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導語：在計算機仿真技術(shù)論文的撰寫旅程中，學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領您探索更多的創(chuàng)作可能。
【關鍵詞】虛擬仿真;數(shù)字電路;課程改革;教學方法
【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】B 【論文編號】1009―8097(2010)07―0147―04
一 前言
數(shù)字電子技術(shù)是計算機及通信類專業(yè)的重要的專業(yè)基礎課,其中關鍵的環(huán)節(jié)就是培養(yǎng)學生的實踐能力和解決問題的能力,因此,生動形象的課堂教學和全面的實驗體系對教學效果和知識的應用能力有著非常重要的作用。然而,由于實驗儀器的的老舊,數(shù)量有限,使得實驗的開出率以及實驗內(nèi)容的擴展都受到限制。為順應現(xiàn)代教育的發(fā)展,實施的現(xiàn)代化遠程開放教育,將計算機虛擬仿真技術(shù)應用于數(shù)字電路教學中。其中理論教學結(jié)合多種教學方法和現(xiàn)代化的教育技術(shù),將基礎知識和理論形象地表現(xiàn)出來,有助于學生理解。課堂教學和實驗教學都利用計算機虛擬仿真軟件將所學理論聯(lián)系實際,并加以應用,在此研究基礎上提出了基于虛擬仿真技術(shù)的所有電子技術(shù)課程教學的新模式。
二 計算機虛擬仿真技術(shù)
虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality)技術(shù),簡稱VR,涉及計算機圖形學、人機交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等多個領域。它由計算機硬件、軟件以及各種傳感器構(gòu)成的三維信息的人工環(huán)境――虛擬環(huán)境,可以逼真地模擬現(xiàn)實世界(甚至是不存在的)的事物和環(huán)境,人投入到這種環(huán)境中,立即有“親臨其境”的感覺,并可親自操作,與虛擬環(huán)境進行交互[1]。
計算機虛擬仿真技術(shù),是在多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)與網(wǎng)絡通信技術(shù)等信息科技迅猛發(fā)展的基礎上,利用計算機技術(shù)將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合,是一種更高級的仿真技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)以構(gòu)建全系統(tǒng)統(tǒng)一的完整的虛擬環(huán)境為典型特征,并通過虛擬環(huán)境集成與控制為數(shù)眾多的實體。實體可以是模擬器,也可以是其他的虛擬仿真系統(tǒng),更多的是計算機。實體在虛擬仿真軟件所提供構(gòu)建的環(huán)境中相互作用,以表現(xiàn)客觀世界的真實特征。虛擬仿真技術(shù)的這種集成化、虛擬化與網(wǎng)絡化的特征,可以滿足現(xiàn)代教育的發(fā)展需求[1]。
三 課程教學的若干問題及改革研究
對于理論教學環(huán)節(jié),首先是教學內(nèi)容陳舊。當前大中專院校所用的教材內(nèi)容都是十幾年前的,即便是近幾年出版的教材,也只是內(nèi)容的深淺不同,體系結(jié)構(gòu)基本相同。比如教材中主要說明的74LS系列的芯片在目前實際應用中已經(jīng)被淘汰,真正是學的沒用,用的沒學?，F(xiàn)在的學生在學習中,非常關注所學知識的實用性,如果不能學以致用,就影響到學習興趣和學習積極性。因而在課程教學中要及時更新教學內(nèi)容,講解傳統(tǒng)芯片的同時多介紹一些現(xiàn)在普遍使用的芯片,當然也要根據(jù)學生學習程度,最大可能激發(fā)學生的興趣[3]。
其次是教學方法。常用的教學方法無非就是這幾種:講授法、討論法、談話法、閱讀指導法。根據(jù)課程的特點和教學要求,不能一成不變的套用傳統(tǒng)的教學方法。這些方法對有些課程很有效,但是對計算機課程不一定全部適合,因此需要探索適合本課程需求的新的教學方法。筆者在教學中通常有如下幾種方法:講授法,這是傳統(tǒng)的教學方法,教師口述基本事實、原理和推理過程。部分定理,原理及產(chǎn)品采用講授法。例舉法,就是以典型例題說明某個定理或元件的應用,這是本課程用的最多的一種方法。在數(shù)字電路課程中有很多芯片的實際應用,有些是針對某部分內(nèi)容的很典型的例子,這些例子對于學生理解和掌握此部分知識非常有用。任務驅(qū)動法,就是教師布置一些運用某個知識點的題目,要求學生在課堂上有限的時間里做出來,并檢查完成情況。這樣學生對該節(jié)課所學知識從理論到應用有了一個全方位的認識,而且對每個知識點掌握得都比較透徹,這是近年來比較流行的一種教學方法,也是計算機專業(yè)課程特有的一種教學方法,對提升教學效果有顯著作用。
再次是教學手段,不是單純的使用多媒體課件,而是結(jié)合計算機專業(yè)特點引入現(xiàn)代化教育技術(shù)和手段,很多典型例題用計算機仿真軟件在課堂驗證,讓學生直觀形象地了解電路的工作情況,從而掌握電路或芯片的應用。
對于實驗教學環(huán)節(jié),首先是實驗設備簡陋。很多高校數(shù)字電路實驗設備包括我校仍然使用老式實驗箱,即由固定數(shù)字電路芯片搭建的實驗,學生只能按實驗教材設計的實驗按步驟做固定的實驗,實驗內(nèi)容都是以芯片講解為主,目的是對芯片功能進行驗證。因此學生把實驗課當完成任務,實驗環(huán)節(jié)沒有促進教學,相反影響了教學效果。很多新的芯片不能認識和實踐,使得實驗教學方法與實際應用的要求嚴重脫節(jié)。其次在實驗教學過程中,由于實驗設備老化,個別元件被損壞或接觸不良,導致學生實驗中,出現(xiàn)一些問題,電路連接完全正確,但是就是得不到正確結(jié)果,結(jié)果費了很多時間去排除故障,這樣做實驗當然激發(fā)不了學生的興趣,相反還會阻礙他們進一步探索。再次,由于實驗條件的限制,實驗項目只能停留在驗證性實驗層次,學生的設計能力和綜合應用能力都得不到提高,利用電子電路的計算機虛擬仿真軟件multisilm10就可以解決這個問題,利用這個軟件可以自行設計集成電路,綜合應用各種芯片,完成所有的數(shù)字電路實驗[4]。在教學實施中,根據(jù)學生情況分驗證性實驗、設計性實驗和綜合性實驗三個層次完成實驗教學目標。
四 計算機虛擬仿真技術(shù)在課程教學中的應用
1 課堂教學中的應用
在課堂講到門電路的工作原理或集成電路的應用時,可以現(xiàn)場用計算機仿真軟件演示電路的工作過程,使學生更好地理解門電路的工作原理和芯片的工作情況。從而掌握電路的應用。這樣,教學過程是由原理到應用,由簡單到復雜,由抽象到現(xiàn)實,循序漸進地完成理論知識的學習。數(shù)字電路的基本單元是門電路,那么理解其工作原理非常重要,但是此部分對于大部分同學來說都是難點,如何突破這個難點呢?利用軟件建立仿真電路,真實地展現(xiàn)輸出電壓隨輸入電壓的變化情況,就會獲得很好的效果。下面是利用仿真軟件說明TTL與非門工作原理的課堂實例:
(1) Vi=0V,輸入接低電平。那么Q1導通,Vb1=0.8V,Ib5
(2) Vi=3.6V,輸入高電平。那么Q1的發(fā)射極電流從發(fā)射極(0.852mA)流入,從集電極流出,Q1的發(fā)射極和集電極倒置狀態(tài)。Vb1=2.443V,Vb5=0.843V,Vbc1+Vbe2=2.443-0.843=1.6V,導致Q2、Q5導通。由于Vc2=0.886V,Q4、Q5截止。輸出Vo=0.018V。其電路仿真如圖2:
2 實驗教學中的應用
大學生需要有獨立的設計能力和對電子器件的綜合應用能力,這就決定了本課程的實驗體系應該是三個層次,在簡單的驗證性實驗的基礎上必須開設有創(chuàng)造性的設計性實驗和綜合性實驗。然而實驗室有限的數(shù)字電路實驗箱只能做幾個簡單的驗證性實驗,無法滿足設計性實驗和綜合性實驗的設備要求。但是,利用電子電路的計算機仿真軟件就可以擴展實驗室,提供所需要的一切電子元件和芯片,搭建任意難度,任意復雜的電路,并驗證其正確性。同時利用仿真軟件的可配置性,配合適當?shù)碾娐房勺龀龆喾N不同的應用。在實驗課程中,提前給出了三種實驗的一些題目和內(nèi)容,要求驗證性實驗必須都完成,設計性實驗可選做一至兩個,綜合性實驗選做一個。下面簡要說明學生利用仿真軟件選做的數(shù)字電子鐘邏輯電路的設計實例。
要求用中、小規(guī)模集成電路設計一臺能顯示日、時、分秒的數(shù)字電子鐘,選用器材主要有:安裝有仿真軟件的計算機若干臺,集成電路(CD4060、74LS74、74LS161、74LS248),晶振、電阻、電容若干,數(shù)碼顯示管,三極管、開關若干。
提示設計方案,包括數(shù)字電子鐘的電路框圖和四個主要模塊的實現(xiàn)細節(jié),學生依據(jù)電路框圖和提示信息設計邏輯電路圖,并將其在虛擬實驗環(huán)境中用仿真電路實現(xiàn)。下面給出數(shù)字電子鐘的電路框圖。
篇幅所限,參考電路就不給出,但是通過這個實例可以看出虛擬仿真技術(shù)在課程實驗中的重要作用。不但節(jié)省很多設備購置費用,不受地點和環(huán)境的限制,而且和真實實驗具有相同的效果。既然如此,為什么不廣泛應用呢?
五 總結(jié)
論文對數(shù)字電子技術(shù)課程教學提出很多問題,在實際的教學實踐中對這些問題進行了探索,將計算機虛擬仿真技術(shù)引入教學中,采用現(xiàn)代化教育手段進行課程改革。課堂教學提出了很多適合本課程并行之有效的教學方法,重要電路工作情況的計算機仿真演示,部分例題的計算機仿真驗證,增強其直觀性和真實性,加強學生的理解。實驗教學也利用計算機仿真軟件,采用虛擬實驗和真實實驗相結(jié)合的方式,擴充建立了虛擬實驗室,擴展了實驗內(nèi)容,在無需花費很大代價的情況下,滿足了設計性實驗和綜合性實驗的條件,從而完成三個層次實驗體系的建設。在本文的研究基礎上,可將虛擬仿真技術(shù)推廣應用到所有電子技術(shù)課程教學中,引發(fā)電子技術(shù)課程改革的新局面。
參考文獻
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【關鍵詞】生產(chǎn)仿真；管道安裝仿真；計算機優(yōu)化
近年來，由于制造業(yè)領域三維CAD系統(tǒng)軟件的普及，“數(shù)字生產(chǎn)”變得非常實用。通過生產(chǎn)前使用三維模型仿真整個生產(chǎn)進程，制造效率以及安全性達到預期效果，并且通過各領域工作臺共享信息使得實施管理動態(tài)生產(chǎn)成為可能。下面分別介紹復雜船體分段搭載，設備搬運，CRP的安裝以及機艙通道等仿真應用實例。
1 生產(chǎn)仿真
1.1 船舶工業(yè)仿真技術(shù)
計算機仿真主要應用于船舶設計平臺，尤其是概念設計以及結(jié)構(gòu)分析。由于船舶生產(chǎn)非常復雜且需要足夠經(jīng)驗，計算機仿真很難廣泛應用到船舶生產(chǎn)過程中。仿真作用如下：1.提高質(zhì)量；2.縮短訂單與交船時間間隔；3.減少生產(chǎn)成本減少成本，包括材料成本和工資；4.減少制造過程中時間浪費。
在船舶生產(chǎn)中仿真可以應用到如下幾個方面：
1.生產(chǎn)進程分析和估計；2.生產(chǎn)計劃安排；3.訓練特殊技術(shù)工種的模擬器，例如線加熱、焊接以及校正；4.檢測施工安全性。
1.2 船舶生產(chǎn)仿真
隨著計算機集成制造的應用，根據(jù)設計和生產(chǎn)數(shù)據(jù)制作產(chǎn)品模型，并在此基礎上進行工藝設計。為了提高生產(chǎn)三大主要元素——生產(chǎn)率、質(zhì)量和安全性，研究各種先進的計算機仿真技術(shù)非常重要。
船舶屬于大型設備，結(jié)構(gòu)復雜，具有億萬個來自世界各地生產(chǎn)的部件以及各種各樣的材料。在建造船舶時，眾多部件會聚船廠，考慮船廠環(huán)境及設備等相關的信息才能進行有效生產(chǎn)和工序安排。制定生產(chǎn)計劃，需要積累豐富的船舶建造經(jīng)驗，以滿足多工種協(xié)調(diào)作業(yè)時對效率和質(zhì)量的要求。三維CAD不僅有效地應用在船舶生產(chǎn)仿真中，而且在自動化和飛機工業(yè)中應用也相當成功。近年來，隨著計算機容量顯著提高，價格也變的便宜。因此，應用軟件變的越來越廣泛，船舶建造仿真技術(shù)越來越簡單。除此而外，三維CAD集成了船體和設備所需的所有結(jié)構(gòu)件和部件。近來，IHI新開發(fā)了AJSAI系統(tǒng)集成了所有產(chǎn)品數(shù)字模型，從直觀的角度在計算機上顯示了船塢中搭載二周后VLCC結(jié)構(gòu)的三維視圖。從而提高了生產(chǎn)效率、安全，以及產(chǎn)品質(zhì)量。
1.3 計算機優(yōu)化制造
船舶建造過程中，多工種工人互相依靠、協(xié)作制造。隨著工作難度等級提高，相關生產(chǎn)難度也隨之上升。產(chǎn)品模型是計算機集成制造的核心，設計和生產(chǎn)計劃是仿真的基礎。在這一領域，基于優(yōu)化生產(chǎn)的數(shù)字制造成為現(xiàn)實。
2 管道安裝仿真
在船舶建造中，裝配是一個很典型的工作。一般情況，工人僅僅憑借個人經(jīng)驗，根據(jù)不含詳細說明的粗略圖紙進行生產(chǎn)制造。因此，裝配工作存在以下問題：1.從粗略圖紙中構(gòu)思整體結(jié)構(gòu)、設計裝配工序，必須接受過職業(yè)訓練、具有工作經(jīng)驗。2.基于經(jīng)驗設計的工序不一定是最佳的3.生產(chǎn)時才能發(fā)現(xiàn)設計的錯誤。4.不可預見的問題時常出現(xiàn)，生產(chǎn)計劃經(jīng)常受影響5.無經(jīng)驗人員不能從事裝配工作。近來，隨著裝配仿真系統(tǒng)的開發(fā)，即使無經(jīng)驗的工人也能進行裝配工作。裝配仿真通過船廠無線局域網(wǎng)將結(jié)果顯示在工人從事裝配場所的個人電腦上。電腦屏幕上裝配時組件整體樹形結(jié)構(gòu)圖通過三維模型圖可以從任意角度觀察任何想看到的地方，包括貨盤名稱、部件種類、部件名稱、次要部件以及每個組件之間的關系的相關列表。這種模型圖形即使沒有經(jīng)驗的人們也易于理解。隨著便攜計算機系統(tǒng)成功開發(fā)以及RFID系統(tǒng)的問世，管道安裝仿真技術(shù)將更進一步發(fā)展，尤其管道部件的管理。
3.1 分段搭載
是在機艙里，四周已有的四個分段中間插入另外一個分段的安裝過程。插入分段與鄰近安裝好結(jié)構(gòu)件相對關系非常復雜，因為該分段是在定盤上完成的。在那里，工作環(huán)境受其他因素的影響很小，設備盡可能裝配在分段上。由于額定載荷為幾百噸的大型起重設備同時吊卸分段時各種障礙物隨時出現(xiàn)，因此細心而熟練地操作非常必要。只有這樣，分段才能非常精確地安裝在確定位置。
3.2 設備搬運
這種設備在整個FPSO營運過程中一直不停地運轉(zhuǎn)，有時需要搬運至船外，進行修理、更換損壞部件。通過仿真可以設計出最優(yōu)搬運路線，在整個運輸過程中不會碰撞任何設備以及結(jié)構(gòu)件。多種設備經(jīng)過這種仿真，效果顯著。仿真結(jié)果制成使用操作手冊供船東檢驗，得到設計認可。
3.3 CRP的安裝
在狹窄船塢中實現(xiàn)螺旋槳精確地安裝非常重要。安裝螺旋槳旋轉(zhuǎn)軸時，船體里面和外面的安裝工人需要協(xié)作工作。通過仿真預先互相交流意見、確定安裝流程，裝配工作才能順利展開。
3.4 機艙通道
通過借助假想木板確認通道的人性化空間為眾多船級社和船東所要求。如果設計時運用三維CAD進行仿真，設備和結(jié)構(gòu)件之間干涉將會避免。這樣，設計質(zhì)量隨之提高。
4 結(jié)論
論文關鍵詞：輸配電線路 施工技術(shù) 仿真系統(tǒng) 設計
論文摘要：由于社會對于電力的總的需求不斷增大，同樣對于輸配電線路的施工技術(shù)要求也更加嚴格，輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)的設計成為電力部門非常重視的問題，文章講述了輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)概況和輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)功能設計詳情，講述了目前輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)的設計策略及應用。
一、輸配電線路施工技術(shù)概述
目前我國的輸配電線路施工技術(shù)參與人員數(shù)量較多，但是這些人員的能力水平都是各不相同的，操作人員的各方面知識水平和素質(zhì)也需要提升。對于輸配電線路施工操作人員的培訓如果僅僅停留在理論的層面，就難以替身操作人員的實踐能力，參加培訓的人員因為實踐比較少，所以技能就比較差，正是這種原因使得人們對于輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)的需求也更加迫切。
二、輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)設計現(xiàn)狀
（一）輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)概況
輸配電線路施工技術(shù)仿真是對現(xiàn)實配電線路施工技術(shù)系統(tǒng)的抽象屬性的模仿。人們利用這樣的模型進行試驗，從中得到輸配電線路施工技術(shù)所需的信息，然后幫助實踐者對現(xiàn)實世界的輸配電線路施工技術(shù)的問題做出決策。輸配電線路施工技術(shù)仿真是一個相對概念，任何逼真的仿真都只能是對真實系統(tǒng)某些屬性的逼近然而仿真是有層次的，既要針對所欲處理的客觀系統(tǒng)的問題，又要針對提出處理者的需求層次，否則很難評價一個仿真系統(tǒng)的優(yōu)劣。
輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)一種先進的實施培訓手段，提高培訓的效率，強化培訓效果。輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)的設計是在計算機的基礎上開發(fā)，通過Internet 軟件平臺及面向?qū)ο蟪绦蛟O計和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，綜合設定，使得輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)具有實用性和可維護控制性。
輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)的開發(fā)，主要是首先起源于國外對于計算機仿真系統(tǒng)的應用，尤其是西方國家如英國、美國等大型企業(yè)開發(fā)計算機仿真系統(tǒng)，并取得了顯著的效果，這樣參加培訓的人員可以在很短的時間內(nèi)獲得具體輸配電線路施工技術(shù)作業(yè)經(jīng)驗，其技能可以與在現(xiàn)場工作2年的人員比，因此很多國家都看到了計算機仿真技術(shù)的優(yōu)越性，計算機仿真系統(tǒng)也越來越多的應用到各個領域中。目前我國對于仿真系統(tǒng)的應用也是在一些危險性較大的領域，例如大型的鍋爐裝置、化學化工及變電站的應用中，后來有人提出在輸配電線路施工技術(shù)作業(yè)中應用，但是目前仿真系統(tǒng)在輸配電線路施工技術(shù)作業(yè)中應用僅僅停留在提出的階段，還沒有完全開發(fā)出完善的輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)。
（二）輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)功能設計
目前關于輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)的設計的思想越來越統(tǒng)一，即輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)必須能夠便于施工技術(shù)模型的調(diào)試和輸配電線路畫面的構(gòu)造，輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)還應采取先進的運行軟件和保證運行數(shù)據(jù)相分離的一種設計思路。
關于輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)功能設計應該分成培訓師和受培訓者兩個方面的功能，對于輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)培訓師功能應該是輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)的集成操作，其主要功能是可以控制受培訓者的機器，包括受培訓者機器的開始暫停關機等功能，另外可以準確知道受培訓者機器是否有事故及分析事故產(chǎn)生源，輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)培訓師機器功能還應是控制受培訓人員考核的現(xiàn)場等具體狀況。輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)學員機器功能設計，首先要依附于輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)培訓師機的功能下，即能夠受到輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)培訓師機器的監(jiān)管控制。在這種模式的輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)受培訓人員的機器可以提供參家培訓人員的操作畫面，主要包括操作的流程圖、、控制組、趨勢圖及操作記錄等具體的監(jiān)控畫面。
輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)將電網(wǎng)仿真系統(tǒng)和輸配電線路仿真及配電站系統(tǒng)仿真等有機結(jié)合進行設計，該系統(tǒng)應該具有的特點是確保在硬件使用上采用了以局域網(wǎng)應用為核心，利用工作站、開放式系統(tǒng)及微機構(gòu)成的分布式，以便于以后輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)的擴充和升級。此外，在輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)軟件上采用了軟件相互支持系統(tǒng)技術(shù)，這樣使輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)系統(tǒng)更加便于修改和維護。再者，在功能上要更加完善，即充分考慮了仿真電網(wǎng)和輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)及仿真變電站之間的相互影響，使輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)更加具有真實性。最后，還應通過采用了輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)多媒體技術(shù)，逐步實現(xiàn)輸配電線路施工技術(shù)的圖像化和可視化，比較完整的反映出輸配電線路施工技術(shù)作業(yè)情況，同時也使仿真的對象更加便于更改和進一步擴充，這樣輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)就會具有更高的性價比。
通過輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)為輸配電線路施工技術(shù)作業(yè)人員提供了一種較為先進的培訓手段，同時也徹底改變了傳統(tǒng)的培訓模式，它的設計及應用可以提高整體的輸配電線路施工作業(yè)技術(shù)，進一步確保電網(wǎng)安全，同樣也大大提高了作業(yè)者的勞動生產(chǎn)率，為創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益和社會效益發(fā)揮著顯著的作用。
三、結(jié)論
輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)仿在不斷的發(fā)展和完善中，供電有限公司每年都會投入很大的資金和時間等用于施工技術(shù)人員的培訓及考核，著力開發(fā)完善的輸配電線路施工技術(shù)的仿真系統(tǒng)，使得輸配電線路施工技術(shù)的仿真系統(tǒng)能自由安排培訓項目，并且允許人員在培訓中發(fā)生各種錯誤，同時演示出因為操作錯誤造成的種種后果且不帶來任何實際危害，不受其他客觀條件的限制，此外還可以人為制造各種故障來綜合培訓操作人員處理操作中故障的能力。輸配電線路施工作業(yè)人員進行重復性集中培訓，從而使的操作人員在短期內(nèi)接受較多的培訓項目，縮短總的培訓周期?？晒?jié)約大量的培訓時間與經(jīng)費。所介紹的輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)目前已經(jīng)投入運行，實際應用表明該系統(tǒng)能極大地提高培訓的質(zhì)量，在短時間內(nèi)提高施工技術(shù)人員的技術(shù)水平，對電力系統(tǒng)的建設起到了重大的推動作用。目前很多設計成果效果較為顯著，但是為了進一步提高輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)的應用水平，還需要更好的完善輸配電線路施工技術(shù)仿真系統(tǒng)，爭取達到創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益和社會效益。
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【論文摘要】將虛擬仿真技術(shù)引入教學領域后對傳統(tǒng)教學手段產(chǎn)生了強烈沖擊。本文針對航空電子裝備教學中如何應用虛擬仿真技術(shù)給出了應用方法和體會。
1．引言
自 20世紀 9O年代以來，以計算機仿真技術(shù) 、多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)為特征的“虛擬仿真實驗室”開始在世界各地出現(xiàn)，并逐步滲透到教學領域。作為一種新型的實驗教學手段，虛擬仿真教學對傳統(tǒng)的教學手段產(chǎn)生了強烈沖擊，并引發(fā)了教學領域一系列深刻的變化。種種跡象表明，虛擬仿真教學將是今后實驗教學改革的一個重要發(fā)展方向。本文結(jié)合多年來在航空電子裝備教學中應用虛擬仿真技術(shù)的經(jīng)驗，探討在航空電子裝備教學軟件中應用虛擬仿真技術(shù)的方法和體會。
2．虛擬仿真技術(shù)簡介
虛擬仿真技術(shù)是對虛擬現(xiàn)實技術(shù)和系統(tǒng)仿真技術(shù)的合稱。
2．1虛擬現(xiàn)實技術(shù)
虛擬現(xiàn)實技術(shù)就是利用三維建模技術(shù)，構(gòu)建一個與現(xiàn)實世界的物體和環(huán)境相同或相似的虛擬三維場景，并能響應用戶的輸入，根據(jù)用戶的不同動作做出相應的反應。虛擬現(xiàn)實的關鍵技術(shù)主要有動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實時三維圖形 生成技術(shù)、立體顯示和傳感器技術(shù)等。虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要側(cè)重于對真實物體物理特征的仿真，也稱為視景仿真，它主要用于產(chǎn)品設計與展示、商業(yè)廣告、游戲設計等。
在航空電子裝備教學中，大量用 到對裝備的外觀 、結(jié)構(gòu) 、組成 、連接 、機安裝位置的展示 ，傳統(tǒng)教學大都采用實物展示 的方法 。近年來隨著大量航空電子裝備 的更新?lián)Q代，因受經(jīng) 費、場地及使用壽命等因素的限制 ，傳統(tǒng)教學方法 已遠遠不能滿足要求 ，而采 用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的展示方法則 以其廉價 、無場地限制和效果 良好得以廣泛應用。
目前有大量成熟的軟件平臺可以進行視景仿 真的開發(fā)，主流平臺Creator Vega Vega Prime VTree OPENGVS QUEST3D VRTOLLS EON、WEB3D、JAVA3D、GLStudio等。其中，MULTIGEN公司的虛擬現(xiàn)實數(shù)據(jù)庫 OPENFLIGHT已經(jīng)成為 了工業(yè)標準 ，在軍事 、航空航天等領域應用都 比較成熟 。在航空 電子裝備虛擬仿真軟件的開發(fā)中我們采用r Vega Prime、GLStudio和 EON作為視景仿 真開發(fā)的技術(shù)平臺 ，解決物理模型的創(chuàng)建、場景顯示等問題。該平臺可以達到照片級 的視景仿真效果 ．同時采用嵌入 OPENGL技術(shù)來解決物理模型 的交互問題。
2．2系統(tǒng)仿真技術(shù)
系統(tǒng)仿真技術(shù)是伴隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的一門新興學科 ．它通過建立實際系統(tǒng) 的數(shù)學模 型 ，利用計算機運算來達到對被仿真系統(tǒng)的分析、研究、設計等目的。系統(tǒng)仿真技術(shù)主要側(cè)重于對真實系統(tǒng)的內(nèi)在機理、運動方式 的仿真，也稱為行為仿真。系統(tǒng)仿真技術(shù)最初主要用于航空、航天、原子反應堆等價格昂貴、周期長、危險性大實際系統(tǒng)試驗難以實現(xiàn)等少數(shù)領域，后來逐步發(fā)展到電力、石油、化工、冶金、機械等一些主要工業(yè)部門，并進一步擴大到社會系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、交通運輸系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)等一些非工程系統(tǒng)領域。
在航空電子裝備教學中，對裝備工作原理的講解既是重點也是難點。傳統(tǒng)教學方法主要通過教員的講述，配合一些靜態(tài)的圖形幫助學員理解 ．教學效果主要依賴于教員的授課水平和技巧 。近年來．我們嘗試將系統(tǒng)仿 真技術(shù)應用到航空電子裝備教學中，根據(jù)被仿真裝備的工作原理，建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，并根據(jù)裝備的不同工作狀態(tài)，對模型進行動態(tài)運行．結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)的逼真場景．較好地模擬實際裝備的工作情況。利用該技術(shù)開發(fā)、研制的教學軟件不但可供教員教學使用．也可供學員自學，并達到了較好的教學效果。
目前，有許多成熟的系統(tǒng)仿真開發(fā)平臺軟件．如 Simulink、SystemView等，這些軟件以其功能強大和使用方便、易用性受到廣大用戶歡迎．但價格較為昂貴，且大多未提供對外的仿真數(shù)據(jù)接口．仿真系統(tǒng)應用的靈活性、擴展性和可變性受到很多限制。當然也可自行開發(fā)適用 的仿真開發(fā)平臺軟件。在航空電子裝備虛擬仿真軟件的開發(fā)中我們采用的是自行開發(fā)的系統(tǒng)仿真平臺軟件。
3．虛擬仿真技術(shù)在航空電子裝備教學中的應用方法和步驟
3．1建立仿真模型
這里所說的仿真模型既包括反映航空電子裝備外觀、結(jié)構(gòu)的三維物理模型 ，也包括揭示其內(nèi)在工作機理及行為的數(shù) 學模 型。對三維物理模型的建立，主要依據(jù)裝備本身的物理狀態(tài)，其原則就是在盡量減小面數(shù)的同時提高逼真度。對系統(tǒng)數(shù)學模型的建立，則需要視系統(tǒng)的復雜程度進行取舍和優(yōu)化，本著夠用為度的原則 ，以盡量減小運算量。建立數(shù)學模型時 ，還應考慮到系統(tǒng)運行時的參數(shù)調(diào)整。
3．2創(chuàng)建仿真裝備的虛擬場景并驅(qū)動
對于虛擬場景的驅(qū)動，根據(jù)使用方式的不同采用了不同的方式如果進行的僅是裝備外觀、結(jié)構(gòu)的展示，可使用EON進行動作的編輯和驅(qū)動；如果需要對裝備進行虛擬操作仿真，則使用 GLStudio軟件先進行操作面板、虛擬儀表的編輯和制作，然后再利用 Vega Prime驅(qū)動以實現(xiàn)更復雜的交互操作。
3.3系統(tǒng)集成
系統(tǒng)集成就是將上述做好的模型、場景按照教學軟件所需的形式將其有機的整合在一起，使之成為_個完整的 、規(guī)范的教學軟件。系統(tǒng)集成可以使用目前常用的軟件開發(fā)平臺如 VB、vc++等。由于上述虛擬現(xiàn)實驅(qū)動軟件如 EON、GLStudio及Vega Prime等均以ActiveX控件方式提供 了可用 于常用 軟件開發(fā)平臺的運行插件，因此，系統(tǒng)集成變得十分方便。編寫程序時，只需考慮軟件功能的安排，注意程序間的兼容性即可。
系統(tǒng)集成時，還需要將系統(tǒng)行為仿真的結(jié)果通過視景仿真表現(xiàn)出來，即用行為仿真的數(shù)據(jù)來驅(qū)動三維物理模型的動作。由于系統(tǒng)行為仿真采用了專門的運行平臺，與視景仿真處于不同的系統(tǒng)進程中．因此這種驅(qū)動是通過兩進程間的實時通信來完成的。這里還需要考慮進程間的同步問題。
[關鍵詞]裝載與挖掘機械 仿真 教學改革 教學目標
[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2014）14-0091-02
裝載與挖掘機械是我校礦山機械專業(yè)的一門專業(yè)基礎課。通過該課程的教學，力求讓學生掌握裝載機、挖掘機等重要設備的工作原理、主要結(jié)構(gòu)設計計算、性能特點等知識點，從而為將來盡快地融入工作打下堅實的基礎。該專業(yè)課程設置特色鮮明，因而即使歷經(jīng)了歲月的變遷，也依然在同行中享有較高的盛譽，同時保證畢業(yè)生的就業(yè)率居高不下。另外，社會生產(chǎn)的不斷變革，為專業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了新的機遇，同時也提出了新的挑戰(zhàn)。我們只有根據(jù)生產(chǎn)實踐的具體要求，確定自身的發(fā)展目標和教學特色，才能提升專業(yè)的整體水平和競爭力。然而，基于安全方面的考慮，本專業(yè)學生到大型露天或地下礦進行認識生產(chǎn)實習（包括各種現(xiàn)場教學）的機會有限，因此學生對裝載與挖掘設備工作環(huán)境的認識大多數(shù)停留在書本上，缺乏感性認識，制約了學生在本專業(yè)方向上的創(chuàng)新性發(fā)展，從而導致學生的課程設計基本處于閉門造車的狀況。
所謂仿真教學，是借助半實物裝置或計算機技術(shù)進行零部件的設計、拆裝、實際動作模擬等過程的教學方式。隨著計算機技術(shù)在各行業(yè)的應用，計算機仿真在教學中的作用日漸突出。故采用計算機建模、交互設計等手段，對裝載與挖掘設備及其工作場所等進行造型設計， 結(jié)合聲音、動畫和圖片，可實現(xiàn)礦物裝運的逼真模擬，從而加深學生對設備的理解，同時彌補了教學設備及現(xiàn)場教學缺乏的不足，并為相關課程的進一步改革提供一定的幫助。更重要的是，通過計算機仿真，教師在教學中能更好地融入相關知識，保證了學校教育與對口企業(yè)工作崗位“無縫對接”。
一、現(xiàn)有課堂模式存在的主要問題
裝載與挖掘機械課多年來一直沿用傳統(tǒng)的課堂模式。對于一些典型設備的構(gòu)造，教師經(jīng)常結(jié)合教材采用掛圖的方式進行講解，這樣，遇到有些復雜結(jié)構(gòu)組成問題，即使有著相當豐富的教學經(jīng)驗的教師，也很難用口頭語言表達清楚；另外，對于一些零部件的設計，如何讓學生根據(jù)已有的知識結(jié)構(gòu)分析零部件的受力特點、危險截面位置以及應力分布情況是一個教學難點，采用常規(guī)的教學方法，內(nèi)容枯燥，很難收到良好的教學效果。
另外，該門課程具有很強的實踐性，考慮到礦山環(huán)境的特殊性，從當前的教學情況來看，學生實踐經(jīng)驗明顯不足。如果教師僅僅利用上述媒體（包括教材和掛圖等）進行教學，那么就不能給學生提供一種更加接近實際現(xiàn)場的“情境”。學生對該課程的學習任務含糊不清，不知道自己將來畢業(yè)以后究竟去干什么，也就是不理解教師課堂上講的內(nèi)容在實際工作中究竟有什么作用，時間久了，也就失去了對本專業(yè)學習的興趣。集中表現(xiàn)為上課曠課情況時有發(fā)生，即使是來上課的學生，也多數(shù)玩手機、看閑書等。因此，如何改革傳統(tǒng)課堂模式就顯得非常迫切。
二、仿真教學探究
（一）仿真教學特點
引入計算機仿真教學，其主要優(yōu)點可歸納如下：一為學生的沉浸感，如同電腦游戲一樣，學生可以全身心投入虛擬的機器設備作業(yè)環(huán)境中；二為感知性，借用人體的眼睛、耳朵等感知覺通道，師生能夠直接獲取虛擬設備的相關知識；三為交互性，借用人機界面，信息可以在虛擬設備和學生間流動，提高學生解決實際問題的能力；四為安全性，礦山機械課程體系中的各門課程，均安排了一定量的現(xiàn)場實踐教學，如采用仿真軟件進行演示教學，將會解決一些后顧之憂。
然而，需要指出的是，仿真教學對于學生的知識建構(gòu)起到了很大的幫助作用，但其絕對不可以替代一切實踐環(huán)節(jié)。因此，我們要盡可能地為學生提供多種學習渠道，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，提高教學效果。
（二）裝載與挖掘設備仿真改革研究
一方面，為了讓學生更好地了解所學專業(yè)設備的工作環(huán)境、工作性能及在教學中引入一些相關技術(shù)的最新知識，礦山機械教研室的教師可利用節(jié)假日深入各地礦山、井下、礦山機械廠、洗煤廠等進行實地考察學習，拍攝大量的礦山設備的真實外部面貌，并錄制了相關機器作業(yè)的視頻，把搜集到的大量資料整理到多媒體課件中，從而在一定程度上豐富了課程內(nèi)容。
另一方面，針對裝巖機、機械式挖掘機等大型裝載與挖掘設備，充分利用周圍的研究資源和仿真技術(shù)，將設備的工作原理、結(jié)構(gòu)組成及故障診斷等知識動態(tài)虛擬到電腦中，讓學生置身于計算機還原出的虛擬設備中，不需要去真實的礦山，就完全可以體驗到地下或露天的作業(yè)環(huán)境，并可以解剖開整個設備，了解、掌握其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及各個組成零部件的結(jié)構(gòu)特點，彌補了上述拍攝相片或視頻中只有機器外部輪廓的不足，從而讓一些抽象知識直觀化。這樣，借用各種手段，教學形式更為生動了，課程的教學效果也顯著提高了。
1.地下鏟運機模型
通過幾年的教學探索，我們引入了現(xiàn)代化礦井仿真模擬系統(tǒng)，其主要涵蓋了井下巷道布置系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)和地面工業(yè)廣場布置系統(tǒng)。該仿真系統(tǒng)融合了計算機、PLC可編程控制、多媒體等先進技術(shù)，達到了理論與實際相結(jié)合，動作、文字、聲音相結(jié)合的完美效果。利用該系統(tǒng)，可以向?qū)W生動態(tài)展示礦井火災、透水以及采煤工藝過程等。通過仿真，向?qū)W生演示各種采煤法，如急傾斜柔性掩護支架法、走向長壁法、傾斜長壁法等，以及相對應的巷道布置情況；在高仿真的井下環(huán)境中，可以讓學生在多維度的仿真環(huán)境中，體驗地下鏟運機的工作過程，包括鏟運機轉(zhuǎn)載、運輸與卸載過程，并仿真研究其平移特性和卸料特性。
2.露天用裝載、挖掘設備模型
露天礦山開采主要包括鉆孔、爆破、鏟裝、運輸?shù)葞讉€工藝環(huán)節(jié)。經(jīng)過高維度計算機仿真模型系統(tǒng)，能夠向?qū)W生立體展示出露天礦開采工作面的布置情況，以及動態(tài)演示上述的鉆孔等幾個工藝過程，從而讓學生體驗露天采礦的全過程，與將來從事的工作零距離對接。和井下礦相比，露天礦山用的設備類型較少，但其生產(chǎn)能力都較大，最具代表性的就是太重生產(chǎn)的WK-55機械式礦用挖掘機。通過仿真平臺，建立了WK-55的多自由度數(shù)字模型，從而實現(xiàn)了其各種動作，包括挖掘、回轉(zhuǎn)、行走等的逼真模擬。
3.零部件圖形庫
經(jīng)過幾年教學的積累，利用Pro/ENGINEER 三維造型軟件建立了裝載、挖掘設備零件庫，這樣滿足了學生對設備進行裝配的教學要求。學生可以在計算機模擬仿真環(huán)境下進行各個零件的組裝，同時，可對裝配完成的零件進行干涉分析、運動分析。
上述各仿真模型的應用，基本上可以滿足與該門課程有關的認識實習、生產(chǎn)實習的教學要求，當然也可以為其他相近專業(yè)（比如工程機械專業(yè)）的教學提供一定的幫助。
4.實施效果
通過在礦山機械課程群中滲透仿真教學，改善了以往課程內(nèi)容枯燥乏味的局面，經(jīng)過不斷摸索、學習、實踐，一方面，教師從該過程中收獲很多；另一方面，學生的學習主動性、積極性也被調(diào)動了起來，改變了教師“滿堂言”的狀況。教師通過采用各種情景式、啟發(fā)式教學方法，引導學生參與課程的討論，把新的知識整合到已有的知識結(jié)構(gòu)中，最終達到了意義建構(gòu)的目的。另外，通過對礦山機械專業(yè)的畢業(yè)生及其工作單位進行走訪調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)學生能夠很快地適應新的工作環(huán)境，解決問題的能力強，得到用人單位的一致好評，實現(xiàn)了學校教育與工礦企業(yè)的零距離對接。
三、結(jié)論
本文針對裝載與挖掘的特點，提出了在傳統(tǒng)教學中滲透、穿插仿真教學的觀點。通過在教學中向?qū)W生展示各種現(xiàn)代化礦井、露天礦模型，可以讓學生仿佛置身于礦山企業(yè)“真實”的工作環(huán)境之中；通過礦山設備組成零部件圖形庫的建立，可以讓學生在一種模擬的環(huán)境中對設備進行裝配。上述各仿真模型的應用，都有著明顯的效果。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] .仿真教學在高等職業(yè)教育中應用研究[D].山東師范大學碩士學位論文，2008.
[2] 余聯(lián)慶，梅順齊，杜利珍，饒成.ADAMS軟件在機械系統(tǒng)仿真課程教學中的應用[J].武漢科技學院學報.2008.
[3] 王盛建.建構(gòu)主義教育思想在《機械基礎》教學中的應用[J].中國科教創(chuàng)新導刊，2008.
關鍵詞:項目管理、仿真、應用建議
項目管理經(jīng)歷了三個發(fā)展階段,D.I.克萊蘭德提到項目管理最早出現(xiàn)于20世紀50年代末,最先被應用于國家的軍事及航天領域。到20世紀80年代,項目管理逐漸被應用于制造業(yè),信息產(chǎn)業(yè)和IT行業(yè)。到目前為止,項目管理已經(jīng)被廣泛應用,幾乎每個領域都可以看到項目管理行為的存在。諸如有學者提出GIS軟件項目管理,基于遺傳算法的項目管理等等。
項目的主要特點在于它是一個有開始,有結(jié)束的一次性的,產(chǎn)生獨特產(chǎn)品或服務的一個行為。一般來講,項目的生命周期分為項目的設計和定義,項目的實施和控制,項目的評價和改善,項目的收尾四個部分。項目管理逐漸吸收了現(xiàn)代科學技術(shù)的最新成果,使目前的項目管理更加科學化、專業(yè)化、系統(tǒng)化、標準化、規(guī)范化、國際化。錢福培,歐立雄[4]曾提出項目管理是一種適用于責任重大、關系復雜,時間緊迫、資源有限的的的管理方法?；陧椖抗芾硖攸c及發(fā)展趨勢,將項目管理和計算機仿真技術(shù)完美融合不僅可以使項目管理的整個過程更加便于操作,結(jié)果更加清晰,而且可以隨時更改由于突發(fā)事件造成的各種問題。項目管理仿真是一個依附于計算機,通過對項目進行建模,然后運用包括微分方程,偏分方程和差分方程等數(shù)理機制對其模型進行運算,得到答案的一個過程。程莉莉[5]提出項目管理仿真是以多重學科理論為基礎,以計算機及其應用軟件為工具進行項目管理實驗研究的理論和方法論體系。項目管理過程中存在很多不確定性因素造成了項目管理系統(tǒng)的復雜性,用系統(tǒng)仿真的方法來探索項目管理實踐中復雜系統(tǒng)深層次的運動機理和規(guī)律性,具有科學的先驗性。
總體來說,項目管理仿真不但可以為項目管理者提供科學的理論依據(jù),而且是個兼具應用性和綜合性的學科。項目管理仿真的提出,為以后的項目管理者提供了很大程度上的工作便捷,不僅僅是在控制項目進度上,還包括在項目的決策和其他方面。
一、項目管理仿真的必要性
項目管理發(fā)展以來,期間也有很多技術(shù)輔助項目管理以更快,更便捷的方式進行,比如關鍵路徑法(CPM,CriticalPathMethod)和計劃評審技術(shù)(PERT,ProgramEvaluationandReviewTechnique)。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和各類信息技術(shù)的成熟,仿真技術(shù)也得到不斷深入的研究,包括其應用的領域。仿真技術(shù)應用于項目管理也是目前發(fā)展的一個趨勢,并且其給項目管理帶來的優(yōu)勢使得項目管理應用仿真的必要性日漸凸顯,如以下四點所述:(一)項目管理仿真使項目管理可視化程度變高,集成化變強在項目管理過程中,涉及的范圍,工期,成本,質(zhì)量等都可以采用仿真的形式進行直面的以各種圖表形式展現(xiàn)在管理者眼前。區(qū)別于以往只定性的對項目進行描述,項目管理的仿真還以定量的,數(shù)字化的形式展現(xiàn)項目的完成過程。以項目的進度管理即工期管理為例,甘特圖,CPM,PERT等都可以清晰的以圖表的形式繪制出項目的整個過程。當然不只是進度可以以圖表的形式體現(xiàn),項目的質(zhì)量同樣也可以圖表的形式體現(xiàn)。項目管理者一般最注重的三要素是質(zhì)量,工期及成本。項目的質(zhì)量是項目的核心價值,監(jiān)測項目質(zhì)量完成情況是項目管理者迫切需要解決的一個問題,利用直方圖就可以很好的完成這個目標。通過收集、統(tǒng)計及整理數(shù)據(jù),編制直方圖,了解到數(shù)據(jù)的分部情況,就可以從中掌握質(zhì)量能力狀態(tài),這種狀況就包括質(zhì)量是否處于正常、穩(wěn)定或者是受控狀態(tài)。當然還可以從中掌握項目的質(zhì)量完成偏差是否在公允范圍之內(nèi)。監(jiān)測質(zhì)量的不僅僅只有直方圖,帕累托圖同樣也可以,他的工作機理就是“80/20法則,為80%的問題找出關鍵的影響因素”。從帕累托圖上可以直接看出影響目標的主次因素,對于監(jiān)控質(zhì)量來說有很大的幫。并且在隨著項目的開展,很多問題相繼出現(xiàn),從帕累托圖中就可以直觀的找到這些因素,從而改變策略進行項目短期目標的修正?？梢暬粌H僅只以圖表的形式展現(xiàn),還可以以數(shù)字化的形式進行比對,如此來為項目管理者做決策時提供依據(jù)。比如掙值管理當中涉及到的中間變量BCWS即計劃完成工作的預算成本,BCWP即已完成工作的預算成本,ACWP已完成工作的實際費用。通過三者之間的比值,差值來推算項目的效率,進度以及投入超前延后的情況。數(shù)字化的信息更便于決策者做出合理,有效的決策。項目管理仿真提高項目的集成化,這就體現(xiàn)在隨著科技技術(shù)的提高,對項目管理的重視,很多大型的軟件公司已經(jīng)開始研制開發(fā)符合項目管理特性的軟件,以往,個別軟件是可以輔助項目管理的進程,比如甘特圖,有利于工期管理,但是無法為項目風險決策提供依據(jù)。但是Primavera、微軟公司相繼提出了功能集成性非常全的集成性項目管理軟件。這就為項目管理活動提供了大大的便捷。(二)項目管理仿真在一定程度上可以規(guī)避風險,減少成本,增加收益項目從開始到結(jié)束,期間的每一步都會出現(xiàn)或多或少的不確定因素。在項目的定義和設計階段,就可能受不可抗力,財政政策,市場波動等外部環(huán)境的不確定因素影響。在項目實施過程中,由于外部天氣因素的影響導致窩工現(xiàn)象,或者由于政策干擾導致相關利益人群滋事鬧事的現(xiàn)象導致工期的延后,或者由于資金的滯后導致工人罷工現(xiàn)象等不確定因素。在采購活動中,由于很多項目是一個時間跨度比較大的工程,這就會存在由于時間的推進,原材料的價格上漲,和勞動力薪資的上漲等不確定性問題。項目仿真在一定程度上可以為管理者提供解決這些問題的依據(jù),同時可以為項目風險性決策提供有力的依據(jù)。項目管理仿真可以從兩個方面對項目的決策提供指導,一方面,隨著仿真技術(shù)的日漸成熟,各行各業(yè)對仿真技術(shù)的應用,大量數(shù)據(jù)存貯于項目管理仿真軟件之中,當出現(xiàn)新項目的時候,可以利用仿真軟件所存儲項目的信息,選出與新項目差不多的以成功完成的項目,然后進行因素調(diào)整,得出的結(jié)論可以為管理者做決策提供依據(jù)。另一方面,可以借助項目管理仿真技術(shù)對項目進行盈虧平衡分析,敏感性分析,期望值分析等等。(三)項目管理仿真增加各組織之間的溝通協(xié)調(diào)一個項目的完成需要多個組織緊密配合,隨著項目管理的演進,項目組織也在不斷進行變革,最常見的有三種:職能型組織結(jié)構(gòu),項目型組組織結(jié)構(gòu)和矩陣型組織結(jié)構(gòu)。如何使得項目組織內(nèi)部各個層級緊密配合,溝通起到了相當重要的作用。項目管理仿真即為其提供了一個很好的溝通協(xié)調(diào)平臺。項目管理仿真采取運用清晰的圖表,定量性的描述,給參與項目的每個人提供項目信息,即使是初學者,或者是對項目沒有一點項目經(jīng)驗的人,只要看到值就知道項目目前處于什么樣的狀況,要怎樣改進使得偏離公允值的這個數(shù)值回到合理范圍之內(nèi)。如此一來,不但增加了溝通協(xié)調(diào)的效率,更減少了項目管理者對其進行培訓的時間,減少了項目管理者的時間成本。同時,由于參與項目的人員因素質(zhì),知識水平,理解能力,個人性格,態(tài)度,情緒,見解的不同,在接受指令的時候會有不一樣的工作情況,項目管理仿真恰恰就給這些問題提供了一個便利的解決方式。項目管理仿真可以給參與項目的所有人員給予及時的反饋信息,目前的項目管理組織最基本的結(jié)構(gòu)也要有三層,上傳下達的速度可能會因為各種不可控因素而受到影響,即使不出現(xiàn)不可控的因素,上傳下達也需要時間,但是項目管理仿真就可以解決這個問題。隨著互聯(lián)網(wǎng)覆蓋的面積越來越大,隨時可以接收到信息,那么就可以給項目的執(zhí)行者配備相應的設施,當項目的管理者有新的指令或者是要與哪個部門溝通協(xié)調(diào),可以直接在項目管理仿真平臺上指令。接受者會在第一時間接受指令并回復,達到項目上下級之間溝通協(xié)調(diào)的及時性。這不僅可以達到縮短工期的效果,還可以使項目的參與者時時溝通,及時更正項目實施時所出現(xiàn)的問題,對不確定因素所造成的突發(fā)事件進行及時的補救等等。(四)項目管理仿真軟件的發(fā)展已日趨成熟自項目管理發(fā)展以來,各種輔助項目管理有序進行的軟件日漸完善,對項目管理的各個階段都有其特殊的分析管理軟件,并且隨著信息化技術(shù)的發(fā)展,應用于計算機輔助功能的計算手段,將項目管理仿真與其結(jié)合,產(chǎn)生了很多便利的軟件,例如Primavera公司的P3系列軟件、P3E系列軟件、P3E/C軟件及Microsoft公司的Project系列軟件等等。
二、對項目管理仿真應用的幾點建議
(一)根據(jù)項目管理發(fā)展的特點,集項目管理軟件優(yōu)點,將項目仿真集成化處理項目管理過程當中有9大部分內(nèi)容,包括范圍管理,工期管理,風險管理等,每部分都有相應的計算機輔助工具,比如工期管理有甘特圖,關鍵路徑法來輔助。但是這些方法不能應用于其他階段。將整個項目從始至終在一個軟件上進行操作,例如從項目的定義開始,就在一個軟件上進行,定義完以后,進行下一個階段,風險評價,通過計算機模擬技術(shù),分析項目是否可行,若不可行,則返回,若可行,接著進行項目的實施,實施階段進行項目工期、采購的監(jiān)控等等,設定其公允值的范圍,若超出范圍,系統(tǒng)自動提示,以便于管理者做出相應對策。每一個分部項目完成后,系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)入下一個分部項目,并標記項目完成度,直至項目成功結(jié)束。(二)項目管理仿真應根據(jù)項目自身特點設計特色化模式項目管理目前應用的領域眾多,不僅僅是在大型工程項目,而且在航天,軍事,甚至是軟件,醫(yī)藥,信息化設計等方面也可以看到項目管理的應用。那么項目管理仿真就應該根據(jù)這些項目的不同來設計差異化模塊。比如大型的工程項目,在風險檢測時,不單單要看投資回收期,基本收益率,還要看參與項目的人員在前期是否有做此類項目的經(jīng)驗,如果不設計特定板塊來討論這些問題,至少要設計備注欄,以便決策者進行決策。大型項目一般時間較長,期間要考慮外部環(huán)境變化對工期的影響,時間對原材料價格的影響等,這些板塊都要進行特別設計。(三)項目管理仿真模塊化,使其操作更加簡捷方便項目的一個特點就是必須按照工序順序依次進行,這就為項目模塊化提供了很好的依據(jù)。從項目的定義開始,給其項目的定義設定一個模塊,包括其項目的名稱,編碼,選址,負責人,投資,概算等等項目的基本內(nèi)容,進行保存后,轉(zhuǎn)入下一個模塊。平行模塊可以有很多層級,比如將項目實施階段設立一個模塊,這個模塊就要包含很多層級,比如進度管理,采購管理,人力資源管理等。值得一提的是,不同的階段都需要一定的保密措施,所以就要適當?shù)脑O置一些權(quán)限。但是要開放一個通道,使得各層級的人在不侵犯商業(yè)機密的情況下可以進行緊密的溝通。
三、總結(jié)
本文通過借鑒很多關于項目管理仿真的理論知識,將其重要的理論同實際情況相結(jié)合,提出自己的觀點。個人認為,在信息化技術(shù)發(fā)展迅速的今天,將仿真技術(shù)與項目管理結(jié)合必然會產(chǎn)生很大的商業(yè)價值。在節(jié)約資源的同時提高效率。但本文著重關注項目管理的進度管理,風險管理而忽視了項目管理所涉及的其他內(nèi)容。本文旨在為設計軟件的企業(yè)提供一些新的思路,同時吸引各個使用項目管理的行業(yè)使用集成化仿真來選擇項目,實施項目。希望本文具有一定借鑒意義。
作者:張婷 單位:天津商業(yè)大學商學院
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[5]程莉莉.項目管理仿真與軟件應用.天津:南開大學出版社,2006.
關鍵詞：生產(chǎn)物流系統(tǒng)；系統(tǒng)仿真；Witness
中圖分類號：F272 文獻標識碼：A
0 引 言
隨著現(xiàn)代科學的進步和科學管理方法的日益普及，通過降低產(chǎn)品生產(chǎn)的物料消耗和減少人力消耗來增加利潤的潛力越來越少。人們在企業(yè)利潤日減的困境中，逐漸發(fā)現(xiàn)研究和改善企業(yè)物流系統(tǒng)會給企業(yè)帶來可觀的利潤。生產(chǎn)物流是企業(yè)物流研究的核心環(huán)節(jié)[1]。然而在我國，生產(chǎn)物流是一個明顯的薄弱環(huán)節(jié)，時間、空間浪費大，重復搬運，流動路徑不合理，產(chǎn)品供貨周期長，不僅直接阻礙企業(yè)生產(chǎn)效率的提高，而且占用大量資金，成為企業(yè)發(fā)展的瓶頸[2]。
本文以某企業(yè)生產(chǎn)的速凍水餃為研究對象，采用Witness仿真軟件對該產(chǎn)品生產(chǎn)物流系統(tǒng)進行分析和仿真研究，擬解決生產(chǎn)物流系統(tǒng)中存在的問題，進而提出優(yōu)化方案，探索提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益的方法和途徑。
1 模型概述
生產(chǎn)物流系統(tǒng)是由設備、原料或在制品及操作工人組成的離散事件系統(tǒng)，離散事件的仿真是按照實際的工作流程，在規(guī)定的時間內(nèi)順序的改變實體或設備的狀態(tài)[3]。由于本文中的生產(chǎn)物流系統(tǒng)中各事件是以某種順序或在某種條件下發(fā)生，并且多數(shù)都是隨機性的，所以本文采取了離散事件系統(tǒng)仿真的思想對其進行研究[4]。
在本模型中，原材料精選豬肉、白菜、調(diào)味料經(jīng)過攪餡機的處理后成為肉餡，原材料面粉和水經(jīng)過和面機的處理后成為面團；肉餡和面團通過傳送帶的運輸進入水餃機前的緩沖區(qū)；水餃機從緩沖區(qū)獲得肉餡與面團，經(jīng)過加工制成水餃，水餃通過傳送帶進入速凍冷庫。建模目的為通過改進原材料的采購周期來降低物流成本，提高生產(chǎn)率和企業(yè)的市場競爭力。
2 速凍水餃生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真設計
2.1 元素及其可視化定義
本系統(tǒng)的元素定義如表1所示。
分別對系統(tǒng)中的各個元素實體進行可視化設置，包括它的Name、Text、Icon、Part Queue、Value等屬性[5-6]。各個實體元素的顯示特征如圖1所示。
2.2 元素細節(jié)設計
（1）對Part元素細節(jié)設計
Name：精選豬肉
Type：Active
Inter Arrival：10.0
Output Rules：PUSH to攪餡機（1）
元素“白菜”與“調(diào)味料”細節(jié)設計同元素“精選豬肉”
元素“面粉”與“水”的Output Rules為PUSH to和面機（1）
（2）對Machine元素細節(jié)設計
①Name：攪餡機
Type：Assembly
Input Quantity：3
Cycle Time：8.0
Output Rules：PUSH to C1（1）at Rear
②Name：和面機
Type：Assembly
Input Quantity：2
Cycle Time：10
Output Rules：PUSH to C2（1）at Rear
③Name：水餃機
Type：Assembly
Input Quantity：2
Cycle Time：15
Input Rules：PULL from B1（1），B2（1）
Output Rules：PUSH to C3（1）at Rear
Actions on Output：速凍冷庫=速凍冷庫+2 500
（3）對Conveyor元素細節(jié)設計
①Name：C1
Index Time：0.2
Output Rules：PUSH to B1（1）
②Name：C2
Index Time：0.2
Output Rules：PUSH to B2（1）
③Name：C3
Index Time：0.5
Output Rules：PUSH to SHIP
3 數(shù)據(jù)分析及改進方案
3.1 模型運行和數(shù)據(jù)報告
設定仿真時間為一天，為1 440個時間單位，然后點擊Run按鈕運行模型[7-8]。運行結(jié)果如圖2所示。
選中系統(tǒng)中所有元素，鼠標左鍵點擊Reports菜單中的Statistics選項，彈出數(shù)據(jù)統(tǒng)計報告如表2所示。
表2中Name代表對象名稱，Idle代表機器的閑置率，Busy代表機器的利用率，Blocked代表機器的阻塞率，Cycle Wait Labor代表加工周期中操作者處于等待的比例，No. of Operations代表機器的加工數(shù)量。
3.2 數(shù)據(jù)分析與模型優(yōu)化
由以上仿真運行結(jié)果可以看出，理論上該車間一天生產(chǎn)能力為237 500個水餃，但是造成了46個單位面團的積壓。水餃機有98.96%時間處于忙碌狀態(tài)，而和面機卻有33.33%時間處于空閑狀態(tài)，本來想通過優(yōu)先滿足和面機生產(chǎn)周期來實現(xiàn)降低生產(chǎn)物流成本，卻反而浪費了大量的生產(chǎn)能力。由于原材料為統(tǒng)一供應故無法根據(jù)機器周期確定不同原材料的供應周期，在此將Inter Arrival分別改為1，3，5，7，9，11，13，15，17，19，進行1 440單位的仿真鐘推進，得到十組數(shù)據(jù)，如表3所示。
設定1單位水餃的生產(chǎn)成本為1，其中面團成本占20%，肉餡成本占80%，銷售價格為1.5。借助EXCEL軟件進行統(tǒng)計分析，規(guī)定橫軸為Inter Arrival，表示每批原材料到達的時間間隔，縱軸表示毛利潤。得到如圖3所示的曲線。
如圖3所示，當以較短間隔（如1個時間單位）供應原材料時，毛利潤較低；然后隨著時間間隔變長，毛利潤逐漸增大；當?shù)介g隔為9個時間單位時，再增大供應間隔，毛利潤開始逐漸減小直至間隔增大到11個時間單位；然后隨著原材料供應周期的變大，毛利潤也在逐步變大，直到Inter Arrival為15時，毛利潤達到最大為
356 250；隨后原材料供應周期越長，毛利潤越低。因而，得出當Intel Arrival為15時，毛利潤最大。此時為最優(yōu)原材料供應周期。
4 結(jié) 論
本文圍繞生產(chǎn)物流系統(tǒng)，對生產(chǎn)企業(yè)的離散事件的建模與仿真技術(shù)的原理與方法進行了比較深刻的分析，著重研究了計算機仿真技術(shù)在生產(chǎn)物流系統(tǒng)的分析方法以及應用。在對某企業(yè)速凍水餃生產(chǎn)物流系統(tǒng)調(diào)研和分析的基礎上，利用Witness仿真軟件對現(xiàn)行的系統(tǒng)狀況進行仿真，通過仿真分析和研究，提出了改善和優(yōu)化的系統(tǒng)方案使得優(yōu)化后的制造系統(tǒng)生產(chǎn)能力充分發(fā)揮，各環(huán)節(jié)的利用率有明顯改善，從而實現(xiàn)了制造系統(tǒng)的整體改進，提高了企業(yè)的市場競爭力。
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論文摘要：目前，實踐性教學是遠程開放教育的薄弱環(huán)節(jié)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)和深入發(fā)展為我們解決這一難題提供了一種有效的途徑。我們可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建設各種虛擬實驗室，為學生提供生動、逼真的實驗情境和方便、自然的實驗手段，更好的幫助學生理解知識、加深記憶，為遠程開放教育提高教學質(zhì)量提供有效的技術(shù)支持。
遠程開放教育虛擬實驗室是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學領域的—個良好探索，是遠程開放教育發(fā)展到新階段所提出的技術(shù)需求，而且伴隨著遠程開放教育的發(fā)展，它一定會被普遍地應用到遠程開放教育的各個專業(yè)和學科，成為遠程開放教育教學的重要組成部分。因此，全面認識虛擬實驗室，有針對性地設計開放虛擬實驗室就成為當前電大工作者的—項重要工作任務。從介紹虛擬實驗室^手，從虛擬實驗室建設的必要性、可行性以及建設的一般方法三個方面對遠程開放教育虛擬實驗室建設作一點淺顯的探討。
1虛擬實驗室概述
虛擬實驗室是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學上的一項全新應用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是運用計算機對現(xiàn)實世界進行全面仿真的技術(shù)，它能夠創(chuàng)建與現(xiàn)實社會類似的環(huán)境，能夠解決學習媒體的情景化及自然交互性的要求。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)建設的虛擬實驗室允許人們訪問和使用自己沒有的設備資源，使處于不同地理位置的學習者可以同時對—個實驗項目進行實驗工作。
2遠程開放教育虛擬實驗室建設的必要性
遠程開放教育的實踐性教學是指學習者在遠程開放學習過程中，按照教學計劃的要求，確定學習目標，在教師的組織和指導下，完成的練習、實驗、實習等一系列學習實踐活動。其環(huán)節(jié)主要包括：課程的實踐性教學環(huán)節(jié)，如課程作業(yè)、實驗、實習(設計)等；集中實踐性教學環(huán)節(jié)，如社會調(diào)查、各類實習(見習)以及畢業(yè)沒計(論文)等。
實踐性教學在遠程開放教育中占據(jù)著特殊重要的位置，然而在具體的遠程教學過程中，實踐性教學活動卻是—個難點，有許多因素制約著實踐性教學活動的開展。例如，實驗的近距離和集中性要求與遠程教學的遠距離和分散性教學模式的矛盾，現(xiàn)在使用的在線教學平臺不能提供全面具體的實驗環(huán)境，在職學生不能很好的參加學校組織的相對集中的實驗教學等等。因此，怎樣解決這些問題、克服這些矛盾，以更好的推進實踐性教學活動的開展，自然就成為遠程開放教育工作者面臨的—個重要課蹶。
利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)設計開發(fā)的虛擬實驗室在遠程開放教育的實踐性教學活動中可以解決以下幾方面的問題。
2.1學生可以不受空間和時間的限制來做課程實驗。
2.2虛擬實驗室可以避免真實實驗或操作所帶來的各種危險。
2.3虛擬實驗室可以節(jié)約教學成本，充分利用教學資源。
3遠程開放教育虛擬實驗室建設的可行性
3．1技術(shù)條件成熟，建設成本不高。在目前的技術(shù)條件下，遠程開放教育虛擬實驗室的系統(tǒng)多使用 BSDA(BrowsenServeffDatabase&Applica— tion) ，即客戶端有艮務器數(shù)據(jù)庫應用程序結(jié)構(gòu)， 這種系統(tǒng)組成的虛擬實驗室—般稱為網(wǎng)絡虛擬實 驗室。網(wǎng)絡虛擬實驗室由客戶端、網(wǎng)頁服務器端、 應用服務器端以及實驗儀器設備四部分組成。網(wǎng)頁服務器主要作用是提供web接人服務、用戶認 證管理、開放式交互實驗環(huán)境以及動態(tài)網(wǎng)頁的生 成；應用服務器主要作用是控制和管理實驗儀器、采集和處理實驗數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫的主要作用則是配合用戶帳戶的管理、動態(tài)網(wǎng)頁的生成以及實驗數(shù)據(jù)的存儲和管理。這樣的網(wǎng)絡虛擬實驗室的配套技術(shù)已經(jīng)非常成熟，而且對系統(tǒng)的硬件要求不高， 系統(tǒng)組成簡單，建設成本低。
3.2使用簡便，對學習者的計算機操作水平要求不高。網(wǎng)絡虛擬實驗室能夠向使用者提供—個在線參與、交互性的實驗環(huán)境。利用3D技術(shù)和VR 技術(shù)可實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實對于沉浸性、交互性的要求。 在實驗內(nèi)容上，考慮到設計成本與具體實驗內(nèi)容 的選取，最終設計為簡易型的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，不需要特殊的頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設備，用戶只需用鼠標操作，操作簡便。實驗室實驗的過程清晰明了，實驗結(jié)束后獲得相應的數(shù)據(jù)，能夠進行分析和 比皎并填寫實驗報告，完全滿足不同層次學習者 的實驗要求。
3.3實驗內(nèi)容完備，對學習者的實驗環(huán)節(jié)進行有效管理。網(wǎng)絡虛擬 包括了實驗預習、實驗要求、實驗步驟、實驗內(nèi)容、實驗幫助、實驗測試等教學部分，按照模塊化設計的原則，網(wǎng)絡虛擬實驗室系統(tǒng)分為注冊與登錄漠塊、用戶管理模塊、成績管理模塊、測試模塊、公共 信息模塊和進入實驗子模塊等，功能劃分清晰，但又互相聯(lián)系影響，保證學習者正確使用虛擬實驗 室，完成課程實驗。
4遠程開放教育虛擬實驗室建設的一般方法
遠程開放教育虛擬實驗室是以網(wǎng)絡為載體的虛擬實驗室，網(wǎng)絡技術(shù)已相當成熟，所以遠程 開放教育虛擬實驗室建設實際上就是虛擬實驗室的建設。虛擬實驗建設的關鍵是采用計算機仿真 技術(shù)來構(gòu)建實驗模型，設計出用于實驗的虛擬儀器設備、實驗流程、實驗元器件或構(gòu)件庫、實驗效果仿真等。
41選擇合適的仿真開發(fā)工具。從對虛擬實驗的要求看，仿真工具必須具有與多媒體相結(jié)合的功能，也就是做實驗的人員，做實驗時是在多媒體下進行實驗操作，然后將操作所產(chǎn)生的信息輸給后臺的仿真系統(tǒng)進行實時仿真，然后再實時地將仿真的結(jié)果回放到前臺的多媒體，通過多媒體的形式輸出。目前的仿真軟f牛彳艮多，有 EASY-T、VT -INK3．3、SPW、cadance、Mento r、Matrix、 Matlab、prote199、labview、labwindow s／CVI、OpenGL、MuhiGen等，建立虛擬實驗時，應根據(jù)具體需隸 選用合適的仿真開發(fā)工具。比如，開發(fā) 電子電路技術(shù)類虛擬實驗，可選用 prote199、lab— view、labwindow s／CVI等仿真軟件；開發(fā)自動控制 原理類虛擬實驗，可選用Maflab等仿真軟件；開發(fā)電子系統(tǒng)和控制系統(tǒng)類虛擬實驗，可選用 cadanee、Mentor、M atrix等仿真軟件 開發(fā) 含 虛擬視境類虛擬實驗，可選用 OpenGL、MultiGen 等仿真建模軟件。總乞 在選用仿真軟件時要把握 好仿真軟件對虛擬實驗開發(fā)的針對性和適應性。
4．2開發(fā)研制仿真軟件與多媒體環(huán)境的接口。虛擬實驗實際上就是用虛擬化的操作界面向仿真軟件輸入數(shù)據(jù)或指令，經(jīng)過仿真軟件的實時仿真 將仿真結(jié)果輸送到虛擬化的顯示設備。虛擬化的 操作界面和顯示設備，通常是采用多媒體技術(shù)產(chǎn)生的。因此 如何將計算機仿真技術(shù)與虛擬化的儀 器或多媒體環(huán)境有機地結(jié)合起來是虛擬實驗建立 的關鍵和核心技術(shù)，也是遠程開放教育虛擬實驗 建設必須解決好的問題。由于當前國內(nèi)外的仿真軟件都是用來搞仿真設計的，所以都不具有與多 媒體相結(jié)合的功能，該問題是當前影響虛擬實驗 室建設發(fā)展的—個關鍵問題 因此，開發(fā)研制仿真 軟件與多媒體環(huán)境的接口是十分重要的。
從目前國際和國內(nèi)的情況看，虛擬實驗室在提高教學質(zhì)量，滿足不同類型學習者的個性化學習要求，解決硬件投資不足，節(jié)約教學成本方面具 有廣闊的前景，特別是培養(yǎng)學習者的實踐動手能 力，提高分析問題和解決問題的能力方面具有重要的意義，為培養(yǎng)技能型、應用型人才發(fā)揮不可估 量的作用。但是建設真正意義上的沉浸式、交互式 的虛擬實驗室還有很大困難，但我們相信，伴隨著 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的提高，在人們孜孜不懈的努力下，真正的虛擬實驗室一定會與我們見面。
參考文獻
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一、開設課程設計、培養(yǎng)學生應用知識和反應器優(yōu)化設計的能力
我院開設了為期2周的化學反應工程課程設計,要求每個學生獨立完成硫酸轉(zhuǎn)化器設計,采用二轉(zhuǎn)二吸中的“3+1”或“2+2”式工藝、四段間接換熱絕熱式固定床催化反應器。每個學生的設計規(guī)模、進一段的原料氣組成、凈化率、轉(zhuǎn)化率、吸收率不相同,學生自己查閱文獻資料、查找設計方法、搜集計算公式、選擇工藝參數(shù)進行設計。完成后撰寫設計說明書,內(nèi)容包括設計任務書、目錄、設計方案簡介、工藝計算、設計結(jié)果匯總、設計評述與討論、參考文獻,等等。設計過程中學生之間廣泛討論,商討設計方法,學習氛圍濃厚。雖然過程相似,但設計條件不同,每個學生都要單獨完成自己的設計任務。通過該課程設計,學生對固定床催化反應器的形式和特點,固體催化劑的性能、內(nèi)擴散有效因子的概念和計算方法,平衡溫度、平衡溫度曲線的概念和繪圖方法,最佳溫度、最佳溫度曲線的概念和繪圖方法,各段進出口溫度、進出口轉(zhuǎn)化率的最佳分配方法,利用本征動力學方程,通過數(shù)值積分計算反應時間的方法,催化劑用量的計算及校正方法,反應器直徑、高度及其它附件尺寸的計算方法等知識點,有了深刻的理解和較好的掌握。
二、逐步加大實驗、鞏固所學知識、培養(yǎng)實驗動手能力
對于化學反應工程這種實踐性很強的工程學科來說,實驗是學生參加實踐獲取知識所必需的學習途徑。而化學反應工程的主要研究方法也是應用理論推演和實驗研究工業(yè)反應過程的規(guī)律而建立的數(shù)學模型方法。所以教會學生如何建立各類實驗反應器,如何進行實驗設計、反應條件選擇和數(shù)據(jù)處理非常有用。為此在課程建設中,我院通過專業(yè)實驗課、綜合設計型實驗課,逐步加大與化學反應工程有關的實驗。目前開設多釜串聯(lián)流動特性的測定、管式反應器流動特性測定兩個驗證型實驗;開設乙酸乙脂水解反應動力學的測定、乙醇催化裂解制乙烯反應動力學測定、乙苯脫氫制苯乙烯、反應精餾制乙酸乙酯等四個綜合設計型實驗。通過實驗,學生對返混、脈沖法、階躍法的概念以及停留時間分布的測定方法,多釜串聯(lián)模型、軸向混合模型的流動特性,理想流動反應器與實際反應器停留時間分布的區(qū)別,連續(xù)均相流動反應器的非理想流動情況及產(chǎn)生返混原因,全混釜中連續(xù)操作條件下反應器內(nèi)測定均相反應動力學的原理和方法,反應精餾與常規(guī)精餾的區(qū)別,連續(xù)流動反應體系中氣——固相催化反應動力學的實驗研究方法,溫度、濃度、進料流量對不同反應結(jié)果的影響,轉(zhuǎn)化率、選擇性及收率的概念及計算方法等知識點,有了透徹的理解。課堂上學習的理論知識,不但在實驗中得到驗證和鞏固,而且得到了應用,掌握了反應動力學的實驗測定和相關設備的使用方法。
三、開展仿真實訓、培養(yǎng)實踐操作能力
我院以前有四周生產(chǎn)實習,實習中遇到企業(yè)為了安全和效益等因素不允許學生親自動手操作時,學生得不到實際操作設備的鍛煉機會;一般實習一個化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程,學生掌握了工藝流程、生產(chǎn)原理之后,實習后期學習興趣、主動性降低,影響實習效果等問題。而且目前大部分化工企業(yè)采用DCS控制,技術(shù)員主要在控制室通過電腦操作控制生產(chǎn)過程。隨著信息時代的到來,計算機仿真技術(shù)的應用越來越廣泛,采用仿真技術(shù)將復雜的工業(yè)反應過程虛擬化,從而在計算機上以“慢速”再現(xiàn)反應過程及變化特征,將“抽象”化為“形象”,動態(tài)演示工業(yè)生產(chǎn)過程。并且,仿真實訓具有無消耗、無污染、可重復操作等優(yōu)點。為此我院購買了北京東方仿真軟件技術(shù)有限公司的化工培訓軟件,在校內(nèi)建立仿真實驗室,開展仿真實訓教學。將以前四周全在企業(yè)的生產(chǎn)實習改為前兩周在企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場實習,后兩周在校仿真實驗室開展仿真實訓。目前我院開設的與化學反應工程有關的仿真實習項目有固定床反應器單元、流化床反應器單元、間歇反應釜單元,以及30萬噸合成氨生產(chǎn)工藝中的反應部分、甲醇生產(chǎn)工藝中的反應部分,等等。學生要進行冷態(tài)開車操作、正常生產(chǎn)操作、停車操作、故障處理操作,以及單人單工段、多人單工段、多人多工段等操作環(huán)節(jié)的實訓。通過仿真操作訓練對于學生了解化工反應過程、以及工藝和控制系統(tǒng)的動態(tài)特性、提高對化工生產(chǎn)過程的運行和控制能力具有特殊效果。這種運行、調(diào)整和控制能力,集中反映了學生運用理論知識解決實際問題的水平。所以,仿真訓練是運用高科技手段強化學生掌握知識和理論聯(lián)系實際的新型教學方法。
四、參與科研活動、培養(yǎng)創(chuàng)新能力