计算机仿真技术论文范文

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二、教学效果和效率

数控程序编写是数控类课程的主要教学内容之一，如何正确地编写数控程序也是数控类课程的重要任务。在传统课堂上，教师主要利用PPT课间插入动画、图片、文字等内容进行讲解，虽然利用了一些多媒体资源，但是并没有充分发挥多媒体最大的功用。在讲解过程中往往比较枯燥乏味，难以更加形象具体地表述数控代码控制刀具、机床主轴的运动情况。特别是对于一些比较复杂的循环指令只是通过这样的讲解方式往往很难准确地表达。虽然目前有些教师可以采用一些三维软件、动画软件制作一些比较详细的动画，但是这种动画往往就是固定设置好的动作，缺乏参数的变化，不能通过修改参数来观察刀具运动的变化。目前大多数计算机数控仿真数控系统都是模拟实际的数控机床操作，几乎完全和实际的数控机床操作相同。教师在授课过程中可以编写实际的数控程序，再输入到数控仿真系统中进行验证，在验证的过程中，可以随时改变数控程序中的参数，来讲解数控指令中参数控制刀具的运动规律，也可以改变数控程序中的程序指令，来讲解不同指令刀具的运行轨迹；这样就可以更加清楚形象地讲解数控编程中的各种程序指令和指令中各个参数的含义。在斯沃数控仿真系统模拟加工零件过程中，在操作界面的左侧显示编写的数控程序，仿真操作过程中根据刀具的运行轨迹，自动跳转相应的程序段，帮助学生理解程序中控制对象的运行情况，并且利用不同的颜色来展示不同刀具的运动轨迹，在直观地展示运动轨迹的同时也可以随时更改数控程序或程序中的参数来获取不同的轨迹。

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物流专业最大的特点是实践性强，加强相关设备的投入力度及构建相应的实验室对学生实践操作能力的提升具有重要意义。由于计算机仿真技术存在诸多的优势如成本少、可控性高、可视化等，将其运用到物流实验室中可以带来意想不到的效果。

1 构建基于计算机仿真技术的物流实验室的意义

1.1 教学方面

在物流教学过程中，除了要传授学生相关的物流知识外，还必须培养其一定的实践操作能力。通过将计算机仿真技术与物流实验室有机结合，能紧跟物流技术的发展变化来及时更新所需的资源，能在并不广阔的场所及资金少的情况下进行各种不同的实验操作，完全达到了物流实践教学的要求，并且学生能够将课堂上所学的知识运用到实际生活中。

1.2 科研方面

对于具有丰富理论知识，想有进一步发展的学生来说，基本的理论教学与实践操作很难达到他们的实际所需，特别渴望参与一些深层次的物流系统分析、高级实验活动。为此，构建基于计算机仿真技术的物流实验室是满足学生要求的不二选择，能够为现代社会培养一批高级别的物流管理团队。

1.3 社会服务方面

学校在完成培养综合型人才队伍的任务的同时，还肩负着服务社会的责任。由于目前缺乏实践系统，基于计算机仿真技术的物流实验室的建设，很大程度上帮助了教育者利用自身掌握的知识，通过实验室丰富的软硬件资源来承接相关的项目课题，促进企业物流系统的进一步升级，避免不必要的资金投入，综合了物流与其他相关技术、信息技术，减少了社会资源的大量耗费。

2 基于计算机仿真技术的物流实验室建设策略

2.1 明确具体的建设目标与指导思想

首先，基于计算机仿真技术的物流实验室应配备具有开放性、综合性特点的实验体系，提高学生知识水平的同时，增强其实践操作能力，制定详细完善的教学计划，注重学科发展，将学生创新意识及能力的养成作为教学目标。

其次，基于计算机仿真技术的物流实验室建设必须将系统性、先进性、经济性、实用性作为主要指导思想。实验室应时刻了解先进物流技术、相关教学手段的最新情况，尽可能的集网络技术、多媒体技术、自动识别技术、信息管理与决策技术等为一体；从学科与专业的角度出发，合理使用实验室建设费用，优化配置各类硬软件、场地资源，建立健全物流仿真实验工程体系，为专业设计及毕业设计提供帮助，真正实现涵盖教学、科研、实验、人才培养等内容的教学科研基地。

2.2 总体规划

2.2.1 硬件设备

基于计算机仿真技术的物流实验室应配置一定数量的电脑，方便学生利用电脑来构建仿真模型。另外，还需购置下列设备：投影机、弧形三维屏幕（笼罩整个实验室，以创设虚拟的物流仿真系统氛围）、在实验室中间放置一台服务器电脑与音响，并和投影机与弧形三维屏幕连接，这样即完成操作平台的设置。同时还要有具备无线遥控功能的激光笔，为相关操控提供便利。

基于计算机仿真技术的物流实验室及其硬件的规划与分配途径是：将实验室划分为教学区与科研区两个不同功能的区域，各自处于不同的空间中。教学区主要为学生的实践教学提供服务，内部共配备了投影机、屏幕、服务器、音响、供学生操作的电脑、遥控激光笔。科研区中主要配备办公桌椅、电脑以及教研人员，是教育者日常开展科研活动的场地。

2.2.2 软件设备

软件设施在物流仿真实验室中属于必不可少的工具。由于物理软件的类型众多，因此必须结合仿真系统选择相匹配的软件。比如Flexsim仿真软件，此软件具有通用性特点，在多个行业系统中得到应用。该软件在物流仿真实验中的应用涉及了配送中心拣选仿真、仓库系统出入库仿真、生产物流仿真、机场仿真等领域。由于当前运用的Flexsim软件只涉及一些基本功能，所以还需对其进行升级，添进相配套的优化软件包。

2.2.3 建设流程

基于计算机仿真技术的物流实验室建设应遵循循序渐进、分阶段的原则。举例说明，选择相应的实验场所及设备，建设满足教学要求的仿真物流系统及仿真生产物流系统；然后再建设另两个仿真配送中心系统及仿真供应链系统。

在构建仿真物流各系统过程中，应通过委托开发与自行研发相结合的手段。由于对大型仿真物流系统进行开发时会耗费诸多的时间、精力，并且要求有丰富的计算机编程知识，所以应开展招投标活动，委托专业机构开发，同时自己与相关团队协作开展二次研发。

3 结论

C上所述可知，在培养物流人才过程中，实验教学环节发挥着不可忽视的作用，为高质量人才的培养提供了坚实的保障。从专业特色角度出发，制定系统完善的培养计划，构建实践性高的物流实验室，致力于将计算机仿真技术与物流实验室紧密结合，这不仅有助于进一步升华实验教学，推动物流健康持续发展，而且还极大地增强了学生的实践应用能力。

参考文献

[1]曾鸣.基于Flexsim的港口仓储作业过程仿真及优化研究[D].北京：北京交通大学硕士学位论文，2010.

[2]吕奇光，廖浩.仿真技术在物流实践教学中的应用探讨[J].重庆科技学院学报，2009（10）：221-222.

[3]初良勇.基于计算机仿真技术的物流实验室建设[J].航海教育研究，2012.

[4]高举红，陈思宇，刘晓宇.基于精益设计的生产能力分析与现场物流改善.工业工程，2010（01）.

[5]高辉.计算机实验的仿真技术探析[J].长春教育学院学报，2012（06）：130-131.

作者简介

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【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

[1] 吕,邓春健等.利用EDA技术全面改进数字电路课程教学[J].福建电脑,2008,(6).

[2] 刘静,边晓娜等.基于EDA平台的虚拟电子实验研究与实践[J].计算机教育,2007,(7).

[3] 黄培根等著.multisim 10 计算机虚拟仿真实验室[M].北京:电子工业出版社,2008.

[4] 黄荻.融入EDA技术,深入数字电路课程改革[J].中国现代教育装备,2008,(2).

[5] 江晓安等编著.数字电子技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2002.

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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。 转贴于

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.

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    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]。

    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。

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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。

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中图分类号：TP391.9

计算机技术自诞生之日距今已经有六十多年来，经过六十多年的快速发展，已经以其实用性和便利性成为了生产生活中不可缺少的重要工具。三维视景仿真技术作为计算机技术中的重要类别，由于其具有较高的经济性、实用性等显著特点而受到人们的普遍青睐。计算机仿真技术是运用计算机科学，建立被仿真对象的系统模型，在一定的条件下对被仿真对象进行动态实验的一项高端、综合性技术。人们可以利用这种实验获得尽量逼真的信息。根据最新的统计数据，仿真计算机技术已经在各个领域得到了最为普遍的运用，并且创造了虚拟现实这样的流行词汇。三维视景仿真技术在计算机仿真技术的全部技术应用中占有很大的比例，其融合了图片处理、多媒体、信息合成、显示等最新的高端技术，具有非常强大的功能和广泛的应用前景。

1 专用数字仿真计算机的特征

由于不同的反震计算机具有不同的内存容量、接口、运算速度等特点，因此，在半实物反正计算机系统中曾先后采用了模拟计算机、数模混合计算机、专用数字仿真计算机等不同特性的仿真计算机。我国的YE―2和AD100等仿真计算机代表了当前仿真计算机在国内的最高水平，目前，已经在精确制导武器等高、精、尖领域得到了十分普遍的应用。

1.1 专用数字仿真计算机的特征。YE―2和AD100等两类专用数字仿真计算机具有如下特征：一是在专用数字仿真计算机中运用了异构同步并行多处理机和广播型数据总线的方式，从而提高了专用数字仿真计算机的存储容量，从而提高了其运行速度。二是专门为专用数字仿真计算机设计了仿真语言，此种仿真语言简单、实用，编程简便，并且在其中还增加了数值积分算法模板，提高了使用效率，三是接口形式的多样化以及接口提取速度的稳定性，都保证仿真系统可以实现无仿真计算机的无缝对接，使得技术的硬件系统的得到有效的保障。除此之外，其还存在着能够为精确仿真计算帧时进行定时的优势。

1.2 专用数字仿真计算机的缺陷。YE―2和AD100等两类专用数字仿真计算机具有如下缺陷：一是数字接口技术还存在不足。专用数字仿真计算机能够提供十分全面的接口，但这些接口基本还是使用了模拟量接口，数字接口仪可以适用的总线形式不多，同时，接口在传输速度和距离等多种方面存在不足的情形，不能很好地满足专用数字仿真计算机的使用需求。二是维护起来不方便。由于该类型的专用数字计算机运用了专门的设计构造，因此，该类型的专用数字仿真计算机和一般的计算机存在比较大的区别，在进行维护时，需要专门的熟悉该中计算机的人员进行维护，一旦该计算机出现故障，需要维修，其所需要耗费的时间较长，耗费的费用较大。因此，可能会对实验的进度造成不利的影响，需要予以注意。

1.3 仿真计算机的未来发展方向。专用数字仿真计算机在经历过一段发展后，由于其存在的缺陷较多，已经无法完全满足实际的需要。仿真控制设备以及管理中使用的计算机都具有形式多样的应用软件和各种类型的接口。提高专用数字仿真计算机系统应用的关键是寻找到一种新型的模式，使其既具有专用数字仿真计算机的优势，而且还能满足高速实时数字接口的使用需要。当然，这样的需要也是航空精确制导武器中对仿真计算的需求，也是仿真计算机未来发展的方向。

2 仿真技术及实时网络技术的发展

2.1 实时网络技术应用。虽然高速接口形式比较多，可是仿真计算机系统在应用中还需要考虑信息共享，也就是多台设备可以共享信息。比如，对于某个目标信息而言，需要使用到特征信号生成设备、目标移动仿真设备以及数据链传输仿真设备等。由于仿真计算机系统十分复杂，系统内信息的交换很多，因此，使得系统设备的规模比较大。由于仿真计算机信息处理上的上述特点，因此，传统的点对点的接口形式不应当采用。但广播式、网络式等交互式接口形式可以满足仿真计算机的上述特点和要求。对于精确制导武器中所运用的半实物仿真系统而言，还要求各个信息节点能够实现信息的同步更新，也就意味着，信息传输的要具有很高的时效性，传输过程中尽量减少延迟。光纤反射内存映射式实时网络技术，也就是RT―net，通过研究分析，基本可以达到半实物仿真系统的要求。这种技术的特点是通过映射式的信息传达技术，将信息节点中某一个节点的信息能够自动映射到全部信息节点。因为映射的过程由硬件主导，系统信息传输的延迟较小。延迟较小也就意味着信息传输的高速性，也就能满足信息同步跟新的需求。这种RT―net网络通常具有两种拓扑网络结构。第一种是环行拓扑，第二种是星型网络结构，也就是通过由HUB实时连接的网络。RT―net网络技术将信息数据传输到任何一个信息节点的迟延较小，能够满足信息同步更新的要求。并且，假如其中一个信息节点出现故障，不会影响到其他节点的正常运行。因此，这点使得运用该种技术不需要让所有的设备都开机。RT―net的运行模式比较简单，在分布式的仿真计算机系统内，接插一个RT―net卡在每一台节点机上，再安装相应的驱动软件，就可以读写数据了。当数据被读写之后，RT―net卡将数据自动地传输到其他安装有RT―net的节点上。因此，有权限的访问者，只需要访问一个RT―net卡插接的节点即可。

2.2 仿真技术及和实时网络技术综合应用。专用数字仿真计算机被仿真工作站替换的可行性比较高，因为二者的软件内置大致相同，通过进行软件移植。实时网络在仿真计算机信息系统的二次应用和开发是仿真系统集成的关键所在，需要做如下的工作。一是做好仿真工作站与实时网络接口形式的检查；二是对仿真设备进行适应性修改以适应控制计算机的配置和特性，保证运行的稳定性，如果有必要的，还应当对驱动卡、程序进行相应的更改，以简化应用开发的工作。三是建立共享存储容量内存分配表。因为需要对信息进行实时共享，所以统一分配数据存储地址，对于注册信息、节点信息与状态标志、时钟信息等进行相关的规定。

3 新时期仿真计算机和实时网络技术的发展

在进行计算机的选型上不仅要考虑上仿真计算机的读取速度和内存容量，还要考虑到数字接口能力这一重要的选型要素。即要求所选的仿真计算机必须保证仿真系统对大量实时数据交换的稳定性，另外，仿真计算机还应该充分利用计算机实体本有的资源。在现如今，随着网络技术高速发展，我们必须时刻保证仿真技术信息的实时性，并且能够及时的实现多设备信息的高度共享。新时期仿真计算机和实时网络技术的发展，必将是沿着更加贴近实际，更加迅捷和实时的实现信息的处理和共享方向前行。

4 结束语

本论文主要通过首先分析研究目前的仿真技术中，专用数字仿真计算机的主要特征以及在实际的应用过程中存在的缺陷和不足，并根据存在的漏洞，科学合理的指出了仿真计算机未来发展的方向，其次对当前我国的实时网络技术应用的技术特点和现状做了一定的分析和总结；最后简要的介绍了如何实现仿真技术和实时网络技术在计算机中的综合应用。不难发现，随着我国仿真技术和实时网络技术在仿真计算机中的综合应用的不断加强，仿真计算机的性能和效率将会进一步得到提高，也将会具有更加广泛的应用前景。

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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

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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。

参考文献：

[1] 杨永生，郝小欣.分布交互式仿真技术在变电站仿真中的应用[J]. 电网技术.2000(9)

汤晓青，周林，栗秋华.输配电线路施工技术仿真系统的设计与实现[J]. 四川电力技术.2007(2)

姜芳芳，来文青，龚庆武.虚拟现实在变电站仿真系统中的应用[J].高电压技术.2005(7)

王邦志，林昌年，蒲天骄.变电站集中监控仿真系统的设计与实现[J].电网技术.2004(8)

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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，并取得了显著的效果，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著的作用。

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著，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。

参考文献

[1] 杨永生，郝小欣.分布交互式仿真技术在变电站仿真中的应用[J]. 电网技术.2000(9)

[2] 汤晓青，周林，栗秋华.输配电线路施工技术仿真系统的设计与实现[J]. 四川电力技术.2007(2)

[3]姜芳芳，来文青，龚庆武.虚拟现实在变电站仿真系统中的应用[J].高电压技术.2005(7)

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一、引言

随着计算机技术的飞速发展，虚拟现实技术已经从前沿的航天、军事领域开始进入教育领域，并涉及高等教育的各个学科。计算机变成实验台，软件变成仪器，网络变成实验室的虚拟现实技术能形象生动地表现各个学科的教学内容， 有效地营造随技术发展的教学环境，提高教学质量。

二、虚拟现实技术概述

虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及显示技术，生成三维的虚拟环境，介入者利用键盘、鼠标等输入设备，或者带上头盔、数据手套等传感设备进入虚拟环境，在虚拟环境中进行实时交互，并且能够感知和操作虚拟环境中的各种对象，获得身临其境的感受和体验。

虚拟现实技术具有沉浸感、交互性和想象力三个基本特征。在具体的教学实验中，学生可以作为主角存在于虚拟环境中，对虚拟环境内的物体进行操作并从环境中得到自然的反馈，而且当学生沉浸在多维信息空间中时，能够主动地获取知识，寻求解答，形成新的概念。

虚拟现实技术以其诸多的优点决定了它在教育领域中的重要作用。一是避免真实实验或操作所带来的各种危险并降低真实实验的实验用品损耗；二是在虚拟实验中可以获得与真实实验一样的学习效果，还可根据实验教学发展需求“引入”新设备，不断对新设备进行扩展。三是彻底打破空间与时间的限制。总之，虚拟现实技术结合多媒体技术和计算机网络，能提高实验效果与效率，充分发挥教学优势。

三、虚拟实验室的实现

虚拟实验室是由虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟实验的实验系统，包括相应实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对象以及实验信息资源等。在虚拟实验室中，学生能够在计算机建立的三维的模拟实验场景中从不同的视角观察一个实验对象，通过鼠标的选择或者拖曳操作便可完成与虚拟实验对象之间的交互。

（一）仿真实验

虚拟实验室实际上就是数字化的仿真技术在实验教学中的应用，一个真正的虚拟实验教学系统的前台是多媒体或是虚拟化的环境，后台是实时仿真的过程。

目前的仿真软件很多，如EASY-T、VT-LINK3.3、SPW、Cadance、Mentor、MatLab、Protel2004、LabView、OpenGL、MultiGen等。在构建虚拟实验时，应根据具体需求，选择合适的开发工具。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的结合起来是虚拟实验室建立的关键和核心技术。

（二）支持技术

目前国内外对虚拟实验室的开发大致采用以下几种方法 ：

1．使用JAVA+VRML进行开发。Java目前已经成为跨平台应用软件开发的一种规范，主要讨论对象行为。VRML 是一种虚拟现实建模语言，着重于虚拟场景中对象的特征。采用JAVA+VRML混合编程是实现较复杂动态场景控制等高级交互功能的有效方法。但基于VRML虚拟现实的虚拟实验在制作上较复杂，客户端需要有大量的专业的设备（如头盔、触觉手套等），附加成本较高，并且运行VRML对客户端计算机的性能要求也很高。

2．使用ActiveX控件进行开发。ActiveX技术是Microsoft为适应网络发展的需要而将OLE技术在Internet上的重定义。在虚拟实验室的开发过程中，代码复用性对于持续开发过程尤为重要。可以利用VB、VC++、Delphi、Builder等任何一种支持COM规范的开发工具来进行ActiveX控件的开发。由于ActiveX控件只能运行在基于Microsoft Windows的操作系统，因而移植性和通用性较差。

3．使用QuickTime VR进行开发。QuickTime VR（简称QTVR）是新一代的、基于静态图像处理的实景建模的虚拟现实技术。QTVR可以应用照片、录像或数字图像等离散数据来创建虚拟环境，完成三维空间及三维物体的造型，并实现全方位观察。具有更高的真实感、更丰富的图像和更鲜明的细节特征。QTVR制作简单、周期较短、可控性也很强，对开发一些简单的网络实验教学软件的难度不大。

4．使用FLASH进行开发。FLASH是一种基于矢量的图形系统，具有短小精悍、任意缩放、兼容性良好、嵌入ActionScript脚本功能等特点。而且Flash中的工作组功能极为强大，包含一套新的工作流程，可自动更新Flash网站的数据驱动，从而大大节约了开发者的时间。因此，FlashActionScript是网上教学虚拟实验室开发的最佳平台。

（三）功能模块设计

无论建设哪个学科的虚拟实验系统，从功能模块上均可划分为三个部分。

1．网络服务。用户可通过网络注册个人信息并经过验证后登录虚拟实验系统。登录该系统后学生可自主选择将要进行的实验，并根据实际需要获得相关的指导。

2．仿真实验。采用计算机仿真技术来构建实验模型，设计出用于测试的虚拟仪器设备、实验线路或回路、实验元器件或构件库、判别实验效果的评价标准等。用户选择相关的仿真实验以后，根据提示进行相关的操作，观察实验现象并记录实验结果。

3．数据库。为虚拟实验系统提供相关的数据服务。维护虚拟实验系统的数据信息及用户的相关权限，为仿真实验提供支持。

四、结束语

如何将虚拟现实技术很好地运用于教学中是目前教育领域发展的一个新热点。虚拟现实技术在教学中具有广阔的应用和发展前景。虚拟实验的普及能更好的提高教学效率，优化教学过程，达到更好的教学效果。

参考文献

[1]孙宏彬等，VRML－Java远程虚拟教学平台的研究与实现[J].现代远程教育研究，2003（2）.

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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。