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計算機仿真技術(shù)論文精品(七篇)

時間:2022-09-26 14:59:43

序論:寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感,挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相,好投稿為您帶來了七篇計算機仿真技術(shù)論文范文,愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑,助力您的創(chuàng)作。

計算機仿真技術(shù)論文

篇(1)

【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诋斀裰圃鞓I(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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[2]熊光楞.計算機仿真及其在制造業(yè)中的應(yīng)用[J].計算機仿真,2012,2(14):20-27.

[3]鄭力,盧繼平等.虛擬制造技術(shù)[J].計算機輔助設(shè)計與制造,2013(09):62-67.

篇(2)

【關(guān)鍵詞】教育技術(shù);計算機仿真;教學(xué)平臺

【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009―8097(2009)06―0124―03

引言

現(xiàn)代信息技術(shù)環(huán)境為信息教育的開展提供了重要保證。在這樣的環(huán)境下,如何對學(xué)與教的過程和學(xué)與教的資源進行設(shè)計、開發(fā)、使用、評價和管理,是一個有待于開發(fā)和探討的課題[1]。

作為現(xiàn)代信息技術(shù)的重要組成部分−− 機器人仿真技術(shù)一般 用于工程設(shè)計,還沒有用于高等學(xué)校聽障學(xué)生學(xué)習(xí)計算機編程語言先例,它優(yōu)良的計算機界面圖象仿真功能,從視覺補償角度非常適用于聽障學(xué)生的特點。利用這一特性,我們將計算機編程語言學(xué)習(xí)中聽障學(xué)生所遇到的難點,教學(xué)點用仿真圖示的方法進行新的教學(xué)方法組合。例如:流程圖設(shè)計與編寫計算機指令的關(guān)系,我們拋開聽障學(xué)生不易明白的技術(shù)術(shù)語,以工程設(shè)計項目為方式,機器人創(chuàng)新教育的教學(xué)訓(xùn)練的模式[2] ,設(shè)計了流程圖與指令對應(yīng)同時與所寫指令有明確執(zhí)行效果的教學(xué)方法(見下圖1)。

由于是工程項目設(shè)計,目標易于理解,聽障學(xué)生可以很容易地根據(jù)目標選用流程圖中的圖形進行過程組合,而在流程圖的組合過程中對應(yīng)的計算機指令也實事 的顯示出來。指令的用法也一目了然。聽障學(xué)生通過這一方法,首先知道流程圖的基本畫法,其中每一個圖框中應(yīng)寫那 條指令,而且明白所寫指令對應(yīng)的實際效果是什么。利用這種圖、文、做一體的簡便方式,聽障學(xué)生可以很清楚的看到計算機語言的編寫過程和機器指令的使用方法。針對結(jié)果中出現(xiàn)的問題可以很清楚地知道在何處修改,同時可實時看到修改的結(jié)果。用這種教學(xué)模式可使聽障學(xué)生的“入門” 較輕松,溝通較容易,這樣便 使他們對學(xué)習(xí)編程建立信心。

一 基本設(shè)計思路

常規(guī)的計算機高級語言的教學(xué)一般選用指令分類的形式講解, 每條指令的含義可用語言、文字解釋。教材可以簡潔明了。但聽障學(xué)生由于聽力障礙, 基礎(chǔ)術(shù)語、語言文字能力較差,簡潔的教材, 使得講解十分困難, 同時沒有聽障學(xué)生適用的輔助教具, 更增加了聽障學(xué)生的理解難度。為解決以上所涉及的難題,在本教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計中引入仿真機器人,采用了屏幕機器人仿真和流程圖與計算機語言對照的方式來講解計算機高級語言, 大家知道:在計算機輔助教學(xué)系統(tǒng)中,被計算機程序化的影像起著視聽教材的作用[3]。根據(jù)這一原理,我們將語言的學(xué)習(xí)變成屏幕游戲的編寫, 不刻意強調(diào)每條指令的結(jié)構(gòu), 用簡單的圖面對比來告訴聽障學(xué)生指令的意義和用法。這種視覺補償?shù)姆绞? 可很好地兼顧聽障學(xué)生的生理特點, 揚長避短。設(shè)計原理框圖見圖2:

二 課程設(shè)計方案

1教學(xué)對象分析

在教學(xué)過程中, 我們發(fā)現(xiàn)聽障學(xué)生極易放棄他們認為不易掌握的知識, 盡管有些在正常人看來是及其 簡單的。為使聽障學(xué)生能達到既定的學(xué)習(xí)目標,教師必須考慮聽障學(xué)生達到此教學(xué)目標所經(jīng)歷的心理歷程。本教學(xué)環(huán)境選用了視覺補償?shù)母拍? 利用計算機仿真技術(shù)從基礎(chǔ)知識入手,利用顯、淺、易、懂的方式引導(dǎo)聽障學(xué)生進入教學(xué)情景, 最大限度的集中聽障學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)的注意力,積極參與到既定的教學(xué)過程中,提高學(xué)習(xí)效率。

從教學(xué)內(nèi)容來講,要分析掌握技能與聽障學(xué)生原有學(xué)習(xí)習(xí)慣之間存在的差異,面向?qū)W生的學(xué)習(xí)需要[4],聽障學(xué)生還有多少知識沒有掌握。從教材上來講,教師應(yīng)努力以鮮活的知識、通俗易懂的教授形式把生硬的教材符號簡單化。

以往教學(xué)目標關(guān)注較多的是知識, 技能。缺少為達到此目標所進行的感情、能力的關(guān)注。對聽障學(xué)生而言,教學(xué)目標與他們的生理、心里、認知能力之間有很大的聯(lián)系, 而溝通難是工科學(xué)科教學(xué)中的一大難點。因此教學(xué)目標的設(shè)計首先要以如何使聽障學(xué)生能夠?qū)W會為主要目的,即用仿、學(xué)、做結(jié)合的方式改變“溝通難” 的問題。

2 教學(xué)目標

(1)根據(jù)知識的性質(zhì)確定教學(xué)方式[5]。通過仿真教學(xué)輔具的幫助,聽障學(xué)生能夠較有成效地學(xué)習(xí)計算機編程語言的知識及基本操作,培養(yǎng)聽障學(xué)生建立基本工程設(shè)計的概念,使聽障學(xué)生能運用計算機仿真的手段將制定項目 設(shè)計構(gòu)思以直觀形象表達 出來,同時聽障學(xué)生可用此方法完成自定義項目的練習(xí)。

(2)教學(xué)設(shè)計過程要根據(jù)聽障學(xué)生的生理特點和知識水平選擇教授知識的切入點,教師應(yīng)“激活” 以符號為主要載體的書本知識,并對其進行個性化解讀和詮釋[6]。教授給 聽障學(xué)生學(xué)會選擇,正確使用,把學(xué)習(xí)內(nèi)容分解成為一系列更易處理的單一子任務(wù),從而使聽障學(xué)生獲得一種較為輕松的學(xué)習(xí)環(huán)境。感受到科學(xué)的有用和研究的

樂趣,在親歷體驗的過程中構(gòu)建他們動態(tài)的知識體系,從而學(xué)會學(xué)習(xí)、樂于學(xué)習(xí)。

三 設(shè)計方法

1 課前準備

(1)教學(xué)點:流程圖設(shè)計與編寫計算機指令的關(guān)系及設(shè)計效果。

(2)構(gòu)建計算機仿真技術(shù)支持的學(xué)與教實踐教學(xué)環(huán)境。

學(xué)生每人一臺教學(xué)計算機,在機器上裝有仿真教學(xué)輔助軟件。

學(xué)生自由組合組成練習(xí)小組,搭建實踐教學(xué)用仿真場地同時配備教學(xué)機器人一臺。

2 教學(xué)流程

(1)復(fù)習(xí)流程圖的基本知識。

(2)利用仿真教學(xué)平臺中流程圖設(shè)計子系統(tǒng),建立指定項目的設(shè)計流程。觀察流程圖的設(shè)計過程與指定項目之間的邏輯關(guān)系,流程圖的圖示化選擇是否正確,并分析原因。

(3)觀察流程圖的圖形模塊所生成的計算機指令與單一指令設(shè)計的不同。

(4)將流程圖對應(yīng)生成的計算機指令調(diào)入到計算機語言的編譯環(huán)境中,進行語法檢查,通過后,進入仿真。

例如:―― 設(shè)計一個《機器人走四邊形》的工程訓(xùn)練項目,學(xué)習(xí)條件轉(zhuǎn)移語句的使用。

首先:拋開聽障學(xué)生不易明白的技術(shù)術(shù)語,以工程設(shè)計項目為方式,利用《聾教育仿真教學(xué)平臺》設(shè)計了流程圖與指令對應(yīng)同時與所寫指令有明確執(zhí)行效果的教學(xué)方法(見圖3)。

第二:對應(yīng)學(xué)習(xí)計算機編程語言指令― 講解用while實現(xiàn)虛擬前行的方法,條件循環(huán)走正方形指令。

第三:指導(dǎo)學(xué)生利用教學(xué)軟件在計算機屏幕上利用圖形化C語言編譯環(huán)境工具完成指定教學(xué)科目的訓(xùn)練,教授對應(yīng)學(xué)習(xí)的手段和方法。讓學(xué)生了解語言編程的基本方法和調(diào)試手段。

3 教學(xué)過程

根據(jù)圖2我們可知,這是一個虛擬機器人運動的工程項目,我們將此單元課程設(shè)計為:

第一:設(shè)定工程目標: 虛擬機器人向前行走一段距離然后右轉(zhuǎn),重復(fù)進行。

第二:選用流程圖與機器指令對應(yīng)的設(shè)計方法講解計算機語言。

首先用圖形化編輯的方法列出流程圖,此時每一個流程圖形所對應(yīng)的機器指令亦同時在屏幕上對應(yīng)顯示出來。

第三:學(xué)習(xí)機器指令,講解使用方法。

第四:屏幕仿真,觀看設(shè)計結(jié)果。見圖4。若有誤差對應(yīng)修改。

第五:保存結(jié)果。

四 小結(jié)

利用這種圖、文、做一體的簡便方式,聽障學(xué)生可以很清楚的看到計算機語言的編寫過程和機器指令的使用方法。針對結(jié)果中出現(xiàn)的問題可以很清楚地知道在何處修改,同時可實時看到修改的結(jié)果。用這種教學(xué)模式可使聽障學(xué)生的“入門” 階段的學(xué)習(xí)較輕松,技術(shù)溝通較容易,這樣便使他們對學(xué)習(xí)編程這門課程建立信心。用這種方法作為“入門”階段的的教學(xué)途徑,降低入門難度,從教學(xué)結(jié)果看聽障同學(xué)掌握較好,課堂氛圍輕松。

仿真技術(shù)用于聽障學(xué)生的計算機語言教學(xué)實際上是一個新的課題。本著淺顯易懂的教學(xué)理念,在教學(xué)時進行了如下設(shè)計:

第一:課前準備。將現(xiàn)代仿真技術(shù)成為聽障學(xué)生課堂教學(xué)的組成元素。創(chuàng)建一個新穎的實踐教學(xué)環(huán)境。減輕聽障學(xué)生學(xué)習(xí)難度, 樹立學(xué)習(xí)的信心。這樣可以減輕聽障學(xué)生學(xué)習(xí)計算機高級語言普遍存在的畏難情緒。

第二:從整個教學(xué)設(shè)計中關(guān)注學(xué)生自主參與,要照顧聾生的思維進程[7],將合作學(xué)習(xí)貫穿在查找、收集、交流、構(gòu)思(設(shè)計)和運行等各個教學(xué)環(huán)節(jié)之中,確立學(xué)生的主體地位,培養(yǎng)了合作精神。提倡項目式合作訓(xùn)練,使學(xué)生把學(xué)習(xí)過程當成一種“游戲” ,輕松愉快,減輕了學(xué)習(xí)過程中的心理壓力。

第三:重視以發(fā)展的眼光來評價學(xué)生的設(shè)計,盡可能挖掘?qū)W生在學(xué)習(xí)中的閃光點,并給予充分的肯定,讓每個學(xué)

生都有成功的體驗,從而讓他們樹立信心,初步學(xué)會計算機語言的編程規(guī)律。 有一個良好的開端。

五 教學(xué)后記

通過教學(xué)輔具在聽障教學(xué)中的使用,以構(gòu)建計算機仿真技術(shù)支持的學(xué)與教創(chuàng)新環(huán)境為出發(fā)點,利用計算機仿真的教學(xué)手段,同時運用身心障礙補償和技能訓(xùn)練的方法,對有聽力障礙的學(xué)生進行現(xiàn)代技術(shù)知識的傳授。教師利用這一教學(xué)載體,通過機器人創(chuàng)新教育的教學(xué)訓(xùn)練模式,力求解決聽障學(xué)生學(xué)習(xí)計算機語言“入門難” 的問題,聽障學(xué)生能借助此技術(shù)來改善學(xué)習(xí)境況,同時建立一種新的聽障教學(xué)的實踐模式。

特殊教育象征著一個社會的文明程度和發(fā)展水平,特教教學(xué)是一個復(fù)雜而細膩的過程, 教師的一個手勢,一個微笑,一句稱贊等各種表示都會對聾啞學(xué)生產(chǎn)生很大的影響,更由于聽障教學(xué)人文主義色彩較為濃厚,這種作用就更為重要。而我們在發(fā)展的同時要始終把握好一個原則,那就是技術(shù)只能是一種工具,無法代替人的情感因素。根據(jù)聽障學(xué)生認知活動的特點來選擇恰當?shù)慕虒W(xué)策略[8]。將情感因素帶入教學(xué)中,幫助聽障學(xué)生克服心理障礙,提高學(xué)習(xí)質(zhì)量,達到最終教學(xué)目標。

參考文獻

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The Design and Practice of Computer Programming Language Teaching for Deafness Students

HAN Yu-min

(Special Education College of Beijing Union University Beijing100075,China)

篇(3)

【關(guān)鍵詞】物流系統(tǒng)仿真;Flexsim軟件

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,物流業(yè)迅速地成長,全國各地的物流工程建設(shè)也在逐步展開,但在項目的投資建設(shè)中產(chǎn)生了一系列的合理性分析的問題,如技術(shù)、經(jīng)濟可行性和管理方法等。如物流配送中心在規(guī)劃建設(shè)過程中的選址是否恰當,其容量設(shè)計、裝備配置和場地規(guī)劃是否合理,是否能夠更好簡化工作,節(jié)約成本和時間,對理貨、存儲、分揀等工作區(qū)的劃分是否能夠更加方便各項作業(yè)的進展和管理。對于這些實際的問題,如果只憑經(jīng)驗和感覺來判斷,難免會有些方面被疏忽,建成后再進行調(diào)整就會增加建設(shè)的成本,耽誤正常的工作,從而帶來巨大的損失。

物流仿真技術(shù)是借助計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)學(xué)手段,采用虛擬現(xiàn)實方法,對物流系統(tǒng)進行實際模仿的一項應(yīng)用技術(shù)。它需要借助計算機仿真技術(shù)對現(xiàn)實物流系統(tǒng)進行系統(tǒng)建模與求解算法分析,通過仿真實驗得到各種動態(tài)活動及其過程的瞬間仿效記錄,進而研究物流系統(tǒng)的性能和輸出效果。物流仿真技術(shù)最大的優(yōu)點就是不需要實際設(shè)備的安裝,不需要實際實施相應(yīng)的方案,即可驗證如下目標:①增加新設(shè)備后給企業(yè)帶來的效應(yīng);②設(shè)計新的生產(chǎn)線的好壞;③比較各種設(shè)計方案的優(yōu)劣等等。本文主要研究物流系統(tǒng)仿真技術(shù)的基本理論,并通過Flexsim仿真軟件進行說明說明。

1.物流系統(tǒng)仿真的特點

物流系統(tǒng)仿真的特點主要體現(xiàn)在以下3個方面。

(1)物流系統(tǒng)中流的仿真:對于物流系統(tǒng)中的多種流,如貨流、車流、信息流、資金流等,可以采用動態(tài)仿真 描述流的產(chǎn)生、流動、消失、積累和轉(zhuǎn)換等。

(2)物流系統(tǒng)中排隊的仿真:由一個或多個服務(wù)臺和等待服務(wù)的顧客組成的離散系統(tǒng)成為排隊系統(tǒng)。物流系統(tǒng)是復(fù)雜的離散事件系統(tǒng),并且各種設(shè)施設(shè)備可以看作是服務(wù)臺,各種實體貨物等可以看作是顧客等待接收服務(wù)。

(3)物流系統(tǒng)組織中資源的因素仿真:物流組織是通過各種人員和設(shè)備參與實現(xiàn)的,這些都是物流系統(tǒng)中的資源。通過對各種資源不同的規(guī)劃,物流服務(wù)質(zhì)量和運作效率也是有差異。利用計算機仿真技術(shù)描述人和設(shè)備的行為過程,可以得出較優(yōu)的物流體統(tǒng)組織方案。

2.物流系統(tǒng)仿真的優(yōu)勢

在構(gòu)建物流系統(tǒng)時,由于建設(shè)投資巨大,存在一定的投資風(fēng)險,且建成后發(fā)現(xiàn)了不合理的地方需要改造,成本將會非常的高。利用仿真技術(shù)實現(xiàn)物流系統(tǒng)各個模塊的運行狀況,并得出適應(yīng)發(fā)展、經(jīng)濟有效的設(shè)計方案。物流系統(tǒng)仿真技術(shù)的主要有以下優(yōu)點。

(1)對于復(fù)雜的物流系統(tǒng)可以采用仿真的方法構(gòu)建模型;(2)對于新的物流系統(tǒng),無需實際建設(shè)投資,可先利用計算機仿真模擬對新系統(tǒng)進行可行性和效率做出正確的評判,如方案合理再實施,降低投資風(fēng)險;(3)可以對多個方案進行分析對比,從中選擇最優(yōu)方案;(4)通過仿真調(diào)整目標函數(shù)和約束條件來優(yōu)化方案。

3.物流系統(tǒng)仿真的步驟

物流系統(tǒng)仿真的一般步驟:(1)弄清問題,掌握實際情況;(2)收集整理資料;(3)確定各個因素之間的相互關(guān)系;(4)構(gòu)造仿真模型模型;(5)確定模型參數(shù);(6)檢驗?zāi)P偷恼_性;(7)仿真模型的運行及結(jié)果分析。

4.Flexsim仿真軟件

4.1 Flexsim仿真軟件介紹

Flexsim是由美國的Flexsim Software Production公司出品的,是一款商業(yè)化離散事件系統(tǒng)仿真軟件。Flexsim采用面向?qū)ο蠹夹g(shù),并具有三維顯示功能。建??旖莘奖悖@示能力強大,特別適合于生產(chǎn)制造、配送、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域。其主要特點包括:(1)基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)建模;(2)突出的3D圖形顯示功能;(3)建模和調(diào)試的方便;(4)建模的擴展性強;(5)開放性好。

4.2 應(yīng)用Flexsim仿真軟件建模仿真方法

(1)設(shè)置模型布局

Flexsim對象庫中的對象基本能夠反映各項實際設(shè)施。如進貨源和出貨源可以分別用發(fā)生器和吸收器來表示,加工作業(yè)可以用處理器表示,貨架、運輸機、操作員分別有相應(yīng)的實體表示。并根據(jù)各個實體的數(shù)量尺寸,將其調(diào)整到適當?shù)奈恢茫蛊渑c實際方案相符。在設(shè)置這些參數(shù)時,要根據(jù)具體的對象特征設(shè)置參數(shù)才能正確的模擬顯示。

(2)定義“流”

根據(jù)系統(tǒng)中各對象之間的邏輯關(guān)系,連接相應(yīng)的端口,構(gòu)建模型的邏輯流程。

實體與實體之間的聯(lián)系可用輸入輸出(A)連接或者中間端點(S)連接。作業(yè)的流程要與實際作業(yè)時的流程相符合。

(3)設(shè)施參數(shù)的設(shè)計

根據(jù)每個對象所描述的物流系統(tǒng)的特征,設(shè)定對象的參數(shù)。Flexsim中常用的一些仿真參數(shù)主要有:

①生成器參數(shù):可按到達時間間隔模式、到達時間表模式、到達序列模式創(chuàng)建臨時實體。通過生成器可以設(shè)置貨物的到達類型和到達時間分布等。

②處理器參數(shù):處理器參數(shù)一般用到的是處理器容量、處理時間、預(yù)置時間、平均故障時間和平均維修時間等。

③暫存區(qū)參數(shù):暫存區(qū)參數(shù)主要有暫存區(qū)容量、暫存區(qū)大小、暫存區(qū)貨物堆放形式等。

④貨架參數(shù):貨架參數(shù)主要有貨架容量、貨架列數(shù)、層數(shù)、列寬、層高、最小停留時間和堆存方式等。

⑤運輸工具參數(shù):運輸工具包括工人、運輸叉車、堆垛機等,參數(shù)主要有裝載時間、卸載時間、運行速度、裝載量、加速度以及運輸線路設(shè)計等。

⑥臨時實體流參數(shù):臨時實體流參數(shù)決定實體如何將臨時實體送到下游。這些參數(shù)主要有送往端口、是否使用運輸工具、是否拉動、拉動條件、優(yōu)先級等。

4.3 編譯運行與仿真結(jié)果分析

在完成模型的建立后,可以對仿真模型進行編譯運行。為了減小誤差,可以通過反復(fù)多次的運行或根據(jù)不同的設(shè)定條件運行,得出仿真的結(jié)果。分析實驗中各個對象的工作狀況及效率,對比不同的實驗的結(jié)果,提出改進優(yōu)化措施,并再次進行驗證。最終得出最優(yōu)的方案。

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篇(4)

參考文獻的寫作要是真實可靠的,是隨時都可以查閱到的,標準的參考文獻規(guī)范格式的書寫是每個論文作者都必須要有的素養(yǎng)。關(guān)注學(xué)術(shù)參考網(wǎng)查看更多優(yōu)秀的論文參考文獻,下面是小編整理的關(guān)于軟件開發(fā)論文參考文獻,歡迎大家閱讀借鑒。

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首先將模擬電子技術(shù)課程的教學(xué)體現(xiàn)在三個方面:課堂理論教學(xué)、計算機仿真技術(shù)輔助教學(xué)和實踐教學(xué)。其次,模擬電子技術(shù)相關(guān)知識點的實踐應(yīng)用則貫穿于大二(下)到四年級的畢業(yè)設(shè)計,如大二的電子技術(shù)基本技能訓(xùn)練、模擬電子技術(shù)課程設(shè)計,大三的綜合電子系統(tǒng)設(shè)計,大四的畢業(yè)設(shè)計等。其三,除了這些必修科目以外,在一些選修類項目,如大學(xué)生科技創(chuàng)新、電子設(shè)計競賽、社團組織中也體現(xiàn)了模擬電子技術(shù)知識的運用。通過培養(yǎng)方案的調(diào)整,可以行之有效的保證學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間不斷學(xué)習(xí)、實踐模擬電子的相關(guān)知識,將學(xué)以致用的理念貫穿于整個在校學(xué)習(xí)期間,使學(xué)生在反復(fù)學(xué)習(xí)實踐中不斷拓展知識的深度和廣度,具有分析問題、解決問題的工程實踐能力。

二、改革探索更加有效的教學(xué)模式

(一)教學(xué)手段不斷改革

為了改進教學(xué)質(zhì)量,提高教學(xué)效果,為培養(yǎng)應(yīng)用型人才提供有力支持,近年來,我們在教學(xué)手段的不斷改進方面做了有益的嘗試。第一,引入計算機仿真技術(shù),將理論與實踐有機結(jié)合。在教學(xué)中引入仿真技術(shù),有效的改進了教學(xué)效果,增強了學(xué)生分析問題、解決問題的能力。首先,站在教師的角度,仿真技術(shù)的使用,使教師在原有電子課件的基礎(chǔ)上,加入了對實際電路的分析過程,使得教學(xué)生動直觀,加深學(xué)生對概念和規(guī)律的理解和掌握。通過仿真軟件,不僅可以幫助學(xué)生理解一些抽象概念,并且可以使其深刻理解在電路中,各元件參數(shù)對電路的影響。其次,從學(xué)生的角度看,將計算機仿真技術(shù)與模擬電子技術(shù)教學(xué)內(nèi)容有效結(jié)合,使學(xué)生通過仿真直觀的了解本課程研究中所能解決的實際問題,有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與參與探索的求知欲。如在學(xué)習(xí)完相關(guān)理論后,引導(dǎo)學(xué)生利用仿真軟件自行設(shè)計波形信號發(fā)生器、多路輸出的直流穩(wěn)壓電源、心電圖信號放大器、低頻功率放大器、光電報警器等。學(xué)生通過這樣一些模擬電路的實際應(yīng)用,了解了課程的作用,明確了學(xué)習(xí)目標,產(chǎn)生了好奇心,激發(fā)了學(xué)習(xí)動力。在教學(xué)中引入計算機仿真技術(shù),使學(xué)生在教師的引導(dǎo)下帶著問題進行自發(fā)學(xué)習(xí),使整個學(xué)習(xí)過程始終處于探索研究、再探索研究到最終驗證的良性循環(huán)過程。第二,開放實驗室,提供探究和創(chuàng)新的良好環(huán)境。模擬電子技術(shù)是一門實踐性很強,并且面向工程的課程,基本的應(yīng)用電路在掌握了基本理論后,都需要實驗來驗證。通過實驗驗證理論→發(fā)現(xiàn)問題→結(jié)合理論修正問題→再次進行實驗驗證,通過這樣一個螺旋式過程,學(xué)生學(xué)習(xí)知識的深度和廣度均不斷拓展。同時,也讓學(xué)生深刻體會到了實踐和理論的差異,在實踐中切實鍛煉了學(xué)生分析解決問題的能力。院系面向電子信息類學(xué)生開放電子技術(shù)實驗室,為學(xué)生提供了理論聯(lián)系實踐的場所,更為學(xué)生進行探究式學(xué)習(xí)提供了不可取代的自主學(xué)習(xí)平臺,是培養(yǎng)學(xué)生探究未知能力、實踐能力和創(chuàng)新能力的必要途徑。除集中實驗外,課后及其他學(xué)期學(xué)生根據(jù)自己的興趣及時間安排,自行登記到實驗室進行實驗和研究。電子技術(shù)實驗室安排值班教師為實驗學(xué)生答疑,幫助學(xué)生探究和創(chuàng)新。實驗室的開放,滿足了不同層次學(xué)生培養(yǎng)實踐能力的要求,體現(xiàn)了因人而異、因材施教的教育理念。第三,充分利用網(wǎng)絡(luò)資源,引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。模擬電子技術(shù)課程為校級精品課程,目前在建校級資源共享課程。現(xiàn)有的精品課程網(wǎng)站,為學(xué)生的課外學(xué)習(xí)提供了一個高效的研究型學(xué)習(xí)平臺。精品課程網(wǎng)站提供了豐富的和教學(xué)相關(guān)的資訊。學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和愛好,進行探索式研究式自主學(xué)習(xí)。這樣的學(xué)習(xí)模式不受空間和時間的制約,延伸了學(xué)生獲取知識的途徑,不僅使得學(xué)生的學(xué)習(xí)變得更加便捷,而且學(xué)習(xí)起來更加自主、高效,更重要的是在學(xué)生能力培養(yǎng)方面起到了不可或缺的作用。

(二)教學(xué)方法不斷改進

教學(xué)是一個獲取知識、啟迪思想、激發(fā)潛能、培養(yǎng)能力的過程,它需要教師根據(jù)自己的教學(xué)能力設(shè)計一種教學(xué)策略,通過優(yōu)化的教學(xué)手段和教學(xué)方法,在課堂上將教學(xué)內(nèi)容精彩而生動地展示給學(xué)生,并且在課后進一步挖掘?qū)W生自主學(xué)習(xí)的潛力。在培養(yǎng)應(yīng)用型人才思想指導(dǎo)下,我們不斷在教學(xué)方法上進行探索和改進,側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力。

1.采用啟發(fā)探索式教學(xué)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,提高教學(xué)質(zhì)量。

采用啟發(fā)探索式教學(xué)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,教師在教學(xué)中主要承擔(dān)主導(dǎo)作用。在對課程進行教學(xué)設(shè)計時,在保證基本概念的基礎(chǔ)上部分重點采用案例式教學(xué),通過分析實際電路,引入知識點。通過課堂討論、仿真軟件演示、習(xí)題研究等環(huán)節(jié),引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí),讓學(xué)生由被動的接受知識轉(zhuǎn)化為主動的探索知識,充分發(fā)揮學(xué)生在教學(xué)中的主體作用。教師在完成一個知識點或一個章節(jié)的教學(xué)后,布置兩到三個綜合性的問題,讓學(xué)生自由分組形成課題組。利用課余時間自行通過查閱資料完成題目的分析、方案選擇、電路仿真設(shè)計、結(jié)果分析,并制作出一份多媒體課件及電子文檔說明原理、分析過程、重難點及注意事項,由課題組選派一名同學(xué)在課堂上進行講解,并且接受老師和同學(xué)的提問,進行討論。在這個過程中,學(xué)生不僅從中領(lǐng)會自學(xué)的思路,學(xué)會分析問題和解決問題,而且還培養(yǎng)了團隊協(xié)作能力和科技論文的寫作能力。還有一點也是很重要的,即講解之后還要接受老師和同學(xué)的提問,進行討論。在這個環(huán)節(jié)中,不僅可以查漏補缺,檢查出學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的薄弱環(huán)節(jié),及時加以彌補,而且也可以有效的促進教學(xué)相長,教師可以根據(jù)討論中學(xué)生反映出的興趣點對教學(xué)過程進行進一步優(yōu)化。最后,在教與學(xué)的位置互換中,學(xué)生親身體驗了“教”,這有助于加強師生之間的互相理解。

2.鼓勵支持學(xué)生自主學(xué)習(xí),拓展知識廣度與深度。

課堂教學(xué)無論在時間和內(nèi)容上都是有限的,除了課堂教學(xué),課后可供學(xué)生自主支配的時間很多。引導(dǎo)學(xué)生利用好課余時間,是提高學(xué)習(xí)質(zhì)量的一個有效工具。如在初期給出參考書目,讓學(xué)生閱讀,撰寫讀書報告;給出優(yōu)秀的模擬電子技術(shù)學(xué)習(xí)網(wǎng)站或電子論壇,指導(dǎo)學(xué)生進行自主學(xué)習(xí);訂好答疑時間,定期解答學(xué)習(xí)過程中遇到的問題;鼓勵學(xué)生參加專業(yè)社團及校省級大學(xué)生創(chuàng)新項目;在學(xué)生自愿報名的基礎(chǔ)上,優(yōu)選學(xué)生參與省及國家的電子設(shè)計競賽和智能車大賽;鼓勵和幫助學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文等。參與以上活動的優(yōu)秀學(xué)生,根據(jù)培養(yǎng)方案中規(guī)定,均獎勵相應(yīng)的學(xué)分,旨在鼓勵和培養(yǎng)學(xué)生的研究創(chuàng)新能力。通過近幾年的實踐,反映出學(xué)生普遍對面向?qū)嶋H、有挑戰(zhàn)性的課題比較感興趣。而興趣是促進學(xué)習(xí)的強大動力,在強大的興趣驅(qū)動下,在團隊精神的鼓舞下,學(xué)生自發(fā)學(xué)習(xí),分析問題、解決問題的能力得到了迅速的提高。近年來,電信專業(yè)的學(xué)生在大學(xué)生電子設(shè)計競賽、智能車大賽中均獲得省級以上獎項。

(三)重組優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,充分發(fā)揮課堂教學(xué)的效果

在課時壓縮的客觀條件下,教學(xué)內(nèi)容必須進行優(yōu)化重組。教學(xué)內(nèi)容在保證本課程基礎(chǔ)及關(guān)鍵知識點完整的前提下進行了合適的優(yōu)選。在電子教案中增加了本學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)前沿和新科技成果的應(yīng)用介紹,在不多占用課時的基礎(chǔ)上擴展了知識的廣度,提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,同時也為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)指引了方向。

三、教學(xué)改革的進一步探索

篇(6)

關(guān)鍵詞:虛擬現(xiàn)實;計算機仿真技術(shù);建筑工程

Abstract: This paper deals with the application of virtual simulation technology in architectural engineering structure the meaning of teaching, and combined with the reality of the foreground of application of virtual simulation technology.

Keywords: virtual reality; computer simulation; construction

中圖分類號:C42文獻標識碼:A 文章編號:2095-2104(2013)

1、建筑教學(xué)重要性

隨著建筑行業(yè)發(fā)展,建筑市場競爭越來越激烈,建筑企業(yè)對人才的要求越來越挑剔,要求畢業(yè)生除具備扎實的工程理論基礎(chǔ)、合理的工程知識結(jié)構(gòu)外;還要有較強的創(chuàng)新意識及解決建筑工程實際問題的能力。對于建筑類畢業(yè)生,要求畢業(yè)生到單位就能編制預(yù)算和進行工程技術(shù)指導(dǎo)及工程質(zhì)量監(jiān)督。因此原有以理論教學(xué)為重點的教學(xué)模式已經(jīng)遠不能適應(yīng)現(xiàn)代人才市場的需求,必須加強實踐性教學(xué)改革,注重學(xué)生實際能力的培養(yǎng),使學(xué)生畢業(yè)后上手快、動手能力強,把學(xué)生培養(yǎng)成為單位滿意的實用型人才。

2、現(xiàn)階段傳統(tǒng)教學(xué)存在弊端

而傳統(tǒng)實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)主要是通過兩點進行開展的。1、開展實訓(xùn)項目,如:墻面抹灰、鋼筋綁扎等比較簡單的實訓(xùn)操作。這種方式可以一定程度上加深學(xué)生學(xué)習(xí)的印象,可以起到一定的實訓(xùn)教學(xué)的作用,但是,對于整個工程項目的流程實訓(xùn)則是無法完成的。并且,有些高職院校的實訓(xùn)條件有限,建筑材料無法循環(huán)使用,導(dǎo)致實訓(xùn)成本過高,大大影響實訓(xùn)的可操作性。2、帶領(lǐng)學(xué)生去工地參觀。帶領(lǐng)學(xué)生到現(xiàn)場參觀是最為直接的實訓(xùn)教學(xué),也是最貼近實際工作環(huán)境的實訓(xùn)教學(xué),但是這種方式也有弊端。比如天氣原因有可能導(dǎo)致工地停工,學(xué)生無法進行參觀學(xué)習(xí)。另外建筑工地危險因素多,存在很多安全隱患,也會給建筑實訓(xùn)帶來一定的問題。

因此,有沒有一種方法即能讓學(xué)生學(xué)習(xí)到現(xiàn)場才能學(xué)到的東西,直觀的學(xué)習(xí)工地上的知識,又能不受天氣等環(huán)境條件的約束,可以在室內(nèi)就可以進行多種角度和全過程的實訓(xùn)模擬呢?答案是肯定的,那就是虛擬仿真技術(shù)。

3、三維仿真的優(yōu)點

什么是虛擬仿真呢?虛擬(Virtual Reality),仿真(simulation),就是依托計算機通過人的視覺、聽覺等進行現(xiàn)實情況的再現(xiàn)。90年代初,美國將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于軍事領(lǐng)域,開發(fā)有虛擬戰(zhàn)場模擬、單兵訓(xùn)練的模擬、諸兵種聯(lián)合訓(xùn)練模擬以及訓(xùn)練指揮系統(tǒng)等。虛擬現(xiàn)實技術(shù)隨著網(wǎng)絡(luò)、經(jīng)濟、社會的發(fā)展在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,其中在虛擬建筑施工的應(yīng)用中,鋼結(jié)構(gòu)施工方面的研究顯得尤為多。

分析國內(nèi)外的現(xiàn)狀總結(jié)得出: 虛擬建筑施工的開發(fā)工具有 Open GL、CAD、3ds max、3dsviz、Ansys、UG、Virtools、X3D 等。Virtools主界面見圖1,應(yīng)用于輔助教學(xué)的虛擬房屋建筑的系統(tǒng),目前有學(xué)者和專家已經(jīng)提出,并有部分一線的教師開始著手研究,改革傳統(tǒng)建筑教學(xué)先進理念、理論和設(shè)計相關(guān)的論文也在報刊雜志中有刊登,但針對《建筑結(jié)構(gòu)》的虛擬輔助教學(xué)系統(tǒng)具體的開發(fā)和應(yīng)用尚處于萌芽狀態(tài),筆者也在積極地探索中。

本文所使用的三維仿真主要是利用 CAD、Photoshop 和 3Ds max 在 Virtools 開發(fā)平臺上開發(fā)一款適合于土木工程專業(yè)、工民建專業(yè)和建筑施工人員崗位培訓(xùn)的輔助教學(xué)系統(tǒng)。通過觀摩建筑虛擬形成過程的動畫展示,自主進行房屋建筑搭建的實踐操作,達到學(xué)習(xí)新知識,復(fù)習(xí)舊知識的目的。觀察形成過程,模擬施工工序的步驟,充分培養(yǎng)學(xué)習(xí)者把二維圖紙三維實物化的能力,使學(xué)習(xí)者不僅能形象生動觀摩房屋建筑形成的過程,而且通過自主構(gòu)建房屋主體結(jié)構(gòu)的練習(xí)使得施工技術(shù)的概念得到不斷的強化和鞏固,并最終掌握相關(guān)知識。全面認識房屋構(gòu)造結(jié)構(gòu),把書本上的知識統(tǒng)籌、梳理清楚,具體應(yīng)用在以后的工作中。激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,進行更深入的自主探索房屋建筑施工過程,創(chuàng)造性的理解施工組織與設(shè)計,從而更好地掌握《建筑結(jié)構(gòu)》課程的知識內(nèi)容。

4、三維仿真在教學(xué)中的應(yīng)用

建筑結(jié)構(gòu)虛擬教學(xué)系統(tǒng)的建立可以通過計算機虛擬一個可控制的、無破壞性、安全性強、并允許多次重復(fù)操作的平臺,利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特性,造就桌面式房屋建筑虛擬環(huán)境。它不僅能提高教學(xué)效果,更重要的是讓缺乏實踐和觀摩條件的學(xué)生不受時間、地點等多方面條件的限制,通過屏幕就能夠“身臨其境”觀摩建筑過程,并且通過計算機的虛擬,掌握施工設(shè)計的技術(shù),對《建筑結(jié)構(gòu)》中不容易理解的知識點有了更具體的認識。因此,房屋建筑過程和結(jié)構(gòu)的可視化模擬是一個很重要的研究方向,有著廣闊的應(yīng)用前景,具有較高的實用價值和現(xiàn)實意義:

⑴克服了房屋建筑施工現(xiàn)場實習(xí)、見習(xí)活動在時間和空間的限制,學(xué)生可以在計算機平臺上利用系統(tǒng)輔助見習(xí),教師針對教學(xué)內(nèi)容進行演示操作等相關(guān)的教學(xué)活動。

⑵把抽象的理論知識具體化,學(xué)生不但可以直觀明了的觀看整個建筑形成的過程,而且還能通過系統(tǒng)掌握二維圖紙三維化識別的能力以及建筑設(shè)計能力。

⑶解決了學(xué)生由于缺乏現(xiàn)場感觀而學(xué)習(xí)效率底的教學(xué)難點,一定程度上擺脫了安全、材料消耗、沒有見習(xí)場地等方面的制約。降低了實踐教學(xué)的成本和節(jié)省施工所用材料、機械設(shè)備、交通等方面的經(jīng)費。按照教學(xué)需求或施工圖紙進行反復(fù)演示或操作,讓學(xué)生觀看內(nèi)部構(gòu)造結(jié)構(gòu),正好彌補了現(xiàn)實施工中不可“復(fù)制、再生、切割”的這一缺陷。

⑷教學(xué)系統(tǒng)的運用改變了傳統(tǒng)《建筑結(jié)構(gòu)》的教學(xué)模式,促使理論教學(xué)更有效率、向更加科學(xué)化的方向發(fā)展,為突破傳統(tǒng)的房屋建筑教學(xué)頸瓶,提供了良好的條件。

篇(7)

【關(guān)鍵字】網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室;過程流體機械;WebCT平臺;虛擬現(xiàn)實技術(shù)

【中圖分類號】G40057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009―8097(2008)13―0052―03

在高等教育教學(xué)過程中,實驗教學(xué)占有非常重要的地位,它是對學(xué)生進行創(chuàng)新素質(zhì)教育的一個重要手段。目前,各高校的實驗教學(xué),大都存在著實驗形式、內(nèi)容、要求越來越高與實驗設(shè)備、器材、場地、經(jīng)費的保障相對滯后的矛盾,這在一定程度上影響了實驗教學(xué)的開展和學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)?!熬W(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室”是指在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下建立的“虛擬實驗室”,即利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)學(xué)建模技術(shù)和多媒體技術(shù)等在計算機上所營造的可輔助、部分替代甚至全部替代傳統(tǒng)實驗各操作環(huán)節(jié)的相關(guān)操作環(huán)境?!熬W(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室”以其開放性、實用性、動態(tài)特性、經(jīng)濟性和擴展性等特點,已成為高校實驗教學(xué)改革的發(fā)展方向[1,2]。

《過程流體機械》是過程裝備與控制工程專業(yè)的核心課程,經(jīng)過多年的不斷建設(shè),該課程于2006年被評為黑龍江省省級精品課程。在課程建設(shè)過程中,實驗教學(xué)環(huán)節(jié)一直是課程建設(shè)的重點內(nèi)容。由于過程流體機械課程實驗設(shè)備復(fù)雜,成本高等諸多客觀原因,限制了實驗教學(xué)水平的提高,部分主要實驗項目仍停留在演示教學(xué)的層次上,不利于學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng),也制約了課程建設(shè)水平的提高。為此,課程組采用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及計算機虛擬仿真技術(shù),構(gòu)建“過程流體機械網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室”,突破時間與空間的限制,為學(xué)生提供更加靈活的實驗手段,為探索新型的現(xiàn)代實驗教學(xué)模式提供指導(dǎo)。

一 網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室總體結(jié)構(gòu)及教學(xué)方案設(shè)計

1 過程流體機械網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室設(shè)計指導(dǎo)思想

實驗教學(xué)作為高校人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)之一,是一個相對獨立的教學(xué)過程。網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的主要功能是通過現(xiàn)代計算機相關(guān)技術(shù),實現(xiàn)遠程實驗教學(xué)任務(wù)。根據(jù)這一目的,過程流體機械網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的設(shè)計指導(dǎo)思想是:以現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺為依托,綜合采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)、仿真設(shè)計技術(shù)和動畫制作技術(shù)相結(jié)合的方法,建設(shè)集實驗教學(xué)管理、學(xué)生管理、虛擬實驗教學(xué)、虛擬實驗輔導(dǎo)和虛擬實驗考核等功能與一體的過程流體機械網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng),實現(xiàn)遠程虛擬實驗教學(xué)。

2 過程流體機械網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)過程流體機械網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室設(shè)計的指導(dǎo)思想,進行網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計,其功能框圖如圖1所示。其中,根據(jù)虛擬實驗項目是網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室建設(shè)的主要內(nèi)容。根據(jù)過程流體機械課程實驗的特點和要求,將虛擬實驗項目分為三種類型,即:

(1) 虛擬設(shè)計型實驗:包括建立“活塞壓縮機綜合性能測試及調(diào)節(jié)”、“離心壓縮機綜合性能測試及調(diào)節(jié)”和“離心泵綜合性能測試及調(diào)節(jié)”虛擬設(shè)計型實驗;

(2) 虛擬仿真型實驗:包括建立“活塞式壓縮機結(jié)構(gòu)拆裝(2D型,L型)”、“水平剖分式離心壓縮機結(jié)構(gòu)拆裝”、“離心泵結(jié)構(gòu)拆裝(單級和多級)”以及“其它類型流體機械的結(jié)構(gòu)拆裝(如螺桿泵、齒輪泵等)”虛擬仿真型實驗;

(3) 模擬演示型實驗:包括建立“典型過程流體機械工作原理”和“典型過程流體機械特殊工況產(chǎn)生機理”等模擬演示型實驗。

3 過程流體機械網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室教學(xué)方案設(shè)計

遠程虛擬實驗教學(xué)正處于實踐探索階段,如何實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗的學(xué)、做、考、輔等教學(xué)環(huán)節(jié),是過程流體機械網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室教學(xué)方案設(shè)計考慮的主要內(nèi)容。根據(jù)實驗教學(xué)過程,結(jié)合遠程教學(xué)實踐經(jīng)驗,設(shè)計了過程流體機械網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室教學(xué)方案,如圖2所示。

二 網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的開發(fā)

隨著計算機硬件性能的迅速提高,計算機及其附屬設(shè)備的價格也隨之降低;同時,虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實現(xiàn)手段也越來越豐富。因此,以虛擬現(xiàn)實為主要技術(shù)基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的研制與應(yīng)用在教育領(lǐng)域廣泛開展。經(jīng)過充分調(diào)研,項目組確定以校園網(wǎng)為硬件基礎(chǔ),依托WebCT網(wǎng)絡(luò)課程開發(fā)平臺,綜合利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)、計算機仿真技術(shù)及現(xiàn)代多媒體制技術(shù),完成了過程流體機械網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的建設(shè)工作。過程流體機械網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室建設(shè)中采用的關(guān)鍵技術(shù)如下:

1 網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的系統(tǒng)平臺

根據(jù)過程流體機械網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室建設(shè)的原則,網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室應(yīng)具備系統(tǒng)的遠程教學(xué)管理功能。WebCT(Web Course Tools)網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)平臺是一套功能完備、易用、高效的網(wǎng)上教學(xué)支撐系統(tǒng)。可提供系統(tǒng)的課程開發(fā)工具、全面的教學(xué)管理工具、強大的交流工具、完善的測驗功能以及定期的統(tǒng)計功能等。[3]因此,過程流體機械網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室選擇WebCT網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)平臺為開發(fā)工具。

2 虛擬實驗項目的設(shè)計及實現(xiàn)

虛擬實驗項目的設(shè)計是網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的核心內(nèi)容,也是技術(shù)上的主要難點。以“營造真實的實驗場景,制作準確的仿真過程,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識”為原則,提出綜合采用虛擬現(xiàn)實制作技術(shù)、Flas仿真制作技術(shù)和三維動畫制作技術(shù)相結(jié)合的方法,完成過程流體機械虛擬實驗項目的研制工作。

通過對比分析,確定選用MultiGen Creator/Vega 虛擬現(xiàn)實制作軟件,完成虛擬實驗場景的制作和實時漫游工作。MultiGen是SGI圖形工作站上著名的實時三維仿真建模工具軟件,在擁有強大建模工具的同時,MultiGen的突出特點是擁有強大的兼容性,例如可以轉(zhuǎn)換VRML,3DS,AutoCAD,Photoshop,Wavefront的數(shù)據(jù)。這為制作過程帶來方便。Vega是MultiGen Paradigm公司應(yīng)用于實時視景仿真、聲音仿真和虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域的軟件環(huán)境,它將易用的工具和高級仿真功能巧妙地結(jié)合起來,可使用戶簡單迅速地創(chuàng)建、編輯、運行復(fù)雜的仿真應(yīng)用。[4]

選用Flash MX 2004作為虛擬實驗仿真設(shè)計軟件,該軟件是Macromedia公司的一個網(wǎng)頁交互動畫制作工具,利用它所提供的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言ActionSeript2.0,可開發(fā)出交互性較強的過程流體機械虛擬仿真實驗。同時,該軟件還具有強大的二維動畫制作技術(shù),與3D MX5.0三維制作軟件配合使用,可完成虛擬實驗中所需的各種儀器、儀表和實驗器材的制作。

三 離心泵綜合性能測試虛擬實驗實例

綜合應(yīng)用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、計算機仿真設(shè)計技術(shù)和多媒體技術(shù),完成過程流體機械網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的建設(shè)工作。下面以離心泵綜合性能測試虛擬實驗為例,說明綜合應(yīng)用上述技術(shù)建設(shè)虛擬實驗項目的過程。

離心泵綜合性能測試實驗是過程流體機械課程的一個重要實驗。目前實驗教學(xué)中所用實驗裝置是大慶石油學(xué)院與北京化工大學(xué)聯(lián)合研制的離心泵綜合性能測試實驗臺。該實驗臺在硬件和軟件方面涉及了變頻控制技術(shù)、溫度、液位、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩的測試技術(shù)、計算機數(shù)據(jù)采集技術(shù)、化工過程PID控制技術(shù)以及計算機通訊技術(shù)等,是比較典型的集過程、設(shè)備及控制于一體的多學(xué)科交叉實驗裝置。

由于客觀條件的限制,本專業(yè)僅有一套離心泵綜合性能測試實驗裝置,無法滿足專業(yè)實驗教學(xué)的需要。因此,在網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室中,該實驗項目是重點研制的內(nèi)容之一。

離心泵綜合性能測試虛擬實驗由實驗裝置瀏覽、實驗裝置部件庫、實驗項目操作演示和實驗項目虛擬仿真等四項內(nèi)容組成。其中實驗裝置瀏覽部分利用MultiGen Creator/Vega 虛擬現(xiàn)實軟件制作完成,通過鍵盤控制可模擬進行實驗裝置的瀏覽,給學(xué)生以一種身臨其境的視覺效果,其虛擬實驗裝置場景如圖3所示;實驗裝置部件庫則采用3D制作技術(shù),完成各種實驗裝置部件的制作,并可顯示其相關(guān)性能參數(shù);采用Flas技術(shù)完成預(yù)定實驗項目的操作演示,使學(xué)生對開放性實驗項目進行預(yù)習(xí),以掌握虛擬實驗裝置的正確使用;采用Flas仿真技術(shù)完成離心泵綜合性能測試實驗的教學(xué)工作,學(xué)生可根據(jù)實驗內(nèi)容,自己動手調(diào)用實驗裝置部件庫中的相關(guān)部件組成實驗裝置,完成相應(yīng)的實驗內(nèi)容。離心泵綜合性能測試仿真實驗裝置如圖4所示。

四 結(jié)束語

綜合采用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)、數(shù)學(xué)建模技術(shù)和多媒體技術(shù),以校園網(wǎng)絡(luò)為平臺,以“過程流體機械”省級精品課程為背景,構(gòu)建“過程流體機械網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室”。完成“典型過程流體機械虛擬結(jié)構(gòu)拆裝實驗”、“典型過程流體機械綜合性能測試及調(diào)節(jié)虛擬設(shè)計型實驗”、“典型過程流體機械工作原理及特殊工況模擬實驗”等共6項過程流體機械課程主要實驗項目的建設(shè);建設(shè)“虛擬實驗室”實驗管理及學(xué)生管理體系;實現(xiàn)“過程流體機械虛擬實驗”的資源共享。

參考文獻

[1] 李欣.《現(xiàn)代教育技術(shù)》虛擬實驗室的設(shè)計與開發(fā)[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2008,18(2):115-120.

[2] 朱敏,張際平.虛擬實驗室及其教學(xué)應(yīng)用[J].實驗室研究與探索,2006,25(5):626-628.