时间：2023-09-15 17:32:39
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇计算机仿真技术基础，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
摘要：在研究生的计算机仿真技术课程教学中，针对机械工程类研究生的专业方向、课程体系的设置以及工科研究生自身特点，为培养研究生的自主学习能力、创新能力以及增强其工程应用意识，通过在计算机仿真技术课程教学的经验积累，逐步探索出以项目驱动为主要教学方法，通过实践应用，取得良好的教学效果。
关键词：项目教学法；计算机仿真；创新；实践
中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）24-0144-02
一、前言
研究生教学有其突出的特点，他们中多数人理论基础扎实，获取书本知识能力强。但同时也存在创新意识和创新能力不足、工程应用背景不够的缺点。本人通过十多年研究生教学的实践，结合本学院研究生专业方向、课程内容针对性强等特点，对如何在研究生教学改革中突出培养学生的自学能力、创新能力，增强学生的创新意识与工程应用能力等问题进行了一些改革创新。
二、课程定位及课程特点
随着现代工业的发展，科学研究的深入与计算机软、硬件的发展，计算机仿真技术已成为分析、综合各类系统，特别是大系统的一种有效研究方法和有力的研究工具，计算机仿真技术已经广泛应用在各技术领域、各学科内容和各工程部门。仿真技术已经在国防军事、国民经济、社会生活的众多领域发挥了重要的作用，国内外众多学者认为，仿真技术“正在成为与理论、实验并列的第三种认识和改造客观世界以及科学研究的手段”，因此仿真技术
被认为是“使能”技术。计算机仿真技术是仿真科学与技术涉及到的有关具体仿真技术中最为基础的部分，具有综合性、多学科交叉等特点。
为了拓宽机械工程专业基础，提高培养对象的整体素质，更好地适应社会对机械工程专业人才的需求，高校工科专业的研究生应掌握一定的计算机仿真知识与技能。计算机仿真技术课程是我校机械工程学院面向所有研究生各专业方向的研究生开设的一门专业基础课程，考虑专业应用需求并结合教学实践情况，课程目的是通过本课程的学习，要求学生掌握计算机仿真技术方面的基本理论，基本知识和基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力，为今后分析、综合各类工程系统或非工程系统提供一种有力的工具，以便能灵活应用所学的计算机仿真技术为本专业工作服务。
一方面，基于仿真技术课程的内容方法较多，实践性强的特点；另一方面，授课对象专业方向较多、授课学时有限等特点，如何解决在有限的教学课时内讲授内容繁多的仿真内容、对计算机仿真技术课程进行教学方法和手段的改革探索和实践，以达到计算机仿真技术教学目标。
三、教学内容的设置和教学方法的选择
课程开设初期，由于只是机械电子工程专业方向的同学选修，所以所讲内容基本针对该专业方向进行设置。随着选修人数的不断增加，以及选修学生所属专业方向的扩大，专业方向包括：机械制造及其自动化、机械电子工程、机械设计及理论、车辆工程、机械工程（专业学位）等，基本涵盖了机械工程学院的所有专业方向。
计算机仿真技术课程涉及多个交叉学科，紧密相关的课程包括数值计算方法、计算机编程、计算机图形学、高等数学、自动控制原理、现代控制理论、优化设计等课程。如何讲出本课程的特点，并充分结合相关课程内容，必须在教学内容的选排上下功夫。
项目教学法是一种以任务驱动、以项目为基本教学单元，将理论教学和实践教学有机融合在一起，强调综合能力的培养在研究生教育中的重要性，突出学生在整个教学过程中的主体地位。因此，为了满足各个专业方向学生的要求，使他们能够掌握一门工程分析技术，为后续的学术论文和硕士学位论文的撰写提供计算、分析和仿真手段，本人在讲授该门课程的过程中，逐年对教学内容、教学手段和教学考核方法等不断进行调整和完善。
1.采取项目专题方式进行教学内容的讲授，调整授课内容，采用专题教学方法使课程主题内容分明，有利于将仿真方法讲深、讲透。
2.扩展所授课程内容涵盖的范围，包括数值计算、优化设计、图形可视化、控制系统特性仿真、控制系统设计以及与外部软件的接口等内容，以满足各专业方向学生的需求。
3.增加与课程相结合的实验教学内容。计算机仿真技术本来是实践性很强的综合性技术，仿真技术本身是在对控制系统分析的过程中不断完善和发展起来的。因此并结合各个专业研究生的不同研究方向，灵活设计若干个专题实验，使学生学以致用，培养学生将该门课程应用于实际工程的能力。
4.采用多个工程应用实例进行教学，从系统应用、数学建模、仿真建模、模型求解以及特性分析等，使学生从生产实际认知的研究对象，提升到理论高度的学习，应用所学的各科理论知识和技术手段，进行数学建模、仿真建模的建立，并对模型求解以及特性进行分析，获得直观结果，提高学生学习兴趣，最终解决实际工程问题，培养学生解决工程实例问题的能力。
5.结合学科前沿，进行课堂讨论。研究生在初步掌握了对系统的模型、仿真算法设计、仿真及结果分析这一流程后，为强化计算机仿真在实际工程的应用概念，在此基础上，以项目形式，开展课程学科前沿以及⒏妹趴纬逃胂执技术融合等专题讨论。
6.增加实验环节，培养研究生工程实际应用能力。利用各种平台，扩充计算机仿真技术资料，提供最新的仿真案例，结合教学团队的科研课题，设计实验项目，培养研究生工程实际应用能力。
四、项目教学法的教学效果
基于项目教学法计算机仿真技术课程的教学方法改革与实践，满足机械工程学院各个专业方向研究生的需求，教学方法和手段的完善，使研究生自主学习能力、创新能力和工程应用能力等得到了进一步的提高。
计算机仿真技术作为工科研究生的必备研究手段和技术，使学生掌握一门工程分析技术，为后续的课题研究、学术论文和学位论文的撰写提供计算、分析和仿真手段。
近五年的每年30―40人研究生选课，工程硕士每年20人左右选课，课程得到了各专业方向研究生的普遍认同。本人指导的研究生，发表与该课程相关的学术论文近20篇，撰写的硕士论文均用到计算机仿真技术。
关键词：计算机；仿真技术；结合探究
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）13-0253-03
Abstract： with the continuous development of social economy and science and technology， computer simulation technology become in recent years to compare one of the commonly used types of computer. Computer simulation technology in the simulation of the effect of do the effect is more accurate， more real， so is the recognition of the application of the broad masses of the people. Signal as the computer simulation technology in an important way and an abstract expression of the concept， the simulation technology is convert the sight can be seen the true image of these invisible abstract things. Information processing as an important part of computer and in simulation technology is is a significant part of computer information processing is closely linked. So， the computer simulation technology and information processing technology are interrelated， interdependent relationship.
Key words： computer； simulation technology； combination of inquiry
计算机仿真技术是现代社会中用到的最广泛的的技术之一，发展的速度极为快速，适用人群众多，无论是生活还是工作，渗透到各个方面。作为计算机技术的一种方式，它的工作原理是以计算机为基础，加以模拟仿真，达到仿真的再现，将抽象的看不见的形象通过仿真展现出来。目前由于这项技术具有精确的仿真效果，受到各行各业的青睐，在各个领域中都有广泛的应用。对于计算机仿真技术的研究，一直是计算机技术研究领域的一个重要的话题和工作。对于信息技术而言，也与计算机仿真技术具有紧密的联系，也是计算机发展领域的一个重要的方面。信息化依靠仿真技术得到抽象化的转化，进行有关的信息处理的工作。
1 计算机仿真技术
1.1 计算机仿真技术的含义
计算机仿真技术是运用相关的信息进行软件处理工作，可以对音频、视频及图片等方面进行整理，把现实中的各种事物模拟成计算机仿真的形式，再通过各种信息媒介进行传达给观众。在观看某个事物时候，如果利用计算机仿真技术观看，可以有多种视觉的角度进行观赏，并且可以对环境进行任意的观察，营造一种实与虚结合的视觉效果。对于让人们可以多方面的进行交流信息具有重大的意义和作用。
计算机仿真技术有两点重要的意义。第一，计算机的仿真技术是与一些计算机工程的进行紧密联系的，缺一不可。计算机仿真技术对于系统的工程的开发，起到了至关重要的作用。第二，计算机仿真技术是一种重要的商业分析信息的工具，在公司的运行中，可以运用计算机仿真技术节约各种投资的成本，降低投资的风险等工作，为企业的发展具有预算和分析的作用。
1.2 计算机仿真技术的应用
计算机仿真技术应用于社会生活中的各个领域，涉及到工作和生活的方方面面，推动了不同的行业的方展方向，为工作带来了新的发展动力和源泉。对于计算机的仿真技术的应用主要是用于以下的几个领域。
1.2.1 在教育界的应用
最近几年，由于教育的不断改革，逐渐的对学生的实操能力越来越重视，所以对于学生的实际操练的水平就可以用计算机的模拟实验来进行考核工作。计算机模拟实验是一种新型的考核项目，利用现代信息技术的各方面元素把教学的内容和指导实践等合理有效的整合成一个有机体，建立起一个实操平台，能够提高学生的学习兴趣，提高学生的实践能力的水平。
这项模拟实验方式的出台，活跃了原本闭塞的学习氛围，把理论与实践充分的结合了起来，培养了学生的实际操练的能力，对所学习的理论内容能够进一步的加深理解和记忆。培养学生的全面素质发展。
1.2.2 在运输界的应用
随着现代化科技的发展，交通运输工具早已普及到城市及小镇的各个街道。由于车辆的不断增加，交通事故也就常有发生，现在而言，交通方面的安全隐患一直是出于事故发生的主要问题。在运输的系统中，避免不了三个方面的因素，主体是人，客体是车和路。所以，计算机仿真技术的应用，可以作为分析交通安全的现代化先进的方式。工作原理就是，建立起一个模拟形式的交通路段，在这个交通路段中系统的研究发生事故的原因，并通过对交通事故的分析对交通的安全方面做出评价和探究。
交通的安全仿真系统中，计算机仿真技术是它的最核心的部分。作为该系统的仿真技术，用于交通的安全的仿真技术系统是与其他的一般的仿真数据存在一定的区别的。在对一个区域的交通安全进行评估的时候，交通安全仿真系统必须运用精确的数法和事故率法进行评价，而且还必须考虑到人们的各种思想和行为方面的因素等。对于进行摸模拟的交通路段，交通工具的选择就可以做任意的选择，环境设置也没有固定的要求，尽量把环境设置的真实化。再以一个旁观者的角度来对交通事故进行分析与探讨，通过进行系统的分析得出交通路段的精确的安全评估结果，并为安全事故提供出一个合理的解决方法。
1.2.3 在制造界的应用
计算机仿真技术在制造行业方面也具有较为广泛的应用。比如，将这一技术运用于汽车制造业，可以为投资进行风险预测，解决成本大、难度高的相关问题。计算机仿真技术在对进气管内气体的流动的模拟工作的时候，就可以把发动机工作的整个过程呈现出来，能够进行较较直观的描述。计算机仿真技术在汽车流场上的应用，可以模拟出气流的分离的整个状态，将抽象的形式表达出来，建立起了一个空气动力学模型。如果遇到汽车碰撞的状况，计算机仿真技术可以通过一些相关的数据建立碰撞的数学模型。
1.2.4 在通信业中的应用
随着通信技术的发展，传统式的设计方法已经不能够适用于通信系统的多端的要求。通信系统的仿真技术已经成为现代的通信的手段的重要应用方式。比如说，可以做对通信系统的规划工作，以及测试它的性能等方面。计算机仿真技术对于通信系统的不同的模块具有精确的分析性能的作用。
在网络协议教学中，很难运用传统的数学来分析它的复杂性。在协议设计的教学过程中间，通信网络协议中的代码可以把它设计成为可以得以实现的代码。所以，在信息的学科教学中，仿真技术在网络协议的复杂性问题的解决中也有相当重要的作用。这项技术可以做到对一些信息学科进行的网络教学过程中网络协议进行合理有的评估工作。另外，如果运用这项技术也能够避开由于不恰当的分析造成的判断阻碍。通过对网络建模工作，实现参数的精确确认，就能够迅速的把模拟的系统在现实环境中展现出来。所以根据这项仿真技术的应用，可以把教学中的相关评估工作进行改进处理。同时为了考察网络信息传输的及时性和应用的效率，要构建起相关的通信网络。所以，通过以上可以看出计算机仿真技术对现实生活中的网络协议仿真具有至关重要的分析和进行评估的作用和意义。
2 计算机仿真技术的类型
计算机仿真技术已经广泛的运用在各个领域，具有较强的实用性。在对技术上的分析，计算机仿真技术主要有两种类别。一种是OOS，它是一种面向对象的计算机仿真技术，运用操作目标的对象，把系统的功能和对象充分的运用起来，再通过与对象间的信息进行传送工作。另一种是DIS，它是一种分布式的计算机交互的仿真技术，它主要是通过计算机的网络方面的系统进行设备之间的相互连接，形成一个虚拟的仿真环境。
3 计算机仿真技术的技术分析
计算机仿真技术，它的主要核心技术就是计算机平台的一种虚拟模拟技术，包括了建模的思想，数字化的基础，以及对图像的处理技术。计算机仿真技术由于它的仿真技术做到极其逼真，所以这项技术运用的领域也是极广泛的，具有极强的优势条件能够把显示仿真的效果做到最好。计算机仿真技术的实现方式有几个步骤：
3.1 建立数据模型
建立起数据模型，是计算机仿真技术建立的前提工作。对于其的建立方式会有两种不同的方法，一般可以运用演绎法或者归纳法。或者两种方法结合起来一起运用也能达到对数据模型的建立。在分析法中，第一步工作是把数字化模拟的数据进行分析，将数据模型建立是以实际情况为前提的。建立模型的工作中，先做数据分析的工作，充分的对数据做好分析工作，然后再进行仿真的准备。
3.2 实现仿真模型
在数据模型建立完毕后，就要对数据模型进行程序化的处理工作。在这一工作过程中，要运用很多的编程语言来完成。把它模型化是一个重要而有些难度的工作，必须经过对大量的数据进行分析，然后做程序化的管理，最终才能实现数学模型的建立。
3.3 仿真实验验证
通过建立好数据模型，和实现数学模型的仿真，接下来的工作就是验证仿真实验。验证的工作中，是对数据进行验证工作，进而得到相关的仿真结果。
4 计算机仿真技术的发展
社会科学技术的不断革新与进步，使计算机仿真技术也要根据时代的需求进行不断的完善发展，适应社会的发展步伐，与时俱进，才能够在未来的市场应用中能够持续稳步的发展。
4.1 计算机仿真技术会与网络联系交融
计算机仿真技术现在虽被广泛的运用在了各个领域，但是目前开发出来的绝大多数都还不能够交融或者转移，要实现共享的局面还达不到要求，具有一定的困难性。对于计算机仿真技术的高成本的开发现状，这还是一个急需解决的问题，关键之处就是将计算机仿真技术进一步的扩展到网络化的层面。这项工作在未来的发展中必将会有更为广阔的运用前景，首先一点就是可以避开又一次的投资，另外，可以在这项工作进程中获得一些共享资费。所以，实现计算机仿真技术的网络化具有重要的意义。
4.2 虚拟制造技术
该领域是计算机仿真技术发展的又一广阔前景。虚拟制造技术的各项工作的完成，要依托计算机仿真技术的应用，比过程之中的产品的设计，产品出厂和企业的管理工作等等，都离不开计算机仿真技术的应用使其正常运营。另外，虚拟制造已经能够实现对制造的多维度的进行预测工作，制造技术不再单一。
4.3 计算机仿真技术
该技术是在软件模拟的实验下进行的一项科学的实验。作为一个先进的技术，运用较经济，安全可靠，并且还可以实现多次的实验。仿真技术在现代的很多实验系统中都有所应用，是对系统分析并进行涉及的重要方式。
5 计算机仿真技术与信息处理结合的分析
对于计算机仿真技术，在不同的层面上进行分析以后确切的认识到，之所以这项技术能够被广泛的运用到生活和工作的各个领域，就是因为它具有极强的使用价值。在对新的处理方面当然也会有更大的运用意义。在对光的信息的处理上，起着至关重要的作用。
作为先进的信息技术的处理方式，光信息处理的最大的优点在于容量大，速度快和具有并行的特性。计算机技术中的处理二维码图像信息的技术，光的信息处理可以对信息的增强处或者一些特别的特征方面进行识别都有很重要的影响作用。现在，有很多的计算机软件都对信息的处理技术具有深刻的研究和发展。
计算机仿真技术对信息的处理方法还有对软件的信息处理。例如，matlab软件是科学计算机软件的一种，对于信息的处理也具有极强的灵活性，处理的方式涉及到矩阵的运算和信息处理的很多方面。运用此项信息处理是先利用软件输入进信息进行的仿真模拟，最后进行可视化信息处理工作。这项软件输入快速，运算很安全，而且具有方便的处理信息的优点。
将计算机的仿真技术与光信息处理技术结合起来，仿真技术的功能也会更加的进步与发展。通过将仿真技术和信息处理技术的结合，能够作为一项很好的信息处理方法。把抽象的信息具体的展现出来，使其实现可视化，对于信息的处理的精确性能够有更高层次的提升。所以，基于此原因，要做好计算机仿真技术与信息处理的结合运用工作。
因此，计算机仿真技术作为灵活性较强的计算机技术，计算机的应用也主要是对信息进行处理工作。把计算机仿真技术与信息处理结合起来，可以有效的提高信息处理的精确性和工作的效率。计算机仿真技术通过图像技术或者数学建模思想，进行虚拟的转换，将现实世界利用图像的形式表现出来，具有可观，并可以把抽象的信息具体化，再进行高效率的处理工作，能够适应现代社会中高效率快节奏的环境。
6 结语
计算机仿真技术在未来的发展道路上，必将随着时代的进步步伐不断的完善自己科学化的发展。作为目前应用最为广泛的计算机技术，在数字计算或是信号通信方面都都有他的独特的优势和应用价值。仿真技术中，它将虚拟的抽象世界还原成可视的现实世界。而对于信息处理，它另一方面来说又被大量的植入进计算机仿真技术中。所以，将计算机仿真技术与信息处理合理的结合起来，就具有极强的发展空间，同时有更广阔的研究价值。
参考文献：
[1] 艾莉莎.物联网空间域的泛传播构型[D].北京邮电大学，2014.
[2] 唐颖.蜡印图案的数字仿真及喷墨印花[D].江南大学，2011.
为了应对工业工程在有关工业系统设计、管理及优化等综合性实验课程开发难度较大的问题，该文提出将计算机仿真技术与项目教学、案例教学相结合，实现了“教、学、做”一体化，并且，在显著改善实验教学条件、提升实验教学效果的同时，减少了设备消耗，尤其是耗材的使用量，节省了实验经费，而且克服了时间与空间上的限制，使得工业工程综合实验课的开课率和学生的专业综合能力得到显著提升。
关键词：
计算机仿真；工业工程；实验教学
计算机仿真技术是继数学推理与科学试验之后认识世界自然规律的第三类基础方法。基于计算机仿真技术的虚拟教学是指利用实物和计算机软件共同模拟出真实的情境，让学生在模拟的情境下进行探究和学习。这种教学方法生动形象，接近现实工作场景，有利于提高学习兴趣，使学生在短时间内进入相应情境，真实的体验如在现实中执行任务的感觉，以达到更快掌握技术手段的目的，而且这种教学方法可以利用计算机软件的优势创造出灵活多样的工作场景且不受行业限制，使学生对实践问题的认识更深入，采用的应对方法更灵活。由此“计算机仿真技术”便成为专业学习及实际应用中的重要方法和技术手段。工业工程作为管理科学与工程的二级学科，其人才培养目标是培养出面向生产、管理、服务的高级专业技术和管理人才，面向的工作岗位主要有制造业现场管理、产能计算、生产计划与控制、项目管理、精益生产等，以及服务业的流程优化、工作研究等。其中，制造业涉及行业范围广、产品种类多、工序过程各异，因此，在教学过程中需要通过一系列系统的实验项目培养学生专业的问题提炼能力及问题分析能力，并采用专业的技术方法和手段有针对性的对问题本质进行处理。然而，正是由于工业工程方法应用行业的广泛性及多样性，使得我们不可能如其他5类工程学科般拥有自己典型的实验实训设备，亟需我们在实践教学过程中探索新的教学方法与实验支撑技术。
1工业工程实验课程教学现状分析
工业工程类实验课程的教学，在传统的教学模式中，主要是以“理论课+实验室”的模式，强调学生对工业工程专业基本方法和技能的掌握与应用，如，工作研究、动素分析、人机工程、物流工程、流程优化、现场改善等基本技能与方法论。传统的实验教学过程中，基本上遵照如下流程：首先，引导学生进行以上理论课的学习，使学生知道、了解并掌握这些基本的专业手法与技能；其次，通过开设相关实验课程让学生对所学的这些技术方法展开实践，从而帮助学生达到训练并养成工业工程专业素养的目的。然而，目前所开设的相关实验课程均是就某一独立技术方法而展开的较为单纯的技能训练，如，工作研究的实验主要是针对动作研究、动素分析、生产节拍平衡开展具体分析过程实践，帮助学生深刻体会这些基本专业手法的实际应用场合；人因工程，主要是通过系列人因实验带领学生亲身体验，感受高度、亮度、颜色、频繁度、规律度等人因影响因素带给人视觉、听觉等感官的切实感受，从而探讨基于人因的合理化设计、布局及工作安排；设施规划布局则是基于物流分析方法，通过物流强度度量，分析部门间的相关性强度，从而为合理布局、物流优化提供有效参考。以上这些实验均对学生在工业工程专业基本方法技能的培训上起到了有效效果。然而，却并未在促进学生养成工业工程职业素养上发挥强化作用。原因在于，缺乏像物流工程、系统工程、系统建模及仿真优化等这类有关工业工程系统设计、管理及优化的主干课程的综合性实践项目，要设计出针对本专业基本技能方法的综合性实践项目，需要的制造业相关设备、产品品种等数量巨大，且耗费大、成本高，很难从实际操作入手，计算机仿真方法不失为解决此问题的一种有效方法。基于计算机仿真技术的虚拟教学则以其高效率、低成本、内容丰富、性能有效和安全等优势得到越来越多的应用和推广。因此，应该将“项目教学”“案例教学”“教、学、做”一体化和基于计算机仿真技术的虚拟教学的方法结合起来，充分发挥各自的优点，提升实践教学效果。基于计算机仿真技术的虚拟教学很容易与其它先进的教学方法相结合，因此，在工业工程类实验课程的教学中，将基于计算机仿真技术的虚拟教学与其它教学方法相结合，有助于提高实验课程教学效果，而且成本低、效率高，使学生可以不受场地、行业、设备与产品的限制，使学生更好的掌握专业技能和方法，并通过基于计算机仿真平台开发的综合性实践项目，锻炼学生的工业工程系统设计、管理及优化的综合能力，培养学生的专业素养，从而促进本专业人才培养效果的提升，计算机仿真技术在工业工程类实验课程的教学中具有重要的意义。
2计算机仿真技术在实验课程教学中的应用
计算机仿真技术为人们提供了一个理想的实践教学手段，目前国内外已经普遍将其应用于军事训练、课程教学、运动训练以及医学研究等方方面面。美国是计算机仿真技术虚拟现实的起源地，现在美国计算机虚拟仿真技术的发展水平也比较高，在这个领域代表了国际先进水平，也是第一个把虚拟仿真技术应用在教育教学中的国家，目前在感知、用户界面、后台软件和硬件等几个方面，形成了一个比较系统的虚拟仿真教学仪器架构。如，美国的卡罗莱纳州立大学利用Java技术建立了基于Web的探索式虚拟物理实验室，主要有以下几个模块：基于JavaApplet的虚拟实验设备和实验设施、相关的实验课程模块、实验结果评价模块、协作模块。在欧洲，英国在计算机仿真技术虚拟现实的相关领域处于领先地位，研究出了虚拟仿真软件包，并应用在教学仪器和工业安全培训等方面。如，英国的诺丁汉大学在教育和学术方面对虚拟仿真技术进行了研究与探索，其目标主要在于探索桌面虚拟仿真的输入设备应用上。此外，该小组还和其他学校紧密合作，将其仿真系统应用在了特殊学生教育中。在中国，目前各个大学和科研机构也广泛采用计算机仿真技术建立虚拟场景进行相关领域的教学与研究。例如：中国科技大学开发出第一套基于虚拟仿真的教学仪器系统——利用虚拟仿真技术进行几何光学实验平台的开发，系统将计算机辅助教学仪器的智能化仪器、计算机技术、虚拟仿真和物理教学仪器等有机结合，把物理教学仪器系统推进到了新的领域；北京润尼尔网络科技有限公司以北京邮电大学强势的网络、通讯、电子三门学科为基础，采用JavaApplet技术、B/S结构、J2EE框架，为解决高校日趋紧张的实验设备及实验场地等实验教学问题，由北京邮电大学网络教育技术研究所组织精英力量，经过多年研究，开发出了配套的虚拟实验系统。通过对国内、外的基于计算机仿真的虚拟现实教学应用情况进行对比，我们发现：当前，国外基于计算机仿真的虚拟实验比国内开发时间早，应用相对成熟，不管是在仿真器材还是仿真软件上都比较丰富、且功能较多；同时，国外很多成熟的仿真实验产品价格普遍偏高，且技术难度也不太适合本科学生，更适合研究所或工程师使用。尽管如此，我国还是有很多现行的成熟的计算机仿真软件供我们选择，这些成熟的仿真软件具有界面友好、可扩充性、支持二次开发等特性，甚至大多实现模块化利于定制化实验的开发，基本上能满足国内高等院校实验教学需要及丰富的仿真实验需求。因此，国内很多高校及科研院所普遍采用购买成熟的仿真软件产品，基于自身的仿真实验需求进行对应的二次开发，从而设计出适合自己的基于计算机仿真的虚拟实验平台，并得到了很好的应用发展。就工业工程类实验课程而言，现在市面上流行的仿真软件，如，Flexsim、witness、em-plan等都能提供给我们一个良好的仿真实验平台，供我们在这些平台上进行综合性实践项目的构建和开发。
3基于计算机仿真技术的实验教学模式开发
在深度分析学生学习特点和企业真实需求的基础上，基于建构主义学习理论和混合式学习理论，按照社会发展对人才培养的要求，结合计算机仿真实验教学设计的基本原则，借鉴信息化和项目教学、案例教学设计方法，探索出基于实践项目、真实案例和工作任务的计算机仿真实验教学模式，实现了“教、学、做”一体化的实验设计。该模式由“项目导入、制定计划、实施计划和成果展示与评价”4个环节组成，其中，计算机仿真实验教学贯穿了该模式的所有环节。下面简单介绍该模式的具体实施方案。
（1）在“项目导入”环节，专业教师的活动包括：借助选定的计算机仿真实验平台，导入项目任务及目标、展示项目结果，让学生对项目有一个直观的认识，然后再布置具体的实践任务；利用计算机仿真实验平台，让学生明确自己应当完成的具体任务和完成任务后可以获得哪些知识以及达到什么样的技能水平；在充分考虑学生的现有知识和能力水平的基础上，适当采取分工协作方式，安排具体的任务完成时间及成果的评定方法等。
（2）在“制定计划”环节，学生的活动包括：通过自主学习、分工协作等方式，对具体实践项目的目标、任务进行分析；确定任务所涉及的专业方法和技能手段，充分应用已掌握的专业知识和能力，借助计算机仿真实验平台，设计出仿真实验模型帮助决策与优化；确定仿真实验任务的实施步骤，为仿真实验任务的实施做好充分的准备。
（3）在“实施计划”环节，学生的活动包括：在计算机仿真实验平台上，按照拟定的计划，逐步完成实践项目的仿真任务；在完成实践项目仿真任务的过程中，学生通过应用所学专业知识和技能，建构自己的专业知识，从而帮助自己养成专业素养。
（4）在“展示与评价”环节，学生的工作包括：在计算机仿真实验平台上展示自己的实践项目仿真成果；参与讨论和评价；通过对比分析，学生对自己的实践项目展开进一步的仿真优化处理。
4结语
将计算机仿真技术与项目教学、案例教学更加紧密的结合起来，能够更好的实现“教、学、做”一体化，并且，在显著改善实验教学条件、提升实验教学效果的同时，减少了设备消耗，尤其是耗材的使用量，节省了实验经费，而且克服了时间与空间上的限制，使工业工程综合实验课的开课率和学生的专业综合能力得到显著提升。计算机仿真技术在专业实验教学方面的应用前景广泛,值得深入研究。
作者：赵灿灿 单位：首都经济贸易大学安全与环境工程学院
参考文献
[1]徐洪梅,熊建设,石雷.计算机仿真技术在通信原理实验教学中的应用[J].实验技术与管理,2006,23(8):88-90.
[2]张祖鹰.浅谈计算机仿真技术在教学实训中的应用研究与实践[J].商场现代化,2007(7X):387.
[3]胡晓波,李琰,王艳芳.计算机仿真技术在实验教学中的应用[J].实验室科学,2007(2):121-122.
[4]曹旭帆,叶舟,高灵.基于计算机仿真技术的实验教学改革方案[J].实验技术与管理,2008,24(12):99-101.
[5]徐玮玮.仿真实验在教学中的应用及其意义[J].科技信息,2009(34):I0352-I0353.
[6]陈龙,张亚君.Proteus仿真软件在单片机实验教学中的应用[J].实验技术与管理,2009,26(8):73-75.
[7]徐红,刘羽.计算机专业虚拟实验教学环境的改革与实践[J].实验技术与管理,2009,26(2):90-92.
[8]张明,李良荣.计算机仿真技术在实验教学中的应用[J].长春师范学院学报:自然科学版,2010,29(6):117-119.
[9]刘颖,张东亮,李旺彦.计算机仿真技术在教学中的应用研究[J].电脑编程技巧与维护,2011(22):143-144.
[10]白锐,张健.计算机仿真技术在自动化专业教学过程中的应用研究[J].中国现代教育装备,2012(21):58-59.
[11]张敬南,张谬钟.实验教学中虚拟仿真技术应用的研究[J].实验技术与管理,2013,30(12):101-104.
[12]王卫国.虚拟仿真实验教学中心建设思考与建议[J].实验室研究与探索,2013,32(12):5-8.
[13]刘扬武.分析计算机仿真技术在高校网络协议实验教学中的应用[J].电脑知识与技术,2014(15):76.
关键词：仿真技术；机械设计；应用
1 计算机仿真技术在机械制造行业的重要作用
计算机仿真也被称作虚拟样机技术，设计人员利用特定软件在计算机上建立模型，通过各种动态性能参数分析来优化样机方案，不需要大量制造实物样机，从而用数字化新型技术取代了传统的实验方法，并且具有节约资金、安全可靠、方便灵活以及可重复使用等优点。如今在机械工程计算中，为了解决许多复杂系统的设计、分析和实验等诸多难题，都需要在计算机中建立真实系统的仿真模型，来分析实际系统的活动特征。在研发设计的初始阶段，设计人员只需用工具软件做不同的初始设计并建立起虚拟样机，就可以对现实的或者假设的系统进行仿真研究和试验了，监测和改进系统也很便利。仿真技术的引入不仅极大地提高了机械设备研究设计的质量，而且大幅减少了零部件的开发周期和降低了制造的成本。
2 计算机仿真的实现
计算机仿真技术实现的前提是建立符合实际的电脑数学模型和仿真模型，这个过程涉及到图形学、几何造型学、数据处理技术和力学等知识的集合运用。计算机系统是无法直接识别和处理研究对象的，所以要产生一个既能被计算机接受又可以呈现研究客体实质的数学模型。
计算机处理这些将真实系统的实质抽象出来的数学模型，并输出这些模型的相关参数来展示真实系统的某些特质，这种展示也可以是具象的（如三维立体的）。三维立体模型具有更加直观清晰的特点，所以越来越多的被研究人员所采用。数学模型建立起来以后，计算机仿真的精度将由建模的精准程度来决定。综上所述，要想实现计算机仿真大体上分为三个步骤：
2.1 模型的创建
针对要研究的目标或问题，首先需要抽象出一个能达到仿真目的的可靠系统，并且要给其加上边界条件和约束条件。然后，运用相关学科的知识把这个系统通过数学表达式准确地阐述出来，阐述的内容就是计算机仿真的核心――数学模型。数学模型根据时间的关系可划分为静态模型和动态模型，而动态模型又分为连续时间、离散时间和混合时间三种；模型分为连续变量系统模型和离散事件系统模型是以系统的状态描述和变化方式为依据的。
2.2 模型的变换
模型的变换就是把抽象出来的数学表达式转换成计算机能够处理的形式，这需要运用适当的算法和计算机语言，这种形式所表达的内容就是进行计算机仿真的关键――仿真模型。实现这个过程，既可以根据自身需要研发一个新的系统，也可以把当下市面上已有的仿真软件拿来直接运用。
2.3 模型的实验
将创建的仿真模型输入电脑中，运行仿真模型会获取一系列的仿真结果，这就是模型的仿真实验。由于是按照先期设计的实验方案来运行的，所以仿真实验是一件很简单的事情。但是，仿真的结果又应该按照什么标准来衡量呢？这就需要具体辩析仿真结果的可靠性，检验仿真结果可靠性主要有两种方法（置信通道法和仿真过程的反向验证法）。
3 在机械设计制造行业中计算机仿真技术的广泛应用
3.1 在齿轮设计研究中的应用
齿轮是机械装备的主要基础零部件，研究它的计算机仿真是很有意义的。如运用Visual Lisp语言可以从几何角度研究齿轮任何端面齿形的建模和传动仿真；圆弧针齿行星传动的动力学研究也能运用电脑仿真技术；利用计算机仿真研究了影响正交面齿轮传动接触点的主要参数（包括主动齿轮与刀具齿数差、齿数比、模数等）；在齿轮泵的齿轮研发设计中也很好的应用了计算机仿真。
3.2 在机械结构件设计方面的应用
机械产品要由大量的机构组装起来实现设定好的工艺动作，在进行新产品研发时，这些机构是否能正确地实现所设定的动作，机构与机构之间的运动是否配合得当，机构间是否存在干涉和干涉的部位，怎样选择各种机构组合方案来更好地满足设计标准，这些问题都需要借助计算机仿真来解决。大型的三维机械设计软件都会提供一个机构运动仿真的功能模块，在虚拟环境中设计好的装配体可以模拟演示机构的运动，是一种直观方便的工具软件。这种软件可以依据装配的关系自行主动来计算机构中的运动副，并能自动增添附加的运动发生器、铰链和弹簧；要进行运动学的仿真只需要设定主运动件就可以了，还能从任何角度来观察，软件还能对机构的运动干涉进行检查，设计人员可以很方便地进行检查验证。
3.3 在复杂数值计算分析方面的应用
随着计算机技术在机械工程中的应用越来越广泛，以往许多由于条件限制无法进行计算分析的复杂问题，都可以通过计算机仿真得到满意的解决；另外，计算机辅助使大量复杂的工程计算分析简单化、层次化，节省了大量的时间，避免了低水平的重复劳动，使计算分析更快、更准确，在新产品研发的设计、分析等方面发挥了重要的作用。机械产品开发的基本过程是概念设计初步设计详细设计试验修正设计再试验，直到满足产品的要求标准，仿真技术的引入最大限度的减少了材料的浪费和缩短了耗时。对机械产品的动力学模型进行计算机仿真技术分析，可以获得产品结构的强度应力、刚度应变和变形、动态特性固有频率、振动模态、热态特性温度场、热变形等参数，根据计算分析能得到容易导致机械出现疲劳失效的风险因素以及其它潜在的问题。
关键词：计算机仿真；综合性实验；问卷调查法；效果评价
1.背景
计算机仿真技术中的一些理论和公式建立在实验、观察、推理和假设的基础上，其正确性须由实验来验证。计算机仿真技术实验是计算机仿真技术课程的重要组成部分，研究如何通过计算机进行系统仿真技术的应用性实验。在实验过程中，学生用理论来解释、分析实验结果，又以实验结果来证明理论，互相印证，达到巩固理论知识，学会使用实验设备，掌握实验测试技能的目的。
综合性实验作为课程实验教学中的一个重要环节，对提高学生的综合素质，培养学生的实践能力与创新精神具有重要作用。通过计算机仿真技术综合性实验，学生可初步掌握仿真工程软件，应用仿真技术知识解释、分析仿真实验中所发生的系统参数和仿真效果规律，提高通过计算机仿真分析问题、解决问题的综合性应用工程能力，为后续课程的学习和从事实际工作打下良好的基础。
2.计算机仿真技术综合性实验的内涵与评价机制设计
2.1综合性实验的内涵要素
根据教育部《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》（教高[2005]01号）文件精神，为了加强学生创新思维、创新能力和综合素质的培养，充分调动学生学习的主动性和创造性，加快实验教学体系的改革，各实验室需要加强对实验教学内容的更新，减少验证性和演示性实验，增加设计性和综合性实验。综合性实验是指实验内容涉及本课程或相关课程综合知识的实验，是在学生通过一个阶段的学习后，在具有一定的基本知识和基本技能的基础上，运用一门课程或多门课程的知识对学生实验技能和方法进行综合训练的一种复合型实验。
针对电子专业新教学大纲修订和计算机仿真技术课程实验教学需要，根据系统仿真基本方法，我们设计了面向工程实践的实际电子控制系统指标和要求，要求学生采用计算机仿真的基本方法和工程性仿真软件，分析仿真实验的系统性能及设计。为实现上述目标，计算机仿真技术综合性实验应包括以下要素。
（1）综合性实验需要面向专业背景，内容应贯穿一门或多门课程的知识点，且各知识点应有必然联系；
（2）综合性实验须由多项仿真过程任务组成，需要一定的任务实施程序；
（3）综合性实验最终易于形成某种结论、方案或物化结果，以提高学生的工程实践仿真能力。
基于上述要素设计完成的计算机仿真技术综合性实验，突出了电子信息类专业特色和知识结构特点；整合了学科中计算机仿真的工作原理及使用方法、仿真工程软件应用、系统设计、实验数据分析处理等核心知识点。学生通过分析完整的典型电子电路系统的仿真性能设计过程，有效提高仿真实践能力。
2.2综合性实验效果评价调查表设计
为了准确掌握学生对综合性实验内容的认知情况，针对计算机仿真技术综合性实验项目的“结合学生所在专业的知识背景”“实验内容有机整合学生的理论课程内容”和“锻炼培养提高学生的实际仿真技能”等3方面的综合性实验内涵要素要求，我们采用问卷调查法，设计了《计算机仿真技术综合性实验项目内容建设调整情况调查表》，通过向授课学生发出该调查表，收集学生对计算机仿真技术综合性实验的意见和建议，完成综合性实验效果评价。设计的调查表如图1所示。
该调查表共有10个必答单选题和1个选答论述题组成，题目分为以下5类。
（1）题目2-4针对综合性实验内容是否结合学生所在专业知识背景。
（2）题目5和题目8针对综合性实验内容是否有机整合学生的理论课程内容。
（3）题目6-7针对综合性实验内容是否锻炼培养提高学生的实际仿真技能。
（4）题目1、9-10分别调查学生对实验情况总体满意度、实验学时安排合适度和实验考核形式接受度等。
（5）选答论述题“其他（主要包括学生在实验课程中的收获、心得体会以及意见与建议等）”主要用于学生对该实验课程的综合认知情况的进一步展示。
调查表全面反映了综合性实验项目设计开设过程中需要满足的各项要求，注重体现专业性、综合性、实践性等3方面的特点。
3.综合性实验效果调查数据与效果评价分析
3.1调查数据汇总
我们对2010级电子1-3班同学发放调查表86份，收回有效问卷48份。对反馈内容进行数据统计分析，学生选项调查数据见表1。
3.2实验项目的“专业性”程度
对于实验的“专业性”程度，在被调查并反馈个人认知情况结果的48名学生中，体现为“较好及以上”水平的数据如图2所示。
从图2可得出87%的学生认为实验内容及要求的整体安排合理性（题目3）为很好或较好；73%的学生认为实验内容3项中至少有1项最适合本专业的知识运用（题目4），其中17%的学生认为所有内容都符合；71%的学生认为实验内容同所学专业背景整体结合（题目2）很好或较好。
因而，综合性实验在提升实验项目“专业性”方面达到了预期目的，但还有上升空间。我们后期应深入对实验内容进行优化，细分专业应用方向，进一步提升“结合学生的所在专业知识背景”的实验项目“专业性”程度。
3.3提升实验项目的“综合性”程度
对于实验的“综合性”程度，认为“较好及以上”水平的数据如图3所示。
从图3可得出，81%的同学认为实验内容对所学知识点间的综合运用程度达到很好或较好（题目5），有63%的同学认为实验内容对知识储备的要求很高或较高（题目8）。
实验项目内容综合了电子专业的模拟电子知识、电路系统仿真、计算机仿真、Matlab软件等多方面的专业知识，基本满足电子专业学生的专业综合知识培养需求和综合性实验项目设置要求。63%的学生认为实验对知识储备要求很高或较高，这说明目前很多学生不太适应实验项目要求中的“知识综合”，因此我们还需要对实验内容进行优化，进一步细分专业应用方向，在“综合性”和学生综合知识基础“现实性”中进行平衡，以期进一步提升“实验内容有机整合学生的理论课程内容”的“综合性”程度。
3.4提升实验项目的“实践性”程度
对于实验的“实践性”程度，学生认为“较好及以上”水平的数据如图4所示。
从图4可得出，81%的学生认为实验内容能很好或较好地培养系统仿真的综合运用能力（题目6），77%的学生认为实验内容能很好或较好地培养仿真实践技能（题目7）。
因而，综合性实验在提升实验项目“实践性”程度达到了预期目的。实验项目内容突出了电子信息类学生的专业背景和知识结构特点，培养学生运用现代仿真软件技术进行实践分析的方法，能较好地解决实际工程系统的仿真应用时效性，基本满足电子专业学生的计算机仿真实践性工程需求和综合性实验项目设置要求。针对仍有19%和23%的学生对综合性实验对“能力”和“技能”的培养效果不太满意，我们后期应对实验内容进行深入优化，突出对仿真模型建立分析办法、计算机仿真编程方法的实践，进一步提升“锻炼培养提高学生的实际仿真技能”的“实践性”程度。
3.5实验项目“常规性”内容反馈
对于实验的“常规性”，学生反馈数据如图5所示。
从图5可得出，对于综合性实验项目的内容及要求的设计（题目1）、学时安排（题目9）、考核形式（题目10）等实验项目常规性设置内容，学生大都较为满意。特别需要指出的是，87%的学生认为实验内容的考核形式不适宜采用“考试”的形式，其中，47%的学生认可“报告”形式，40%的学生认可“讨论”形式。从中可以看出，大部分学生都希望通过自己、同学间、师生问的自由探索、讨论分析，掌握相关实验技能，所以，实验的过程远比实验的结果重要。我们需要在以后的综合性实验教学中，有意识地强化学生在综合性实验过程中分析问题、解决问题、阐述实验过程的技能和能力。
【关键词】计算机；三维仿真技术；水利工程；应用
中图分类号： TV文献标识码：A
前言
文章对计算机三维仿真技术的特点和在水利工程中应用的意义进行了简要介绍，对计算机三维仿真模拟技术的实现过程进行了阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对计算机仿真技术在水利水电工程中的应用研究进行了探讨。
二、计算机三维仿真技术的特点
三维仿真技术是利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验的技术，以模拟的方式为使用者创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图形界面，使之在感知行为的逼真环境中，获得一种身临其境的感受。例如《韶关市城市规划三维辅助决策系统》，利用地理信息系统、三维空间建模、遥感等现代信息技术，以数字地形数据、遥感影像数据、数字高程模型数据以及三维城市要素模型等数据为基础，在三维虚拟空间内实现局部的规划和建筑设计方案与区域景观的实时、多方案综合分析与决策。计算机三维仿真技术的特点如下：
1.可快速对多种施工方案进行比较：如对于某个混凝土坝工程的浇筑施工模拟，通过计算机仿真技术可在短时间内就能仿真模拟出若干个可行性施工方案，施工技术人员在分析模拟结果的基础上，再分析判断出对工程浇筑施工有较大影响的因素，获得浇筑施工过程中的关键时期阶段信息，据此便可提前做好充分的预防准备措施。
2.成本相对较低，与进行真实的模型试验不同，计算机仿真模拟技术是对原型结构进行虚拟模拟，不需要制作真实的原型结构模型，只需要相应的软件购买费用，而且购买一个软件后可相对的长期进行多方案的模拟计算，软件的重复使用率较高，使得应用成本低。
3.模拟结果的可靠性较高，计算机的高准确性决定了在软件系统模型设置正确，以及软件程序编制正确的前提下，工程相应的施工模拟仿真分析就会满足在进行模型的模拟仿真分析前预先考虑到的各种约束条件。
4.实用性强，计算机仿真技术可应用的领域极为广泛，只要能用数学方式进行表达和描述的问题模型，基本上都能够用计算机进行相应的仿真模拟计算。
三、计算机三维仿真在水利工程中应用的意义
1.提供可视化功能支持
三维仿真技术可以依靠相关的软件进行辅助操作，对水利工程规划方案和规划过程进行详细的系统设计，能够提供可视化的支持，能适当的对规划的对象进行高度、方向、颜色等方案筛选和比较，使得规划的决策更为科学、合理、直观。同时，相比传统的设计辅助图，三维仿真技术拥有更强的决策和设计功能，可以降低规划决策的失误率，规避设计所带来的风险。如，2006年9月，人民大会堂公映的大型传奇史诗影片《圆明园》，通过先进三维仿真技术，将“圆明园”真实的再现在世界人们的眼中。
2.多样化的数据服务
利用三维仿真技术进行三维模拟和三维仿真系统的设计，可以利用三维仿真系统查询相对对象的信息资料，为规划设计者提供水利工程的信息资料。在水利工程规划三维辅助决策系统中，在功能方面提供了三维基础功能、规划信息查询、规划方案评审、规划辅助分析、规划辅助设计、三维管网管理等六大功能，并利用现有水利工程综合管理信息系统和基础数据共享平台进行对接。
3.提高规划项目的管理效率
通过制作项目模型或者提供静态的三维效果图来展示项目的整体规划过程，这具有很大的局限性，无法完成规划对象的修改和管理。水利工程三维仿真技术可以设计一个可操作的三维仿真系统，为开发机构或城市规划单位提供高精度的数据服务和视觉质量。在需要修改或增减项目工程的过程中，可以直接导入或更新相关的数据信息，可以及时作出方案调整和实施，提高规划项目的整体管理质量和效率。
四、计算机三维仿真模拟技术的实现过程
计算机仿真模拟技术是以数学理论为基础逐渐发展起来的一门技术，对于客观现实的事物和问题，计算机并不能直接对其进行分析和处理，而是需要建立一个能反映待研究事物或问题的本质特征，同时还要求能被计算机所分析处理的”模型”。计算机仿真模拟技术的实现流程主要如下：研究对象特征分析，建立数学模型，计算机分析处理，获得仿真结果。在实际应用过程中通常表现为以下步骤。
1.建立模型：根据具体的研究目的和研究对象的特征，在进行计算机仿真模拟计算前，应先根据实际问题的特征确定一个适当的分析系统，并结合实际工程参数确定系统的约束条件和边界条件。再利用相关的数学、力学及其他相应学科的有关理论，把抽象出来的分析系统用一个数学模型表达式描述出来，即建立了相应研究问题的“数学建模”，模型建立的准确程度决定着仿真模拟计算结果与工程实际情况相符合的程度。
2.输入模型：模型的输入过程即是对上一步骤建立的“数学建模”结合软件的功能特点转化为计算机能够识别和处理的形式，这种形式所体现的模型内容，即是相应的“计算机仿真模拟模型”。建立和输入模型是进行计算机进行仿真模拟计算的关键环节。
3.仿真计算分析：将上面输入计算机的仿真模型载入相应的计算机计算模块中，按照预先设置的各种施工方案，来进行相应的仿真模拟计算，这便是所谓的“计算机模型的仿真计算”过程。
4.仿真模拟计算结果分析：仿真模拟计算的目的是为了反映一个问题的发展状况，仿真模拟计算的结果包含着系统对输入模型运行处理的信息，对这些信息的分析和评估是进行计算机仿真模拟研究的最终目标，因此我们应充分结合工程的实际情况，结合经验来分析和处理仿真计算的结果，使防止模拟能够指导真实的实际工程施工。
五、计算机三维仿真技术在水利水电工程中的应用研究
1.复杂地下洞室群施工动态可视化仿真与优化方法研究
地下厂房系统施工开挖量大，施工强度高，施工条件复杂，是一个极其复杂的过程。由于工序的作业时间的随机性，容易产生随机排队现象而影响其他作业；由于地下洞室系统纵横交错，布置密集，高差大，施工通道少，使得各工序配合与相互干扰错综复杂；在安排各个洞室施工先后顺序及隧洞施工顺序时，需要考虑对工程的总工期、围岩稳定、通风散烟条件、施工强度以及交通运输等问题的影响。各个洞室施工在时间、空间上的逻辑关系复杂，传统横道图难以直观地揭示其复杂的时空关系。因而仅靠设计人员采用传统的方法分析计算，难以确定合理的施工机械设备配套方案、制定合理的施工进度计划和施工组织设计方案，难以全面、快速、准确地掌握施工全过程。
2.水利水电工程施工导截流三维动态可视化仿真方法研究
水利水电工程施工导流设计和管理过程，往往需要涉及大量的数据及图形信息，如坝区的水文、地形、地质资料以及枢纽设计、施工场地布置和施工导流方案设计等各种数据及图纸。高效、简便地对这些信息进行管理，是提高设计效率及施工管理水平的关键之一。同时，施工导流方案设计是施工组织设计的重要环节，其设计过程复杂，对不同的导流方案很难进行直观的比较，所以实现施工导流形象直观的表达具有重大的现实意义。
结束语
计算机三维仿真技术已经实现了可视化，这对水利工程中的相关施工和维修检测中相关问题的解决具有实际意义，随着计算机三维仿真技术的进一步发展，它在水利工程中奖发挥更好的效果，让我们拭目以待。
参考文献
［关键词］仿真理论 仿真技术 仿真应用
随着计算机科学技术的高速发展，系统仿真技术和计算机技术紧密的融合在一起。目前，有的高校采用多媒体技术和虚拟现实技术进行系统仿真的教学。
仿真技术是利用计算机并通过建立模型进行科学实验的技术。它具有经济、可靠、实用、安全、可多次重用的优点，是利用模型对系统进行研究的一门多学科综合性技术。
现代仿真技术的发展是与控制工程、系统工程及计算机技术的发展密切相关联的。控制工程和系统工程的发展促进了仿真技术的广泛应用，而计算机技术则为仿真提供了强有力的手段和工具。因此，计算机仿真在仿真中占有越来越重要的地位。
一、仿真学科的理论体系
1.相似理论
相似理论是研究事物之间相似规律及其应用的科学，是仿真科学的基本理论。其基本内容包括相似定义、相似定理、相似类型和相似方法。
2.模型论
模型论是以各应用领域内的科学理论为基础，建立符合仿真应用要求的、通用的、各领域专用的各种模型的理论和方法。
3.仿真系统理论
研究和论述构建符合应用需求的仿真系统理论和技术。包括仿真系统的体系结构和构成，仿真系统的设计及其公共关键技术，仿真系统的研制和运用仿真系统的规范、标准等。
4.仿真方法论
结合各应用领域的不同要求，研究仿真基本思想和方法，包括定量仿真方法和理论、面向对象仿真方法；智能仿真方法等。
5.仿真的可信性理论
表述仿真过程及结果评价、控制的概念和方法的基本理论、研究仿真环境和真实环境的相似性理论和方法，研究提高仿真可信性的各种方法、技术和规范。
6.仿真科学和技术的应用理论
论述仿真运行实验设计、仿真管理、仿真过程的可视化、仿真及其结果综合分析的理论。
二、几种主要的仿真技术
1. 仿真建模
仿真建模是一门建立仿真模型并进行仿真实验的技术。建模活动是在忽略次要因素及不可测量变量的基础上，用物理或数学的方法对实际系统进行描述，从而获得实际系统的简化或近似反映。
2.面向对象的仿真
面向对象仿真是当前仿真研究领域中最引人关注的研究方向之一，面向对象仿真就是将面向对象的方法应用到计算机仿真领域中，以产生面向对象的仿真系统。
3.智能仿真
智能仿真是把以知识为核心、人类思维行为作背景的智能技术引入整个建模与仿真过程，构造智能仿真平台。智能仿真技术的开发途径是人工智能与仿真技术的集成化。仿真技术与人工智能技术的结合，即所谓的智能化仿真；仿真模型中知识的表达。
4.虚拟现实技术
虚拟现实技术是现代仿真技术的一个重要研究领域，是在综合仿真技术、计算机图形技术、传感技术等多种学科技术的基础之上发展起来的，其核心是建模与仿真，通过建立模型，对人、物、环境及其相互关系进行本质的描述，并在计算机上实现。
5.分布仿真技术
分布仿真技术作为仿真技术的最新发展成果，它在高层体系结构上(HLA，high level architecture)，建立了一个在广泛的应用领域内分布在不同地域上的各种仿真系统之间实现互操作和重用的框架及规范。HLA的基本思想就是使用面向对象的方法设计，开发及实现系统不同层次和粒度的对象模型，来获得仿真部件和仿真系统高层次上的互操作性与可重用性。
三、仿真的一般步骤
仿真过程的三个主要活动是“系统建模”、“仿真建模”、“仿真实验”，而联系这些活动的要素是“系统”、“模型”、“计算机”。其中：系统是研究的对象，模型是系统的抽象，仿真是通过对模型进行实验来达到研究的目的。
要对一个系统或对象实施计算机仿真，首先必须把握系统的基本特征，抓住主要的因素，引入必要的参量，提出合理的假设，进行科学的抽象，分析各参量间的相互关系，选择恰当的数学工具，然后在此基础上建立相应的数学模型。仿真建模的过程是在已有的一些先验知识的基础上，试探地写出研究对象所满足的或近似满足的数学规律，再结合实际的研究目的，对猜测性的数学关系进行反复修改和优化，从而得到既符合客观实际又易于在计算机上实现的数学模型。
四、仿真技术的应用及发展
仿真技术来自于军事领域，但它不仅用于军事领域，在许多非军事领域也到了广泛的应用。例如：在军事领域中的训练仿真；商业领域中的商业活动预测、决策、规划、评估；工业领域中的工业系统规划、研制、评估及模拟训练；农业领域中的农业系统规划、研制、评估，灾情预报、环境保护；在交通领域中的驾驶模拟训练和交通管理中的应用；医学领域中的临床诊断及医用图像识别等。
随着现代信息技术的高速发展，仿真技术也得到了飞速的发展，在军用和民用领域中更深更广的应用也促进了仿真技术的进步。分布仿真技术作为仿真技术发展的最新成果，在国民经济建设和国防建设中发挥了更大的作用。目前，国际上许多国家在“仿真是迄今为止最有效的综合集成方法，是推动科技进步的战略性技术”这一观点上已达成了共识。21世纪仿真技术的研究与应用将取得更大的发展。
参考文献:
［1]贾连兴:仿真技术与软件[M].北京:国防国业出版社,2006
［2]康凤举:现代仿真技术与应用[M].北京:国防国业出版社,2006
关键词: 物流；仿真；成本；库存
中图分类号: TP391.9 文献标识码: A
一、仿真技术的发展及特点
仿真就是通过对系统模型的实验去研究一个存在的或设计中的系统。计算机仿真则是借助于计算机对系统模型进行实验的一种方法，它是50年代初期随着计算机技术的应用而逐渐发展起来的。仿真技术发展到今天大致分为三个阶段，在20世纪50到60年代，仿真是在实体上进行，实时性强且精度较高，但实施难度和费用较大。在20世纪60到70年代，系统的一部分由计算机代替，另一些组合由实物充当，一定程度上保留着实时性。从20世纪70年代至今，是计算机仿真或数字仿真阶段。计算机仿真技术有以下一些显著的特点：
1. 可以替代许多难以实施或无法实现的实验。
2. 可以解决用理论分析或数学解析难以求解的大型系统问题。
3. 可以降低投资风险、节省研究和开发费用。
4. 可以避免实际实验的财产消耗。
5. 可以缩短实验时间，并不拘于时空限制。
二、仿真的类型和基本步骤
计算机仿真的类型有离散事件(系统)仿真(Discrete-Event Simulation)、连续系统仿真(Continuous Simulation)、混合系统仿真(Combined Discrete continuous Simulation)等。
物流系统的仿真是典型的离散事件系统仿真，其核心是时钟推进和事件调度的机制。离散事件系统是指系统状态在某些随机时间点上发生离散变化的系统。这种引起状态变化的行为称为“事件”，因而这类系统是由事件驱动的；而且，“事件”往往发生在随机时间点上，亦称为随机事件，因而离散事件系统一般都具有随机特性；系统的状态变量往往是离散变化的。
在计算机仿真中涉及的三个基本要素是系统、模型、计算机，联系着它们的三项基本活动是模型建立、仿真模型建立(一次建模)、仿真实验，这三要素和三项基本活动是所有计算机仿真的基础。计算机仿真的基本步骤归纳为：
1. 选择合适的计算机仿真软件
2. 建立仿真模型
3. 编写各种控制程序
4. 运行仿真系统
5. 仿真结果分析和优化
三、仿真技术对物流系统研究的影响
随着物流行业生产自动化水平的不断提高，生产节奏越来越快，物流系统越来越复杂并且内部关联性越来越强，生产管理者对生产改进的每一决策，都需谨慎考虑，措施不当，往往需要付出高昂的代价。而正是由于系统的复杂性，快节奏和柔性，要想预测每一个决策给系统带来的后果，己经是人的大脑无法胜任的了。计算机仿真技术正是弥补了这一不足，成为自动化物流系统管理者的有用工具，成为生产系统规划设计人员的得力助手，成为公司检验其物流系统及决策是否真的高效的唯一可用技术。在设计一个新的工厂或系统，对己有系统添加新设备或重新优化，仿真都是非常必要的。仿真技术近年来应用越来越广，其对物流系统研究的影响主要表现为以下几个方面：
1.有利于解决随机因素的影响
仿真模型的一个特点是它是一个随机模型，系统的参数受随机因素影响所发生的变化在模型中得到充分体现。这一点是其他方法所无法比拟的。
2.仿真帮助系统优化
仿真可以让人们依据对系统模型动态运行的效果，多次修改参数，反复仿真。仿真是一种间接的系统优化方法。现在，人们越来越认识到，对于多目标、多因素、多层次的系统来说，并不存在绝对意义上的最优解。优化只是相对而言的。即使是最优化方法，其本身由于若干的假设、抽象和简化所造成的误差，已经使“最”字打了折扣。
3.仿真对各种复杂的系统具有良好的适应性
仿真所建立的模型，完全是实际系统的映像。即它反映系统的物理特征、几何特征，又可以反映系统的逻辑特性。因此，对于各种复杂的物流系统，无论是线性的还是非线性的，无论是静态的还是动态的，都可以用仿真方法来研究。
4.符合人们的思维习惯，有助于系统分析
研究分析物流系统的方法，大体上可分为两种类型。一类是解析法，另一类是非解析法。解析法是把物流系统抽象成一种数学表达式，通过求解数学表达式找到最优解。这是一种完全通过逻辑推理来获得启发和借鉴的方法，如运筹学中的线性规划和动态规划等。解析法有比较悠久的发展历史，在实际中应用广泛，是比较成功的方法。但是，解析法过于拘泥于数学抽象。非解析法不依据抽象的假想，而是以现实为依据。仿真方法是一种非解析法。仿真所依据的，是对系统的实际观测所获得的数据建立起来的动态模型。这种方法所建立的模型，即表达了系统的物理特征，又有其逻辑特征。
四、仿真技术在物流研究中的应用领域及发展前景
计算机仿真技术在物流研究中主要应用于以下几方面：
1.物流系统规划及设计
在没有实际系统的情况下，把系统规划转换成仿真模型，通过运行模型，评价规划方案的优劣并修改方案，这是仿真经常用到的一方面。这可以在系统建成之前，对不合理的设计和投资进行修正，避免了资金、人力和时间的浪费。系统仿真运行准确地反映了未来物流系统在有选择的改变各种参数时的运行效果，从而使设计者对规划与方案的实际效果更加胸有成竹。
2.物料运输调度
复杂的物流系统经常包含若干运输车辆、多种运输路线。合理的调度运输工具，规划运输路线，保障运输路线的通畅和高效等都不是一件轻而易举的事。运输策略存在着多种可能性。如何评价各种策略的合理性?怎样才能选择一种较优的调度策略?运输调度是物流系统最复杂，动态变化最大的，很难用解析法描述运输的全过程。建立运输系统模型，动态运行此模型，再用动画将运行状态、道路堵塞情况、物料供应情况等生动地呈现出来。仿真结果还提供各种数据，包括车辆的运行时间、利用率等等。通过对运输调度过程仿真，调度人员对所执行的调度策略进行检验和评价，就可以采取比较合理的调度策略。
3.物流成本估算
物流过程是非常复杂的动态过程。物流成本包括运输成本、库存成本、装卸成本。成本的核算与所花费的时间直接有关。物流系统仿真是对物流整个过程的模拟。进程中每一个操作的时间，通过仿真推进被记录下来。因此，人们可以通过仿真，统一计物流时间的花费，进而计算物流的成本。这种计算物流成本的方法，比用其他数学方法计算，更简便、更直观。并且，可以建立起成本与物流系统规划、成本与物料库存控制、成本与物料运输调度策略之间的联系。从而用成本核算结果来评价物流系统的各种策略和方案，保证系统的经济性。实际仿真中，物流成本的估算可以与物流系统其他统计性能同时得到。
4.库存控制
通过对物料库存状态的仿真，可以动态地模拟入库、出库、库存的实际状况。根据需要正确地掌握入库、出库的时机和数量。
随着计算机的普及发展，计算机仿真方法在物流系统分析的应用越来越普遍，它在如下几方面有着广泛应用前景：
(1)由于有些物流系统的复杂性，应用数学方法难以构造模型，提出解析解，此时可采用仿真的方法构造模型，以求得系统模型的解答。
(2)对于新设计的物流系统，在未能确定它的优劣情况之前，不必急于无根据地花费大量的投资来建立，可应用仿真对新的物流系统的可行性和效率提出明确的评价判断。
(3)仿真具有通过试验达到优化的目的。可应用这一手段，对控制与决策中的多方案进行多次运行，按既定的目标函数，对不同的决策方案进行分析比较，从中选择最优方案，进行辅助决策。
(4)对物流系统运行机制进行分析。在仿真模型运行过程中，可根据需要，记录有关数据和信息，从而为分析物流系统提供依据。
(5)对物流系统的发展战略进行研究，应用计算机模型可以对从过去到未来的国家、地区或者企业的物流系统的发展规律进行仿真运算，研究系统的因果关系，得出结论，以促进系统的改进和发展。通过建立物流系统的仿真模型，扩展了物流系统研究的边界，有助于描述物流系统的各种现象，加强直观感，从而能够更深刻地理解和分析物流系统。
作者单位：沈阳化工学院
参考文献:
[1]吴耀华.物流系统的三维虚拟仿真[J].E制造(e-Manufacturing ), 2002,8:48-53.
[2]闰英伟，霍津海.计算机仿真技术在我国自动化物流系统中的应用[J].浙江物流， 2003,11:57-60.
[3]工煌,蔡临宁,岳秀江.物流系统的仿真研究综述[J]. 制造业自动化, 2004,9:6-9.
关键词：计算机仿真；技术；企业；物流系统；优化；研究
一、引言
随着互联网技术和计算机技术的不断发展，各行各业之间的相互交叉发展，对计算机又提出了新的要求。同时，计算机技术的发展又促进了各行业的发展和良性竞争。众所周知，企业的发展离不开好的企业管理模式。随着人们生活水平的提高，以及经济的不断发展等。企业面临着前所未有的挑战，各企业间的竞争日益加剧。企业尤其是大型企业，一般包括物品生产，销售和物品运输等环节。而企业管理模式中，对企业生产物流系统的管理部分一直是比较薄弱的环节。因为，一般来说，企业会将管理重点放在产品销售阶段，往往忽视了物流系统。但是，由于企业生产物资或销售商品占到整个企业费用的30%-40%，可见企业生产物流系统的好坏往往会对企业的发展起到至关重要的影响。为了改善我国目前企业的生产物流系统，在原始物流管理系统的基础上，进行改进，降低成本，提高收益。提出利用计算机仿真技术，对企业生产物流系统进行优化管理，并进行总结。
二、我国企业生产物流系统现状
1.企业生产物流优化研究意义
企业的发展离不开管理，好的管理模式不仅可以降低企业成本，提高企业受益，还可以从根本上给企业创造新的发展机遇。从表面来看，我国企业处于不断发展中，并且发展速度逐年增加。但是，我国企业中任然存在一些不足。比如，生产物流设施布局不合理等。而这往往不利于企业的进一步发展。而利用计算机仿真技术对企业生产物流系统进行优化。对企业生产物流系统的优化的意义主要有：合理布局厂区位置，方便生产物资的运输，降低企业生产运输成本；稳固系统，提高系统管理力度，提高企业生产效益；优化企业生产物流系统，加强各子系统间的联系，使其分工合作，提高企业生产效率。
2.我国企业生产物流现状
企业的生产物流是企业物流的一个子模块，是企业物流的一个重要组成部分。生产环节是企业的最初环节，也是最为重要的环节，同时还是资金投入最多的环节。其中，在企业的生产过程中，生产物流占据着整个资金投入的绝大部分。因此，在企业生产物流是整个企业物流的重点。通过研究发现，我国企业生产物流总共经历了5个阶段，分别是：
（1）人工物流阶段
此阶段是企业生产物流发展的最原始阶段，其特点是完全依赖人力资源，靠人的力量去解决问题。缺点是需要大量的劳动力，企业生产成本高，并且对操作人员的要求较高，出现误差的可能性较大。不利于企业的长久健康发展。
（2）机械物流阶段
机械物流阶段是在人工物流阶段发展到一定时期后发展起来的。在一定程度上减少了对人员的依赖性，提高了企业的生产效率。为后来自动化及智能化物流阶段提供依据。
（3）自动化物流阶段
自动化物流是现代智能物流的雏形。大规模的利用现代计算机技术和网络技术，建立自动化生产物流管理系统。通过计算机实时操控生产物流的运输情况。
（4）集成化物流阶段
集成化物流是指在集成思想的指导下，为了提高企业核心竞争力，将企业生产物流的各个子系统，按照一定的模式构成集成系统进行管理。通过生产物流的集成化管理，大大提高了各子系统间的相互交流运作，提高了工作效率，为企业节省一大笔资金，是一种比较先进的生产物流管理系统。
（5）智能物流阶段
随着现代化各种技术的发展，我国企业的生产物流系统也随之不断更新。目前提出的最为先进的生产物流系统是智能物流管理系统。此阶段，生产物流系统的最主要特点是方便，高效。利用计算机网络系统，建立数据库，将信息通过数据库直接传递。降低了出错的可能，提高了企业的综合竞争力。
3.仿真技术在现代企业生产物流中的应用
仿真技术的出现和发展已经具有很长的历史。最初，人们通过手工仿真完成仿真工作，承担了大量的工作量。20世纪50年代开始，随着计算机的发展，人们开始尝试用计算机编程技术进行仿真。直到70年代后期，科学家们研发出专门做仿真的仿真计算机，大大提高了仿真效率。近年来，仿真技术越来越普及，得到人们的广泛认可。仿真技术在现代各行业的发展中也得到了广泛的应用。如今，由于经济的不断发展，企业间的竞争不断加剧。各企业为了在如此激烈的竞争中占据一席发展之地，必须想方设法的提高企业自身综合竞争力。众所周知，企业管理是企业获得良好发展的前提，是企业综合竞争力提高的必要条件。而企业的生产物流系统占据着整个企业资金的30%-40%，因此，管理好企业生产物流对提高整个企业的综合竞争力有着十分重要的帮助。仿真技术的出现正好解决了企业生产物流系统的优化问题。利用仿真技术优化企业生产物流系统，简化原本复杂的生产物流结构，优化生产物流处理方式等。
三、基于仿真技术的企业生产物流系统构建
1中职机械专业学生创新思维的培养
创造思维可以说是人类高级的思维形式，创新能力的基础是创造思维。在中职机械专业学生创新思维的培养中，发挥主导作用的是发散思维。发散思维指的是对于一个问题，能通过多个方向思考，得出多种答案或设想的思维方法。在机械专业的学习中，想要培养学生的创造思维，首先要培养他们的发散思维。按照学生的个人思维特征，根据相关的认知规律，引导学生思考，并启发他们的思路，促使他主动积极思考。在机械课堂教学中，教师要留有缺口，也就是为学生进一步的探究和自学留有一定的余地。机械制图课程中的一题多解，就是学生发散性思维培养的有效方法。比如，如果物体的主视图为圆形，学生需要说出物体可能的形状，可以有圆柱、球形和圆锥等，多种答案可以让学生的想象能力得到拓展，发散思维得到锻炼。
2中职机械专业创新氛围的营造
中职机械专业学生创新的基础和前提是主动积极参与到学习中。教师应该创设一定的情境，为学生的学习营造适当的创新氛围。调动每一位学生参与的积极性，营造民主、轻松的学习氛围，创造学生、教师互相合作的学习环境。情境创设一般分为三步，一是提出或发现问题，然后对问题进行分析，最后成功解决问题。教师应该提供充分的学习资料和机会给学生，学生在独立思考的过程中对一些观点进行反思和质疑，做出个人判断并发表意见。同时，教师应该经常鼓励学生，树立他们的自信心，利用设疑、诱导和启发等，促使学生愉快、轻松地学习知识。在准备课程内容时，参考教材但不完全依赖于教材，按照教学的需求来整合教材，联系学生的实际生活，和学生已有的知识经验和认知水平互相适应。比如，机械制图课程的学习中，可以利用CAXA设计软件的相关内容。由于CAXA设计和搭积木一样简单直观，学生能够有趣、轻松地按照制图内容来进行模型的建。另外，在车工工艺的学习中，对于成型面加工的联系，可以设计成酒杯。在数控铣床的实践中，可通过MasterCAM软件，对中国象棋中的车、炮、马等进行制作，让学生的学习紧密联系实际。
3应用计算机技术，培养学生创新思维
3.1仿真技术在中职机械专业课堂教学中的应用在中职机械专业教学中，可以通过计算机仿真技术在多门课程中的有效应用，来培养学生的创新思维。首先，在机械原理课程中，主要论述了机械系统设计的方法以及机械机构分析的原理。理论教学过程中，可以利用多媒体课件来结合生活实际，让学生对机构分析、机器原理举杯感性和理性的认知。实验教学过程中，可以通过计算机仿真技术，例如VC与OpenGL结合，来进行相关程序的编制，如此一来，学生能直观地观察到三维场景中相关机构的运动状况，从而验证机构的设计是否合理。其次，在数控技术课程中，主要论述了数控机床的机构、数控测量和数控发展等。通常将理论和实际结合来教学具有较好的效果。然而，在插补原理教学中，利用计算机仿真技术，让学生设计、编制出数控加工的虚拟系统，能够更好地激发学生的学习兴趣并提高他们对数控知识的掌握深度。然后，在工程力学课程中，机械专业学生主要对材料力学和理论力学进行学习。学生对于变形和受力情况的求解和分析一般难以理解，计算中也会出现错误，可以引导学生通过计算机仿真技术来进行相关模型的构建，编制出求解和分析程序模块，对于结果输出和分析过程进行可视化显示，这样一来，学生能很快地掌握解题思路，解决和分析问题的能力也会得到提高。最后，在机械制图课程中，初学者通常对二维和三维图形互相的转换无法理解，对于直线、曲线和圆等简单的画法只会被动地进行使用。如果使用仿真技术，引导学生探索开发出简单的绘图软件，对于绘图要点学生能更好地理解。另外，如果结合SolidWords或3DMax等高级绘图软件，则会在计算机编程和机械绘图两方面提高学生的创新能力和知识能力。
3.2仿真技术在中职机械专业课外实践中的应用中职机械专业创新思维的培养的重要环节是学生在课外的实践。机械专业学生的实物制作一般是研制出一些满足特殊工作需求的零部件、执行特定动作的机器人和实现某种功能的机器等。实物模型的设计是否能按照设计来实现特定的动作，速度、位移和加速度等能否满足要求等需要在制造实物之前进行论证。而计算机仿真技术能满足上述要求，利用计算机仿真技术，能够对机器的尺寸进行方便快捷的修改，并对机构的输出参数、运行情况等进行观察，使得研发成本和研制周期大为缩短。结合机械课程的理论知识，计算机仿真技术能对课程的难点和重点进行解决，一方面能激发学生成功解决问题后的成就感，另一方面也锻炼了他们的动手能力和创新思维能力，因此在中职机械专业学习中应该大力推广。
4结语
知识经济需要更多创新型职业技能人才，而中职学校具有为社会培养创新性人才的责任，因此进行中职学生创新思维的培养是非常必要的。本文以中职机械教育为出发点，从创新氛围营造、创新动力激发、创新思维培养和计算机技术的应用四方面探究了中职机械专业学生创新思维的培养策略，对于中职学生综合素质的提升具有重要意义。
作者：孙武单位：南宁机电工程学校
【关键词】 面向对象 仿真建模 模型
计算机仿真技术是以计算机为工具，以相似原理、信息技术以及各种相关应用领域的基本原理与技术为基础，根据系统试验的目的，建立系统模型，并在不同的条件下，对模型进行动态运行的一门综合性技术。而计算机仿真是使用计算机仿真技术，建立相应物理系统的数学模型，并在计算机上解算数学模型的过程。
计算机仿真的核心是系统模型，系统模型的粒度、运行效率直接决定了仿真的效果，只有建立正确的系统模型，才能得到正确的仿真结果，仿真才有意义和价值。在计算机仿真领域，系统模型称为仿真模型，建立仿真模型的过程称为仿真建模，仿真建模的根本目的是建立能够在计算机上解算系统数学模型的系统模型软件。
系统仿真模型软件作为一类软件，在设计、开发、运行和维护等方面符合软件的一般规律。仿真建模作为系统模型数学模型、模型软件建立过程，同样需要方法学指导。
1 面向对象方法
面向对象（Object-oriented，简称OO）思想是一种思维方式，强调思考过程中从现实世界中客观存在的事物（即对象）出发并尽可能地运用人类的自然思维方式。面向对象思想产生于编程语言，目前已经扩展应用于计算机硬件、数据库、软件工程、用户接口、计算机体系结构等多个领域，但在软件工程领域应用最为深入。
基于面向对象思想分析与解决问题的方法是面向对象方法。在软件工程领域，面向对象方法是指以面向对象思想为指导的软件设计与开发方法，强调运用人类在日常逻辑思维中经常采用的思考方法与原则，以对象为中心，以类和继承为基本构造机制来抽象现实世界，以对象、类、属性、方法、封装、继承、消息、聚合等概念对软件进行设计和开发。
2 面向对象仿真建模
仿真建模的根本目的是建立能够在计算机上解算系统数学模型的系统模型软件，为了达到这一目的，必须经历两次建模过程：一是数学模型设计，使用数学语言对系统进行抽象和描述，即数学建模，成果是包含数学公式、数据等元素的文档、图表等；二是模型软件建立，将数学模型转换为计算机软件，使数学模型能够在计算机上进行解算，成果是模型软件，这一过程是狭义上的仿真建模，可分为设计与开发两个步骤。
数学模型设计与模型软件建立这两次建模过程是紧密相关的，采用面向对象方法设计的数学模型，其模型软件必须同样采用面向对象方法建立，即在模型软件设计、模型软件开发均采用面向对象方法。这样一是能够最大化发挥面向对象方法的优势，包括直观、数据抽象、信息隐蔽、模块性、可重用性、可维护性、灵活性等；二是能够保证数学模型能够转换为模型软件，保证数学模型与模型软件的一致。
3 面向对象数学模型设计
数学模型设计使用数学语言对被仿真系统进行抽象和描述，被仿真系统由一系列组成部分构成，按照面向对象方法，可将被仿真系统的各组成部分定义为对象，这些对象可以拥有、传递和处理消息，并能相互作用。更进一步，可将被仿真系统各组成部分作为系统进一步分解为更加详细的对象。将被仿真系统分解并定义为一系列对象是面向对象数学模型设计的第一步。
面向对象思想认为任何现实世界客观存在的事物都可以通过状态和对状态的改变来进行描述，对象也是客观存在的事物，同样如此。在面向对象方法中，对象的状态使用属性来描述，而对象状态的改变使用方法描述，对象之间通过消息相互作用。对象拥有的消息是属性的一部分，对象传递和处理消息的过程是对状态的改变，是方法的一部分。面向对象数学模型设计的第二步是定义对象属性和方法。
对象属性分为静态属性和动态属性：静态属性描述了对象的静态特征，不会发生改变；动态属性描述了对象的动态特征，可被对象方法改变。对象方法描述了改变属性的方式和过程。
从数学的角度看，被仿真系统可使用数学方程来描述。那么，可以认为对象方法描述了数学方程本身，而对象属性则描述了数学方程中的变量。
4 面向对象模型软件建立
模型软件是对被仿真系统数学模型的软件实现，按照软件工程学，模型软件建立可粗略划分为设计和开发两个阶段。
4.1 面向对象模型软件设计
数学模型设计阶段已经明确了被仿真系统的对象组成，以及对象的属性和方法。模型软件设计阶段是连接数学模型与模型软件之间的桥梁，主要任务包括：按照面向对象方法，从软件设计角度对数学模型进行分析，将对象抽象为类，设计类之间的继承、聚合关系；根据仿真目的，从数学模型的对象属性中挑选部分属性作为类的属性，挑选部分方法作为类的方法，增加部分软件运行需要的属性和方法；设计类的实现方式，如编程语言、属性命名、方法的算法等；理清对象之间的关系，设计对象之间消息传递过程。
4.2 面向对象模型软件开发
模型软件开发是仿真建模的最后一个步骤，是采用面向对象方法，根据模型软件设计，将类、对象、对象属性、对象方法、消息通信等实现为软件组件的过程。
软件组件有很多种不同名称，又称为应用程序、程序、函数、模块、动态链接库、子程序或者类。这些名称基于不同的软件语言和协议，都表示一组计算机代码，都可以响应命令和接收数据。具体采用哪个形式，需要根据采用的编程语言、运行环境、重用性要求、模型调用要求等确定。建议采用面向对象编程语言实现模型软件，如C++、JAVA、C#等，并在开发过程中综合考虑运行效率、时间一致性、重用性的要求。
5 结束语
本文对面向对象方法在仿真建模中的应用进行了初步研究，是计算机仿真技术与软件工程方法相结合的一次有益探索。实际上，计算机仿真需要以仿真模型为核心，根据仿真目的构建仿真系统，在这过程中，面向对象方法必然能够发挥积极作用，这是下一步的重点研究方向。
参考文献
[1]周彦.戴剑伟等.HLA仿真程序设计[M].北京：电子工业出版社，2002.
[2]徐庚保.曾莲芝等.数字仿真的发展[J].计算机仿真，2008，03.
[3]王常武.刁联旺等.作战仿真中的实体运动模型[J].计算机工程，2002，30（2）：45-46.
作者简介
李宏海（1981-），男，大学本科学历。河北省抚宁县人。工程师。主要研究方向为计算机仿真。
电工电子技术课程，对中职的学生来讲，是一门专业技能课，有理论课、实验课、实训课。其中实验、实训都可以归结到实践课，目的是培养学生操作技能和解决实际问题的能力。将计算机仿真技术引入教学中，不仅改善了教学手段，减少了教学成本，更重要的是丰富了教学内容，提高了课堂教学效率，对于培养学生的自主能力、创新能力、分析和解决问题的能力都起到了潜移默化的作用。
一、理论教学中的应用
电工电子技术课程中，理论教学是必须的。理论是实践的基础和支撑。理论课教学的目的是更好地服务实践教学，更好地用理论知识支持技能的学习，同时也为学生将来的职业发展提供足够的基础。所以，我们不能轻视理论学习。但是面对现今的中职学生，讲理论知识，老师们都会感到头疼，因为学生的素质比较差，数学和物理基础比较薄弱，课堂上基本是老师灌输，学生被动接受，一点也调动不起学生学习的兴趣。再加上电子类的课程比较枯燥无味、抽象难懂、课程逻辑性强等特点，学生学习的确感到困难。对于教师来讲，费了好大力气，也很难达到理想的教学效果。
随着计算机技术的发展，出现了虚拟仿真技术。我们将仿真软件的虚拟实验功能引进课堂，在讲解理论的同时，利用计算机进行多媒体演示，搭建电路，设置参数，通电实验，在显示屏上可以直接显示实验结果，使一些抽象的概念形象化、直观化、简单化，弥补了理论上的抽象性。例如，在基本放大电路中，静态工作点选择的是否适合，直接影响到放大器的性能。若设置不当将会产生饱和失真或截止失真。在理论课上，学生往往对于公式的推导及曲线的讲解不能深刻体会，导致对于基本放大电路的知识点不能较好地掌握。而通过仿真软件EWB的展示，可以给学生一种直观的认识。同时，有兴趣的同学还可以自己设参数，观察静态工作点选择的是否合适，如果不合适会产生什么样的失真结果。这样的理论课学生学起来有积极性，学习效果也就有很大提高。再举个例子，在模拟电子线路中，三极管的基极（b）、集电极（c）和发射极（e）三个极之间的电流，存在Ie=Ic+Ib这样的关系，教材中指出这个公式是经过多次实验得出的结论，同时列出实验数据表格。然后，老师在课堂上让学生验证一下表格里的数据，的确符合上述规律。这样的理论教学，学生没有体验，就事论事，学生只有死记硬背。但如果利用模拟仿真，搭建电路，让学生亲手用EWB软件中提供的电流表实际测量一下，自己得出上述结论，那效果就会不一样，学生很快就会记住三极管三个极之间的电流关系。正如一位教育学家总结的：“你告诉我，我会忘记；你给我示范，我会记住；你让我自己做，我会明白，而且一辈子都不会忘记。”
所以，利用模拟仿真技术进行理论教学，可以将复杂问题简单化，抽象问题形象化，理性知识感性化，让我们的学生在理论学习时不感到枯燥，调动起他们的思维，让学生在不断的探索中学习。
二、实践教学中的应用
实践教学在电工电子技术的课程中安排比重较大，因为这是一门专业技能课，实践性很强。在上电工电子技术课的第一天，老师就要重点讲用电安全，因为做任何事情，安全总是第一位的。学生进行各种实验操作，一定要规范操作，注意操作规程，但仍不排除会有意外的发生。所以，作为电类的教师，在上实验课时难免会有各种担心。这是其一。其二是由于经费的问题，很多实验，由于实验室元器件、设备不全，规格不合适等原因而不能完成。就算能完成，也要花很大一笔开销。
如果采用虚拟仿真技术，我们只需要计算机，在计算机房就能完成很多实验，而且不存在安全隐患和设备不足的问题，特别是验证性的实验，很快就能得到结果。虚拟实践教学平台的建立，使学生可以不受场地与设备限制，只要有计算机，就可以进行各种相关电路的设计与仿真，有效做到理论与实践的结合，加深了学生对理论知识的理解，提高了学生的应用能力及实践能力，培养了学生学习的自主性，大大改善了教学效果。
例如，在数字电路的实践教学中，仿真软件中的逻辑转换仪非常有用。实际工作中并没有这个仪器，它能够将逻辑电路和真值表、逻辑表达式之间进行转换。利用这一功能，学生在设计组合逻辑电路时，非常的方便实用。另外，在项目实训中，对于设计各种电路而言，利用仿真模型，可以减少元器件损耗，方便更换不同型号规格的元件，减少设计成本。再比如，在整流滤波实验中，我们也可以让同学利用仿真技术进行先行实验。首先，搭建整流滤波电路，在仪表栏中调出双踪示波器，A通道接输入端，B通道接输出端，接通仿真电源，在示波器上就可以看到整流的效果，改变电路中电容参数，还可以观察波形的变化，不同电容量，波形脉动的成分是不同的。这表明了电容滤波的效果。这样的仿真实验，让学生在实物实验之前就有一个深刻的了解，包括实验步骤、实验结果、注意事项等，在实物操作时，做到心中有数，提高了实物实验的效率。虽然，仿真实验有很多优点，但实践性的教学不能完全依靠仿真技术，我们还是要将仿真实验和实物实验结合起来，充分发挥仿真技术的作用，让仿真技术为真正的实验教学服务，达到提高学生操作技能的目的。
三、仿真技术应用的思考
仿真技术应用于教学中，毫无疑问地提高了教学效果和效率。首先，利用仿真教学，激发了学生的学习兴趣，有利于突破教学中的难点。仿真技术引入课堂后，把许多抽象、难以理解的教学内容变得生动有趣，动态地显示实验现象和结果，化难为易，能够促使学生积极思考，提高自主学习和创新思维能力。其次，仿真教学在一定程度上可以弥补实验设备不足，并且可以模拟一些实物实验不易进行的实验项目。但是，在实际应用中，不能完全用仿真教学代替实物实践教学。仿真教学，只能起到辅助作用，实际动手操作能力，必须要通过实物性的实验操作才能得到提高。而且，真正的实验不能因此而减少。
模拟仿真软件种类比较多，选择一款简单易学、适合教学的才是最好的。经过教学实践证明，运用电子仿真技术作辅助，在优化课堂教学、提高教学效率、增强教学效果方面起到了重要作用，是一种先进的教学手段，很值得推广。
参考文献：
[1]周绍敏.电工技术基础与技能[M].高等教育出版社.
[2]张金华.电子技术基础与技能[M].高等教育出版社.
