高,对项目管理的重视,很多大型的软件公司已经开始研制开发符合项目管理特性的软件,以往,个别软件是可以辅助项目管理的进程,比如甘特图,有利于工期管理,但是无法为项目风险决策提供依据。但是Primavera、微软公司相继提出了功能集成性非常全的集成性项目管理软件。这就为项目管理活动提供了大大的便捷。(二)项目管理仿真在一定程度上可以规避风险,减少成本,增加收益项目从开始到结束,期间的每一步都会出现或多或少的不确定因素。在项目的定义和设计阶段,就可能受不可抗力,财政政策,市场波动等外部环境的不确定因素影响。在项目实施过程中,由于外部天气因素的影响导致窝工现象,或者由于政策干扰导致相关利益人群滋事闹事的现象导致工期的延后,或者由于资金的滞后导致工人罢工现象等不确定因素。在采购活动中,由于很多项目是一个时间跨度比较大的工程,这就会存在由于时间的推进,原材料的价格上涨,和劳动力薪资的上涨等不确定性问题。项目仿真在一定程度上可以为管理者提供解决这些问题的依据,同时可以为项目风险性决策提供有力的依据。项目管理仿真可以从两个方面对项目的决策提供指导,一方面,随着仿真技术的日渐成熟,各行各业对仿真技术的应用,大量数据存贮于项目管理仿真软件之中,当出现新项目的时候,可以利用仿真软件所存储项目的信息,选出与新项目差不多的以成功完成的项目,然后进行因素调整,得出的结论可以为管理者做决策提供依据。另一方面,可以借助项目管理仿真技术对项目进行盈亏平衡分析,敏感性分析,期望值分析等等。(三)项目管理仿真增加各组织之间的沟通协调一个项目的完成需要多个组织紧密配合,随着项目管理的演进,项目组织也在不断进行变革,最常见的有三种:职能型组织结构,项目型组组织结构和矩阵型组织结构。如何使得项目组织内部各个层级紧密配合,沟通起到了相当重要的作用。项目管理仿真即为其提供了一个很好的沟通协调平台。项目管理仿真采取运用清晰的图表,定量性的描述,给参与项目的每个人提供项目信息,即使是初学者,或者是对项目没有一点项目经验的人,只要看到值就知道项目目前处于什么样的状况,要怎样改进使得偏离公允值的这个数值回到合理范围之内。如此一来,不但增加了沟通协调的效率,更减少了项目管理者对其进行培训的时间,减少了项目管理者的时间成本。同时,由于参与项目的人员因素质,知识水平,理解能力,个人性格,态度,情绪,见解的不同,在接受指令的时候会有不一样的工作情况,项目管理仿真恰恰就给这些问题提供了一个便利的解决方式。项目管理仿真可以给参与项目的所有人员给予及时的反馈信息,目前的项目管理组织最基本的结构也要有三层,上传下达的速度可能会因为各种不可控因素而受到影响,即使不出现不可控的因素,上传下达也需要时间,但是项目管理仿真就可以解决这个问题。随着互联网覆盖的面积越来越大,随时可以接收到信息,那么就可以给项目的执行者配备相应的设施,当项目的管理者有新的指令或者是要与哪个部门沟通协调,可以直接在项目管理仿真平台上指令。接受者会在第一时间接受指令并回复,达到项目上下级之间沟通协调的及时性。这不仅可以达到缩短工期的效果,还可以使项目的参与者时时沟通,及时更正项目实施时所出现的问题,对不确定因素所造成的突发事件进行及时的补救等等。(四)项目管理仿真软件的发展已日趋成熟自项目管理发展以来,各种辅助项目管理有序进行的软件日渐完善,对项目管理的各个阶段都有其特殊的分析管理软件,并且随着信息化技术的发展,应用于计算机辅助功能的计算手段,将项目管理仿真与其结合,产生了很多便利的软件,例如Primavera公司的P3系列软件、P3E系列软件、P3E/C软件及Microsoft公司的Project系列软件等等。
二、对项目管理仿真应用的几点建议
(一)根据项目管理发展的特点,集项目管理软件优点,将项目仿真集成化处理项目管理过程当中有9大部分内容,包括范围管理,工期管理,风险管理等,每部分都有相应的计算机辅助工具,比如工期管理有甘特图,关键路径法来辅助。但是这些方法不能应用于其他阶段。将整个项目从始至终在一个软件上进行操作,例如从项目的定义开始,就在一个软件上进行,定义完以后,进行下一个阶段,风险评价,通过计算机模拟技术,分析项目是否可行,若不可行,则返回,若可行,接着进行项目的实施,实施阶段进行项目工期、采购的监控等等,设定其公允值的范围,若超出范围,系统自动提示,以便于管理者做出相应对策。每一个分部项目完成后,系统自动转入下一个分部项目,并标记项目完成度,直至项目成功结束。(二)项目管理仿真应根据项目自身特点设计特色化模式项目管理目前应用的领域众多,不仅仅是在大型工程项目,而且在航天,军事,甚至是软件,医药,信息化设计等方面也可以看到项目管理的应用。那么项目管理仿真就应该根据这些项目的不同来设计差异化模块。比如大型的工程项目,在风险检测时,不单单要看投资回收期,基本收益率,还要看参与项目的人员在前期是否有做此类项目的经验,如果不设计特定板块来讨论这些问题,至少要设计备注栏,以便决策者进行决策。大型项目一般时间较长,期间要考虑外部环境变化对工期的影响,时间对原材料价格的影响等,这些板块都要进行特别设计。(三)项目管理仿真模块化,使其操作更加简捷方便项目的一个特点就是必须按照工序顺序依次进行,这就为项目模块化提供了很好的依据。从项目的定义开始,给其项目的定义设定一个模块,包括其项目的名称,编码,选址,负责人,投资,概算等等项目的基本内容,进行保存后,转入下一个模块。平行模块可以有很多层级,比如将项目实施阶段设立一个模块,这个模块就要包含很多层级,比如进度管理,采购管理,人力资源管理等。值得一提的是,不同的阶段都需要一定的保密措施,所以就要适当的设置一些权限。但是要开放一个通道,使得各层级的人在不侵犯商业机密的情况下可以进行紧密的沟通。
三、总结
本文通过借鉴很多关于项目管理仿真的理论知识,将其重要的理论同实际情况相结合,提出自己的观点。个人认为,在信息化技术发展迅速的今天,将仿真技术与项目管理结合必然会产生很大的商业价值。在节约资源的同时提高效率。但本文着重关注项目管理的进度管理,风险管理而忽视了项目管理所涉及的其他内容。本文旨在为设计软件的企业提供一些新的思路,同时吸引各个使用项目管理的行业使用集成化仿真来选择项目,实施项目。希望本文具有一定借鉴意义。
作者:张婷 单位:天津商业大学商学院
参考文献:
[1]D.I.克莱兰德,江莉.项目管理的发展历程[J].水利水电快报,2005,16:28-29.
[2]李爱光,李崇祥,王卉,马小青.GIS软件项目管理特点分析[J].北京测绘,2011,03:28-30.
[3]曾彪,刘欣.基于遗传算法的项目管理优化仿真研究[J].西南民族大学学报(自然科学版),2014,03:474-477.
[4]钱福培,欧立雄.国际项目管理的发展特点及我们的对策[A].中国优选法统筹法与经济数学研究会、中国科学院科技政策与管理科学研究所.发展的信息技术对管理的挑战——99’管理科学学术会议专辑(上)[C].中国优选法统筹法与经济数学研究会、中国科学院科技政策与管理科学研究所:,1999:4.
[5]程莉莉.项目管理仿真与软件应用.天津:南开大学出版社,2006.
关键词：生产物流系统；系统仿真；Witness
中图分类号：F272 文献标识码：A
0 引 言
随着现代科学的进步和科学管理方法的日益普及，通过降低产品生产的物料消耗和减少人力消耗来增加利润的潜力越来越少。人们在企业利润日减的困境中，逐渐发现研究和改善企业物流系统会给企业带来可观的利润。生产物流是企业物流研究的核心环节[1]。然而在我国，生产物流是一个明显的薄弱环节，时间、空间浪费大，重复搬运，流动路径不合理，产品供货周期长，不仅直接阻碍企业生产效率的提高，而且占用大量资金，成为企业发展的瓶颈[2]。
本文以某企业生产的速冻水饺为研究对象，采用Witness仿真软件对该产品生产物流系统进行分析和仿真研究，拟解决生产物流系统中存在的问题，进而提出优化方案，探索提高企业的生产效率和经济效益的方法和途径。
1 模型概述
生产物流系统是由设备、原料或在制品及操作工人组成的离散事件系统，离散事件的仿真是按照实际的工作流程，在规定的时间内顺序的改变实体或设备的状态[3]。由于本文中的生产物流系统中各事件是以某种顺序或在某种条件下发生，并且多数都是随机性的，所以本文采取了离散事件系统仿真的思想对其进行研究[4]。
在本模型中，原材料精选猪肉、白菜、调味料经过搅馅机的处理后成为肉馅，原材料面粉和水经过和面机的处理后成为面团；肉馅和面团通过传送带的运输进入水饺机前的缓冲区；水饺机从缓冲区获得肉馅与面团，经过加工制成水饺，水饺通过传送带进入速冻冷库。建模目的为通过改进原材料的采购周期来降低物流成本，提高生产率和企业的市场竞争力。
2 速冻水饺生产物流系统仿真设计
2.1 元素及其可视化定义
本系统的元素定义如表1所示。
分别对系统中的各个元素实体进行可视化设置，包括它的Name、Text、Icon、Part Queue、Value等属性[5-6]。各个实体元素的显示特征如图1所示。
2.2 元素细节设计
（1）对Part元素细节设计
Name：精选猪肉
Type：Active
Inter Arrival：10.0
Output Rules：PUSH to搅馅机（1）
元素“白菜”与“调味料”细节设计同元素“精选猪肉”
元素“面粉”与“水”的Output Rules为PUSH to和面机（1）
（2）对Machine元素细节设计
①Name：搅馅机
Type：Assembly
Input Quantity：3
Cycle Time：8.0
Output Rules：PUSH to C1（1）at Rear
②Name：和面机
Type：Assembly
Input Quantity：2
Cycle Time：10
Output Rules：PUSH to C2（1）at Rear
③Name：水饺机
Type：Assembly
Input Quantity：2
Cycle Time：15
Input Rules：PULL from B1（1），B2（1）
Output Rules：PUSH to C3（1）at Rear
Actions on Output：速冻冷库=速冻冷库+2 500
（3）对Conveyor元素细节设计
①Name：C1
Index Time：0.2
Output Rules：PUSH to B1（1）
②Name：C2
Index Time：0.2
Output Rules：PUSH to B2（1）
③Name：C3
Index Time：0.5
Output Rules：PUSH to SHIP
3 数据分析及改进方案
3.1 模型运行和数据报告
设定仿真时间为一天，为1 440个时间单位，然后点击Run按钮运行模型[7-8]。运行结果如图2所示。
选中系统中所有元素，鼠标左键点击Reports菜单中的Statistics选项，弹出数据统计报告如表2所示。
表2中Name代表对象名称，Idle代表机器的闲置率，Busy代表机器的利用率，Blocked代表机器的阻塞率，Cycle Wait Labor代表加工周期中操作者处于等待的比例，No. of Operations代表机器的加工数量。
3.2 数据分析与模型优化
由以上仿真运行结果可以看出，理论上该车间一天生产能力为237 500个水饺，但是造成了46个单位面团的积压。水饺机有98.96%时间处于忙碌状态，而和面机却有33.33%时间处于空闲状态，本来想通过优先满足和面机生产周期来实现降低生产物流成本，却反而浪费了大量的生产能力。由于原材料为统一供应故无法根据机器周期确定不同原材料的供应周期，在此将Inter Arrival分别改为1，3，5，7，9，11，13，15，17，19，进行1 440单位的仿真钟推进，得到十组数据，如表3所示。
设定1单位水饺的生产成本为1，其中面团成本占20%，肉馅成本占80%，销售价格为1.5。借助EXCEL软件进行统计分析，规定横轴为Inter Arrival，表示每批原材料到达的时间间隔，纵轴表示毛利润。得到如图3所示的曲线。
如图3所示，当以较短间隔（如1个时间单位）供应原材料时，毛利润较低；然后随着时间间隔变长，毛利润逐渐增大；当到间隔为9个时间单位时，再增大供应间隔，毛利润开始逐渐减小直至间隔增大到11个时间单位；然后随着原材料供应周期的变大，毛利润也在逐步变大，直到Inter Arrival为15时，毛利润达到最大为
356 250；随后原材料供应周期越长，毛利润越低。因而，得出当Intel Arrival为15时，毛利润最大。此时为最优原材料供应周期。
4 结 论
本文围绕生产物流系统，对生产企业的离散事件的建模与仿真技术的原理与方法进行了比较深刻的分析，着重研究了计算机仿真技术在生产物流系统的分析方法以及应用。在对某企业速冻水饺生产物流系统调研和分析的基础上，利用Witness仿真软件对现行的系统状况进行仿真，通过仿真分析和研究，提出了改善和优化的系统方案使得优化后的制造系统生产能力充分发挥，各环节的利用率有明显改善，从而实现了制造系统的整体改进，提高了企业的市场竞争力。
参考文献：
[1] 毛健，乔金友，王立军，等. 基于Witness的汽车零部件生产物流系统仿真研究[J]. 工业工程，2011（3）：125-126.
[2] 徐常凯，郭全成. 现代生产物流系统研究[J]. 物流科技，2002（6）：3-5.
[3] 刘丽文. 生产与运作管理[M]. 北京：清华大学出版社，2002.
[4] 施围. 基于EXTEND的生产物流系统仿真研究[D]. 武汉：武汉理工大学（硕士学位论文），2006.
论文摘要：目前，实践性教学是远程开放教育的薄弱环节，虚拟现实技术的出现和深入发展为我们解决这一难题提供了一种有效的途径。我们可以利用虚拟现实技术建设各种虚拟实验室，为学生提供生动、逼真的实验情境和方便、自然的实验手段，更好的帮助学生理解知识、加深记忆，为远程开放教育提高教学质量提供有效的技术支持。
远程开放教育虚拟实验室是虚拟现实技术在教学领域的—个良好探索，是远程开放教育发展到新阶段所提出的技术需求，而且伴随着远程开放教育的发展，它一定会被普遍地应用到远程开放教育的各个专业和学科，成为远程开放教育教学的重要组成部分。因此，全面认识虚拟实验室，有针对性地设计开放虚拟实验室就成为当前电大工作者的—项重要工作任务。从介绍虚拟实验室^手，从虚拟实验室建设的必要性、可行性以及建设的一般方法三个方面对远程开放教育虚拟实验室建设作一点浅显的探讨。
1虚拟实验室概述
虚拟实验室是虚拟现实技术在教学上的一项全新应用。虚拟现实技术是运用计算机对现实世界进行全面仿真的技术，它能够创建与现实社会类似的环境，能够解决学习媒体的情景化及自然交互性的要求。利用虚拟现实技术开发建设的虚拟实验室允许人们访问和使用自己没有的设备资源，使处于不同地理位置的学习者可以同时对—个实验项目进行实验工作。
2远程开放教育虚拟实验室建设的必要性
远程开放教育的实践性教学是指学习者在远程开放学习过程中，按照教学计划的要求，确定学习目标，在教师的组织和指导下，完成的练习、实验、实习等一系列学习实践活动。其环节主要包括：课程的实践性教学环节，如课程作业、实验、实习(设计)等；集中实践性教学环节，如社会调查、各类实习(见习)以及毕业没计(论文)等。
实践性教学在远程开放教育中占据着特殊重要的位置，然而在具体的远程教学过程中，实践性教学活动却是—个难点，有许多因素制约着实践性教学活动的开展。例如，实验的近距离和集中性要求与远程教学的远距离和分散性教学模式的矛盾，现在使用的在线教学平台不能提供全面具体的实验环境，在职学生不能很好的参加学校组织的相对集中的实验教学等等。因此，怎样解决这些问题、克服这些矛盾，以更好的推进实践性教学活动的开展，自然就成为远程开放教育工作者面临的—个重要课蹶。
利用虚拟现实技术设计开发的虚拟实验室在远程开放教育的实践性教学活动中可以解决以下几方面的问题。
2.1学生可以不受空间和时间的限制来做课程实验。
2.2虚拟实验室可以避免真实实验或操作所带来的各种危险。
2.3虚拟实验室可以节约教学成本，充分利用教学资源。
3远程开放教育虚拟实验室建设的可行性
3．1技术条件成熟，建设成本不高。在目前的技术条件下，远程开放教育虚拟实验室的系统多使用 BSDA(BrowsenServeffDatabase&Applica— tion) ，即客户端有艮务器数据库应用程序结构， 这种系统组成的虚拟实验室—般称为网络虚拟实 验室。网络虚拟实验室由客户端、网页服务器端、 应用服务器端以及实验仪器设备四部分组成。网页服务器主要作用是提供web接人服务、用户认 证管理、开放式交互实验环境以及动态网页的生 成；应用服务器主要作用是控制和管理实验仪器、采集和处理实验数据；数据库的主要作用则是配合用户帐户的管理、动态网页的生成以及实验数据的存储和管理。这样的网络虚拟实验室的配套技术已经非常成熟，而且对系统的硬件要求不高， 系统组成简单，建设成本低。
3.2使用简便，对学习者的计算机操作水平要求不高。网络虚拟实验室能够向使用者提供—个在线参与、交互性的实验环境。利用3D技术和VR 技术可实现虚拟现实对于沉浸性、交互性的要求。 在实验内容上，考虑到设计成本与具体实验内容 的选取，最终设计为简易型的虚拟现实技术，不需要特殊的头盔、数据手套等传感设备，用户只需用鼠标操作，操作简便。实验室实验的过程清晰明了，实验结束后获得相应的数据，能够进行分析和 比皎并填写实验报告，完全满足不同层次学习者 的实验要求。
3.3实验内容完备，对学习者的实验环节进行有效管理。网络虚拟 包括了实验预习、实验要求、实验步骤、实验内容、实验帮助、实验测试等教学部分，按照模块化设计的原则，网络虚拟实验室系统分为注册与登录漠块、用户管理模块、成绩管理模块、测试模块、公共 信息模块和进入实验子模块等，功能划分清晰，但又互相联系影响，保证学习者正确使用虚拟实验 室，完成课程实验。
4远程开放教育虚拟实验室建设的一般方法
远程开放教育虚拟实验室是以网络为载体的虚拟实验室，网络技术已相当成熟，所以远程 开放教育虚拟实验室建设实际上就是虚拟实验室的建设。虚拟实验建设的关键是采用计算机仿真 技术来构建实验模型，设计出用于实验的虚拟仪器设备、实验流程、实验元器件或构件库、实验效果仿真等。
41选择合适的仿真开发工具。从对虚拟实验的要求看，仿真工具必须具有与多媒体相结合的功能，也就是做实验的人员，做实验时是在多媒体下进行实验操作，然后将操作所产生的信息输给后台的仿真系统进行实时仿真，然后再实时地将仿真的结果回放到前台的多媒体，通过多媒体的形式输出。目前的仿真软f牛彳艮多，有 EASY-T、VT -INK3．3、SPW、cadance、Mento r、Matrix、 Matlab、prote199、labview、labwindow s／CVI、OpenGL、MuhiGen等，建立虚拟实验时，应根据具体需隶 选用合适的仿真开发工具。比如，开发 电子电路技术类虚拟实验，可选用 prote199、lab— view、labwindow s／CVI等仿真软件；开发自动控制 原理类虚拟实验，可选用Maflab等仿真软件；开发电子系统和控制系统类虚拟实验，可选用 cadanee、Mentor、M atrix等仿真软件 开发 含 虚拟视境类虚拟实验，可选用 OpenGL、MultiGen 等仿真建模软件。总乞 在选用仿真软件时要把握 好仿真软件对虚拟实验开发的针对性和适应性。
4．2开发研制仿真软件与多媒体环境的接口。虚拟实验实际上就是用虚拟化的操作界面向仿真软件输入数据或指令，经过仿真软件的实时仿真 将仿真结果输送到虚拟化的显示设备。虚拟化的 操作界面和显示设备，通常是采用多媒体技术产生的。因此 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地结合起来是虚拟实验建立 的关键和核心技术，也是远程开放教育虚拟实验 建设必须解决好的问题。由于当前国内外的仿真软件都是用来搞仿真设计的，所以都不具有与多 媒体相结合的功能，该问题是当前影响虚拟实验 室建设发展的—个关键问题 因此，开发研制仿真 软件与多媒体环境的接口是十分重要的。
从目前国际和国内的情况看，虚拟实验室在提高教学质量，满足不同类型学习者的个性化学习要求，解决硬件投资不足，节约教学成本方面具 有广阔的前景，特别是培养学习者的实践动手能 力，提高分析问题和解决问题的能力方面具有重要的意义，为培养技能型、应用型人才发挥不可估 量的作用。但是建设真正意义上的沉浸式、交互式 的虚拟实验室还有很大困难，但我们相信，伴随着 虚拟现实技术的提高，在人们孜孜不懈的努力下，真正的虚拟实验室一定会与我们见面。
参考文献
【1】 汪成为等．灵境技术的理论、实现与应用北京：清华大学出版社，199＆
【2】 克抗运 用新一代 VR技术建立高质量教育与培训系统的研究．1997年度国家自然科学基金申请书．
【3】 曾建超俞志和虚拟现实技术及其应用北京：清华大学出版拭1996．
【4】 汪诗林，吴泉源．开展虚拟实验系统的研究和应用计算机工程与科学2002．
一、开设课程设计、培养学生应用知识和反应器优化设计的能力
我院开设了为期2周的化学反应工程课程设计,要求每个学生独立完成硫酸转化器设计,采用二转二吸中的“3+1”或“2+2”式工艺、四段间接换热绝热式固定床催化反应器。每个学生的设计规模、进一段的原料气组成、净化率、转化率、吸收率不相同,学生自己查阅文献资料、查找设计方法、搜集计算公式、选择工艺参数进行设计。完成后撰写设计说明书,内容包括设计任务书、目录、设计方案简介、工艺计算、设计结果汇总、设计评述与讨论、参考文献,等等。设计过程中学生之间广泛讨论,商讨设计方法,学习氛围浓厚。虽然过程相似,但设计条件不同,每个学生都要单独完成自己的设计任务。通过该课程设计,学生对固定床催化反应器的形式和特点,固体催化剂的性能、内扩散有效因子的概念和计算方法,平衡温度、平衡温度曲线的概念和绘图方法,最佳温度、最佳温度曲线的概念和绘图方法,各段进出口温度、进出口转化率的最佳分配方法,利用本征动力学方程,通过数值积分计算反应时间的方法,催化剂用量的计算及校正方法,反应器直径、高度及其它附件尺寸的计算方法等知识点,有了深刻的理解和较好的掌握。
二、逐步加大实验、巩固所学知识、培养实验动手能力
对于化学反应工程这种实践性很强的工程学科来说,实验是学生参加实践获取知识所必需的学习途径。而化学反应工程的主要研究方法也是应用理论推演和实验研究工业反应过程的规律而建立的数学模型方法。所以教会学生如何建立各类实验反应器,如何进行实验设计、反应条件选择和数据处理非常有用。为此在课程建设中,我院通过专业实验课、综合设计型实验课,逐步加大与化学反应工程有关的实验。目前开设多釜串联流动特性的测定、管式反应器流动特性测定两个验证型实验;开设乙酸乙脂水解反应动力学的测定、乙醇催化裂解制乙烯反应动力学测定、乙苯脱氢制苯乙烯、反应精馏制乙酸乙酯等四个综合设计型实验。通过实验,学生对返混、脉冲法、阶跃法的概念以及停留时间分布的测定方法,多釜串联模型、轴向混合模型的流动特性,理想流动反应器与实际反应器停留时间分布的区别,连续均相流动反应器的非理想流动情况及产生返混原因,全混釜中连续操作条件下反应器内测定均相反应动力学的原理和方法,反应精馏与常规精馏的区别,连续流动反应体系中气——固相催化反应动力学的实验研究方法,温度、浓度、进料流量对不同反应结果的影响,转化率、选择性及收率的概念及计算方法等知识点,有了透彻的理解。课堂上学习的理论知识,不但在实验中得到验证和巩固,而且得到了应用,掌握了反应动力学的实验测定和相关设备的使用方法。
三、开展仿真实训、培养实践操作能力
我院以前有四周生产实习,实习中遇到企业为了安全和效益等因素不允许学生亲自动手操作时,学生得不到实际操作设备的锻炼机会;一般实习一个化工产品的生产过程,学生掌握了工艺流程、生产原理之后,实习后期学习兴趣、主动性降低,影响实习效果等问题。而且目前大部分化工企业采用DCS控制,技术员主要在控制室通过电脑操作控制生产过程。随着信息时代的到来,计算机仿真技术的应用越来越广泛,采用仿真技术将复杂的工业反应过程虚拟化,从而在计算机上以“慢速”再现反应过程及变化特征,将“抽象”化为“形象”,动态演示工业生产过程。并且,仿真实训具有无消耗、无污染、可重复操作等优点。为此我院购买了北京东方仿真软件技术有限公司的化工培训软件,在校内建立仿真实验室,开展仿真实训教学。将以前四周全在企业的生产实习改为前两周在企业生产现场实习,后两周在校仿真实验室开展仿真实训。目前我院开设的与化学反应工程有关的仿真实习项目有固定床反应器单元、流化床反应器单元、间歇反应釜单元,以及30万吨合成氨生产工艺中的反应部分、甲醇生产工艺中的反应部分,等等。学生要进行冷态开车操作、正常生产操作、停车操作、故障处理操作,以及单人单工段、多人单工段、多人多工段等操作环节的实训。通过仿真操作训练对于学生了解化工反应过程、以及工艺和控制系统的动态特性、提高对化工生产过程的运行和控制能力具有特殊效果。这种运行、调整和控制能力,集中反映了学生运用理论知识解决实际问题的水平。所以,仿真训练是运用高科技手段强化学生掌握知识和理论联系实际的新型教学方法。
四、参与科研活动、培养创新能力
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