計算機模擬仿真技術范文
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導語:如何才能寫好一篇計算機模擬仿真技術,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
DYTS60系列是煙臺北極星表業有限公司開發、生產的多功能、大三針指示系列石英電子手表機心,附有日歷、周歷、月歷、二十四小時、日月星辰指示功能,性價比高。眾所周知,產品質量的好壞直接決定市場的接納認可程度,而該系列機心雖然自2006年投放市場以來,幾經優化、多次改進,客戶滿意度、一次裝配合格率已逐年提高(圖1),但時輪打齒、周歷慢爬停表的問題仍沒有完全解決。本著精益求精的態度,北極星表業公司技術質量管理部運用計算機模擬仿真技術,查找出造成時輪打齒、周歷慢爬停表等問題的主要因素,并進行改進,提高了DYTS60系列手表機心的質量。
現狀分析
2009年3月―9月,我們從客戶退回的不良機心中,隨機抽取了106只進行全面的質量分析和問題歸類,對機心問題進行了統計,并制作了不良機心問題原因排列圖 ( 圖2 )。
確立目標
根據以上抽樣分析和分類統計,結合實際情況,我們制定了“DYTS60系列機心一次裝配合格率達到96%”的預期目標。
根據現狀分析,不難發現時輪打齒、周歷慢爬停表占不良率的56.60%,是主要問題。只要能夠解決這兩個問題,就可以實現預期目標;而且通過解決“周歷慢爬停表”問題,同時可以解決不良率占8%的分輪脫片問題,從而進一步促進目標的實現。
什么是時輪打齒?
時輪打齒是指手表在正常運轉過程中,每天周歷完成自動撥歷的整個過程需要3~5個小時,當周歷進入自動撥歷時,如強行按動周歷快撥按鈕,使周歷撥歷機構快速撥動,在周歷撥動機構沒有與傳動系統脫離的情況下,迫使手表的傳動系統產生逆向運動,破壞了原有的運動規律,對時輪齒造成損傷。這是周歷快撥操作不當造成的。因此,在周歷進入自動撥歷這段時間里,是不允許對周歷進行快撥的,在產品說明書上一并給出了相應的提示說明。
什么是周歷慢爬停表?
周歷慢爬停表是周歷進入自動撥歷狀態,周歷撥頭帶動周歷輪旋轉,在周歷輪向外推動周歷快撥桿進行“爬坡”運動的過程中,出現周歷失靈的現象。
什么是分輪脫片?
分輪脫片是指由于傳動力矩過大或者本身摩擦力矩不足,造成分輪片不能隨著分輪齒軸同步轉動,喪失了傳動能力的現象。
通過演示看出:當機心周歷進入自動撥歷后,快撥周歷,傳動輪上的小撥頭越過周歷撥頭保險間隙,越位28°( 見圖5 ),帶動傳動輪、時輪發生逆向轉動。由于時輪材料比跨輪材料硬度低,因此,時輪被正常傳動的跨輪破壞,造成時輪打齒。
為進一步確認周歷慢爬停表的原因,我們繼續運用計算機仿真模擬手段,對周歷輪與周歷撥頭相嚙合的過程進行傳動控制演示,觀察周歷輪與周歷撥頭整個過程存在的問題。結果顯示:周歷慢爬停表的機心,周歷輪與周歷撥頭,基本停在如圖 ( 見圖6 ) 所示位置,并發現兩輪在此處形成共軛直線接觸,極易形成傳動“死點”,此點數據顯示傳輸力矩變大,對齒輪的傳動造成影響。這也是造成“分輪脫片”的主要原因之一。
可見,時輪打齒、周歷慢爬停表以及分輪脫片的部分問題主要由以下因素造成:① 周歷快撥操作不當;② 周歷撥頭保險間隙小;③ 齒輪嚙合面較大 。
對策實施
通過分析三個主要原因,發現時輪打齒、周歷慢爬停表以及分輪脫片的部分原因都是由周歷撥頭這個零件在設計上和控制上存在缺陷造成的;只要對該零件進行技術改進,相關問題就迎刃而解了。為此,經過部門成員共同討論,結合“分析、計算、設計、繪圖、仿真、試制、驗證”的原則,制定了以下對策:
實施一:改進周歷撥頭齒形
1.根據計時儀器齒輪設計原理及要求,結合相嚙合的周歷輪齒形特點,重新計算了周歷撥頭的齒形數據。
2.繪制了周歷撥頭齒形圖 ( 見圖7 ) 。
3.在計算機中,模擬仿真了整個周歷輪與周歷撥頭嚙合傳動的全過程。
通過仿真驗證,發現兩輪接觸方式變為完全點接觸,消除了死點的存在,從理論上講,消除了周歷慢爬停表的情況,減少了傳動中所需的傳輸力矩,降低了分輪脫片的概率。
實施二:改進周歷撥頭保險間隙
1.根據原因分析中,發現小撥頭越位28°的實際情況,將保險間隙增加到35°。
2.繪制了周歷撥頭零件圖紙 ( 見圖8 ) ,并確定了零件全部相關尺寸和公差要求。編寫及下發試制工藝單,組織進行小批量生產試制,裝配出1000只試制樣品機心。
3. 通過跟蹤,試制樣品符合產品新設計要求,符合進一步驗證的要求。
實施三:驗證快撥周歷無需限時
組織對新試制的1000只樣品機心按照相關操作規定,在全時段特別是周歷進入自動撥歷階段進行快撥周歷操作,均沒有出現時輪打齒的現象,時輪打齒問題徹底解決。驗證成功。
按照國家標準 ( GB/T 6044―2005 ) 的規定,對新試制的1000只樣品機心全部進行出廠合格檢查,結果符合國家標準要求,走時質量好,換歷可靠,沒有機心在周歷慢爬時出現停表情況。試制成功,可以投入批量生產。
效果檢查
運用計算機模擬仿真技術,徹底解決了DYTS60系列機心的時輪打齒、周歷慢爬停表兩個問題,通過半年來市場營銷部反饋的數據來看,實現了預期目標 ( 見圖9 ) 。
DYTS60系列機心質量的提高,擴大了市場對該系列產品的接納程度,為此,公司于2010年以DYTS60系列機心為基礎開發出DYT211CG時裝成品表,更好的滿足了客戶的需求。
篇2
計算機仿真技術是指利用計算機科學和技術的成果建立被仿真的系統的模型,并在某些實驗條件下對模型進行動態實驗的一門綜合性技術。它具有高效、安全、受環境條件約束較少、可改變時間比例尺等優點,已成為分析、設計、運行、評價、培訓系統的重要工具。水利工程是一項施工周期長,施工復雜的系統工程。它包含了工程主體施工、臨時擋泄水工程施工以及水位變化和潮汐的影響等,水利工程的施工質量受自然原因和人為原因的雙重影響,所以為保障工程的質量,在施工過程中必須對各種因素的不確定性和周密性予以嚴格的控制。傳統的多采用設計藍圖對施工進行把握,然而二維圖形不夠直觀,對施工的全過程很難從整體上加以把握。隨著科學技術的不斷發展完善,計算機仿真技術開始在水利工程施工領域加以運用。主要分析了計算機仿真技術在水利施工中的應用,希望對計算機仿真技術的應用有所幫助。
2計算機仿真技術的優點及實現過程
2.1計算機仿真技術的優點
第一,節省時間。計算機仿真技術以其智能化的手段可以對多種施工方案進行快速的比較,可以準確快速的選擇出最優施工方案。通過施工方案的選擇,可以就施工的不同階段所做的準備工作加以分析研究,針對一些潛在的問題,可以提前采取措施加以規避。第二,成本低。計算機模擬是一種虛擬的模擬技術,不需要通過真實的原型試驗只需要通過相關模擬軟件的開發與應用便可以對就相關的數據得出結論,而且可以反復的進行試驗,對不同的方案加以論證。與原型試驗投入成本相比,計算機仿真技術軟件開發與使用的費用要低得多。第三,可靠性高。與人工排塊不同,計算機仿真技術的應用以系統模型的正確以及軟件編制的正確性為前提,計算機施工仿真模擬通過軟件進行模擬,減少了人工排塊過程中因人為因素所造成的失誤。第四,實用性強。計算機仿真技術的應用面比較廣,一般情況模型只要是采用數學加以描述的,其系統的行為就可以通過運用計算機來模擬,并可以準確的把握系統未來的發展趨勢,估計剩余使用壽命等,隨著科技的不斷發展,計算機仿真技術將被運用到更多的領域。
2.2計算機仿真技術的實現
計算機仿真技術是在數學理論的基礎之上發展起來的一門試驗科學。作為一項實用技術,并不能對客觀具體事物進行直接處理,計算機模擬技術的應用需要以數學模型的建立才能作為能反映研究對象本質的關鍵技術。計算機仿真技術的實現是確定研究對象后,針對研究對象建立數學模型,并通過計算機對數學模型的仿真計算最終得到仿真結果的。第一步,建立模型。在進行仿真前要根據研究對象和研究目的的不同,抽象出一個確定的系統,并就系統的邊界和約束條件加以限定,采用力學、數學和其它相關知識將抽象出來的系統用數學表達式描述出來,形成“數學建模”。系統的數學模型,在研究目的不同的情況下可以劃分為:靜態模型、動態模型、離散時間動態模型和混合時間動態模型。模型準確與否影響著仿真結果是否能反映實際。第二步,輸入模型。模型的輸入即是對上一步所建立的數學表達式結合軟件不同特點輸入為計算機能夠處理的形式,這種形式所表現的內容,即是所謂的“仿真模型”。這個模型是進行計算機仿真的關鍵。當然實現這一過程,也可以自行開發一個新的軟件。第三步,模型的仿真計算。所謂模型的仿真計算是指在計算機中載入上一步獲得的仿真模型,在事先設計的實驗方案內進行仿真計算。第四步,評估仿真結果。對一個系統的狀況從整體上加以把握是仿真的目的所在。系統運行信息是仿真的結果,仿真的研究目的在于對所獲取的信息進行分析進行評估和認識,并將仿真結果運用到施工實踐當中。
3計算機仿真技術在水利施工中的應用實例
3.1工程概況
某大型水電站混凝土拱壩壩高178m,混凝土澆筑量可達485萬m3,混凝土澆筑施工工藝復雜、施工難度高。如何有效、高質量、快速地組織大壩混凝土施工,合理安排澆筑順序,對于整個工程的進度和質量都有至關重要的影響。為了直觀反映該工程進度,借助于三維建模技術,對該工程施工過程進行仿真研究。
3.2三維建模
根據設計結果,提取混凝土拱壩的相關數據,首先用Auto-CAD工具建立三維網格模型,盡量真實地體現圖形實體對象與仿真變量間的對應關系。利用系統實體CAD圖形建模,目的是為了定義系統實體的形狀、結構及其他相關信息。仿真的目的是觀察大壩的澆筑施工狀態隨時間的動態變化,以便于及時掌握系統模型的基本特性,找出仿真系統的最佳設計參數,據此對真實大壩的設計結果進行改善或優化。可通過對數據庫中工程各澆筑塊數據的統計、計算,在已建的三維模型中描繪出各控制階段的筑壩進度面貌,直觀地再現大壩的概貌。
3.3施工過程模擬
模擬工作的主要思路就是安排各臺纜機所負責的澆筑塊的日程計劃。在壩型,尺寸及分縫一定的情況下,在某個給定的機械配置方案條件下,可根據各種限制及約束條件,找到某種適宜的分塊澆筑順序和最緊湊的工期。因此,在模擬中采取在給定的澆筑方案和機械配置情況下,按照滿足施工中各種約束限制條件的要求安排壩塊的澆筑順序,算出各壩塊澆筑施工進程,從而計算出所需的大壩工期。如果改變澆筑方案,可進行類似的模擬和計算,從而得到各種不同澆筑方案的結果。然后通過綜合比較,選出較優的方案。本文對4臺纜機和三臺纜機方案進行比較,實施仿真中考慮了以下約束條件:每一注塊能否澆筑的時間約束、相鄰注塊的允許高差、相鄰注塊的拆模限制、纜機工作范圍的限制、相鄰纜機工作干擾限制、氣溫條件對澆筑的影響、突發事件對澆筑的影響限值和其他可能的約束限制等約束條件。如對于分壩段而且分倉澆筑的重力壩,在其下游倉快達到壩頂時,可能存在并峰問題,這時可能同一壩段的兩個倉位在到達并峰高程后,要相互等待。或者對于混凝土拱壩,有的跨壩段孔洞需要安裝鋼襯,同樣存在需要相互等待到達同一高程的問題等等。
篇3
關鍵詞:系統仿真設計
一、系統仿真技術
所謂仿真就是建立系統的模型(數學模型、物理效應模型或數學-物理效應模型),并在模型上進行實驗和研究一個存在的或設計中的系統。這里的系統包括技術系統,如土木、機械、電子、水力、聲學、熱學等,也包括社會、經濟、生態、生物和管理系統等非技術系統。仿真技術的實質也就是進行建模、實驗。現代仿真技術的發展是與控制工程、系統工程及計算機技術的發展密切相關聯的。控制工程和系統工程的發展促進了仿真技術的廣泛應用,而計算機出現及計算技術的迅猛發展,則為仿真提供了強有力的手段和工具。因此,計算機仿真在仿真中占有越來越重要的地位。
仿真技術得以發展的主要原因是它帶來了重大的社會和經濟效益。系統仿真的應用大致可分為:對已有系統進行分析時采用仿真技術;對尚未有的系統進行設計時采用仿真技術;在系統運行時,利用仿真模型作為觀測器,給用戶提供有關系統過去的、現在的、甚至是未來的信息,以便用戶實時作出正確的決策;
在系統運行前,利用仿真模型作為預測器,向用戶提供系統運行起來后,可能產生什么現象,以便用戶修訂計劃或決策;利用仿真模型作為訓練器,訓練系統操縱人員或管理人員。在工程領域仿真技術可以降低系統的研制成本,可以提高系統實驗、調試和訓練過程的安全。
一般認為,建立模型是仿真的第一步,也是十分重要的一步。傳統仿真技術中,一個仿真系統要首先建立起系統的數學模型--一次仿真模型,然后再改寫成適合計算機處理的形式-仿真模型。仿真模型可以說是系統二次近似模型。建立起仿真模型后,才能書寫相應的程序。
仿真基本上是一種通過實驗來求解的技術。通過仿真實驗要了解系統中各變量之間的關系,要觀察系統模型變量變化的全過程,此外,為了對仿真模型進行深入研究和結果優化,還必須進行多次運行,系統優化等工作,因此,良好的人機交互性是系統仿真的一個重要特性。
二、虛擬現實技術
虛擬現實技術是二十世紀末才興起的一門嶄新的綜合性信息技術,是由計算機硬件、軟件以及各種傳感器構成的三維信息的人工環境--虛擬環境,用戶投入這種環境中,就可與之交互作用、相互影響。它融合了數字圖像處理、計算機圖形學、多媒體技術、傳感器技術等多個信息技術分支,從而也大大推進了計算機技術的發展。目前,虛擬現實技術已在建筑、教育培訓、醫療、軍事模擬、科學和金融可視化等方面獲得了應用,漸已成為21世紀廣泛應用的一種新技術。
虛擬現實是高度發展的計算機技術在各種領域的應用過程中的結晶和反映,它具有以下主要特征:
(1)依托學科的高度綜合化;
(2)人的臨場化;
(3)系統或環境的大規模集成化;
(4)數據表示的多樣化和標準化,數據存儲的大容量、數據傳輸的高速化與數據處理的分布式和并行化。正是這些特征,使操作者沉浸其中,并通過多種媒體對感官的刺激,對所需解決的問題有了清晰和直觀的認識,從而,也使模型的建立和驗證更加方便。
三、系統仿真技術與虛擬現實技術的結合
傳統的系統仿真技術很少研究人的感知模型的仿真,因而無法模擬人對外界環境的感知(聽覺、視覺、觸覺)隨著多媒體技術、計算機動畫、傳感技術的發展,計算機模擬外界環境對人的感官刺激開始成為可能。事實證明,人類對于圖像、聲音等感官信息的理解能力遠遠大于數字和文字等抽象信息的理解能力。將仿真技術與虛擬現實技術相結合,利用虛擬現實技術進行仿真模型的建立和實驗的模擬,使仿真的過程和結果可以實現圖象化、可視化,使仿真的系統具有了三維、實時交互、屬性提取等特征,極大地促進了仿真技術的發展,同時也使虛擬現實技術更加具有生命力。
四、仿真與虛擬現實技術在結構工程中的應用
仿真與虛擬現實技術近年來在機械、電子、水利、社會、經濟、生態、生物等各個領域都得到了廣泛的應用。
在結構工程中,仿真與虛擬現實技術已經應用于如下幾個方面:
1.在工程結構分析中的應用
工程結構在各種荷載作用下的反應,其破壞特征和極限承載力是人們所關心的。當結構形式特殊,荷載及材料特性復雜時,人們往往求助于模型試驗來測定其受力性能,但模型試驗往往受到場地和設備的限制,只能做小比例模型試驗,難以完全反映結構的實際情況。若用仿真與虛擬現實技術,則可以進行足尺寸的試驗,還可以很方便地修改參數。此外,有些結構難于進行直接試驗,用計算機模擬仿真就更能體現出優越性,如建筑物及構筑物在地震作用下的倒塌分析,橋梁受到汽車高速碰撞的檢驗試驗等只有采用仿真與虛擬現實技術,分析才能大量進行。又如在高速荷載作用下,結構反應很快,人們在真實試驗中只能觀察到最終結果,而不能觀察試驗的全過程。如果采用計算機模擬仿真試驗,則可觀察其破壞的全過程,便于破壞機理的研究。對于長期的徐變過程則可在模擬中加快其變化過程,讓人們清楚地看到其過程。在運用傳統的有限元法進行結構分析時,結構應力的結果通常采用內力圖等力線的形式描繪出來,給人以直觀的印象。利用仿真與虛擬現實技術則可以通過顏色的深淺給出三維物體中各點力的大小,用不同顏色表示出不同的等力面;也可以任意變換角度,從任何點去觀察。還可以利用VR的交互性能,實時修改各種數據,以便對各種方案及結果進行比較。這樣就使工程師的思維更加形象化,概念更易于理解。
2.在巖土工程中的應用
巖土工程處于地下,往往難于直接觀察,而仿真與虛擬現實技術則可把內部過程展現出來,有很大實用價值。例如,地下工程開挖經常會塌方冒項。根據地質勘察,我們可以知道斷層、裂隙和節理的走向密度,通過小型試驗,可以確定巖體本身的力學性能及巖體夾層界面的力學特性、強度條件,并存入計算機中。
在數值模型中,除了有限元方法外,還可采用分離單元。分離單元在平衡狀態下的性能與有限元相仿,而當它失去平衡時,則在外力和重力作用下產生運動直到獲得新的平衡為止。分析地下工程的圍巖結構,邊坡穩定等問題時,可以把節理斷層劃分為許多離散單元。這一過程可以在顯示器和大型屏幕上顯示出來,最終可以看到塌方的區域及范圍,這就為支護設計提供了可靠依據。
3.防災工程中的應用
長期以來,人類一直與洪水、火災、地震等自然災害進行著堅持不懈的斗爭。由于自然災害的原型重復實驗幾乎是不可能的,因而仿真與虛擬現實技術在這一領域的應用就更有意義。目前已有不少抗災、防災的模擬仿真系統制作成功,例如洪水泛濫淹沒區的洪水發展過程演示系統。該系統預先存儲了泛濫區的地形地貌和地物,有高程數據可確定等高線,只要輸入洪水標準(如百年一遇的洪水)及預定河堤決口位置,計算機就可根據水量、流速區域面積及高程數據算出不同時刻的淹沒地區,并在顯示器和大型屏幕上顯示出來。人們從屏幕上可以看到水勢從低處向高處逐漸淹沒的過程,這樣對防洪規劃以及遭遇洪水時指導人員疏散是很有作用的。又如在火災方面,對森林火災的蔓延,建筑物中火災的傳播均已開發出相應的模擬仿真系統,這對消防工程起到了很好的指導作用。
4.在模擬施工過程中的應用
建筑施工是復雜的大型的動態系統,它通常包括立模、架設鋼筋、澆注、振搗、拆模、養護等多道工序,而這些工序中涉及的因素繁多,其間關系復雜,直接影響著混凝土澆筑的進程。模擬施工過程是為了通過仿真手段,去發現實際施工中存在的問題或可能出現的問題,這就需要對實際施工進行仿真。而目前施工過程的模擬只是從幾何形體方面模擬施工的過程,即按樓層關系由下而上,每一層按柱、梁、板的幾何形狀加以著色來實現對施工過程的模擬。現有的模擬只是對進度計劃起到了一定作用,并沒有對施工過程起到真正的作用。基于以上原因,需對施工過程建立合適的模型,以達到模擬仿真的效果。例如,大型水利樞紐混凝土在運輸澆筑系統的模擬仿真模型,是由運輸子系統和澆注子系統構成的,模型是按進程交互的仿真策略建立的,按這種條件建立的模型能與仿真程序間保持緊密的對應關系,程序所要模仿的行為比較直觀、清晰。程序流程直接與模型結構和系統狀態相對應。
另外,仿真與虛擬現實技術在結構工程領域內,還可應用在建筑系統工程管理、建筑信息管理、建筑物及構筑物的空氣流場、空氣品質分析等方面。
我國是一個發展中國家,有著大量繁重的基本建設任務,特別是在十五計劃綱要中,提出進一步加強水利交通、能源等基礎設施建設和西部大開發戰略。這一大好形勢,為結構工程高新技術的信息化和集成化,為結構工程學科及相關學科的發展提供了良好的機遇。仿真與虛擬現實技術作為結構工程高新技術之一,開創了結構工程學科的新紀元,其技術潛力巨大、應用前景十分廣闊。
參考文獻
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(4)袁耀明.從可視化到視算一體化.系統仿真學報,1996(5)
(5)張叢哲、張躍.計算機輔助設計(CAD)中虛擬現實技術.計算機世界,1998,(5)D版:5。
篇4
關鍵詞 計算機模擬技術 抗震設防系數 DirectDraw技術
中圖分類號:TP3 文獻標識碼:A
隨著計算機輔助設計技術的發展普及,國內外在計算機建筑設計包括模擬計算、圖紙繪制和資料管理等方面的研究和開發有了較大進展。由于社會發展對建筑設計的效率和質量要求的不斷提高,近十年來逐漸提出集成化建筑設計系統(IBDS)的概念。各種高性能計算機正以其強大的運算能力被廣泛應用于各種領域,其中對自然界的物理現象和自然規律進行仿真是主要應用之一。
建筑施工要考慮的因素很多,其中就包括水波對建筑物的影響。所以對水波在計算機中進行事先的模擬技術十分重要,它可以大大提高建筑安全設計的效率。筆者希望通過對真實水波的產生、擴散、衰減以及多個水波的交迭過程的計算機模擬為例,介紹此類程序的設計思路與解決方法。在程序的實現過程中,為了使仿真的效果更加逼真、處理數據顯示的速度更快,使用了DirectX中的DirectDraw技術利用硬件加速器對數據的顯示進行加速。通過對計算機仿真模擬技術研究,以及對防振建筑物基本原理和設計過程的研究,從而利用計算機仿真技術來模擬建筑物的構造過程。所制作的計算機模擬仿真環境,要實現根據建筑物所提供的數據來構造建筑物的雛形,并連接相關的工程造價軟件,對所設計的建筑物進行預算評價,從中計算出合理的預算價格。系統通過模擬震動環境,把已經構造好的建筑物放到模仿真實地震的環境中,通過對建筑物材料、結構等多方面的數據測算,來實現檢查所設計的建筑物是否能滿足設計的要求。
在計算機模擬所應具備如下幾個模塊:
首先,光折射模擬,雖然模擬了對波的傳播過程,但如不考慮起伏的水波對光的折射也是不逼真的。根據光學有關知識,將水下的景物存在的偏移程度同水波的斜率、水的折射率和水的深度進行精確的模擬,做線性的近似處理。我們可以近似地用水面上某點的前后、左右兩點的波幅之差來代表所看到的水底景物的偏移量:通過循環來計算每次產生數據的偏移量
xoff = buf1[k-1]-buf1[k+1];
yoff = buf1[k-BACKWIDTH]-buf1[k+BACKWIDTH];
int pos1, pos2; pos1=ddsd1.
lPitch*(i+yoff)+ depth*(j+xoff);
pos2=ddsd2.lPitch*i+ depth*j;
其次,生成波源,在無外力影響的情況下,水平面是不會自發產生水波的,必須對水平面施加某種波源才能引起震動波的擴散。擴散的速度與范圍同波源的能量大小與受力范圍有關。通過在程序中修改振幅緩沖區buf,來模擬外力的加入。在著力點產生一個負的“尖脈沖”,即讓buf[x,y]=-n。當系數n的取值范圍在32至128之間對建筑物的影響較小。受力半徑是以著力點為圓心,圓里所有的點產生一個負的“尖脈沖”。
利用if ((x+stonesize)>BACKWIDTH ||y+stonesize)>BACKHEIGHT||(x-stonesiz
e)
第三,震動波模擬,這種用數據緩沖區對圖像進行處理的方法其最大的好處就是:程序運算和顯示的速度與水波的復雜程度無關,用類似的方法完全可以對其他一些物理和自然現象。
第四,結構模塊單元開裂處理模擬設計,判斷開裂的出現通常有兩個準則:最大拉應力準則,認為當最大拉應力超過某一極限時裂縫出現:最大拉應變準則,認為當最大拉應變超過某一極限時出現裂縫。Kupfer等人的實驗表明,最大拉應力準則比較接近實驗結果,因此一般的工程計算中,可采用最大拉應力準則。
混凝土的裂縫模式主要有:離散裂縫模式(Discrete cracking model)和分布裂縫模式(Smeared cracking model)。裂縫模式的選擇應根據分析研究的目的來確定,如果只需要了解結構構件總的荷載一位移性能時,選擇分布裂縫模式比較好,如果要了解構件實際的裂縫形態和詳細的局部性能,則采用離散裂縫模式比較好。
最后,加速顯示模塊設計,由于動畫對處理速度要求比較嚴格,所以要竭盡所能來提高數據的處理速度。采用DirectX中的DirectDraw技術來對圖形進行加速處理,它在提供直接訪問顯示設備的同時,與GDI相兼容,提供了一種與設備無關的途徑,以訪問特定的顯示設備的某些高級特性。
通過實驗得出的仿真結果可以得知,當材料采用低強度鋼筋混凝土結構時,建筑結構體系的抗震系數就會很低,直接影響建筑物的安全性能。還有當結構支撐節點所受到外部荷載很大時,結構的安全系數也會隨之降低或減弱。所以應在關鍵部位做特殊處理,如選用高強度的抗震材料,或提高結構應力受力面積等,從而減少其節點偏心位移,提前驗證并修改所設計的建筑構筑物中存在的不安全節點,大大減少不必要的損失及降低有效成本。
參考文獻
篇5
1引言
自動化物流系統在提高生產效率的同時,也給企業的決策者如何全面的評估一套先進的物流系統帶來新的挑戰。一方面是由于系統的復雜性,不可能是人腦力所能完成的;另一方面是一套新的系統也不可能在真實的條件下測試其可行性。現代化的物流系統是集光、機、電技術為一體的復雜的系統工程,而計算機仿真技術能夠提供一種復雜環境下的智能解決方案,把兩者結合起來就可以利用電腦模擬現實的情況,給決策者提供一個理論依據。有關數據顯示,利用仿真分析方法改進物流系統方案后可使總投資減少30%左右。因此,計算機仿真技術的應用為物流企業的配送中心、倉庫管理系統、分揀系統、運輸系統以及貨物的實時跟蹤提供了一種評價的方法,大大縮短了先進物流系統的研發周期、降低了成本,并使之更好的應用于生產實踐之中。
2仿真技術在物流系統中的應用概況
計算機仿真技術是一種模仿行為,它利用計算機來運行仿真模型,模仿實際系統的運行狀態及其隨時間的變化情況,并通過對仿真過程的觀察和統計,得到仿真模型的輸出參數和基本特征,以此來估計和推斷實際系統的真實性能,并為決策提供一定的參考。近些年來,仿真技術逐漸在各個領域都得到了廣泛的應用,并在很大程度上代替實物系統。計算機仿真需要三項基本要素:系統、模型和計算機,而聯系這三個要素的基本活動是模型設計、模型實現和仿真實驗。圖1描述了仿真過程三項基本活動之間的關系。
在實際的生產過程中,計算機物流仿真模型是根據自動化物流系統的工藝需求建立起來的,而且需要確立物流設備的基本運行參數。系統的工藝流程和系統之間存在著的邏輯控制關系,可以根據所建立的模型對物料流動過程中設備處理該物料所需的時間、流動軌跡等條件編寫邏輯控制程序。程序編寫后,設定物流系統的初始值并把初始值輸入系統,就可以利用仿真軟件在計算機上運行此仿真系統。仿真運行時間可以根據實際物流系統的生產班次或最大物流量進行模擬。
對得到的運行結果進行分析,可以確定系統是否存在瓶頸、流程是否暢通、物流量能否滿足需求。如果系統運行后,得到的結果不符合預期,需要找出相應的原因,改變參數或調整方案,進行下一次的模擬直至滿足物流系統的生產需求。最終的仿真結果可以為管理者和設計者生成三維動畫輸出結果及仿真報告,為進一步優化和完善提供科學的依據和理論支持。
目前在國外的許多物流和制造企業中已廣泛應用仿真技術,如加拿大郵政、德馬泰克等。我國對現代化的集成化物流規劃設計仿真技術的研究較晚,從2001年開始,山東大學和同濟大學才開始相關領域的研究工作,但是發展速度很快。目前國內已經有部分企業采用仿真技術,但是和國外比起來,不論是在規模還是技術上與國外都有很大的差距。近些年來,現代企業越來越重視物流在生產系統中的重要作用,對物流的設計和仿真也越來越多的得到較多的研究。
3現代物流系統中常用的仿真軟件
物流仿真軟件可提供基本的功能元素,使仿真的編程工作大大簡化,常見的有AutoMod、Witness、eM-Plant、Flexim、Racl等。
3.1AutoMod
AutoMod仿真軟件能夠滿足初次使用者與專業人員的需求。你可以輕松而精確地模擬任何規模、任何精細程度的系統--從手工作坊到全自動化的設施。使用AutoMod的獨特功能可以提高成功率與生產力,AutoMod的獨特功能有3D虛擬現實動畫、互動建模、原料運送模板、易于理解的語言。AutoMod主要有以下優點:減少設計與開發時間;減少運營瓶頸的風險;建模繁簡由人;建模高度精確;增強對設計的信心;減少設計錯誤的風險;支持設備投資分析。
3.2Witness
Witness是由英國lanner公司推出的功能強大的仿真軟件系統。它可以用于工業規劃的離散系統仿真,同時又可以用于連續流體(如液壓、化工、水力)系統的仿真。其特點是界面整齊;操作方便;擁有直觀的元素:像Entity、Part、Machine、Vehicle等,易學易懂。
3.3Flexsim
Flexsim采用經過高度開發的部件(Object)來建模,允許建模者使模型構造更具有層次結構,并且其中的部件可以在不同的用戶、庫和模型之間進行交換,可移植性很強。通過部件的參數設置,設計者可以對幾乎所有的物理現象進行模型化。例如,可用Flexsim對操作人員、輸送機、叉車、倉庫、箱子等建立模型。另外,信息情報等“軟”的部分也可很容易地使用Flexsim功能強大的部件庫來建模。圖2是Flexsim建立的局部原材料傳輸模型。
4計算機仿真技術在物流服務中的應用
現代化的自動化物流系統車輛眾多,運輸路線復雜,利用傳統的數學解析法和運籌學已經不能滿足物流運輸的效率和暢通性需求。運輸和調度方案已經成為了一種離散化的概率事件,存在很多的可能性,給物流的管理帶來了極大的難度。
快速的評估各種方案或策略的優劣關系到生產效率和生產成本,是物流運輸與調度人員的重要工作內容。所以,現代物流系統是一個復雜的動態變化系統,其中的運行狀態、道路堵塞情況、物料供應情況是時刻變化的,必須建立運輸系統模型,利用計算機仿真技術來模擬出動畫的效果,把生產的全過程展現出來并發現存在的問題癥結加以改進。仿真結果可以綜合評價各種策略的合理性,還可以提供各種數據,包括車輛的運行時間、利用率等。通過對運輸調度過程仿真,調度人員對所執行的調度策略進行檢驗和評價,從而選擇一種較優的調度策略來提高生產效率。
比如物流庫存管理問題是典型的離散事件問題,貨物的入庫、出庫、存放數量都是一個隨機事件,而且各變量之間的關系錯綜復雜。因此,物流庫存是一個動態的模型,很難利用數學統計的方法來描述。利用計算機仿真技術可以模擬實際庫存系統的運行情況和整體能力,掌握入庫、出庫的時機和數量,進而對庫存方案的優劣進行評價。目前在物流庫存管理系統的計算機仿真技術中應用較多的研究方法是以過程為核心的面向過程的離散事件系統仿真方法和以事物為中心的面向對象的離散事件系統仿真方法。仿真技術在庫存管理中的應用主要是:單品種、單節點庫存仿真、生產/庫存系統仿真、分銷庫存系統仿真和多級庫存系統仿真。自動化的物流庫存系統可以實現自動存取系統(AS/RS)仿真、自動引導小車系統(AGVS)仿真和自動分揀系統(ASS)仿真。
此外,將庫存管理系統與物流配送中心的結合還可以實現管理調度策略仿真,如配送中心定單排序策略仿真、揀選方式的選擇仿真和貨位分配仿真。在運輸過程中則是實現運輸設備調度策略的選擇與比較仿真和揀選路徑選擇的仿真。為了使得庫存系統與系統配置與布局相互配合與協調,可以對設備選型、關鍵設備能力冗余和設備運行協調性仿真。在現代的庫存管理系統中,信息平臺和信息處理技術如條形碼技術、射頻標識技術、地理信息系統等的廣泛應用,特別是與Internet技術聯系起來,使得庫存管理系統更加的智能與開放,也給計算機的仿真技術帶來了新的挑戰。
5計算機仿真技術在生產物流系統規劃中的應用
商品從物料的存儲、運輸到加工、包裝等工序是一個連續貫通的生產物流系統,要實現對設備和物流工藝更加有效的布局規劃,目前一個重要的工具便是仿真。計算機仿真針對生產物流系統的各個加工單元建立起實體的模型,設定參數、編排程序,并在計算機上運行模型,可以得到生產系統的三維動畫。對模擬的結果進行分析,能夠找出影響生產流程效率的關鍵環節和“瓶頸”位置,為動態調整生產的平衡提供理論依據。
自動化的生產物流系統一般由原料存儲、輸送、加工、成品包裝及運輸等子系統組成,它們都是由計算機管理和控制。計算機可以實時記錄和調整工藝參數,通過仿真可以對這些參數進行優化。
仿真軟件將憑經驗的猜測從物流系統設計中去除,對設計一個復雜的工藝流程特別有效。在仿真軟件的操作界面上,規劃設計人員可以觀察到不同的場景,通過不同的生產能力對各種物流方案進行評價。并且可以模擬一些假定的條件,如其中一個子系統出現故障,觀察它對其他工序的影響。現代化的仿真軟件開發者們也逐漸專注于提高軟件的水平和人機友好界面,通過四維(x、y、z、t)空間的最新軟件設計,使得系統更加接近現實世界。更加先進的軟件傾向于軟件不但在設計時是一個很好的幫助,也成為一個操作控制工具。目前在生產物流系統中廣泛使用的AutoMod計算機仿真軟件具有可信度高,數據準確的優點,是生產物流系統設計和優化的有力工具。
6計算機仿真技術在物流系統中的應用前景
隨著現代物流自動化水平的不斷提高,它與商流、資金流、信息流融為一體已經成為一種必然的趨勢,現代物流業正邁向信息化、電子化和科技化的道路,仿真技術已經被廣泛應用于物流系統中進行規劃設計、運輸調度、物料控制以及生產線平衡等。近些年來,我國興建的自動化物流系統中也越來越多的應用到計算機仿真技術。在未來幾年的發展中,仿真技術主要應用于大型物流中心的系統規劃及設計、物料的實時跟蹤與調度、物流成本的估算、物流自動化系統的模擬等領域,特別是與信息技術、電子技術、網絡技術和通訊技術結合,在現代物流業中有很大的發展潛力,并發揮著其成本低廉、計算精確的強大優勢,通過驗證分析得出合理的規劃方案,提高系統方案的可行性。
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關鍵詞:仿真實驗室;化學檢驗工培養
中圖分類號:G710文獻標識碼:A文章編號:1003-2851(2010)08-0101-02
隨著計算機軟件和硬件技術的發展,計算機模擬仿真實驗室輔助教學的應用日益廣泛。然而計算機模擬仿真化學化工實驗室建設受到辦學理念、教學場地、投人資金,以及人員水平等條件的制約,發展水平差別很大。
一、計算機仿真實驗技術的概述
計算機仿真實驗是利用計算機創建的一個可視化實驗操作環境,其中的每一個可視化仿真物體代表一種實驗儀器或設備,通過操作這些虛擬的實驗儀器或設備,即可以進行各種實驗,達到與真實實驗相一致的教學要求和目的。計算機仿真實驗是虛擬仿真技術、計算機技術和專業理論知識多方面結合的結晶。各種仿真實驗室一般具有兩個基本特點。
(一)仿真性
實驗環境和實驗儀器具有高度真實感,學生在計算機上進行操作就如同置身于真實的實驗環境,面對真實的實驗儀器進行操作。
(二) 交互性
仿真實驗使實驗成為學生與計算機的雙向交流,學生利用鼠標或鍵盤自由地對儀器進行操作,自由地選擇實驗內容和實驗進程,極大地調動了學生的學習積極性。
二、技校專業技能培養的現狀
由于培養目標和知識結構的要求,技校教育課程設置具有應用性、實踐性和綜合性等特點。技校教育強調對學生進行專業核心技能的培養,對教學內容的設置、教學手段和教學設施的要求較高。但是,當前技校化工化學實習教育還不能滿足技能培養的要求,其中主要影響教學質量的因素如下:
(一)教師的知識體系結構不合理
目前多數技工學校的專業實習指導教師是從學校畢業后又直接走進學校,缺乏實際工作經驗,因此相當比例的專業教師需要知識更新。
(二)教學內容陳舊
改革開放三十年,使我國工業現代化進程加快。以電力、化工及石油化工為例,工業自動化水平已進入計算機為核心的集散型( D C S ) 控制時代。現代工業的特征是,高科技含量大、系統復雜程度高、涉及知識面廣。相比之下當前化學化工實習教育的內容顯得有些陳舊。
(三) 教學設備不足
化學化工實驗所須的設備投入很大,而且跟蹤技術發展逐年更新,而當下多數技校受資金的限制的投入不足,實驗室儀器設備臺數不足,一直是困擾實驗教學的瓶頸。如儀器分析實驗室的氣相色譜、液相色譜、原子吸收、紅外光譜儀等儀器。
綜上所述,專業技能培養的過程有大量的實踐教學環節,需要大量的教學設備及教學指導人員。其中許多化學化工實驗由于裝置復雜、藥品稀貴、操作技術要求高、危險性大、反應速率過慢等原因而無法進行,在一定程度上影響了實習教學過程的完整性。模擬化學化工實驗室將為開發此類實習教學提供了一個有效途徑。此外,建立計算機模擬化學化工實驗室,有利于化學化工實驗的綠色化改革;有利于培養學生綜合實驗能力;有利于提高化學化工實驗室建設的投資效益。
三、 仿真化學化工實驗室的建設
(一)硬件配置
對計算機要求:一般配置的電腦就能滿足要求
(二) 軟件配置
仿真實驗室的軟件平臺由系統軟件、應用軟件和專用的仿真軟件構成。
系統軟件:主要為服務器和工作站的兩大系統軟件。服務器采用Windows 2003 Server或以上操作系統,工作站操作系統為Windows XP或更高版本。
應用軟件:主要有FLAS播放軟件,常用視屏播放軟件以及OFFICE辦公軟件等。
專用的仿真軟件分為以下兩大類:
1、專業素材庫類:以flash和3D為主制作的電子掛圖,將各類化工設備和化學儀器的內部結構、工作原理、工作流程等均以立體或平面的動畫形式呈現出來, 利用仿真室的網絡多媒體系統在各終端機上進行演示和講解。
2、實驗類仿真系統:主要包括化工類仿真系統和化學類仿真系統。北京東方仿真軟件技術有限公司開發的化學化工類仿真軟件已廣泛應用于學校和企業。
(三)建設過程及費用
仿真實驗室從籌劃到初步建成歷時數月, 由于軟、硬件市場提供了豐富的產品, 只要統一謀劃, 精打細算, 充分了解市場行情, 引進招標機制, 按高性價比購買, 30萬元人民幣基本上可以完成上述工作。
四、仿真化學化工實驗室的應用
(一)形象化教學
仿真實驗的運用,改變了傳統的實驗教學模式,模擬化學化工實驗室可以拓展傳統實驗教學的領域,將信息技術融入化學化工實驗教學,對傳統的教育思想和教學方法無疑是一場革命。將抽象的知識轉變為動態的具體的形象,以使技校教育向現代化、信息化發展。
計算機強大的信息處理能力,使教學中枯燥的理論和設備得到形象化的表達,精確地反映對象的內在本質。仿真技術不但可以模擬對象的視、聽等外部形態,而且可形象地描述其內在的本質。大型儀器的仿真軟件,將常用的原子吸收、氣相色譜、液相色譜、紅外光譜儀的工作原理、操作過程等立體地呈現在學生面前,可調動學生的學習興趣;對這些儀器的結構和工作原理有了深入的了解,能解決傳統教學中平面圖形難以解決的問題 ,同時也可增加師生互動,節省課時,提高教學效果和設備利用率。
(二)節省了實驗經費,保證了實驗的項目和數量
傳統的實驗教學方法,通常是在學生自己動手操作前,教師花費較多的時間板書或利用掛圖對實驗原理及步驟進行講解,然后再進行實驗操作的簡單示范,教學手段單調,學習枯燥 ,效率不高,實驗操作過程的演示不夠全面及細致,有的學生甚至看不到教師的演示操作,對理解整個實驗過程及掌握規范的分析操作技術有很大的影響,學生的學習效果不夠理想。
模擬實驗作為一種現代化的教學手段,具有形象直觀、生動便捷、經濟省時等多種優點。如典型化工設備的模擬軟件,通過設計友好的對話窗口,可使學生根據自己的需要和水平,選擇不同的學習內容或不同的學習層次,從而使學生能真正自主地控制學習進程,并給不同水平的學生以不同的幫助。自動跟蹤模擬實驗的進 展,對操作信息進行分析和校正,如操作過程的提示、錯誤操作的危險警告等。學生用模擬實驗室進行操作,不僅可鞏固所學知識,而且可增加學習的趣味性和靈活性,調動了學生學習的積極性。
(三) 實驗技能評測
實驗技能的掌握對學生來說有著重要的意義,然而,當前實驗技能測評的主要手段僅限于紙筆測驗、實驗報告、表現性評定和檢核表等幾種,遠不能滿足教學的需要,但是仿真實驗室能夠實現基于計算機仿真的實驗技能測評。仿真實驗室構建了一個可以協同工作的虛擬實驗平臺,根據集體測評的要求,學生在該虛擬實驗室中完成各種規定的試驗內容,該內容可以是封閉的,如提供實驗指導下的實驗操作,也可以是開放的,如沒有任何約束的物質鑒別等,在學生完成實驗的過程中,計算機將記錄整個實驗過程,其中包括實驗操作的過程,協同工作的過程,實驗操作的結果等,在測評的最后,計算機根據已有的評分規則和主體的操作過程及結果,給出一個正確的評價。
(四)仿真實驗與傳統實驗教學相結合能大大提高實驗教學質量
仿真實驗是計算機技術飛速發展的必然產物, 是一種現代化的教學手段, 它能彌補傳統實驗教學的不足, 具有許多優點, 但是我們也不能將實驗教學完全建立在仿真實驗的基礎上, 因為仿真實驗畢竟也有自己的缺陷, 比如完全用仿真實驗來進行實驗教學會淡化學生對真實儀器的感受, 減弱學生的基本操作技能。學生長期缺乏必要的實際操作體驗無疑會影響他們的實驗技能。最理想的情況是仿真實驗與傳統實驗相結合。可以先用仿真實驗進行預習, 熟悉實驗儀器、實驗原理、內容和實驗操作, 等對實驗有一定感性認識后再進行實際操作, 課后學生也可用仿真實驗系統對該實驗進行復習, 這樣不僅可以加深學生對該實驗的理解, 提高實驗質量, 也能提高實驗效率。仿真實驗與實際實驗操作相結合是今后實驗教學發展的必然趨勢。
(五) 促進網絡教學
模擬化學化工實驗室與互聯網對接,可以成為網絡化學化工實驗室。學生可以不受時間和地點的限制,完成模擬化學化工實驗,上傳實驗報告,與教師交流等。還可以實現跨單位、跨地區乃至全國范圍的教學協作。建設高水平的大型計算機模擬化學化工實驗室,可以使優勢的教學資源得到共享。
五、 結論
計算機仿真模擬實驗是計算機技術飛速發展的必然產物,是一種現代化的教學手段,可以彌補傳統教學手段的不足,具有傳統教學手段無法比擬的優點。將計算機仿真模擬實驗與傳統實驗操作相結合,能夠加深對實驗過程的理解,提高實習教學的質量和效率。
參考文獻
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1.1由于計算機組裝職業崗位能力具有客觀的特殊性,實踐教學環境中的計算機設備在高強度的拆裝實驗中,非常容易損壞。
經過多年實踐教學的反復使用,實訓室多數硬件設備會產生不可修復的物理故障。這就導致計算機組裝實訓室往往因缺少不同種類、型號的硬件設備,無法完整的進行實訓項目,影響教學效果。
1.2基于對計算機組裝實踐環境的高消耗性和成本考慮,多數院校主要使用淘汰以及舊損硬件設備作為計算機組裝實訓室的實驗設備。
在硬件設備飛速發展、不斷更新的今天,高校的計算機組裝實踐環境往往無法及時提供最新、最全的硬件設備,學生自然無法及時掌握最新的硬件組裝技術,導致所學技能與實際崗位要求脫節,無法滿足就業市場的要求。
1.3相對于計算機組裝實踐環境中硬件設備存在的問題,軟件環境存在的問題更加突出。
由于計算機組裝實踐環境軟件實驗的內容,如硬盤的分區和格式化實驗、BIOS設置實驗、安裝操作系統實驗、系統設置及優化實驗等,普遍具有不同程度的破壞性和不可復原性。即使實訓室實踐環境的設備運行狀態良好,一旦學生進行這些實驗,難免實驗后計算機設備會出現系統無法恢復、機器中數據完全被刪除等問題,不但占用了可以使用的計算機設備,造成浪費、加大學校教學的投入,而且會影響學校其他班級正常的教學安排。基于上述客觀存在的問題,為使學生真正掌握最新計算機組裝技能以適應就業崗位要求,革新傳統的教學方法、對計算機組裝實踐環境進行創新就勢在必行。
2使用計算機進行虛擬仿真解決計算機組裝實踐環境存在的問題
近年來,迅速發展的計算機硬件技術與不斷改進的計算機軟件系統相匹配,使得基于大型數據集合的聲音和圖像的實時動畫制作成為可能,虛擬計算機模擬軟件技術日趨成熟,計算機性能不斷提高,這些有利條件都為計算機虛擬仿真技術的出現和發展打下了堅實基礎,同時也為計算機組裝實踐環境創新提供了可行的技術保障。計算機組裝實踐環境中進行的實驗內容,分別由硬件系統實驗和軟件系統實驗組成。基于硬件系統實驗中硬件設備的更新速度快、高消耗以及易損性,可以使用專業軟件構建硬件系統組裝的虛擬仿真環境進行實驗。在這種虛擬仿真的實驗環境中,學生只需通過鼠標的點擊以及拖拽交互就可完成實驗要求的實際操作。Flash是由Adobe公司出品的交互式矢量圖和Web動畫的標準,其內置的編程語言ActionScript可以為動畫進行編程,實現各種動畫特效、強大的人機交互以及與網絡服務器的數據傳遞功能,是實現計算機硬件系統實驗虛擬仿真環境的最佳軟件。首先,及時通過網絡獲取最新、最全的計算機硬件設備圖片,將它們與實訓室現有實驗設備的實物照片共同作為素材備用。然后,使用經過軟件處理后的素材在Flash場景中構建可交互的虛擬仿真實驗環境。最終,使用ActionScript腳本語言對實驗參與者的實際操作給出相應的交互反饋,同時切換相應變換的實驗設備狀態,并將實驗參數傳遞給網絡服務器上的動態網頁進行數據處理。如此建立計算機組裝硬件系統實踐環境,學生在虛擬仿真的系統中進行操作,既熟悉了最新硬件設備的屬性、掌握了實用的硬件組裝技能,又避免了硬件設備的損壞,成本低、機動靈活、互動性強。隨著虛擬機技術的日臻成熟,在計算機組裝軟件系統實驗項目中使用虛擬機進行實驗成為實驗室的最佳選擇。所謂虛擬機,實際就是在真實計算機系統上運行的一種軟件,它可以完整模擬基于x86構架下的標準PC環境。在真實的操作系統中,虛擬機虛擬的操作系統實際是以文件形式存在,對其進行操作,不會對真實的操作系統產生任何影響。通過虛擬機軟件模擬的計算機系統跟現實中的計算機系統沒有太大的區別,不僅可虛擬出CPU、內存、光驅、硬盤、顯卡、聲卡、輸入輸出設備等硬件設備,而且可以虛擬進行BIOS設置、硬盤的分區、格式化、安裝操作系統、安裝應用程序、系統優化等操作。虛擬機安裝簡單、操作便利、恢復容易,而且仿真程度高,模擬效果好。依靠虛擬機的技術特點和優勢,在計算機組裝實踐環境的軟件系統實驗項目中使用虛擬機技術,所有實驗項目的過程既不會受硬盤還原卡的限制,也不會影響真實計算機系統的配置和使用,不僅可以為學校節省大量實驗設備的資金投入,又可以使學生安全地使用實訓室的實驗設備進行各類具有破壞性的實驗,順利完成既定的教學目標,一舉多得。在計算機組裝實踐環境中使用虛擬仿真技術最大的優點是成本低,效率高,安全可靠。“軟件即為儀器”的虛擬仿真實踐環境設定,不但可解決因實驗經費不足或高檔次、高價位設備缺乏所不能開出的實物實驗,同時也不會造成因使用不當,管理不善等因素造成的儀器損壞、元器件丟失等現象。同時,它的這些優點,必將推動計算機組裝實踐教學效果的提升而得到廣泛推廣。
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【論文關鍵詞】現代教育技術;專業教學;有效性;仿真技術
現代教育技術可以綜合調動各種手段,使教學更生動、活潑、直觀,達到較好的教學效果。如多媒體教學可以運用計算機對文本、圖形、圖像、動畫和聲音多種媒體信息進行綜合處理與控制,變成圖、文、聲三位一體的集成,并直接輸出。仿真技術可以對信息進行加工處理、顯示、重放、模擬、仿真,如果再輔以動畫技術,可以使一些在普通條件下無法實現或無法觀察到的過程生動、形象地顯示出來,大大增強學生對抽象理論的理解,并賦予教與信息傳播的交互功能,而且應用計算機網絡還能跨越時空來共享教學資源,使教師和學生能隨時隨地獲取各種知識,提高教學資源的利用率。
教育技術的出現為機械專業課的教學改革提供了廣闊的發展空間,在機械專業課教學中的作用與地位越來越重要。因此整合現代信息技術開展教學,是現代教育的一個重要發展趨勢,用它來輔助教學,能使教者瀟灑自如,學者輕松愉快,進而全面提高課堂教學的有效性。
一、運用現代教育技術,有效激發學生學習興趣
在專業教學中,若能恰當地利用投影、幻燈、錄像或計算機等媒體,可以充分激發學生的學習興趣和求知欲望,發揮寓教于樂的學習優勢,使學習變得輕松愉快,會收到很好的教學效果。例如,在講授《金屬材料與熱處理》中的晶體結構時,可以用不同顏色小球分別代表不同位置的原子,在講授固溶體結構時,可以用不同顏色、不同大小的小球分別代表溶質原子和溶劑原子。這種方法能夠有效地調動學生的積極性,激發學生的學習興趣。
二、運用現代教育技術,有效突破課堂教學的難點
在項目課程教學中運用電腦多媒體技術,可對不同的內容進行模擬仿真、創設情景,即所謂化不可見為可見、化靜態為動態、化抽象為直觀、化復雜多變為簡潔明了、化偶然為可預見,極大地增強了課堂教學的表現力。具體如下:
(一)化不可見為可見。一些難以實現的實驗。如金屬材料的硬度測試實驗,這些實驗在傳統教學中只能靠教師口頭講解,學生憑空想象。做這樣的實驗難度很大,在高校也很少做,現在則可利用相應的多媒體課件來演示,讓學生直觀、生動、形象地了解到這些知識,有效地突破了此類實驗不易做的難點,加深學生對實驗原理的理解,同時也提高了學生的學習興趣。
(二)化靜態為動態。計算機的模擬功能可使抽象內容形象化,而且可使靜止內容動感化,為學生創造生動、活潑、直觀、有趣的教學條件。比如在教學鐵碳合金相圖時,可制作相應的課件來輔助教學,先講特性點,根據溫度的變化,金屬的結晶過程和組織結構也作相應的變化,形成了不同特性的點,即特性點;再將特性點連接起來形成特性線,再根據含碳量的不同,將圖分成不同的區域,體現了不區域內所形成的不同的組織,將不同的區域設置成不同的顏色,使學生看清楚不同區域、特性點和特性線。可見,通過動畫、模擬、仿真各物質的工業生產過程,可以在課堂上提供直觀、形象、生動的教學,體現出傳統教學無法比擬的優勢。
(三)變抽象為形象。金屬晶體結構的缺陷及其形成,其概念及原理大多較為抽象。物質的微觀結構既看不見,又摸不著。因此單靠語言和文字等傳統的教學手段描述,學生較難理解和掌握。如在講授金屬晶體結構的缺陷時,通過計算機軟件進行動畫模擬,用不同顏色的小球分別代表間隙原子和置代原子,然后制成動畫,模擬晶體結構缺陷形成過程。能生動形象地表現空位、間隙原子和置代原子等的特征,變抽象為形象,讓學生直觀形象地認識晶體結構缺陷的形成,更容易了解其變化的實質,理解概念。這樣通過多媒體的輔助就可以使抽象的東西形象化,使靜態的理論動態化,從而化難為易,深化了學生對這些抽象的概念的認識和理解,從而大大地提高了課堂教學質量,吸引學生的興趣。
(四)化復雜多變為簡潔明了。如在講授金屬的同素異構轉變時,可使用相應的課件來演示不同晶格類型晶體的形成過程,讓學生能深入了解到各類晶體的空間結構特征,讓晶體中各種微粒的個數比等抽象而深奧的知識變得簡潔明了,使學生順利地突破這些難點知識。
(五)化高投人為零消耗。充分應用仿真技術,增大信息交流量,提高《數控加工技術》課堂教學效率。數控機床的操作訓練若完全依賴數控機床進行實作訓練,投入大、消耗多、成本高,既沒有必要,也無力承擔起此種消耗與投入。計算機技術的不斷發展,數控加工仿真系統越來越完善。計算機數控加工仿真系統是對研究對象進行數學描述,建模,自動編程,且在計算機中運行實現,不怕破壞,易修改,可反復使用,在教學中起到了非常大的作用。
在數控實訓時,仿真系統通過仿真和建模軟件,模擬實際的數控加工過程,在計算機屏幕上將銑、車、鉆等加工方法的加工路線描繪出來,并能進行錯誤信息反饋,使學生能預先看到制造過程,能有效預測、發現生產過程中的不足,提高了數控加工軌跡和切削過程的可靠住、高效性。此外,數控加工仿真代替了試切加工傳統走刀軌跡的檢驗方法,大大提高了數控的有效工時和使用壽命,學校通過數控仿真系統的運用,使虛擬設備與真實數控設備有機組合,建設高標準、高技術含量的數控網絡教學實訓系統,按循序漸進、由淺人深的認知規律,使學生掌握“參數輸入——零件造型——計算機自動編程——數控加工仿真——系統操作”的操作方法。
數控加工仿真系統安全、經濟實用,輕松化解了實訓教學中高投入的問題,減輕設備、場地和消耗,教師在繁重的教學活動中得到釋放,可以集中精力幫助學生分析、解決實際問題,保證了教學質量,使教學效果得到顯著提高。
三、運用現代教育技術。有效增大課堂教學的容量
由于電腦多媒體技術有信息存貯量大、省時省力、處理迅速的優勢,利用電腦多媒體技術,可以做到高密度的知識傳授,大信息量的優化處理,大大提高課堂效率,從而激發他們的內在的學習動力,促使他們自覺積極地學習,達到事半功倍的效果。計算機多媒體課件可以根據學生輸入的信息,理解學生的意圖,并運用適當的教學策略,指導學生進行有針對性的學習。利用及時反饋信息,調整教學的深度與廣度,保證學生獲得知識的可靠性與完整性;給學生以自主權,學生通過反饋信息進行自我調整。同時隨著網絡技術的迅猛發展、多媒體信息的自由傳播,教育資源在世界的交換和共享已成為現實,打破了現有的地域界限、學科界限。因此應用電腦多媒體網絡能隨時全面多角度地獲得化學課堂教學所需的大量素材。
四、運用現代教育技術,有效提高實訓教學的效果
實訓教學是專業教學中非常重要的一個環節,實習訓練的成效如何將直接影響教學進度、教學效果和學生操作能力的提高。
(一)現代教育技術作為教學手段進人課堂,有利于提高《數控加工技術》教學效果。實踐證明,以計算機應用基礎為代表的現代技術進人課堂,極大優化了學生的知識結構、改變了學生的思維方式,為學生掌握現代科學知識奠定了基礎。現代教育技術作為教學手段進入課堂,極大地豐富了課堂教學的內容,增強課堂教學的信息量,加深了學生對知識的理解,能最大限度發揮學生的形象思維和空間想象能力,提高了課堂教學的效果。
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關鍵詞:雷達電子對抗異構仿真系統;集成技術;反射內存網;信息技術
中圖分類號:TP391.9 文獻標識碼:A 文章編號:1007-9416(2017)02-0074-02
為了完善現代作戰體系,滿足作戰訓練系統的實際需求,應加強各種仿真技術的合理使用,實現雷達電子對抗異構仿真系統構建,使得仿真系統集成技術可以滿足全要素、高逼真度的模擬需求,為作戰理論的豐富及體系的完善提供可靠的參考依據。因此,需要加強對雷達電子對抗異構仿真系統功能特性的深入理解,靈活運用各種集成技術優化系統的服務功能,保持系統在現代作戰體系及作戰模擬訓練中的應用良好性。因此,需要深入研究雷達電子對抗異構仿真系統的集成技術,擴大該仿真系統的實際應用范圍。
1 雷達對抗的基本原理及方法
1.1 雷達對抗的基本原理
所謂的雷達是指通過運用測定目標對電磁波反射現象來找出目標位置的設備。雷達的工作過程為:雷達發射機安按照合理的方式像空中領域發射一定強度的電磁波,當電磁波遇到障礙物時將會散射,雷達接收機將會接收到經過調制后的反射回波,通過信號處理方式得出被測目標的相關信息。雷達對抗的基本原理是:性能可靠的雷達對抗設備通過偵察的方式接收到目標雷達發出的電磁信號,進而對這些電磁信號進行全面地分析與處理,獲得目標雷_的各個參數,結合雷達信號處理專業知識,獲取目標雷達的各種狀態信息,最終將分析結果及時地傳送給干擾機及相關設備的過程。雷達對抗的基本條件有[1]:(1)像空間領域發送電磁信號;(2)接收機在一定的時間內接收到強度高的電磁信號;(3)目標雷達的各個參數、狀態信息處于雷達對抗設備能夠處理的范圍內。
1.2 雷達對抗的基本方法
結合雷達對抗的基本原理及條件,可以選擇不同的雷達對抗方法,實現對目標雷達參數與狀態信息的采集、處理。雷達對抗的基本方法主要包括[2]:(1)采取有效的措施及時地破壞目標雷達探測電磁波傳播路徑;(2)將產生的各種干擾信號發送到雷達接收即中,擾亂雷達對目標信號的實時檢測,降低其獲取信息的準確率;(3)減少目標雷達的截面積,確保其狀態信息及參數收集的可靠性。
2 反射內存數據通信原理分析
作為一種可靠的實時網絡,反射內存網的合理運用,可以快速地確定與分享各種實時數據,滿足雷達對抗設備的實際需求。反射內存網的主要特點有:具有良好的傳輸確定性,可預測性能強;軟硬件平臺適用3范圍廣、傳輸糾錯能力強;可以滿足中斷信號的實際需求。
反射內存網正常工作時內部的反射內存板卡對各種傳輸介質有著較強的依賴性,可以使反射卡的各個節點之間能夠實現數據共享及數據拷貝。在多種總線的支持下,可以確定反射內存板所占有的內存地址,確保計算機向反射內存板輸入數據時數據能夠在相同內存地址的作用下存儲到指定的位置,在滿足安全訪問條件的前提下其它的計算機在可以隨時訪問這些數據,優化反射內存版讀寫方式。同時,由于反射內存網數據傳輸依賴于硬件,不需要考慮各種通信協議,通過軟件代碼編寫方式能夠實現數據讀、寫,滿足了實時系統快速反應周期的多樣化需求[3]。與此同時,反射內存光纖網絡設置中采用了先進特殊的技術,確保了分布實時系統數據傳輸的可靠性,保持了分布節點間數據通訊的良好性。因此,為了達到信息傳送中斷的實際需求,應注重反射內存光纖網絡的合理使用。
3 雷達對抗系統建模與仿真技術
現代建模與仿真技術主要是指以相似的原理、模型理論、系統技術及建模與仿真應用領域相關的技術為基礎,通過對計算機網絡、專業仿真設備的合理使用,構建出已有的或者設想過的系統,進而進行分析、評估、維護等方面的綜合性技術。
雷達對抗系統建模與仿真技術的主要特征有:(1)動態性。可以對事物的動態過程進行描述,實現連續事件與離散事件的有效分析;(2)分布性、系統性及實時性。復雜的仿真系統是由多個分布式計算機共同組成的;建模與仿真可視為一個完整的系統,是由多種關系共同組成的;仿真系統構建時需要充分考慮實時性需求,并將時間管理理念融入到系統構建中;(3)交互性、一致性及可行性。仿真系統構建中包含了多個模型,不同的信息之間交互性強;一個完整的仿真系統中包含了多個視圖、幀速率、模型與數據,但需要保持這些組成部分的一致性;建模與仿真得到的結果是可信的,需要滿足使用者的實際需求。
在構建可靠的雷達電子對抗異構系統過程中,需要注重建模與仿真技術體系的不斷完善。該體系主要包括建模技術、建模與仿真支撐系統的各種技術、仿真應用技術。像數據可視化建模技術、多視圖建模技術、模糊識別、連續系統建模技術等,可以為建模與仿真技術體系的不斷健全提供可靠地保障[4]。同時,需要加強對武器裝備仿真、作戰仿真組成的軍用仿真的深入分析,注重戰役仿真、戰術仿真、技術仿真、訓練仿真等不同軍用仿真技術的合理運用,擴大電子戰建模技術的實際應用范圍。
4 基于反射內網橋接的雷達電子對抗異構仿真系統集成架構技術要點分析
該仿真系統集成技術使用中的異構性具體表現在:(1)參考模型方面的異構。通過對不同集成技術及仿真系統實際作用的分析,可以結合不同顆粒度的建模方式實現建模分析;(2)仿真實現方式異構。通過對計算機模擬及其它模擬方式的適應,有利于實現聯合試驗仿真系統構建;(3)網絡結構方面的異構,結合不同仿真試驗對象的實際需求,應注重RTI以太網及系統時鐘實時網絡的合理運用,優化仿真系統通信機制,優化雷達對抗性能。基于反射內網構成的雷達電子對抗異構仿真系統集成架構技術要點具體表現在以下方面:
4.1 基于反射內存網異構橋接的相關機制
構建可靠的雷達電子對抗異構仿真系統,需要充分考慮作戰效能層面的實時模擬及射頻信號方面的實物模擬。作戰效能層面的實時模擬有利于計算機仿真分系統,需要集合TCP/IP協議及RTI以太網通信體制的作用,構建出可靠的點對點通信模式,滿足逼真度強、超實時仿真實驗需求;視頻信號層面的實物模擬仿真分系統依賴性系統時鐘與射頻電纜相結合的聯結方式,增強了仿真系統模擬的實時性。體現了仿真系統模擬分析中的復雜性。
在可靠的系統集成技術支持下,雷達電子對抗異構仿真系統構建中需要充分地考慮模擬實時性、模擬粗粒度滿足模擬細粒度等原則的要求,制定出完善的系統集成方案,并將系統開發成本控制在合理的范圍內,促使半實物仿真分系統支持下異構仿真系統信息與運行方控制之間可以實現實時交互,保持不同體制下仿真方式的互通性,確保各種仿真方式的良好操作性。
4.2 基于反射內存網異構仿真系統集成架構技術要點
確定反射內存網橋接的具置,有利于實現雷達電子對抗異構、網絡異構等不同異構形式的銜接,增強仿真系統內部各構件之間的互聯互通性。同時,設置好的每個橋接席位都需要安裝反射內存卡,并在光纖交換機及相關傳輸介質的作用下形成具有良好拓撲結構的放射內存網。通過對基于反射內存卡應用軟件的合理使用,有利于實現系統內所有數據的讀寫交互,確保@些數據能夠在最短的時間內被處理,保持數據與時間的同步性[5]。
在處理時鐘數據的過程中主要依賴于半實物橋接席位,促使雷達能夠將檢測到的目標信息及時地寫入發射內存卡,并在反射內存網的支持下使得其它的橋接席位能夠實時地讀取系統數據。在雷達電子對抗異構仿真控制系統運行過程中,通過對反射內存網原理的利用,可以對時鐘信息進行實時的讀取,提高不同節點時間推進過程中節拍信息獲取效率,并在信息處理機制作用下優化雷達搜索目標、跟蹤航跡數據工作性能。
4.3 雷達電子對抗異構仿真系統運行的不同方式
為了使雷達電子對抗異構仿真系統能夠處于穩定的運行狀態,需要在選擇集成技術的過程中充分考慮系統運行的不同方式。系統的仿真設計階段、試驗運行階段、綜合效能評估階段中各類仿真工具軟件的合理使用,可以為系統運行方式的有效選擇提供必要的參考依據[6]。雷達電子對抗異構仿真系統運行的不同方式主要包括:(1)時間受限方式;(2)時間控制方式;(3)時間控制與時間受限相結合方式;(4)時間控制與時間不受限方式。通過這些不同運行方式的合理使用,可以為雷達電子對抗異構仿真系統運行效率的提高及服務范圍的擴大提供可靠地保障,促使效能仿真系統作用下的所有數據信息能夠高效傳遞,實現對目標物的實時追蹤與鎖定。
5 結語
綜上所述,這些不同的集成技術在現代雷達電子對抗異構仿真系統運行中起著重要的保障作用,最大限度地滿足了現代戰爭戰略計劃制定與實施的實際需求。因此,需要結合當前部隊深化改革及國防事業快速發展的要求,健全軍隊指揮管理體系,增強作戰訓練計劃制定合理性,提高雷達電子對抗異構仿真系統的運行穩定性,在各種集成技術的作用下保持電子戰場作戰水平的了良好性,為部隊電子對抗能力的全面提高打下堅實的基礎。與此同時,需要在雷達電子對抗異構仿真系統集成技術優化中注重信息技術及計算機系統的合理使用,保持這些集成技術的先進性,充分地發揮出這種仿真系統在未來電子戰場的各種優勢,促使我國軍隊整體作戰水平能夠始終保持在更高的層面上。
參考文獻
[1]吉峰.雷達電子干擾信號建模與仿真設計研究[D].大連理工大學,2013.
[2]朱峰.對有源電子掃描陣(AESA)綜合射頻系統的干擾技術研究[D].江蘇科技大學,2014.
[3]彭春光.基于語義交互和動態重構的兵棋推演系統概念框架及其關鍵技術研究[D].國防科學技術大學,2010.
[4]彭勇.作戰仿真模型體系分析及其模型設計與實現關鍵技術研究[D].國防科學技術大學,2011.
篇10
【關鍵詞】化學工業 計算機技術 融合
21世紀是信息世紀,也是計算機世紀,將計算機技術應用于化工領域,讓化學工業與計算機技術進行融合,能夠加快促進化工行業的發展。化工行業作為國民經濟支柱產業之一,在人們日常生活中占據著重要的位置,隨著科學技術的不斷發展,化工行業將朝著智能化、綜合化和遠程化的方向邁進,計算機技術與化學工業的結合,將會給化學工業帶來更加廣闊的發展空間,從而更好的推動化工行業的發展。本文筆者根據多年化工自動化行業工作的實踐經驗,從以下幾個方面對化學工業與計算機技術的融合進行探究。筆者淺薄之見,僅供參考。
1 計算機技術在化工領域中應用的優勢
隨著經濟和科學技術的飛速發展,計算機在化工領域的應用中占據著越來越重要的地位。其優勢主要表現在以下幾個方面:
(1)計算機技術在化工中的應用可以解決化學工業領域中復雜的計算問題以及龐大的化學信息的存儲與整理問題,使得化學工業中復雜的問題變得簡單化,大大節約了人力、物力,從而大大促進了化學工業的發展。
(2)計算機技術在化學工業中的應用有效的實現了化學工業的自動化、高效化的運轉,保證了化工生產的效率。
(3)利用計算機模擬技術可以部分替代實際化學和化工實驗,提前解決在實際化工生產中可能遇到的問題,從而能夠有效降低研究成本并減少風險。保證化工生產能夠安全、有效的進行。
2 化學工業與計算機技術的融合探析
2.1 計算機技術在化工設計中的應用
化工設計在化工生產中占據極其重要的位置,是化工企業的立足之本。伴隨計算機技術的飛速發展,它在化工設計中的應用由最初的局部輔助發展到如今的全面輔助,在化工設計中扮演著越來越重要的角色。借助于計算機技術,人們不光能夠進行繪圖、工藝路線設計、設備計算等工作,還能完成對環境、經濟和社會效益的評估,因而化工設計又是一項系統工程。當前化工設計中通過使用圖形軟件AutoCAD系統,可以代替圖板和計算器并依照相應制圖標準來完成化工機器圖、化工設備圖、工藝流程圖等的繪制。
傳統的紙質圖紙設計存在改動麻煩且只能進行二維空間上的繪畫的不足,利用計算機輔助制圖(CAD)就能有效彌補這方面的缺陷。不僅能夠方便快捷的繪圖和編輯與修改,顯著提高設計質量;而且將圖紙拓展至三維空間,減低遺漏、片面等繪圖錯誤,縮短設計周期,加快工程建設進度,最終節省工程投資,節約成本。可以說利用計算機的輔助計算是專業化工設計人員必備的一項基本技能,他能保質、保量的完成化工生產中的化工設計。
2.2 計算機技術在化工模擬設計中的應用
化工模擬設計的主要工作內容是通過數學模型將一個以許多單元過程所組成的化工流程準確表現出來,應用化工模擬設計能顯著提高化工設計的品質與效率。
在實際的化工生產中,化學實驗和化學反應測試非常重要,但由于存在一定程度上的不可預知性,需要我們逐一的去嘗試,將會消耗巨大的人力、物力與時間,不利于化工生產的進行。而化工過程涉及到的模擬包含結構分子模擬或微觀過程以及研究宏觀過程的流程模擬,根據反應物的性質,矯正副反應系數,通過化工模擬設計準確且快速的預測化學分析條件,能在節約時間的同時大幅提高生產效率,為企業的發展奠定良好的基礎。如今Aspen plus和ProII等不但能夠進行物料與熱量衡算,還可以進行單元過程計算與設計方案的優選或優化,在制藥、石油煉化、化學工程等過程設計領域中獲得廣泛應用。常見的化工工程流程模擬圖如圖1所示。
伴隨計算機技術的快速發展,設計、控制并優化現有的化工工藝過程,是當前化工企業需解決的重點。而作為過程開發、工業設計及生產優化控制的有力工具,化工流程模擬與優化技術在生產設備的參數優化及增產降耗上發揮了巨大的作用。
2.3 計算機仿真技術在化工生產中的應用
計算機仿真是一門為系統分析、綜合、研究、設計和對專業人員的培訓提供一種先進技術手段的綜合性技術學科,在化工領域中占據了日益重要的地位。
通過化工仿真,能夠形象的將化工生產中流程中設計的閥門、管道、調節器、分析儀器等等化工設備更為逼真的再現,讓化學工業領域的工作者們更好的進行模擬與仿真,從而使設計的化工生產系統更好的為化工行業服務。將計算機技術與化學工業相結合,在化工生產前進行動態仿真模擬,為實際化工生產進行操作優化和技術改造提供了有力依據。
3 結束語
總之,隨著計算機技術在化工領域的廣泛應用,國內外化工行業已發生了翻天覆地的變化,許多化工難題借助計算機技術得到很好的解決,可以說計算機技術與化學工業的融合是時展的必然趨勢。將計算機技術引入到化學工業的生產中,可以使得化工工作者們更高效率、更高質量的進行化工設計、化工生產、化工科研,從而為化學工業的發展提供了更加廣闊的空間。