时间：2023-04-06 18:33:15
导语：在虚拟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】 仿真技术 高技术 产业化 知识经济
引言
尽管仿真技术已经很快发展,但在若干问题上仍然存在不同的见解。
比如,有人说仿真技术是要花费很多钱,所以它的成果只是荣誉性的。这种看法与当今把每台核电站仿真机以1000多万美金,飞机仿真机以1500~2000万美金的价格从美国、加拿大引进到中国的现实相矛盾,也具体说明了仿真技术的成果仍然形成了一个高价位的高科技产品和产业。
又如,有人说在市场经济的环境里,仿真技术的产值搞不大,相关的市场在萎缩;也有人认为仿真技术是21世纪战略性技术,仿真技术肯定会大发展。
当前,一场以高技术为中心的新的科技革命正在蓬勃发展,对整个社会经济发展将产生重大影响。世界的经济向知识(智力)经济过渡,信息技术迅猛发展与知识经济来临之际,对仿真技术将有什么作用,仿真技术将会有什么地位,如何迎接机遇,都应尽快考虑,这是业界的大事。
鉴于上述,作者经过几年的反复观察、研究、分析和思考写下本文。
1. 从仿真技术定义变化中考查
自从仿真概念出现以来,仿真的定义随着技术和应用的发展不断深化。
比如,牛津英文字典中初期的仿真定义是:"To imitate conditions of situation with a model for convenience or training"。后来变为:"The technique of imitating the
behavior of some situation or system (economic, mechanical, etc.) by means of an analogous model,
situation, or apparatus, either to gain information more conveniently or to train personnel"。
1993年7月,国内在《火炬计划基本概念及相关名词术语解释》中,对仿真技术作了很详细的定义,见参考文献[7]。关于仿真技术的定义,到目前为止,就很难用简单的语言描述。国内外学者从不同角度作了描述,可归纳如下几点:
仿真技术是出自对系统的研究,是通过用系统模型对真实系统或设计中的系统进行试验,以达到分析、研究和设计该系统的目的;
仿真技术是以计算机为基础,计算机能力提高了,仿真技术水平也提高,使之有能力去描述更复杂的系统;
仿真技术随需求发展,提出了大量共同性的理论、方法和技术问题,致使仿真逐步形成了一门独立的学科;
仿真技术已成为计算机应用的一个重要的领域;
仿真技术应用范围十分广泛,无孔不入的一门综合性学科,已广泛应用于航空、航天、通信、船舶、交通运输、军事、化工、生物 、医学、社会经济系统等自然科学与社会科学的各个领域,其重要性已广为人知;
仿真技术用于揭示已知对象和未知对象的内在特性、分系统之间的关系和运作规律,以研究已知和预测未知;
仿真技术是高技术领域中的关键技术之一。
2. 仿真技术主要研究的内容和成果分析
2.1 仿真技术主要研究的内容
仿真技术虽是计算机应用的一个重要的领域,但也有其自身作为一门专有技术的研究内容,有问题和难点,也有发展方向和规律,形成了仿真技术的主体技术。这些技术又在广泛而丰富的需求中深化和发展。仿真技术的研究内容最少应包括总体技术、仿真支撑软件技术与工具、建模技术和应用技术,表1归纳了这些仿真技术的研究内容:
表1:仿真技术的研究内容 总体技术 ①学科的理论研究;②仿真技术的发展与开拓;③仿真技术与支撑技术的关系;④系统的分析与划分;⑤仿真技术在信息技术和产业中的地位研究;⑥大型仿真系统研究
仿真支撑软件技术与工具 ①支撑软件理论与方法;②仿真支撑软件技术;③面向对象支撑技术;④面向各项领域的共性工具软件;⑤专用的工具软件;⑥软件系统结构;⑦实时数据库
建模技术 ①仿真对象与系统分析;②建模理论与方法;③仿真算法与语言;④验证方法与标准
应用技术 ①应用领域开拓研究;②应用软件系统;③应用的相关技术;④应用系统实现方法
2.2 从仿真技术的成果分析
近几年来,国内外仿真技术领域取得了丰硕的成果,体现出重大的社会效益和经济效益。主要的成果例举如下:
2.2.1 仿真支撑系统的发展
70年代末,国际上一些国家在实现仿真技术产业化过程中,强化了仿真支持系统的概念。因此,仿真支撑系统已经不仅是仿真领域关键的技术之一,而且是"解放"仿真系统开发者和使用者的最重要手段。它不仅赋予仿真系统以生命力,同时也是实现仿真技术产业化的基础。在应用过程中,它是实现仿真目标和解决问题的概括和总结,它支撑了仿真系统的整个生命周期,包括对仿真对象分析、仿真模型的表达、仿真模型的生成和运行、仿真过程的调试和修改、实时运行、仿真数据的存储、恢复及跨平台的联合运行。因此,近几年来,国内外已经十分重视对仿真支撑系统的研究,也出现了不少成果。从科技进步角度来分析,主要表现为:
(1)开放性和构件概念,包括:构件命名服务(Component Name Services)、构 件对象服务(Component Object Services)等为构件客户服务。
(2)提供通用数据表示方法,让集成工具之间共享信息。
(3)支撑范围扩大,表示在支撑仿真应用在网络上的实现。
(4)支撑多媒体技术的应用,使仿真系统的人机界面得以改善。
2.2.2 面向对象的仿真技术
近十几年来,面向对象仿真(Object Oriented Simulation,简称OOS)研究、开 发和应用有很大的进展,在广泛的领域里,各种各样的模型是由OOS语言(或称编程工具)和开发环境中出现。由于OOS为系统建模提供了灵活的方法,它的基本
特性使之不同于传统的仿真方法,而且适用于大型的更为复杂更分散的仿真系统,以及基于网络的仿真系统。而且,支撑OOS的工具已不少实现商品化了。例如:
(1)由于国际间多国合作的出现,对共享仿真环境的需求扩大,网络仿真技术被用在基于共享的仿真环境,如虚拟工厂教学系统,它允许学生单独工作或组成虚拟的队、建造工厂、预测产品需求、计划生产、制定日程进度等
(2)面向对象仿真在处理复杂系统模型时,是一个极好的工具。将这类模型分成几个子模型,做到仿真程序结构与真实系统结构相似。如解决互相联系的异步电动机组的仿真控制问题等。
3. 仿真技术应用领域的快速扩大
近几年世界上应用仿真技术去解决科技、生产、社会各方面问题的事例层出不穷,使仿真技术的应用能力拓展,渗透性增加,无处不在,无孔不入。例举几项:
(1)仿真技术在工业系统的多种应用取得了巨大的社会和经济效益;
(2)利用仿真技术来模拟人们不断增加对海港、船舶的到达方式,海港运作方式的变化需求,用于实现海港现代化管理或新建海港选择和投资考察;
(3)应用质量工程及仿真提高巨型计算机系统的性能。性能评估在计算机的设计、开发、配置、调节中是一个重要环节,应用质量工程和仿真技术来提高巨型计算机系统性能;
(4)应用仿真技术,开展语言系统研究,取得重要成果;
(5)仿真技术在制造业中应用和发展近几年来在国内也取得很好的成果,仿真技术在制造业的应用是从产品设计到制造,以至测试维护的整个生命周期中,计算机仿真技术贯穿始终;
(6)虚拟现实技术的应用范围扩大。它在医疗领域中开始应用,虚拟教学、虚拟会议系统等取得一定效果,虚拟现实技术与娱乐的结合更有广泛市场。
4. 从软科学技术发展展望仿真技术的作为
软科学技术是为管理和决策服务的科学技术,或者可以定义为帮助人更直接、有效、全面和系统地使用迅速发展的各类科学技术知识,并进行科学管理和科学决策的科学。从软科学技术的应用性表现来说,如果说科学的研究是基础研究的话,软科学技术则是应用研究,产生的专家系统则是技术开发。
医学和工程领域管理决策的专家系统的研究成果几年后将被投入使用。例如美国许多大公司都开始用人软件,帮助做许多种经营工作。这意味着类似"仿真脑"的系列产品将要出现,仿真技术在管理和决策方面的应用将推向各个领域。在仿真各种管理与决策系统的过程中,仿真技术将快速发展,产业化的步伐将加快。
软科学技术是有前途的。在人类知识每5年翻一番的情况下,任何人如果不*电脑处理事务,也就是说不*"看不见的头",是无法妥善、有效处理的。如果说软科学技术会成为21世纪的先导和骨干高科技,推动软科学技术发展的仿真技术也是分析复杂问题,提示相互关系,仿真人脑管理和决策的骨干高科技之一。5. 仿真技术发展的特点和趋势
近几年,以计算机技术、通讯技术与传感技术为主导的信息技术的飞快发展,为仿真技术的发展进入一个崭新的环境打下了良好基础。仿真技术的发展将出现新概念、新应用和新的地位。由目前发展情况分析,有如下值得注意的特点:
(1)仿真技术是一门独立的学科,但它离不开计算机技术。只要计算机技术在飞快地发展,仿真技术就一定随之快速发展;
(2)仿真技术作为信息技术族内的成员,它不仅自身发展快,而且与信息技术各项发展结合也快,它们永远面对新问题、组织新技术、形成新的系统工程。因此,仿真技术是不断研究新现象、分析新规律、揭示相关系统、找出解决方法的强有力工具;
(3)在知识经济来临、知识管理的形成和发展中,仿真技术是最好的工具。它将被更多人了解和掌握。美国很多大公司开始用"人软件"代替人类做多种经营工作。预计类同"仿真脑"系列的产品将会被成批生产,用以代替人们进行管理和决策;
(4)仿真技术的应用领域越来越广,在信息技术发展中,将出现独特的地位;
(5)目前,在全世界软件产业快速进展的环境中,仿真支撑软件,各种工具软件(包括专用仿真语言),乃至于通用的应用软件、商品化的周期缩短;
(6)面向对象的技术和应用发展较快,一方面推动仿真概念变化,另一方面适应复杂、非线性应用的能力增大;
(7)由于网络技术的发展,为异地、异国应用提供了可能,将对仿真技术提出新的挑战,也推动了发展。预计仿真技术和网络技术的结合,将出现新的概念,并扩大应用范围;
(8)仿真技术在培训领域中已有了丰硕的成果,比如:核电站、飞机的仿真机等都是培训所必需的仿真系统产品。
6. 知识经济的特征和仿真技术的地位
人类在经历了漫长的农业经济、工业经济时代后,正迎接着知识经济时代的来临。1997年,人们第一次提出知识经济的概念,大家认为它是建筑在知识和信息基础上的经济;以知识和信息的生产、分配和使用为直接依据的经济;知识是提高生产率和实现经济增长的驱动器。国内外学者对此也有各种说法。如:知识经济是以智力资源的占有、配置,以科学技术为主的知识生产、分配和使用为最重要因素的经济。又如:知识经济所要表述的是一种新的复杂的经济状态,它是指以现代科学技术为核心,建立在知识和信息的生产、存储、使用和消费之上的经济。它有丰富的内涵和明显的特征。只有通过对其内涵和特征的分析并与仿真技术及其应用、产业化社会效益、经济效益比较,才能充分看到仿真技术在知识经济环境中的地位。
(1) 知识经济特征与仿真技术特点的切合。
(2) 仿真技术是推动知识经济发展的关键技术。
(3) 仿真技术及其应用,形成知识产品和服务,以及产业化的效益推动知识经济的增长。
7. 结论
通过考察和分析,我们看到知识经济时代的来临给仿真业界带来了新的挑战和机遇,仿真技术将因自身的特点而在知识经济环境中快速发展,反之也推动知识经济的发展。仿真技术与软科学及其它相关技术的结合将加快高附加值产品的产业化进程,给整个社会带来新的经济增长点,仿真技术大有可为。
参考文献
[1] 游景玉,实时仿真技术及其应用,珠海出版社,1997年
[2] 游景玉,论文"论仿真技术及其产业化", 珠海出版社,1999年
[3] 游景玉 吴芳辉,论文"仿真支撑系统技术的研究与发展",珠海出版社,1999年
[4] 游景玉 吴芳辉,论文"新世纪仿真技术展望", 珠海出版社,1999年
[5] 游景玉,论文"论仿真技术在高技术发展中的地位", 珠海出版社,1999年
论文摘要：针对电子信息类专业实验教学中存在的问题，结合实际的教学条件，对实验教学提出了改革，将仿真技术应用到实验体系中，避免了实验条件的空间和时间限制，充分发挥了学生能动性，提高了实验教学质量。
实验是电子信息类专业学生课程教学的一个重要环节，是对理论教学的补充和深化，其开设方式关系到学生对理论知识的掌握和应用，直接影响着学生的操作技能、主观能动性和实际动手能力的提高，也决定着理论和实验的教学水平。因此，在教学过程中一定要加强实验这个实践性教学环节，充分利用实验资源来培养和提高学生解决问题的能力和创新能力，使学生能够更加快速地适应于将来的工作。加强实验教学环节，最大限度地利用学校的实验教学资源，对提高教学水平，培养学生的实际应用能力和综合素质具有重要的意义。
1 实验教学的传统模式和问题
在我国高校工科教育中，实验教学硬件条件普遍不足，或者是硬件实验条件的发展跟不上技术的要求，同时各高校大幅度扩大招生，实验教学硬件条件更显不足。加大对实践教学条件的投入，加强培养实践教学科技人才，强化实践教学内容和条件的改革与建设，在当前来说具有特殊重要性[1]。我国教育主管部门也在积极得进行着推进实践教学的改革与建设。例如：在全国高校本科教学水平评估中，实验室建设基地和建设经费以及实验教学改革就是一项重要的指标内容。越来越多的高校开始响应教育部的号召，实行了“双基”实验室，并在此基础上进一步建设“实验教学示范中心”。
目前，实验教学的传统模式的缺点主要表现有：
1）实验设备陈旧，实验模式单一；
2）验证性实验分量大，与设计性、综合性和创新性实验之间的比例失调；
3）先进的实验教学手段在实验教学中的引入还不够；等。
2 实验教学方法改革势在必行
随着计算机的普及和应用，在教学中也越来越多地借助计算机来辅助设计方法，同样，在实验中借助计算机仿真技术具有很大优点：减少实验中所需的耗材、降低对实验器材的破坏性、完成更复杂更高难度的设计性实验、更加全面地分析实验对象以及结果的性能指标等，具有高效、快速、直观、完整的优势。开展仿真实验作为一种新型的实验教学方法是在现有实验室设备的基础上采用计算机新型软件对实验进行模拟，大大提高了学生对本专业知识的应用能力和科研创新能力。因此，在当今的实验教学中，仿真实验的引入势在必行。
对当今高校来说，学生人数不断增加，实验室设备和资金满足不了大学中学生的试验要求，为了不断提高实验教学的质量，又进一步解决实验设备少、不好维护、建设费用高等问题。将仿真技术引入实验教学中来，学生一方面可以利用计算机实现实验方案的设计，又可以直观地验证仿真过程和结果，不受实验室条件和空间的限制，可将实验设计带入到课余生活中来进行，大大提高了学生对实验的操作兴趣。利用仿真实验由于方法的灵活性可以充分发挥学生的想像力和创造力，比起传统的实验教学更利于培养科技创新人才，且有利于降低实验成本，能够使得实验室的建设和发展进入一个良性循环中。
3 实验教学改革方案
3.1 实验中引入相应的仿真技术来进行虚拟实验
在实验教学中引入计算机仿真技术，一方面，充分发挥学生的主观能动性，激发学生学习兴趣，另一方面，老师可以利用计算机技术来观察学生的实验过程，采集学生的实验结果，更好地跟踪和指导学生，先进的教学理念和教学手段有助于提高实验教学效果，提高教师的教学水平。而计算机的引入可把实验设备、理论教学、教师指导和学生的思考、操作有机地融合为一体，克服了传统实验教学过程中受到课堂、课时、实验设备等的限制，使实验教学内容进一步灵活化，在时间和空间上得到延伸，也进一步激发了学生的实验热情。
在实验中引入相应的仿真技术来进行虚拟实验，可以使得学生在进行实验的过程中培养独立思考能力，激发学生的学习兴趣，提高学生的创新意识，同时为学生提供了更加开放灵活的实验条件。对实验内容和实验教材来说，采用仿真技术把将虚拟实验和真实的电路实验有机地整合起来，充实了实验内容，增强了实验的能动性和趣味性，有利于实现培养学生综合实践和探索创新能力[2]。目前，越来越多的高校重新对实验室建设进行了规划，利用计算机仿真技术改革实验教学是一个新的发展方向。在高校实验室中引入计算机以及相应的软件技术不仅可改善实验条件、改革实验教学方法、充实实验教学内容，还可大大提高实验效率，降低实验成本，增强学生学习的积极性和创新性，为实验教学和科研提供良好的实验平台[3]。
以单片机实验教学为例，在实验过程中我们引入proteus仿真软件，用它来模拟单片机硬件系统。由于软件的灵活性，可以克服实验箱硬件电路固定、实验内容难于改动等局限。整个实验设计都是基于计算机仿真技术的，除了计算机外不再需要任何硬件即可进行实验，这样有利于促成课程和教学改革，更有利于人才的培养。仿真技术的另一应用表现在学生的业余爱好上，比如目前的电子设计大赛，挑战杯等，学生完全可以利用计算机来进行仿真，先用计算机仿真出相应的实验模型，在计算机上进行模拟调试，最后用硬件实现。在整个过程中，学生可充分发挥自己的才能，通过大量仿真对比，达到设计目的，学生也可以大胆地反复调试，避免了损坏器件。在电子设计竞赛中，我们使用proteus开发环境对学生进行培训，在不需要硬件投入的条件下，学生普遍反映，对单片机的学习比单纯学习书本知识更容易接受，更容易提高。实践证明，在使用proteus进行系统仿真开发成功之后再进行实际制作，能极大提高单片机系统设计效率。
另外，开展仿真教学对于我国的远程教学也是一种很好的尝试，有着重要的意义。
3.2 重新安排各类性质的实验，适量增加综合性、设计性实验
验证性实验是实验中最基本的，可以使学生巩固理论知识，它的实验内容相对简单，重点培养学生的基本操作、数据处理和计算技能，验证和加深对课本知识的掌握和理解。综合性实验则要求学生必须具有一定的专业基础知识和基本操作技能，能够运用某一课程或多门课程的综合知识，进而对实验技能和实验方法进行综合训练的一种复合性实验。目前工科高校中越来越多地提出课程设计也是为了加强学生对综合知识的运用。为充分调动学生的学习积极性和主观能动性，设计性实验也必不可少。设计性实验能加深学生对理论知识的认识，由学生自己负责计划和执行，充分提高了学生的思维能力、动手能力、分析和解决工程实际问题的能力[3]，发挥了学生的主观能动性，设计性实验的完成可以充分借助于计算机仿真技术来完成。
验证性、综合性、设计性实验相结合，培养了学生基本的实验技能和方法，同时又促进了学生的创新思维，打破了原有实验教学附属于理论教学的模式，建立与理论教学并行的，既相对独立、又相互联系的实验教学体系。在某些应用性强的实验教学中，综合性和设计性实验的比例至少要达到60%以上，同时设计性实验最好要跟得上科学技术的发展。一方面保证基本实验技能训练，另一方面，实验内容应与当今先进技术的发展相结合，适应社会发展的需要，将科研成果转化为实验内容，提高实验的先进性和代表性。那么，工科院校中一方面加大实验器材的投入，提高实验教学条件，开设先进的实验内容，提高学生的积极性，使学生适应当今社会的发展；另一方面，要充分利用现有的条件，引进先进的仿真技术，使得实验条件进一步升华，充分发挥教师和学生的主观能动性和创新能力。
3.3 硬件软件都要抓，都要硬
计算机仿真实验虽然可以准确地反映整个实验过程， 是一种新型的应用技术，十分有效，但是仿真技术不是万能的，它毕竟不是真正的实验，在许多场合仿真只能起辅助作用。也就是说不能用仿真实验来全部代替硬件电路实验，而是将仿真试验和传统的硬件实验相互结合，根据学校的实际情况和实验的情况灵活运用，虚拟实验不是万能的，如果所有的实验都用虚拟实验替代的话，学生在虚拟环境中实验会产生或多或少的不踏实的虚拟感，实践能力也不可能得到真正的提高。
3.4 加强对实验课教师的培训，通过培训交流更多地了解新的实验技术
在实验教学改革的同时，必然对教师提出更高的要求：一是教师也应加强专业知识和技能的学习，来提高自己的业务能力和综合素质，另外，不断更新专业知识的结构，了解前沿技术的发展也是必需的；二是高校中要大力创造条件促进教师经常参加基础理论知识的培训和实验的培训以及学术研讨会，从而扩大视野，更新教学观念，及时了解嵌入式系统发展趋势和动态，促进电子类实验技术的发展；三是要大力组织专业教师去积极申报相关的创新实验和科研项目，提倡以科研资金来促进实验室的建设，用科研成果去改进实验内容，同时可以提高教师的科研能力，在科研中更好地去锻炼自己，为实验教学服务。
4 结论
随着社会对人才要求的提高，大力推进实验教学改革迫在眉睫，而大学实验教学的改革又直接影响到学生的动手和创新能力。实验教学必须能够跟得上时代的脚步，将仿真技术应用到实验教学中可以充分调动学生的主观能动性，激发学生的创新能力，加快学生适应社会的能力，同时学习了先进的新技术。
参考文献：
[1] 丁美荣,柴少明.基于虚拟实验与真实实验整合的计算机网络实验教学改革[j].现代教育技术,2007,7(17):99-102.
[2] 孙晓明.土力学实验课程教学方法的研究与改革[j].黑龙江教育,2006(11):59-60.
关键词：冶金工程；培养；应用型专门人才；思路
一、培养方案与提高专业兴趣
以培养冶金工程专业工程应用型技术能力为宗旨，恰当设置理论教学和实践教学比例及逻辑关系，加强本科生工程能力培养力度。专业课理论教学中，以讲授冶金工艺基础知识和生产控制基本规律为重点，培养学生冶金知识学习与应用能力。结合冶金行业工程案例讲解，引导学生应用所学知识解决生产和工程设计问题，培养思维判断与分析能力。例如，氧化铝生产工艺专业课，根据氧化铝生产主要流程，从原料制备到氧化铝成品生产共12个主要工序，制定12个专题讲座，在阐明原理的基础上，采用视频、图片辅助，详细介绍工业化生产中的主要设备、工况条件及调控机制，使氧化铝冶炼过程讲解更加具体。在入学教育、专业基础课和专业课教学过程中，让学生充分了解所学专业，掌握一定专业知识[4]。介绍教师的研究课题及参与的工程项目，引导学生搜集整理冶金研究领域有关最新科研成果，提高专业和科研兴趣。教学过程中充分利用多媒体平台，提供图、文、声、动、实等信息，加深对抽象知识点的理解与应用。组织学生参加校内外学术讲座，了解专业最新发展，开阔科技视野，加深对专业的认识。
二、优化教学方法及资源
（一）工程案例教学法
结合冶金工程专业特点，在教学过程中引入工程案例教学法，并将大量工程实践研究成果编入教案，引导学生运用理论知识分析、解决实际生产问题，培养知识应用、思维判断和分析能力。聘请企业工程师任教。外聘的校外导师定期以生产流程工程技术路线及实际问题的解决方案为案例，讲授冶金专业生产实践，传授专业知识在生产实践的应用。目前，学院已聘请了3位分别来至中国铝业贵州分公司、贵州中铝铝业有限公司及贵州华锦铝业有限公司教授级高工为冶金专业校外指导教师，近期将与首钢水城钢铁（集团）有限责任公司、贵州大龙锰业有限责任公司等省内企业合作，聘请具有一线丰富生产经验的高级工程师为校外导师。
（二）实验室教学平台
本科生实验课大多数是基于基础课、专业基础课和专业课进行的验证性实验，是提高专业基础实验技能的重要教学手段之一。专业基础实验技能的培养目标主要是使学生掌握基本理论和基本实验技能，重点在于仪器使用、基本操作规范和对基本实验现象的理解[5-6]，加强冶金工程实验教学平台建设对培养学生实践能力极为重要。目前，冶金实验中心规划建设的主要实验室为“冶金专业基础实验室”、“仪表实验室”、“矿物预处理实验室”、“有色金属冶金实验室”、“钢铁冶金实验室”、“冶金环保实验室”及“分析实验室”。所有实验室建设方案已完成，相关主要设备已完成选型，保证冶金工程本科实验教学工作顺利开展。
（三）虚拟仿真实验室
近年来，虚拟仿真技术被应用于冶金工程专业实验、实习和课堂教学，显著提高了学生实践能力和学习效果[7-9]。冶金实验中心规划重点建设实验室有“虚拟仿真型实验室”，主要建设内容有“钢铁生产全流程虚拟仿真实验教学中心”，以烧结、高炉炼铁、转炉炼钢等系统全流程实验教学资源为核心，建设虚拟仿真实验教学中心，利用虚拟仿真技术资源，结合实验教学大纲和实验考核方式，提高学生工程实践能力。该中心规划采购METSIM过程模拟软件，应用于冶金工艺流程热量平衡计算、化学反应、过程控制、设备设计、成本估算和过程分析，实现实验过程零污染，教学资源零消耗，实验无危险性[6]，实验教学内容丰富，增加学生动手操作机会，为冶金工程专业工程师培养提供重要保障。
（四）实习基地平台
按照冶金专业本科培养方案，集中实践性环节学分比例占整个培养方案的17.14%，具有相当分量。本校已与中国铝业贵州分公司签订《冶金专业本科教学实习基地建设》合同，共建冶金专业本科实践教学实习基地，将认识实习、生产实习及毕业实习等实践教学环节安排在企业进行，在生产实践过程中实现专业基本应用能力培养。实践基地主要为冶金专业学生提供实践教学场所，项目实施后，将定期聘请较高专业技术水平和生产经验丰富的企业技术人员进行专项讲座和培训，可满足每年300人次冶金工程专业本科生的实践需求。根据冶金专业发展需要，学校将陆续拓展实习基地建设，选择国有或地方大型骨干冶金企业作为合作对象，增加冶金专业实习基地的多样性。
（五）“双创”项目全覆盖
全面实施创新创业教育，培养“强责任、精技术、善管理、重实践、求创新”高素质应用型人才，确立了“113”创新创业教育目标（“双百分百”），即“让100%学生接受创新创业知识教育，资助100%学生经历创新或创业训练，期待3%学生取得优质创新创业成果”。开展“本科生导师制”，由学生自愿选择专业老师，并在其指导下，申报“双创项目”，独立开展立项项目的实验研究、撰写论文、完成课题。以本文指导的2016级3名本科生为例，经过一年来实验室科研项目实践，在专业认识和科研开展基础手段方面获得较大提高。
（六）提高师资队伍工程教育素质和水平
承担冶金专业本科生培养任务的工科教师，不仅应在工程教育教学方面具有突出能力和综合素质，还应具有工程实践、工程设计开发、工程技术创新和工程科学研究背景[1]。高校教师更擅长于知识理论性和系统性讲解，对知识的实际应用和工程实践掌握相对薄弱。本校为新建院校，教师以刚从高校毕业的博士为主，他们从学校到学校，缺乏工程经历和实践经验。目前，本院现有专职教师44人，其中具有2年以上企业工作经历的“双师型”教师只有6人，占比不超过14%，总体而言，是一支实践能力较弱的教师队伍。为提高工程实践能力，选派新入职教师去企业进行脱产1年的实践。目前约30%青年教师完成了相关实践，获得了较好的效果。
论文摘 要：实验室担负着向学生传播知识与技术、培养学生动手的能力和创新能力的重要使命。随着社会经济的发展及教学改革地不断深入， 实验教学在整个教学体系中的地位越来越突出，实验教学模式的改革已经迫在眉睫。本文主要分析了实验教学的传统模式与存在的问题，并提出了提高电子信息类专业实验教学质量的方法[1]。
0 引 言
实验教学是学校教学活动的重要组成，教学质量的好坏是对学校人才培养层次与质量的直接体现。实验作为实验教学活动的主要内容， 在改善教学质量方面发挥着不可替代的作用。实验室在传播知识的同时，更重要的作用体现在对学生的创造性思维与想象力的培养上。通过实验教学，学生分析解决问题以及动手能力明显提高。伴随教学改革的日益深入， 实验教学的改革也越来越引起人们的关注，以往的教师灌输式的理论教授方式，学生被动接受的教学模式，已无法满足社会经济发展的要求。当前，社会需要的是主动型、能力为主的人才培养。加强学生创新能力的培养，必须切实转变以往重理论教学轻实验教学的错误观念，重新认识实验教学在学校教学活动中的地位与作用，根据当前社会经济对人才的要求， 改革传统的实验教学模式，改革实验教学手段，优化更新实验教学的内容，切实提高实验教学质量。
1 实验教学的传统模式与存在的问题
国内高校工科教育当中，实验教学存在着硬件条件不足、硬件实验条件的发展与技术要求不相符[2]，加上近几年高校扩招，实验教学的硬件条件更是供不应求。进一步加大对教学硬件条件的投入，丰富实践教学的内容、加强实验条件的改革及建设，在目看来具有特殊的重要性。面对这种情况，我国的教育主管部门采取了一些推进实践教学改革及建设的措施。如：在全国高校本科的教学水平评估中，实验室基地建设与建设投资及其实验教学改革被列为一项重要的指标。并且，各高校也逐渐开始响应教育部的的这一举动，纷纷实行了“双基”型实验室[2]，与此同时，建设了“实验教学示范中心”。当前，传统实验教学模式的缺点主要有以下几点：验证性的实验所占比例较大，与综合性、设计性、创新性实验之间的比例失调；实验模式单一、实验室设备陈旧；实验教学中缺乏先进的实验教学手段。
2 提高电子信息类专业实验教学质量的方法
2.1 实验中引入相应的仿真技术来进行虚拟实验
在实验教学中引入计算机仿真技术，能够充分调动学生主动学习的积极性，培养学生的学习兴趣。同时，教师能够通过计算机技术对学生的实验操作的全过程进行观察，对学生进行良好的跟踪与指导，更好地进行学生实验结果的采集工作，先进科学的教学理念与教学手段对于提升实验教学效果，提高实验教学水平具有重要作用。引入计算机技术后，理论与实验教学，教师教学指导与学生操作、思考融合成一个有机整体。以往传统实验教学中课堂、课时以及实验设备因素的限制作用得到了解决，实验教学更加灵活化，教学内容在时空上得到进一步的延伸，更好地激发了学生进行实验的热情。
将计算机仿真技术引入到实验教学中，通过相应技术进行的虚拟实验，为学生提供了更为灵活开放的实验环境，能够更好地培养学生在实验过程中独立思考能力，增强学生的的学习创新意识。对于实验教学内容，仿真技术的应用，将虚拟性实验与真实的电路实验整合成有机整体，实验的能动性与趣味性明显提高，同时实验内容的充实，有利于学生综合实践以及探索创新能力的培养。当前，已经有越来越多的高校重新进行了实验室的规划建设，通过计算机仿真技术进行虚拟实验是实验教学改革发展的新方向。将与实验教学相关的计算机软件技术引入到高校实验室中，为实验科研提供了良好的平台，对于激发学生学习的主动性与积极性，培养创新能力具有重要作用。计算机仿真技术的应用，一方面能够改善实验教学条件、充实实验教学的内容，另一方面，还能够明显降低实验成本，提高实验教学的效率。通过单片机的实验教学，能够发现，教学过程中引入proteus仿真软，通过该软件对单片机的硬件系统进行模拟，克服了实际实验过程中硬件电路固定以及实验内容不易改动等因素的限制。实验设计全过程，除计算机外不用再进行任何硬件的添加即可实验，这有力地推动了实验课程教学改革，更有利于学生创新能力的培养。仿真技术的另一重要应用主要表现在学生的业余爱好上，如挑战杯、电子设计大赛等等，学生就能够用计算机来实现仿真，首先用计算机仿真出实验的模型，再在计算机上进行相应的模拟调试，最终用硬件来实现。在整个仿真的过程中，学生可以自由发挥自己的潜能，通过大量的仿真对比，来达到设计目的，也可大胆反复地调试，避免了器件的损坏。电子设计竞赛中，由于proteus开发环的运用，培训过程中不需投入任何硬件的条件下，学生却普遍反映，对于单片机的学习比单纯理论知识的学习更易接受也更易得到提高。事实证明，运用proteus进行系统仿真成功后进行的实际制作，可明显的提高单片机系统的设计效率。此外，远程教学中仿真教学的运用具体重要的意义，对于教学改革是一种很好的尝试[2]。
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2.2 实验中引入Matlab软件内建的Simulink组件技术
目前，我国开设了电子信息类专业的高校中，大部分都将Matlab软件作为重要的实验教学平台，对定理以及算法进行仿真和验证实验。Simulink组件作为Matlab的重要组成，能够为用户提供一个仿真分析与动态建模的集成系统环境。该环境下，只需利用鼠标进行简单直观的操作，就能够完成复杂系统模型的构建，在此过程中避免了大量繁杂的书写程序。由于 Simulink组件具有适应性强、效率高，结构仿真精细、流程清晰且贴近实际、效率高、使用灵活等诸多优点，Simulink组件技术已经被广泛地运用于处理数字信号与控制理论等复杂的仿真设计之中。同时Simulink能够通过连续、离散采样时间以及两种采样时间混合的的方式进行建模，该组件还可支持多速率系统，不同的系统组成部分的采样速率不同。此外，Simulink为动态系统模型的创建，提供的图形用户接口(GUI) ，使在进行模型方块图的创建时只需通过鼠标单击与拖动鼠等简单操作即可完成，为用户提供了一种更便捷、更直接的创建方式，同时能够立即获得系统仿真结果。
该组件的这一特性，一方面可以使算法的验证更为简单，减少学生投入在验证性实验中所用的时间，而将大部分精力投入到设计性、综合性试验中；另一方面，可以使学生更快捷的验证新思路、新算法，而不会由于代码调试方面的问题影响了创新实验的开展。以自适应滤波中的经典RLS 算法为例，如果直接采用Matlab编程方式，在进行代码调试时，就会消耗掉大量的精力，代码长度将达到200 行以上。而如果采用Simulink组件模块化设计的思想，只需要鼠标对模型的拖拽，就能以流程图的形式将滤波器搭建起来。由于Simulink提供了丰富的元件库，采用图形化的表示方法，学生在进行算法验证的时候只需调用成熟的模块进行参数设计即可。这样的实验方法事半功倍，思路清晰，参数的调整也十分便捷，广受学生欢迎。由此可见，引入Simulink组件后的实验，既不会影响实验效果，又能够提高实验效率，对学生模块化编程的思想也有较好的促进作用。
3 结 语
当前，社会对人才综合素质的要求不断提高，进行实验教学改革已经迫在眉睫，而大学实验教学的改革又直接影响到学生的动手和创新能力。实验教学必须能够跟得上时代的脚步，把计算机仿真技术与Simulink组件技术应用到实验教学中可以充分调动学生主动学习的积极性，充分发掘学生的创造能力，在学习到先进技术的同时，提高学生对社会的适应能力。
参考文献
关键词：虚拟制造技术；现代机械工程设计；机械制造；机械产品；机械设计
文献标识码：A中图分类号：TH166文章编号：1009-2374（2016）05-0073-02
作者简介：伊纪斌（1994-），男，山东淄博人，山东理工大学国防教育学院学生，研究方向：机械设计
随着知识经济和工业制造的快速发展，现代化的市场要求产品生产厂商要以最快的速度、最优的品质、最短的研发时间、最低的成本消耗和最佳的服务来满足顾客的需求。传统设计一般是在图纸结合产品的特性和设计的具体要求进行的，在机械设计的过程中需要提前对设计中的设备装配的干扰因素的不确定进行考虑，但是产品在装配中的缺陷只有在产品开发的后期才能暴露出来或者在产品的试制阶段和装配中显现出来。如果设计的零件已经开始投入生产了，那么损失就更加严重了。产品的质量在传统的设计和制造方式上不能得到很好的保证，并且传统设计的工艺比较粗糙、开发的效率低、花费时间比较长、耗费的资金比较大。在变化速度快、持续性发展和不可预测性市场中难以适应。因此，企业的生产活动需要具备高度的柔性和快速的反应，与此同时信息技术的飞速发展保证了机械制造的先进性，信息化的使用对于现代机械工程设计十分重要。
1虚拟机械制造技术
以往传统的机械设计技术的设备条件比较差，设计技术性不强，传统的设计观念比较保守，设计的手段主要依靠的是粗略的计算和估算，主要是在较多的简化和静止化假设中完成机械工程的设计，传统设计具有较大的随意性，并且设计的关键过程还对设计者的经验和设计习惯具有很大的依赖性。设计的过程很难实现合理、高效和准确。但是在现代化虚拟设计的相关技术可以很好地实现设计经验依赖性强、设计过程静态性和设计理念随意性向现代化设计精确性、以数据知识工程和专家系统为保证的设计方式的发展，虚拟计算机技术需要对必要的信息进行检索、分析和收集。最终找出最优的设计方案和数值运算的方式，当然也会对CAD技术和人工智能技术、数据库技术等进行大量的应用。虚拟机械制造技术主要是在虚拟环境下对计算机的模型进行虚拟分析的一种计算机设计技术。该技术集成并综合应用了综合性的机械制造环境，主要包括了各种仿真、分析、应用等工具以及信息模型和控制工具等。虚拟制造需要经历的主要阶段有装配产品的概念设计、动态仿真、回收利用。依靠虚拟制造技术，机械设计人员不需要将所有的零件设备生产制造出来，可以通过对零件模型的建立，随后对零件进行虚拟装配，并对各零件部位之间的装配间隙进行干涉、对装配的状态实现检查，对零件设计中的错误及时发现，如果零件不符合设计要求，可以依靠计算机技术方便及时更改模型，最后形成新的零部件设计图和装配图，达到设计、装配和制造检验的协调。
2虚拟制造技术的关键
虚拟制造技术包含了许多方面，主要有设计技术的提出、产品制造过程的抽取、原模型的建立、集成基础结构、建模仿真等。下面就对虚拟制造技术中的关键技术进行详细的介绍：
2.1虚拟技术中的建模技术
虚拟指的是在系统中将现实制造系统映射到虚拟环境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、计算机化的抽象描述和表示。VMS建模的主要内容有生产模型建立、产品模型建立、工艺模型建立的信息化体系结构的建立。生产模型中有静态描述和动态描述两种。静态描述主要是关于对系统生产能力和生产特性。动态描述是在已经被得知的系统状态和需求的性质上对产品的整个过程进行全面的预测。在制造过程中我们将种种实体对象总的称之为产品模型。在产品的模型建立中需要对产品的明细、形状特征等方面进行描述。对于VMS而言，要实现产品实施过程的全部继承必须具备完整的产品模型。因此在虚拟制造中的产品模型不再是单一和静止的，它可以运用抽象的技术实现各种模型面貌的提取。工艺模型主要指的是在制造过程中对产品的工艺参数和关于产品功能的各种因素进行联系，最终实现对产品模型和生产模型之间相互作用的反映。
2.2虚拟制造技术中的仿真技术
仿真指的是通过计算机实现复杂现实系统的抽象化和简洁化最终形成的系统模型，并且在仿真的基础上对模型进行应用，最终得到相应的系统性性能分析。仿真主要以系统模型为主体的研究方法，它对实际的生产系统没有直接的干扰作用，并且仿真系统可以对计算机的计算能力进行应用，实现在短时间内完成在实际工作中需要很长时间的工作，有效缩短了生产决策的时间，最大化地避免了对人力、物力和资金的投入以及浪费。计算机技术还有很好的仿真修复功能，最大化地保证了方案的最优。仿真技术过程的主要步骤有系统研究、数据收集、系统模型建立、仿真算法的确定、仿真模型的计算、仿真模型的运行、结果的输出和分析。仿真在产品的制造过程主要被分为制造的仿真和加工的仿真。在系统产品的开发中主要涉及的是产品建模、设计交互行为仿真等。方便对设计结果的评价，及时进行反馈，降低产品设计中的错误。加工过程的仿真主要有切削、装配、检验及焊接、压力加工和铸造等。以上两种仿真过程是相对独立的，两者不能实现集成，而VM中应建立全面过程的统一仿真。
2.3虚拟制造中的虚拟现实技术
虚拟现实技术的目的是改善计算机的交互方式，提高计算机的可操作性，它是在对计算机图形系统和多种显示以及控制等接口设备的基础上，以交互的三维环境为人提供沉浸体验的技术。虚拟现实技术主要由图形系统和多种接口设备组成，使人在虚拟环境中感受到真实的沉浸感觉，交互性计算机系统是虚拟现实系统的基础。虚拟现实系统中有操作者、机器和人机接口。它帮助提升人和计算机间的和谐度，同时也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下实现对真实世界的模拟。在用户交互输入以及输出修改虚拟环境的条件下，使人达到身临其境的沉浸感觉。VM的关键技术之一就是虚拟现实技术。
3机械虚拟样机技术介绍
虚拟样机技术在机械工程设计中被称作机械系统动态仿真技术，它是20世纪80年代在计算机技术的快速发展中发展起来的一种计算机辅助技术。在计算机建立样机模型后，对模型的多种动态性能进行具体的分析，最后对样机方案实现改进。用数字化模型代替物理性的样机。通过虚拟样机技术的作用，简化了机械产品的设计开发过程，有效缩短产品开发的时间，最大程度降低产品的开发成本和费用，实现产品质量和系统性能的提升，使设计产品实现最优化和最具创新性。综合以上优势，该技术一经出现就受到了众多工业发达和高等院校及设计和生产企业的重视，许多著名的产品开发设计者都对该技术进行了引入并运用在自身产品的开发中，并且取得了极好的经济和生产效益。在机械工程设计中应用仿真技术对零件进行设计、生产工序等方面的选用以及工艺参数、加工工艺、装配工艺等构件的运动性等均可以实现建模仿真。
4虚拟制造技术在机械工程中发挥的优势
4.1强大的通用性和分析处理复杂问题的能力
虚拟样机技术建立和发展的基础是分析力学和多体运动力学，该技术的关键是对复杂机械系统进行自动建模。因此，大多数的虚拟样机技术软件主要运用的是带约束乘子的微分代数混合方程。令每个构件都有六个自由度是它的核心，还要要求其对多余的自由度进行限制，实现其具有良好的通用性，达到适用性强的目的。与此同时，虚拟样机技术还对机械系统的详细环节进行考虑，具体指弹性、接触和摩擦等因素。
4.2为机械系统建模带来便利
传统的机械系统建模中要先建立运动分析，随后在运动分析的基础上进行动力分析，这中间需要许多的图形分析和公式推导。但是图形的分析和公式的推导过程往往比较复杂，并且错误率高。同样的建模过程中设计人员只需要将机械的构成方式和连接方法以及相应的物理参数实施输入，其后的建模和求解只需要计算来完成就可以了，极大地帮助设计人员承担了许多的设计难度。
4.3强大的后期处理能力
在传统的分析方法上通常得出的是大量的数据，数据的理解还要依靠丰富的经验和理论。但是运用虚拟样机计算软件为复杂性的数据提供了可视化技术，使得设计人员直观地看到机械设计的性能和运动效果。
5结语
虚拟制造技术实现了现代工程机械工程设计领域中的设计、试制等一系列过程的直观性。实现了在产品真正制造出来前，可以在虚拟的制造环境中生成产品的原型，更好地替代现实中的硬件产品，更方便地对设计产品的性能和可生产性进行评估，极大地缩短了产品的设计和生产周期，最大化地节约了产品开发的成本，保证产品的开发和设计可以适应市场的灵活性的变化。虚拟制造技术是现实技术和计算机仿真技术在机械制造中的综合应用。在现代化计算机虚拟设计技术的帮助下实现对众多产品的开发和设计，不仅不会造成实际物质的浪费，并且还能更直观地了解产品生产的具体情况，打开了机械制造和设计的全新局面。
参考文献
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关键词：建模，装配仿真，干涉检查
1 引言虚拟制造是实际制造工程在计算机上的映射，船舶建造仿真要求采用三维的模型来代替实际的制造工程，将在车间、船台（坞）的工作在虚拟的环境下先运行一遍，从分段装配、舾装配合、动力学性能、流体力学性能等多方面进行系统的分析，从而得出船舶建造的逻辑顺序与合理性，并为建造过程的优化准备好数据基础。
2 船舶建造数字建模及装配仿真要求船舶的建造是一个复杂的系统工程，现代造船技术以中间产品为导向，采用成组技术和计算机集成制造技术，有层次的对整个建造工程实施分解，在不同的阶段，对三维建模有不同的要求。在以进行船舶建造作业计划编制为目的，同时满足生产设计需要的情况下，对船舶数字化建模和装配仿真技术的要求是[1,2]：（1）提供编制计划所需要的产品特征信息，包括产品的几何特征、物理特征、工程结构特征等。在实际建造前根据数学基础与图形学映射关系确定各个零件的配合情况；（2）对产品进行干涉检查，确定整个装配方案的可行性，在虚拟环境下消除产品的设计缺陷；（3）通过装配仿真，给出产品的装配信息与约束信息，确定生产计划所需要的装配逻辑顺序；（4）以虚拟制造技术为基础，通过仿真，构建装配工艺路线，实现可行的装配工艺规划；（5）进行装配工艺仿真后处理，给出适合生产实际的三维模型与工艺文件。
3 数字化三维模型的建立这里使用的是CATIA V5 软件进行建模装配仿真与干涉检查。CATIA V5 是IBM 和达索系统公司共同推出的CAD/CAE/CAM 软件，该软件能够在windows和Unix 等平台上运行，具有较强的三维造型功能，还有较强的运动仿真功能模块。
3.1 造船工程分解与任务包的确定
进行三维数字化建模，不能单纯的为了建模而建模，如果只是将船舶按其二维图纸做成三维物体，则失去了建模的意义。以生产计划编制为目标的数字化建模通过船舶工程分解，来分清整个工艺过程，确立任务包，在此基础之上，为后面的装配仿真打下信息基础。
船舶生产的过程实际上是制造零部件，即所谓的“中间产品”。免费论文。这些中间产品经过几个制造级的逐渐变大变复杂，终而形成一艘船，即最终产品。免费论文。因此从中间产品的角度来分解船舶的建造任务是理想的方案，这就是产品导向型分解。产品导向型工程分解的原理是：任何系统结构都是层次分明有序可循的，通过层层分解可以通过图表的形式揭示其有序结构。
产品导向型工程分解用于造船时，首先按照任务本质的不同将造船全过程分为船体建造、舾装和涂装三大类，每一大类又分为加工和装配两种作业。例如，将船体建造分为零件加工、零件装配、部件装配、小分段装配、分段装配、大分段装配和船体合拢7 个制造级。
3.2 分段模拟建模
（1）船体外板的建模
本文是在具有船壳曲面型值表的基础上进行船壳曲面的三维建模。由于型值表中的数据有间隔，在生成型线后，还进一步对其进行了光顺。在具体建模过程中环境的设置如下：以X 正方向为船艏方向，Y 正方向为船右舷方向，Z 正方向为船高方向。只需XZ 平面一边建立一半船壳曲面，另一边映射即可。在生成所有曲面之后，如果还有局部的地方出现棱角，还可以充分利用CATIA 中的曲面修改功能，对于有棱角的地方可以把带有棱角线两边的曲面连接（Join）成一大块，然后在棱角线两边分别用两个参考面把这块大面截断（Split）成两块面，去掉中间有棱角线的曲面。再由这两块Split面通过Blent（or Fill）命令连接起来，Blend（or Fill）命令中有保证曲面光顺连接的选项，可以保证曲面的光顺连接。对于凹凸不平的小块曲面也可以用这种方法来修改。
（2）零件的建模
零件的建模，其目的是为了在以后的装配仿真和生产计划编制中提供必要的信息。其应具备下列基本策略：
（a）特征设计与特征提取的综合利用。特征是产品建模的强有力支持。建模时应将特征设计与特征提取结合起来，充分利用现有的CAD 系统所提供的特征造型功能，尽量从有关内部数据库直接提取，同时要充分的利用人机交互共功能，通过交互输入定义。
（b）面向对象的建模方式。面向对象的建模方式，具有先粗后精，由抽象到具体的特点，符合产品设计时的自然思维习惯，应在建模中得到充分应用。
（c）模型的层次化组织。免费论文。在建模过程中，应该具有大局观，不能只盯着一个构件，而是应该考虑整体的层次性，在经过详细科学的分解以后，分层有计划的建模。
模型不仅要处理设计系统的输入信息，还应能处理设计工程中的中间信息和结果信息，因此模型的信息应随着设计过程的推进而逐步丰富和完善。
4 装配仿真与干涉检查船舶装配仿真与干涉检查是在虚拟的环境下确定船舶的作业逻辑顺序，提供生产工艺数据资料，检验工艺与设计的可行性。它是船舶虚拟制造和生产作业计划的至关重要的一环，是进行生产规划的基础。装配仿真包括了零件装配、部件装配和分段装配三个制造级的任务包。在进行装配仿真的过程中，应该按照工艺顺序依次进行虚拟，其作用如下：(1) 拟定装配方案，优化装配结构。从设计和制造工艺出发，在各种约束中寻求装配的合理性与最优性；(2) 改进装配性能，降低装配成本。船舶装配所涉及的零件种类繁多，数量巨大，装配仿真的任务首先要确保产品的装配到位，然后要求装配能够比较容易实现，尽量降低成本；(3) 产品可制造性的基础。由于目前详细设计一般还是二维的，必须在虚拟三维环境下检查产品的可行性；(4) 为计划提供必要的信息数据。
4.1 装配仿真
装配仿真的覆盖范围很广泛，这里具体来说包括装配顺序、装配路径和装配工艺三个方面的内容，其中装配顺序与装配路径是最为核心内容。
4.2 干涉检查
船体分段有很多组件构成，肉眼很难发现可能的干涉情况，利用CATIA 所提供的干涉检查函数，可以自动的检查所有的干涉情况。下面通过实例来说明。
在构件中有一工字梁与角钢交叉，要进行干涉检查，看两者是否有接触而不能装配，应用Compute Clash 命令，将两个零件同时选中，即可分析这两个零件的干涉情况。当对话框Result 出现Clash 表示两个组件发生了干涉，出现Contact 则表示选定的两个组件相接触，如果No interference 则表示没有干涉。
5 结语本文以编制生产计划为目的，研究了基于虚拟制造下的三维数字化建模的方法。在CATIA 环境下，研究了怎样通过对工艺合理性分析结合装配分析，虚拟干涉检查、产品装配、生产工艺仿真，最后得到适合生产计划编制的数字化模型。
[关键词]仿真实验 辅助工具 事半功倍
中图分类号：G128 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）16-0208-01
引言：
《电工电子》是汽修专业的基础课，比较抽象，难懂，弄的不好学生根本没有听懂，时间长了就放弃了，所以要求我们老师要加强教学方法的探索，要把高深的理论用直观的，形象的，简单的实验方法加以论证，要学生多动手，增加他们的兴趣，提高学生的学习热情。传统的硬件实验可以让学生亲自动手，亲自体验，实验结果如果不对可以当场查找原因，优点很多，但它要求事先做很长的准备，实验中学生的安全也非常重要，要求实验设备好，实验指导人员够，基于它的这些缺点，仿真实验在《电工电子》的教学中就彰显出它独特的地位。
一、仿真技术简介
EWB是英文单词Electronics Work Bench 电子工作台的缩写，它是交互图像技术有限公司在九十年代初推出的EDA（电子设计自动化）软件，但真正在国内使用就比较晚，它用来模拟电路图和仿真电路工作状态，波形、电流、电压等非常直观。可以方便得实现书上的任意电路演示实验，方便，快捷，安全实用。它里面包括了信号源库（电池，接地，直流电压源等），基本器件库（电阻，电感，开关等），仪器库（各种电表，参数设置）等，只需轻点鼠标，就可以画出我们需要的电路图，我们需要的参数设置，演示实验结果，达到事半功倍的效果。
二、 仿真实验是课堂教学演示的理想之选
下面我通过《电工电子》中一个具体的电磁感应这个实验加以说明。
1.实验前的“备”与“想”
我首先学习了EWB（虚拟电子工作台）软件和操作方法，其方便的更改电路和元件参数的能力，使我们得以很好的了解电子电路的各种性质。熟悉了如何改变实验中的各个参数值，并且实验效果要明显可行，事先熟练操作，站在教室的各个角落观察图象，以保证每个同学都能看到。然后认真书写教案，精磨教学过程和教学方法，怎么样才能使绝大多数的同学参与和感兴趣，应该采用什么教学方法，中间的各个环节的衔接与导入怎么进行，可能出现的问题如何解决等一一认真思考，做到有的放矢，不打无准备之战。
2.实验中的“思”与“动”
（1）线圈的电磁感应
电磁感应的实验，书上主要给了两个，下面是第一个实验，我不是自己演示然后直接给出结论，这种方法出力不讨好，事倍功半，学生并没有听进去，我采用的是先设问，给出如下表格中的问题，让同学“思”考，老师进行简单的提示与引导，然后让学生“动”手来做仿真实验，自己给出结论。老师进行总结和表扬，甚至奖励。事实证明这种方法特别好，可以说是课堂气氛活跃，学生踊跃上台演示实验，大家注意力专注，达到了事半功倍的效果。比我们老师“填鸭”式的教学方式好了特多，学生印象深刻，兴趣盎然。全部“动”起手来，“动”起脑来。
针对下图实验问题如表1，图1：
2）、导线的电磁感应（如图2，表2）
根据上面表格中的 问题，老师加以解析，然后让学生上台试验，每个问题找一个学生，通过演示来得出结论，每个同学加以相应的分数，老师进行简单的总结和表扬，全程基本都是学生自己参与，自己动手，印象深刻，老师在这里只起了引导和总结的任务。
3、实验后的“查”与“补”
做完实验后，要检查同学的成绩，听取他们的意见，看下哪些地方学生掌握的好，哪些不好，以便认真总结和记录，下次再上这节课的时候改正，找出纠正的方法，下次课再巩固理解，争取做到学生90%的掌握率。
三、结束语
仿真软件进入电工电子技术的课堂教学和实践教学，可以把抽象的理论知识通过实验简单化、形象化，许多实际中不易接触到的仪器可以很方便地从屏幕上选用，让学生感受到实际动手操作的快乐，从而激发学员学习兴趣和主动性。总之，随着多媒体课室建设的不断完善，仿真软件一定能够在电工电子课程教学改革中发挥更大的作用。
参考文献
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专题策划人：彭远红
主持人简介：李凤霞，女，北京理工大学计算机学院教授、计算机基础教学部主任、虚拟现实与仿真计算学科方向带头人，教育部“大学计算机虚拟仿真实验教学中心”主任，北京市教学名师，教育部高等学校大学计算机基础课程教学指导委员会副主任，全国高等院校计算机基础教育研究会副会长，中国计算机学会虚拟现实与可视化委员会副主任：研究方向为虚拟现实与仿真计算、计算机应用、计算机基础教育；lfx_lfx@bit.edu．cn
以计算思维为导向的大学计算机教育改革已经取得了重要的阶段性成果。其中，大规模在线教育技术起到了重要的推动作用；然而应该看到，计算思维能力培养重在教学内容改革，即课程体系和知识结构。在线教育技术解决了传播手段问题，但无法解决教学内容存在的实质问题教学内容改革刚刚开始，进一步深化仍面临一系列问题：新内容与教学设置的匹配问题；新理念与师资的适应问题；新需求与旧资源的更新问题，这些问题需要更完善的课程体系和更前沿的教育技术的支持。
北京理工大学自2012年提出虚拟实验教学思路至今，从完善课程实验体系方面展示了“理论+概念+方法”的全新方案，改善了“以应用软件实践为主”的实验教学内容设置，从教育技术方面给出了“理论可验证+概念可视化+方法可交互”的虚拟现实与仿真技术的全方位支持，从一定程度上颠覆了大学计算机基础教学以往的实验体系和教学模式。该教学成果被北京工商大学、北方工业大学、河南大学、武汉轻工大学、长春理工大学、华北理工大学等多家院校采用，收到了较好的教学效果2014年北京理工大学成功获批教育部“国家级大学计算机虚拟仿真实验教学中心”以来，虚拟实验教学方式得到了广泛关注，已经开始向计算机专业课程以及物理、化学、生命科学等公共基础课渗透，并取得了初步成果。
在虚拟实验教学技术日益成熟的契机下，201 5年6月，教育部高等学校大学计算机基础课程教学指导委员会、北京理工大学计算机学院、高等教育出版社联合召开了“大学计算机课程教学改革”第三期沙龙活动，围绕“虚拟实验方法全面助力计算机教育教学改革”展开深入研讨，并就借助MOOC模式推动课程深化改革和推广作了具体研究落实。《计算机教育》杂志始终关注虚拟实验教学成果的推广，遴选会议4篇论文，形成专题，继续探讨如何将计算思维理念与计算机教育教学相结合，如何将虚拟实验方法应用于计算机基础教学和计算机专业教学中。
几乎在周浩夺冠的同一天，陕西省的一名化学博士苏楠楠，在“沪江英语”上开的英语课吸引了1万多名学生听课，苏楠楠也在短短20天内捞金35万。这对新东方来说也许是个灾难，因为学生在沪江上学英语不仅便宜，而且还能交流感情。沪江中的同桌功能，使一起学英语的上海海事大学的工科男小张和西安欧亚学院的艺术女小李不仅喜欢上了英语，还迅速发展成为恋人。这与周浩追求的真实不同，教育给予小张和小李的是“真情”。
清华大学无线电专业的王楠，暑假到上海参加叔叔公司的实习夏令营。虽然王楠和第一个故事中的周浩具有基本相同的家庭背景，但是王楠的爱好却不是动手，操作类的学习丝毫激发不了他的学习兴趣。然而，实习期间，从来没学过Java编程的王楠却能在2周内又快又好地完成一般工程师经过大学4年的学习训练，再加半年的培训才能上手的程序。显然，吸引王楠兴趣的是程序中的算法。在短短的实习过程中，王楠完成的工作量几乎和正式工程师一样。他既不关心真实，也不关心真情，只对程序的“真理”感兴趣。
与自然科学不同，教育中的理论和假设非常多，教育界的争论也非常多，由于其门槛较低，站在自己的角度每个人都有真实的感觉，都可以辩论几句，但却永远“辩”不出什么结果。这就像大家在形容一个心目中的姑娘：黑色的长发、苗条的身材、白皙的皮肤，只有三句描述就足以让所有的男人成为情敌。然而，当三个姑娘站在面前，大家才恍然大悟，原来大家爱的不是同一个姑娘。
教育目标不同，教育的方法必然就不同。
杜威追求教育之实，于是实用主义教育畅行美国。哈钦斯崇尚教育真理，于是通识教育培养了芝加哥大学的大量复合型人才。托夫勒憧憬未来之美，于是未来的教育被托夫勒描绘成自由个性的天堂。
什么是教育之真呢？
上海某所211大学计算机专业的一位硕士研究生，到某IT公司实习，带他实习的经理，发现该实习生只对查看论文和做所谓的研究感兴趣，对技术类毫无兴趣。半年实习结束后，经理发现该生参与的研究没有一丝成果，因而重新梳理实验方案和实验仪器，让经理大吃一惊的是，研究生快毕业的实习生，竟然不会网线制作中最基本的“水晶头制作”操作。而实验恰恰就是卡在了这个简单的问题上，他却不知原因。
该生所在的大学，有一个投资了数千万元的实验室，教学目标是任何一个本科生不仅是水晶头，就连存储云、大数据，也都应该会玩的。10年前这所大学发现，使用思科的网络虚拟软件，虽然可以培养出非常多的得到思科认证的网络工程师，但是没有实战环境，也只能成为“PAPER CCIE”（IT界专用词语，指拿到了网络最高认证，但却什么也不会干的新手）。在现实的网络环境中，99%的问题虚拟软件是不能模拟和无法想象的。
思科公司之所以在20年前就制作出大量便宜的虚拟软件，是因为要培养一个网络工程师，并让其去解决问题、配置机器，是一件非常耗费金钱的事情。然而，与思科公司的做法不同的是对电力、航空和矿山工程师的培养。虚拟软件不再是便宜那么简单，新手在现实环境的训练中，往往会有很大的危险和较高的死亡率，虚拟是严肃的。
从上个世纪70年代开始，就有很多不把危险当回事的人将恶作剧当玩笑。有一个叫做凯文的青年，不断入侵美国国防部等重要部门，还与网络专家玩起了捉迷藏。凯文落网以后无数的黑客竞相效仿，引起了教育界的反思：为什么经过科班训练的人不会的东西，到这些甚至在高中具有学习障碍症的黑客们那里，学起来却出奇神速呢？后来他们发现，相比起学校的计算机学习，真实世界更加好玩、有趣。一个有趣的、正向诱导的系统是学生快速学习的关键。于是，各种游戏教育软件应运而生，围绕着“有趣”来快速满足学习者的需求。
这几年，虚拟仿真技术受到教育主管部门的重视和支持，各大学、高职、中职，都动辄用数十万、数百万的钱投入到虚拟软件的开发中，然而，什么是好的和必要的虚拟软件呢？
换句话来说，我们需要的虚拟软件，是需要它更真，还是更假呢？这个看起来很容易的问题，回答起来真的不容易。这十多年来，我作为教育技术公司的负责人做过非常多的教学软件，但是同一门学科、同一个知识点，对不同的人，用同样的方法，结果完全不同。例如，对于一个高中或职业学校的孩子来说，要让他了解信息安全，你得让他去尝试攻破一个网站才行，信息安全背后的密码原理你根本没有必要教，多数的黑客属于这个层次，兴趣会成为他们自然的老师；而对于一个计算机专业的本科生和研究生来说，信息安全这件事却需要从多角度和多维度去跟他讲清楚，你需要给他一系列的标准和案例；但对于985院校的学生来说，以上那些根本不重要，中国的985院校的实验仪器也很少用虚拟的，你得给他们配备与世界前沿同步的设备和课程才行。然而，我们只有一个教育部，却爱上三种不同类型的“姑娘”。
关于“真实性与教育”的哲学思考，著名的大数据研究专家张小彦说：“知识是整体的，只是因为人们的大脑不够，才将其分散考虑。我们要有系统性的思维，才会破除大脑局限，形成全局观念，最好地解决问题。”现代生命科学和医学也证明，人要对一个物体有本质的认识和形成观念，需要将不同的数据通过眼、耳、鼻等系统，将数据形成信号，再转到大脑的不同功能区去处理，处理后的信号再通过某种机制进行训练归结到一个统一的结论，形成概念。从这个角度上讲，事情本质的“真”没有任何意义，学习者通过信号系统理解的“真”，才是有意义的一件事情。那么，问题又来了，由于每个人的信号系统不同，生理结构不同，大家对客观物体的认知是有偏差的，于是100个人，可能只有30个人心目中是同样一个客体。
虚拟仿真技术是数码化的客体，从某种角度上讲，它比每个人理解的事情更真，能够抛开个体差异带来的偏见。例如，在水晶头的制作中，有非常好的虚拟软件将这个过程的重要注意事项解剖出来，不但便于学生学习，还便于学生理解。这样，问题又来了，这一虚拟仿真技术如果仅仅来自于某个专家的设计，那么这种真往往是带有专家个人偏见的真，筛选掉的有可能是更重要的事情，而虚拟软件制作过程中，又会被外包到与这个对象课程不太相关的设计师手里，因此，偏差就会更大。上文提到的实习生在学习水晶头制作时不是通过现实的工程来展开的学习，而是通过网上的虚拟软件进行的，而那款虚拟软件高度抽象了水晶头有用的部分，如4根有颜色的铜线。虚拟化学习中，随便接4根网络的花线，在一般情况下不会出现问题，然而该生所做的网络研究，最重要的恰恰就是这4根花线。
既然每个学习者的目标不同，泛泛而谈教育的真实就没有任何意义，客观真实与教育真实是不一样的，哲学上所指的真实是不可改变、不可还原、不可复制的，也是不可能去安全实现的。即使将一条完全真实的产品线放进学校，学生也很难掌握处理现实工作压力和枯燥的方法。另外，对于“高端的学生”来说，真理更真还是真实更真，也是不容易搞清的糊涂账。曾经有教授向清华大学的一位校长建议清华的学生也应该理论密切联系实际，而这位校长的回答是令人深思的，大意是：对于清华的学生，我们不是仅仅要求他们去工厂能干活，因为能干的活存在，那是过去的东西，清华大学的学生应该去干那些原先没人干出来的事，比如火箭，你设计火箭的时候是不存在火箭的或者火箭只存在于美国，但是你不能说清华大学的学生就在玩虚的，图纸的真实是比现实的真实更高一层的真实。
虚拟软件要想做到教育之真，就要做到其教育形象具有合情、合理的性质。
所谓合情，首先是软件设计师本人对虚拟软件知识点、技能点、体验点的认识、体会和感悟，并向学生展示出一个带有设计师个人主观色彩的专业世界，其中这个展示的过程必须是符合学科最普遍的认识步骤逻辑和认知情感变化逻辑，体现出人类从形象思维升华到抽象思维的合理规律。情，指向的就是人的主观世界的种种变化波动。合情即指合乎这种主观世界运动的规律。合理，指的是设计师创造的虚拟仿真产品符合专业知识点运作的普遍客观规律，即存在的合理性。这种合理性必须在学生的接受范围内，也就是要契合学生的现实经验，使学生对作品创造出来的现实专业世界认同，在接受上不会太唐突。
因此，要真正做出一款好的虚拟软件，就要充分考虑这款软件中的幻想系数和逻辑系数，有时候要想达到教育之真，还甚至必须将其与虚假或虚幻联系在一起谈论才是有意义、有价值的，因为教育之真本身，不仅包含指认真实、表象真实还包含逻辑真实。例如，对一个山东省临沂山区的孩子来说，蓝翔技校的挖掘机驾驶才是真实的，因为他的老师能够清晰地告诉他，通过三个月驾驶挖掘机的学习，能够每个月挣4000元钱；而一个职业技术学校的学生对挖掘机的理解包含了挖掘机的各个关键部件的表象之真，学生毕业后能够被挖掘机制造厂商按照专业门类录取，经过3年的学习，他还是每个月挣4000元；一个清华大学机电系的学生理解的挖掘机是它的动力、机械和电器的配合系统和模型，虽然经过4年的专业学习他也是每个月挣4000元，但是他的目标是4年后能制造出更好的挖掘机。因此，清华大学的挖掘机虚拟软件、职业技术学院的挖掘机虚拟软件，以及蓝翔技校的挖掘机虚拟软件是不同的，抛开服务对象，还真不好说挖掘机技术哪家强。
物联网技术、云技术、大数据技术，也许能够解决上述一部分的教育难题，最新的虚拟仿真技术不仅仅需要动画和声光电的模拟系统，还会将实体系统整合起来，还会将信号系统通过LabVIEW软件整合起来，还会打造一个知识地图的深入应用……
回到文章的开头，我非常关注周浩的发展，虽然他喜欢动手，虽然他擅长动手，但并不能现在就断言周浩适合做技工，人生的路很长，原先的教育系统只能让周浩做选择题，不允许他做综合题，到底一个人适合干什么，连周浩本人都要用一辈子去探索，要不怎么说，教育是一个寻找自我的过程呢！
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