發(fā)布時(shí)間：2023-03-17 18:00:22
序言：寫(xiě)作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的仿真技術(shù)論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
虛擬仿真(VR)即虛擬現(xiàn)實(shí)，是一種采用計(jì)算機(jī)為核心的現(xiàn)代高科技生成逼真的視、聽(tīng)、觸覺(jué)一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶(hù)借助必要的設(shè)備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行交互作用、相互影響，從而產(chǎn)生如同真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)。盡管該環(huán)境并不真實(shí)存在，但它作為一個(gè)逼真的三維環(huán)境仿佛就在我們周?chē)?。由于用?hù)對(duì)計(jì)算機(jī)環(huán)境的虛擬物體產(chǎn)生了類(lèi)似于對(duì)現(xiàn)實(shí)物體的存在意識(shí)或幻覺(jué)，用戶(hù)在計(jì)算機(jī)所創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中處于一種全身心投入的感覺(jué)狀態(tài)。
2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
2．1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
盡管?chē)?guó)內(nèi)虛擬仿真技術(shù)起步較晚，但是隨著信息技術(shù)在社會(huì)各領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，信息化教學(xué)已成為信息技術(shù)和信息資源與教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)形態(tài)，以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為特征的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始逐步滲透到教學(xué)領(lǐng)域。虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)教學(xué)及某些醫(yī)學(xué)手術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域得到不同程度的應(yīng)用和研究。在護(hù)理學(xué)教學(xué)中，作為實(shí)踐性很強(qiáng)的綜合性應(yīng)用學(xué)科－護(hù)理學(xué)基礎(chǔ)，其護(hù)理專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)約占該課程總學(xué)時(shí)的一半，也是培養(yǎng)護(hù)生臨床實(shí)踐能力的主要途徑之一。然而傳統(tǒng)的由教師演示－學(xué)生練習(xí)－教師指導(dǎo)的護(hù)理實(shí)踐教學(xué)模式已經(jīng)不能滿(mǎn)足學(xué)生的需要，非常有必要對(duì)護(hù)理實(shí)訓(xùn)教學(xué)進(jìn)行改革和創(chuàng)新。隨著虛擬仿真技術(shù)在一些實(shí)踐性要求高的專(zhuān)業(yè)中的大量應(yīng)用及研究，國(guó)內(nèi)某些醫(yī)學(xué)院校的護(hù)理學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)也不同程度地開(kāi)展了仿真技術(shù)在護(hù)理實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用與研究，如高仿真模擬人技術(shù)早已投入護(hù)理專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)中，并被應(yīng)用在《內(nèi)科護(hù)理》教學(xué)中并收到良好的效果，還有以主要訓(xùn)練護(hù)生的單項(xiàng)護(hù)理操作技能為目的的專(zhuān)項(xiàng)護(hù)理技能訓(xùn)練，如手臂模型可以模擬人類(lèi)真實(shí)的血管，穿刺過(guò)程中有落空感和模擬真實(shí)血液流出，高級(jí)電腦心肺復(fù)蘇模型可以進(jìn)行心肺復(fù)蘇的模擬訓(xùn)練，大小與真人相仿，在操作時(shí)可有語(yǔ)音提示和報(bào)警聲來(lái)顯示其操作的正確性。虛擬仿真技術(shù)還可以使用在一些不宜在真人身上實(shí)練(如鼻飼法、導(dǎo)尿術(shù)等)的護(hù)理實(shí)訓(xùn)課的應(yīng)用。2007年大連大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院以“探索出適合中等職業(yè)技術(shù)教育的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式，提高中等職業(yè)教育運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)手段水平”為目的開(kāi)展的“護(hù)理技術(shù)模擬教學(xué)系統(tǒng)”項(xiàng)目的研發(fā)卓有成效，該研發(fā)項(xiàng)目提出了包括13個(gè)模塊，每個(gè)模塊由教學(xué)演示、模擬操作、考核測(cè)評(píng)三大部分構(gòu)成的護(hù)理技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)軟件系統(tǒng)，該教學(xué)軟件系統(tǒng)的研發(fā)為虛擬仿真技術(shù)在護(hù)理實(shí)訓(xùn)練習(xí)中的開(kāi)展和推廣應(yīng)用提供了參考。2009年貴州遵義醫(yī)學(xué)院護(hù)理系進(jìn)行了護(hù)理學(xué)基礎(chǔ)虛擬實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)，是一次將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于基礎(chǔ)護(hù)理實(shí)踐教學(xué)的一種有效嘗試，可推廣應(yīng)用于國(guó)內(nèi)各護(hù)理院校和各大醫(yī)院的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和繼續(xù)教育培訓(xùn)與考核，有著較廣闊的應(yīng)用前景。重慶市衛(wèi)生學(xué)校已經(jīng)開(kāi)展并建成仿真急救護(hù)理實(shí)訓(xùn)室，為其他護(hù)理院校提供了可借鑒的急救實(shí)訓(xùn)基地模式和實(shí)訓(xùn)方法。同時(shí)，虛擬仿真技術(shù)在職業(yè)技能培訓(xùn)中發(fā)揮的作用越來(lái)越大，也正被廣大的職業(yè)教育工作者所接受。目前高職院校招生人數(shù)逐年增加，學(xué)校實(shí)驗(yàn)室及傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足師生的需要，尋找一種行之有效的技術(shù)手段來(lái)緩解傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)模式所帶來(lái)的壓力，是許多高職院校的當(dāng)務(wù)之急，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于護(hù)理實(shí)踐教學(xué)是解決以上問(wèn)題的關(guān)鍵，更是培養(yǎng)最優(yōu)秀的護(hù)理畢業(yè)生的必由之路。
2．2國(guó)外研究現(xiàn)狀
美國(guó)在培養(yǎng)護(hù)生的過(guò)程中由于醫(yī)院及患者等方面的原因，護(hù)生在臨床實(shí)習(xí)中很少有機(jī)會(huì)在患者身上進(jìn)行練習(xí)操作技能，同時(shí)護(hù)理院校理論課程的增加及實(shí)踐教學(xué)課程的壓縮也大大減少了護(hù)生們開(kāi)展實(shí)踐練習(xí)的機(jī)會(huì)。鑒于此，開(kāi)展虛擬仿真技術(shù)在護(hù)理實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用也是非常有必要的。美國(guó)的虛擬仿真技術(shù)在不同行業(yè)的運(yùn)用，包括在護(hù)理教學(xué)中的應(yīng)用開(kāi)展的都比較早。美國(guó)紐約州立大學(xué)護(hù)理學(xué)院早在1996年就開(kāi)展了虛擬仿真技術(shù)在靜脈輸液中的應(yīng)用研究，虛擬仿真技術(shù)在護(hù)理實(shí)踐中的作用是一些模型、錄像帶等所不能比擬的，后者不能給護(hù)生帶來(lái)真實(shí)的感覺(jué)，而虛擬仿真可以，并且大大減少了護(hù)生在真實(shí)的臨床護(hù)理操作中給患者帶來(lái)的不適。常用的虛擬仿真技術(shù)有兩種，身臨其境式和非身臨其境式，前者技術(shù)要求較高，需要利用一些傳感工具，如頭盔、手套、跟蹤器等，讓用戶(hù)置身于虛擬境界中，雖然設(shè)備昂貴，但因其具有很逼真的護(hù)理情境而對(duì)護(hù)理教學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，非身臨其境式，因其實(shí)用性和實(shí)惠性被廣泛運(yùn)用到護(hù)理教學(xué)中。隨著從事護(hù)理教育的工作人員數(shù)量的減少，虛擬仿真技術(shù)同樣運(yùn)用在一些護(hù)理學(xué)遠(yuǎn)程教學(xué)、成人繼續(xù)教育、護(hù)理技能培訓(xùn)等項(xiàng)目。虛擬災(zāi)害環(huán)境的護(hù)理措施的研究更是拓展了虛擬仿真技術(shù)在護(hù)理教學(xué)領(lǐng)域中的運(yùn)用。20世紀(jì)80年代，美國(guó)便應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)建立了用于考試和教學(xué)的臨床病例庫(kù)，即虛擬臨床瀏覽(VCE)。到目前為止，在護(hù)理教育領(lǐng)域，虛擬臨床瀏覽系列教學(xué)軟件和指導(dǎo)手冊(cè)已發(fā)展到覆蓋內(nèi)外科護(hù)理學(xué)、婦產(chǎn)科護(hù)理學(xué)、兒科護(hù)理學(xué)和護(hù)理學(xué)技術(shù)等課程，并且提供網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源。虛擬臨床瀏覽結(jié)合護(hù)理教科書(shū)，建立了虛擬醫(yī)院，進(jìn)入虛擬醫(yī)院，可以學(xué)習(xí)溝通、記錄、評(píng)估和安全給藥。虛擬醫(yī)院的建立可以幫助護(hù)生熟悉日常護(hù)理工作，從而提高臨床判斷和批判性思維能力。還有已經(jīng)在英美許多醫(yī)學(xué)院校使用的CathSim靜脈穿刺訓(xùn)練系統(tǒng)包括軟件和觸覺(jué)反饋裝置即靜脈穿刺用的胳膊和一臺(tái)電腦，可設(shè)置在實(shí)際工作中可能遇到的不同年齡、血管狀況以及疾病嚴(yán)重程度的各類(lèi)患者。由日本NEC公司研制的“SimCoeur”軟件系統(tǒng)可以模擬急診患者每分鐘的臨床表現(xiàn)，還可以設(shè)置1000余種患者情境，可以使護(hù)生面對(duì)不同的患者，很好的鍛煉了護(hù)生的應(yīng)變能力，并且能夠快速地對(duì)護(hù)生所進(jìn)行的操作進(jìn)行反饋。同時(shí)該公司研制的“SimNursing”模擬急診患者軟件系統(tǒng)，已于1998年投入日本市場(chǎng)，該軟件系統(tǒng)可進(jìn)行護(hù)理程序的模擬訓(xùn)練，學(xué)生能按照完整的護(hù)理程序?qū)颊哌M(jìn)行全程護(hù)理。多款軟件的研發(fā)和應(yīng)用為虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)提供了技術(shù)支持，其中最有代表性的就是Mathworks公司推出的MAllAB語(yǔ)言，美國(guó)NI公司推出的LabVIEW圖形化編程語(yǔ)言及美國(guó)ELANIX公司推出的SystemView軟件。
3發(fā)展趨勢(shì)
電力電子技術(shù)課程內(nèi)容量大、知識(shí)點(diǎn)多、既有理論分析又有實(shí)際電路應(yīng)用。以我校自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)為例，采用王兆安老師主編的《電力電子技術(shù)》第五版教材，課程內(nèi)容將涉及電力電子器件、電力電子電路（AC-DC整流電路、DC-AC逆變電路、DC-DC直流-直流變流電路、AC-AC交流-交流變流電路）及電路控制技術(shù)（PWM、軟開(kāi)關(guān)），課時(shí)安排為56學(xué)時(shí)，其中8學(xué)時(shí)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在48學(xué)時(shí)的理論教學(xué)內(nèi)容中，除緒論、習(xí)題課和總復(fù)習(xí)占4學(xué)時(shí)外，電力電子器件占4學(xué)時(shí)，電力電子電路占34學(xué)時(shí)，PWM控制與軟開(kāi)關(guān)技術(shù)占6學(xué)時(shí)。由上可見(jiàn)，電力電子電路占理論教學(xué)學(xué)時(shí)的70%，但是該部分的實(shí)際教學(xué)內(nèi)容非常多，以整流電路部分為例，將主要涉及到兩大類(lèi)（單相整流、三相整流）、四小類(lèi)（單相半波整流、單相橋式整流、三相半波整流、三相橋式整流）、三種負(fù)載（電阻性、阻感性、反電動(dòng)勢(shì)）及多種電路變換形式（如帶續(xù)流二極管），其中每種電路還要分析不同觸發(fā)角（如30度、60度、90度、120度等）控制下的電路工作原理、電壓和電流波形圖（如負(fù)載直流電壓、負(fù)載直流電流、晶閘管承受電壓、晶閘管流過(guò)電流、交流電流等）、電量參數(shù)計(jì)算（如直流平均值、交流有效值）。如此復(fù)雜的電路教學(xué)過(guò)程，若僅靠傳統(tǒng)黑板板書(shū)及幻燈片教學(xué)模式進(jìn)行講解，將不能在有限的課時(shí)時(shí)間內(nèi)，既完成教學(xué)內(nèi)容，又讓學(xué)生深入理解各種電路的工作過(guò)程，其結(jié)果是學(xué)生沒(méi)能抓住電力電子電路學(xué)習(xí)的根本，不具有分析和設(shè)計(jì)電力電子電路的能力。電力電子技術(shù)的仿真教學(xué)改革就是要改變上述由于教學(xué)內(nèi)容多、課程內(nèi)容復(fù)雜、課時(shí)分配少而帶來(lái)的教學(xué)和學(xué)習(xí)問(wèn)題，其改革的內(nèi)容就是在有效的教學(xué)時(shí)間內(nèi)，通過(guò)仿真軟件搭建電力電子電路并進(jìn)行仿真波形分析與工作原理講解的教學(xué)模式，該模式不僅能把教學(xué)基本內(nèi)容講授清楚，同時(shí)能大大提高學(xué)生對(duì)課程教學(xué)重點(diǎn)與教學(xué)難點(diǎn)的理解和把握，達(dá)到事半功倍的效果。仿真教學(xué)改革中采用MATLAB仿真軟件，其中的電力系統(tǒng)模型庫(kù)包含電源模塊庫(kù)、電器元件模塊庫(kù)、電機(jī)模塊庫(kù)、電力電子元件模塊庫(kù)、連接件模塊庫(kù)、測(cè)量?jī)x器模塊庫(kù)和其他電氣模塊庫(kù)。通過(guò)使用Simulink模塊庫(kù)組成電力電子控制電路，使用電力系統(tǒng)模塊庫(kù)組成電力電子主電路和驅(qū)動(dòng)電路，可以較為容易的分析和設(shè)計(jì)更為復(fù)雜的電力電子電路，可以深入的研究和觀察電力電子電路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。
二、仿真教學(xué)過(guò)程實(shí)例分析
由于電力電子技術(shù)課程中的各種電路形式復(fù)雜多樣，因此以三相橋式全控整流電路為例，來(lái)說(shuō)明電力電子技術(shù)的仿真教學(xué)過(guò)程。三相橋式全控整流電路在工業(yè)生產(chǎn)中具有重要位置，大量用于電解、電鍍、直流電機(jī)傳動(dòng)、勵(lì)磁等場(chǎng)合，因此該電路是電力電子技術(shù)課程的重點(diǎn)內(nèi)容。三相橋式全控整流電路為如上所述教材的3.2.2節(jié)內(nèi)容，主要包括電路原理圖、電阻性負(fù)載、阻感性負(fù)載工作情況三部分內(nèi)容。該節(jié)課程的知識(shí)目標(biāo)定位于掌握三相橋式全控整流電路的組成、特點(diǎn)及應(yīng)用，理解三相橋式全控整流電路的工作原理；能力目標(biāo)定位于能夠根據(jù)電路圖搭建相應(yīng)電路并進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)能夠根據(jù)任務(wù)要求開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)。該節(jié)課程的仿真教學(xué)過(guò)程中首先讓學(xué)生掌握電路結(jié)構(gòu)，然后針對(duì)不同負(fù)載情況下，讓學(xué)生理解工作原理并學(xué)會(huì)波形分析及參數(shù)定量計(jì)算，最后結(jié)合“自動(dòng)控制原理”及“電機(jī)學(xué)”課程相關(guān)內(nèi)容，給出仿真實(shí)驗(yàn)任務(wù)，目的讓學(xué)生逐步進(jìn)入狀態(tài)，逐步掌握學(xué)習(xí)這門(mén)課的方法，下面給出仿真教學(xué)中需要注意的教學(xué)重點(diǎn)，其它教學(xué)部分可參考相應(yīng)教材，這里不再贅述。
1.三相橋式全控整流電路結(jié)構(gòu)該部分首先介紹三相橋式全控整流電路是目前應(yīng)用最廣泛的整流電路，它區(qū)別于單相整流與三相半波整流，具有功率大、直流脈動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)采用幻燈片播放實(shí)際應(yīng)用案例的形式，來(lái)增強(qiáng)學(xué)生對(duì)該部分內(nèi)容的感性認(rèn)識(shí)，并提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。其次，介紹該電路中包含六個(gè)晶閘管元件，是目前學(xué)習(xí)中器件最多的電路，需要學(xué)生們認(rèn)真理解六個(gè)晶閘管器件的觸發(fā)工作過(guò)程。再次，采用MATLAB仿真軟件搭建三相橋式全控整流電路原理圖，如圖1所示。搭建的過(guò)程中，一定要強(qiáng)調(diào)以下幾點(diǎn)：①晶閘管器件編號(hào)務(wù)必為共陰極組內(nèi)VT1、VT3、VT5，共陽(yáng)極組內(nèi)VT4、VT6、VT2；②晶閘管門(mén)極觸發(fā)脈沖順序務(wù)必為VT1-VT6；③晶閘管觸發(fā)脈沖相位間隔60度。
2.帶電阻性負(fù)載情況分析前面講解完三相橋式全控整流電路搭建后，真正進(jìn)入到電路工作原理、波形分析及定量計(jì)算部分。進(jìn)一步完善上面仿真電路原理圖，將負(fù)載選擇為電阻性負(fù)載，并增加若干示波器觀察點(diǎn)，其中三相電源設(shè)置為幅值100V、頻率50Hz，電阻負(fù)載2Ω，仿真參數(shù)設(shè)置為仿真起始時(shí)間0.0s，結(jié)束時(shí)間0.1s，算法選擇ode23tb。帶電阻性負(fù)載情況下的教學(xué)重點(diǎn)為：①不同觸發(fā)角下的波形分析；②負(fù)載電流的連續(xù)與斷續(xù)分析；③晶閘管的單觸發(fā)脈沖與雙觸發(fā)脈沖形式。其中難點(diǎn)內(nèi)容為連續(xù)與斷續(xù)狀態(tài)下的脈沖形式。首先通過(guò)仿真詳細(xì)講解30度觸發(fā)角時(shí)的波形情況，要求學(xué)生在給定電源條件下能夠正確理解觸發(fā)脈沖、直流負(fù)載電壓、直流負(fù)載電流、晶閘管承受電壓和交流電源電流的波形。講授過(guò)程中需要注意：①觸發(fā)角的觸發(fā)時(shí)刻，由于三相整流電路的自然換相點(diǎn)對(duì)應(yīng)A相電壓波形的30度位置，因此30度觸發(fā)角情況下的晶閘管VT1觸發(fā)時(shí)刻為60度位置，換算成時(shí)間為0.0033s；②將整個(gè)電源周期分成6段，每段先確定6個(gè)晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷狀態(tài)，再分析其他電量；③特別注意強(qiáng)調(diào)線(xiàn)電壓波形及波形畫(huà)法。然后，利用仿真教學(xué)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步講解如上教學(xué)重點(diǎn)要求，如圖3所示為60度和90度觸發(fā)角下的晶閘管觸發(fā)脈沖情況和直流輸出電壓波形情況。圖中可以清楚的看到60度觸發(fā)角為負(fù)載電壓和電流連續(xù)與斷續(xù)的臨界點(diǎn)，90度觸發(fā)角時(shí)清楚的看到負(fù)載電流為斷續(xù)狀態(tài)，同時(shí)各個(gè)觸發(fā)脈沖為保證電流斷續(xù)下正常工作而變成雙觸發(fā)脈沖形式。為了讓學(xué)生能夠更深入的理解電阻性負(fù)載時(shí)的工作情況，在仿真教學(xué)過(guò)程中，可以采取更小的脈沖角度間隔對(duì)多個(gè)觸發(fā)角進(jìn)行多次仿真，這樣更能深入理解隨著觸發(fā)角的增加，直流負(fù)載電壓不斷降低的過(guò)程。
3.帶阻感性負(fù)載情況分析當(dāng)三相橋式全控整流電路帶阻感性負(fù)載工作時(shí)，其特點(diǎn)就是能保證負(fù)載電流續(xù)流而不出現(xiàn)斷續(xù)的狀態(tài)，因此該部分的教學(xué)重點(diǎn)為：①讓學(xué)生能夠清楚的理解整個(gè)移相范圍內(nèi)負(fù)載電流總是連續(xù)的工作狀態(tài)；②由于電感的作用，負(fù)載電壓會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分；③大電感狀態(tài)下，負(fù)載電流近似為一條直線(xiàn)。圖4為觸發(fā)角為90度時(shí)三相橋式全控整流電路的波形情況，與圖3中觸發(fā)角為90度情況進(jìn)行對(duì)比，可以清楚的看出阻感性負(fù)載時(shí)的直流負(fù)載電壓波形既有正向波形，又有負(fù)向波形，負(fù)載電流波形始終處于連續(xù)狀態(tài)，同時(shí)還可以通過(guò)仿真教學(xué)清楚的展示電感為5mH和200mH時(shí)的直流電流波形，其中5mH時(shí)電流波形脈動(dòng)較大，而200mH時(shí)電流波形脈動(dòng)較小，近似為一條直線(xiàn)，這也充分說(shuō)明當(dāng)電感值為200mH時(shí)，感抗相對(duì)于阻抗來(lái)說(shuō)充分大。
4.仿真實(shí)驗(yàn)任務(wù)：直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)完成如上規(guī)定的仿真教學(xué)任務(wù)后，可以給學(xué)生布置相應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)任務(wù)，結(jié)合直流電機(jī)原理和閉環(huán)控制原理，安排直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)，可以安排在實(shí)驗(yàn)課中完成或課后自行完成。仿真實(shí)驗(yàn)任務(wù)如下：（1）仿真參數(shù)設(shè)置：仿真起始時(shí)間0.0s，結(jié)束時(shí)間5s，算法選擇ode23tb。（2）系統(tǒng)要求跟蹤恒值速度給定500r/min。（3）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)定為比例控制，要求分析不同負(fù)載轉(zhuǎn)矩、不同轉(zhuǎn)速比例調(diào)節(jié)下的電機(jī)電壓、電流和轉(zhuǎn)速波形。這里給出用于教學(xué)參考的系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖及電機(jī)電壓和電流波形，如圖5和圖6所示。由于直流電機(jī)為阻感性負(fù)載，因此通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)可以更深入的認(rèn)識(shí)阻感性負(fù)載下的三相橋式全控整流電路的工作過(guò)程，直流負(fù)載電壓即電機(jī)供電電壓有正負(fù)波形，直流負(fù)載電流即電機(jī)電樞電流為連續(xù)狀態(tài)且近似為一條直線(xiàn)，轉(zhuǎn)速波形由學(xué)生在仿真實(shí)驗(yàn)中自行觀察。
三、結(jié)論
【摘要】隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，虛擬仿真技術(shù)在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的作用也越來(lái)越明顯。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用可以有效地提高教學(xué)的質(zhì)量和效率。本論文通過(guò)闡論虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的虛擬仿真機(jī)器人機(jī)械臂模型用到的三維建模技術(shù)及軟件（如Maya、Max等）、原理以及虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì)，從而研究它的價(jià)值和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益，并探析了虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的技術(shù)在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】虛擬仿真技術(shù)/平臺(tái)；虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)；實(shí)訓(xùn)教學(xué)
一、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的三維建模技術(shù)及軟件研究
虛擬仿真系統(tǒng)的功能主要體現(xiàn)在它可以讓使用者借助于專(zhuān)用的視、聽(tīng)、觸覺(jué)等具有感知功能的設(shè)備，進(jìn)入仿真系統(tǒng)制造的虛擬空間，并且還能夠與虛擬環(huán)境中的人和物體進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，從而感知和操作虛擬環(huán)境中的各種對(duì)象，最終達(dá)到身臨其境的效果。它的組成主要是把計(jì)算機(jī)作為主要的部分，其次綜合利用三維圖形、多媒體、仿真等技術(shù)構(gòu)建起一個(gè)逼真的虛擬系統(tǒng)。從它的組成部分和應(yīng)用程序來(lái)看，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)對(duì)三維圖形的利用還是十分頻繁的，因此我們應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)研究。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)在工業(yè)機(jī)器人上的應(yīng)用設(shè)計(jì)主要是利用三維建模軟件，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言建立虛擬環(huán)境中的實(shí)體模型表現(xiàn)出來(lái)，最后通過(guò)描述它們之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，快速、真實(shí)地顯示三維虛擬工業(yè)機(jī)器人，并為工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)提供一個(gè)研究觀察平臺(tái)。本段主要通過(guò)對(duì)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的三維建模技術(shù)及軟件研究，來(lái)發(fā)現(xiàn)虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和研究其未來(lái)的發(fā)展方向。
Maya軟件是美國(guó)Autodesk公司出品的世界頂級(jí)的三維動(dòng)畫(huà)軟件，通過(guò)對(duì)Maya軟件的運(yùn)用，能夠使虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)在一定程度上提高制作三維動(dòng)畫(huà)的效率和品質(zhì)，調(diào)節(jié)出仿真的角色動(dòng)畫(huà)，使其得出更加真實(shí)的效果。這是因?yàn)镸aya軟件不僅僅包括一般三維和視覺(jué)效果制作的功能，而且還能夠和世界上最先進(jìn)的建模、數(shù)字化布料模擬、毛發(fā)渲染、運(yùn)動(dòng)匹配技術(shù)相結(jié)合，使得虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)所創(chuàng)造出的畫(huà)面更加真實(shí)有立體感。
二、虛擬仿真技術(shù)在各領(lǐng)域內(nèi)的作用
隨著科技的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)在一些高科技等高端領(lǐng)域的地位越來(lái)越凸顯出來(lái)，地位與作用也逐漸提升。尤其是在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)、手機(jī)游戲設(shè)計(jì)及其所用到的一些主流引擎甚至高端引擎方面的價(jià)值更為突出。
Maya軟件是虛擬仿真技術(shù)的一種，它應(yīng)用的對(duì)象是專(zhuān)業(yè)的影視廣告，角色動(dòng)畫(huà)，電影特技等。它能夠在工作的過(guò)程中展現(xiàn)的比較靈活，易學(xué)易用，制作出動(dòng)畫(huà)的效率非常高，渲染出畫(huà)面的真實(shí)效果比較強(qiáng)，它對(duì)畫(huà)面中角色動(dòng)作的捕捉尤為清晰，與畫(huà)面角色的綁定的聯(lián)系性也十分緊密，是虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中一個(gè)比較不錯(cuò)的系統(tǒng)軟件。MAX軟件它最開(kāi)始的應(yīng)用是在電腦游戲中的動(dòng)畫(huà)制作，后來(lái)又進(jìn)一步的開(kāi)始參與影視片的特效制作，MAX軟件還被廣泛地應(yīng)用于廣告、影視、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、多媒體制作、游戲、輔助教學(xué)以及工程可視化等領(lǐng)域，也就是虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)當(dāng)中。它強(qiáng)大的立體三維功能被新媒體、影視動(dòng)畫(huà)、游戲動(dòng)畫(huà)等領(lǐng)域廣泛運(yùn)用。
三、虛擬仿真技術(shù)為機(jī)器智能實(shí)驗(yàn)課帶來(lái)的好處
虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用為現(xiàn)代化的社會(huì)帶來(lái)了許多的方便，讓機(jī)器實(shí)驗(yàn)課、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)的智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)越來(lái)越豐富化。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用可以有效地提高教學(xué)的質(zhì)量和效率。通過(guò)對(duì)虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，使得上級(jí)和下級(jí)、老師和學(xué)生的客戶(hù)信息以及實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)、模擬操作、技能測(cè)評(píng)等等的信息存儲(chǔ)在管理信息庫(kù)中，與此同時(shí)，上級(jí)和下級(jí)或是老師和學(xué)生之間就可以通過(guò)客戶(hù)機(jī)對(duì)下級(jí)或者學(xué)生之間的實(shí)訓(xùn)進(jìn)行遠(yuǎn)程的指導(dǎo)與管理。
隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，虛擬仿真技術(shù)在在現(xiàn)代職業(yè)技能教學(xué)中的作用也越來(lái)越明顯。虛擬仿真技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，將為機(jī)器智能實(shí)驗(yàn)課等實(shí)訓(xùn)課程帶來(lái)更多的方便和益處。由于它能夠?yàn)槿藗兲峁┮环N高級(jí)的人機(jī)接口，具備交互性、想象性、沉浸性等特點(diǎn)，所以它主要的應(yīng)用領(lǐng)域在政府、企業(yè)、學(xué)校等這些需要實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)環(huán)境的地方。
四、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì)
作為一項(xiàng)新興的科學(xué)技術(shù)，虛擬仿真技術(shù)還處在一個(gè)不斷探索前進(jìn)與不斷完善的階段當(dāng)中，其發(fā)展趨勢(shì)呈一個(gè)不斷上升的大幅增長(zhǎng)的趨勢(shì)。從目前來(lái)看，雖然目前政府、教育部門(mén)、學(xué)校、教師都已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了虛擬仿真技術(shù)對(duì)于職業(yè)教育實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的重要作用和發(fā)展前景，但在實(shí)際中，依然存在著許多問(wèn)題亟待解決，因此虛擬仿真技術(shù)正在與教育、培訓(xùn)等領(lǐng)域不斷地相適應(yīng)和匹配。
其次，雖然目前政府、教育部門(mén)、學(xué)校、教師都已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了虛擬仿真技術(shù)對(duì)于職業(yè)教育實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的重要作用和發(fā)展前景，但在實(shí)際中，依然存在著許多問(wèn)題亟待解決。雖然目前政府、教育部門(mén)、學(xué)校、教師都認(rèn)識(shí)到了虛擬仿真技術(shù)對(duì)于職業(yè)教育實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的重要作用和發(fā)展前景，但在實(shí)際中，依然存在著許多問(wèn)題亟待解決。例如：虛擬仿真技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)及相關(guān)硬件的要求比較高，但是這些方面的發(fā)展不能夠滿(mǎn)足人們對(duì)虛擬仿真技術(shù)的需要，虛擬仿真軟件數(shù)據(jù)是一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)，三維立體仿真軟件的應(yīng)用對(duì)顯卡和顯示器等也有很高的要求，也就是說(shuō)，虛擬仿真系統(tǒng)對(duì)硬件的要求較高。因此需要對(duì)計(jì)算機(jī)及相關(guān)硬件的發(fā)展有一個(gè)更高的要求。最后，教學(xué)類(lèi)虛擬仿真軟件的質(zhì)量還有待提高、對(duì)虛擬仿真技術(shù)的研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一和對(duì)虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛等等，這些都是需要發(fā)展改善的地方，也是未來(lái)虛擬仿真技術(shù)發(fā)展的一個(gè)大的趨勢(shì)。
五、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的價(jià)值和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益
虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)作為一個(gè)高端的科技系統(tǒng)，對(duì)政府、企業(yè)、學(xué)校等的發(fā)展，起到了至關(guān)重要的作用，并為其創(chuàng)造了更大的價(jià)值。同時(shí)虛擬仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，也在打開(kāi)了市場(chǎng)，擴(kuò)大了市場(chǎng)份額的同時(shí)為市場(chǎng)創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟(jì)利益。
在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)為主導(dǎo)的今天，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)也為市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做了一定的貢獻(xiàn)，為市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展添磚加瓦，在自己發(fā)展得同時(shí)也促進(jìn)了市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，我們應(yīng)當(dāng)不斷地發(fā)展虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，使其深入到更多的地方，讓更多的地方和人們體會(huì)到虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)為人們帶來(lái)的價(jià)值。
總結(jié)
虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的日漸完善，使得人們的生活也不斷的豐富活躍起來(lái)，政府、企業(yè)、學(xué)校等地方對(duì)其的應(yīng)用，也促進(jìn)了虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的發(fā)展。本論文通過(guò)闡論虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的虛擬仿真機(jī)器人機(jī)械臂模型用到的三維建模技術(shù)及軟件（如Maya、Max等）、原理以及虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì)的研究，探討了虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的價(jià)值和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)也為虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)：
[1]劉仲波 李瑞濤 《擬仿真技術(shù)在城市軌道交通工程實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用》 吉林大學(xué)交通學(xué)院、吉林交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2012年第12期
英文名稱(chēng)：System Simulation Technology
主管單位：中華人民共和國(guó)教育部
主辦單位：同濟(jì)大學(xué)
出版周期：季刊
出版地址：上海市
語(yǔ)
種：中文
開(kāi)
本：大16開(kāi)
國(guó)際刊號(hào)：1673-1964
國(guó)內(nèi)刊號(hào)：31-1945/TP
郵發(fā)代號(hào)：
發(fā)行范圍：國(guó)內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行
創(chuàng)刊時(shí)間：2005
期刊收錄：
核心期刊：
期刊榮譽(yù)：
聯(lián)系方式
論文摘要：針對(duì)電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際的教學(xué)條件，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了改革，將仿真技術(shù)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)體系中，避免了實(shí)驗(yàn)條件的空間和時(shí)間限制，充分發(fā)揮了學(xué)生能動(dòng)性，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。
實(shí)驗(yàn)是電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生課程教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是對(duì)理論教學(xué)的補(bǔ)充和深化，其開(kāi)設(shè)方式關(guān)系到學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握和應(yīng)用，直接影響著學(xué)生的操作技能、主觀能動(dòng)性和實(shí)際動(dòng)手能力的提高，也決定著理論和實(shí)驗(yàn)的教學(xué)水平。因此，在教學(xué)過(guò)程中一定要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)這個(gè)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，充分利用實(shí)驗(yàn)資源來(lái)培養(yǎng)和提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力，使學(xué)生能夠更加快速地適應(yīng)于將來(lái)的工作。加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，最大限度地利用學(xué)校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，對(duì)提高教學(xué)水平，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力和綜合素質(zhì)具有重要的意義。
1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的傳統(tǒng)模式和問(wèn)題
在我國(guó)高校工科教育中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)硬件條件普遍不足，或者是硬件實(shí)驗(yàn)條件的發(fā)展跟不上技術(shù)的要求，同時(shí)各高校大幅度擴(kuò)大招生，實(shí)驗(yàn)教學(xué)硬件條件更顯不足。加大對(duì)實(shí)踐教學(xué)條件的投入，加強(qiáng)培養(yǎng)實(shí)踐教學(xué)科技人才，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和條件的改革與建設(shè)，在當(dāng)前來(lái)說(shuō)具有特殊重要性[1]。我國(guó)教育主管部門(mén)也在積極得進(jìn)行著推進(jìn)實(shí)踐教學(xué)的改革與建設(shè)。例如：在全國(guó)高校本科教學(xué)水平評(píng)估中，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)基地和建設(shè)經(jīng)費(fèi)以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革就是一項(xiàng)重要的指標(biāo)內(nèi)容。越來(lái)越多的高校開(kāi)始響應(yīng)教育部的號(hào)召，實(shí)行了“雙基”實(shí)驗(yàn)室，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步建設(shè)“實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”。
目前，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的傳統(tǒng)模式的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)有：
1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ絾我唬?nbsp;
2）驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)分量大，與設(shè)計(jì)性、綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)之間的比例失調(diào)；
3）先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的引入還不夠；等。
2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革勢(shì)在必行
隨著計(jì)算機(jī)的普及和應(yīng)用，在教學(xué)中也越來(lái)越多地借助計(jì)算機(jī)來(lái)輔助設(shè)計(jì)方法，同樣，在實(shí)驗(yàn)中借助計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)具有很大優(yōu)點(diǎn)：減少實(shí)驗(yàn)中所需的耗材、降低對(duì)實(shí)驗(yàn)器材的破壞性、完成更復(fù)雜更高難度的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、更加全面地分析實(shí)驗(yàn)對(duì)象以及結(jié)果的性能指標(biāo)等，具有高效、快速、直觀、完整的優(yōu)勢(shì)。開(kāi)展仿真實(shí)驗(yàn)作為一種新型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法是在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的基礎(chǔ)上采用計(jì)算機(jī)新型軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬，大大提高了學(xué)生對(duì)本專(zhuān)業(yè)知識(shí)的應(yīng)用能力和科研創(chuàng)新能力。因此，在當(dāng)今的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，仿真實(shí)驗(yàn)的引入勢(shì)在必行。
對(duì)當(dāng)今高校來(lái)說(shuō)，學(xué)生人數(shù)不斷增加，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和資金滿(mǎn)足不了大學(xué)中學(xué)生的試驗(yàn)要求，為了不斷提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，又進(jìn)一步解決實(shí)驗(yàn)設(shè)備少、不好維護(hù)、建設(shè)費(fèi)用高等問(wèn)題。將仿真技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中來(lái)，學(xué)生一方面可以利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，又可以直觀地驗(yàn)證仿真過(guò)程和結(jié)果，不受實(shí)驗(yàn)室條件和空間的限制，可將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)帶入到課余生活中來(lái)進(jìn)行，大大提高了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的操作興趣。利用仿真實(shí)驗(yàn)由于方法的靈活性可以充分發(fā)揮學(xué)生的想像力和創(chuàng)造力，比起傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)更利于培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才，且有利于降低實(shí)驗(yàn)成本，能夠使得實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和發(fā)展進(jìn)入一個(gè)良性循環(huán)中。
3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方案
3.1 實(shí)驗(yàn)中引入相應(yīng)的仿真技術(shù)來(lái)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)
在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，一方面，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，另一方面，老師可以利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)觀察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，采集學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，更好地跟蹤和指導(dǎo)學(xué)生，先進(jìn)的教學(xué)理念和教學(xué)手段有助于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，提高教師的教學(xué)水平。而計(jì)算機(jī)的引入可把實(shí)驗(yàn)設(shè)備、理論教學(xué)、教師指導(dǎo)和學(xué)生的思考、操作有機(jī)地融合為一體，克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中受到課堂、課時(shí)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備等的限制，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)一步靈活化，在時(shí)間和空間上得到延伸，也進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情。
在實(shí)驗(yàn)中引入相應(yīng)的仿真技術(shù)來(lái)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，可以使得學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中培養(yǎng)獨(dú)立思考能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，同時(shí)為學(xué)生提供了更加開(kāi)放靈活的實(shí)驗(yàn)條件。對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)教材來(lái)說(shuō)，采用仿真技術(shù)把將虛擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)的電路實(shí)驗(yàn)有機(jī)地整合起來(lái)，充實(shí)了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的能動(dòng)性和趣味性，有利于實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐和探索創(chuàng)新能力[2]。目前，越來(lái)越多的高校重新對(duì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)進(jìn)行了規(guī)劃，利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一個(gè)新的發(fā)展方向。在高校實(shí)驗(yàn)室中引入計(jì)算機(jī)以及相應(yīng)的軟件技術(shù)不僅可改善實(shí)驗(yàn)條件、改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、充實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，還可大大提高實(shí)驗(yàn)效率，降低實(shí)驗(yàn)成本，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)新性，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研提供良好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[3]。
以單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中我們引入proteus仿真軟件，用它來(lái)模擬單片機(jī)硬件系統(tǒng)。由于軟件的靈活性，可以克服實(shí)驗(yàn)箱硬件電路固定、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容難于改動(dòng)等局限。整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)都是基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的，除了計(jì)算機(jī)外不再需要任何硬件即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣有利于促成課程和教學(xué)改革，更有利于人才的培養(yǎng)。仿真技術(shù)的另一應(yīng)用表現(xiàn)在學(xué)生的業(yè)余愛(ài)好上，比如目前的電子設(shè)計(jì)大賽，挑戰(zhàn)杯等，學(xué)生完全可以利用計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行仿真，先用計(jì)算機(jī)仿真出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，在?jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬調(diào)試，最后用硬件實(shí)現(xiàn)。在整個(gè)過(guò)程中，學(xué)生可充分發(fā)揮自己的才能，通過(guò)大量仿真對(duì)比，達(dá)到設(shè)計(jì)目的，學(xué)生也可以大膽地反復(fù)調(diào)試，避免了損壞器件。在電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，我們使用proteus開(kāi)發(fā)環(huán)境對(duì)學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)，在不需要硬件投入的條件下，學(xué)生普遍反映，對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)比單純學(xué)習(xí)書(shū)本知識(shí)更容易接受，更容易提高。實(shí)踐證明，在使用proteus進(jìn)行系統(tǒng)仿真開(kāi)發(fā)成功之后再進(jìn)行實(shí)際制作，能極大提高單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率。
另外，開(kāi)展仿真教學(xué)對(duì)于我國(guó)的遠(yuǎn)程教學(xué)也是一種很好的嘗試，有著重要的意義。
3.2 重新安排各類(lèi)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)，適量增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)
驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)中最基本的，可以使學(xué)生鞏固理論知識(shí)，它的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的基本操作、數(shù)據(jù)處理和計(jì)算技能，驗(yàn)證和加深對(duì)課本知識(shí)的掌握和理解。綜合性實(shí)驗(yàn)則要求學(xué)生必須具有一定的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和基本操作技能，能夠運(yùn)用某一課程或多門(mén)課程的綜合知識(shí)，進(jìn)而對(duì)實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行綜合訓(xùn)練的一種復(fù)合性實(shí)驗(yàn)。目前工科高校中越來(lái)越多地提出課程設(shè)計(jì)也是為了加強(qiáng)學(xué)生對(duì)綜合知識(shí)的運(yùn)用。為充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動(dòng)性，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)也必不可少。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)芗由顚W(xué)生對(duì)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)，由學(xué)生自己負(fù)責(zé)計(jì)劃和執(zhí)行，充分提高了學(xué)生的思維能力、動(dòng)手能力、分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力[3]，發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的完成可以充分借助于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來(lái)完成。
驗(yàn)證性、綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，培養(yǎng)了學(xué)生基本的實(shí)驗(yàn)技能和方法，同時(shí)又促進(jìn)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，打破了原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)附屬于理論教學(xué)的模式，建立與理論教學(xué)并行的，既相對(duì)獨(dú)立、又相互聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。在某些應(yīng)用性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例至少要達(dá)到60%以上，同時(shí)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)最好要跟得上科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。一方面保證基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，另一方面，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)與當(dāng)今先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展相結(jié)合，適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，將科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高實(shí)驗(yàn)的先進(jìn)性和代表性。那么，工科院校中一方面加大實(shí)驗(yàn)器材的投入，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，開(kāi)設(shè)先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高學(xué)生的積極性，使學(xué)生適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展；另一方面，要充分利用現(xiàn)有的條件，引進(jìn)先進(jìn)的仿真技術(shù)，使得實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)一步升華，充分發(fā)揮教師和學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)新能力。
3.3 硬件軟件都要抓，都要硬
計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)雖然可以準(zhǔn)確地反映整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程， 是一種新型的應(yīng)用技術(shù)，十分有效，但是仿真技術(shù)不是萬(wàn)能的，它畢竟不是真正的實(shí)驗(yàn)，在許多場(chǎng)合仿真只能起輔助作用。也就是說(shuō)不能用仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)全部代替硬件電路實(shí)驗(yàn)，而是將仿真試驗(yàn)和傳統(tǒng)的硬件實(shí)驗(yàn)相互結(jié)合，根據(jù)學(xué)校的實(shí)際情況和實(shí)驗(yàn)的情況靈活運(yùn)用，虛擬實(shí)驗(yàn)不是萬(wàn)能的，如果所有的實(shí)驗(yàn)都用虛擬實(shí)驗(yàn)替代的話(huà)，學(xué)生在虛擬環(huán)境中實(shí)驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生或多或少的不踏實(shí)的虛擬感，實(shí)踐能力也不可能得到真正的提高。
3.4 加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)課教師的培訓(xùn)，通過(guò)培訓(xùn)交流更多地了解新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)
在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的同時(shí)，必然對(duì)教師提出更高的要求：一是教師也應(yīng)加強(qiáng)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能的學(xué)習(xí)，來(lái)提高自己的業(yè)務(wù)能力和綜合素質(zhì)，另外，不斷更新專(zhuān)業(yè)知識(shí)的結(jié)構(gòu)，了解前沿技術(shù)的發(fā)展也是必需的；二是高校中要大力創(chuàng)造條件促進(jìn)教師經(jīng)常參加基礎(chǔ)理論知識(shí)的培訓(xùn)和實(shí)驗(yàn)的培訓(xùn)以及學(xué)術(shù)研討會(huì)，從而擴(kuò)大視野，更新教學(xué)觀念，及時(shí)了解嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)和動(dòng)態(tài)，促進(jìn)電子類(lèi)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展；三是要大力組織專(zhuān)業(yè)教師去積極申報(bào)相關(guān)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和科研項(xiàng)目，提倡以科研資金來(lái)促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，用科研成果去改進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，同時(shí)可以提高教師的科研能力，在科研中更好地去鍛煉自己，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)。
4 結(jié)論
隨著社會(huì)對(duì)人才要求的提高，大力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革迫在眉睫，而大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革又直接影響到學(xué)生的動(dòng)手和創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須能夠跟得上時(shí)代的腳步，將仿真技術(shù)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，加快學(xué)生適應(yīng)社會(huì)的能力，同時(shí)學(xué)習(xí)了先進(jìn)的新技術(shù)。
參考文獻(xiàn)：
[1] 丁美榮,柴少明.基于虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)整合的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[j].現(xiàn)代教育技術(shù),2007,7(17):99-102.
[2] 孫曉明.土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方法的研究與改革[j].黑龍江教育,2006(11):59-60.
【關(guān)鍵詞】三維仿真;地理信息系統(tǒng);環(huán)境決策
1、引言
隨著數(shù)字環(huán)保概念和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，三維仿真系統(tǒng)在環(huán)境業(yè)務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。三維仿真系統(tǒng)全方位、多角度、高效率的管理方法和技術(shù)特性奠定了其在環(huán)境業(yè)務(wù)領(lǐng)域的多方面應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。三維仿真系統(tǒng)以直觀、形象的可視化表達(dá)方式[1]，真實(shí)展現(xiàn)三維環(huán)境要素，為環(huán)境監(jiān)控、環(huán)境執(zhí)法監(jiān)察、環(huán)境影響評(píng)價(jià)（戰(zhàn)略環(huán)評(píng)、規(guī)劃環(huán)評(píng)、項(xiàng)目環(huán)評(píng)）、行政審批、環(huán)境應(yīng)急、環(huán)境日常業(yè)務(wù)管理及環(huán)境生態(tài)領(lǐng)域提供很好的“所見(jiàn)即所得”的平臺(tái)。
2、三維仿真系統(tǒng)在環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用分析
2.1基于三維仿真系統(tǒng)在環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析
目前環(huán)境業(yè)務(wù)多是基于二維地理信息系統(tǒng)，對(duì)環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)的分析多是使用現(xiàn)場(chǎng)平面圖和現(xiàn)場(chǎng)圖片等相關(guān)資料進(jìn)行分析，缺乏直觀性。難以對(duì)環(huán)境地域進(jìn)行三維綜合研究和空間分析，無(wú)法使領(lǐng)導(dǎo)部門(mén)及時(shí)得到對(duì)空間清晰、直觀的認(rèn)識(shí)[2]。同時(shí)環(huán)境領(lǐng)域涉及地形地貌，如地形起伏較大、管網(wǎng)密集、排口眾多等，用二維的表示方法很難準(zhǔn)確描述和進(jìn)行信息精確管理。
三維仿真系統(tǒng)通過(guò)對(duì)大范圍海量環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行一體化管理，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫三維實(shí)時(shí)漫游、空間多媒體信息查詢(xún)、表示、分析和輔助決策，為環(huán)境管理部門(mén)進(jìn)行更加清晰、直觀、準(zhǔn)確的管理環(huán)境信息提供技術(shù)支持，如：靈活漫游全面巡視重點(diǎn)污染源；真實(shí)的還原事故現(xiàn)場(chǎng)用于應(yīng)急決策[3]；真實(shí)的模擬重要治污設(shè)施的日常運(yùn)作狀態(tài)。
三維仿真系統(tǒng)在環(huán)境業(yè)務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：
（1）重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)源工藝管線(xiàn)跟蹤分析，為企業(yè)環(huán)境安全提供可視化監(jiān)控支持
三維仿真系統(tǒng)可對(duì)環(huán)境重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)源如石油石化企業(yè)工藝管線(xiàn)進(jìn)行模擬，動(dòng)態(tài)顯示管線(xiàn)內(nèi)物質(zhì)流向，便于管理者實(shí)時(shí)查看管線(xiàn)運(yùn)行情況，為查堵泄漏點(diǎn)提供可視化技術(shù)支持。
（2）全方位展示重要治污設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)，為環(huán)境安全提供基礎(chǔ)保障
通過(guò)三維仿真系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)全廠區(qū)漫游，全面展示重要治污設(shè)施分布情況及其運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)某一設(shè)施出現(xiàn)異常，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行異常報(bào)警，使管理者不必親臨現(xiàn)場(chǎng)即可了解治污設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)，為環(huán)境安全提供保障。
（3）快速還原環(huán)境事故現(xiàn)場(chǎng)，為環(huán)境應(yīng)急提供科學(xué)決策支持
環(huán)境突發(fā)事故現(xiàn)場(chǎng)具有不可再現(xiàn)性。為了對(duì)事故進(jìn)行更準(zhǔn)確的分析，可通過(guò)三維仿真系統(tǒng)對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行模擬還原，再現(xiàn)事故發(fā)生過(guò)程，為領(lǐng)導(dǎo)提供更詳盡的現(xiàn)場(chǎng)信息，為環(huán)境應(yīng)急提供科學(xué)決策支持。
（4）更真實(shí)表現(xiàn)地形地貌，輔以模型分析，為指揮調(diào)度、優(yōu)化路徑提供輔助支持
三維仿真系統(tǒng)既有地理信息系統(tǒng)的圖形展示功能，又有真實(shí)模擬地貌的優(yōu)勢(shì)。在環(huán)境應(yīng)急中可以通過(guò)三維仿真系統(tǒng)展現(xiàn)事故現(xiàn)場(chǎng)及周邊敏感區(qū)分布情況，真實(shí)展現(xiàn)地勢(shì)起伏及路況信息，通過(guò)模型分析為應(yīng)急指揮調(diào)度及路徑優(yōu)化提供輔助支持。
2.2三維仿真系統(tǒng)在環(huán)境監(jiān)控領(lǐng)域中的應(yīng)用分析
目前環(huán)境監(jiān)控領(lǐng)域中采用視頻、紅外、數(shù)采儀等形式將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳至監(jiān)控中心，無(wú)法對(duì)整個(gè)監(jiān)控場(chǎng)所進(jìn)行全面、多角度的監(jiān)控。三維仿真系統(tǒng)可通過(guò)對(duì)監(jiān)控場(chǎng)所的真實(shí)模擬實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的日常監(jiān)控，包括：重大風(fēng)險(xiǎn)源企業(yè)廠區(qū)漫游仿真；圍繞風(fēng)險(xiǎn)單元多角度查看周邊地貌信息；真實(shí)模擬工況運(yùn)行狀態(tài)；真實(shí)模擬設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；全面立體展現(xiàn)三維空間污染源分布；對(duì)環(huán)境空間及風(fēng)險(xiǎn)單元等進(jìn)行屬性查詢(xún)等。
三維仿真系統(tǒng)可為環(huán)保系統(tǒng)領(lǐng)導(dǎo)提供了多角度、可視化的監(jiān)控平臺(tái)，不用親臨現(xiàn)場(chǎng)，即可掌控所有環(huán)境監(jiān)控區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)源及工況等多種信息，提高工作效率，為決策的質(zhì)量和效率提供保障。
2.3三維仿真系統(tǒng)在環(huán)境應(yīng)急領(lǐng)域中的應(yīng)用分析
目前的二維信息平臺(tái)由于立體表現(xiàn)不完整，無(wú)法整體直觀反映環(huán)境事故現(xiàn)場(chǎng)情況，容易導(dǎo)致宏觀分析、決策的偏差[4]。三維仿真系統(tǒng)能夠全面分析事故現(xiàn)場(chǎng)及周邊情況，進(jìn)行三維擴(kuò)散模型分析，包括氣象應(yīng)急模型、地質(zhì)應(yīng)急模型、水應(yīng)急模型（水淹模型、泥沙模型、水污染模型）及化學(xué)/核污染應(yīng)急模型，通過(guò)模型分析直觀立體展現(xiàn)污染擴(kuò)散趨勢(shì)及周邊敏感源，為應(yīng)急監(jiān)測(cè)、指揮調(diào)度及現(xiàn)場(chǎng)處置提供重要依據(jù)；可依據(jù)地勢(shì)，通過(guò)路徑優(yōu)化分析，為應(yīng)急疏散提供直觀、可視化指導(dǎo)，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供全方面、直觀、真實(shí)的決策支持。領(lǐng)導(dǎo)不必深入事故現(xiàn)場(chǎng)就能掌握現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)情況，并組織專(zhuān)家討論并制定正確的應(yīng)急措施，發(fā)出正確的調(diào)度指令，保證應(yīng)急指揮和應(yīng)急調(diào)度的科學(xué)性和正確性。
同時(shí)，通過(guò)三維仿真系統(tǒng)可進(jìn)行事故應(yīng)急演練及事故回放[5]，真實(shí)模擬事故應(yīng)急演練，直觀展示應(yīng)急流程，為完善應(yīng)急預(yù)案體系、強(qiáng)化應(yīng)急指揮體系提供參考依據(jù)；事故回放是針對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)不可保存性，進(jìn)行事故現(xiàn)場(chǎng)還原，通過(guò)仿真事故發(fā)生過(guò)程，為領(lǐng)導(dǎo)提供應(yīng)急決策支持，并為事故后評(píng)估提供有力依據(jù)。
2.4三維仿真系統(tǒng)在環(huán)境日常業(yè)務(wù)領(lǐng)域中的應(yīng)用分析
三維仿真系統(tǒng)在環(huán)境日常業(yè)務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用包括：與12369結(jié)合，快速定位事故現(xiàn)場(chǎng)，直觀查看事故現(xiàn)場(chǎng)地勢(shì)地形三維景觀，為準(zhǔn)確預(yù)警提供更為詳盡的可視化三維信息；建設(shè)項(xiàng)目審批，通過(guò)三維仿真系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)域地形地貌查看，將設(shè)計(jì)方案導(dǎo)入三維場(chǎng)景中進(jìn)行審查，在真實(shí)再現(xiàn)規(guī)劃現(xiàn)狀的前提下，用戶(hù)可以從任意路徑，以任意視點(diǎn)、任意視角考察設(shè)計(jì)方案，對(duì)方案進(jìn)行從全局到細(xì)部的推敲和修改；環(huán)境監(jiān)察、移動(dòng)執(zhí)法，通過(guò)三維仿真系統(tǒng)可真實(shí)模擬環(huán)境監(jiān)察、移動(dòng)執(zhí)法車(chē)輛的出勤路徑，為執(zhí)法監(jiān)督提供可視化督查功能。
2.5三維仿真系統(tǒng)在環(huán)境生態(tài)領(lǐng)域中的應(yīng)用分析
環(huán)境生態(tài)日益受到人們重視，如何有效保護(hù)生態(tài)，形成良好生態(tài)人文環(huán)境已成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。三維仿真系統(tǒng)為生態(tài)保護(hù)、生態(tài)規(guī)劃提供三維仿真技術(shù)支持，領(lǐng)導(dǎo)無(wú)需到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)即可通過(guò)三維仿真系統(tǒng)漫游重要生態(tài)區(qū)域并進(jìn)行分析，如漫游引用水水源地、防洪堤壩、庫(kù)區(qū)防洪堤拆除后對(duì)周邊生態(tài)的影響分析等。對(duì)環(huán)境生態(tài)區(qū)域的規(guī)劃也可通過(guò)三維仿真系統(tǒng)進(jìn)行模擬展示，將規(guī)劃前及規(guī)劃后的場(chǎng)景進(jìn)行真實(shí)模擬對(duì)比，為領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行正確、科學(xué)的生態(tài)規(guī)劃提供直觀可視化的科學(xué)依據(jù)。
3、結(jié)語(yǔ)
隨著數(shù)字環(huán)保的推進(jìn)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及三維仿真技術(shù)的發(fā)展，三維仿真系統(tǒng)在環(huán)境業(yè)務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越顯現(xiàn)出無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)三維仿真系統(tǒng)可真實(shí)展現(xiàn)環(huán)境業(yè)務(wù)領(lǐng)域現(xiàn)時(shí)情景，并可漫游于場(chǎng)景之中，為環(huán)境業(yè)務(wù)領(lǐng)域提供立體化、全方位展示，為領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行科學(xué)的環(huán)境決策提供支持。因此，應(yīng)加強(qiáng)三維仿真技術(shù)的研究，使其在環(huán)境業(yè)務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用更為深入，為環(huán)境管理部門(mén)更加清晰、直觀、準(zhǔn)確的管理環(huán)境信息提供技術(shù)支持。
參考文獻(xiàn)
[1]李云花.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)綜述[J].重型機(jī)械科技,2004年04期
[2]謝義林,汪云甲.利用虛擬場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)3DGIS的研究與應(yīng)用[J].測(cè)繪工程,2006年06期
[3]鄒志文.環(huán)境污染應(yīng)急系統(tǒng)中虛擬場(chǎng)景的研究與實(shí)現(xiàn)[D].江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文,2006
中國(guó)CAE軟件自主研發(fā)―引領(lǐng)工程創(chuàng)新論壇在大連召開(kāi)
推進(jìn)自主CAE軟件研發(fā)，以自主CAE軟件引領(lǐng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)
2011年10月13日，中國(guó) CAE 軟件自主研發(fā)―引領(lǐng)工程創(chuàng)新論壇在大連召開(kāi).會(huì)議由英特工程仿真技術(shù)（大連）有限公司總裁張群博士發(fā)起，由大連理工大學(xué)、大連力控信息技術(shù)有限公司和英特工程仿真技術(shù)（大連）有限公司共同主辦，旨在推進(jìn)我國(guó)自主CAE軟件研發(fā)，以自主CAE軟件引領(lǐng)創(chuàng)新設(shè)計(jì).遼寧省和大連市的相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，大連金網(wǎng)格科技有限公司、元計(jì)算科技發(fā)展有限公司等自主CAE軟件公司，北汽汽車(chē)工程研究院、大連重工起重集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院、一汽技術(shù)中心、東風(fēng)汽車(chē)技術(shù)中心、沈陽(yáng)華晨汽車(chē)、哈爾濱鍋爐廠、北京航空制造工程研究所、上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)和東北大學(xué)等40多家單位，以及《計(jì)算機(jī)輔助工程》、2085網(wǎng)媒、大連電視臺(tái)、《大連日?qǐng)?bào)》和《半島晨報(bào)》等多家媒體受邀參會(huì).
大連力控信息技術(shù)有限公司吳志剛董事長(zhǎng)首先致歡迎辭.遼寧省經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)軟件服務(wù)處呂南處長(zhǎng)和大連高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)管委會(huì)郭長(zhǎng)明副主任在隨后的致辭中指出：遼寧省和大連市高度重視包括CAE軟件在內(nèi)的工業(yè)應(yīng)用軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，今后將創(chuàng)造更好的環(huán)境，大力支持CAE軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展.在為期2天的會(huì)議中，北京航空制造工程研究所岳中第、北汽汽車(chē)工程研究院CAE及整車(chē)性能部部長(zhǎng)徐仰匯、大連理工大學(xué)CAD/CAE中心主任關(guān)振群、大連重工起重集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院李春亭等20多位專(zhuān)家就CAE軟件的自主研發(fā)及其在工程中的應(yīng)用作了報(bào)告.會(huì)議共評(píng)出“最佳自主創(chuàng)新商業(yè)CAE軟件獎(jiǎng)”“最佳高校CAE研發(fā)成果獎(jiǎng)”“最佳自主品牌CAE軟件工程實(shí)踐案例獎(jiǎng)”“最佳產(chǎn)、學(xué)、研合作獎(jiǎng)”和“最佳CAE技術(shù)實(shí)踐獎(jiǎng)”等5個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)，分別被英特工程仿真技術(shù)(大連)有限公司、大連理工大學(xué)汽車(chē)工程學(xué)院教授研發(fā)團(tuán)隊(duì)、元計(jì)算科技發(fā)展有限公司、大連力軟科技信息技術(shù)有限公司和大連重工起重集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院李春亭摘取.
岳中第研究員徐仰匯博士在10月13日晚由張群博士主持的圓桌論壇上，大連理工大學(xué)汽車(chē)工程學(xué)院教授、大連力軟科技信息技術(shù)有限公司唐春安董事長(zhǎng)、元計(jì)算科技發(fā)展有限公司谷元亭副總經(jīng)理、東風(fēng)汽車(chē)陳贛副總工程師、北汽汽車(chē)工程研究院CAE部徐仰匯部長(zhǎng)、東北大學(xué)王成恩博士、大連理工大學(xué)宗智教授和北京超算科技有限公司錢(qián)華山博士等，從市場(chǎng)運(yùn)作和工程應(yīng)用的角度研討我國(guó)自主研發(fā)CAE軟件具體對(duì)策.
參會(huì)嘉賓討論現(xiàn)場(chǎng)教授（左）和張群博士我國(guó)CAE軟件的形成和應(yīng)用始于20世紀(jì)70年代，起步早且有一定規(guī)模，效果和市場(chǎng)反應(yīng)都不錯(cuò)，但面對(duì)近年來(lái)國(guó)外CAE軟件的沖擊，其發(fā)展舉步維艱.在這種十分不利的環(huán)境下，大連理工大學(xué)汽車(chē)工程學(xué)院教授創(chuàng)辦了大連金網(wǎng)格科技有限公司，努力探索自主CAE軟件研發(fā)及其市場(chǎng)化的道路.他在圓桌論壇上總結(jié)道：在現(xiàn)有的環(huán)境下，應(yīng)該做最擅長(zhǎng)事情，打造出性?xún)r(jià)比有優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)品；應(yīng)采取最合理的商業(yè)模式，如OEM，充分利用國(guó)際銷(xiāo)售資源和平臺(tái).據(jù)悉，金網(wǎng)格公司的沖壓件成形分析軟件KMAS已在國(guó)外售出200多個(gè)許可，成為我國(guó)自主CAE軟件研發(fā)企業(yè)的榜樣，也為其他自主CAE軟件的商業(yè)化模式提供借鑒.
當(dāng)被問(wèn)及為何花這么大的精力主辦此次論壇，甚至還邀請(qǐng)自己的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手來(lái)參會(huì)的原因時(shí)，張群博士回答道：“中國(guó)自主研發(fā)CAE軟件的企業(yè)非常弱小，影響力很低，應(yīng)該團(tuán)結(jié)合作、共享資源，建立一個(gè)精誠(chéng)合作的聯(lián)盟，共同促進(jìn)我國(guó)CAE軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并更好地服務(wù)于工業(yè)創(chuàng)新；這正是我回國(guó)創(chuàng)業(yè)的目的，做好中國(guó)CAE軟件自主研發(fā)不僅僅是我一家企業(yè)的事情.”
[關(guān)鍵詞]UG軟件 線(xiàn)切割 虛擬教學(xué) 模型
中圖分類(lèi)號(hào)：TG580.66 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）03-0246-02
引言
近年來(lái)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，模具行業(yè)也得到了空前的發(fā)展。由于模具行業(yè)的發(fā)展，模具制造的人才急劇增加，各技工院校也紛紛開(kāi)辦了自己的模具專(zhuān)業(yè)，開(kāi)始大量招收模具制造專(zhuān)業(yè)的學(xué)員。但是由于模具制造是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，需要使用到的設(shè)備也相對(duì)較多，常常出現(xiàn)設(shè)備不夠用，再加上技工類(lèi)院校的學(xué)生的在能力相對(duì)較差，如何進(jìn)行安全有效、低成本、高效率的有效教學(xué)，培養(yǎng)出合格且適應(yīng)能力強(qiáng)的學(xué)生，擺在了各個(gè)技工類(lèi)院校模具教學(xué)部門(mén)的面前。
線(xiàn)切割是模具制造教學(xué)中常用的特種加工設(shè)備，在技校的模具專(zhuān)業(yè)教學(xué)中存在一定的局限和難度。線(xiàn)切割虛擬實(shí)驗(yàn)室有助于提高學(xué)習(xí)的效率和節(jié)約成本，同時(shí)在安全操作和教學(xué)考核上體現(xiàn)出了較多的優(yōu)勢(shì)，突破傳統(tǒng)的教學(xué)方法，具有一定的可靠性。線(xiàn)切割虛擬實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)發(fā)主要包括兩個(gè)方面：一是模型的制作設(shè)計(jì)；一是虛擬平臺(tái)的程序編寫(xiě)。
一、線(xiàn)切割虛擬實(shí)訓(xùn)室的構(gòu)建
虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用主要是可以構(gòu)建虛擬實(shí)訓(xùn)室，通過(guò)計(jì)算機(jī)虛擬網(wǎng)絡(luò)達(dá)到培訓(xùn)的目的。線(xiàn)切割虛擬實(shí)訓(xùn)室主要包括虛擬的實(shí)訓(xùn)室場(chǎng)景，虛擬的機(jī)床設(shè)備，虛擬的仿真演示，聯(lián)網(wǎng)仿真考核等部分構(gòu)成。構(gòu)建虛擬實(shí)訓(xùn)室的一般步驟為：
1、虛擬場(chǎng)景設(shè)計(jì)
一個(gè)逼真的虛擬現(xiàn)實(shí)效果是由逼真的場(chǎng)景、加上各種聲光等元素構(gòu)成。建立一個(gè)逼真的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境需要進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)，讓該場(chǎng)景無(wú)限接近于現(xiàn)實(shí)事物。實(shí)訓(xùn)室的虛擬環(huán)境設(shè)計(jì)方法是先進(jìn)行場(chǎng)景草圖的繪制，再提出場(chǎng)景設(shè)計(jì)的方案。線(xiàn)切割實(shí)訓(xùn)室的布局主要是考慮到操作的合理性，方便性，布局方案設(shè)計(jì)如下：
2、虛擬機(jī)床設(shè)備建模
根據(jù)前面我們場(chǎng)景設(shè)計(jì)，第二階段要進(jìn)行虛擬機(jī)床設(shè)備的建模。建模要完全參考市場(chǎng)現(xiàn)有的各種主流產(chǎn)品進(jìn)行建模，以體現(xiàn)產(chǎn)品的多樣性和真實(shí)性。本次我們建?；赨G軟件進(jìn)行設(shè)備的建模。通過(guò)各零件的建模，然后通過(guò)裝配，最終完成場(chǎng)景中的各個(gè)機(jī)床設(shè)備的模型創(chuàng)建，效果如下圖：
3、虛擬仿真演示設(shè)計(jì)
針對(duì)線(xiàn)切割機(jī)床設(shè)備的建模完成后，就需要對(duì)我們平常教學(xué)中用到的機(jī)床機(jī)床動(dòng)作進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得在計(jì)算機(jī)上操行時(shí)能夠獲得和現(xiàn)實(shí)教學(xué)中一樣的機(jī)械動(dòng)作和反饋動(dòng)作?？紤]到教學(xué)中的任務(wù)實(shí)施內(nèi)容，設(shè)計(jì)仿真演示的動(dòng)作有（表1）：
4、考核設(shè)計(jì)
除了要能夠進(jìn)行操作，還要有考核系統(tǒng)與之配套，以保證虛擬仿真訓(xùn)練的效果得到鞏固?？己说脑O(shè)計(jì)可以分為：課堂考核、月末考核及期末考核三部分?？己说膬?nèi)容上不易設(shè)置過(guò)多，以避免考核者產(chǎn)生煩躁心理，減弱考核的效果。
二、虛擬程序平臺(tái)的編寫(xiě)
一個(gè)完整的虛擬實(shí)訓(xùn)室，除了有逼真的三維模型，還需要具備強(qiáng)大的操作性。這里采用VIRTOOLS虛擬現(xiàn)實(shí)軟件對(duì)實(shí)訓(xùn)室虛擬模型進(jìn)行編程，可使該場(chǎng)景獲得模擬真實(shí)操作的功能。
VIRTOOLS虛擬現(xiàn)實(shí)軟件使用的模型格式為.CMO。因此經(jīng)過(guò)UG軟件設(shè)計(jì)好的模型要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換才能夠使用。這里我們經(jīng)常將UG建好的模型到處為IGES格式，并導(dǎo)入到3DMAX軟件中，通過(guò)安裝在3DMAX軟件上的VIRTOOLS轉(zhuǎn)換軟件，最終將模型的格式轉(zhuǎn)化為.CMO格式。
通過(guò)VIRTOOLS 軟件進(jìn)行角色、動(dòng)作等的設(shè)置，完成虛擬仿真軟件的設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行適當(dāng)?shù)拿阑虬勺詈蟮某善?，如圖3所示。
三、總結(jié)
虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于模具教學(xué)具有可探討性，通過(guò)借助虛擬仿真技術(shù)，同時(shí)結(jié)合常規(guī)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐加工教學(xué)，能夠更好地取得操作的實(shí)效性。在節(jié)約資本、提高培訓(xùn)教學(xué)效果上有很大的提高，開(kāi)發(fā)出虛擬線(xiàn)切割實(shí)訓(xùn)室是一個(gè)值得嘗試的解決辦法。UG是出色的參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件，VIRTOOLS則是一款相對(duì)簡(jiǎn)單的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件，通過(guò)UG建模與VIRTOOLS編寫(xiě)虛擬仿真程序?qū)⑹且粋€(gè)新的創(chuàng)新。開(kāi)發(fā)出線(xiàn)切割虛擬實(shí)訓(xùn)室，通過(guò)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)教學(xué)，能夠有效解決機(jī)床設(shè)備欠缺、操作安全、節(jié)約材料的實(shí)際問(wèn)題，是常規(guī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的一個(gè)有效補(bǔ)充。
參考文獻(xiàn)
[1] 袁宗杰，鄧愛(ài)國(guó).？數(shù)控仿真技術(shù)實(shí)用教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.
