導語：如何才能寫好一篇計算機仿真技術，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

[關鍵詞]計算機仿真 計算機模擬 虛擬

中圖分類號：U73 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）46-0235-01

隨著計算機技術和網絡技術的飛速發展， 計算機仿真技術和虛擬現實仿真在各行各業得到了廣泛應用， 使用計算機進行仿真的研究和應用也是如火如荼。計算機仿真 （Computer Simulation）又稱計算機模擬 （Computer Analogy）， 它是分析和研究系統運行行為、揭示系統動態過程和運動規律的一種重要手段和方法， 是系統仿真的一個重要分支。系統仿真就是建立系統的模型，并在模型上進行實驗的過程。系統仿真技術實質上就是建立仿真模型并進行仿真實驗的技術。因此， 通俗的說， 計算機仿真就是指在實體尚不存在、或者不易在實體上進行實驗的情況下， 對考察對象進行建模， 然后通過計算機編程考察對象在系統參數以及內外環境條件改變的情況， 達到全面了解和掌握考察對象特性的目的。本文主要在介紹計算機仿真技術的基礎上， 談談計算機仿真技術的應用。

1、計算機仿真技術的綜合概述

1.1 計算機仿真技術的定義

計算機仿真系統是建立在現實理論和相關技術的基礎之上的，其中包括信息處理技術、計算機技術以及控制理論、仿真理論等。它是以計算機為載體，以其他物理設備為主要工具，通過建立仿真模型對現實系統進行動態試驗，并結合相關學科知識和信息資料對動態試驗的結果進行分析和研究，以此對抽象問題做出決策。計算機仿真技術已經成為一門新的學科，是利用計算機技術和仿真理論來研究問題對象的重要技術手段和方法。

1.2 計算機仿真技術的發展

自從計算機仿真技術誕生以來，就受到世界各國的廣泛關注和高度重視。它是以計算機為基礎，根據問題對象的實際要求，建立真實的數學模型，并將其轉換成仿真模型。在不同的決策問題下，利用計算機系統來演示運行狀態，從而將抽象問題真實地展現在計算機系統顯示器上，它涉及計算理論、控制理論以及各種實際系統的專業理論知識，并且綜合多學科領域的一項綜合性技術。當前，計算機仿真技術在國防、能源、交通、航空航天等軍事領域和其它領域得到廣泛的應用。計算機仿真技術起源于美國，后來被多個國家引進和推廣，并且將該項技術列為國防軍事重點發展的關鍵技術，由此可見，計算機仿真技術在現代科學技術領域中的地位和作用。

2、計算機仿真的步驟及關鍵技術

計算機仿真的步驟一般為：（1）建立數學模型。應考慮觀測數據的表達和專家的經驗，利用各種手段對計算機進行分析，建立一個特有的數學模型。（2）數據模型的程序化。利用先進的自動編程軟件，進行交互操作，完成數據模型的程序化。（3）仿真實驗。在仿真實驗之前，應提前設置一套詳細的實驗方案，根據具體的要求進行仿真模型的運行，以達到實驗的效果。

目前，計算機仿真計算的關鍵技術主要包括：（1）智能仿真。通過先進的科學技術，把人類的思維行為植入整個仿真過程中，以知識為核心進行不斷的研究、開發，使人工智能和仿真技術有機的結合起來，仿造出與現實相近的景物和物體，以滿足現代人們生活的需求。（2）面向對象的仿真。由人們的主觀意識，通過功能設計研究開發，整合為圖片、動畫，以實現對象能夠清楚的獲取信息，引起系統的活動。（3）人機和諧仿真。從可視化仿真、虛擬仿真和多媒體仿真多個角度反應出計算機仿真的實際作用。（4）分布交互仿真。利用現代計算機網絡技術可實現多方面仿真設備的互連，使時間與空間相互的配合，以達到一種虛擬的仿真環境。

3、計算機仿真技術應用

計算機仿真技術首先在軍事領域得到應用的，目前，它在軍事和民用領域得到了廣泛的應用，以下我們主要討論其應用的幾個主要方面：

3.1軍事領域。主要運用在虛擬戰場、戰場的戰術使用訓練、戰場評估、武器對抗效能評估等。目前這方面的仿真軟件有國內神州普惠的 DWK。

3.2航空航天領域。主要仿真對火箭發射、衛星釋放、太空行走、嫦娥登月等計算機仿真試驗。

3.3教學領域。如通過計算機網絡試驗仿真和教學試驗仿真可以讓學生通過觀看網絡運作動畫、分析網絡性能結果和設計簡單網絡實體，更容易、深入地理解網絡協議和算法的復雜行為，收到更好的教學效果。

3.4工業制造行業的仿真。如機械加工過程，是機械行業進行生產的基礎。利用計算機仿真，有助于發現其機理，為提高機械加工性能提供理論支持。主要包括：汽車制造是機械行業、齒輪設計方面、磨削方面、故障診斷、在疲勞壽命判斷、于刀具設計、微鉆頭設計、滲碳層濃度分布、含間隙機構、空調制冷系統的研制和包裝機械的開發等。

3.5氣象預測領域。這是一個典型的無法進行物理模型試驗的領域，計算機仿真技術成為氣候變化、氣候預測的唯一手段。

3.6社會系統仿真。利用仿真技術可有效的分析我國人口的浮動對社會造成的影響。

3.7醫學領域的仿真。計算機仿真技術以應用與醫學領域，通過具體的模型，進行模擬操作，可實現手術科學化、精確化，服務于民。

3.8經濟管理領域。通過搜集各地方財政收支、股市等運行情況，進行系統化分析，通過計算機仿真技術，可實現國家經濟的宏觀管理。

3.9城市建設領域。利用計算機仿真技術可實現城市建設領域的仿真，使人們更好的了解當地交通運行情況，進而實施有效的規劃。

4、結語

隨著計算機技術的不斷發展，計算機仿真技術在未來的發展道路上將進一步完善和提高，這是計算機仿真技術發展的必然趨勢。因為，仿真技術是以計算機為基礎，加上計算機技術和通信技術的相互融合，進一步促進了社會現代化、信息化發展，在此基礎上，計算機仿真技術必將得到飛速發展。由此可見，計算機仿真技術的應用領域不斷擴大，而且應用效果越來越好，必將成為當今計算機領域發展的新面孔。

參考文獻

[1] 張芹. 計算機仿真技術在教學中的應用探討[J]. 科協論壇（下半月）. 2008（03）

[2] 龔小剛. 計算機仿真技術及其應用[J]. 硅谷. 2008（16）

篇2

關鍵詞：軋鋼工藝；計算機仿真；設備優化

隨著近年來我國鋼鐵產能的不斷擴大，鋼鐵企業生產競爭日益激烈，軋鋼作為鋼鐵生產的重要環節，對于鋼材制品的品類、質量起到了舉足輕重的作用。在現有產能基礎的情況下，有效提升生產效率以及產品多樣性關乎企業的競爭力。在不增加設備投資的情況下，采用計算機仿真技術，在現有機組敏捷生產出更多不同鋼種、規格的產品符合符合鋼鐵企業的發展需求。

1軋鋼工藝及設備的發展

軋鋼是通過改變鋼坯形狀的壓力加工過程，一方面為了得到所需的鋼制品形狀，另一方面為了改善鋼制品內部特性。冷軋和熱軋是根據軋制溫度不同而劃分的，縱軋，橫軋和斜軋是根據不同的軋制時軋件與軋輥的相對運動而劃分的。一般軋制和特殊軋制是根據軋制的成型特點劃分的。近些年，軋鋼工藝也在不斷改進和升級，主要是受軋鋼工藝發展的影響。我國在軋鋼工藝方面的重大進展包括：1）鑄軋一體化，由于連續、高效、可控的軋制工藝，以及計算機等高新技術的容易應用，以軋制為特征的連續軋制技術在相當長的一段時間內仍將是鋼鐵行業鋼材成形的主流技術，但軋制工藝前后的連接技術將取得巨大進步。由于連鑄的發展，初軋工序已經被逐步淘汰了。生產的薄帶連鑄技術是直接冷軋，使連鑄和熱軋過程集成。鑄軋一體化將優化了整個軋制過程。2）靈活的軋制過程，應用程序的壓力寬度調整技術和形狀控制技術在熱帶鋼軋制，實現自由安排軋制板的寬度。粗糙和介質軋制技術的應用在桿和線生產實現了自由軋制。冷彎焊管機器也可以實現自由規范生產。這些新技術使軋制過程靈活。3）軋鋼技術進步的主得益于信息技術的應用。高新技術包括形狀自動控制，自由安排，精度高、多參數在線綜合測試在內，這些高新技術的應用可以優化軋鋼生產。軋機最早由計算機模型控制，后來轉變成人工智能控制。這些改變也是因為信息技術的發展，信息技術的發展具有優化生產周期，減少庫存和降低成本的優點。

2計算機仿真技術的發展狀況分析

計算機模擬技術主要是一個全面的技術，利用計算機科學和技術的成就建立模擬系統模型，并對模型進行動態實驗在特定的實驗條件。被廣泛應用在分析、設計、運行、評價已經培訓系統中，因其具有運行高效安全，且不受環境條件影響，可以改變時間比例尺的特點。自1980年代以來，隨著計算機技術的發展，仿真技術已經進入了一個新時代的計算機模擬和仿真應用軟件。計算機仿真技術的實用價值是增加，它已廣泛應用于人們的生產和生活的各個方面，如儀器、虛擬制造、電子產品設計、模擬訓練等。從90年代以來，基于計算機仿真技術，建立了一批高水平、大規模的環內硬件仿真系統，如射頻制導導彈環內硬件仿真系統、紅外制導導彈環內硬件仿真系統、戰斗機工程飛行模擬器、戰斗機環內硬件仿真系統、驅逐艦環內硬件仿真系統等，發揮了重要作用。綜上所述，隨著科學技術的迅速發展，計算機仿真已經成為一種不可或缺的手段，控制系統的分析、研究和設計。計算機模擬的意義在于它的應用。仿真技術的應用可以降低控制系統的開發成本，提高安全實驗的過程中，調試和培訓，帶來巨大的社會效益和經濟效益，應用于工程和非工程。目前，計算機仿真技術已廣泛應用于機械制造、航空航天、交通運輸、船舶工程、經濟管理、工程建設、軍事仿真、醫療衛生等領域。

3計算機仿真技術在軋鋼工藝的實際應用探究

3.1計算機仿真軟件

計算機仿真軟件主要為了提高兩方面能力，一是解決問題的能力，二是面向用于模塊，添加功能描述和模式實驗。通過仿真軟件，用戶使用不同的技術水平可以用他們的語言來表達不同程度的問題，與計算機方便地交流，并完成建模和仿真實驗。仿真軟件分為模擬語言，模擬方案和仿真軟件系統。仿真語言是最廣泛使用的仿真軟件。仿真軟件包是一種用于仿真特殊應用領域的程序系統。軟件設計師設計通用程序段劃分為通用子程序模塊，并設計一個主程序模塊調用子程序模塊。仿真研究人員可以使用這個程序包，而無需繁重的編程工作。這些計算機仿真軟件重要環節是仿真建模，仿真建模是建立被仿真對象的相似物或其結構形式。它可以是物理模型或數學模型，好的模型為后續仿真提供了良好的基礎。

3.2計算機仿真在軋鋼工藝中的實際應用

軋鋼工業的不斷發展，大量的系統和項目涉及有一定的復雜性和特殊性。為提高生產的安全性和經濟，計算機仿真技術可以快速發現生產過程中的規則和機制，并提供有效的理論和實驗依據改善產品的性能指標。小圓鋼冷卻床的運動是非常不同于普通圓鋼軋制領域。因此，有必要研究冷卻床的基本結構和工作原理。根據建立的運動模型結構，在計算機上進行仿真驗證測試，使用理想的冷卻床可以生產出目前最小尺寸的圓鋼。本研究涉及的冷床是一種逐步旋轉式冷卻床。它具有兩種齒板，即V形齒板和U形齒基。彼此移動，原理是以一種方式移動并同時繞另一根軸旋轉。鑒于存在問題的基本結構，模擬器還必須能夠從科學理論的另一個角度進行深入分析，如果是直徑較小的扁鋼，則很可能與模擬器不兼容。V形齒的第二個尖端，第二個V形齒的西壁相互接觸，這是拼圖的組成部分，它們都屬于冷卻床旋轉的突破極限，原因之一是旋轉過程中會出現不穩定，從而導致快速冷卻失敗。在碰撞過程中第二的v型齒小圓鋼或軸，u型牙齒會向下移動，繼續前進，而v型牙將新聞向下和向后移動。這實際上是必要的條件。首先，根據針對嚴重磨損和詳細規格的模型實驗的結果，對相同類型的工字鋼進行建模和仿真，并在正常條件下對其進行分析。從實際情況出發，從仿真模擬數據的計算和性能可以看出，在冷卻床下小圓鋼運動相對不穩定的快速冷卻效果非常好，并進行了數字仿真，冷卻床和機芯可以被穩定地冷卻，產生了良好的效果，但可控性相對較差。

3.3計算機仿真技術在軋鋼生產節能的應用

加熱爐屬于熱軋生產重要能耗設施，其功能是加熱軋件到規程軋制溫度，采用計算機仿真技術，對加熱爐、軋件進行建模，在計算機仿真系統中對加熱爐各類參數進行調整，針對不同的軋制產品，生產節奏，來料狀態優化加熱爐工藝參數，大幅優化加熱爐空耗與軋制節奏關系，可較大幅度降低加熱爐煤氣消耗，通過仿真結果分析，采用計算機仿真技術，動態優化加熱爐各類燃燒參數，在定制化生產過程中，產生了明顯的效果，通?？山档?0%左右的能耗，同時增加了余熱回收。同時，通過計算機仿真技術輔助人工進行現場生產培訓，利用軟件進行加熱爐各類工況運行狀態調整，在操作的過程中，控制方式和顯示變量可以任意選擇，連續和不連續的干擾因素可以設置，可以進行自動或手動操作調整顯示各種參數的靜態和動態變化特征在操作的過程中調整。尤其是針對一些小概率且容易產生較大事故的狀況，極少在實際生產中出現，采用計算機仿真技術模擬此類異常，評測操作人員技能掌握且不會發生問題，起到了較好的作用，是從事加熱爐操作人員較好的輔助培訓工具。

4結語

篇3

[關鍵詞]制冷空調系統 計算機仿真技術

中圖分類號：S5 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）18-0146-01

前言

由于當前科學技術的不斷發展，越來越多的新技術被運用到各個領域當中，傳統的制冷空調系統由于其能源消耗較大、制冷效率較低等原因，已經難以滿足當前人們生產生活的巨大需求，而計算機仿真技術在制冷空調系統中的應用可以幫助人們最大程度的改善系統性能。隨著計算機仿真技術在制冷空調系統當中的廣泛應用，關于空調系統本身以及空調中各個部件的仿真技術得到了各界越來越多的關注，當前對于制冷空調系統的研究主要是為了實現對制冷空調系統性能的檢驗，進而對這一系統進行逐步的優化和改良，而計算機仿真技術可以有效地取代繁瑣的試驗環節，提高檢驗的效率。

1.計算機仿真技術概述

1.1 計算機仿真技術的概念與特點

計算機仿真技術顧名思義，它屬于計算機技術中的一個類別，由于這一技術具備大量的工程實踐經歷，近些年來發展迅速。仿真即探索一類可以代替目標對象的模型，最終達到簡化研究流程的目的。而計算機仿真技術則是指在計算機上通過一定的表達方式來體現相應的目標對象變化情況。這一技術具備一定的特點，其可以通過仿真程序代替以往的研究形式， 既可以節約相當大的能耗，又可以節省研究的耗時。另外這一技術強化了對于流程特質的探索 ，也就是循序漸進的用動態的研究方式代替以往的靜態研究方式，通過這一技術構造的研究模型可以更大程度的與實際研究目標相類似，可以有效保證研究結果的準確度。并且由于這一技術對零件與整個系統都進行了研究，因而滿足了人們對于這兩部分進行細致比較的要求，因此能夠為相關參數的研究創造有利條件。在這一技術的研究過程中，充分運用了最優原則，在一定程度上提升了研究的水平，在實際操作過程中也改善了安全性和可協調性較弱的問題。

1.2 計算機仿真技術的建模方法

構造模型是這一技術運用過程中的最關鍵問題，根據這一技術構造出來的模型作為代表系統一定特質的載體，可以實時的反饋系統當前的運行狀態。近些年來，我們國家在利用這一技術進行構造模型的方面進行了廣泛的研究，其中最主要的建模方法是機理建模方式。這一方式即參照空調系統運行時產生的機理變化，設定系統各個部件相應的恒定值，依據相關學科的理論研究成果，研究其物理變化，再結合最初設置的各個部件的恒定值，通過數學方法進行合理構造，并以此來反映出研究對象的一系列變化過程。這一構造模型的方式是目前最為基礎的研究方法，并且在其研究過程中需要注重對研究結果有較大影響的部分，對于那些影響程度較弱的部分可以進行適當忽略，以此原則來構造出合理的、高效的模型。

1.3 計算機仿真算法研究

在實際的研究過程中，只依靠構造數學模型還遠遠不夠，除此之外也需要將構造出的模型反饋在計算機上才能真正開始仿真研究，在這一過程中仿真算法的作用不容忽視。由于構造出的模型不盡相同，在實際計算的過程當中，需要用到計算機的算法來進行操作，目前在制冷空調系統中運用范圍最廣的是迭代算法。在制冷空調系統中，以往的仿真技術主要是對于簡單系統而言，通過守恒定律來控制算法。而在這一算法改良之后，則主要運用了迭代求解的方式，通過兩層迭代實現對系統運行的計算。另外在制冷空調系統中，有限差分算法也發揮了重要作用。這一算法主要是針對換熱器的計算，通過兩相流動的規律控制方程運算，但是對于稍微復雜一些的系統，還需要實現對微元段的合理區分，并進行多次的運算。

2.計算機仿真技術在制冷空調系統中的應用

2.1 換熱器

計算機仿真技術在制冷空調系統當中可以有效運用在換熱器上，而換熱器中的應用主要是通過預先設定的相應的參數構造所需的模型。而近些年來，由于制冷空調系統對于參數精確程度的規定逐漸提升，因而計算機仿真技術在換熱器的運用過程當中出現了分段的模型，這一模型可以有效的把換熱器劃分為過熱氣體、兩相流體和過冷液體三個部分，根據流體與氣體的差異把蒸發器劃分為兩相流體和過熱氣體兩個部分。在這一環節之后，研究工作才可以順利開展。在近些年的探索過程當中，人們發現，計算機仿真技術在制冷空調系統當中的應用該可以得到改良，因此一些更加精密的參數設定方法逐漸被運用到這一研究過程中。

2.2 節流裝置

制冷空調系統中的節流裝置主要是毛細管，另外還有膨脹閥，這一部分分為熱力與電子兩種形式。在室內使用面積較小的情況下，會采用前者，而在面積較大的房間空調系統中多數會采用后者。隨著制冷空調的普及范圍逐漸擴大，仿真技術在這一系統中的應用范圍也越來越廣。由于計算機仿真技術具備較為簡易的運行方式以及較高的安全性能，將其運用到節流裝置中可以有效的拓寬制冷空調的覆蓋范圍，充分發揮系統的制冷作用。然而在實際的操作環節當中也存在著一些問題，比如在毛細管內存在著液體與氣體兩種不同狀態的物質，這會使得實際的構造模型的過程變得稍微復雜，因為制冷劑在兩種物質間的流動會存在臨界值的問題，而關于這一數值的計算則是評價制冷空調系統運行的重要因素。

2.3 壓縮機

這一部分是制冷空調系統中復雜程度最大的，由于其種類繁多，所以計算機仿真技術在這一部分的運用也存在差異。目前針對這一部分的探索已經產生了一個獨立的學科，其中最為顯著地研究成果就是針對制冷空調機組的總體參數來構造研究的模型。在構造這一模型的過程當中，中效率法是一種應用最廣泛的方法，此種方法的核心在于參考相應的實踐數據，用系數來設定制冷空調機組的運行程序，并通過研究與實踐的差異來逐步修正，達到在準確度上的要求。另外仿真技術在壓縮機的應用當中，還有一種較為簡便的模型構造方法，即通過對研究所得數據進行回歸性檢驗，從而得出壓縮機的相關參數。

3.結語

近些年來，隨著科學技術的不斷發展，傳統制冷空調系統存在著一些弊端，已經無法滿足當前人們生產生活的需要。目前，在制冷空調系統中，計算機仿真技術的應用越來越廣泛。文本通過研究發現，計算機仿真技術具備節約能源消耗、縮短研究時間、簡化制冷流程以及準確度較高的特點。在這一技術運用過程當中，構造模型是最為重要的一個環節，常用的模型構造方式是機理模型構造法。由于在制冷空調系統當中構造出的模型種類繁多，因此也需要多種的算法來對研究進行支撐，常用的算法是迭代算法以及有限差分算法。隨著制冷空調的大范圍普及，計算機仿真技術在其中的應用不容忽視，目前，這一仿真技術主要在換熱器、節流裝置以及壓縮機當中運用。

參考文獻：

[1]邵雙全，石文星，陳華俊，李先庭，彥啟森. 制冷空調系統計算機仿真技術綜述[J]. 制冷與空調，2012，03：10-15.

篇4

關鍵詞：計算機仿真；教學方法；教學改革；實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）02-0048-03

一、引言

仿真技術已經在國防軍事、國民經濟、社會生活的眾多領域發揮了重要的作用，國內外眾多學者認為，仿真技術“正在成為與理論、實驗并列的第三種認識和改造客觀世界以及科學研究的手段”，因此仿真技術被認為是“使能”技術。

仿真科學與技術雖然尚未成為一級學科，但國內多個軍隊院校已經開始設置仿真專業和仿真工程二級學科，已經培養了數千名仿真工程技術人才。我校從2005年起開始在測控工程本科專業開設《計算機仿真技術》課程，30學時，每年選課人數近150人，主要目的是讓學員建立起計算機仿真的概念，掌握計算機仿真的基本方法并能夠對連續系統進行初步的仿真研究，為今后從事導彈控制系統的分析與設計奠定基礎。

計算機仿真技術是仿真科學與技術涉及到的有關具體仿真技術中最為基礎的部分，具有綜合性、多學科交叉等特點。因此，學員普遍反應該課程難學、難懂。為提高教學效果，針對課程特點和現行課程教學的不足，我們從教學內容、教學方法手段、教學資源和實踐環節等方面進行了課程改革和實踐，取得了較好的教學效果，為計算機仿真課程的教學改革提供了實踐基礎和案例參考。

二、現行課程教學的不足

1.課程定位不明確。由于計算機仿真技術在本校是第一次開設，對于課程應該達到什么樣的目標定位并不明確?，F行的課程標準將目標定位為掌握連續系統仿真方法和離散事件系統建模與仿真方法，并能夠對具體的連續系統進行仿真研究。事實證明這種要求目前是達不到的，特別是在有限的學時限制之下。另外，課程的定位也和測控工程專業的培養目標不盡相符。同時，本校應屆畢業的研究生反映，本科階段已經學過的內容，碩士階段還得重新學一遍，甚至到了博士階段，也有部分重復的教學內容出現。這說明目前對于計算機仿真技術本科課程、乃至整個仿真課群的設置與定位是不明確的。

2.教學內容與其他課程重疊。計算機仿真技術課程現行的教學內容與《現代控制理論》等課程的內容有所交叉和重疊。連續系統數學模型及相互轉化等內容在《現代控制理論》中已經講授過。而有關“數值積分法”的內容和《計算方法》的內容有交叉。教學內容交叉和重疊現象令學生無法準確界定、無法準確區分課程內容，也令教學督導專家詬病，當然也就不利于學員的系統學習了。

3.教學方法手段單一。該課程的教學方法還主要停留在傳統的講授為主的教學理念上，只采用單一的教學方法和手段。教學內容文字性公式居多，直觀性材料、多媒體材料、應用型材料偏少，學員學完后不知道如何應用、如何解決實際問題，總認為計算機仿真就是一種數值游戲、一種計算機游戲。

4.缺乏必要的實踐環節。計算機仿真技術本來是實踐性很強的綜合性技術，仿真技術本身是在對控制系統分析的過程中不斷完善和發展起來的?，F行的教學模式缺乏實踐環節，學員難以了解仿真技術具體是如何應用解決實際問題的，缺乏感性認識和實踐的機會，不知道在導彈控制系統分析中有何用處。

三、課程教學的改革實踐

根據作者的教學實踐和實際科研工作經歷，提出并實踐了如下改革思路。

1.教學內容改革。計算機仿真技術課程涉及多個交叉學科，緊密相關的課程包括計算方法、計算機軟件設計、計算機圖形學、計算機控制、自動控制原理、現代控制理論等課程。如何講出本課程的特點同時又避免與其他課程雷同是必須解決的問題，因此必須在教學內容的編排上下功夫。

經過分析與調研，最終將本課程的主要內容選定為連續系統的數字仿真方法上（占總學時的40%），而對連續系統的建模及模型表示、相互轉換則不作過多講述，避免與自動控制原理、現代控制理論重復。而對于計算機仿真技術中的離散事件系統仿真（占總學時的25%）則僅作原理性講述，因為經過調查發現，學員在現階段還體會不到離散事件系統仿真建模的精髓，還不能夠從離散事件仿真建模過程抽象出解決實際復雜系統的建模與仿真方法，而這正是離散事件系統仿真的核心思想和應用目的所在。剩余的學時則主要講述計算機仿真的基本概念、步驟與發展趨勢及應用等內容。

授課內容調整后，課程主題內容分明，有利于將連續系統仿真方法講深、講透，增進學員的理解。

2.基于比較教學的教學方法實踐。為了加深學員對內容的理解，在教學過程中廣泛采用了比較教學方法[1]。

一是連續系統與離散事件系統仿真方法的比較。仿真的本質是在計算機上對模型進行試驗，完成狀態轉移計算。連續系統仿真模型的建立主要是從數學模型出發，建立適合計算機上實現的運行模型。因此連續系統仿真推進時鐘時，以為增量進行推進，采用差分方程實現狀態推進。因而連續系統其仿真方法明確，好理解，在計算機上求解微分方程即可，重點放在如何選取微分方程的數值解法上。

而離散事件系統的狀態變化是由于隨機發生的事件而引起的，如何進行離散事件系統的仿真時鐘推進和狀態變遷就成為離散事件系統仿真的核心問題。離散事件仿真的基本思想就是將事件序列模擬出來，記錄事件引起的狀態變化并進行統計，最后得到感興趣的系統性能參數。時鐘推進方法根據仿真粒度分別可采用事件調度法、互動掃描法和進程交互法，其中事件調度法是基礎，體現了離散事件系統演化的特點。

離散事件系統只能根據其系統特點，將由事件驅動引起的狀態變化通過簡化在計算機上復現出來，從而進行仿真研究。這種思路大部分學員開始時不理解，甚至認為是“很笨的方法”，沒有什么特別之處。然而，這種方法卻是對離散事件系統甚至復雜混雜系統進行仿真的唯一有效方法。

通過建立連續系統和離散事件系統仿真比較表（如下表所示）進行比較教學，學員對兩種系統的仿真方法理解得更透徹。

二是數值積分法、替換法和離散相似法的比較教學，后面兩者都是從仿真的快速性出發進行設計的。

數值積分方法是從求解微分方程的角度發展而來的，思路嚴謹，方法體系完整，是主流的連續系統仿真方法，其主要過程是建立差分方程。替換法是應用z與s的映射得到離散脈沖傳遞函數，再由Z反變換求得差分方程的方法。替換法相當于數值積分法的多步法，簡單替換法可以歐拉方法一致的精度，雙線性替換法可得到和梯形法一致的精度，但計算過程相比歐拉積分方法和梯形法快。但缺點也很明顯，替換法要求對系統先進行線性化，因而只對線性系統有效，而且替換法其理論依據不嚴格，誤差大小也沒有定量的結論。

離散相似法是一種快速仿真方法，其基本思想是簡化系統的輸入。由于實際系統輸入經常選擇階躍信號，對輸入采用零階保持器的簡化措施沒有引入誤差，可以獲得更高的仿真精度。而歐拉方法要求狀態變量的導數為階躍信號時，才沒有系統誤差，這在實際中是很難滿足的。因此對于階躍信號輸入，采用零階保持器的離散相似法可以獲得沒有系統誤差的仿真結果，這不僅優于歐拉方法，還優于其他的高階數值積分算法。

但離散相似法的局限也是很明顯的：即要求系統必須是線性的。非線性系統要采用離散相似法，首先要進行線性化，但線性化過程已經引入了誤差，自然會影響仿真結果的準確性；另外系統的階次和“病態”屬性的存在使得計算狀態轉移矩陣很復雜甚至不收斂，將帶來較大的截斷誤差。因此對于線性系統，離散相似法將系統拆分為一系列低階環節，再針對每個低階環節應用離散相似法，但此時這些低階環節的“輸入”已不再是階躍信號了，因此采用離散相似法同樣帶來了誤差。

只有在離散相似法選擇的典型環節是積分環節時，離散相似法（零階保持）等價于歐拉方法。

通過以上比較教學，學員對連續系統的仿真方法理解就很透徹了。

3.輔助教學資源開發。學員通過比較教學，雖然對連續系統的仿真方法已經很理解的，但是對其如何使用仍然是模糊的。為此，我們利用Matlab語言開發了連續系統仿真算法輔助教學演示軟件。

軟件的主要功能包括：（1）對常用的數值積分法進行Matlab實現，寫出各種數值積分法的遞推疊代公式，顯示出每步計算結果；（2）連續系統包括典型的一階系統、二階系統和三階系統；（3）可對數值計算結果和系統精確解進行列表比較和圖形比較；（4）對病態系統采用不同的仿真方法進行仿真演示，比較方法的異同和計算精度；（5）一個魚雷攻擊移動目標系統（6階系統）進行具體應用，演示如何對具體連續系統進行仿真分析。

教學過程中，涉及到相關算法時，利用輔助教學軟件進行教學演示，對計算公式的推導、每步計算過程和結果都進行演示，并最終演示仿真結果及與真實解、其他算法之間的差異，從而班組學員理解算法的計算過程。

4.增加實踐環節。由于教學過程中，只能采用較簡單的對象進行講授和演示，學員對于如何采用計算機仿真技術解決導彈控制系統的定量分析與精度評定等應用仍然沒有概念。鑒于學時的限制和實驗條件的限制，目前尚不具備讓學員動手進行計算機仿真驗證的條件。因此依托戰略導彈控制系統半實物仿真試驗系統科研條件，讓學員參觀、體驗計算機仿真技術在大型導彈連續系統仿真中的應用這一實踐環節，感受半實物仿真試驗過程和數字仿真、可視化仿真過程，從而增強了學員理解仿真技術應用的直觀性，使學員的實踐能力得到全面鍛煉和提高。

四、教學效果

計算機仿真技術課程在我校開設了7屆，前幾屆學員普遍反映難學，抓不住重點和思路，不知道如何應用。經過近3年的教學改革與實踐，教學效果明顯改善，具體教學效果如下。

1.課堂和實踐教學效果。通過以上教學改革和教學實踐，學員在課堂上能夠積極主動地思考和回答問題，對學習計算機仿真技術課程充滿了興趣，能夠在教員的引導下主動對具體連續系統進行仿真建模與分析，主動閱讀參考文獻提出問題。實踐環節中，多數同學能夠從總體上理解半實物仿真系統的組成及工作原理、過程，有些學員甚至與實驗指導教員探討，提出半實物仿真、數學仿真、可視化仿真的改進措施?？傮w來說，課堂和實踐教學效果較好。

2.大作業反饋教學效果。從近幾年大作業完成情況看，學員對連續系統的仿真算法掌握較好，對于算法在一階微分方程中的應用基本能夠掌握，通過文獻的參考和指導，初步掌握了對連續系統建模、模型轉換、仿真建模、仿真實現這一過程。大部分同學也能對高階系統進行模型轉換和仿真分析，這表明大部分學員已經掌握了對實際系統進行仿真分析的能力。

總之，通過教學改革和實踐，學員在學習過程中發揮了主體作用，提高了綜合分析能力和知識運用能力，教學效果顯著提高。

五、結束語

本文針對計算機仿真技術課程特點和現行教學模式存在的課程定位不明確、教學內容交叉重疊、教學方法手段單一、缺乏必要的實踐環節等不足，結合作者多年的教學實踐和經驗，提出并實踐了一些該課程教學改革的具體思路，相信對于該課程的后續教學改革、提高教學質量和效果具有一定的參考意義。這種教學改革的實踐表明，不僅增加了教學的趣味性，學員也普遍反應計算機仿真技術更容易理解了，仿真方法思路更清晰了，取得了明顯的教學效果。

參考文獻：

[1]廖守億，張金生，劉志國，等.計算機仿真本科課程的比較教學法探索與實踐[J].時代教育，2013，（01）.

[2]李興瑋，龍志強，張明.《仿真技術基礎》本科課程教學改革思路初探[J].高等教育研究學報，2009，（01）.

篇5

【關鍵詞】計算機仿真技術 物流實驗室 建設策略

物流專業最大的特點是實踐性強，加強相關設備的投入力度及構建相應的實驗室對學生實踐操作能力的提升具有重要意義。由于計算機仿真技術存在諸多的優勢如成本少、可控性高、可視化等，將其運用到物流實驗室中可以帶來意想不到的效果。

1 構建基于計算機仿真技術的物流實驗室的意義

1.1 教學方面

在物流教學過程中，除了要傳授學生相關的物流知識外，還必須培養其一定的實踐操作能力。通過將計算機仿真技術與物流實驗室有機結合，能緊跟物流技術的發展變化來及時更新所需的資源，能在并不廣闊的場所及資金少的情況下進行各種不同的實驗操作，完全達到了物流實踐教學的要求，并且學生能夠將課堂上所學的知識運用到實際生活中。

1.2 科研方面

對于具有豐富理論知識，想有進一步發展的學生來說，基本的理論教學與實踐操作很難達到他們的實際所需，特別渴望參與一些深層次的物流系統分析、高級實驗活動。為此，構建基于計算機仿真技術的物流實驗室是滿足學生要求的不二選擇，能夠為現代社會培養一批高級別的物流管理團隊。

1.3 社會服務方面

學校在完成培養綜合型人才隊伍的任務的同時，還肩負著服務社會的責任。由于目前缺乏實踐系統，基于計算機仿真技術的物流實驗室的建設，很大程度上幫助了教育者利用自身掌握的知識，通過實驗室豐富的軟硬件資源來承接相關的項目課題，促進企業物流系統的進一步升級，避免不必要的資金投入，綜合了物流與其他相關技術、信息技術，減少了社會資源的大量耗費。

2 基于計算機仿真技術的物流實驗室建設策略

2.1 明確具體的建設目標與指導思想

首先，基于計算機仿真技術的物流實驗室應配備具有開放性、綜合性特點的實驗體系，提高學生知識水平的同時，增強其實踐操作能力，制定詳細完善的教學計劃，注重學科發展，將學生創新意識及能力的養成作為教學目標。

其次，基于計算機仿真技術的物流實驗室建設必須將系統性、先進性、經濟性、實用性作為主要指導思想。實驗室應時刻了解先進物流技術、相關教學手段的最新情況，盡可能的集網絡技術、多媒體技術、自動識別技術、信息管理與決策技術等為一體；從學科與專業的角度出發，合理使用實驗室建設費用，優化配置各類硬軟件、場地資源，建立健全物流仿真實驗工程體系，為專業設計及畢業設計提供幫助，真正實現涵蓋教學、科研、實驗、人才培養等內容的教學科研基地。

2.2 總體規劃

2.2.1 硬件設備

基于計算機仿真技術的物流實驗室應配置一定數量的電腦，方便學生利用電腦來構建仿真模型。另外，還需購置下列設備：投影機、弧形三維屏幕（籠罩整個實驗室，以創設虛擬的物流仿真系統氛圍）、在實驗室中間放置一臺服務器電腦與音響，并和投影機與弧形三維屏幕連接，這樣即完成操作平臺的設置。同時還要有具備無線遙控功能的激光筆，為相關操控提供便利。

基于計算機仿真技術的物流實驗室及其硬件的規劃與分配途徑是：將實驗室劃分為教學區與科研區兩個不同功能的區域，各自處于不同的空間中。教學區主要為學生的實踐教學提供服務，內部共配備了投影機、屏幕、服務器、音響、供學生操作的電腦、遙控激光筆?？蒲袇^中主要配備辦公桌椅、電腦以及教研人員，是教育者日常開展科研活動的場地。

2.2.2 軟件設備

軟件設施在物流仿真實驗室中屬于必不可少的工具。由于物理軟件的類型眾多，因此必須結合仿真系統選擇相匹配的軟件。比如Flexsim仿真軟件，此軟件具有通用性特點，在多個行業系統中得到應用。該軟件在物流仿真實驗中的應用涉及了配送中心揀選仿真、倉庫系統出入庫仿真、生產物流仿真、機場仿真等領域。由于當前運用的Flexsim軟件只涉及一些基本功能，所以還需對其進行升級，添進相配套的優化軟件包。

2.2.3 建設流程

基于計算機仿真技術的物流實驗室建設應遵循循序漸進、分階段的原則。舉例說明，選擇相應的實驗場所及設備，建設滿足教學要求的仿真物流系統及仿真生產物流系統；然后再建設另兩個仿真配送中心系統及仿真供應鏈系統。

在構建仿真物流各系統過程中，應通過委托開發與自行研發相結合的手段。由于對大型仿真物流系統進行開發時會耗費諸多的時間、精力，并且要求有豐富的計算機編程知識，所以應開展招投標活動，委托專業機構開發，同時自己與相關團隊協作開展二次研發。

3 結論

C上所述可知，在培養物流人才過程中，實驗教學環節發揮著不可忽視的作用，為高質量人才的培養提供了堅實的保障。從專業特色角度出發，制定系統完善的培養計劃，構建實踐性高的物流實驗室，致力于將計算機仿真技術與物流實驗室緊密結合，這不僅有助于進一步升華實驗教學，推動物流健康持續發展，而且還極大地增強了學生的實踐應用能力。

參考文獻

[1]曾鳴.基于Flexsim的港口倉儲作業過程仿真及優化研究[D].北京：北京交通大學碩士學位論文，2010.

[2]呂奇光，廖浩.仿真技術在物流實踐教學中的應用探討[J].重慶科技學院學報，2009（10）：221-222.

[3]初良勇.基于計算機仿真技術的物流實驗室建設[J].航海教育研究，2012.

[4]高舉紅，陳思宇，劉曉宇.基于精益設計的生產能力分析與現場物流改善.工業工程，2010（01）.

[5]高輝.計算機實驗的仿真技術探析[J].長春教育學院學報，2012（06）：130-131.

作者簡介

阮文（1967-），女，福建省仙游縣人。工程碩士學位，畢業于哈爾濱理工大學，現為湖南工業職業技術學院講師。研究方向為計算機應用。

篇6

【關鍵詞】計算機仿真 模擬電子技術 考試系統 研發

一、“模擬電子技術”考試系統的基本特征

在實際的教學與考試過程當中，采用教W與考試分離的模式不僅能對教學的質量進行客觀與公平的檢驗，同時對教學質量的提高也有著重要的推動作用。而利用計算機進行考試則可以很好的實現教學與考試的分離，在現階段的各種考試當中都有著廣泛的運用，也受到了人們的熱烈歡迎。但是利用計算機進行考試，相應的系統則是必不可少的。但是當前階段的計算機考試系統存在著嚴重的不足，制約了計算機考試在大范圍內的全面推廣。計算機考試系統的主要特征包括以下幾個方面的內容：第一，計算機考試系統內部所有的試題都是靜態試題，其內容和答案都是唯一的，這尚不能完全達到高水平考試的要求。第二，計算機考試系統內部所包含的試題的數量明顯偏低，同時由于這種系統并不是一種開放性的系統，如果學生在平時的模擬考試或者練習過程當中，將所有的題目都做完，而后再去參加考試，必然能獲得較高的分數。因此，這種考試系統在運用的過程當中就失去了當初的目的，成為單純評價教師工作與學生學習質量的一種工具，失去了其“以考助學”的初衷。在許多領域的考試當中，由于擔心學生做完所有的題目并強行記錄，計算機考試系統還不能完全對學生開放，從而限制了其應用。

“模擬電子技術”在多個專業都是重要的基礎課程，“模擬電子技術”課程對學生的電路分析能力有著一定的要求，其中不僅涉及到大量的電路圖，同時 也需要對相關的電路圖進行編輯與重現，這就使得這門課程的計算機考試系統的研發難度加大許多。在項目的研究過程中，筆者通過查閱相關資料等方式對“模擬電子技術”計算機考試系統的研發進行了分析與研究，認為“模擬電子技術”計算機考試系統應該包含以下幾個方面的特征：第一，該系統應該包含有電路圖編輯功能，學生可以在該系統中實現電路圖的編輯與重現。第二，應該設計出動態試題模塊，例如，在試題當中，電路的連接方向、電壓、電流、電阻等都可以產生一定的變化，而并非是一成不變的。第三，系統內含電路仿真模塊，運行仿真模塊即可計算電路節點電位和支路電流，從而獲得不同參數條件下的試題標準答案，并實現考試自動評分。對于一題多變的動態類型題目，學生只有通過理解而非記憶的方式才能正確答題，因此，所開發的考試系統完全可以，且應該開放給學生練習。實踐表明，“模擬電子技術”考試系統，極大地提高了學生練習的積極性，也提高了學生的學習成績。

二、系統設計

“模擬電子技術”計算機考試系統主要包括題目開發模塊、試卷編輯模塊、考試模塊、題庫和試卷庫。題目開發模塊的主要功能是實現電路圖的編輯功能，有了這個功能之后，既可以增加試題庫當中的試題數量，也能夠對試題庫當中現有的試題進行編輯與修改。試卷編輯功能的主要作用是組建新的試卷或者修改已經存在的試卷。考試模塊用來從試卷庫選擇試卷、調出試題、重現試題、仿真電路和自動評分，是考試系統的核心模塊。

在考試模塊當中可以實現從試題庫選擇試題組成試卷并分析試卷中所包含的信息等。從原始信息提取電路拓撲數據、隨機參數代碼和題目文本。隨機參數代碼和隨機數種子送至隨機數發生器，確定相關隨機參數；電路圖重繪單元利用電路拓撲數據和相關隨機參數，重新繪制電路；電路仿真單元對電路仿真，獲取電路的各節點電位和各支路電流；標準答案提取單元從仿真數據中提取出標準答案。題目文本在被從原始信息提取出來之后，可以由考試者輸入相關的答案，考試者所輸入的相關數據會被提取并送至答案比較單元，答案比較單元會將考試者所輸入的答案與標準答案進行比較，最后完成相關的評分工作。

學生在進行練習的過程當中，系統時鐘會隨機產生對應題目的隨機數種子，這就使得題目不再是靜止不變的。而學生在參加考試的過程當中，隨機數種子則是由教師指定的，這就使得每個學生的考試題目都是完全一樣的，從而使得考試是公平與公正的。

三、電路仿真

在“模擬電子技術”計算機考試系統當中，由于題目是動態變化的，電路圖的相關參數并不是一成不變的，而是會發生一定的變化，同時題目所對應的答案也會發生一定的變化。電路仿真單元的研發可以實現系統能夠自動獲取標準答案與自動評分功能。在電路仿真單元當中，可以實現對電路直流工作點的模擬，從而形成對應的標準答案。

電路直流工作點的仿真需要解電路方程組，由于電路方程組大部分都是一些非線性的元器件，從而使得方程的建立與解方程都較為困難。解決這一問題的思路是用元器件的直流伴隨模型，將非線性元件進行線性化，再建線性電路方程組和解電路方程組。通過反復迭代運算，最后獲得電路方程組的數值解。

四、結語

基于計算機仿真技術的模擬電子技術考試系統的研發對當前高校關于模擬電子技術課程的教學與考試都有著重要的意義。由于模擬電子電路的虛擬性，通過該系統的使用能夠使得整個學習的過程更加的生動，避免了當前高校采用的“PPT+教科書”的教學模式。

參考文獻：

[1]張歡.海船船員輪機智能考試系統的研究與開發[D].大連海事大學，2010.

[2]江澤中.基于JSP技術的在線考試系統設計與實現[D].華中師范大學，2015.

[3]沐遠.成圈型賈卡經編針織物計算機仿真研究[D].江南大學，2006.

[4]李煥哲.分布式計算機文化基礎課程在線考試系統設計與實現[D].北京郵電大學，2007.

[5]周密.基于B/S結構的網絡考試系統的設計與實現[D].中南大學，2013.

[6]翁劍鳴.散裝化學品船液貨裝卸系統仿真軟件的研究[D].大連海事大學，2014.

[7]蘇軍朝.基于OGRE的鐵路集裝箱起重機仿真操作系統的研究[D].西南交通大學，2012.

[9]楊彬楠.基于的昆明冶金高等專科學校網絡考試系統設計[D].電子科技大學，2013.

篇7

自動控制原理是工科院校自動化及其相關專業的一門重要的專業基礎課，主要研究自動控制系統的一般規律，涉及控制系統建模、分析和綜合的基本理論和方法。它具有概念抽象、公式多，理論分析和數學計算多且繁雜等特點，學生在學習時常感到很困難，沒有足夠的興趣。針對這一特點，利用Matlab仿真技術優化自動控制原理教學過程，進行理論方法的實時演示教學，可幫助學生理解抽象的概念和方法，改善課堂教學效果。

1 利用Matlab優化自動控制原理教學過程的思路

Matlab軟件具備強大的計算能力，繪圖簡便，算法語言簡單，有多種工具箱供用戶選擇，為控制系統計算機輔助分析和設計提供了極大便利。利用Matlab優化自動控制原理教學，在形式上包括教師課堂內教學演示，結合學生課外仿真練習、實驗、課程設計等；在內容上，從建立控制系統的模型入手，涵蓋經典控制理論的三大分析方法，系統校正，以及非線性系統的分析等。借助Matlab仿真將抽象的理論內容形象化，使學生易于理解，以達到較好的教學效果。

2 教學應用舉例

2.1 利用Simulink進行動態系統建模

利用Matlab中的Simulink組件，用戶可以通過模塊組合方法快速地創建動態系統仿真模型。如圖1所示，為水箱液位控制系統，要求通過控制進水流量來調節液位高度。該系統的傳遞函數為： =

其中，時間常數 =，放大系數 = 。為水箱截面積，為流出閥阻力系數。

在Simulink中建立該系統的仿真模型，如圖2所示。

將給定值參數設置為單位階躍信號。按需求設置、，啟動仿真過程，通過scope觀察仿真結果曲線。

如圖3所示為=1，分別取0.5、2時的值曲線，可以看出，系統的響應速度隨時間常數增大而變慢。此外，還可改變值來觀察系統響應情況。通過畫面演示，學生易于理解參數變化對系統響應的影響。

2.2 控制系統的根軌跡分析

根軌跡法是一種圖解法，直接由開環零極點的位置信息確定閉環極點隨某一參數變化的軌跡，由根軌跡圖可直觀地看到參數變化對系統性能的影響。授課時若能借助Matlab繪制根軌跡圖，能夠高效地完成教學內容。

單位反饋系統的開環傳遞函數為（） = ，繪制系統的根軌跡圖。

編制matlab程序如下：

運行程序，結果如圖4所示。

從圖4中可以看出，原系統穩定，增加開環極點 = -1后，隨著K值增大，系統會變得不穩定；若增加 = 0，則系統變為結構不穩定，提醒學生在進行系統設計時，利用增加系統型別來改善穩態精度，要綜合考慮是否改變了系統的穩定性；若增加開環零點 = -1，則根軌跡全部落在負實軸上，說明系統為過阻尼狀態，其階躍響應無超調。

2.3 控制系統的頻域分析

頻率法也是一種圖解法，頻率特性圖根據采用的坐標系分為奈氏圖、伯德圖等。通常，利用奈氏圖分析閉環系統的穩定性較方便；而分析典型環節的參數變化對系統性能的影響，則伯德圖最為直觀。利用Matlab，可以快速地繪制系統的頻率特性圖。

單位負反饋系統的開環傳遞函數為（） = ，繪制系統的伯德圖和奈氏圖。

編制matlab程序如下

從圖5看出，奈氏曲線不包圍（-1，0）點，閉環系統是穩定的。利用bode命令也可以繪制伯德圖，區別在于margin命令在繪圖的同時還可以計算出相位裕度和增益欲度。

3 結論

利用Matlab進行自動控制原理課程的交互式演示教學，在教學實踐中取得了較好的教學效果。第一，通過計算機仿真，使學生獲得直觀的感受，激發學生的學習興趣。第二，在軟件中修改各種參數和仿真驗證，利于對比式教學，使理論講解更加清晰。第三，學生對Matlab軟件學以致用，為后續課程打下良好的基礎。總之，引入基于Matlab的計算機仿真技術，為自動控制原理教學帶來了極大的便利性和靈活性，很好地輔助了教學過程。

湖北汽車工業學院教研項目：自動控制原理與計算機仿真技術的教學整合JX201411，自動控制原理校級精品課程建設

參考文獻

篇8

關鍵詞：計算機實用技術；油田生產；虛擬環境；仿真系統

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599　（2012）　18-0000-02

1 簡析計算機虛擬現實技術

近幾年來，計算機技術取得了不斷的突破與發展，基于計算機實用技術也逐漸發展起來，為油田的生產與建設提供了又一項技術支持和保障。虛擬現實技術又被稱為靈境技術，以沉浸性、交互性和構想性為基本特征的計算機高級人機界面。其最重要的兩個特征是系統的軟硬件環境交互性及沉浸感。它綜合利用了計算機圖形學、仿真技術、多媒體技術、人工智能技術、計算機網絡技術、多傳感器技術等，來模擬人的視覺、聽覺等感官系統，使人沉浸在計算機生成的虛擬環境里，通過語言、肢體語等方式進行實時交互，來創造一種適人化的多維信息空間。

虛擬現實技術利用三維圖形生成技術、多傳感交互技術以及高分辨率顯示技術等技術手段的結合生成了三維逼真的虛擬環境，用戶需要通過特殊的交互設備就可以進入虛擬環境中。虛擬現實技術能夠生成虛擬境界的圖形工作站。近年來，虛擬現實技術已普遍應用于工業、建筑領域、教育培訓。文化娛樂、能源生產等方面。根據目前虛擬現實的傾向特征，可將虛擬現實系統劃分桌面級的虛擬現實、增強現實性的虛擬現實、投入的虛擬現實和網絡分布式虛擬現實。虛擬現實技術的主要特征有：多感知性、浸沒感、構想性。構成虛擬現實技術的關鍵技術有環境建模技術、立體聲合成和立體顯示技術、觸覺反饋技術、交互技術和系統集成技術等。而一個完整的虛擬現實系統不僅包括虛擬環境，也包括以高性能計算機為核心的虛擬環境處理器、以頭盔顯示器為核心的視覺系統、以語音識別、聲音合成與聲音定位為核心的聽覺系統、以方位跟蹤器、數據手套和數據衣為主體的身體方位姿態跟蹤設備和以味覺、嗅覺、觸覺與力覺反饋系統等設備技術組成。

2 簡析計算機實用技術的油田生產仿真系統的設計

計算機的仿真技術和仿真系統的內涵比較廣，其應用的范圍還有待擴大。而計算機實用技術的重要組成部分虛擬現實技術在工業、商業、科技開發、軍事、教育、醫療等各個領域。接下來就以計算機虛擬現實技術在油田生產仿真系統設計中的應用為例，做以簡要的分析，旨在了解計算機虛擬技術的相關知識和油田生產仿真系統的設計方案與原理，了解科技在實際生產中的作用與價值，掌握相關的科技服務于生產與建設，創造更多的社會財富，解決生產中能源供需矛盾，提高作業人員的實際操作水平和相關的素質與技能，保證生產的安全、順利進行。

虛擬現實技術應用在油田生產中，對安全操作等培訓工作起到了一定的作用。而設計并開發基于桌面系統的油田安全操作的仿真系統，有助于提高油田的生產效率和管理水平。虛擬現實技術通過建立逼真的虛擬環境，利用各種高檔工作站、高性能圖形加速卡和交互設備，通過聲音、力與觸覺等方式，并且有效地屏蔽周圍現實環境，使參與者完全投入到虛擬世界中，用以提高作業人員的相關職業技能和實際的操作水平，積累相關的現場實踐經驗。

同時將基于虛擬現實技術上的仿真技術，在油田注水生產中也有較大的作用與價值，隨著油田生產進入中、高含水期，注水量逐漸的增加，注水的能耗尤其是電能的消耗越來越嚴重，使得油田注水系統的運行及其復雜，井下壓裂測試、鉆關井、洗井問題及其注水裝置設備的維護、管網的改造等問題僅依靠作業人員的傳統經驗是無法有效解決的，但若在油田注水生產過程使用仿真系統ISPPS的設計，以系統基本水力元件數學模型為基礎，應用節點方程模型建立系統仿真模型，對現有的注水系統的運行狀態及情況進行定性分析。通過利用仿真設計對現實系統的某層次的抽象屬性進行系統設計與模仿，利用相關系統設計的模型進行試驗與分析，得到可靠、準確的信息。油田生產借助計算機仿真技術系統設計模型、三維數字化系統及虛擬現實技術來構建能源安全作業虛擬仿真訓練系統，為多人在線交互式訓練提供了條件，通過封閉式的演示、指導操作、開放式自由操作等培訓模式，有利于開發能源安全作業虛擬仿真訓練系統，有效解決能源安全作業培訓成本、安全和效率問題。在三維仿真信息化系統內可對設備管理、管線管理、安全應急等演練，構建作業區三維環境。

3 簡析計算機仿真技術的現狀和未來發展的方向

計算機仿真技術的發展與科技力量的推動作用是密不可分的。自上世紀70年代初開始，數字模擬混合計算機仿真得以發展，70年代末，普及和推廣了各種類型的專用和通用計算機仿真技術，90年代對交互式仿真和虛擬仿真進行研究，并取得了一定的科研成效。之后，隨著科技和系統過程的發展，計算機仿真技術已日趨成熟，擴展到生產與建設的各個領域，為經濟的發展和社會生產建設提供了技術保證和科技支持。未來的計算機應用技術的油田生產仿真系統的設計還有很大的發展空間與發展潛力，明確其發展方向，有助于進行相關的科研和發揮在實際中的應用價值。隨著計算機應用技術與網絡技術的發展，未來的仿真技術將向仿真技術網絡化與虛擬制造的方向發展，其發展潛力有待進一步開發與完善。

參考文獻：

篇9

關鍵詞 計算機仿真技術；疏散；高校體育館

中圖分類號TP39 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）94-0194-02

當今世界，自然災害頻繁發生，導致人們的財產甚至生命安全都受到了威脅。作為人群密集的地方，學校常常是災害發生時損害最嚴重的地方，不僅僅威脅到學校、師生的財產安全，最重要的則是威脅到師生的生命安全。高校體育館是學生經常去的場所，作為公共地方，在體育館模擬人員疏散計算機仿真技術是不可避免的。

隨著科學技術的進步，計算機的快速發展，計算機仿真技術也在不斷提高，用計算機仿真技術來模擬自然災害的發生，對在疏散的過程中出現的各種問題進行分析、研究是正當可行的。

計算機仿真是對參與系統控制的人的思維的過程和行為進行動態性比較逼真的模擬。在某一過程中，用一系列有目的的計算機仿真實驗來刻畫系統的特征，得出數量指標。

1目前高校體育館內的狀況

我們在建立仿真系統時，必須要考慮高校體育館的實際情況。體育館容量大，可以容納大量的觀眾，也存在著大量的座椅。在面對突發而來的災害時，通道場口的狹小、大量的桌椅、學生的眾多都可以成為人員在逃生時所遇到的種種阻力。

在有些地區極易發生的災害是地震，而在有些地區高校不僅容易遭受地震的危害，也極易發生火災和極少發生的恐怖襲擊。通常在這些災害發生時，會造成人群混亂。而在進行人員疏散時，由于出場口的狹小擁擠會發生人員踐踏的情況，造成人員傷亡。這些事故的發生，都是由于學生的意識思維、行為方式產生的。

我們可以先假設某一高校體育館占地面積為6000平方米，比賽大廳為40×50，學生的比賽場地為22×42，共有座椅3000個，可以進行活動的座椅有480個，而學校的體育館只有東西兩個門。

假設在有疏導的情況下學生逃生，需要穿過的通道為100米，假設每個人穿過座椅最長時間為3分鐘，那么每個人需要逃離的時間是4分鐘左右，每個通道口人員之間疏散所間隔的時間只是1秒至5秒之間。

學生在沒有疏散引導的情況下，大部分都朝距離自己最近的門口沖去，從而造成門口擁擠等情況。由于學生的求生欲望強烈，會造成相互擠攘的情況，極易形成學生互相踐踏造成傷亡事故，而他們所逃離的時間需要9min左右，他們之間所間隔的時間是20s～30s。

上述可以證明，有計劃的疏導學生逃離是具有較大生存機會的。但是，在仿真疏散中，高校體育館疏散的困難主要有：1）在高校體育館中，體育館的占地面積大，學生所需要逃離的道路是比較長的；2）在路徑長的體育館中，學生疏散到體育館場口也需要很長的時間；3）高校體育館內，學生數量眾多。導致學生在疏散的過程中，在逃生意識的促使下，容易造成人員踐踏等混亂情況；4）在某些高校內，體育館出口少，有的僅僅可能只是兩個出口，而在面對著大量的學生，會使矛盾不斷出現；5）在體育館的過道中，靠近出口的過道在面對學生逃離時，是學生逃離的最主要的方向，由于面積的限制，沒有領導者有計劃的疏散，容易造成擁擠和踐踏事故。

2 學生在疏散情況下的行為

一般在發生緊急事故的情況下，學生的行為無非這樣幾種情況：

1）在發生災害時，有部分學生會發揮自己的聰明才智，發揮自己領導者的力量，幫助他人進行疏散，也會進行有計劃的疏散行為；

2）有的學生則是沒有面對過緊急情況的發生，在面對著緊急災害時，通常會表現得很慌張與害怕，然后采取不理智的行動；

3）有的學生則是會找尋自己的親人和朋友，營救他們；或者也為了自己的貴重財產而返回體育館場內；

4）在學生疏散的情況下，會出現盲目跟從的情況，認為人多的地方，就是更安全的地方，然后人群常常出現聚攏等行為。

3 計算機仿真的幾種形式

1）宏觀模擬形式

它的主要意思是將每個人看成一個整體，他們的行為都是相同的。在構造宏觀模擬情況下，這種模擬形式簡單，理論基礎上是容易的。但是在這種模式情況下，有一定的不科學性。每個人都有自己獨特的行為方式，在發生緊急情況下，每個人的行為是很難統一到一起的。這種模擬形式的實踐是很容易發生混亂的情況。

2）微觀模擬形式

它的主要表現形式是將每個人都看成是一個獨立存在的個體。將他們的行為方式、思維模式都描述出來。微觀模擬形式要表達出來是非常復雜的，對于計算機計算能力的水平也要得到相應提高。在體育館中，存在的學生量是非常大的。在進行微觀模擬的情況下，需要對千百個學生進行不同方式的模擬。他們所表達的行為方式的變化是連續不斷的，因此，面對著如此高的計算能力，計算機仿真技術還沒有達到，造成微觀模擬方式在目前還是僅限于科學研究中，暫時還不能投入使用。

3）還有一種模擬形式是介于宏觀模擬形式和微觀模擬形式之間，分別對整體和個體進行有計劃的策劃。

4對仿真疏散的建議

4.1在高校體育館疏散中注意的情況

1）在發生緊急情況下，要防止學生因為慌亂而在過道內不斷擁擠、推攘；

2）學生在疏散的過程中，應該要保證館內的疏散標志和館內的緊急廣播能夠保持正常暢通運作；

3）對于體育館內出現的一些特殊學生，應該要讓專門的同學護送他們出門，保證他們的生命安全；

4）體育館內，應該區分學生的疏散通道與救援人員通道，避免在混亂的情況下發生不必要的沖突。

計算機仿真技術與傳統的實物實驗相比，具有運行費用低、方便靈活以及無風險等優點。隨著計算機應用技術與網絡技術的發展，計算機仿真技術也在不斷發展。將計算機仿真技術運用到實際生活中是至關重要的。

頻繁發生的災害使師生、學校遭受到巨大的傷害，而對于災害的發生，師生的種種慌亂的行為都讓情況更加混亂。

面對著可靠、準確的運算結果，仿真技術的逼真都會對師生產生積極的影響，從而減少因慌亂而造成的不必要的狀況。

從上面的論述中可以得知高校對于計算機仿真技術的迫切希望，而計算機仿真技術中存在的問題也需要解決。

微觀模擬形式是最好的仿真，但是由于需要大量的計算能力，對于這一問題，首先解決的是計算機計算能力，采用計算性好的計算機語言編寫仿真系統，對于在模擬高校人員疏散中有著重要的意義。

人員疏散是一個非常復雜的問題，要考慮到種種突況。要想能夠準確、合理地模擬出體育館人員疏散的情況，是一項浩大的工程，這就需要科技人員對計算機仿真技術進行更加準確的研究，能夠讓它們在體育館里得到實際廣泛的應用。

6 結論

高校體育館人群疏散計算機仿真技術中還存在著顯而易見的缺陷，但是隨著科學技術的進步，科技人員對仿真技術的研究，計算機仿真技術能夠準確實際地運用到現實中是可行的。

安全疏散就是科學疏散。本文中利用計算機仿真技術模擬比較發現，對學生進行有目的疏散的時間比無目的疏散用的時間減少了許多，而在正確的疏散情況下，可以減少人員的恐慌，傷亡人數也可以相應減少。

在保持著疏散標志和緊急廣播的正常運行情況下，信息的數量就可以增多。信息發散得及時人群疏散的效率就會提高，人員得到安全的數量就會增多。

由于疏散情況中的不確定性和復雜性，以及人群的心理思維都會導致他們行為方式的混亂，因此需要計算機仿真技術能夠結合實際情況解決實際問題。

從上文中的論述可以看出高校體育館人群疏散計算機仿真技術中還存在著顯而易見的缺陷，但是隨著科學技術的進步，科技人員對仿真技術的研究，計算機仿真技術一定能得到完善并更廣泛地應用到生產生活之中。

參考文獻

[1]馬俊宏.高校體育館人員疏散仿真研究[J].山西電子技術，2010（15）：8-11.

篇10

【關鍵詞】淺論 中國水墨畫 基本藝術特征 計算機仿真 實現

隨著計算機圖形學技術的飛速發展，人們對于傳統的很多繪畫技術和繪畫效果都實現了很大程度上的模仿，通過利用計算機模擬技術，從而實現對傳統水墨畫的藝術效果的模仿，建立了專門用于模仿水墨畫效果的三維紙纖維模型，從而實現對中國傳統水墨畫效果的計算機仿真。使得我國傳統藝術變得更加的廣泛，更加的發展壯大。

1 中國水墨畫的基本藝術特征

中國水墨畫在我國歷史上是非常有名的一種藝術表現形式，隨著我國在長期的發展和演變過程中，不但形成了很多風格派系，而且技法繁多，再加上很多詩畫創作者在進行繪畫的過程中，添加了很多自然和隨意的感性因素存在，使得這種隨意揮灑的藝術形式很難被模仿，尤其是要想實現計算機系統定量的技術融合更是難上加難，這就需要我們深入的研究水墨畫繪畫材料的特征和相互作用。進而從繁多的技法中抽取體現中國水墨畫特征的典型藝術效果。

我國水墨畫中最常用的就是文房四寶，筆墨紙硯。我國古代藝術家就是利用這基本的四種工具完成了享譽世界的水墨畫創作。其中筆和紙是最主要的兩種材料，通過紙的擴散作用，可以形成具有獨特風格的藝術效果。下面簡單對中國水墨畫的基本藝術特征進行簡要分析。

1.1 毛筆的特征和分類

我國毛筆出現大約有2000多年的歷史了，我國毛筆使用過程中最注重的就是筆鋒特點，毛筆筆鋒呈現楔形，有很尖銳的筆尖，落筆時會出現一些特殊的筆觸，而西洋畫筆畫出來的就是刷形。

我國水墨畫在繪制過程中，通過選用毛筆的大小來控制水墨畫中的粗細不均勻的畫筆，其筆毛的原料質地直接影響著筆跡的形狀參數，下面簡單對其加以分類。

1.2 筆法歸納

在我國水墨畫的繪制過程中，筆法是一個非常重要的特色，比如出現了中鋒、逆鋒、側鋒等，其中光皴法就有很多種，在藝術家眼中，這些筆法不但差別很大，而且彼此之間都是獨立的。為了便于粒子系統算法模型對毛筆進行仿真模擬，必須要對中國水墨畫的筆法特征進行詳細的了解，進一步將其進行歸納，從而將這種具有藝術特色的筆法形成定量的計算機模擬筆法，在計算機模擬系統中主要將其歸類為中鋒和側鋒，而其他的一些筆法也都是由這兩種筆法演變而來的，因此在計算機模擬系統中，最主要的就是掌握這兩種筆法特征。

中鋒，在運筆的過程中，筆尖在筆跡的正中間，結合用筆的力度、速度和走勢等，將中鋒筆跡進行托鋒和逆鋒。側鋒，在運筆的過程中，筆尖在筆跡的一側，結合用筆的速度、力度、粒子數量多少、生命值長短，將側鋒用筆演化成各種筆法。

1.3 紙的分類

我國水墨畫在選用紙張的過程中，紙張有“洇”的效果，這是最能夠體現我國水墨畫水墨味道的，紙模型的合理建立將是我國水墨畫仿真研究的關鍵點，下面就需要對我國水墨畫使用宣紙進行了解，我國的宣紙從配料上來說，主要就是分為棉料、凈皮、特凈皮三種，從厚度上劃分又分為單宣、二層貢、三層貢等，總之紙的分類不同，可以呈現出幾十種不同的分類標準和分類方法。最常見的就是宣紙和元書紙，這兩種的繪畫效果比較特殊。宣紙的繪畫效果比較平滑，呈現橢球形，而元書紙的繪畫效果更加的具有凸性，看上去是雜亂無章，但是卻又有特色的藝術繪畫效果。

1.4 中國水墨畫動態特性

中國水墨畫的特點是具有擴散和滲透現象的，由于水墨畫繪畫材料的特殊性，它還具有潛在的深化作用，因此在繪畫過程中，水墨畫會呈現出和水彩畫完全不同的兩種滲化和擴散效果，可以看到一個非常明顯的動態過程。水墨畫在擴散過程中，不但會擴散到筆跡的外面，同時還會由于滲化作用而留下清晰的擴散紋理。另外，水彩畫是顏料和水在紙表面上混合、沉淀形成的。這就是因為水墨畫在繪畫過程中，在紙張上出現了滲化效果。

2 水墨畫的計算機仿真

我國水墨畫在繪畫過程中，形態各異，繪畫過程中也體現了很大的隨意性，因此要想實現對水墨畫藝術效果的計算機仿真，我們就必須清楚地了解水墨畫在繪畫過程中出現的滲化和擴散現象，充分的分析其滲化和擴散的原理以及擴散的路徑，從而才能夠對其進行有效的歸類，從而實現水墨畫的計算機仿真。

在計算機模擬過程中，就是將作畫用的紙看成是―個具有相同大小、可以包含若干水墨粒子的相互連通單元構成的三維矩陣，通過一系列的仿真模擬，從而達到水墨畫的藝術效果。

下面筆者簡單對流體仿真模型進行分析。

2.1 紙纖維細胞

紙纖維細胞是具有一定的吸水力和容量的單元，每個單元都可以包含若干的水墨粒子和各種參數屬性，而水墨粒子也是可以包含很多屬性信息的水墨單元。每一個紙纖維細胞都包含了大量的屬性信息，比如自身的容量、當時的吸水力等，紙纖維細胞就是在計算機模擬水墨畫藝術效果中最小的計算單元。

對于給定的輸入筆跡，可以將其看成是具有特定屬性水墨粒子的粒子源，根據用戶需求，從而確定不同的粒子類型。在仿真水墨畫的過程中，我們可以發現，在紙纖維細胞下面都有很多的水墨粒子，而在單位時間內出現的粒子數量則是由筆跡決定的，當然也就是和筆跡的粗細、濃淡等有關。

2.2 三維紙纖維模型

這個模型其實簡單的說就是將其作為紙纖維細胞組成的三維矩陣，每一個紙纖維細胞都可以和周圍上下左右的其他四個紙纖維細胞進行交換水墨粒子，當然由于是三維模型，那么如果上層的紙纖維細胞的水墨粒子重力比較大時，也會傳遞給下層的紙纖維細胞。

2.3 水流推進引擎

這種推進引擎就是用來控制水墨粒子和紙模型以及周圍環境之間的相互作用所形成的作用規則和技巧。這種技術用來描寫真實的水墨畫繪畫過程中，粒子的擴散過程，通過不斷地對紙纖維細胞中所包含的粒子的屬性進行探究，從而不斷地模擬其繪畫過程中的擴散情況，這種水流推進引擎就可以相對較好地實現對細胞功能的查看，看是否有相鄰的粒子之間發生粒子流動。

3 在筆跡中加入紙紋理

下面筆者簡單從兩方面對筆跡中加入紙紋理來進行介紹。第一，計算機模擬技術在應用實施過程中，將紙紋理和經過流體仿真模型計算所得的結果進行圖像疊加，形成最終的具有較好藝術效果的水墨畫。這種做法是比較簡單的，最終的水墨畫顯示結果中，紋理也是非常明顯的。這種方法可以用來產生特殊的水墨藝術效果。第二，在對紙纖維細胞初始化過程中，就將紙紋理加進去，具體做法就是將紋理的顏色信息轉換成相應的水墨粒子，然后再將其和正常方式下初始化的紙纖維細胞中的水墨粒子進行充分疊加，從而形成了計算機模擬系統中紙張的紋理出現。

在計算機仿真實現的過程中，通過將紙紋理加入，從而形成更加具有特色的藝術效果，同時也會發現紙紋理初始化過程中，使得經過流體仿真模型計算得到的擴散紋理的邊界參差不齊，從而看上去更加的具有中國水墨畫的藝術特征和藝術效果。

結語

中國水墨畫在長期的發展過程中，更加具有藝術特性和藝術效果，在進行計算機仿真模擬的過程中，我們會發現水墨畫的筆跡、紙張、水墨粒子等方面都存在很多的特點，而要對其進行量化的模擬實現仍然是比較難的，雖然當前我國的很多計算機仿真模擬系統或者是仿真模擬軟件都已經實現了很大程度上的模擬，但是我們要想更好地將中國水墨畫的藝術特質和藝術效果進行充分的模擬仍然有待于技術的進一步發展和提高。

參考文獻

[1]齊亞峰，孫濟洲，商毅.中國水墨畫的基本藝術特征及其計算機仿真實現[J].中國圖象圖形學報，2003，08（05）：562-566.