時(shí)間：2023-03-24 15:08:42
導(dǎo)語：在仿真技術(shù)論文的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)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(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
論文關(guān)鍵詞：三維虛擬仿真技術(shù)，物流，教學(xué)
當(dāng)前，仿真技術(shù)已經(jīng)成為分析、研究各種復(fù)雜系統(tǒng)的重要工具教育學(xué)論文，它廣泛用于工程領(lǐng)域和非工程領(lǐng)域。高職院校的物流實(shí)訓(xùn)中心大多數(shù)是基于軟件模擬的物流實(shí)訓(xùn)室，這類實(shí)訓(xùn)室是以物流軟件模擬來搭建物流模擬平臺(tái)，如倉儲(chǔ)管理軟件、運(yùn)輸管理軟件、ERP、MRP、國際貨代軟件、TPL軟件或基于上述幾個(gè)軟件集成起來的供應(yīng)鏈軟件等；然而對(duì)于基于設(shè)備的物流實(shí)訓(xùn)室來說，由于資金等方面的限制，比較先進(jìn)的設(shè)備還尚欠缺教育學(xué)論文，這就造成了學(xué)生對(duì)立體庫、高速分揀機(jī)、巷道式堆垛機(jī)、AGV、碼垛機(jī)器人等先進(jìn)的物流設(shè)備缺乏足夠的感性認(rèn)識(shí)論文格式模板。三維虛擬仿真技術(shù)等夠?qū)}庫、配送中心、企業(yè)生產(chǎn)線等進(jìn)行簡(jiǎn)單的建模，能夠加深學(xué)生對(duì)各種物流設(shè)備的認(rèn)識(shí)，幫助學(xué)生理解工業(yè)、企業(yè)、生產(chǎn)線的布置與產(chǎn)出平衡、物料需求計(jì)劃、企業(yè)資源計(jì)劃等相關(guān)知識(shí)，更好地找出生產(chǎn)瓶頸，加深對(duì)現(xiàn)代化立體倉庫、配送中心的了解。因此三維虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用教育學(xué)論文，對(duì)于學(xué)生更好地學(xué)習(xí)物流專業(yè)理論知識(shí)、培養(yǎng)相應(yīng)的職業(yè)技能是大有裨益的。
一、三維虛擬仿真技術(shù)概述
三維虛擬仿真（3D Virtual Simulation）就是利用三維建模技術(shù)，構(gòu)建現(xiàn)實(shí)世界的三維場(chǎng)景并通過一定的軟件環(huán)境驅(qū)動(dòng)整個(gè)三維場(chǎng)景，響應(yīng)用戶的輸入，根據(jù)用戶的不同動(dòng)作做出相應(yīng)的反應(yīng)，并在三維環(huán)境中顯示出來。三維仿真的關(guān)鍵技術(shù)主要有動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)、立體顯示和傳感器技術(shù)、應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具、系統(tǒng)集成技術(shù)等論文格式模板。該軟件提供了原始數(shù)據(jù)擬合、圖形化的模型構(gòu)建、虛擬現(xiàn)實(shí)顯示、運(yùn)行模型進(jìn)行仿真的實(shí)驗(yàn)、對(duì)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化、生產(chǎn)3D動(dòng)畫影像文件等功能。
利用三維虛擬仿真技術(shù)教學(xué)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、教學(xué)內(nèi)容視覺化
2、學(xué)習(xí)中的交互性好
3、沉浸感真實(shí)感強(qiáng)
二、三維虛擬仿真技術(shù)在物流教學(xué)中的應(yīng)用
基于青海交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院物流實(shí)訓(xùn)中心3D實(shí)訓(xùn)室的應(yīng)用系統(tǒng)及操作流程。
1．開機(jī)步驟
開機(jī)順序依次為：
2 AP轉(zhuǎn)換器（數(shù)量?jī)膳_(tái)）：
按下電源按鈕教育學(xué)論文，
2 工作站（數(shù)量?jī)膳_(tái)）
2 投影機(jī)（數(shù)量四臺(tái)）
進(jìn)入控制工作站，進(jìn)入中控程序，點(diǎn)擊投影機(jī)控制，選擇開
等投影機(jī)啟動(dòng)完畢后再進(jìn)入下一步
2 邊緣融合機(jī)（數(shù)量?jī)膳_(tái)）：
按下電源按鈕
關(guān)機(jī)順序依次為：
立體圖像工作站——邊緣融合機(jī)——AP轉(zhuǎn)換器——投影機(jī)——控制工作站
2．基本操作設(shè)置
立體圖像工作站設(shè)置
（1）多顯示器設(shè)置
鼠標(biāo)在桌面上右鍵
進(jìn)入NVIDIA控制面板
點(diǎn)擊設(shè)置多個(gè)顯示器
設(shè)置作為一個(gè)大水平桌面（水平平移模式）
顯示的結(jié)果是，顯卡雙頭輸出兩個(gè)通道的桌面。
（2）分辨率設(shè)置
單屏分辨率1024×768教育學(xué)論文，重疊像素為192
整體分辨率為1856×768（含邊緣重疊區(qū)192個(gè)像素）
重疊像素設(shè)置圖如下：
立體設(shè)置為管理3D設(shè)置里面，基本設(shè)置，選用立體啟用
3 .基本演示操作
（1）立體電影
檢查左右眼是否正確？
2 將圖像移動(dòng)分別移動(dòng)到第一個(gè)通道和第二個(gè)通道進(jìn)行檢查論文格式模板。
如果第一個(gè)通道和第二個(gè)通道都不正常，點(diǎn)擊一下軟件里面L/R
2 如果圖像只在第一個(gè)通道出現(xiàn)左右眼反的現(xiàn)象？
在第一臺(tái)AP轉(zhuǎn)換器后面的綠色按鈕按兩次切換左右眼
2 如果圖像只在第二個(gè)通道出現(xiàn)左右眼反的現(xiàn)象？
在第二臺(tái)AP轉(zhuǎn)換器后面的綠色按鈕按兩次切換左右眼
（綠色按鈕按兩次表示切換左右眼）
（2）NVSG演示軟件
同樣觀看立體是否正常，可以通過軟件切換左右眼
（3）VEGA演示軟件
同樣觀看立體是否正常教育學(xué)論文，可以通過軟件切換左右眼
4系統(tǒng)連接圖如下
5投影機(jī)圖像不正確的調(diào)試方法
（1）首先檢查畫面比例是否正確
再點(diǎn)擊高級(jí)：
水平位置和垂直位置，如圖所示。
6融合機(jī)出現(xiàn)故障處理方法
出現(xiàn)基本問題首先重新啟動(dòng)融合機(jī)來解決
如重新無法解決可以采取如下步驟：
（1）找到是那臺(tái)融合機(jī)出現(xiàn)的問題，并接入鍵盤鼠標(biāo)
（2）ALT+F4退出融合服務(wù)軟件
（3）點(diǎn)擊桌面上的blend文件夾
（4）復(fù)制setting.cfg文件到其他地方
（5）將備份的該文件copy到blend這個(gè)文件夾下面
（6）雙擊STEREO_CAP程序
（7）按ESC，再點(diǎn)擊開始撲捉、全屏幕、下一次開機(jī)啟動(dòng)，保存設(shè)置、開始
（8）重新啟動(dòng)
7注意事項(xiàng)
（1）投影機(jī)開啟后遙控器上的auto、aspect兩個(gè)按鍵不能按教育學(xué)論文，正常使用情況下不需要遙控器；
（2）投影機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)不能輕易觸碰
（3）屏幕位置不能挪動(dòng)，屏幕表面不能觸碰，灰塵可用干凈的柔軟布沾水擦；
（4）投影機(jī)關(guān)機(jī)后不能立即斷電，同時(shí)投影機(jī)電源需接入U(xiǎn)PS穩(wěn)壓電源，UPS后備電池時(shí)間不小于10分鐘；
（5）不能隨意拔插設(shè)備連接線纜；
（6）立體工作站顯卡、立體、分辨率等設(shè)置不能改變
（7）控制工作站IP：192.168.1.10不能改變。
開機(jī)先后順序要嚴(yán)格按照技術(shù)要求順利
三、結(jié)束語
三維虛擬仿真技術(shù)軟件在高職的教學(xué)中能發(fā)揮出積極的作用，一方面能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中能夠?qū)}儲(chǔ)、運(yùn)輸、配送、生產(chǎn)加工等有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也提高了學(xué)生分析問題、解決問題的能力，實(shí)踐證明三維虛擬仿真技術(shù)軟件的應(yīng)用對(duì)于高職物流專業(yè)的教學(xué)具有積極的意義。
參考文獻(xiàn)：
[1]呂明哲，物流系統(tǒng)仿真，東北財(cái)經(jīng)大學(xué)出版社，2008.10。
[2]賀國先，現(xiàn)代物流系統(tǒng)仿真，中國鐵道出版社，2008.12.1。
[3]青海交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院物流實(shí)訓(xùn)中心3D實(shí)訓(xùn)室操作手冊(cè)
1．1Hilbert-Huang變換
HHT首先對(duì)信號(hào)進(jìn)行EMD處理，得到信號(hào)的IMF及殘差。EMD分解的思路是:對(duì)一原始信號(hào)x(t)，利用三次樣條函數(shù)曲線插值的方法找出其上、下包絡(luò)及包絡(luò)的均值曲線m(t)，如果x(t)與m(t)之差h(t)不滿足IMF分量的條件，則將h(t)視為新的原始信號(hào)，繼續(xù)進(jìn)行前述分解，直到找到本階的IMF，記為c(t)。重復(fù)計(jì)算，可以將x(t)分解為多個(gè)IMF分量ci(t)和殘差r(t)之和:x(t)=∑ici(t)+r(t)(1)對(duì)上述IMF分量ci(t)進(jìn)行Hilbert變換，即可得到每個(gè)IMF分量的瞬時(shí)頻譜，綜合所有IMF分量的瞬時(shí)頻譜就可得到一種新的時(shí)頻描述方式，即Hilbert譜。Hilbert變換是一種線性變換，它強(qiáng)調(diào)局部性質(zhì)，由它得到的瞬時(shí)頻率是最好的定義，避免了Fourier變換產(chǎn)生的許多事實(shí)上不存在的高、低頻成分，具有直觀的物理意義。ci(t)的Hilbert變換為:H［ci(t)］=ci(t)•1πt=P．V．∫+∞－∞ci(t－τ)πtdτ(2)其中P．V．表示柯西主值積分。構(gòu)造ci(t)的解析信號(hào)為:zi(t)=ci(t)+jH［ci(t)］=ai(t)e－i(t)(3)式中:ai(t)為瞬時(shí)幅值，ai(t)=c2i(t)+H2［ci(t槡)］;(t)為瞬時(shí)相位，i(t)=tan－1{H［ci(t)］/ci(t)}。可以看出，式(3)給出了幅值和相位的定義。定義瞬時(shí)頻率為:fi(t)=12πd［i(t)］dt(4)定義ci(t)的Hilbert譜為:Hi(t，f)=ai(t)f=fi(t)0f≠fi(t{)(5)如果直接對(duì)信號(hào)x(t)進(jìn)行整體Hilbert譜分析，可以表示為:x(t)=Re∑iai(t)ei2π∫fi(t)d[]t(6)式(6)表達(dá)了信號(hào)x(t)聯(lián)合的時(shí)頻變化關(guān)系。根據(jù)式(5)和(6)，可以得到x(t)的Hilbert譜:H(t，f)=∑iHi(t，f)(7)式(7)描述的Hilbert譜可看作是一種加權(quán)的聯(lián)合幅值-頻率-時(shí)間三維譜。又定義Hilbert邊際譜為:h(f)=∫T0H(t，f)dt(8)在式(8)的Hilbert邊際譜中，在某一頻率上存在著能量就意味著具有該頻率的振動(dòng)存在的可能性，具有該頻率的波在信號(hào)整個(gè)持續(xù)時(shí)間內(nèi)的某一時(shí)刻出現(xiàn)了，而該振動(dòng)出現(xiàn)的具體時(shí)刻在Hilbert譜中給出。定義Hilbert能量譜為:ES(f)=∫T0H2(t，f)df(9)在分析中，可能只對(duì)某些頻率范圍內(nèi)的信號(hào)感興趣，即對(duì)某幾個(gè)IMF分量的組合進(jìn)行Hilbert變換，結(jié)果成為局部Hilbert譜。
1．2Hilbert-Huang譜與Fourier功率譜的比較
對(duì)解析信號(hào)zi(t)兩邊做Fourier變換，可以得到：zi(jω)=ci(jω)+j^ci(jω)(10)式中:^c(jω)為ci(t)的Hilbert變換，^c(jω)=H［ci(jω)］，ω=2πf。如果只考慮正頻率部分，那么式(10)可寫為:zi(jω)=2ci(jω)=2∫+∞－∞ci(t)e－jωτdτω＞0(11)典型的Fourier功率譜的定義為:設(shè)x(t)為一平穩(wěn)隨機(jī)過程，若其自相關(guān)函數(shù)Rxx(τ)的傅立葉變換存在，即:Sxx(ω)=12π∫+∞－∞Rxx(τ)e－jωτdτ(12)則稱Sxx(ω)為x(t)的功率譜密度，ω為頻率。在工程中多用頻率f作為功率譜密度的自變量，這時(shí)有下面關(guān)系成立:Sxx(f)=2πSxx(ω)(13)另外由于工程上負(fù)頻率無意義，往往使用單邊譜密度，其定義為:Gxx(f)=2Sxx(f)=4∫+∞－∞Rxx(τ)cos2πfτdτf≥0(14)功率譜密度描述了隨機(jī)振動(dòng)的頻率結(jié)構(gòu)，從物理意義角度上看，它是隨機(jī)振動(dòng)的能量按頻率分析的度量，功率譜密度曲線下方的面積即為隨機(jī)信號(hào)的均方值，即:∫+∞－∞Sxx(ω)dω=Rxx(0)=E［x2(t)］=φ2x(15)對(duì)比式(8)、式(11)和式(14)可以看出，由于IMF分量ci(t)是原始信號(hào)的某一個(gè)包絡(luò)，其幅值大于對(duì)應(yīng)的原始信號(hào)，因而計(jì)算邊際譜的幅值與Fou-rier功率譜幅值是不一致的。
2公路運(yùn)輸振動(dòng)數(shù)據(jù)分析
公路運(yùn)輸?shù)恼駝?dòng)響應(yīng)一般隨運(yùn)輸平臺(tái)、公路路面等級(jí)、運(yùn)輸平臺(tái)速度等不同而有一定差異。為了獲取真實(shí)有效的振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)，需要通過設(shè)計(jì)采集試驗(yàn)，獲取在特定路面等級(jí)和運(yùn)輸速度組合下一定時(shí)間長(zhǎng)度的振動(dòng)數(shù)據(jù)。文中利用LMS振動(dòng)采集系統(tǒng)，以400Hz的采樣率，在不同的路面等級(jí)下以不同的速度，采集勻速運(yùn)動(dòng)的卡車上的產(chǎn)品振動(dòng)情況。以某點(diǎn)位Z方向的振動(dòng)為例，其中EMD分解將原始信號(hào)分為8個(gè)IMF和1個(gè)殘余量。將c1(t)，r(t)略去，分別作c2(t)∶c8(t)的PSD并求和，得到P=∑8i=2PSD［ci(t)］，與原始信號(hào)的PSD對(duì)比。，IMF分量中剔除了最高頻的c1(t)及殘差，基于IMF分量的在低頻部分有所加強(qiáng)，而在高頻部分得到了抑制。顯然，該計(jì)算對(duì)傳統(tǒng)功率譜密度計(jì)算中“低頻幅值偏低，高頻部分偏高”進(jìn)行了有效修正。邊際譜的頻率與功率譜的頻率峰值點(diǎn)基本是一致的，表示邊際譜對(duì)信號(hào)能量特征的識(shí)別度較好。
3結(jié)語
關(guān)鍵詞:土木工程;仿真技術(shù);實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn);應(yīng)用
實(shí)踐教學(xué)是對(duì)教學(xué)理論的進(jìn)一步加強(qiáng)，學(xué)生在此過程中也能夠有效提升自身的創(chuàng)新精神與動(dòng)手能力。過去大眾化、講學(xué)式的教育體系對(duì)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)的認(rèn)識(shí)不夠，因此很多學(xué)生面臨畢業(yè)之后找工作難的窘境。通過加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)、推動(dòng)創(chuàng)新教育的方式，能夠有效提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，為現(xiàn)代社會(huì)培養(yǎng)更多實(shí)用型人才。
一、土木工程施工實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中仿真技術(shù)的問題
在我國有很多高校的土木工程專業(yè)在教學(xué)時(shí)依然沒有創(chuàng)新，還是在按照已經(jīng)過時(shí)的模式進(jìn)行教學(xué)，雖然也涉及實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，但效果不佳，并且基本上只是流于形式，實(shí)際效果有限。通常高職院校會(huì)有近一年的實(shí)訓(xùn)期，在這么短的時(shí)間內(nèi)是很難進(jìn)行施工實(shí)訓(xùn)的。即使在訓(xùn)練過程中采用集中分散結(jié)合的方式，但施工效果仍舊不理想。由于單一教學(xué)模式的限制，并且對(duì)教學(xué)和實(shí)訓(xùn)的安排缺乏合理性，實(shí)訓(xùn)教學(xué)通常難以發(fā)揮應(yīng)有的作用。進(jìn)行實(shí)訓(xùn)教學(xué)存在以下幾個(gè)問題:第一，不重視實(shí)踐教學(xué)的重要性;第二，對(duì)課程體系的設(shè)置缺乏合理性;第三，缺乏實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源;第四，缺乏足夠的實(shí)訓(xùn)教學(xué)時(shí)間。
二、土木工程施工實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中仿真技術(shù)的實(shí)現(xiàn)
(一)虛擬場(chǎng)景建模
通過仿真設(shè)計(jì)軟件能夠設(shè)計(jì)出具有實(shí)際價(jià)值的虛擬場(chǎng)景，制作方法為:第一，用攝像頭拍攝現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，然后利用仿真技術(shù)對(duì)所得影響進(jìn)行全景圖合成設(shè)計(jì);第二，通過程序設(shè)計(jì)語言和編程軟件生成場(chǎng)景［1］;第三，使用仿真設(shè)計(jì)軟件制作虛擬三維場(chǎng)景。以上步驟需要用到的主要軟件有3DSMAX軟件和VRML軟件，結(jié)合兩款軟件的使用方法為:首先，制作場(chǎng)景貼圖、動(dòng)畫、造型等;其次，將場(chǎng)景導(dǎo)出至VRML;最后，修改源程序代碼，添加所需文件，并進(jìn)行相應(yīng)操作。
(二)實(shí)現(xiàn)物理建模
通過Export命令，對(duì)建模得到的max文件進(jìn)行導(dǎo)出，導(dǎo)出后的文件為wr1文件，然后對(duì)導(dǎo)出的文件進(jìn)行建模。這一過程可以通過VRML的傳感器節(jié)點(diǎn)完成，同時(shí)通過事件及路由器實(shí)現(xiàn)。
(三)實(shí)現(xiàn)行為建模
以Script節(jié)點(diǎn)定義及改變場(chǎng)景對(duì)象的外觀及行為，當(dāng)Script節(jié)點(diǎn)開始初始化，某個(gè)程序腳本就會(huì)被調(diào)用。該事件在VRML場(chǎng)景中會(huì)被檢測(cè)出來，并傳遞至JAVA，通過JAVA對(duì)其作出相應(yīng)的響應(yīng)，也可以進(jìn)行反向傳遞。
(四)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
虛擬的仿真教學(xué)環(huán)境可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的信息資源進(jìn)行高效利用，確保實(shí)訓(xùn)教學(xué)具有動(dòng)態(tài)有效性。例如Flashmx等工具能夠進(jìn)行在線虛擬實(shí)習(xí)活動(dòng)，具有十分廣泛的教學(xué)覆蓋面，在當(dāng)前常用的輔助實(shí)訓(xùn)教學(xué)工具中，最具發(fā)展前景。通過信息技術(shù)能夠建立遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)的系統(tǒng)資源共享，這也是虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)未來進(jìn)展的主要方向之一［2］。利用虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)能夠給學(xué)生提供大量學(xué)習(xí)資料，保證學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)效果。網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)訓(xùn)可以運(yùn)用web三層結(jié)構(gòu)建立B/S架構(gòu)的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系。
三、土木工程施工實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)中應(yīng)用仿真技術(shù)的方法
(一)在教學(xué)中建立規(guī)范化的仿真技術(shù)
虛擬仿真技術(shù)具有人機(jī)互動(dòng)的特點(diǎn)，娛樂性強(qiáng)并且能夠形象直觀地表現(xiàn)畫面，有助于學(xué)生的記憶同互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系，能夠營(yíng)造出逼真的場(chǎng)景，增加體驗(yàn)樂趣。在學(xué)生開始土木工程施工實(shí)習(xí)的后，采用標(biāo)準(zhǔn)化的虛擬仿真技術(shù)能夠在很大程度上激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而提升其學(xué)習(xí)主動(dòng)性，而這一點(diǎn)，在傳統(tǒng)的教條主義教學(xué)模式下是難以實(shí)現(xiàn)的。通過規(guī)范的仿真模擬技術(shù)，能夠很好地重現(xiàn)施工場(chǎng)景，使學(xué)生完美地融入其中。
(二)在教學(xué)中安全控制仿真技術(shù)實(shí)施
仿真技術(shù)通過虛擬成像的方式營(yíng)造一個(gè)看起來真實(shí)的環(huán)境，但由于其特有的虛擬性，因此情境知識(shí)看起來和真實(shí)環(huán)境無異，但卻很好地避免了真實(shí)環(huán)境中才會(huì)出現(xiàn)的各種危險(xiǎn)因素。學(xué)生可以在課堂中融入真實(shí)的施工環(huán)境中去，在實(shí)踐中應(yīng)用理論知識(shí)，在虛擬的環(huán)境中對(duì)施工過程進(jìn)行安全控制操作，即使存在不規(guī)范問題或其它缺陷，由于不具有危險(xiǎn)性并且并非真實(shí)，學(xué)生僅僅會(huì)感覺到緊張，但并不會(huì)造成危險(xiǎn)和損失。虛擬仿真技術(shù)能夠加強(qiáng)學(xué)生規(guī)范化管理建筑施工流程，提高施工的安全水平，降低事故發(fā)生率。
(三)重視仿真技術(shù)的設(shè)計(jì)及師資培養(yǎng)
在教學(xué)中引入并應(yīng)用仿真技術(shù)，也是加強(qiáng)土木工程師資力量的重要因素。土木工程是一門以實(shí)踐為主的專業(yè)，培養(yǎng)的也主要是實(shí)用型人才。因此無論是學(xué)生還是教師，都需要具備一定的施工經(jīng)驗(yàn)，才能在將來的工作或教學(xué)活動(dòng)中，占據(jù)主動(dòng)。教師在進(jìn)行仿真技術(shù)實(shí)訓(xùn)之前，應(yīng)首先做好完善的準(zhǔn)備工作。在實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)的科學(xué)化和精細(xì)化規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中，教師也應(yīng)具有一定的創(chuàng)新能力。另外，學(xué)校方面也可以積極引入或自行開發(fā)一些具有實(shí)訓(xùn)價(jià)值的綜合仿真技術(shù)的土木工程實(shí)習(xí)軟件，充分滿足學(xué)生需求。
(四)在實(shí)習(xí)開展前做好充分準(zhǔn)備工作
在開展實(shí)訓(xùn)之前，教師會(huì)根據(jù)實(shí)習(xí)的基本綱要給學(xué)生安排各種實(shí)習(xí)任務(wù)，此外土木工程專業(yè)教師也會(huì)專門給學(xué)生安排一些工作，學(xué)生需要根據(jù)自己實(shí)習(xí)的內(nèi)容做一份答辯論文。這種方法有助于培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的能力并培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的團(tuán)隊(duì)意識(shí)。并且表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生所上交的論文內(nèi)容也能夠?yàn)榻處熑蘸蠼虒W(xué)水平的提升打下良好基礎(chǔ)，教師也能從中找到各種有價(jià)值的案例以供教學(xué)使用。
結(jié)束語
土木工程施工實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)是非常有必要的，這也符合其側(cè)重實(shí)踐應(yīng)用的專業(yè)特點(diǎn)。在實(shí)訓(xùn)中應(yīng)用仿真技術(shù)，學(xué)校在降低成本的同時(shí)，也能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。
參考文獻(xiàn)
［1］周國恩，梁鑫，周雨等．基于仿真技術(shù)在土木工程施工實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的探索與實(shí)踐［J］．教育教學(xué)論壇，2013，(28):197－198，199．
This paper studies on the subject of production line, as well as the optimization methods, and then uses the simulation software Flexsim to make a model and simulate on sofa production line of the Sheng'Ao company, at last, analyse the simulation result, then found the bottlenecks of this production line. On this basis, optimize upon this bottlenecks, not only the operating rate improved dramatically, but also the final output increased a lot. Through the application of the simulation technology, a lot of problems in the modern enterprise can be solved, it can also solve some problems that simple mathematical methods can't, and on this basis to optimize it so the problems can be adequately highlighted in order to be resolved.
KEYWORDS: simulation technology、production line、Flexsim、optimize
正文目錄
第一章 引言 1
第一節(jié) 研究背景與現(xiàn)狀 1
第二節(jié) 選題的意義 2
第二章 生產(chǎn)線概論 3
第一節(jié) 生產(chǎn)線的基本理念 3
一、生產(chǎn)線的概念 3
二、流水式生產(chǎn)線的概念 3
第二節(jié) 生產(chǎn)瓶頸 4
一、生產(chǎn)線上的約束 4
二、節(jié)拍和瓶頸 4
第三節(jié) 生產(chǎn)線評(píng)價(jià)指標(biāo) 5
一、生產(chǎn)線最終產(chǎn)量 5
二、操作器的利用率 5
第四節(jié) 生產(chǎn)線物流系統(tǒng)仿真方法的優(yōu)勢(shì) 6
一、傳統(tǒng)生產(chǎn)線物流分析方法 6
二、仿真方法的優(yōu)勢(shì) 6
第三章 仿真技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用 7
第一節(jié) 仿真技術(shù)的發(fā)展歷史及其特點(diǎn) 7
一、仿真技術(shù)的發(fā)展歷史 7
二.仿真技術(shù)的特點(diǎn) 7
第二節(jié) 仿真技術(shù)在生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用與分類 8
一.仿真技術(shù)的應(yīng)用 8
二.仿真技術(shù)的分類 9
第三節(jié) 物流相關(guān)仿真軟件介紹 10
一、AUTOMOD 10
二、ARENA 10
三、EXTEND 11
四、FLEXSIM 11
第四章 生產(chǎn)線仿真建模 13
第一節(jié) 生產(chǎn)線仿真的基本過程 13
一 明確仿真目的 13
二 收集數(shù)據(jù) 14
三 建立系統(tǒng)的物理模型 14
四 建立系統(tǒng)的邏輯模型 14
五 模型確認(rèn) 14
六 仿真模型運(yùn)行 14
七 模型運(yùn)行結(jié)果分析 14
第二節(jié) 模型介紹 15
一、圣奧沙發(fā)流水線簡(jiǎn)介 15
二、沙發(fā)制造部工藝流程圖 15
三、模型實(shí)體 16
第三節(jié) 模型運(yùn)行及其結(jié)果 23
一、仿真模型 23
二、仿真結(jié)果 25
第四節(jié) 結(jié)果分析以及模型改造 31
一、結(jié)果分析 31
二、模型改造 32
三、模型改進(jìn)后的分析 38
第五章 結(jié)論與展望 39
參考文獻(xiàn) 40
致 謝 42
第一章 引言
第一節(jié) 研究背景與現(xiàn)狀
近年來，隨著國內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈，我國加入WTO，企業(yè)面臨巨大的挑戰(zhàn)。物流的現(xiàn)代化越來越受到人們的關(guān)注。傳統(tǒng)物流是一個(gè)流通與制造過程的附屬品，其基本任務(wù)僅僅是完成商品流通或制造過程中物料的物理位置的轉(zhuǎn)移，以確保流通或生產(chǎn)過程的正常運(yùn)行，因此，物流的各個(gè)功能環(huán)節(jié)長(zhǎng)期以來是相互分散和孤立的。現(xiàn)代流通與生產(chǎn)過程則是更加注重整體的效益。物流作為一個(gè)多因素、多目標(biāo)的復(fù)雜系統(tǒng)，追求其整體的優(yōu)化是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)分析問題?，F(xiàn)代物流越來越多的強(qiáng)調(diào)物流的系統(tǒng)化合綜合化，現(xiàn)代物流和傳統(tǒng)物流的本質(zhì)區(qū)別逐漸顯現(xiàn)出來。正式由于現(xiàn)代物流的這一特點(diǎn)，尤其需要運(yùn)用系統(tǒng)分析的方法對(duì)其進(jìn)行分析研究。
生產(chǎn)線即產(chǎn)品生產(chǎn)過程所經(jīng)過的路線，即從原料進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)開始，經(jīng)過加工、運(yùn)送、裝配、檢驗(yàn)等一系列生產(chǎn)活動(dòng)所構(gòu)成的路線。生產(chǎn)線需要接收和處理大量的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工、制造資源等信息，合理調(diào)度加工零件。傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)分析和人工調(diào)度不能適應(yīng)復(fù)雜系統(tǒng)和現(xiàn)代管理的要求。過去，一個(gè)企業(yè)有十幾輛、幾十輛車負(fù)責(zé)產(chǎn)成品的運(yùn)輸。車輛的調(diào)度完全依靠管理人員、調(diào)度人員的已有經(jīng)驗(yàn)。今后，企業(yè)物流逐步走向社會(huì)化。企業(yè)要降低成本，縮短供貨期，對(duì)物流提出了更高的要求。不僅僅滿足于車輛的調(diào)配，更需要合理選擇運(yùn)輸路線、合理配載和返程貨物搭載等。而且，由于生產(chǎn)的逐漸多樣化，服務(wù)的客戶化，不再有一成不變的計(jì)劃生產(chǎn)，市場(chǎng)不斷變化的生產(chǎn)和供貨，需要管理人員動(dòng)態(tài)調(diào)整計(jì)劃。人工的、經(jīng)驗(yàn)式的管理必須用科學(xué)的控制管理方式代替。系統(tǒng)仿真正是適應(yīng)了物流系統(tǒng)的復(fù)雜化、物流目標(biāo)的多樣化的發(fā)展需要。 人們?cè)谘芯恳粋€(gè)較為復(fù)雜的系統(tǒng)時(shí)，通?？梢圆捎脙煞N辦法:一種是直接在實(shí)際系統(tǒng)上進(jìn)行研究;另一種就是在系統(tǒng)的模型上進(jìn)行研究。在實(shí)際系統(tǒng)上研究固然有其真實(shí)可信的有點(diǎn)，但是很多情況下是不合適甚至不可行的。這主要有以下幾方面的原因:
(1)、需要考慮安全性。在研究重要的，涉及人身安全或設(shè)備安全的系統(tǒng)時(shí)，不允許在實(shí)際系統(tǒng)上進(jìn)行試驗(yàn)，例如宇航系統(tǒng)，核能系統(tǒng)，航空系統(tǒng)等。
(2)、系統(tǒng)具有不可逆性。有很多系統(tǒng)是不可逆的，例如已經(jīng)發(fā)生的災(zāi)害，生態(tài)系統(tǒng)等。
(3)、投資風(fēng)險(xiǎn)過大。一些重大的工程項(xiàng)目，重大設(shè)備系統(tǒng)很復(fù)雜，投資巨大，不允許在實(shí)際系統(tǒng)上進(jìn)行破壞性的實(shí)驗(yàn)。
(4)、研究時(shí)間過長(zhǎng)。多數(shù)情況下，在實(shí)際系統(tǒng)上研究問題往往需要較長(zhǎng)的時(shí)間。例如研究復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)一般需要數(shù)十年;研究一個(gè)交通運(yùn)輸系統(tǒng)也至少需要數(shù)天甚至數(shù)月。
(5)、真實(shí)的系統(tǒng)尚未建成。如果希望在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)階段評(píng)價(jià)方案的優(yōu)劣，顯然無法在真實(shí)系統(tǒng)上進(jìn)行。
出于以上主要原因，利用模型來研究系統(tǒng)不僅是必要的甚至在某些情況下是唯一可行的方法。
第二節(jié) 選題的意義
生產(chǎn)物流系統(tǒng)是企業(yè)物流系統(tǒng)的子系統(tǒng)，同時(shí)也是制造系統(tǒng)的重要組成部分。生產(chǎn)物流系統(tǒng)的優(yōu)化不但可以提高企業(yè)生產(chǎn)中物流的順暢程度、提高生產(chǎn)效率，還可以降低物料搬運(yùn)成本；進(jìn)而提高企業(yè)的成本、質(zhì)量、交貨期等各項(xiàng)系統(tǒng)性能指標(biāo)。由于生產(chǎn)系統(tǒng)的復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性和隨機(jī)性，數(shù)學(xué)解析方法無法對(duì)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的諸多特征進(jìn)行建模，也就無法準(zhǔn)確地進(jìn)行投產(chǎn)方案的計(jì)算和優(yōu)化。而系統(tǒng)仿真以相似論、計(jì)算機(jī)科學(xué)、概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和時(shí)間序列分析等為理論基礎(chǔ)，能夠真實(shí)地仿真隨即時(shí)間，實(shí)時(shí)模擬生產(chǎn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性[1]，再現(xiàn)或預(yù)測(cè)所需的生產(chǎn)系統(tǒng)特征。
而Flexsim是一套系統(tǒng)仿真模型設(shè)計(jì)、制作與分析工具軟件。它集計(jì)算機(jī)三維圖像處理技術(shù)、仿真技術(shù)、人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)為一體，專門面向制造、物流等領(lǐng)域。運(yùn)用Flexsim系列仿真軟件，可在計(jì)算機(jī)內(nèi)建立研究對(duì)象的系統(tǒng)三位模型，然后對(duì)模型進(jìn)行各種系統(tǒng)分析和工程驗(yàn)證，最終獲得優(yōu)化設(shè)計(jì)或改造方案。
本文以圣奧有限公司沙發(fā)生產(chǎn)線為例，通過仿 真軟件Flexsim建立生產(chǎn)線仿真模型，進(jìn)行物流和調(diào)度仿真，瓶頸設(shè)備和故障分析與生產(chǎn)線能力評(píng)估，為生產(chǎn)線規(guī)劃與布局及生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃制定提供可靠的科學(xué)依據(jù)。而用仿真軟件做生產(chǎn)線優(yōu)化還可以可以減少成本，三維效果好，最重要的是仿真優(yōu)化結(jié)果明顯。第二章 生產(chǎn)線概論
第一節(jié) 生產(chǎn)線的基本理念
一、生產(chǎn)線的概念
產(chǎn)品生產(chǎn)過程所經(jīng)過的路線，即從原料進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)開始，經(jīng)過加工、運(yùn)送、裝配、檢驗(yàn)等一系列生產(chǎn)活動(dòng)所構(gòu)成的路線。狹義的生產(chǎn)線是按對(duì)象原則組織起來的，完成產(chǎn)品工藝過程的一種生產(chǎn)組織形式，即按產(chǎn)品專業(yè)化原則，配備生產(chǎn)某種產(chǎn)品（零、部件）所需要的各種設(shè)備和各工種的工人，負(fù)責(zé)完成某種產(chǎn)品（零、部件）的全部制造工作，對(duì)相同的勞動(dòng)對(duì)象進(jìn)行不同工藝的加工。
生產(chǎn)線的主要產(chǎn)品或多數(shù)產(chǎn)品的工藝路線和工序勞動(dòng)量比例，決定了一條生產(chǎn)線上擁有為完成某幾種產(chǎn)品的加工任務(wù)所必需的機(jī)器設(shè)備，機(jī)器設(shè)備的排列和工作地的布置等。生產(chǎn)線具有較大的靈活性，能適應(yīng)多品種生產(chǎn)的需要；在不能采用流水生產(chǎn)的條件下，組織生產(chǎn)線是一種比較先進(jìn)的生產(chǎn)組織形式；在產(chǎn)品品種規(guī)格較為復(fù)雜，零部件數(shù)目較多，每種產(chǎn)品產(chǎn)量不多，機(jī)器設(shè)備不足的企業(yè)里，采用生產(chǎn)線能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。
二、流水式生產(chǎn)線的概念
流水線是指勞動(dòng)對(duì)象按照一定的工藝路線，順序的通過各個(gè)工作地，并按照統(tǒng)一的生產(chǎn)速度(節(jié)拍)完成工藝作業(yè)連續(xù)的、重復(fù)的生產(chǎn)過程。
流水生產(chǎn)方式是把高度的對(duì)象專業(yè)化生產(chǎn)和勞動(dòng)對(duì)象的平行移動(dòng)方式有機(jī)結(jié)合起來的一種先進(jìn)的生產(chǎn)組織方式。
單品種流水生產(chǎn)線又稱不變流水線，指流水線上只固定生產(chǎn)一種制品。要求制品的數(shù)量足夠大，以保證流水線上的設(shè)備有足夠的復(fù)合。
多對(duì)象流水生產(chǎn)有兩種基本形式。一種是可變流水線，其特點(diǎn)是在計(jì)劃期內(nèi)，按照一定的間隔期，成批輪番生產(chǎn)多種產(chǎn)品;在間隔期內(nèi)，只生產(chǎn)一種產(chǎn)品;在完成規(guī)定的批量后，轉(zhuǎn)生產(chǎn)另一種產(chǎn)品。另一種是混合流水線，其特點(diǎn)是:在同一時(shí)間內(nèi)，流水線上混合生產(chǎn)多種產(chǎn)品。按固定的混合產(chǎn)品組組織生產(chǎn)，即將不同的產(chǎn)品按固定的比例和生產(chǎn)順序編程產(chǎn)品組。一個(gè)組一個(gè)組地在流水線上進(jìn)行生產(chǎn)。
第二節(jié) 生產(chǎn)瓶頸
一、生產(chǎn)線上的約束
生產(chǎn)線的生產(chǎn)過程是一個(gè)按照生產(chǎn)工藝安排的有序過程。因此，可完成生產(chǎn)作業(yè)要素受到一定程度上的限制。例如，在安裝儀器或者設(shè)備外殼前需要裝上電動(dòng)機(jī)。進(jìn)行生產(chǎn)線平衡時(shí)，除了考慮優(yōu)先約束之外還應(yīng)考慮非生產(chǎn)工藝的約束：
(1)區(qū)域約束。它時(shí)與生產(chǎn)工位布置有關(guān)的限制，分為正區(qū)域約束和負(fù)區(qū)域約束。正區(qū)域約束是指某些確定的作業(yè)要素應(yīng)該彼此就近設(shè)置;負(fù)區(qū)域約束是指作業(yè)要素之間相互干涉，在位置上不應(yīng)靠近的限制條件。
(2)位置約束。在大型的生產(chǎn)線上，如汽車的裝配線上，由于產(chǎn)品比作業(yè)人員可完成的裝配作業(yè)空間大，不能完成其周邊的裝配作業(yè)，產(chǎn)品裝配作業(yè)受到空間的限制。
二、節(jié)拍和瓶頸
流程的“節(jié)拍 ”（Cycle time）是指連續(xù)完成相同的兩個(gè)產(chǎn)品（或兩次服務(wù)，或兩批產(chǎn)品）之間的間隔時(shí)間。換句話說，即指完成一個(gè)產(chǎn)品所需的平均時(shí)間。節(jié)拍通常只是用于定義一個(gè)流程中某一具體工序或環(huán)節(jié)的單位產(chǎn)出時(shí)間。如果產(chǎn)品必須是成批制作的，則節(jié)拍指兩批產(chǎn)品之間的間隔時(shí)間。在流程設(shè)計(jì)中，如果預(yù)先給定了一個(gè)流程每天（或其它單位時(shí)間段）必須的產(chǎn)出，首先需要考慮的是流程的節(jié)拍。
而通常把一個(gè)流程中生產(chǎn)節(jié)拍最慢的環(huán)節(jié)叫做“瓶頸”（Bottleneck）。流程中存在的瓶頸不僅限制了一個(gè)流程的產(chǎn)出速度，而且影響了其它環(huán)節(jié)生產(chǎn)能力的發(fā)揮。更廣義地講，所謂瓶頸是指整個(gè)流程中制約產(chǎn)出的各種因素。例如，在有些情況下，可能利用的人力不足、原材料不能及時(shí)到位、某環(huán)節(jié)設(shè)備發(fā)生故障、信息流阻滯等，都有可能成為瓶頸。正如“瓶頸”的字面含義，一個(gè)瓶子瓶口大小決定著液體從中流出的速度，生產(chǎn)運(yùn)作流程中的瓶頸則制約著整個(gè)流程的產(chǎn)出速度。瓶頸還有可能“漂移”，取決于在特定時(shí)間段內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品或使用的人力和設(shè)備。因此在流程設(shè)計(jì)中和日后的日常生產(chǎn)運(yùn)作中都需要引起足夠的重視， 注意生產(chǎn)線平衡的持續(xù)改善。
與節(jié)拍和瓶頸相關(guān)聯(lián)的另一個(gè)概念是流程中的“空閑時(shí)間”（idle time）?？臻e時(shí)間是指工作時(shí)間內(nèi)沒有執(zhí)行有效工作任務(wù)的那段時(shí)間，可以指設(shè)備或人的時(shí)間。當(dāng)一個(gè)流程中各個(gè)工序的節(jié)拍不一致時(shí)，瓶頸工序以外的其它工序就會(huì)產(chǎn)生空閑時(shí)間。這就需要對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行平衡。制造業(yè)的生產(chǎn)線多半是在進(jìn)行了細(xì)分之后的多工序流水化連續(xù)作業(yè)生產(chǎn)線，此時(shí)由于分工作業(yè)，簡(jiǎn)化了作業(yè)難度，使作業(yè)熟練度容易提高，從而提高了作業(yè)效率。然而經(jīng)過了這樣的作業(yè)細(xì)分化之后，各工序的作業(yè)時(shí)間在理論上，現(xiàn)實(shí)上都不能完全相同，這就勢(shì)必存在工序間節(jié)拍不一致出現(xiàn)瓶頸的現(xiàn)象。除了造成的無謂的工時(shí)損失外，還造成大量的工序堆積即存滯品發(fā)生，嚴(yán)重的還會(huì)造成生產(chǎn)的中止。
為了解決以上問題就必須對(duì)各工序的作業(yè)時(shí)間平均化，同時(shí)對(duì)作業(yè)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，以使生產(chǎn)線能順暢活動(dòng)。“生產(chǎn)線工藝平衡”即是對(duì)生產(chǎn)的全部工序進(jìn)行平均化，調(diào)整各作業(yè)負(fù)荷，以使各作業(yè)時(shí)間盡可能相近。是生產(chǎn)流程設(shè)計(jì)與作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化必須考慮的最重要的問題。生產(chǎn)線工藝平衡的目的是通過平衡生產(chǎn)線使用現(xiàn)場(chǎng)更加容易理解“一個(gè)流”的必要性及“小單元生產(chǎn)”（Cell production）的編制方法，它是一切新理論新方法的基礎(chǔ)。
第三節(jié) 生產(chǎn)線評(píng)價(jià)指標(biāo)
在生產(chǎn)線平衡中，通?？梢允褂蒙a(chǎn)線最終產(chǎn)量、工作時(shí)間、利用率、空閑率、阻塞率等幾個(gè)指標(biāo)來比較和評(píng)價(jià)生產(chǎn)線平衡的結(jié)果，而本文中主要用到生產(chǎn)線最終產(chǎn)量和操作器利用率這兩個(gè)指標(biāo)。
一、生產(chǎn)線最終產(chǎn)量
生產(chǎn)線的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一為該條生產(chǎn)線最終的產(chǎn)量。一般而言，最終產(chǎn)量越多越好，本文中模型改進(jìn)前后對(duì)比的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一就是生產(chǎn)線的最終產(chǎn)量。不過，現(xiàn)實(shí)生活中，企業(yè)還是要考慮到生產(chǎn)成本問題。如果生產(chǎn)成本投入很大，相對(duì)而言，最終產(chǎn)量增加不多，那么就不一定值得投入更多的生產(chǎn)成本的。
二、操作器的利用率
生產(chǎn)線中機(jī)器的利用率也是一個(gè)很重要的生產(chǎn)線評(píng)價(jià)指標(biāo)，一般利用率較高的生產(chǎn)線比較好。試想，如果一條生產(chǎn)線上的機(jī)器大多時(shí)間都處于空閑或等待之類的 非處理狀態(tài)，那就說明這條生產(chǎn)線的利用率不高，存在很大的浪費(fèi)。本文中模型的第二個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)就是機(jī)器的利用率，通過模型改造，使得生產(chǎn)線上的各個(gè)機(jī)器的利用率有大大的提高，充分的使用了其生產(chǎn)能力，沒有造成浪費(fèi)。
第四節(jié) 生產(chǎn)線物流系統(tǒng)仿真方法的優(yōu)勢(shì)
一、傳統(tǒng)生產(chǎn)線物流分析方法
傳統(tǒng)對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)流程的優(yōu)化，主要集中在生產(chǎn)流程、生產(chǎn)節(jié)拍和工藝流程方面的優(yōu)化，且主要由工藝員根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有的規(guī)模，建立實(shí)體模型，通過改變其中幾個(gè)瓶頸設(shè)備來達(dá)到優(yōu)化的目的。這種優(yōu)化在很大程度上來說，沒有相關(guān)理論為指導(dǎo)，多是從生產(chǎn)實(shí)際中總結(jié)出的一些經(jīng)驗(yàn)中得出的，常常是局部的優(yōu)化，可以說只是些修修補(bǔ)補(bǔ)，并不能從根本上解決企業(yè)整體存在的問題。針對(duì)企業(yè)優(yōu)化問題，目前用的較多的傳統(tǒng)生產(chǎn)線物流分析方法是對(duì)所研究系統(tǒng)建立起相關(guān)數(shù)學(xué)模型，通過數(shù)學(xué)工具對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。
而對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行分析的數(shù)學(xué)方法包括有運(yùn)籌學(xué)、系統(tǒng)工程等學(xué)科。其內(nèi)容包含有排隊(duì)論、目標(biāo)規(guī)劃法、模糊綜合評(píng)判法、層次分析法、關(guān)系矩陣法等等。不過類似于這些方法，計(jì)算量過大，而且有些時(shí)候不一定能得出結(jié)果，所以存在一定的弊端。隨著生產(chǎn)系統(tǒng)越來越復(fù)雜，越來越多采用仿真方法。
二、仿真方法的優(yōu)勢(shì)
對(duì)于比較復(fù)雜的工藝流程，僅用數(shù)學(xué)方法往往不能發(fā)現(xiàn)工藝流程中的瓶頸，因而也無法為系統(tǒng)優(yōu)化提供依據(jù)。因此，需要通過仿真技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)工藝流程建立仿真模型、設(shè)置參數(shù)，來實(shí)現(xiàn)工藝流程的仿真，從而找到瓶頸，再通過優(yōu)化方法消除流程中的瓶頸。因?yàn)閷?duì)物流系統(tǒng)的仿真能將制造廠內(nèi)生產(chǎn)的實(shí)際情況逼真的再現(xiàn)出來，并結(jié)合虛擬制造、虛擬物流的思想，通過對(duì)各種模型設(shè)備的工作時(shí)間、利用率、空閑率、阻塞率等的分析，找出制約整個(gè)系統(tǒng)物流的瓶頸因素，再通過改變相關(guān)制約因素來達(dá)到系統(tǒng)整體的最優(yōu)，這不僅有效的解決了傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型優(yōu)化不能真實(shí)、具體、全面地反映系統(tǒng)運(yùn)作情況的缺陷，又巧妙的回避了大量不必要的計(jì)算，操作起來十分經(jīng)濟(jì)方便。
仿真技術(shù)綜合集成了計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖形圖像技術(shù)、多媒體、軟件工程、信息處理、自動(dòng)控制的多個(gè)高新科技領(lǐng)域的知識(shí)，是以相似原理、信息技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)的專業(yè)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)和各種物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對(duì)實(shí)際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的一門綜合性技術(shù)?？捎行У慕鉀Q這種多因素、多目標(biāo)、多層次的系統(tǒng)優(yōu)化問題。
第三章 仿真技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用
第一節(jié) 真技術(shù)的發(fā)展歷史及其特點(diǎn)
一、仿真技術(shù)的發(fā)展歷史
系統(tǒng)仿真是建立在系統(tǒng)理論、控制理論、相似理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等理論基礎(chǔ)之上，以計(jì)算機(jī)和其他專用物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對(duì)真實(shí)或假想的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，并借助于專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)資料對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析研究，做出決策的一門綜合性和實(shí)驗(yàn)性的學(xué)科。
早在幾千年前，我們的先人就懂得了系統(tǒng)仿真的基本原理。中國象棋就是用于仿真古代戰(zhàn)爭(zhēng)的游戲;軍事沙盤用來仿真兩軍對(duì)戰(zhàn)的戰(zhàn)略;建筑中用木模研究實(shí)際建筑物的結(jié)構(gòu)與承載性能等。知道20世紀(jì)40年代，馮。諾依曼正式提出了系統(tǒng)仿真的概念，隨后1952年美國成立了仿真學(xué)會(huì)，1963年出版了仿真領(lǐng)域最具權(quán)威性的學(xué)術(shù)刊物《SIMULATION》后，系統(tǒng)仿真之間變成了一門獨(dú)立的學(xué)科。
二、仿真技術(shù)的特點(diǎn)
系統(tǒng)仿真技術(shù)是模型(物理的、數(shù)學(xué)的或非數(shù)學(xué)的)的建立、驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)運(yùn)行技術(shù)?，F(xiàn)代仿真技術(shù)的特點(diǎn)可以歸納為以下幾點(diǎn):
(1)、系統(tǒng)仿真技術(shù)是一門通用的支撐性的技術(shù)。在決策者們面對(duì)一些重大的，棘手的問題時(shí)， 能以其他方法無法代替的特殊功能， 為其提供關(guān)鍵性的見解和創(chuàng)新的觀點(diǎn)
(2)、系統(tǒng)仿真技術(shù)學(xué)科的發(fā)展具有相對(duì)的獨(dú)立性， 同時(shí)又與光、機(jī)、電、聲， 特別是信息等眾多專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展互為促進(jìn)。因此系統(tǒng)仿真技術(shù)具有學(xué)科面廣、綜合性強(qiáng)、應(yīng)用領(lǐng)域?qū)挕o破壞性、可多次重復(fù)、安全、經(jīng)濟(jì)、可控、不受氣候條件和場(chǎng)地空間的限制等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)， 這是其他技術(shù)無法比擬的。
(3)、系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用緊密相關(guān)。應(yīng)用需求倩影、系統(tǒng)帶技術(shù)、技術(shù)促系統(tǒng)、系統(tǒng)服務(wù)于應(yīng)用，這是一個(gè)辯證的關(guān)系。應(yīng)用需求是推動(dòng)系統(tǒng)仿真技術(shù)發(fā)展的原動(dòng)力， 系統(tǒng)仿真技術(shù)應(yīng)用效益不但與其技術(shù)水平的高低有關(guān)， 還與應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展密切相關(guān)。大量實(shí)例證明， 系統(tǒng)仿真技術(shù)的有效應(yīng)用必須依托于先進(jìn)的仿真系統(tǒng)， 只有服務(wù)于應(yīng)用的仿真系統(tǒng)向前發(fā)展了， 才能帶動(dòng)系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展。
(4)、系統(tǒng)仿真技術(shù)應(yīng)用正向全系統(tǒng)、系統(tǒng)全生命周期、系統(tǒng)全方位管理發(fā)展， 這些都給予仿真技術(shù)的發(fā)展。
第二節(jié) 仿真技術(shù)在生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用與分類
一、仿真技術(shù)的應(yīng)用
仿真在生產(chǎn)中的應(yīng)用，主要依賴于生產(chǎn)力發(fā)展水平的提高。對(duì)簡(jiǎn)單的生產(chǎn)過程和系統(tǒng)， 以人工操作為主的生產(chǎn)，仿真顯示不出其突出的優(yōu)點(diǎn)。然而，隨著生產(chǎn)自動(dòng)化水平不斷提高， 生產(chǎn)系統(tǒng)越來越復(fù)雜。生產(chǎn)節(jié)奏越來越快，生產(chǎn)管理者對(duì)生產(chǎn)改進(jìn)的每一決策，都需謹(jǐn)慎考慮。措施不當(dāng)，往往需付出高昂的代價(jià)。而正是由于系統(tǒng)的復(fù)雜性、快節(jié)奏和柔性，要想預(yù)測(cè)每一種決策給系統(tǒng)帶來的后果。已是人的大腦無法勝任的了。仿真技術(shù)正是彌補(bǔ)了這一不足，成為現(xiàn)代生產(chǎn)系統(tǒng)的有用工具，成為生產(chǎn)管理人員的得力助手。仿真在制造業(yè)中的應(yīng)用，主要有以下幾方面：
1．生產(chǎn)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)
在一個(gè)新的生產(chǎn)系統(tǒng)建立時(shí)，往往要對(duì)該生產(chǎn)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。除了其它的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)方法外，仿真是最常用的一種方法。對(duì)新系統(tǒng)建立模型，動(dòng)態(tài)運(yùn)行此模型，從而找到系統(tǒng)方案存在的問題。多次修改參數(shù)與運(yùn)行，可以尋求一個(gè)較優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。
2．物料的管理
復(fù)雜、快節(jié)奏的生產(chǎn)系統(tǒng)。物料的管理往往是十分復(fù)雜的。不同的物料管理策略，會(huì)產(chǎn)生不同的效果。策略得當(dāng)，可以保證生產(chǎn)系統(tǒng)均衡的生產(chǎn)，保證物料適時(shí)、適量的供應(yīng)。反之，會(huì)造成生產(chǎn)物流的失調(diào)，或出現(xiàn)積壓浪費(fèi)，或出現(xiàn)供料不足。通過物料管理策略仿真， 可以確定出最恰當(dāng)?shù)奈锪瞎芾矸桨浮?/p>
3．生產(chǎn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)
多工序、多設(shè)備的復(fù)雜生產(chǎn)線。各加工工序生產(chǎn)節(jié)奏一般是不協(xié)調(diào)的。這種不協(xié)調(diào)會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)系統(tǒng)整體效率。協(xié)調(diào)各工序的生產(chǎn)節(jié)拍，充分發(fā)揮所有生產(chǎn)設(shè)備和人力資源的潛力， 力求系統(tǒng)生產(chǎn)的總體高效率，是生產(chǎn)中最常見的難題。仿真可以幫助人們迅速 找到生產(chǎn)的瓶頸，通過采取相應(yīng)措旖，消除瓶頸，協(xié)調(diào)生產(chǎn)。
4．生產(chǎn)計(jì)劃摸擬
企業(yè)、公司在制訂計(jì)劃時(shí)，為了預(yù)測(cè)計(jì)劃下達(dá)后的效果，一般都采用定量分析的方法，通過分析來評(píng)價(jià)計(jì)劃的合理性。仿真是定量分析方法中應(yīng)用最廣泛的。
5．生產(chǎn)成本分析
仿真可以模擬生產(chǎn)的動(dòng)態(tài)過程。如果將成本作為一個(gè)基本變量，生產(chǎn)過程的模擬可以得到生產(chǎn)成本的統(tǒng)計(jì)性能。改變參數(shù)，多次仿真可以尋求降低成本提高生產(chǎn)率的較優(yōu)方案。
生產(chǎn)線作為生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，仿真技術(shù)在其中的應(yīng)用同樣十分廣闊，從原料管理，工具管理，生產(chǎn)設(shè)備規(guī)劃，控制生產(chǎn)吞吐等。
二、仿真技術(shù)的分類
系統(tǒng)仿真可以有很多種分類方法。
①．按模型的類型可以分為連續(xù)系統(tǒng)仿真、離散事件系統(tǒng)仿真、連續(xù)/離散混合系統(tǒng)仿真和定性系統(tǒng)仿真;
②．按仿真的實(shí)現(xiàn)方法和手段及模型的種類，可以分為物理仿真和數(shù)學(xué)仿真;
③．根據(jù)人和設(shè)備的真實(shí)程度，可以分為實(shí)況仿真、虛擬仿真和構(gòu)造仿真等;
連續(xù)系統(tǒng)仿真和離散時(shí)間系統(tǒng)仿真是根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)變化的不同而進(jìn)行分類的。連續(xù)系統(tǒng)仿真是指系統(tǒng)狀態(tài)隨時(shí)間連續(xù)變化的系統(tǒng)的方針;離散事件系統(tǒng)仿真則是指系統(tǒng)狀態(tài)值在一些時(shí)間點(diǎn)上發(fā)生變化的系統(tǒng)的方針。在系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展歷史中，連續(xù)系統(tǒng)仿真較早得到發(fā)展和成熟的應(yīng)用。最為成熟的領(lǐng)域包括自動(dòng)控制，電力系統(tǒng)，宇航，航空等。離散事件系統(tǒng)仿真是隨著管理科學(xué)的不斷發(fā)展和先進(jìn)制造系統(tǒng)的發(fā)展而逐漸被重視和發(fā)展起來的。目前，在交通運(yùn)輸管理，誠實(shí)規(guī)劃設(shè)計(jì)，庫存控制，制造物流等領(lǐng)域都開展了離散事件系統(tǒng)仿真的理論和應(yīng)用研究。
物理仿真是建立系統(tǒng)的物理模型。最早的仿真起源于物理仿真，例如航空飛行用空洞實(shí)驗(yàn)研究氣流對(duì)飛機(jī)飛行的影響。數(shù)字仿真則是通過建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行研究。數(shù)學(xué)仿真又分為模擬仿真和數(shù)字仿真。數(shù)字仿真就是建立系統(tǒng)的數(shù)字模型。由于數(shù)字仿真依賴于計(jì)算機(jī)，并需要處理大量數(shù)據(jù)，要求能快速計(jì)算，因此數(shù)字仿真是隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展而形成和不斷成熟起來的。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，數(shù)字仿真的研究和應(yīng)用在系統(tǒng)仿真中占有越來越大的比重。
國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家系統(tǒng)仿真技術(shù)的應(yīng)用非常普遍。20世紀(jì)90年代初，美國提出了22項(xiàng)國家關(guān)鍵技術(shù)，系統(tǒng)仿真技術(shù)被列為16項(xiàng);美國國防部提出了21項(xiàng)國防關(guān)鍵技術(shù)，系統(tǒng)仿真技術(shù)被列為第6項(xiàng)。美國已經(jīng)嚴(yán)格規(guī)定所有重要的武器研究，必須進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)后才可投入正式生產(chǎn)和使用。
根據(jù)20世紀(jì)80年代末的統(tǒng)計(jì)，比人企業(yè)運(yùn)用系統(tǒng)工程解決管理和決策問題時(shí)，采用系統(tǒng)仿真方法的已經(jīng)超過80%。英國制造業(yè)也普遍采用系統(tǒng)仿真方法解決無聊控制、人力配置、調(diào)度評(píng)估、投資策略以及均衡生產(chǎn)等問題。根據(jù)國外應(yīng)用統(tǒng)計(jì)，運(yùn)用系統(tǒng)仿真油畫系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃可減少投資約30%，在庫存控制方面科減少庫存約15%。
第三節(jié) 物流相關(guān)仿真軟件介紹
一、AutoMod
AutoMod仿真軟件是由美國Brooks Automation公司出品，目前最新版本是11.2。 其研發(fā)基地位于猶他州的鹽湖城，于上世紀(jì)80年代開始研發(fā)，目前已成為國際上產(chǎn)品較成熟、應(yīng)用較廣泛的仿真軟件之一。 AutoMod的應(yīng)用覆及汽車、家電、造船、化工、煙草、圖書等制造業(yè)領(lǐng)域，軍事、核工業(yè)等國防領(lǐng)域，以及郵政通信、港口、航空、倉儲(chǔ)、配送、物料操作等物流及其他服務(wù)行業(yè)和領(lǐng)域。AutoMod是一款比較成熟的離散事件系統(tǒng)仿真軟件，可完成對(duì)制造系統(tǒng)、倉儲(chǔ)系統(tǒng)、物料處理、企業(yè)內(nèi)部物流、港口、車站、空港、配送中心，以及控制系統(tǒng)等的仿真分析、評(píng)價(jià)和優(yōu)化設(shè)計(jì)等。
二、Arena
Arena是美國System Modeling公司于1993年開始就基于仿真語言SIMAN
及可視化環(huán)境CINEMA研制開發(fā)的可視化交互級(jí)城市商業(yè)化仿真軟件，為不同需求的用戶開發(fā)有多種產(chǎn)品類型。
作為通用的可視化仿真環(huán)境，Arena的應(yīng)用范圍十分廣泛，集合覆蓋了可視化仿真的所有領(lǐng)域。在物流領(lǐng)域，Arena的應(yīng)用涉及從供應(yīng)商到客戶的整個(gè)供應(yīng)鏈，包括供應(yīng)商管理、庫存管理、制造過程、分銷物流、商務(wù)過程以及客戶服務(wù)等。在制造過程仿真應(yīng)用中，Arena常用來進(jìn)行四個(gè)方面的仿真分析:①生產(chǎn)過程中的工藝過程計(jì)劃、設(shè)備布置等;②生產(chǎn)管理中的生產(chǎn)計(jì)劃、庫存管理(如庫存規(guī)劃、庫存控制機(jī)制)等;③制造過程的經(jīng)濟(jì)性、風(fēng)險(xiǎn)性分析，降低成本或輔助企業(yè)投資決策等;④各種先進(jìn)制造模式如虛擬組織與敏捷供應(yīng)鏈管理的可視化仿真等。
三、Extend
Extend系統(tǒng)仿真軟件是由美國Imagine That公司開發(fā)的通用仿真平臺(tái)。Extend目前有連續(xù)、離散、工業(yè)和套裝四個(gè)版本的商業(yè)產(chǎn)品。Extend提供了自成一體的集成環(huán)境，為不同層次的用戶提供了多種工具，并且Extend的模塊可以很容易地搭建并組合在一起，大大方便了建模。Extend在眾多行業(yè)得到企業(yè)、學(xué)校和政府的廣泛認(rèn)可。其應(yīng)用領(lǐng)域包括通訊、制造、服務(wù)、衛(wèi)生、物流和軍事等行業(yè)。
Extend提供了輸入建模、運(yùn)行仿真模型、數(shù)據(jù)分析等基本功能。Extend提供了模塊化的建模功能，用戶可以采用軟件提供的基本模塊，或者自己建立的模塊搭建模型。此外，Extend包含了以個(gè)基于消息傳遞的仿真引擎，提供迅速的模型運(yùn)行機(jī)制和靈活建模機(jī)制。Extend采用2D的建模與仿真顯示功能，建立的模型和方針運(yùn)行都顯示二維的畫面。Extend的方針運(yùn)行支持及時(shí)的參數(shù)修改，能夠及時(shí)看到修改參數(shù)后的運(yùn)行情況。Extend也停工了專門的StatFit數(shù)據(jù)你和功能，輔助用戶進(jìn)行各種類型的輸入數(shù)據(jù)的處理和分析。
四、Flexsim
Flexsim是一款通用離散仿真軟件，被用來對(duì)若干不同行業(yè)不同系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真。據(jù)粗略估計(jì)，大約500個(gè)Fortune企業(yè)中的一般為Flexsim的客戶，包括General Mills， Daimler Chrysler， FedEx等一些著名企業(yè)。
Flexsim是一套系統(tǒng)仿真模型設(shè)計(jì)、制作與分析工具軟件。它集計(jì)算機(jī)三維圖像處理技術(shù)、仿真技術(shù)、人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)為一體，專門面向制造、物流等領(lǐng)域。運(yùn)用Flexsim系列仿真軟件，可在計(jì)算機(jī)內(nèi)建立研究對(duì)象的系統(tǒng)三位模型，然后對(duì)模型進(jìn)行各種系統(tǒng)分析和工程驗(yàn)證，最終獲得優(yōu)化設(shè)計(jì)或改造方案。
Flexsim是新一代離散時(shí)間系統(tǒng)仿真的有效工具。面向?qū)ο蟮慕７绞绞沟媒＿^程更為快捷，只需通過圖形的拖動(dòng)和必要的附加程序就可以快速的建立起系統(tǒng)的模型。軟件提供了豐富的物理單元，如處理器、操作員、堆垛機(jī)、貨架等，大大方便了用戶的建模。所建立的物理仿真模 型可以用三維動(dòng)畫方式表現(xiàn)出來。
目前，F(xiàn)lexsim軟件已經(jīng)在物流及生產(chǎn)制造領(lǐng)域里成功的進(jìn)行了多種系統(tǒng)的建模與仿真分析，如配送中心的揀選仿真、倉儲(chǔ)出入庫仿真、產(chǎn)品庫分揀仿真、生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真、高速公路交通仿真、集裝箱碼頭仿真、機(jī)場(chǎng)仿真、城市應(yīng)急系統(tǒng)仿真等。
以下是運(yùn)用Flexsim成功解決的一些問題：
• 提高設(shè)備的利用率
• 減小等待時(shí)間和排隊(duì)長(zhǎng)度
• 有效分配資源
• 消除缺貨問題
• 把故障的負(fù)面影響減至最低
• 把廢棄物的負(fù)面影響減至最低
• 研究可替換的投資概念
• 決定零件經(jīng)過的時(shí)間
• 研究降低成本計(jì)劃
• 建立最優(yōu)批量和工件排序
• 解決物料發(fā)送問題
• 研究設(shè)備預(yù)置時(shí)間和改換工具的影響
• 優(yōu)化貨物和服務(wù)的優(yōu)先次序與分派邏輯
• 在系統(tǒng)全部行為和相關(guān)作業(yè)中訓(xùn)練操作人員
• 展示新的工具設(shè)計(jì)和性能
• 管理日常運(yùn)作決策
Flexsim采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，并具有3D顯示功能。建模快捷方便和顯示能力強(qiáng)是Flexsim仿真軟件的重要特點(diǎn)。該軟件提供了原始數(shù)據(jù)擬合、輸入建模、圖形化的模型構(gòu)建、虛擬現(xiàn)實(shí)顯示、運(yùn)行模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)、對(duì)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化、生成3D動(dòng)畫影像文件等的功能，也提供了與其他工具軟件的方便接口。第四章 生產(chǎn)線仿真建模
第一節(jié) 生產(chǎn)線仿真的基本過程
生產(chǎn)線仿真的基本流程如圖4-1:
圖4-1 生產(chǎn)線仿真基本流程
一、明確仿真目的
建立生產(chǎn)線仿真首先要明確仿真的目的，這樣才能避免對(duì)仿真過程中不必要細(xì)節(jié)的糾纏，突出問題的重點(diǎn)。
二、收集數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)收集包括收集與系統(tǒng)輸入輸出有關(guān)的數(shù)據(jù)以及反應(yīng)系統(tǒng)各部分之間關(guān)系的數(shù)據(jù):包括各個(gè)生產(chǎn)線的相互關(guān)系、生產(chǎn)時(shí)間、準(zhǔn)備時(shí)間、加工零件路徑關(guān)系等。這是保證以后Flexsim生產(chǎn)線模型能真正反映真實(shí)生產(chǎn)線模型的必要條件。
三、建立系統(tǒng)的物理模型
由Flexsim 中提供的各類資源來模擬生產(chǎn)線設(shè)備及產(chǎn)品。
四、建立系統(tǒng)的邏輯模型
通過connect 屬性連接各實(shí)體， 以及對(duì)各實(shí)體參數(shù)的設(shè)置及編程， 實(shí)現(xiàn)一定產(chǎn)品加工順序及不同品種的生產(chǎn)順序。
五、模型確認(rèn)
確認(rèn)是確定模型是否正確代表實(shí)際系統(tǒng)，把模型及其特性與現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)及其特性比較的全過程。對(duì)模型的確認(rèn)工作往往是通過對(duì)模型的矯正來完成，比較模型和實(shí)際系統(tǒng)的特性是一個(gè)迭代的過程。這個(gè)過程重復(fù)進(jìn)行直到認(rèn)為模型準(zhǔn)確為止。
六、仿真模型運(yùn)行
仿真運(yùn)行就是將系統(tǒng)的仿真模型放在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。在運(yùn)行過程中了解模型對(duì)各種不同的輸入數(shù)據(jù)以及不同的仿真機(jī)制輸出響應(yīng)的情況。
七、模型運(yùn)行結(jié)果分析
對(duì)仿真結(jié)果分析是確定仿真實(shí)驗(yàn)中所獲得的數(shù)據(jù)是否合理和充分，是否滿足系統(tǒng)的目標(biāo)要求，同時(shí)將仿真結(jié)果整理成報(bào)告，確定比較系統(tǒng)不同方案的準(zhǔn)則、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和問題可能的解，為系統(tǒng)方案的最終決策提供輔助支持。
第二節(jié) 模型介紹
一、圣奧沙發(fā)流水線簡(jiǎn)介
本模型以圣奧集團(tuán)有限公司旗下的沙發(fā)流水線為實(shí)體模型。圣奧現(xiàn)有各類沙發(fā)共33款，其中6款為外購產(chǎn)品，25款為自行研發(fā)生產(chǎn)，淘汰2款。主要產(chǎn)品類別有: 厚重、氣派沙發(fā)系列；高層主管(皮質(zhì)) 穩(wěn)重、時(shí)尚、簡(jiǎn)約沙發(fā)系列；各階層(皮質(zhì)及仿皮)貴賓、休閑沙發(fā)系列:訪客、會(huì)客(布藝及皮質(zhì))。
二、沙發(fā)制造部工藝流程圖
圖4-2 沙發(fā)制造工藝流程圖
該生產(chǎn)線的流程為圖4-2所示。主要步驟有來料檢驗(yàn)、材料入庫、開料、釘架、打帶、裁綿、裁剪、車縫、噴膠貼綿、成型安裝、包裝。而開料、釘架和打帶是對(duì)板材進(jìn)行處理的。裁綿和車縫是對(duì)皮料進(jìn)行處理的。而各流程的先后順序以及組合方式就如圖4-2所示。
三、模型實(shí)體
表4-1 模型實(shí)體介紹
模型元素 系統(tǒng)元素 備注
Flowitem 原料 默認(rèn)生成原料
Processor
機(jī)器 進(jìn)行不同的參數(shù)定義以表征不同機(jī)器組中的機(jī)器
Queue 暫存區(qū) 暫時(shí)存放貨物的區(qū)域
Conveyor 傳送帶 用來傳送被加工對(duì)象
Source 原材料庫 原材料的始發(fā)處
Sink 成品庫 原料加工后的最終去向
(一)加工工藝及設(shè)備:
開料------根據(jù)產(chǎn)品、設(shè)計(jì)、工藝技術(shù)要求畫板、用開料鋸、帶鋸將板材鋸成所需求規(guī)格形狀(數(shù)量、品質(zhì))，機(jī)械設(shè)備及工具:帶鋸機(jī)、推臺(tái)鋸、橫截鋸、壓刨機(jī)。
開綿------根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)、樣板要求，用電剪將海綿簡(jiǎn)稱所需求規(guī)格的產(chǎn)品部件，機(jī)械設(shè)備及工具:電剪
裁剪------根據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)要求，用裁剪工具將皮料和面料裁成所需規(guī)格的產(chǎn)品部件，機(jī)械設(shè)備及工具:電剪，剪刀
車縫------根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求，對(duì)各型號(hào)的產(chǎn)品進(jìn)行縫合，機(jī)械設(shè)備及工具:縫紉機(jī)、鎖邊機(jī)、雙針機(jī)
釘架------根據(jù)工藝技術(shù)要求，對(duì)已開好的料進(jìn)行拼接，機(jī)械設(shè)備及工具:馬釘槍、直釘槍
貼綿------根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求，對(duì)已釘好的沙發(fā)架加貼海綿、造型
成型------對(duì)已貼好綿的沙發(fā)進(jìn)行們皮和組裝，對(duì)沙發(fā)進(jìn)行初步的成型
安裝------根據(jù)工藝要求對(duì)需要組裝的產(chǎn)品進(jìn)行安裝固定以達(dá)到工藝要求
包裝------根據(jù)工藝要求對(duì)檢驗(yàn)合格的產(chǎn)品進(jìn)行包裝以達(dá)到工藝需求。
(二)模型假定:
由于工序較多，所以我將生產(chǎn)線中對(duì)板材的操作步驟(開料-釘架-打帶)合并為一個(gè)過程，簡(jiǎn)稱為板材操作，假定存在一板材處理器，能完成此三個(gè)程序。同理，將對(duì)皮料進(jìn)行操作的步驟(剪裁-車縫)合并為一個(gè)過程，簡(jiǎn)稱為皮料處理器。由于貼綿過程只有一道，所以就不需要合并。此外，圣奧沙發(fā)生產(chǎn)流水線上是一個(gè)流程一個(gè)人負(fù)責(zé)的。所以因?yàn)槲野褜?duì)板材的處理合并為一個(gè)流程，所以設(shè)定有1個(gè)操作員操作該流程。同理可得，裁綿區(qū)1人操作，皮料處理區(qū)1人操作。綜上，整條沙發(fā)生產(chǎn)線所需的操作員共有6人。
表4-2 車間生產(chǎn)線機(jī)器與操作人員明細(xì)表
機(jī)器名稱 數(shù)量 操作人員數(shù)
板材處理器 1 1
裁綿器 1 1
皮料處理器 1 1
噴膠器 1 1
成型安裝器 1 1
包裝器 1 1
沙發(fā)生產(chǎn)線首先從原料倉庫取材料。由于生產(chǎn)線流程中有來料檢驗(yàn)這一步驟，我假設(shè)原材料的產(chǎn)品合格率為99%，即只有1%的產(chǎn)品，由發(fā)生器隨機(jī)發(fā)送。而與發(fā)生器連接的第一個(gè)暫存區(qū)是存放合格品的，第二個(gè)暫存區(qū)是存放不合格品的，進(jìn)入生產(chǎn)線的原材料是由第一個(gè)暫存區(qū)發(fā)出的，因此就不存在有出現(xiàn)有次品進(jìn)入生產(chǎn)線的問題。板材處理的總時(shí)間為各步驟的總和(即開料時(shí)間+釘架時(shí)間+打帶時(shí)間)為702s。裁綿時(shí)間為78s，皮料處理時(shí)間(即裁剪時(shí)間+車縫時(shí)間)為367s。當(dāng)板材和綿料都處理完畢后，以1:1的比例進(jìn) 行噴膠貼綿操作，該過程處理時(shí)間為345s。完成后，與處理完畢的皮料進(jìn)行成型安裝，需要時(shí)間380s。最后進(jìn)行成品包裝，需時(shí)256s。當(dāng)上述步驟都完成后，將成品入庫。
模型的布局如圖4-3:
圖4-3 模型布局圖
圖4-4 模型透視圖
(三)運(yùn)行時(shí)間:
假定沙發(fā)生產(chǎn)線是一周7天都工作，每天工作時(shí)間為24個(gè)小時(shí)，采用班組輪換制度進(jìn)行運(yùn)作。總計(jì)一次仿真時(shí)間為168小時(shí)(7*24=168)，即604800s(168*60*60=604800s)。
(四)參數(shù)設(shè)置:
1.發(fā)生器source的參數(shù)設(shè)置為服從正態(tài)分布，均值為50，方差為2。
2.操作器處理時(shí)間服從常數(shù)分布。
3.除了裝載廢品的暫存區(qū)最大容量為1000，其他暫存區(qū)最大容量均為100。
4.由于有來料檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，我假定來自原料倉庫的材料合格率為99%，所以在發(fā)生器的臨時(shí)實(shí)體流分頁中的送往端進(jìn)行設(shè)定。如圖4-5:
圖4-5 發(fā)生器參數(shù)設(shè)置圖
5.設(shè)定第一臺(tái)合成器操作之后實(shí)體顏色改為黃色，自定義顏色為(R=255，G=255，B=0)。
6.第一臺(tái)合成器設(shè)置:
圖4-6 合成器一設(shè)置圖
圖4-7合成器一參數(shù)設(shè)置圖
7.第二臺(tái)合成器處理過后顏色設(shè)置為白色，即(R=255，G=255，B=255)。
圖4-8 合成器二參數(shù)設(shè)置圖
第三節(jié) 模型運(yùn)行及其結(jié)果
一、仿真模型
由于本文的模型是以一周為一個(gè)模型周期的，因此我們用到Flexsim實(shí)驗(yàn)控制器的這個(gè)功能，實(shí)驗(yàn)控制器的參數(shù)設(shè)定如圖4-9:
圖4-9 實(shí)驗(yàn)控制器設(shè)置圖
運(yùn)行中的模型截圖4-10。
圖4-10 運(yùn)行中的模型立體圖
仿真結(jié)束時(shí)間為604813.30s。
圖4-11 運(yùn)行中的模型俯視圖
該模型場(chǎng)景運(yùn)行五次之后，觀察的最終產(chǎn)量為860。如圖4-12:
圖4-12 最終產(chǎn)量圖
二、仿真結(jié)果
(一)板材處理器:
由于在該生產(chǎn)線仿真模型中，我們假設(shè)的原料供應(yīng)是得到充分保證的。如圖4-13所示，板材處理器基本上處于滿負(fù)荷狀態(tài)，即一直在進(jìn)行操作。
圖4-13 板材處理器狀態(tài)圖
(二)裁綿器:
從圖4-14可以看出裁綿器有大量空閑，空閑率超過50%。
圖4-14 裁綿器狀態(tài)圖
(三)皮料處理器:
皮料處理器利用率也不高，大部分時(shí)間還是處于空閑狀態(tài)。
圖4-15 皮料處理器狀態(tài)圖
(四)噴膠貼綿器:
噴膠貼綿器的工作效率也不高，處理率只有近50%，大部分時(shí)間都是在收集。有前面幾個(gè)操作器的狀態(tài)可知，由于板材操作器的工作時(shí)間過長(zhǎng)，導(dǎo)致裁綿器已經(jīng)工作完成而它還沒有操作完成。此外，噴膠貼綿器又是要由板材操作器和裁綿器都工作完后才能將處理過后的材料進(jìn)行合成，所以它大部分時(shí)間都在等待經(jīng)板材操作器處理過后的材料。
圖4-16 噴膠貼綿器狀態(tài)圖
(五)成型安裝器:
成型安裝器的狀態(tài)和上一個(gè)噴膠貼綿器狀態(tài)相差不多，原因也相似。由于皮料處理器工作時(shí)間相對(duì)不是特別長(zhǎng)，且工序只有一道，而噴膠貼綿器以及之前的操作不僅操作時(shí)間久，而且工序也有兩道，所以成型安裝器這里大部分時(shí)間都在等待噴膠處理過后的材料。皮料處理過后的材料也得閑置著，等待著進(jìn)行合并。
圖4-17 成型安裝器狀態(tài)圖
(六)包裝器:
由于成型安裝器那里大部分時(shí)間都在等待，所以會(huì)造成包裝器大部分時(shí)間都是空閑的，只有等待成型安裝器安裝完成之后才能進(jìn)行操作，所以利用率不高，空閑率過高。
圖4-18包裝器狀態(tài)圖
第四節(jié) 結(jié)果分析以及模型改造
一、結(jié)果分析
由上述狀態(tài)圖可以看出，由于板材操作器的處理時(shí)間相對(duì)于裁綿器和皮料處理器的時(shí)間過長(zhǎng)，所以導(dǎo)致同一層次的裁綿器和皮料處理器的空閑時(shí)間太大，操作率不高。而且，由于板材操作器的處理時(shí)間過長(zhǎng)，導(dǎo)致噴膠貼綿器的大部分時(shí)間都在等待它操作完成。連鎖反應(yīng)，最后的成型安裝器大部分時(shí)間久在等噴膠貼綿器操作結(jié)束。這樣以來，最后的包裝器大多時(shí)間都是空閑的。只有前一步驟的成型包裝器完成了之后它才運(yùn)作。
因此，這條生產(chǎn)線的生產(chǎn)瓶頸就在板材操作器那里。由于生產(chǎn)時(shí)間過長(zhǎng)，導(dǎo)致整條生產(chǎn)線的利用率不高。其他操作器空閑率過大，利用率很低，而且合成器的大部分時(shí)間都是在等待。因此，本文的模型改造主要對(duì)板材操作器進(jìn)行改造的。
下圖就可以看出裁綿器后的暫存區(qū)十分擁堵。
圖4-19運(yùn)行中的模型圖
二、模型改造
針對(duì)上述的結(jié)果分析，本文對(duì)模型進(jìn)行以下改造:
(一)由于板材操作器是生產(chǎn)瓶頸，所以在模型中增加一臺(tái)同類型操作器。此外進(jìn)行技術(shù)革新，使其操作時(shí)間簡(jiǎn)短，改造后每臺(tái)機(jī)器的操作時(shí)間為300s。
(二)在皮料處理器之后使用一跳傳送帶，并設(shè)定速度為1m/s。這樣就使得皮料處理完成之后不會(huì)馬上擁堵到暫存區(qū)。
模型改造后的立體圖如下:
圖4-20改造后的模型立體圖
改造后的模型運(yùn)行中的圖:
圖4-21改造后的模型運(yùn)行圖
模型運(yùn)行結(jié)果中各操作器的狀態(tài):
板材操作器1:
圖4-22改造后的板材操作器一的狀態(tài)圖
板材操作器2:
圖4-23改造后的板材操作器二的狀態(tài)圖
裁棉器:
圖4-24改造后的裁綿作器的狀態(tài)圖
皮料處理器:
圖4-25改造后的皮料器的狀態(tài)圖
噴膠貼綿器器:
圖4-26改造后的合成器一的狀態(tài)圖
成型安裝器:
圖4-27改造后的合成器二的狀態(tài)圖
包裝器:
圖4-28改造后的包裝器的狀態(tài)圖
最終產(chǎn)量:
圖4-29改造后的最終產(chǎn)量圖
三、 模型改進(jìn)后的分析
從上面的狀態(tài)圖中可以發(fā)現(xiàn)，各操作器的操作率有明顯提高，并且最終產(chǎn)量提高了將近一倍。原先一次仿真結(jié)果產(chǎn)量為860。增加一臺(tái)板材處理器之后仿真后的產(chǎn)量為1586，產(chǎn)量增加了84.4%。這個(gè)結(jié)果十分理想。因此，在設(shè)備和人員方面增加投入，換來產(chǎn)量的飛速增長(zhǎng)是很值得的。
改造前后的產(chǎn)量比較:
圖4-30改造前的最終產(chǎn)量圖
圖4-31改造后的最終產(chǎn)量圖
第五章 結(jié)論與展望
通過對(duì)中國圣奧有限公司的沙發(fā)制造車間的生產(chǎn)線調(diào)查，運(yùn)用Flexsim軟件進(jìn)行該生產(chǎn)線的模擬仿真，并設(shè)置參數(shù)，從最終的仿真結(jié)果中發(fā)現(xiàn)該生產(chǎn)線的不足。如板材處理器的生產(chǎn)瓶頸，經(jīng)過仔細(xì)分析，最終在板材處理該環(huán)節(jié)上提高其生產(chǎn)能力，即增加一臺(tái)板材處理器，分擔(dān)部分原材料，并且進(jìn)行技術(shù)革新，使得單板材處理環(huán)節(jié)的處理時(shí)間有所剪斷。改造后的模型運(yùn)行結(jié)果十分理想，不僅各個(gè)操作器的忙閑率有所提高，處理率增加了，空閑率降低了，最明顯的改進(jìn)結(jié)果就是其最終產(chǎn)量，由原先的860增加到1586，將近增加了一倍，表明使用仿真軟件能夠用方便的找出瓶頸，并且可以明顯的對(duì)比改造前后的結(jié)果。
實(shí)體制造企業(yè)的生產(chǎn)線是一個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng)，其決 策變量十分多，并且一般不是單一目標(biāo)的系統(tǒng)，而是個(gè)多目標(biāo)的系統(tǒng)。此外，會(huì)有很多不定性因素，所以單純的數(shù)學(xué)方法很難對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確分析并且找出不足。因而對(duì)生產(chǎn)線的建模和仿真是必不可少的。Flexsim的特點(diǎn)就是三位可視化效果好，操作也比較簡(jiǎn)便，實(shí)體類型豐富，數(shù)據(jù)選擇也比較齊全，對(duì)于生產(chǎn)線仿真十分適合。
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致 謝
本學(xué)位論文是在我的導(dǎo)師曹玉華老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。無論是從課題的選擇到論文的完成，都包含了曹老師的細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。完成論文所需的Flexsim軟件正是通過曹老師的幫助才得以使用，對(duì)于完成論文中實(shí)證部分起到了至關(guān)重要的作用。在論文的完成過程中，曹老師給予了我很多的指導(dǎo)，并指正了我在論文寫作過程的錯(cuò)誤；在論文完成后，曹老師又幫助我查找了論文中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。在這里謹(jǐn)向曹老師致以最真誠的謝意和崇高的敬意。
關(guān)鍵詞：HLA，RTI，流程模擬
一、流程模擬系統(tǒng)
隨著計(jì)算機(jī)、仿真技術(shù)的不斷發(fā)展, 計(jì)算機(jī)模擬方法已成為進(jìn)行系統(tǒng)研究時(shí)與理論和實(shí)驗(yàn)并列的一種主要的方法。在電力、化工等行業(yè)，仿真系統(tǒng)已作為必備的基礎(chǔ)條件，應(yīng)用廣泛、成熟。在我國，仿真技術(shù)在冶金工業(yè)方面的應(yīng)用尚屬起步階段。
鋼鐵生產(chǎn)作為一種典型的混合流程，復(fù)雜的物理、化學(xué)過程交織，各種突變和不確定性因素繁多，原料、半成品和成品之間溫度、化學(xué)成分及物理形態(tài)在各工序都截然不同；冶金設(shè)備龐大、種類復(fù)雜；冶金流程可直接利用的信息和知識(shí)有限。由于以上原因，用真實(shí)的系統(tǒng)研究冶金流程，費(fèi)時(shí)費(fèi)錢，并且很難做到。用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)則可化繁為簡(jiǎn)，大大節(jié)省人力物力。
流程模擬系統(tǒng)提供了研究、分析鋼鐵企業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)過程，開發(fā)相關(guān)應(yīng)用的工具和手段。利用該系統(tǒng)，可驗(yàn)證計(jì)劃排產(chǎn)的合理性和極限情況，可安全、經(jīng)濟(jì)地對(duì)現(xiàn)實(shí)鋼鐵廠布局進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析，可為相關(guān)信息系統(tǒng)提供開發(fā)調(diào)試驗(yàn)證環(huán)境，可分析能源、物料的平衡情況等。
流程模擬系統(tǒng)存在的問題。由于鋼鐵生產(chǎn)過程的復(fù)雜性，不同的鋼廠及不同的鋼種，其生產(chǎn)過程都有很大的差異，并且經(jīng)常由于技術(shù)進(jìn)步等原因發(fā)生設(shè)備和工藝方面的變化。面對(duì)這樣復(fù)雜多變的背景，對(duì)仿真系統(tǒng)的通用性和可維護(hù)性都提出了很高的要求，流程模擬系統(tǒng)需要解決以下一些問題：能夠模擬不同鋼廠不同鋼種的生產(chǎn)過程，即在生產(chǎn)設(shè)備已知的前提下生產(chǎn)過程可以組態(tài)；對(duì)于新出現(xiàn)的生產(chǎn)設(shè)備，能夠很容易的添加到仿真系統(tǒng)中，它要求系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)充性；單個(gè)設(shè)備的生產(chǎn)過程或生產(chǎn)工藝發(fā)生改變時(shí)，仿真系統(tǒng)的相關(guān)改動(dòng)要局限在該設(shè)備的仿真系統(tǒng)本身；能夠支持不同類型的仿真實(shí)驗(yàn)，即仿真系統(tǒng)在本身可以產(chǎn)生的仿真數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，可以向特定的仿真實(shí)驗(yàn)提供特定的數(shù)據(jù)需求；由于仿真系統(tǒng)涉及大量仿真計(jì)算，這些計(jì)算最好能夠在多臺(tái)計(jì)算機(jī)中分散進(jìn)行，以提高系統(tǒng)的計(jì)算性能。這些要求，從仿真或軟件結(jié)構(gòu)方面看，對(duì)應(yīng)于尋找一種靈活可靠的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。
二、時(shí)間管理的實(shí)現(xiàn)
時(shí)間管理是為了解決分布式仿真系統(tǒng)中時(shí)間一致性問題，使得對(duì)不同設(shè)備的仿真能協(xié)調(diào)一致的運(yùn)行。時(shí)間是分布式仿真中的核心概念，HLA中的時(shí)間管理是使仿真世界中發(fā)生的順序與真實(shí)世界中事件發(fā)生的順序一致，保證各成員能以同樣的順序觀察到事件的產(chǎn)生，并能協(xié)調(diào)它們之間相關(guān)的活動(dòng)。
聯(lián)邦運(yùn)行時(shí)可被視為一組通過RTI來互相傳遞消息的成員的集合，而成員的運(yùn)行可視為一系列的“計(jì)算”，其中一部分“計(jì)算”(比如激活“UpdateAttribute Values”服務(wù))稱為事件。成員向RTI發(fā)送事件，由RTI將事件傳給感興趣的成員。論文參考網(wǎng)。在理想情況下，模型計(jì)算和消息傳遞引起的時(shí)延應(yīng)等于實(shí)際系統(tǒng)中相應(yīng)的時(shí)延，但實(shí)際上兩者通常是不一致的，這將導(dǎo)致仿真世界的運(yùn)行以不希望的方式偏離真實(shí)的世界，例如因果顛倒。另外，由于網(wǎng)絡(luò)延遲的不確定性，聯(lián)邦成員接收消息的順序也經(jīng)常不確定，這樣將產(chǎn)生另外一個(gè)問題：相同的初始狀態(tài)和外部輸入，重復(fù)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生完全不同的仿真結(jié)果。
時(shí)間管理的目標(biāo)就是要減少上述偏差的產(chǎn)生或降低此類偏差帶來的不良影響，它的主要任務(wù)是使仿真世界中事件發(fā)生的順序與真實(shí)世界中事件發(fā)生的順序一致，保證各成員能以同樣的順序觀察到事件的產(chǎn)生，并能協(xié)調(diào)它們之間的相關(guān)活動(dòng)。HLA的時(shí)間管理建立在如下的原則之上：聯(lián)邦不存在通用和全局的時(shí)鐘。在聯(lián)邦執(zhí)行的任何時(shí)刻，不同的聯(lián)邦成員可具有不同的仿真時(shí)間。聯(lián)邦中可以產(chǎn)生“時(shí)戳”是“未來”(即事件時(shí)戳大于成員當(dāng)前的邏輯時(shí)間)的事件。聯(lián)邦成員不能產(chǎn)生“過去”(即事件時(shí)戳小于成員當(dāng)前的邏輯時(shí)間)的事件。不要求成員以時(shí)戳順序產(chǎn)生事件。例如：一個(gè)聯(lián)邦成員當(dāng)前的邏輯時(shí)間為5，它可以先產(chǎn)生時(shí)戳為10的事件，再產(chǎn)生時(shí)戳為8的事件，但事件具體發(fā)生的順序一定是先8后10。HLA的時(shí)間管理機(jī)制。HLA的時(shí)間管理機(jī)制包括兩方面的內(nèi)容：消息傳遞機(jī)制和時(shí)間推進(jìn)機(jī)制，
1.消息傳遞機(jī)制。HLA的消息傳遞機(jī)制包括兩方面的內(nèi)容：一是消息傳輸方式，二是消息傳遞順序。消息傳輸方式分為“可靠”(Reliable)和“快速”(Best effort)兩種，前者保證將消息可靠的傳給目的成員，但通常要增加時(shí)延；后者以減少時(shí)延為目的，通常會(huì)降低可靠性。目前HLA支持兩種消息傳遞順序：接收順序和“時(shí)戳”順序：第一，接收順序(Receive Order，RO)。RTI按接收到消息的順序?qū)⑾鬟f給成員。可以理解為RTI在內(nèi)部為每個(gè)成員建立了一個(gè)隊(duì)列，RTI將要轉(zhuǎn)發(fā)給成員的消息按FIFO的方式在隊(duì)列中排隊(duì)，每次將隊(duì)列前面的消息傳遞給成員。第二，時(shí)戳順序(Time Stamp Order，TSO)。論文參考網(wǎng)。用這種方式，RTI將保證傳遞到成員的所有消息都是按時(shí)戳順序到達(dá)。實(shí)現(xiàn)的方式是RTI將接收到的消息存于隊(duì)列中，直到確信沒有時(shí)戳更小的消息到達(dá)，才將這些消息轉(zhuǎn)發(fā)給成員。使用TSO可保證成員不會(huì)收到“過去”的消息，以及所有從同一事件集中接收消息的成員能以同樣的順序接收消息。HLA通過為成員定義的時(shí)間前瞻量(Lookahead)來判斷有無更小時(shí)戳的TSO消息到達(dá)。HLA中，無論是發(fā)送的消息還是接收的消息，其順序類型只能是時(shí)戳順序或接收順序中的一種。
2.HLA中的時(shí)間推進(jìn)機(jī)制。HLA的時(shí)間管理核心在于為所有仿真節(jié)點(diǎn)選擇一個(gè)相同的精確時(shí)鐘，確保在仿真過程中所發(fā)生的事件在邏輯上的正確性，以及所發(fā)送的消息在邏輯上的有序性。這也正是并行離散事件仿真PDES(Parallel Discrete Event Simulation)研究的核心問題。PDES提出的解決方法有兩種：即保守算法和樂觀算法。根據(jù)PDES的兩種算法，HLA的時(shí)間推進(jìn)機(jī)制可分為兩類：一類為保守的時(shí)間推進(jìn)機(jī)制，另一類為樂觀的時(shí)間推進(jìn)機(jī)制。
三、時(shí)間管理策略的設(shè)定
聯(lián)邦成員的時(shí)間策略共有四種狀態(tài)，即“僅時(shí)間控制”、“僅時(shí)間受限”、“既時(shí)間控制又時(shí)間受限”、“既不時(shí)間控制又不時(shí)間受限”。默認(rèn)情況下，聯(lián)邦成員的時(shí)間管理策略為“既不時(shí)間控制又不時(shí)間受限”。
若聯(lián)邦成員想讓自己的時(shí)間管理策略變?yōu)闀r(shí)間控制的，它需調(diào)用enableTimeRegulation函數(shù)，該函數(shù)的主要操作如下：調(diào)用Federation對(duì)象上的enableTimeRegulation函數(shù)，它返回聯(lián)邦成員的當(dāng)前時(shí)間；如果返回的時(shí)間不為0，設(shè)定該聯(lián)邦成員為時(shí)間控制的，同時(shí)調(diào)用FederateAmbassador的回調(diào)函數(shù)timeRegulationEnabled。
Federation對(duì)象上的enableTimeRegulation函數(shù)根據(jù)該聯(lián)邦成員當(dāng)前的狀態(tài)設(shè)定重設(shè)它的時(shí)間，該函數(shù)的主要操作如下：如果該聯(lián)邦成員已是時(shí)間受限的，將該聯(lián)邦成員的時(shí)間管理策略設(shè)為時(shí)間控制的，同時(shí)將它的時(shí)間設(shè)為聯(lián)邦的時(shí)間減去該聯(lián)邦成員的前瞻量，將該聯(lián)邦成員的時(shí)間返回；如果該聯(lián)邦成員不是時(shí)間受限的，將該聯(lián)邦成員的時(shí)間管理策略設(shè)為時(shí)間控制的，同時(shí)計(jì)算該聯(lián)邦成員的請(qǐng)求時(shí)間和其前瞻量之和WantTime；將聯(lián)邦中時(shí)間控制的聯(lián)邦成員計(jì)數(shù)器加一。論文參考網(wǎng)。
若聯(lián)邦成員想讓自己的時(shí)間管理策略設(shè)為時(shí)間受限的，它需調(diào)用enableTimeConstrained函數(shù)，該函數(shù)的主要操作如下：調(diào)用Federation對(duì)象上的enableTimeConstrained函數(shù)，返回聯(lián)邦成員時(shí)間；若返回的時(shí)間不為0，設(shè)定該聯(lián)邦成員為時(shí)間受限的，同時(shí)調(diào)用FederateAmbassador的回調(diào)函數(shù)timeConstrainedEnabled。
在基于事件的時(shí)間推進(jìn)中，聯(lián)邦成員要將自己的時(shí)間向前推進(jìn)時(shí)，需以要推進(jìn)到的時(shí)間為參數(shù)調(diào)用NextEventRequest函數(shù)，如果成員的TSO事件隊(duì)列中存在時(shí)戳值小于要推進(jìn)到的時(shí)間，那么成員的邏輯時(shí)間將推進(jìn)到其中的最小時(shí)戳值處，否則將推進(jìn)到指定的時(shí)間，其過程和基于步長(zhǎng)的時(shí)間推進(jìn)一致。
關(guān)鍵詞：車輛工程；控制系統(tǒng)；仿真技術(shù)；教學(xué)改革
中圖分類號(hào)：G642.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1002-2589（2015）23-0142-02
由于電子控制技術(shù)在車輛工程中的應(yīng)用發(fā)展十分迅速[1]，車載控制系統(tǒng)已成為車輛工程學(xué)科里一個(gè)重要的研究方向?，F(xiàn)代汽車的電控系統(tǒng)數(shù)量一般為幾十個(gè)，而高檔汽車已高達(dá)上百個(gè)，電控系統(tǒng)控制器的開發(fā)對(duì)控制系統(tǒng)理論在具體工程中的應(yīng)用提出了很高的要求。在車輛工程專業(yè)教學(xué)中，“控制系統(tǒng)與仿真技術(shù)”課程作為本科生的培養(yǎng)內(nèi)容極為必要[2]。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思路和方法，培養(yǎng)學(xué)生成為具有分析問題和解決問題能力的創(chuàng)新性人才。本文以安徽工程大學(xué)車輛工程專業(yè)“控制系統(tǒng)與仿真技術(shù)”課程改革為例，介紹教學(xué)改革實(shí)踐中的一些體會(huì)和有益經(jīng)驗(yàn)，與同行分享。
一、課程分析
1.課程現(xiàn)狀分析
“控制系統(tǒng)與仿真技術(shù)”作為車輛工程學(xué)科一門專業(yè)選修課，是學(xué)生走向科研院所或汽車企業(yè)應(yīng)該掌握的一門課程，安排在第三學(xué)年的第二學(xué)期，總學(xué)時(shí)為32學(xué)時(shí)。本課程僅安排4個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)，其中控制系統(tǒng)的MATLAB建模和SIMULINK仿真分別為2個(gè)學(xué)時(shí)?！翱刂葡到y(tǒng)與仿真技術(shù)”原屬于自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，教學(xué)以理論講解為主，側(cè)重于數(shù)理公式的推導(dǎo)。這種教學(xué)無法培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，不利于學(xué)生理解控制系統(tǒng)的理論本質(zhì)，對(duì)于MATLAB軟件的一些函數(shù)和命令，學(xué)生只能依靠死記硬背，降低了學(xué)習(xí)的積極性，影響教學(xué)效果。
“理論力學(xué)”和“控制工程基礎(chǔ)”等作為前續(xù)課程，學(xué)生在學(xué)習(xí)“控制系統(tǒng)與仿真技術(shù)”時(shí)已掌握了一定的理論知識(shí)，但這些知識(shí)點(diǎn)對(duì)學(xué)生來說是相互孤立的，缺乏對(duì)知識(shí)體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性認(rèn)識(shí)，對(duì)具體的理論應(yīng)用不知所措?！翱刂葡到y(tǒng)與仿真技術(shù)”教學(xué)中對(duì)理論過多的講解也會(huì)造成教授內(nèi)容的重復(fù)，降低了講課效率，不能充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。教學(xué)方法采用單一的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，在任務(wù)訓(xùn)練的后期，任務(wù)小組內(nèi)部容易出現(xiàn)少數(shù)學(xué)生具有依賴思想，導(dǎo)致抄襲現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。具體任務(wù)主要為傳統(tǒng)控制理論的數(shù)字仿真分析，對(duì)汽車各種電控系統(tǒng)的工程背景基本沒有涉及，這不利于學(xué)生了解本領(lǐng)域的科技進(jìn)展，任務(wù)訓(xùn)練難以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用MATLAB解決實(shí)際工程問題。
2.課程定位目標(biāo)
安徽工程大學(xué)車輛工程專業(yè)為安徽省首批“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”建設(shè)專業(yè)，“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才[3]。在“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”引導(dǎo)下，車輛工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)定為：培養(yǎng)德智體全面發(fā)展、基礎(chǔ)扎實(shí)、誠信實(shí)干、綜合素質(zhì)高、實(shí)踐能力強(qiáng)、具有創(chuàng)新精神，從事車輛及其零部件設(shè)計(jì)、制造、實(shí)驗(yàn)研究以及車輛經(jīng)營(yíng)管理等領(lǐng)域的高級(jí)應(yīng)用型專門人才。上述培養(yǎng)目標(biāo)迫使我們必須改革傳統(tǒng)的教學(xué)方法，積極探索富有活力、促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的新型課堂教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在潛能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程能力。
在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，制定了車輛工程專業(yè)的培養(yǎng)方案，對(duì)專業(yè)課程進(jìn)行了調(diào)整，新開設(shè)了“控制系統(tǒng)與仿真技術(shù)”課程。由于車輛工程專業(yè)學(xué)科交叉明顯，機(jī)械、電子、液壓、控制等課程均有涉及，“控制系統(tǒng)與仿真設(shè)計(jì)”課程在整個(gè)培養(yǎng)體系中的定位如圖1所示。由圖1可知，在培養(yǎng)體系中，汽車的各種電子控制系統(tǒng)，如電控燃油噴射系統(tǒng)、穩(wěn)定性控制系統(tǒng)、電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)、電控懸架系統(tǒng)、巡航控制系統(tǒng)、電控自動(dòng)變速器和防抱死制動(dòng)系統(tǒng)等為具體的工程應(yīng)用。汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、汽車設(shè)計(jì)、汽車構(gòu)造、汽車?yán)碚摗⑵囯娮?、傳感器技術(shù)和控制工程基礎(chǔ)等為基礎(chǔ)理論課程?！翱刂葡到y(tǒng)與仿真技術(shù)”課程作為基礎(chǔ)理論到工程應(yīng)用的橋梁，在整個(gè)培養(yǎng)體系中具有重要意義。
二、課程教學(xué)改革措施
1.課程內(nèi)容優(yōu)化
根據(jù)“控制系統(tǒng)與仿真技術(shù)”課程的培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合優(yōu)化，將教學(xué)內(nèi)容劃分為理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)兩部分。理論教學(xué)部分主要完成基本知識(shí)點(diǎn)的講解，以汽車中涉及的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)為分析對(duì)象，以汽車電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法為設(shè)計(jì)案例，突出課程特色。實(shí)踐教學(xué)是課程學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，在內(nèi)容設(shè)置上力求做到理論聯(lián)系實(shí)際，重視工程概念在實(shí)際問題中的應(yīng)用，提高學(xué)生的工程意識(shí)和工程實(shí)踐能力。
“控制系統(tǒng)與仿真技術(shù)”教材目前主要側(cè)重于MATLAB介紹和控制理論的數(shù)字仿真等內(nèi)容，系統(tǒng)地以車輛為研究對(duì)象講解如何設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的教學(xué)案例非常少，適合于車輛工程專業(yè)學(xué)生及工程技術(shù)人員閱讀的教材不多。在本次教學(xué)改革實(shí)踐中，增加了汽車中相關(guān)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，以車輛工程專業(yè)教師的科研成果為基礎(chǔ)，編排了適合車輛工程專業(yè)學(xué)生閱讀的教材，其中以汽車電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電機(jī)調(diào)速控制以及自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)為主要教學(xué)案例，在后續(xù)教學(xué)中繼續(xù)增加相應(yīng)的內(nèi)容。在教材內(nèi)容修訂上，應(yīng)盡量避免與其他相關(guān)課程知識(shí)點(diǎn)的重合。
設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目時(shí)需遵循三個(gè)原則：融合相關(guān)教學(xué)內(nèi)容涉及的知識(shí)點(diǎn)，并充分覆蓋教學(xué)內(nèi)容；緊跟汽車技術(shù)的發(fā)展方向，應(yīng)具有較強(qiáng)的時(shí)效性；實(shí)施過程中所遇到的問題難度適中，易于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。工程項(xiàng)目分解成實(shí)際案例需要與實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，案例在功能上具有一定的完備性，且各案例之間保持一定的漸進(jìn)性，逐步引導(dǎo)學(xué)生，避免產(chǎn)生抵觸情緒。實(shí)際案例的篩選應(yīng)以較為成熟的控制系統(tǒng)或具有代表性的控制方法為案例。實(shí)際案例討論與分析完畢后，根據(jù)學(xué)生反饋的學(xué)習(xí)效果，指導(dǎo)學(xué)生將實(shí)際案例歸納綜合成相應(yīng)的具體任務(wù)，將具體任務(wù)進(jìn)一步分解，讓每個(gè)小組成員都承擔(dān)一定的具體任務(wù)。2.教學(xué)方法設(shè)計(jì)
案例教學(xué)法是一種以案例為基礎(chǔ)的教學(xué)方法，融合相關(guān)知識(shí)點(diǎn)于實(shí)際案例中。案例中設(shè)置的問題為一種兩難問題，沒有某一特定的解決方案[4]。教師在教學(xué)中作為設(shè)計(jì)者和激勵(lì)者的角色，積極引導(dǎo)學(xué)生解決問題，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)分析和解決問題的能力。項(xiàng)目教學(xué)法是以項(xiàng)目為主線、學(xué)生為主體、教學(xué)為主導(dǎo)的教學(xué)方法。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下負(fù)責(zé)信息的收集、方案的設(shè)計(jì)、項(xiàng)目的實(shí)施。項(xiàng)目需要小組成員的通力合作完成，這有利于增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神，提高學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。而任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是以解決問題、完成任務(wù)為主的多維互動(dòng)式的教學(xué)方法。學(xué)生結(jié)合自己的具體任務(wù)模塊，構(gòu)建知識(shí)體系，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
由上述三種教學(xué)方法的分析可知，三種方法在發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力等方面各有所側(cè)重點(diǎn)[5]。在當(dāng)前實(shí)踐教學(xué)中，上述三種教學(xué)方法取得了良好的教學(xué)效果，但基本上以一種教學(xué)方法為主，過分依賴教學(xué)方法中所設(shè)計(jì)的單一項(xiàng)目、案例或任務(wù)，影響了教學(xué)效果。為此，建立了一種基于項(xiàng)目案例任務(wù)驅(qū)動(dòng)的“控制系統(tǒng)與仿真技術(shù)”課程實(shí)踐教學(xué)方法，其教學(xué)過程如圖2所示。由圖2可知，該教學(xué)方法結(jié)合“控制系統(tǒng)與仿真技術(shù)”課程，融合三種教學(xué)方法為一體，以工程項(xiàng)目為主導(dǎo)、實(shí)際案例為引導(dǎo)，用具體任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)生構(gòu)建車輛工程學(xué)科的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)。
三、課程教學(xué)改革實(shí)踐
1.課程教學(xué)實(shí)施
“控制系統(tǒng)與仿真技術(shù)”課程具有明顯的實(shí)踐性和綜合性的特點(diǎn)，特別注重應(yīng)用能力的培養(yǎng)，因此課程安排理論教學(xué)20學(xué)時(shí)，實(shí)踐教學(xué)12學(xué)時(shí)。整個(gè)課程安排在第8周至第15周，授課在每周的星期二和星期四進(jìn)行，每次連續(xù)兩個(gè)課時(shí)。實(shí)踐教學(xué)安排3個(gè)工程項(xiàng)目，分別安排在第10周、12周和14周。理論教學(xué)安排在第8周、9周、11周、13周和15周，授課期間加入實(shí)際案例討論，周四課后安排具體任務(wù)。
教師在工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)上，突出工程背景，結(jié)合自己的相關(guān)科研成果，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的創(chuàng)新性和綜合性。本課程的工程項(xiàng)目應(yīng)用MATLAB軟件開展訓(xùn)練，MATLAB是仿真軟件中易學(xué)、功能強(qiáng)大的一款，成為“控制系統(tǒng)與仿真技術(shù)”課程項(xiàng)目訓(xùn)練的首選工具。為加深學(xué)生對(duì)控制系統(tǒng)、仿真技術(shù)的概念，本課程通過讓學(xué)生參觀相關(guān)的汽車電控系統(tǒng)，如電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)平臺(tái)、自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)模擬器等。在教學(xué)手段上，合理使用多媒體課件講課，為了加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，還可以穿插些圖片、幻燈片等。在教學(xué)過程中，注重課外創(chuàng)新活動(dòng)與課堂實(shí)踐教學(xué)的結(jié)合，鼓勵(lì)學(xué)生積極參加一些控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)類的項(xiàng)目和競(jìng)賽[6]，如大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目和飛思卡爾智能汽車競(jìng)賽等。
2.課程教學(xué)效果
采用文獻(xiàn)[7]中的教學(xué)效果綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)教改的教學(xué)效果進(jìn)行實(shí)證研究。評(píng)價(jià)指標(biāo)為個(gè)人興趣K1、職業(yè)發(fā)展K2、能力培養(yǎng)K3、教學(xué)效率K4、學(xué)習(xí)方法K5、行業(yè)經(jīng)驗(yàn)K6和適應(yīng)能力K7。個(gè)人興趣為教學(xué)方法對(duì)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、求知欲，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性的評(píng)價(jià)。職業(yè)發(fā)展為教學(xué)方法對(duì)增進(jìn)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作與溝通，對(duì)學(xué)生職業(yè)發(fā)展的導(dǎo)向性及學(xué)生是否提出新觀點(diǎn)的評(píng)價(jià)。能力培養(yǎng)為教學(xué)方法對(duì)培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題，以及創(chuàng)造能力的評(píng)價(jià)。教學(xué)效率為學(xué)生掌握相關(guān)專業(yè)知識(shí)和考核指標(biāo)的科學(xué)性與合理性的評(píng)價(jià)。學(xué)習(xí)方法為學(xué)生在課堂上對(duì)“控制系統(tǒng)與仿真技術(shù)”課程學(xué)習(xí)方法的掌握程度的評(píng)價(jià)。行業(yè)經(jīng)驗(yàn)為教學(xué)方法對(duì)學(xué)生獲得實(shí)務(wù)與行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的評(píng)價(jià)。適應(yīng)能力為教學(xué)方法培養(yǎng)學(xué)生滿足社會(huì)人才需求適合程度的評(píng)價(jià)。教學(xué)效果綜合評(píng)價(jià)模型中評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重表如表1所示。
傳統(tǒng)教學(xué)和實(shí)施教改后的教學(xué)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)如圖3所示。由圖3可知，7個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)在實(shí)施教改后均有不同程度的提高，其中行業(yè)經(jīng)驗(yàn)提高最快，增幅為21.7%。綜合評(píng)價(jià)值由2.4662提高為2.8994，這說明教改的實(shí)施提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性，提高了發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，激發(fā)了創(chuàng)新意識(shí)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生獲取知識(shí)的積極性和主動(dòng)性，從而為學(xué)生撰寫畢業(yè)論文以及畢業(yè)后走上工作崗位運(yùn)用仿真技術(shù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
論文摘 要：實(shí)驗(yàn)室擔(dān)負(fù)著向?qū)W生傳播知識(shí)與技術(shù)、培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手的能力和創(chuàng)新能力的重要使命。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及教學(xué)改革地不斷深入, 實(shí)驗(yàn)教學(xué)在整個(gè)教學(xué)體系中的地位越來越突出，實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革已經(jīng)迫在眉睫。本文主要分析了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的傳統(tǒng)模式與存在的問題，并提出了提高電子信息類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的方法[1]。
0 引 言
實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)校教學(xué)活動(dòng)的重要組成，教學(xué)質(zhì)量的好壞是對(duì)學(xué)校人才培養(yǎng)層次與質(zhì)量的直接體現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的主要內(nèi)容, 在改善教學(xué)質(zhì)量方面發(fā)揮著不可替代的作用。實(shí)驗(yàn)室在傳播知識(shí)的同時(shí)，更重要的作用體現(xiàn)在對(duì)學(xué)生的創(chuàng)造性思維與想象力的培養(yǎng)上。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生分析解決問題以及動(dòng)手能力明顯提高。伴隨教學(xué)改革的日益深入, 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革也越來越引起人們的關(guān)注，以往的教師灌輸式的理論教授方式，學(xué)生被動(dòng)接受的教學(xué)模式，已無法滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。當(dāng)前，社會(huì)需要的是主動(dòng)型、能力為主的人才培養(yǎng)。加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，必須切實(shí)轉(zhuǎn)變以往重理論教學(xué)輕實(shí)驗(yàn)教學(xué)的錯(cuò)誤觀念，重新認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)校教學(xué)活動(dòng)中的地位與作用，根據(jù)當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)對(duì)人才的要求， 改革傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，優(yōu)化更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，切實(shí)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。
1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的傳統(tǒng)模式與存在的問題
國內(nèi)高校工科教育當(dāng)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在著硬件條件不足、硬件實(shí)驗(yàn)條件的發(fā)展與技術(shù)要求不相符[2]，加上近幾年高校擴(kuò)招，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的硬件條件更是供不應(yīng)求。進(jìn)一步加大對(duì)教學(xué)硬件條件的投入，豐富實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)條件的改革及建設(shè)，在目看來具有特殊的重要性。面對(duì)這種情況，我國的教育主管部門采取了一些推進(jìn)實(shí)踐教學(xué)改革及建設(shè)的措施。如：在全國高校本科的教學(xué)水平評(píng)估中，實(shí)驗(yàn)室基地建設(shè)與建設(shè)投資及其實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革被列為一項(xiàng)重要的指標(biāo)。并且，各高校也逐漸開始響應(yīng)教育部的的這一舉動(dòng)，紛紛實(shí)行了“雙基”型實(shí)驗(yàn)室[2]，與此同時(shí)，建設(shè)了“實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”。當(dāng)前，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的缺點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)所占比例較大，與綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)之間的比例失調(diào)；實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ絾我?、?shí)驗(yàn)室設(shè)備陳舊；實(shí)驗(yàn)教學(xué)中缺乏先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段。
2 提高電子信息類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的方法
2.1 實(shí)驗(yàn)中引入相應(yīng)的仿真技術(shù)來進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)
在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，教師能夠通過計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作的全過程進(jìn)行觀察，對(duì)學(xué)生進(jìn)行良好的跟蹤與指導(dǎo)，更好地進(jìn)行學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果的采集工作，先進(jìn)科學(xué)的教學(xué)理念與教學(xué)手段對(duì)于提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平具有重要作用。引入計(jì)算機(jī)技術(shù)后，理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教師教學(xué)指導(dǎo)與學(xué)生操作、思考融合成一個(gè)有機(jī)整體。以往傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中課堂、課時(shí)以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備因素的限制作用得到了解決，實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加靈活化，教學(xué)內(nèi)容在時(shí)空上得到進(jìn)一步的延伸，更好地激發(fā)了學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的熱情。
將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過相應(yīng)技術(shù)進(jìn)行的虛擬實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生提供了更為靈活開放的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中獨(dú)立思考能力，增強(qiáng)學(xué)生的的學(xué)習(xí)創(chuàng)新意識(shí)。對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，仿真技術(shù)的應(yīng)用，將虛擬性實(shí)驗(yàn)與真實(shí)的電路實(shí)驗(yàn)整合成有機(jī)整體，實(shí)驗(yàn)的能動(dòng)性與趣味性明顯提高，同時(shí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的充實(shí)，有利于學(xué)生綜合實(shí)踐以及探索創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。當(dāng)前，已經(jīng)有越來越多的高校重新進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室的規(guī)劃建設(shè)，通過計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革發(fā)展的新方向。將與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相關(guān)的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)引入到高校實(shí)驗(yàn)室中，為實(shí)驗(yàn)科研提供了良好的平臺(tái)，對(duì)于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性，培養(yǎng)創(chuàng)新能力具有重要作用。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用，一方面能夠改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件、充實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，另一方面，還能夠明顯降低實(shí)驗(yàn)成本，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率。通過單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠發(fā)現(xiàn)，教學(xué)過程中引入proteus仿真軟，通過該軟件對(duì)單片機(jī)的硬件系統(tǒng)進(jìn)行模擬，克服了實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中硬件電路固定以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不易改動(dòng)等因素的限制。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)全過程，除計(jì)算機(jī)外不用再進(jìn)行任何硬件的添加即可實(shí)驗(yàn)，這有力地推動(dòng)了實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革，更有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。仿真技術(shù)的另一重要應(yīng)用主要表現(xiàn)在學(xué)生的業(yè)余愛好上，如挑戰(zhàn)杯、電子設(shè)計(jì)大賽等等，學(xué)生就能夠用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)仿真，首先用計(jì)算機(jī)仿真出實(shí)驗(yàn)的模型，再在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行相應(yīng)的模擬調(diào)試，最終用硬件來實(shí)現(xiàn)。在整個(gè)仿真的過程中，學(xué)生可以自由發(fā)揮自己的潛能，通過大量的仿真對(duì)比，來達(dá)到設(shè)計(jì)目的，也可大膽反復(fù)地調(diào)試，避免了器件的損壞。電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，由于proteus開發(fā)環(huán)的運(yùn)用，培訓(xùn)過程中不需投入任何硬件的條件下，學(xué)生卻普遍反映，對(duì)于單片機(jī)的學(xué)習(xí)比單純理論知識(shí)的學(xué)習(xí)更易接受也更易得到提高。事實(shí)證明，運(yùn)用proteus進(jìn)行系統(tǒng)仿真成功后進(jìn)行的實(shí)際制作，可明顯的提高單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率。此外，遠(yuǎn)程教學(xué)中仿真教學(xué)的運(yùn)用具體重要的意義，對(duì)于教學(xué)改革是一種很好的嘗試[2]。
2.2 實(shí)驗(yàn)中引入matlab軟件內(nèi)建的simulink組件技術(shù)
目前，我國開設(shè)了電子信息類專業(yè)的高校中，大部分都將matlab軟件作為重要的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，對(duì)定理以及算法進(jìn)行仿真和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。simulink組件作為matlab的重要組成，能夠?yàn)橛脩籼峁┮粋€(gè)仿真分析與動(dòng)態(tài)建模的集成系統(tǒng)環(huán)境。該環(huán)境下，只需利用鼠標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)單直觀的操作，就能夠完成復(fù)雜系統(tǒng)模型的構(gòu)建，在此過程中避免了大量繁雜的書寫程序。由于 simulink組件具有適應(yīng)性強(qiáng)、效率高，結(jié)構(gòu)仿真精細(xì)、流程清晰且貼近實(shí)際、效率高、使用靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)，simulink組件技術(shù)已經(jīng)被廣泛地運(yùn)用于處理數(shù)字信號(hào)與控制理論等復(fù)雜的仿真設(shè)計(jì)之中。同時(shí)simulink能夠通過連續(xù)、離散采樣時(shí)間以及兩種采樣時(shí)間混合的的方式進(jìn)行建模，該組件還可支持多速率系統(tǒng)，不同的系統(tǒng)組成部分的采樣速率不同。此外，simulink為動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型的創(chuàng)建，提供的圖形用戶接口(gui) ，使在進(jìn)行模型方塊圖的創(chuàng)建時(shí)只需通過鼠標(biāo)單擊與拖動(dòng)鼠等簡(jiǎn)單操作即可完成，為用戶提供了一種更便捷、更直接的創(chuàng)建方式，同時(shí)能夠立即獲得系統(tǒng)仿真結(jié)果。
該組件的這一特性，一方面可以使算法的驗(yàn)證更為簡(jiǎn)單，減少學(xué)生投入在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中所用的時(shí)間，而將大部分精力投入到設(shè)計(jì)性、綜合性試驗(yàn)中；另一方面，可以使學(xué)生更快捷的驗(yàn)證新思路、新算法，而不會(huì)由于代碼調(diào)試方面的問題影響了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的開展。以自適應(yīng)濾波中的經(jīng)典rls 算法為例，如果直接采用matlab編程方式，在進(jìn)行代碼調(diào)試時(shí)，就會(huì)消耗掉大量的精力，代碼長(zhǎng)度將達(dá)到200 行以上。而如果采用simulink組件模塊化設(shè)計(jì)的思想，只需要鼠標(biāo)對(duì)模型的拖拽，就能以流程圖的形式將濾波器搭建起來。由于simulink提供了豐富的元件庫，采用圖形化的表示方法，學(xué)生在進(jìn)行算法驗(yàn)證的時(shí)候只需調(diào)用成熟的模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)即可。這樣的實(shí)驗(yàn)方法事半功倍，思路清晰，參數(shù)的調(diào)整也十分便捷，廣受學(xué)生歡迎。由此可見，引入simulink組件后的實(shí)驗(yàn)，既不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)效果，又能夠提高實(shí)驗(yàn)效率，對(duì)學(xué)生模塊化編程的思想也有較好的促進(jìn)作用。
3 結(jié) 語
當(dāng)前，社會(huì)對(duì)人才綜合素質(zhì)的要求不斷提高，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革已經(jīng)迫在眉睫，而大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革又直接影響到學(xué)生的動(dòng)手和創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須能夠跟得上時(shí)代的腳步，把計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與simulink組件技術(shù)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造能力，在學(xué)習(xí)到先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，提高學(xué)生對(duì)社會(huì)的適應(yīng)能力。
參考文獻(xiàn)
根據(jù)高職醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)電工電子技術(shù)課程教學(xué)中存在的問題,針對(duì)高職生特點(diǎn),從教學(xué)內(nèi)容選取,教學(xué)方法、教學(xué)手段、考核方法改革等方面進(jìn)行分析、總結(jié)。
關(guān)鍵詞：
高職；醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)；電工電子技術(shù)
電工電子技術(shù)是醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，理論性和實(shí)踐性都非常強(qiáng)。本文針對(duì)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)高職生專業(yè)和職業(yè)能力需求，根據(jù)高職生特點(diǎn)，以實(shí)踐、應(yīng)用為主線淺談其教學(xué)改革。
1存在問題
1.1理論與實(shí)踐脫節(jié)
傳統(tǒng)教學(xué)中理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)是分開的，且過分追求教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性與完整性，忽視了電工電子技術(shù)作為應(yīng)用學(xué)科的實(shí)用價(jià)值，學(xué)生缺乏明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，難以理解課程目的和意義，影響了教學(xué)質(zhì)量提高和應(yīng)用型、技能型人才培養(yǎng)。
1.2教學(xué)方法陳舊
教學(xué)基本上采用“教師講，學(xué)生聽”的灌輸式方法，有些教師對(duì)新的教學(xué)方法和手段不熟悉、不適應(yīng)，課堂上講得過多、過細(xì)，缺乏新意，沒有留出足夠的時(shí)間供學(xué)生思考回味。此外，課后作業(yè)過多也使學(xué)生無暇思考，導(dǎo)致其始終處于被動(dòng)狀態(tài)，無法產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣和熱情。
1.3考核方式單一，內(nèi)容片面
電工電子技術(shù)課程考核采用閉卷筆試方式，主要考查學(xué)生理論知識(shí)掌握情況。這樣既不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的全面掌握，又不符合高職生學(xué)習(xí)特點(diǎn)。
2改進(jìn)措施
2.1課程整合和優(yōu)化
打破學(xué)科體系，改革課程設(shè)置，實(shí)施課程內(nèi)容的簡(jiǎn)約、集成與重組，體現(xiàn)高職教育特色。以實(shí)際應(yīng)用能力培養(yǎng)為主線，精簡(jiǎn)教學(xué)內(nèi)容，去除理論推導(dǎo)、證明、驗(yàn)證內(nèi)容，注重技術(shù)重現(xiàn)和技術(shù)實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)做中學(xué)，弱化過深、偏難的理論，突出知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用。以適用、實(shí)用為原則，優(yōu)化知識(shí)技能結(jié)構(gòu)，形成與職業(yè)崗位需要相一致的教學(xué)內(nèi)容。從職業(yè)崗位需要出發(fā)，將課程知識(shí)與技能有機(jī)結(jié)合起來，增加實(shí)用性和針對(duì)性，刪去與今后工作關(guān)系不大的內(nèi)容。例如，很多教材大篇幅講解二極管如何形成單向?qū)щ娦?、三極管內(nèi)部載流子的傳輸情況，然而在實(shí)踐中，只有專門從事研究的人員才可能用到這些原理，對(duì)于高職生而言，教學(xué)重點(diǎn)應(yīng)該放在二極管、三極管的作用，如何判斷二極管正負(fù)極，三極管的標(biāo)號(hào)及管腳判別鑒定，如何通過參數(shù)來選擇二極管、三極管的型號(hào)等內(nèi)容上。對(duì)電子電路應(yīng)強(qiáng)化集成電路方面內(nèi)容（特別是集成電路的應(yīng)用），而難度較大、求解過程復(fù)雜的例題、習(xí)題應(yīng)予以刪減。
2.2加強(qiáng)與專業(yè)課程的對(duì)接
電工電子技術(shù)是專業(yè)基礎(chǔ)課，一般在大一第一學(xué)期開設(shè)。此時(shí)，學(xué)生對(duì)專業(yè)還不夠了解，授課內(nèi)容既要注意與各學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的銜接，又要兼顧同后續(xù)課程的聯(lián)系。教學(xué)內(nèi)容應(yīng)滿足各層次學(xué)生對(duì)課程深度和廣度的要求。
2.3課堂教學(xué)方法靈活多樣
高職生基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生實(shí)際水平，對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)、基本內(nèi)容和重點(diǎn)內(nèi)容精心組織，運(yùn)用多種教學(xué)方法，如比喻法、類比法、啟發(fā)質(zhì)疑法、講練法、實(shí)驗(yàn)演示法，使學(xué)生克服厭學(xué)心理，樹立自信心，提高學(xué)習(xí)興趣。對(duì)于理論性較強(qiáng)的內(nèi)容，教師要耐心講解，引入各種案例，多講多練，反復(fù)強(qiáng)化，務(wù)必使學(xué)生掌握。
2.4充分利用現(xiàn)代科技，豐富教學(xué)手段
抽象的電工原理講解起來容易使學(xué)生覺得枯燥乏味且生澀難懂，如電容的充放電等，若合理巧妙地使用輔助教具，往往能收到事半功倍的效果。教師可以通過教學(xué)錄像、實(shí)物模型、幻燈片、投影以及生動(dòng)詳盡、圖文并茂的教學(xué)課件，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，開闊學(xué)生視野，進(jìn)一步強(qiáng)化對(duì)基礎(chǔ)理論的掌握。為了適應(yīng)目前既要減少教學(xué)時(shí)數(shù)又要增加課堂信息量的教學(xué)改革形勢(shì)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，提高自學(xué)能力，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源是有效可行的方法之一。在理論教學(xué)中引入仿真技術(shù)來提升教學(xué)質(zhì)量，使理論得以驗(yàn)證。比如，對(duì)于一些較抽象的內(nèi)容，教師用語言不易描述，學(xué)生也難以理解，還有許多概念需要通過實(shí)驗(yàn)闡述和驗(yàn)證。在講授需要實(shí)驗(yàn)演示的電路時(shí)，可利用事先建立的仿真電路文件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示，不但提高了教學(xué)效率，而且降低了教學(xué)難度。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入仿真技術(shù)，具有3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）實(shí)驗(yàn)信號(hào)存在時(shí)間過短，用常規(guī)儀器往往很難觀察到，借助仿真技術(shù)可以方便觀察；（2）將實(shí)驗(yàn)任務(wù)布置給學(xué)生，讓學(xué)生先進(jìn)行理論設(shè)計(jì)，然后按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)，再到實(shí)驗(yàn)室按照仿真電路裝配實(shí)際電路進(jìn)行測(cè)量；（3）進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和專業(yè)要求，聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際提出簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)題目，讓學(xué)生進(jìn)行理論設(shè)計(jì)，然后在計(jì)算機(jī)上完成仿真實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)和完善自己的設(shè)計(jì)。
2.5理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合
電工電子技術(shù)是一門基礎(chǔ)學(xué)科，也是一門應(yīng)用學(xué)科，學(xué)生不僅要掌握必要的理論知識(shí)，還要把這些理論靈活應(yīng)用于實(shí)踐。但是，學(xué)生到企業(yè)實(shí)踐的機(jī)會(huì)很少，無法了解具體工作流程。為此，教學(xué)中，每章都從最基本的應(yīng)用實(shí)例出發(fā)，由實(shí)際問題入手引入相關(guān)知識(shí)和理論，由實(shí)訓(xùn)引出相關(guān)概念。首先，教師提出學(xué)習(xí)內(nèi)容、目的、要求及注意事項(xiàng)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)，再通過自己動(dòng)手來加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，同時(shí)訓(xùn)練相關(guān)技能。這種在教師指導(dǎo)下，感性認(rèn)識(shí)與理性認(rèn)識(shí)的交互，對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)起到了促進(jìn)作用。教學(xué)所選實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目應(yīng)與醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)相關(guān)，這樣會(huì)極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。此外，實(shí)踐教學(xué)場(chǎng)所應(yīng)按照職業(yè)環(huán)境來布置，突出職業(yè)特點(diǎn)。同時(shí)，實(shí)踐教學(xué)嚴(yán)格按照生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)第一線的現(xiàn)場(chǎng)有關(guān)規(guī)定，強(qiáng)化學(xué)生職業(yè)技能和職業(yè)素質(zhì)，促使學(xué)生形成一絲不茍、嚴(yán)格認(rèn)真的工作作風(fēng)。
2.6建立以能力為中心的課程考核體系
改變傳統(tǒng)考核方式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生能力考核，實(shí)現(xiàn)向過程考核的轉(zhuǎn)變。學(xué)生學(xué)習(xí)效果的好壞主要取決于教學(xué)過程，與之相對(duì)應(yīng)的考核也應(yīng)貫穿整個(gè)教學(xué)過程?？荚嚥辉倬窒抻趩我坏拈]卷形式，而是采用開放靈活的方式，包括開卷考試、課程論文、口試、實(shí)際操作、調(diào)查報(bào)告、綜合考查等。不同內(nèi)容采用不同考核形式，如基本理論考核采用閉卷形式；實(shí)訓(xùn)技能考核采用項(xiàng)目任務(wù)形式，根據(jù)學(xué)生態(tài)度和操作情況，綜合評(píng)定實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)成績(jī)；平時(shí)作業(yè)可以結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際寫課程論文和調(diào)查報(bào)告。課程結(jié)業(yè)成績(jī)由平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)成績(jī)、期末成績(jī)（試卷）組成。為使學(xué)生全程參與，將其注意力轉(zhuǎn)移到日常學(xué)習(xí)上來，可擴(kuò)大平時(shí)成績(jī)和課程測(cè)驗(yàn)比例，具體為：平時(shí)成績(jī)占20％，課程測(cè)驗(yàn)成績(jī)占40％，期末成績(jī)占40％。另外，改革平時(shí)測(cè)試和實(shí)驗(yàn)考核記分方式，實(shí)行實(shí)質(zhì)性評(píng)價(jià)，部分考核可按照A、B、C、D級(jí)評(píng)分，淡化分?jǐn)?shù)，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。注重考核反饋，通過反饋使學(xué)生了解自己的不足，使教師調(diào)整教學(xué)方式。
3結(jié)語
關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)仿真；教學(xué)改革；合作創(chuàng)新
作者簡(jiǎn)介：華民剛（1980-），男，江蘇無錫人，河海大學(xué)常州校區(qū)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院，講師；陳俊風(fēng)（1979-），女，江蘇句容人，河海大學(xué)常州校區(qū)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院，講師。（江蘇 常州 213022）
中圖分類號(hào)：G642.0?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?????文章編號(hào)：1007-0079（2012）31-0082-02
計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到工程技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。最近幾年高校紛紛開設(shè)計(jì)算機(jī)仿真類課程，由于此類課程開設(shè)的時(shí)間尚短，名稱和內(nèi)容也不統(tǒng)一，如“計(jì)算機(jī)仿真”，“控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真”，“建模與仿真”等，一般大類歸屬于電子信息類，小類歸屬于不同專業(yè)，如自動(dòng)化專業(yè)、電子信息專業(yè)、測(cè)控專業(yè)和通信專業(yè)等。[1-4]因此針對(duì)不同的專業(yè)，“計(jì)算機(jī)仿真”課程的內(nèi)容需有所側(cè)重，要突出專業(yè)特點(diǎn)和專業(yè)知識(shí)的連貫性。該課程課時(shí)短，理論性強(qiáng)，且需一定前續(xù)的專業(yè)課程和高級(jí)編程語言的基礎(chǔ)知識(shí)，在多年的教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)入門難，學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不高，且現(xiàn)行的課堂教學(xué)模式制約了“計(jì)算機(jī)仿真”課程的發(fā)展。由此認(rèn)識(shí)到，要適應(yīng)時(shí)展的需要，從根本上提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生仿真設(shè)計(jì)的能力，做到學(xué)以致用，所以有必要在“計(jì)算機(jī)仿真”教學(xué)中引入合作創(chuàng)新。
一、現(xiàn)行教學(xué)模式存在的問題
“計(jì)算機(jī)仿真”課程教學(xué)的主要目標(biāo)使學(xué)生了解仿真技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，能建立系統(tǒng)的仿真模型，學(xué)會(huì)用MATLAB進(jìn)行系統(tǒng)仿真，對(duì)相關(guān)學(xué)科有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)或拓寬知識(shí)面，為從事電類不同專業(yè)技術(shù)的分析與設(shè)計(jì)和后續(xù)課程提供必要的仿真實(shí)驗(yàn)技能。
1.教學(xué)模式與仿真課程獨(dú)特性之間的矛盾
（1）要想學(xué)好“計(jì)算機(jī)仿真”課程，學(xué)生必須具備扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)。“計(jì)算機(jī)仿真”課程內(nèi)容包括：仿真的基本概念和基本流程；仿真模型的建立以及相互之間的轉(zhuǎn)換；連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)仿真的基本算法與方法；建模與仿真的常用計(jì)算機(jī)軟件，并能聯(lián)系專業(yè)特色，解決具體問題。這其中涉及應(yīng)用數(shù)學(xué)、仿真高級(jí)語言（典型如C++，MATLAB）和要仿真的對(duì)象的相關(guān)專業(yè)知識(shí)等多門交叉課程。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)離開這些基礎(chǔ)知識(shí)，就成了無源之水，無本之木。目前學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊，普遍存在偏科和厭學(xué)的現(xiàn)象，因此在學(xué)生一無所知的情形下，講解“計(jì)算機(jī)仿真”課程就更是費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，且效果差。
（2）學(xué)習(xí)“計(jì)算機(jī)仿真”課程需要充分發(fā)揮出計(jì)算機(jī)仿真的實(shí)踐性。計(jì)算機(jī)仿真的學(xué)習(xí)過程也是應(yīng)用程序使用的訓(xùn)練過程。僅僅以課堂講解為主，輔以較少的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，理論生澀枯燥，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，更無法充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性。課堂講解教學(xué)無法訓(xùn)練學(xué)生的操作動(dòng)手能力，也無法使學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，應(yīng)用課本中的理論知識(shí)來解決實(shí)際操作問題。
（3）現(xiàn)在的考核方式難以考核學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。現(xiàn)在的考試方法偏重基本知識(shí)的測(cè)試，而忽視能力的考核，單純以期末考試分?jǐn)?shù)作為學(xué)生水平高低的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，不但嚴(yán)重扼殺了學(xué)生的創(chuàng)新能力，而且不能全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。
2.理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)難以協(xié)調(diào)[5，6]
目前“計(jì)算機(jī)仿真”課程基本上采用課堂教學(xué)與上機(jī)實(shí)踐分開進(jìn)行的模式。以課堂講解為主，輔以較少的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。教師會(huì)根據(jù)自身的具體情況先進(jìn)行理論知識(shí)的講授，而一般上機(jī)實(shí)踐的機(jī)會(huì)比較少。與此同時(shí)，由于授課與上機(jī)是分開進(jìn)行的，學(xué)生在課堂上學(xué)到的理論知識(shí)不能馬上在上機(jī)時(shí)加以應(yīng)用；此外，上機(jī)實(shí)踐中一般學(xué)生多教師少，學(xué)生在上機(jī)過程中所遇到的問題，教師無法一一解答，很難保證每個(gè)學(xué)生都認(rèn)真獨(dú)立地完成上機(jī)任務(wù)。
因此“計(jì)算機(jī)仿真”僅通過課堂講授是不能達(dá)到教學(xué)效果的，這樣既吸引不了學(xué)生的興趣，也無法讓學(xué)生真正理解知識(shí)、掌握相關(guān)技能。“上機(jī)實(shí)踐是學(xué)習(xí)“計(jì)算機(jī)仿真”課程的重要環(huán)節(jié)，如何做好兩者之間的銜接，是目前急需解決的問題。
3.專業(yè)特色不突出，工程背景不足
“計(jì)算機(jī)仿真”與不同專業(yè)的典型課程都有聯(lián)系，如“現(xiàn)代控制理論”、“電力電子技術(shù)”、“電機(jī)與電力拖動(dòng)基礎(chǔ)”、“通信原理”、“信號(hào)分析與處理”、“過程控制系統(tǒng)”、“電力系統(tǒng)分析”、“自動(dòng)控制原理”，結(jié)合專業(yè)課程進(jìn)行仿真訓(xùn)練，選擇上述課程的一些內(nèi)容作為教學(xué)例題。然而目前在講解“計(jì)算機(jī)仿真”課程時(shí)，未能結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，沒有體現(xiàn)出專業(yè)特色。
此外“計(jì)算機(jī)仿真”課程的實(shí)踐題目絕大多數(shù)都是工程背景不是很明確，題目數(shù)量也比較少，對(duì)象多為通用的數(shù)學(xué)模型。因此，要想讓學(xué)生學(xué)會(huì)用MATLAB分析和解決實(shí)際工程問題，很難實(shí)現(xiàn)。
二、“計(jì)算機(jī)仿真”教學(xué)改革方案
1.理論與實(shí)踐相結(jié)合教學(xué)方式
（1）在“計(jì)算機(jī)仿真”課程里選用MATLAB語言。該語言簡(jiǎn)單易用，有友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境，具有強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力和出色的圖形處理功能。更值得一提的是，MATLAB的應(yīng)用范圍非常廣泛，應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等各個(gè)領(lǐng)域。
（2）將“計(jì)算機(jī)仿真”課程移至機(jī)房，每個(gè)學(xué)生一臺(tái)計(jì)算機(jī)，邊講邊練。這不但方便學(xué)生消化新知識(shí)，現(xiàn)場(chǎng)練習(xí)，也便于教師現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。通過對(duì)課程內(nèi)容和授課地點(diǎn)的調(diào)整，學(xué)生更能快速地掌握計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)的基本思想，并加深對(duì)電類學(xué)科專業(yè)知識(shí)的理解，對(duì)提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的科研能力，具有很好的效果。