時間：2023-03-13 11:09:35
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【摘要】隨著時代的發(fā)展，科技的進步，虛擬仿真技術(shù)在實訓(xùn)教學(xué)中的作用也越來越明顯。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。本論文通過闡論虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的虛擬仿真機器人機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，從而研究它的價值和市場經(jīng)濟效益，并探析了虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)在實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】虛擬仿真技術(shù)/平臺；虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)；實訓(xùn)教學(xué)
一、虛擬仿真實訓(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用的視、聽、觸覺等具有感知功能的設(shè)備，進入仿真系統(tǒng)制造的虛擬空間，并且還能夠與虛擬環(huán)境中的人和物體進行實時交互，從而感知和操作虛擬環(huán)境中的各種對象，最終達到身臨其境的效果。它的組成主要是把計算機作為主要的部分，其次綜合利用三維圖形、多媒體、仿真等技術(shù)構(gòu)建起一個逼真的虛擬系統(tǒng)。從它的組成部分和應(yīng)用程序來看，虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)對三維圖形的利用還是十分頻繁的，因此我們應(yīng)當(dāng)對其進行重點研究。虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)在工業(yè)機器人上的應(yīng)用設(shè)計主要是利用三維建模軟件，通過虛擬現(xiàn)實標準語言建立虛擬環(huán)境中的實體模型表現(xiàn)出來，最后通過描述它們之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，快速、真實地顯示三維虛擬工業(yè)機器人，并為工業(yè)機器人控制系統(tǒng)提供一個研究觀察平臺。本段主要通過對虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的三維建模技術(shù)及軟件研究，來發(fā)現(xiàn)虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)點和研究其未來的發(fā)展方向。
Maya軟件是美國Autodesk公司出品的世界頂級的三維動畫軟件，通過對Maya軟件的運用，能夠使虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)在一定程度上提高制作三維動畫的效率和品質(zhì)，調(diào)節(jié)出仿真的角色動畫，使其得出更加真實的效果。這是因為Maya軟件不僅僅包括一般三維和視覺效果制作的功能，而且還能夠和世界上最先進的建模、數(shù)字化布料模擬、毛發(fā)渲染、運動匹配技術(shù)相結(jié)合，使得虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)所創(chuàng)造出的畫面更加真實有立體感。
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)域的地位越來越凸顯出來，地位與作用也逐漸提升。尤其是在移動互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用與開發(fā)、手機游戲設(shè)計及其所用到的一些主流引擎甚至高端引擎方面的價值更為突出。
Maya軟件是虛擬仿真技術(shù)的一種，它應(yīng)用的對象是專業(yè)的影視廣告，角色動畫，電影特技等。它能夠在工作的過程中展現(xiàn)的比較靈活，易學(xué)易用，制作出動畫的效率非常高，渲染出畫面的真實效果比較強，它對畫面中角色動作的捕捉尤為清晰，與畫面角色的綁定的聯(lián)系性也十分緊密，是虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)中一個比較不錯的系統(tǒng)軟件。MAX軟件它最開始的應(yīng)用是在電腦游戲中的動畫制作，后來又進一步的開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、建筑設(shè)計、多媒體制作、游戲、輔助教學(xué)以及工程可視化等領(lǐng)域，也就是虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)當(dāng)中。它強大的立體三維功能被新媒體、影視動畫、游戲動畫等領(lǐng)域廣泛運用。
三、虛擬仿真技術(shù)為機器智能實驗課帶來的好處
虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用為現(xiàn)代化的社會帶來了許多的方便，讓機器實驗課、項目實訓(xùn)的智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實驗教學(xué)越來越豐富化。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。通過對虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，使得上級和下級、老師和學(xué)生的客戶信息以及實訓(xùn)項目、實訓(xùn)指導(dǎo)、模擬操作、技能測評等等的信息存儲在管理信息庫中，與此同時，上級和下級或是老師和學(xué)生之間就可以通過客戶機對下級或者學(xué)生之間的實訓(xùn)進行遠程的指導(dǎo)與管理。
隨著時代的發(fā)展，科技的進步，虛擬仿真技術(shù)在在現(xiàn)代職業(yè)技能教學(xué)中的作用也越來越明顯。虛擬仿真技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，將為機器智能實驗課等實訓(xùn)課程帶來更多的方便和益處。由于它能夠為人們提供一種高級的人機接口，具備交互性、想象性、沉浸性等特點，所以它主要的應(yīng)用領(lǐng)域在政府、企業(yè)、學(xué)校等這些需要實訓(xùn)學(xué)習(xí)環(huán)境的地方。
四、虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢
作為一項新興的科學(xué)技術(shù)，虛擬仿真技術(shù)還處在一個不斷探索前進與不斷完善的階段當(dāng)中，其發(fā)展趨勢呈一個不斷上升的大幅增長的趨勢。從目前來看，雖然目前政府、教育部門、學(xué)校、教師都已經(jīng)認識到了虛擬仿真技術(shù)對于職業(yè)教育實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的重要作用和發(fā)展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決，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、學(xué)校、教師都已經(jīng)認識到了虛擬仿真技術(shù)對于職業(yè)教育實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的重要作用和發(fā)展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決。雖然目前政府、教育部門、學(xué)校、教師都認識到了虛擬仿真技術(shù)對于職業(yè)教育實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的重要作用和發(fā)展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決。例如：虛擬仿真技術(shù)對計算機及相關(guān)硬件的要求比較高，但是這些方面的發(fā)展不能夠滿足人們對虛擬仿真技術(shù)的需要，虛擬仿真軟件數(shù)據(jù)是一個龐大的數(shù)據(jù)庫，三維立體仿真軟件的應(yīng)用對顯卡和顯示器等也有很高的要求，也就是說，虛擬仿真系統(tǒng)對硬件的要求較高。因此需要對計算機及相關(guān)硬件的發(fā)展有一個更高的要求。最后，教學(xué)類虛擬仿真軟件的質(zhì)量還有待提高、對虛擬仿真技術(shù)的研發(fā)標準也不統(tǒng)一和對虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛等等，這些都是需要發(fā)展改善的地方，也是未來虛擬仿真技術(shù)發(fā)展的一個大的趨勢。
五、虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的價值和市場經(jīng)濟效益
虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)作為一個高端的科技系統(tǒng)，對政府、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)造了更大的價值。同時虛擬仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，也在打開了市場，擴大了市場份額的同時為市場創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟利益。
在市場經(jīng)濟為主導(dǎo)的今天，虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)也為市場經(jīng)濟的發(fā)展做了一定的貢獻，為市場經(jīng)濟的發(fā)展添磚加瓦，在自己發(fā)展得同時也促進了市場經(jīng)濟的發(fā)展。因此，我們應(yīng)當(dāng)不斷地發(fā)展虛擬仿真實訓(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到虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)為人們帶來的價值。
總結(jié)
虛擬仿真實訓(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，政府、企業(yè)、學(xué)校等地方對其的應(yīng)用，也促進了虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的發(fā)展。本論文通過闡論虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的虛擬仿真機器人機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)展趨勢的研究，探討了虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的價值和市場經(jīng)濟價值，同時也為虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。
參考文獻：
[1]劉仲波 李瑞濤 《擬仿真技術(shù)在城市軌道交通工程實訓(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
Abstract: In the actual teaching of project cost, if take the simulation technology in engineering cost course to construct the three-dimensional panoramic display of highways, bridges and tunnels in civil engineering, we can freely control the viewing angle and picture zoom, with real pictures, the effect is direct and can improve the effect of learning. This paper, taking the tunnel project as an example, talks about the applications of simulation technology in engineering cost courses.
關(guān)鍵詞：三維空間結(jié)構(gòu)；模擬仿真技術(shù)；課程教學(xué)；應(yīng)用
Key words: three-dimensional structure；simulation technology；teaching；application
中圖分類號：G42文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2011）05-0161-02
1工程造價課程的發(fā)展瓶頸
在實際的工程造價課程教學(xué)中，學(xué)生由于缺乏空間想象，對工程結(jié)構(gòu)沒有感性認識，無法理解抽象的理論，給教師教學(xué)及學(xué)生學(xué)習(xí)帶來了瓶頸。因此，我們希望通過虛擬仿真系統(tǒng)來解決傳統(tǒng)工程造價教學(xué)中存在的種種弊端。在教學(xué)中使用仿真技術(shù)，可以充分調(diào)動學(xué)習(xí)者的感覺和思維器官，使所觀察的事物栩栩如生地展現(xiàn)在面前，任學(xué)習(xí)者正面、側(cè)面、反面仔細觀察仿真技術(shù)的發(fā)展被認為是解決傳統(tǒng)工程造價教學(xué)瓶頸的一把利器。
本文正是從當(dāng)前工程造價教學(xué)的基本情況以及教學(xué)難點出發(fā)，將仿真技術(shù)引入到開發(fā)工程造價教學(xué)軟件的過程中。本研究選擇隧道工程作為研究的案例，通過利用目前比較成熟的計算機模擬仿真技術(shù)，為老師和學(xué)生提供一個模型展示平臺。
2模擬仿真技術(shù)的應(yīng)用的效果
模擬是指用一個數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，來全部或部分地模仿某一數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，使得模仿的系統(tǒng)能像被模仿的系統(tǒng)一樣接受同樣的數(shù)據(jù)，執(zhí)行同樣的程序，獲得同樣的結(jié)果。有時也簡稱為仿真，是用模型（物理模型或數(shù)學(xué)模型）來模仿實際系統(tǒng)，代替實際系統(tǒng)進行實驗和研究，是產(chǎn)品設(shè)計和制造中的常用技術(shù)手段。
從國內(nèi)外職業(yè)教育專業(yè)信息化可以看出，模擬仿真技術(shù)具有先進、便捷、安全等優(yōu)點，仿真教學(xué)系統(tǒng)向工程類職業(yè)學(xué)校提供了培訓(xùn)學(xué)生的高技術(shù)工具，將專業(yè)課程和實習(xí)環(huán)節(jié)相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生了解生產(chǎn)操作、熟悉生產(chǎn)原理的能力，提高了學(xué)生動手操作的興趣與水平。以較少的投入滿足了學(xué)生的實踐需要。許多專業(yè)課程由于受到設(shè)備、場地和經(jīng)費等條件的限制，可以選擇采用模擬仿真技術(shù)。但模擬仿真技術(shù)應(yīng)用于工程造價課程教學(xué)實踐的研究很少，可參考的研究成果幾乎沒有。
3研究方法
3.1 文獻研究法在研究中，通過對多種學(xué)習(xí)資料的閱讀、分析，了解到了當(dāng)前研究的發(fā)展狀況，為論文的撰寫奠定了必要的理論基礎(chǔ)。
3.2 個案研究法在研究中，通過具體的案例，對工程造價教學(xué)進行研究，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、優(yōu)化教學(xué)策略，設(shè)計教學(xué)軟件開發(fā)方案，最終完成系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)。（圖1）
4模擬仿真技術(shù)在造價教學(xué)中的應(yīng)用
重點是構(gòu)建土木工程中公路、橋梁、隧道的立體全景展示。在三維仿真動畫展示過程中，可自由控制觀看角度及畫面縮放，配合實景照片，效果直觀。施工流程部分以簡單的工程施工3D動畫，配以實景圖片及施工工藝文本說明，使學(xué)生能更直觀地了解工程施工的流程步驟。公路、橋梁、隧道的分解結(jié)構(gòu)模塊通過點擊結(jié)構(gòu)圖中的交互熱點，顯示該局部結(jié)構(gòu)的名稱、所在位置以及該結(jié)構(gòu)的詳細說明窗口，其中包含局部結(jié)構(gòu)3d展示、工程量復(fù)核、定額、工程圖紙。為了滿足課堂教學(xué)的需要，支持文本和圖紙的縮放、自由拖動功能，以增強課堂教學(xué)實際效果。人性化的人機交互界面及流程分類設(shè)計，學(xué)生在課余時間也能通過簡單直觀的軟件操作進行學(xué)習(xí)。選題立足于公路工程造價專業(yè)，重點在于利用該模擬仿真技術(shù)將造價及工程量復(fù)核等內(nèi)容更加形象地展示出來，使課程的實效性更強（表1）。
5隧道工程案例
在傳統(tǒng)課程教學(xué)中，教師都會按照既定的教學(xué)過程來實施教學(xué)活動，那么在仿真公路系統(tǒng)中，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動應(yīng)當(dāng)如何開展？隧道模型概述為由以下幾個部分：
5.1 用戶界面呈現(xiàn)在工程仿真系統(tǒng)中，學(xué)習(xí)者必須是通過用戶界面與仿真系統(tǒng)進行交互。因此，構(gòu)建和諧友好、方便操作、逼近工程實體虛擬系統(tǒng)要解決的首要問題。仿真系統(tǒng)的真實性可以豐富學(xué)習(xí)者在虛擬情境中的體驗，方便性主要表現(xiàn)在學(xué)習(xí)中按照學(xué)習(xí)者的進度，適時的為其提出指導(dǎo)性建議（圖2）。
5.2 仿真情景設(shè)計仿真系統(tǒng)要依據(jù)學(xué)習(xí)者的經(jīng)驗、知識背景及需求，呈現(xiàn)具體的公路工程、橋梁工程、隧道工程等信息。設(shè)計工程實例，仿真場景和工程對象，通過情境設(shè)計，以激發(fā)學(xué)習(xí)者的興趣（圖3）。
5.3 工程造價數(shù)據(jù)分析通過仿真系統(tǒng)的現(xiàn)象觀察，具體進行工程造價結(jié)果的分析，處理工程數(shù)據(jù)，并根據(jù)反饋信息及時調(diào)整策略，這有助于提高學(xué)習(xí)者對造價編制過程的反應(yīng)能力以及對因果關(guān)系的敏感性。該過程中須關(guān)注在工程內(nèi)容的一致性、工程過程的交互性等問題（圖4）。
6實用價值和重要的現(xiàn)實意義
6.1 課件制作方法的探索使用直觀的設(shè)計方法取代繁瑣的傳統(tǒng)編程式的課件制作，老師把更多精力放在課程本身的教學(xué)設(shè)計上，只需根據(jù)實際教學(xué)需求，設(shè)計課件，向?qū)W生展示工程結(jié)構(gòu)；體現(xiàn)新一代課件的廣闊應(yīng)用前景。
6.2 促進學(xué)生探索性的學(xué)習(xí)現(xiàn)在的教學(xué)所采用的方法比較單一，學(xué)生在上課中往往很被動，面對各種各樣的公路、橋梁、擋土墻，結(jié)構(gòu)物感覺一片茫然，老師怎么說，學(xué)生就照著怎么做。很多時候上課只停留在不動腦的機械勞動階段，達不到提高學(xué)生動手能力的目的，這樣的知識傳遞過程較為單調(diào)，效果也不明顯。在仿真平臺上，學(xué)生可以擺脫了原有模型設(shè)備條件的約束,在更形象的知識領(lǐng)域內(nèi)自主探索，促進了學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
6.3 降低了各類開支費用工程仿真系統(tǒng)降低了科研成本，節(jié)省研究經(jīng)費，并能夠充分發(fā)揮現(xiàn)有計算機技術(shù)、,提高使用效率。
【關(guān)鍵詞】計算機仿真技術(shù) 信息化 制造業(yè)
1對系統(tǒng)仿真類型進行概述
顧名思義，“仿真”就是對現(xiàn)實世界的物體進行模擬的一種狀態(tài)，使其達到逼真的情形。在工程技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)常采用系統(tǒng)仿真技術(shù)來研究相關(guān)事物，如通過系統(tǒng)模型的相關(guān)實驗來研究設(shè)計或者存在的某個系統(tǒng)。
2對計算機仿真技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用以及發(fā)展現(xiàn)狀進行概述
由于我國是一個制造業(yè)大國，并且制造業(yè)在我國的國民經(jīng)濟收入中也占很大的比例，因此，國家及企業(yè)都非常重視我國制造業(yè)技術(shù)的發(fā)展。隨著我國科學(xué)技術(shù)及制造業(yè)的進步，使得CIMS、NC、FMS、CAPP、MRP等都得到了快速發(fā)展。而系統(tǒng)仿真技術(shù)作為工程領(lǐng)域里面的一個重要手段，其被大量應(yīng)用到我國制造業(yè)進行研究及實踐，從而產(chǎn)生出一些先進制造技術(shù)。對于系統(tǒng)仿真技術(shù)而言，如果從本質(zhì)上面來講，其就是通過建立仿真模型，然后再對仿真模型不斷進行實踐模擬的一種先進技術(shù)。它的實現(xiàn)過程主要是由仿真語言、計算機高級語言、以及計算機仿真軟件來實現(xiàn)，具體情況如上圖2-1所示?？梢院苊黠@的看出，對于一個典型的仿真軟件來講，它主要包括程序包、仿真語言、仿真環(huán)境三種不同的形式，它的覆蓋功能也不是完全相同的，并且，從下到上是大致的反映了計算機仿真軟件的一個發(fā)展情況。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，直到上個世紀80年代后期，出現(xiàn)了一體化的仿真環(huán)境。隨著我國計算機技術(shù)的進一步發(fā)展，開始出現(xiàn)了面向?qū)ο蟮牟l(fā)執(zhí)行機制，這樣，就非常容易的實現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫管理的基礎(chǔ)之上來對實驗及模型數(shù)據(jù)、以及實驗仿真的結(jié)果等進行統(tǒng)一的管理，與此同時，人工智能等相關(guān)的先進技術(shù)也開始應(yīng)用到仿真建模、運行以及對仿真的結(jié)果進行分析之中。另外，廣義的制造系統(tǒng)的相關(guān)仿真器也開始大量出現(xiàn)，在某種程度上面很好的實現(xiàn)了對制造系統(tǒng)進行的非語言建模、以及模型數(shù)據(jù)驅(qū)動等相關(guān)的重要功能。比較典型的一體化仿真軟件有TESS等，廣義的仿真器有FATOR等。
3計算機仿真研究的熱點以及對我國制造業(yè)的相關(guān)影響
自從上世紀末以來，隨著我國制造業(yè)的競爭不斷加劇，產(chǎn)品生產(chǎn)周期不斷縮短，這樣就導(dǎo)致系統(tǒng)仿真技術(shù)不斷向橫向的方向發(fā)展，在制造業(yè)里面比較典型的就是“虛擬制造技術(shù)”的發(fā)展。根據(jù)虛擬制造的概念可以得知，需要先采取計算機來模擬整個產(chǎn)品的設(shè)計及制造過程，這樣便于發(fā)現(xiàn)各種問題，并且在產(chǎn)品制造之前就把問題解決掉，從而提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。隨著制造業(yè)的發(fā)展，仿真技術(shù)在我國制造行業(yè)里面的又一個重要研究熱點誕生，即虛擬產(chǎn)品的開發(fā)（VPD），它最早是來源于并行工程的思想。并行工程技術(shù)（CE）在對產(chǎn)品進行開發(fā)之前就對產(chǎn)品的整個生命周期進行全面的考慮，這樣，對解決相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計以及開發(fā)之間的矛盾是非常有益的。而虛擬產(chǎn)品開發(fā)是在并行工程的指導(dǎo)下，把大規(guī)模的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以及CAD等產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)等進行綜合起來，從而進一步的形成虛擬產(chǎn)品的開發(fā)環(huán)境，這樣就可以在該環(huán)境下進行產(chǎn)品的策劃、設(shè)計等，以及預(yù)測產(chǎn)品在真實環(huán)境下的相關(guān)特征、功能及性能等，這樣在進行實際設(shè)計、生產(chǎn)的過程中，可以減少反復(fù)或者變更等的次數(shù)。VPD技術(shù)能夠深入到各種復(fù)雜產(chǎn)品的制造之中，從而為企業(yè)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。隨著計算機技術(shù)的高度快速發(fā)展，對仿真技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用已由單一的形式向復(fù)雜性的方向進行發(fā)展。由于現(xiàn)代制造企業(yè)面向全國甚至全世界，因此，它的仿真對象也是分布在不同的時空，在這樣的背景下就產(chǎn)生了分布交互化仿真技術(shù)（DIS）。對于這種仿真系統(tǒng)來講，它所包括的內(nèi)容有：構(gòu)造實體、實體-虛體、真實方面的實體等，并且，這些實體是可以基于不同時期的相關(guān)技術(shù)、不同產(chǎn)品的相互組成、不同的系統(tǒng)方面的目的、以及不同生產(chǎn)廠家的相關(guān)技術(shù)等，對于這樣的復(fù)雜情況是允許他們進行交換操作的。分布交互化仿真技術(shù)（DIS）通過采用計算機網(wǎng)絡(luò)將分布在不同地點的仿真設(shè)備進行連接起來，這樣便可以通過實體之間的數(shù)據(jù)方面的交換構(gòu)成時空到合成仿真環(huán)境的一種比較先進的仿真技術(shù)。如今，在我國制造業(yè)中已經(jīng)產(chǎn)生了虛擬企業(yè)或者類似于DIS的虛擬研究開發(fā)中心等。就目前來講，比較出名的就是香港城市大學(xué)與香港生產(chǎn)力方面的促進局共同構(gòu)建的快速科技中心，它就是虛擬研究開發(fā)中心。由于當(dāng)今社會是動態(tài)快速發(fā)展變化的，人們的需求更多轉(zhuǎn)向個性化、多樣化等方向，因此，對于制造企業(yè)來講，它們就要抓住市場的需求，然后采取方式（如柔性生產(chǎn)制造）來快速響應(yīng)市場需求，這樣才能夠為企業(yè)獲取更多的市場利潤，但是，通常情況之下，由于企業(yè)在短期內(nèi)存在相關(guān)資源欠缺等方面的局限性，在這樣的背景下，企業(yè)要想獲得市場機會，它們就有可能通過互聯(lián)網(wǎng)來臨時連接成一種動態(tài)方面的聯(lián)盟-也就是所謂的虛擬企業(yè)。
4結(jié)束語
隨著我國社會的不斷發(fā)展，導(dǎo)致計算機仿真技術(shù)的發(fā)展也日新月異。在制造業(yè)中，對于整個產(chǎn)品的生命周期來講，仿真技術(shù)都表現(xiàn)出其強大的發(fā)展?jié)摿ΑＴ诋?dāng)今制造業(yè)競爭激烈的社會，計算機仿真技術(shù)在制造領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展在不斷的擴展，其功能也更多的面向可視化、智能化生產(chǎn)、綠色制造等方面不斷發(fā)展。
參考文獻
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1征文范圍
1.1CAE當(dāng)前研究熱點與未來發(fā)展趨勢
(1)計算流體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)、仿生力學(xué)、爆破力學(xué)等新進展;(2)新材料與新工藝、生物材料、微納米、復(fù)合材料的CAE應(yīng)用技術(shù);(3)高性能計算與CAE;(4)智能化CAD/CAE集成;(5)多學(xué)科、多尺度CAE仿真技術(shù);(6)可靠性分析與CAE工程穩(wěn)健設(shè)計;(7)非線性有限元進展及應(yīng)用;(8)有限元網(wǎng)格自動生成技術(shù).
1.2CAE專項技術(shù)應(yīng)用探討
(1)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強度分析、疲勞壽命分析、振動及噪聲仿真分析、碰撞仿真;(2)機構(gòu)動力學(xué)、多體動力學(xué)與控制仿真技術(shù);(3)跌落以及沖擊、多物理場耦合分析;(4)結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計與拓撲優(yōu)化技術(shù);(5)先進材料/結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計技術(shù).
1.3CAE的平臺技術(shù)與應(yīng)用
(1)虛擬產(chǎn)品開發(fā)平臺;(2)分布式仿真平臺技術(shù)與協(xié)同仿真;(3)產(chǎn)品研發(fā)仿真流程和數(shù)據(jù)管理平臺建設(shè);(4)企業(yè)級仿真和多學(xué)科聯(lián)合仿真.
1.4CAE技術(shù)的行業(yè)應(yīng)用與解決方案
(1)CAE在航空、航天、兵器、船舶工業(yè)中的應(yīng)用;(2)CAE在海洋工程、核工業(yè)及特種行業(yè)的應(yīng)用;(3)CAE在汽車制造、鐵道機車行業(yè)中的應(yīng)用;(4)CAE在裝備制造及通用機械工業(yè)中的應(yīng)用;(5)CAE在電子、材料、土木工程、生物科技中的應(yīng)用;(6)CAE技術(shù)在國家重大工程與裝備中的應(yīng)用.
1.5CAE技術(shù)的人才培養(yǎng)
(1)社會對仿真分析工程師的需求及要求;(2)高校CAE課程的設(shè)置及人才培養(yǎng)模式;(3)社會科技中介及培訓(xùn)機構(gòu)的CAE人才培訓(xùn)項目開發(fā).
2征文要求
(1)圍繞主題內(nèi)容、充實、數(shù)據(jù)準確、文字通順,字數(shù)在5000字以內(nèi),未在正式刊物發(fā)表;(2) 會議收錄論文,不收取任何費用,僅供業(yè)內(nèi)人士交流參考;(3)文章的格式編寫要求請訪問.cn或;(4)論文結(jié)束頁后另附論文全部作者詳細信息,包括作者職稱、學(xué)歷、職務(wù)及主要專業(yè)方向,聯(lián)系方式,并標明按上述5個專題論文應(yīng)屬的類別;(5)論文請務(wù)必在7月10日之前發(fā)送到()郵箱里.
3論文評審
組委會將組織專家組對征集的論文進行嚴格評審,根據(jù)評審結(jié)果向論文作者發(fā)出錄取通知和參會通知,并選出優(yōu)秀論文頒發(fā)獲獎證書和獎品,優(yōu)秀論文將推薦給專業(yè)刊物正式發(fā)表.
4聯(lián)系方式
【關(guān)鍵詞】虛擬仿真;數(shù)字電路;課程改革;教學(xué)方法
【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】B 【論文編號】1009―8097(2010)07―0147―04
一 前言
數(shù)字電子技術(shù)是計算機及通信類專業(yè)的重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,其中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和解決問題的能力,因此,生動形象的課堂教學(xué)和全面的實驗體系對教學(xué)效果和知識的應(yīng)用能力有著非常重要的作用。然而,由于實驗儀器的的老舊,數(shù)量有限,使得實驗的開出率以及實驗內(nèi)容的擴展都受到限制。為順應(yīng)現(xiàn)代教育的發(fā)展,實施的現(xiàn)代化遠程開放教育,將計算機虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字電路教學(xué)中。其中理論教學(xué)結(jié)合多種教學(xué)方法和現(xiàn)代化的教育技術(shù),將基礎(chǔ)知識和理論形象地表現(xiàn)出來,有助于學(xué)生理解。課堂教學(xué)和實驗教學(xué)都利用計算機虛擬仿真軟件將所學(xué)理論聯(lián)系實際,并加以應(yīng)用,在此研究基礎(chǔ)上提出了基于虛擬仿真技術(shù)的所有電子技術(shù)課程教學(xué)的新模式。
二 計算機虛擬仿真技術(shù)
虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality)技術(shù),簡稱VR,涉及計算機圖形學(xué)、人機交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等多個領(lǐng)域。它由計算機硬件、軟件以及各種傳感器構(gòu)成的三維信息的人工環(huán)境――虛擬環(huán)境,可以逼真地模擬現(xiàn)實世界(甚至是不存在的)的事物和環(huán)境,人投入到這種環(huán)境中,立即有“親臨其境”的感覺,并可親自操作,與虛擬環(huán)境進行交互[1]。
計算機虛擬仿真技術(shù),是在多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等信息科技迅猛發(fā)展的基礎(chǔ)上,利用計算機技術(shù)將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合,是一種更高級的仿真技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)以構(gòu)建全系統(tǒng)統(tǒng)一的完整的虛擬環(huán)境為典型特征,并通過虛擬環(huán)境集成與控制為數(shù)眾多的實體。實體可以是模擬器,也可以是其他的虛擬仿真系統(tǒng),更多的是計算機。實體在虛擬仿真軟件所提供構(gòu)建的環(huán)境中相互作用,以表現(xiàn)客觀世界的真實特征。虛擬仿真技術(shù)的這種集成化、虛擬化與網(wǎng)絡(luò)化的特征,可以滿足現(xiàn)代教育的發(fā)展需求[1]。
三 課程教學(xué)的若干問題及改革研究
對于理論教學(xué)環(huán)節(jié),首先是教學(xué)內(nèi)容陳舊。當(dāng)前大中專院校所用的教材內(nèi)容都是十幾年前的,即便是近幾年出版的教材,也只是內(nèi)容的深淺不同,體系結(jié)構(gòu)基本相同。比如教材中主要說明的74LS系列的芯片在目前實際應(yīng)用中已經(jīng)被淘汰,真正是學(xué)的沒用,用的沒學(xué)?，F(xiàn)在的學(xué)生在學(xué)習(xí)中,非常關(guān)注所學(xué)知識的實用性,如果不能學(xué)以致用,就影響到學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性。因而在課程教學(xué)中要及時更新教學(xué)內(nèi)容,講解傳統(tǒng)芯片的同時多介紹一些現(xiàn)在普遍使用的芯片,當(dāng)然也要根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)程度,最大可能激發(fā)學(xué)生的興趣[3]。
其次是教學(xué)方法。常用的教學(xué)方法無非就是這幾種:講授法、討論法、談話法、閱讀指導(dǎo)法。根據(jù)課程的特點和教學(xué)要求,不能一成不變的套用傳統(tǒng)的教學(xué)方法。這些方法對有些課程很有效,但是對計算機課程不一定全部適合,因此需要探索適合本課程需求的新的教學(xué)方法。筆者在教學(xué)中通常有如下幾種方法:講授法,這是傳統(tǒng)的教學(xué)方法,教師口述基本事實、原理和推理過程。部分定理,原理及產(chǎn)品采用講授法。例舉法,就是以典型例題說明某個定理或元件的應(yīng)用,這是本課程用的最多的一種方法。在數(shù)字電路課程中有很多芯片的實際應(yīng)用,有些是針對某部分內(nèi)容的很典型的例子,這些例子對于學(xué)生理解和掌握此部分知識非常有用。任務(wù)驅(qū)動法,就是教師布置一些運用某個知識點的題目,要求學(xué)生在課堂上有限的時間里做出來,并檢查完成情況。這樣學(xué)生對該節(jié)課所學(xué)知識從理論到應(yīng)用有了一個全方位的認識,而且對每個知識點掌握得都比較透徹,這是近年來比較流行的一種教學(xué)方法,也是計算機專業(yè)課程特有的一種教學(xué)方法,對提升教學(xué)效果有顯著作用。
再次是教學(xué)手段,不是單純的使用多媒體課件,而是結(jié)合計算機專業(yè)特點引入現(xiàn)代化教育技術(shù)和手段,很多典型例題用計算機仿真軟件在課堂驗證,讓學(xué)生直觀形象地了解電路的工作情況,從而掌握電路或芯片的應(yīng)用。
對于實驗教學(xué)環(huán)節(jié),首先是實驗設(shè)備簡陋。很多高校數(shù)字電路實驗設(shè)備包括我校仍然使用老式實驗箱,即由固定數(shù)字電路芯片搭建的實驗,學(xué)生只能按實驗教材設(shè)計的實驗按步驟做固定的實驗,實驗內(nèi)容都是以芯片講解為主,目的是對芯片功能進行驗證。因此學(xué)生把實驗課當(dāng)完成任務(wù),實驗環(huán)節(jié)沒有促進教學(xué),相反影響了教學(xué)效果。很多新的芯片不能認識和實踐,使得實驗教學(xué)方法與實際應(yīng)用的要求嚴重脫節(jié)。其次在實驗教學(xué)過程中,由于實驗設(shè)備老化,個別元件被損壞或接觸不良,導(dǎo)致學(xué)生實驗中,出現(xiàn)一些問題,電路連接完全正確,但是就是得不到正確結(jié)果,結(jié)果費了很多時間去排除故障,這樣做實驗當(dāng)然激發(fā)不了學(xué)生的興趣,相反還會阻礙他們進一步探索。再次,由于實驗條件的限制,實驗項目只能停留在驗證性實驗層次,學(xué)生的設(shè)計能力和綜合應(yīng)用能力都得不到提高,利用電子電路的計算機虛擬仿真軟件multisilm10就可以解決這個問題,利用這個軟件可以自行設(shè)計集成電路,綜合應(yīng)用各種芯片,完成所有的數(shù)字電路實驗[4]。在教學(xué)實施中,根據(jù)學(xué)生情況分驗證性實驗、設(shè)計性實驗和綜合性實驗三個層次完成實驗教學(xué)目標。
四 計算機虛擬仿真技術(shù)在課程教學(xué)中的應(yīng)用
1 課堂教學(xué)中的應(yīng)用
在課堂講到門電路的工作原理或集成電路的應(yīng)用時,可以現(xiàn)場用計算機仿真軟件演示電路的工作過程,使學(xué)生更好地理解門電路的工作原理和芯片的工作情況。從而掌握電路的應(yīng)用。這樣,教學(xué)過程是由原理到應(yīng)用,由簡單到復(fù)雜,由抽象到現(xiàn)實,循序漸進地完成理論知識的學(xué)習(xí)。數(shù)字電路的基本單元是門電路,那么理解其工作原理非常重要,但是此部分對于大部分同學(xué)來說都是難點,如何突破這個難點呢?利用軟件建立仿真電路,真實地展現(xiàn)輸出電壓隨輸入電壓的變化情況,就會獲得很好的效果。下面是利用仿真軟件說明TTL與非門工作原理的課堂實例:
(1) Vi=0V,輸入接低電平。那么Q1導(dǎo)通,Vb1=0.8V,Ib5
(2) Vi=3.6V,輸入高電平。那么Q1的發(fā)射極電流從發(fā)射極(0.852mA)流入,從集電極流出,Q1的發(fā)射極和集電極倒置狀態(tài)。Vb1=2.443V,Vb5=0.843V,Vbc1+Vbe2=2.443-0.843=1.6V,導(dǎo)致Q2、Q5導(dǎo)通。由于Vc2=0.886V,Q4、Q5截止。輸出Vo=0.018V。其電路仿真如圖2:
2 實驗教學(xué)中的應(yīng)用
大學(xué)生需要有獨立的設(shè)計能力和對電子器件的綜合應(yīng)用能力,這就決定了本課程的實驗體系應(yīng)該是三個層次,在簡單的驗證性實驗的基礎(chǔ)上必須開設(shè)有創(chuàng)造性的設(shè)計性實驗和綜合性實驗。然而實驗室有限的數(shù)字電路實驗箱只能做幾個簡單的驗證性實驗,無法滿足設(shè)計性實驗和綜合性實驗的設(shè)備要求。但是,利用電子電路的計算機仿真軟件就可以擴展實驗室,提供所需要的一切電子元件和芯片,搭建任意難度,任意復(fù)雜的電路,并驗證其正確性。同時利用仿真軟件的可配置性,配合適當(dāng)?shù)碾娐房勺龀龆喾N不同的應(yīng)用。在實驗課程中,提前給出了三種實驗的一些題目和內(nèi)容,要求驗證性實驗必須都完成,設(shè)計性實驗可選做一至兩個,綜合性實驗選做一個。下面簡要說明學(xué)生利用仿真軟件選做的數(shù)字電子鐘邏輯電路的設(shè)計實例。
要求用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計一臺能顯示日、時、分秒的數(shù)字電子鐘,選用器材主要有:安裝有仿真軟件的計算機若干臺,集成電路(CD4060、74LS74、74LS161、74LS248),晶振、電阻、電容若干,數(shù)碼顯示管,三極管、開關(guān)若干。
提示設(shè)計方案,包括數(shù)字電子鐘的電路框圖和四個主要模塊的實現(xiàn)細節(jié),學(xué)生依據(jù)電路框圖和提示信息設(shè)計邏輯電路圖,并將其在虛擬實驗環(huán)境中用仿真電路實現(xiàn)。下面給出數(shù)字電子鐘的電路框圖。
篇幅所限,參考電路就不給出,但是通過這個實例可以看出虛擬仿真技術(shù)在課程實驗中的重要作用。不但節(jié)省很多設(shè)備購置費用,不受地點和環(huán)境的限制,而且和真實實驗具有相同的效果。既然如此,為什么不廣泛應(yīng)用呢?
五 總結(jié)
論文對數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)提出很多問題,在實際的教學(xué)實踐中對這些問題進行了探索,將計算機虛擬仿真技術(shù)引入教學(xué)中,采用現(xiàn)代化教育手段進行課程改革。課堂教學(xué)提出了很多適合本課程并行之有效的教學(xué)方法,重要電路工作情況的計算機仿真演示,部分例題的計算機仿真驗證,增強其直觀性和真實性,加強學(xué)生的理解。實驗教學(xué)也利用計算機仿真軟件,采用虛擬實驗和真實實驗相結(jié)合的方式,擴充建立了虛擬實驗室,擴展了實驗內(nèi)容,在無需花費很大代價的情況下,滿足了設(shè)計性實驗和綜合性實驗的條件,從而完成三個層次實驗體系的建設(shè)。在本文的研究基礎(chǔ)上,可將虛擬仿真技術(shù)推廣應(yīng)用到所有電子技術(shù)課程教學(xué)中,引發(fā)電子技術(shù)課程改革的新局面。
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關(guān)鍵詞：仿真 機械 控制
中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）12-0104-01
隨著技術(shù)的進步，作為機械設(shè)計制造的仿真模擬技術(shù)得到了快速的發(fā)展，并且廣泛應(yīng)用于實際當(dāng)中。計算機仿真技術(shù)是以多種學(xué)科理論為指導(dǎo)，利用相應(yīng)的軟件為工具，通過虛擬試驗的方法來解決問題的技術(shù)。隨著工程機械產(chǎn)品競爭日益激烈。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量、性能，降低開發(fā)成本。在這種需求下，以仿真技術(shù)為代表的技術(shù)成為工程領(lǐng)域一種現(xiàn)代化設(shè)計手段。運用仿真設(shè)計，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，從實際對象的物理模型出發(fā)。設(shè)置不同的激勵信號，利用相應(yīng)曲線，即可對系統(tǒng)進行辨識?？梢栽诋a(chǎn)品設(shè)計設(shè)計和評估產(chǎn)品的性能方面，降低開發(fā)風(fēng)險，縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品性能。工程中的技術(shù)問題首先是要仿真技術(shù)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
1 計算機仿真的實現(xiàn)
對于需要研究的對象，計算機一般是不能直接認知和處理的，這就要求為之建立一個既能反映所研究對象的實質(zhì)，又易于被計算機處理的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型將研究對象的實質(zhì)抽象出來，計算機再來處理這些經(jīng)過抽象的數(shù)學(xué)模型，并通過輸出這些模型的相關(guān)數(shù)據(jù)來展現(xiàn)研究對象的特質(zhì)，當(dāng)然，這種展現(xiàn)可以是三維立體的。由于三維顯示更加清晰直觀，已為越來越多的研究者所采用。通過對這些輸出量的分析，就可以更加清楚的認識研究對象。模型是進行計算機仿真的核心。系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型根據(jù)時間關(guān)系可劃分為靜態(tài)模型、連續(xù)時間動態(tài)模型、離散時間動態(tài)模型和混合時間動態(tài)模型；根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)描述和變化方式可劃分為連續(xù)變量系統(tǒng)模型和離散事件系統(tǒng)模型。通過這個關(guān)系還可以看出，數(shù)學(xué)建模的精準程度是決定計算機仿真精度的最關(guān)鍵因素。從模型這個角度出發(fā)，可以將計算機仿真的實現(xiàn)分為三個大的步驟：模型的建立、模型的轉(zhuǎn)換和模型的仿真實驗。所謂模型的轉(zhuǎn)換，即是計算機語言轉(zhuǎn)換成能夠處理的形式，“仿真模型”是新的系統(tǒng)，利用已有的仿真軟件，如鑄造過程就常用ADSMS軟件來進行仿真。將仿真模型載入計算機進行使用。
2 計算機仿真在機械行業(yè)的應(yīng)用
2.1 仿真技術(shù)
仿真技術(shù)是綜合多學(xué)科的技術(shù)，以機械系統(tǒng)運動學(xué)和控制理論為核心，運用成熟的計算機圖形技術(shù)將部件集成在一起，建立機械系研究的問題，根據(jù)仿真所要達到的目的抽象出一個確定的系統(tǒng)，結(jié)合系統(tǒng)的邊界條件和約束條件，利用各種相關(guān)學(xué)科的知識，把所抽象出來的系統(tǒng)用數(shù)學(xué)的表達式描述出來，描述的內(nèi)容，傳統(tǒng)的仿真就是針對單個子系統(tǒng)的仿真，而仿真技術(shù)則是強調(diào)整體的優(yōu)化，它通虛擬環(huán)境的耦合，對產(chǎn)品設(shè)計方案進行評估，并不斷改進設(shè)計方案，直到獲得最優(yōu)化的效果，所以子系統(tǒng)之間的協(xié)同求解，應(yīng)該快速地建立控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)等虛擬樣機。的運用目前市場上一批成熟的分析軟件有ANSYS、PATRAN等。運動學(xué)和動力學(xué)仿真軟件可采用ADAMS軟件。控制系統(tǒng)仿真軟件可采用MATLAB軟件。通過三維模型和運動學(xué)、動力學(xué)仿真軟件ADAMS中進行分析，對控制方案進行仿真。使產(chǎn)品設(shè)計可擺脫對物理樣機的依賴，給企業(yè)帶來高的經(jīng)濟效益，高效的研發(fā)手段促使產(chǎn)品開發(fā)風(fēng)險降低，提高生產(chǎn)效率，通過虛擬樣機找到組織生產(chǎn)，使產(chǎn)品制造和市場競爭方面更具靈活性，同時克服企業(yè)資源的局限性，將具有開發(fā)產(chǎn)品技術(shù)組成一個臨時的企業(yè)聯(lián)盟。仿真技術(shù)必將成為工程機械領(lǐng)域產(chǎn)品研發(fā)的主流。
2.2 機械加工仿真
機械加工過程，是利用計算機仿真，有助于發(fā)現(xiàn)其機理，為提高機械性能。在機械的磨削方面，采用時間變化的描述磨削過程的各個數(shù)學(xué)模型，通過優(yōu)化和虛擬磨削創(chuàng)造了必要的前提，在銑削方面，建立多齒端銑切削過程動力學(xué)模型，開發(fā)切削振動仿真的微機通用軟件，得出了端銑切削振動的原理和條件。電火花加工的工藝仿真系統(tǒng)，實現(xiàn)了加工參數(shù)的優(yōu)化。建立了連續(xù)擠壓的計算機仿真模型，通過模擬連續(xù)擠壓全過程的應(yīng)力場、應(yīng)變場和溫度場。
2.3 機構(gòu)運動仿真
了解了機構(gòu)需要設(shè)定的運動副情況后，進行運動仿真。新建一個運動學(xué)仿真，創(chuàng)建連桿，根據(jù)各部件相互運動方式需建立7個連桿，對模型的材料特性進行加載，定位每個運動副的時間函數(shù)，在一個周期內(nèi)完成所有的運動。向機構(gòu)添加一定的外載荷，使整個機構(gòu)工作在真實的工程狀態(tài)下，機構(gòu)的兩連桿之間，模擬兩個零件之間的彈性連接。根據(jù)運動驅(qū)動的形式，取料機械手采用恒定轉(zhuǎn)速驅(qū)動，采用恒轉(zhuǎn)速調(diào)速，要求必須設(shè)定運動時間和解算步數(shù)，機構(gòu)做運動仿真分析時，需要詳細記錄整個仿真零件的位移距離，適當(dāng)縮短機械加工產(chǎn)品開發(fā)周期，對于提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能具有積極的作用。
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[3]馮雅麗，李瑞濤等.虛擬樣機技術(shù)及其在深海采礦系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用前景.2001年中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)學(xué)術(shù)研討會論文集.
【論文摘要】從裝甲裝備維修模擬化訓(xùn)練的主要手段、模擬化訓(xùn)練的時空和模擬化訓(xùn)練的主要方式三個方面，認真研究了未來裝甲裝備模擬化訓(xùn)練的發(fā)展趨勢，探索了訓(xùn)練手段和方式的轉(zhuǎn)變；詳細分析了實物模擬向計算機模擬仿真、同地向異地、實物模擬技術(shù)向虛擬現(xiàn)實技術(shù)轉(zhuǎn)變的過程與特點。
隨著計算機信息技術(shù)迅速發(fā)展，仿真技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實技術(shù)在部隊裝甲裝備維修和作業(yè)訓(xùn)練中得到廣泛應(yīng)用在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生的模擬訓(xùn)練方式，以其特有的科學(xué)性、經(jīng)濟陛對抗性、真實性、嚴密性、交互性、實時性、可控性和再現(xiàn)性等諸多優(yōu)點，從而受到院校和部隊的高度重視。認真研究未來裝甲裝備模擬訓(xùn)練的發(fā)展趨勢，探索訓(xùn)練手段和訓(xùn)練方式的轉(zhuǎn)變，對于指導(dǎo)院校教學(xué)改革和部隊訓(xùn)練改革具有非常重要的意義。
1 模擬訓(xùn)練的主要手段由實物模擬向計算機模擬仿真系統(tǒng)轉(zhuǎn)變
1．1 當(dāng)前實物模擬訓(xùn)練存在的局限
培養(yǎng)裝甲裝備維修技術(shù)人才 ，加強動手能力的訓(xùn)練是一個重要方面，但采用什么樣的訓(xùn)練手段 ，對提高訓(xùn)練質(zhì)量至關(guān)重要。目前的模擬訓(xùn)練，主要是通過模擬真實的裝甲裝備各組成系統(tǒng)如底盤、火控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等來培養(yǎng)學(xué)員的作業(yè)和維修操作技能，技術(shù)上師徒相傳，受場地、師資、實車、實物等條件的制約，訓(xùn)練周期長，教學(xué)難度大。裝甲裝備作業(yè)和維修訓(xùn)練是一種師生雙向溝通的教學(xué)過程，無論教與學(xué)哪方面存在問題，其教學(xué)效果都要受一定影響。因此，以實物模擬為主要手段的模擬訓(xùn)練，有很大的局限性。
1．2 計算機模擬仿真系統(tǒng)的優(yōu)勢
隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，計算機模擬仿真技術(shù)日益成熟，計算機模擬仿真系統(tǒng)中的裝甲車輛和零配件，采用三維動畫制作，圖像的仿真程度和實物實景相差無幾，它可以通過視覺、聽覺、觸覺等多種方式對學(xué)員的感官進行綜合刺激，其效果是單靠實車、實物訓(xùn)練所無法比擬的。學(xué)員可以通過鍵盤、鼠標或操作桿，在計算機操作平臺上進行拆裝練習(xí)、維護保養(yǎng) 、排除故障，利用模擬操作臺，在模擬戰(zhàn)爭環(huán)境中進行作業(yè)、搶修。模擬仿真系統(tǒng)還可以實現(xiàn)信息共享、人機交互和及時反饋，根據(jù)學(xué)員的具體情況，自行安排難度適中的訓(xùn)練內(nèi)容 ，實現(xiàn)因材施教。計算機模擬仿真系統(tǒng)與真實裝甲裝備相比具有體積小、造價低、功能全等特點，硬件一次性投資以后，軟件更新?lián)Q代快，便于很快普及。因此，裝甲裝備維修訓(xùn)練由實物模擬向計算機模擬仿真系統(tǒng)轉(zhuǎn)變是一種必然趨勢。
2 模擬訓(xùn)練的時空由同地向異地網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展
過去的實物模擬訓(xùn)練局限在二間教室、一個車間或一個車場，參加學(xué)習(xí)的人數(shù)受到場地、師資、設(shè)備等條件的限制，教學(xué)效果很難保證。隨著計算機及通信技術(shù)的發(fā)展，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，模擬仿真訓(xùn)練將會開辟出一片新天地 ，可實現(xiàn)校內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、院校和部隊聯(lián)網(wǎng)。
2．1 校內(nèi)聯(lián)網(wǎng)
學(xué)員在不同的教室，可以同時運用模擬仿真系統(tǒng)進行操作訓(xùn)練，打破 了場地設(shè)備等因素的限制，同時展開相同科 目的多個專業(yè)的教學(xué)。校內(nèi)不同地點的模擬器(如多種車型的武器系統(tǒng)、火控系統(tǒng)、底盤、通信系統(tǒng))互聯(lián) ，學(xué)員還可以按照戰(zhàn)術(shù)想定進行編組作業(yè)。
2．2 院校和部隊聯(lián)網(wǎng)
院校的模擬仿真系統(tǒng)還可以同全軍各訓(xùn)練機構(gòu)的訓(xùn)練模擬仿真系統(tǒng)異地互聯(lián)，實現(xiàn)遠程技術(shù)教育、數(shù)據(jù)共享，為裝甲裝備維修專業(yè)的函授教育提供了強有力的技術(shù)支持。
3 模擬訓(xùn)練的主要形式由實物模擬向虛擬現(xiàn)實技術(shù)轉(zhuǎn)變
近幾年來 ，虛擬現(xiàn)實技術(shù)成為一項十分熱門的技術(shù)，越來越多的人員投身到這個研究領(lǐng)域，致力于虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究、開發(fā)及應(yīng)用推廣。虛假現(xiàn)實技術(shù)、理論分析和科學(xué)實驗已成為人類探索客觀世界規(guī)律的三大手段。虛擬現(xiàn)實技術(shù)帶來的變化從以前的“以計算機為中心”變?yōu)椤叭耸切畔⒓夹g(shù)的主體”：由過去人機之間枯燥、被動的方式變成了人通過手和聲音等自然的交互方式與機器交流，人機融為一體。據(jù)權(quán)威人士斷言，虛擬現(xiàn)實技術(shù)將是 21世紀信息技術(shù)的代表 ，由此可見其重要性。目前，一些發(fā)達國家已開始將其應(yīng)用于軍事訓(xùn)練模擬。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行裝甲裝備維修技術(shù)訓(xùn)練，受訓(xùn)者不是被動地觀察計算機中的模擬圖像，而是居于一個虛擬的十分逼真的三維世界，在視覺、聲覺、觸覺等感覺的作用下，尤如身臨其境的全身心地投入到“真實”的訓(xùn)練中。又因虛擬現(xiàn)實技術(shù)與真實的技術(shù)訓(xùn)練相比，沒有多大差別，同時還具有交互性、可重復(fù)性和訓(xùn)練超前陛等特點，從而使教學(xué)效果更好。在未來的十幾年內(nèi)，類似的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，必將大批量生產(chǎn)和廣泛普及。
信息技術(shù)和計算機的突飛猛進，必將帶來訓(xùn)練觀念、訓(xùn)練方式、訓(xùn)練手段的變革。運用計算機模擬仿真系統(tǒng)進行裝甲裝備的作業(yè)和維修訓(xùn)練，雖不能完全取代真車實件，但這種方式，有利于提高訓(xùn)練質(zhì)量和效率，具有無限廣闊的發(fā)展前景。
參考文獻
論文關(guān)鍵詞： 信息技術(shù) 微電子專業(yè)教學(xué) 應(yīng)用
論文摘 要： 信息技術(shù)包括多媒體技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，等等。它的飛速發(fā)展和廣泛普及，使得傳統(tǒng)的教學(xué)方法正在向現(xiàn)代教育技術(shù)方法轉(zhuǎn)變。針對新興的多學(xué)科綜合的微電子專業(yè)，作者討論了信息技術(shù)在微電子專業(yè)教學(xué)中的作用與意義，聯(lián)系實際教學(xué)實踐，指出了各種信息技術(shù)的特點及應(yīng)用中需注意的關(guān)鍵問題。
信息技術(shù)是現(xiàn)代教育技術(shù)的基石和重要組成部分。《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》中提出：“信息技術(shù)對教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視”；“強化信息技術(shù)應(yīng)用。提高教師應(yīng)用信息技術(shù)水平，更新教學(xué)觀念，改進教學(xué)方法，提高教學(xué)效果”。信息技術(shù)與高校專業(yè)教學(xué)相結(jié)合，可以改進教學(xué)手段、創(chuàng)新教學(xué)方法、提高教學(xué)效率、增強教學(xué)效果。
微電子專業(yè)是我國近年來大力發(fā)展的一個多學(xué)科綜合、高技術(shù)密集的新興專業(yè)，主要研究半導(dǎo)體材料、器件與工藝和集成電路與系統(tǒng)的設(shè)計、制造和測試等理論和技術(shù)。微電子專業(yè)教學(xué)由于課程開設(shè)時間較短、涉及學(xué)科多、理論性強、同時又與實踐結(jié)合緊密。因此如何有效地改善教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量成為微電子專業(yè)教學(xué)中迫切需要解決的問題。將現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用到微電子專業(yè)的教學(xué)活動中，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性，促進了教師與學(xué)生的互動，取得了很好的教學(xué)效果。
1.多媒體技術(shù)在專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用
多媒體教學(xué)是信息技術(shù)在教學(xué)過程中最典型、最廣泛的具體應(yīng)用。多媒體信息技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用是指采用圖像、動畫、視頻等新穎的教學(xué)形式，將教學(xué)內(nèi)容生動形象地展示給學(xué)生，使學(xué)生獲得直觀的感性認識。多媒體教學(xué)方式有助于學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容，特別是重難點內(nèi)容的理解和吸收，是對傳統(tǒng)教學(xué)方式的突破和有益的補充。針對于微電子專業(yè)的特殊性和綜合性，我們在教學(xué)中采用多種多媒體表現(xiàn)方式，分別應(yīng)用在以下幾個方面。
1.1幻燈片教學(xué)
多媒體輔助教學(xué)課件通常由多頁幻燈片組成。在幻燈片中可以插入各種對象如文字、圖片、圖形、表格、藝術(shù)字和聲音等，把抽象的、難以直接用語言表達的概念和理論以直觀的、易于接受的形式表現(xiàn)出來，有效地增強了教學(xué)效果。微電子專業(yè)課程理論較多，信息量大，直接講授學(xué)生感到比較枯燥。使用幻燈片教學(xué)后，色彩豐富，圖形清楚，概念清晰，有助于把抽象概念形象化，復(fù)雜問題簡明化，調(diào)動學(xué)生的積極性，提高學(xué)習(xí)效率。
1.2動畫演示
電腦動畫的運用能夠進一步提升多媒體技術(shù)的作用和效果。動畫能夠?qū)⑽㈦娮訉I(yè)課程中遇到的深奧的理論問題和復(fù)雜的內(nèi)部機理，通過簡單的畫面動態(tài)地表示出來，從而使學(xué)生加快加深理解，特別有利于重點難點的掌握。另外，電腦動畫能夠逼真地再現(xiàn)微電子工藝流程的加工過程，可以模擬實際操作步驟，從而可以代替或輔助部分實踐教學(xué)。
1.3錄像放映
微電子專業(yè)的實習(xí)單位往往是高投資、大規(guī)模、貴重設(shè)備云集的高科技公司。這些公司管理制度嚴格、專業(yè)程度高，對在校學(xué)生進企業(yè)實習(xí)有著很多限制，同學(xué)們經(jīng)常只能去參觀工廠環(huán)境，遠眺機器的運作，甚至有些生產(chǎn)企業(yè)不對學(xué)生開放實習(xí)。這樣，教學(xué)得不到生產(chǎn)實踐的支持，使得理論與實踐嚴重脫節(jié)，降低了教學(xué)效果。而將企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)流程拍成錄像，或者購置相關(guān)內(nèi)容的影像資料，通過多媒體放映給同學(xué)觀看，可以近距離地觀摩生產(chǎn)流程和設(shè)備運作、了解技術(shù)細節(jié)，對不甚明白的內(nèi)容可以反復(fù)觀看。采用這種方式進行教學(xué)，同學(xué)們紛紛反映大開眼界，受益匪淺，不僅對課程里所學(xué)的內(nèi)容有了直觀的認識，而且了解到產(chǎn)業(yè)的前沿發(fā)展。
2.虛擬仿真技術(shù)在專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用
得益于計算機硬件的飛速進步和軟件技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)成為當(dāng)前流行的新型教學(xué)手段。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)手段，局限于實驗室購置的設(shè)備和儀器，特別是微電子專業(yè)的實驗設(shè)備價格高昂、操作復(fù)雜、容易損傷，使同學(xué)很難得到上機鍛煉的機會。而使用基于虛擬仿真技術(shù)的教學(xué)方式，過程簡單靈活，交互方式多樣，結(jié)果直觀明了，既能培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和分析、綜合能力，又能提高學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性。
虛擬仿真技術(shù)在微電子專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩個方面：一是在電路設(shè)計方面，基于電子設(shè)計自動化（electronic design automation，eda）技術(shù)實現(xiàn)對電子線路（包括集成電路與版圖）的模擬仿真；二是在微電子工藝與器件方面，基于半導(dǎo)體工藝和器件的計算機輔助技術(shù)（technology computer aided design，tcad）實現(xiàn)對微電子制造工藝和半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)及工作過程的仿真與演示。使用仿真軟件所提供的強大功能，包括軟件所具有的可升級性，在課堂和實驗中通過軟件設(shè)計微電子電路、工藝和器件，在屏幕上模擬其功能，可使教學(xué)概念清晰，內(nèi)容生動，過程可視，還能夠大幅節(jié)省實驗設(shè)備的購置和維護費用，經(jīng)濟高效。
3.網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用
近年來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更加普及，也更加方便，特別是校園局域網(wǎng)的建設(shè)，提供了學(xué)生隨時隨地使用各種終端進行網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的教育環(huán)境。這也促使我們把教學(xué)平臺從教室向網(wǎng)絡(luò)拓展，必然在一定程度上改變教學(xué)的形式和基本架構(gòu)，帶來革命性的變化。
互聯(lián)網(wǎng)和校園局域網(wǎng)一方面可以作為信息資源庫，為微電子專業(yè)課程教學(xué)提供教學(xué)教案、課件、習(xí)題等資源的下載和在線瀏覽；另一方面也可以作為師生課外互動的平臺，進行答疑、作業(yè)提交、通知等教學(xué)活動。這兩種方式也是目前微電子教學(xué)中最主要的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用手段。使用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)有助于師生雙方的交流，教學(xué)信息的豐富，以及多元化教學(xué)，等等。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的推廣和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的建設(shè)，極大地推動了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在教學(xué)體系中的應(yīng)用，將會成為現(xiàn)代教育技術(shù)的主流之一。
綜合運用信息技術(shù)的各種方法和手段，結(jié)合微電子專業(yè)特點，更新教學(xué)觀念，加強教學(xué)實踐應(yīng)用，能夠有效地提升教學(xué)效率和效果，培養(yǎng)出更優(yōu)秀的符合社會需求的專業(yè)人才。
參考文獻：
［1］劉子良.發(fā)揮幻燈片在計算機輔助教學(xué)中的作用［j］.中國現(xiàn)代教育裝備，2007，52（6）：22-24.
