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[關(guān)鍵詞]計(jì)算機(jī)仿真 計(jì)算機(jī)模擬 虛擬

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

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展， 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)仿真在各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用， 使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真的研究和應(yīng)用也是如火如荼。計(jì)算機(jī)仿真 （Computer Simulation）又稱計(jì)算機(jī)模擬 （Computer Analogy）， 它是分析和研究系統(tǒng)運(yùn)行行為、揭示系統(tǒng)動態(tài)過程和運(yùn)動規(guī)律的一種重要手段和方法， 是系統(tǒng)仿真的一個(gè)重要分支。系統(tǒng)仿真就是建立系統(tǒng)的模型，并在模型上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程。系統(tǒng)仿真技術(shù)實(shí)質(zhì)上就是建立仿真模型并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的技術(shù)。因此， 通俗的說， 計(jì)算機(jī)仿真就是指在實(shí)體尚不存在、或者不易在實(shí)體上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的情況下， 對考察對象進(jìn)行建模， 然后通過計(jì)算機(jī)編程考察對象在系統(tǒng)參數(shù)以及內(nèi)外環(huán)境條件改變的情況， 達(dá)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(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的基礎(chǔ)上， 談?wù)動?jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用。

1、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的綜合概述

1.1 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的定義

計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)是建立在現(xiàn)實(shí)理論和相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)之上的，其中包括信息處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及控制理論、仿真理論等。它是以計(jì)算機(jī)為載體，以其他物理設(shè)備為主要工具，通過建立仿真模型對現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)試驗(yàn)，并結(jié)合相關(guān)學(xué)科知識和信息資料對動態(tài)試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析和研究，以此對抽象問題做出決策。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)已經(jīng)成為一門新的學(xué)科，是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和仿真理論來研究問題對象的重要技術(shù)手段和方法。

1.2 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展

自從計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)誕生以來，就受到世界各國的廣泛關(guān)注和高度重視。它是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，根據(jù)問題對象的實(shí)際要求，建立真實(shí)的數(shù)學(xué)模型，并將其轉(zhuǎn)換成仿真模型。在不同的決策問題下，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來演示運(yùn)行狀態(tài)，從而將抽象問題真實(shí)地展現(xiàn)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)顯示器上，它涉及計(jì)算理論、控制理論以及各種實(shí)際系統(tǒng)的專業(yè)理論知識，并且綜合多學(xué)科領(lǐng)域的一項(xiàng)綜合性技術(shù)。當(dāng)前，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在國防、能源、交通、航空航天等軍事領(lǐng)域和其它領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)起源于美國，后來被多個(gè)國家引進(jìn)和推廣，并且將該項(xiàng)技術(shù)列為國防軍事重點(diǎn)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，由此可見，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的地位和作用。

2、計(jì)算機(jī)仿真的步驟及關(guān)鍵技術(shù)

計(jì)算機(jī)仿真的步驟一般為：（1）建立數(shù)學(xué)模型。應(yīng)考慮觀測數(shù)據(jù)的表達(dá)和專家的經(jīng)驗(yàn)，利用各種手段對計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析，建立一個(gè)特有的數(shù)學(xué)模型。（2）數(shù)據(jù)模型的程序化。利用先進(jìn)的自動編程軟件，進(jìn)行交互操作，完成數(shù)據(jù)模型的程序化。（3）仿真實(shí)驗(yàn)。在仿真實(shí)驗(yàn)之前，應(yīng)提前設(shè)置一套詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方案，根據(jù)具體的要求進(jìn)行仿真模型的運(yùn)行，以達(dá)到實(shí)驗(yàn)的效果。

目前，計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：（1）智能仿真。通過先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，把人類的思維行為植入整個(gè)仿真過程中，以知識為核心進(jìn)行不斷的研究、開發(fā)，使人工智能和仿真技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來，仿造出與現(xiàn)實(shí)相近的景物和物體，以滿足現(xiàn)代人們生活的需求。（2）面向?qū)ο蟮姆抡妗Ｓ扇藗兊闹饔^意識，通過功能設(shè)計(jì)研究開發(fā)，整合為圖片、動畫，以實(shí)現(xiàn)對象能夠清楚的獲取信息，引起系統(tǒng)的活動。（3）人機(jī)和諧仿真。從可視化仿真、虛擬仿真和多媒體仿真多個(gè)角度反應(yīng)出計(jì)算機(jī)仿真的實(shí)際作用。（4）分布交互仿真。利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)多方面仿真設(shè)備的互連，使時(shí)間與空間相互的配合，以達(dá)到一種虛擬的仿真環(huán)境。

3、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)首先在軍事領(lǐng)域得到應(yīng)用的，目前，它在軍事和民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，以下我們主要討論其應(yīng)用的幾個(gè)主要方面：

3.1軍事領(lǐng)域。主要運(yùn)用在虛擬戰(zhàn)場、戰(zhàn)場的戰(zhàn)術(shù)使用訓(xùn)練、戰(zhàn)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(nèi)神州普惠的 DWK。

3.2航空航天領(lǐng)域。主要仿真對火箭發(fā)射、衛(wèi)星釋放、太空行走、嫦娥登月等計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn)。

3.3教學(xué)領(lǐng)域。如通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)仿真和教學(xué)試驗(yàn)仿真可以讓學(xué)生通過觀看網(wǎng)絡(luò)運(yùn)作動畫、分析網(wǎng)絡(luò)性能結(jié)果和設(shè)計(jì)簡單網(wǎng)絡(luò)實(shí)體，更容易、深入地理解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和算法的復(fù)雜行為，收到更好的教學(xué)效果。

3.4工業(yè)制造行業(yè)的仿真。如機(jī)械加工過程，是機(jī)械行業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)的基礎(chǔ)。利用計(jì)算機(jī)仿真，有助于發(fā)現(xiàn)其機(jī)理，為提高機(jī)械加工性能提供理論支持。主要包括：汽車制造是機(jī)械行業(yè)、齒輪設(shè)計(jì)方面、磨削方面、故障診斷、在疲勞壽命判斷、于刀具設(shè)計(jì)、微鉆頭設(shè)計(jì)、滲碳層濃度分布、含間隙機(jī)構(gòu)、空調(diào)制冷系統(tǒng)的研制和包裝機(jī)械的開發(fā)等。

3.5氣象預(yù)測領(lǐng)域。這是一個(gè)典型的無法進(jìn)行物理模型試驗(yàn)的領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)成為氣候變化、氣候預(yù)測的唯一手段。

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

3.7醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的仿真。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)以應(yīng)用與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，通過具體的模型，進(jìn)行模擬操作，可實(shí)現(xiàn)手術(shù)科學(xué)化、精確化，服務(wù)于民。

3.8經(jīng)濟(jì)管理領(lǐng)域。通過搜集各地方財(cái)政收支、股市等運(yùn)行情況，進(jìn)行系統(tǒng)化分析，通過計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)國家經(jīng)濟(jì)的宏觀管理。

3.9城市建設(shè)領(lǐng)域。利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可實(shí)現(xiàn)城市建設(shè)領(lǐng)域的仿真，使人們更好的了解當(dāng)?shù)亟煌ㄟ\(yùn)行情況，進(jìn)而實(shí)施有效的規(guī)劃。

4、結(jié)語

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在未來的發(fā)展道路上將進(jìn)一步完善和提高，這是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。因?yàn)椋抡婕夹g(shù)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，加上計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的相互融合，進(jìn)一步促進(jìn)了社會現(xiàn)代化、信息化發(fā)展，在此基礎(chǔ)上，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)必將得到飛速發(fā)展。由此可見，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，而且應(yīng)用效果越來越好，必將成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)領(lǐng)域發(fā)展的新面孔。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：軋鋼工藝；計(jì)算機(jī)仿真；設(shè)備優(yōu)化

隨著近年來我國鋼鐵產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大，鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)競爭日益激烈，軋鋼作為鋼鐵生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，對于鋼材制品的品類、質(zhì)量起到了舉足輕重的作用。在現(xiàn)有產(chǎn)能基礎(chǔ)的情況下，有效提升生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品多樣性關(guān)乎企業(yè)的競爭力。在不增加設(shè)備投資的情況下，采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，在現(xiàn)有機(jī)組敏捷生產(chǎn)出更多不同鋼種、規(guī)格的產(chǎn)品符合符合鋼鐵企業(yè)的發(fā)展需求。

1軋鋼工藝及設(shè)備的發(fā)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(nèi)部特性。冷軋和熱軋是根據(jù)軋制溫度不同而劃分的，縱軋，橫軋和斜軋是根據(jù)不同的軋制時(shí)軋件與軋輥的相對運(yùn)動而劃分的。一般軋制和特殊軋制是根據(jù)軋制的成型特點(diǎn)劃分的。近些年，軋鋼工藝也在不斷改進(jìn)和升級，主要是受軋鋼工藝發(fā)展的影響。我國在軋鋼工藝方面的重大進(jìn)展包括：1）鑄軋一體化，由于連續(xù)、高效、可控的軋制工藝，以及計(jì)算機(jī)等高新技術(shù)的容易應(yīng)用，以軋制為特征的連續(xù)軋制技術(shù)在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)仍將是鋼鐵行業(yè)鋼材成形的主流技術(shù)，但軋制工藝前后的連接技術(shù)將取得巨大進(jìn)步。由于連鑄的發(fā)展，初軋工序已經(jīng)被逐步淘汰了。生產(chǎn)的薄帶連鑄技術(shù)是直接冷軋，使連鑄和熱軋過程集成。鑄軋一體化將優(yōu)化了整個(gè)軋制過程。2）靈活的軋制過程，應(yīng)用程序的壓力寬度調(diào)整技術(shù)和形狀控制技術(shù)在熱帶鋼軋制，實(shí)現(xiàn)自由安排軋制板的寬度。粗糙和介質(zhì)軋制技術(shù)的應(yīng)用在桿和線生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了自由軋制。冷彎焊管機(jī)器也可以實(shí)現(xiàn)自由規(guī)范生產(chǎn)。這些新技術(shù)使軋制過程靈活。3）軋鋼技術(shù)進(jìn)步的主得益于信息技術(shù)的應(yīng)用。高新技術(shù)包括形狀自動控制，自由安排，精度高、多參數(shù)在線綜合測試在內(nèi)，這些高新技術(shù)的應(yīng)用可以優(yōu)化軋鋼生產(chǎn)。軋機(jī)最早由計(jì)算機(jī)模型控制，后來轉(zhuǎn)變成人工智能控制。這些改變也是因?yàn)樾畔⒓夹g(shù)的發(fā)展，信息技術(shù)的發(fā)展具有優(yōu)化生產(chǎn)周期，減少庫存和降低成本的優(yōu)點(diǎn)。

2計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r分析

計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)主要是一個(gè)全面的技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)的成就建立模擬系統(tǒng)模型，并對模型進(jìn)行動態(tài)實(shí)驗(yàn)在特定的實(shí)驗(yàn)條件。被廣泛應(yīng)用在分析、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、評價(jià)已經(jīng)培訓(xùn)系統(tǒng)中，因其具有運(yùn)行高效安全，且不受環(huán)境條件影響，可以改變時(shí)間比例尺的特點(diǎn)。自1980年代以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，仿真技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代的計(jì)算機(jī)模擬和仿真應(yīng)用軟件。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的實(shí)用價(jià)值是增加，它已廣泛應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和生活的各個(gè)方面，如儀器、虛擬制造、電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模擬訓(xùn)練等。從90年代以來，基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，建立了一批高水平、大規(guī)模的環(huán)內(nèi)硬件仿真系統(tǒng)，如射頻制導(dǎo)導(dǎo)彈環(huán)內(nèi)硬件仿真系統(tǒng)、紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈環(huán)內(nèi)硬件仿真系統(tǒng)、戰(zhàn)斗機(jī)工程飛行模擬器、戰(zhàn)斗機(jī)環(huán)內(nèi)硬件仿真系統(tǒng)、驅(qū)逐艦環(huán)內(nèi)硬件仿真系統(tǒng)等，發(fā)揮了重要作用。綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真已經(jīng)成為一種不可或缺的手段，控制系統(tǒng)的分析、研究和設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)模擬的意義在于它的應(yīng)用。仿真技術(shù)的應(yīng)用可以降低控制系統(tǒng)的開發(fā)成本，提高安全實(shí)驗(yàn)的過程中，調(diào)試和培訓(xùn)，帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)用于工程和非工程。目前，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)已廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、航空航天、交通運(yùn)輸、船舶工程、經(jīng)濟(jì)管理、工程建設(shè)、軍事仿真、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。

3計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在軋鋼工藝的實(shí)際應(yīng)用探究

3.1計(jì)算機(jī)仿真軟件

計(jì)算機(jī)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(shí)驗(yàn)。通過仿真軟件，用戶使用不同的技術(shù)水平可以用他們的語言來表達(dá)不同程度的問題，與計(jì)算機(jī)方便地交流，并完成建模和仿真實(shí)驗(yàn)。仿真軟件分為模擬語言，模擬方案和仿真軟件系統(tǒng)。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(yīng)用領(lǐng)域的程序系統(tǒng)。軟件設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)通用程序段劃分為通用子程序模塊，并設(shè)計(jì)一個(gè)主程序模塊調(diào)用子程序模塊。仿真研究人員可以使用這個(gè)程序包，而無需繁重的編程工作。這些計(jì)算機(jī)仿真軟件重要環(huán)節(jié)是仿真建模，仿真建模是建立被仿真對象的相似物或其結(jié)構(gòu)形式。它可以是物理模型或數(shù)學(xué)模型，好的模型為后續(xù)仿真提供了良好的基礎(chǔ)。

3.2計(jì)算機(jī)仿真在軋鋼工藝中的實(shí)際應(yīng)用

軋鋼工業(yè)的不斷發(fā)展，大量的系統(tǒng)和項(xiàng)目涉及有一定的復(fù)雜性和特殊性。為提高生產(chǎn)的安全性和經(jīng)濟(jì)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以快速發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的規(guī)則和機(jī)制，并提供有效的理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)改善產(chǎn)品的性能指標(biāo)。小圓鋼冷卻床的運(yùn)動是非常不同于普通圓鋼軋制領(lǐng)域。因此，有必要研究冷卻床的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。根據(jù)建立的運(yùn)動模型結(jié)構(gòu)，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真驗(yàn)證測試，使用理想的冷卻床可以生產(chǎn)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(zhuǎn)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(shí)繞另一根軸旋轉(zhuǎn)。鑒于存在問題的基本結(jié)構(gòu)，模擬器還必須能夠從科學(xué)理論的另一個(gè)角度進(jìn)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(gè)尖端，第二個(gè)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(zhuǎn)的突破極限，原因之一是旋轉(zhuǎn)過程中會出現(xiàn)不穩(wěn)定，從而導(dǎo)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(xù)前進(jìn)，而v型牙將新聞向下和向后移動。這實(shí)際上是必要的條件。首先，根據(jù)針對嚴(yán)重磨損和詳細(xì)規(guī)格的模型實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，對相同類型的工字鋼進(jìn)行建模和仿真，并在正常條件下對其進(jìn)行分析。從實(shí)際情況出發(fā)，從仿真模擬數(shù)據(jù)的計(jì)算和性能可以看出，在冷卻床下小圓鋼運(yùn)動相對不穩(wěn)定的快速冷卻效果非常好，并進(jìn)行了數(shù)字仿真，冷卻床和機(jī)芯可以被穩(wěn)定地冷卻，產(chǎn)生了良好的效果，但可控性相對較差。

3.3計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在軋鋼生產(chǎn)節(jié)能的應(yīng)用

加熱爐屬于熱軋生產(chǎn)重要能耗設(shè)施，其功能是加熱軋件到規(guī)程軋制溫度，采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，對加熱爐、軋件進(jìn)行建模，在計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)中對加熱爐各類參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，針對不同的軋制產(chǎn)品，生產(chǎn)節(jié)奏，來料狀態(tài)優(yōu)化加熱爐工藝參數(shù)，大幅優(yōu)化加熱爐空耗與軋制節(jié)奏關(guān)系，可較大幅度降低加熱爐煤氣消耗，通過仿真結(jié)果分析，采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，動態(tài)優(yōu)化加熱爐各類燃燒參數(shù)，在定制化生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生了明顯的效果，通常可降低20%左右的能耗，同時(shí)增加了余熱回收。同時(shí)，通過計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)輔助人工進(jìn)行現(xiàn)場生產(chǎn)培訓(xùn)，利用軟件進(jìn)行加熱爐各類工況運(yùn)行狀態(tài)調(diào)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(xù)和不連續(xù)的干擾因素可以設(shè)置，可以進(jìn)行自動或手動操作調(diào)整顯示各種參數(shù)的靜態(tài)和動態(tài)變化特征在操作的過程中調(diào)整。尤其是針對一些小概率且容易產(chǎn)生較大事故的狀況，極少在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)，采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)模擬此類異常，評測操作人員技能掌握且不會發(fā)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(xùn)工具。

4結(jié)語

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[關(guān)鍵詞]制冷空調(diào)系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)

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

前言

由于當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的新技術(shù)被運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，傳統(tǒng)的制冷空調(diào)系統(tǒng)由于其能源消耗較大、制冷效率較低等原因，已經(jīng)難以滿足當(dāng)前人們生產(chǎn)生活的巨大需求，而計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制冷空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用可以幫助人們最大程度的改善系統(tǒng)性能。隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制冷空調(diào)系統(tǒng)當(dāng)中的廣泛應(yīng)用，關(guān)于空調(diào)系統(tǒng)本身以及空調(diào)中各個(gè)部件的仿真技術(shù)得到了各界越來越多的關(guān)注，當(dāng)前對于制冷空調(diào)系統(tǒng)的研究主要是為了實(shí)現(xiàn)對制冷空調(diào)系統(tǒng)性能的檢驗(yàn)，進(jìn)而對這一系統(tǒng)進(jìn)行逐步的優(yōu)化和改良，而計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以有效地取代繁瑣的試驗(yàn)環(huán)節(jié)，提高檢驗(yàn)的效率。

1.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)概述

1.1 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的概念與特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)顧名思義，它屬于計(jì)算機(jī)技術(shù)中的一個(gè)類別，由于這一技術(shù)具備大量的工程實(shí)踐經(jīng)歷，近些年來發(fā)展迅速。仿真即探索一類可以代替目標(biāo)對象的模型，最終達(dá)到簡化研究流程的目的。而計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)則是指在計(jì)算機(jī)上通過一定的表達(dá)方式來體現(xiàn)相應(yīng)的目標(biāo)對象變化情況。這一技術(shù)具備一定的特點(diǎn)，其可以通過仿真程序代替以往的研究形式， 既可以節(jié)約相當(dāng)大的能耗，又可以節(jié)省研究的耗時(shí)。另外這一技術(shù)強(qiáng)化了對于流程特質(zhì)的探索 ，也就是循序漸進(jìn)的用動態(tài)的研究方式代替以往的靜態(tài)研究方式，通過這一技術(shù)構(gòu)造的研究模型可以更大程度的與實(shí)際研究目標(biāo)相類似，可以有效保證研究結(jié)果的準(zhǔn)確度。并且由于這一技術(shù)對零件與整個(gè)系統(tǒng)都進(jìn)行了研究，因而滿足了人們對于這兩部分進(jìn)行細(xì)致比較的要求，因此能夠?yàn)橄嚓P(guān)參數(shù)的研究創(chuàng)造有利條件。在這一技術(shù)的研究過程中，充分運(yùn)用了最優(yōu)原則，在一定程度上提升了研究的水平，在實(shí)際操作過程中也改善了安全性和可協(xié)調(diào)性較弱的問題。

1.2 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的建模方法

構(gòu)造模型是這一技術(shù)運(yùn)用過程中的最關(guān)鍵問題，根據(jù)這一技術(shù)構(gòu)造出來的模型作為代表系統(tǒng)一定特質(zhì)的載體，可以實(shí)時(shí)的反饋系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)。近些年來，我們國家在利用這一技術(shù)進(jìn)行構(gòu)造模型的方面進(jìn)行了廣泛的研究，其中最主要的建模方法是機(jī)理建模方式。這一方式即參照空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的機(jī)理變化，設(shè)定系統(tǒng)各個(gè)部件相應(yīng)的恒定值，依據(jù)相關(guān)學(xué)科的理論研究成果，研究其物理變化，再結(jié)合最初設(shè)置的各個(gè)部件的恒定值，通過數(shù)學(xué)方法進(jìn)行合理構(gòu)造，并以此來反映出研究對象的一系列變化過程。這一構(gòu)造模型的方式是目前最為基礎(chǔ)的研究方法，并且在其研究過程中需要注重對研究結(jié)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(jìn)行適當(dāng)忽略，以此原則來構(gòu)造出合理的、高效的模型。

1.3 計(jì)算機(jī)仿真算法研究

在實(shí)際的研究過程中，只依靠構(gòu)造數(shù)學(xué)模型還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，除此之外也需要將構(gòu)造出的模型反饋在計(jì)算機(jī)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(gòu)造出的模型不盡相同，在實(shí)際計(jì)算的過程當(dāng)中，需要用到計(jì)算機(jī)的算法來進(jìn)行操作，目前在制冷空調(diào)系統(tǒng)中運(yùn)用范圍最廣的是迭代算法。在制冷空調(diào)系統(tǒng)中，以往的仿真技術(shù)主要是對于簡單系統(tǒng)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(yùn)用了迭代求解的方式，通過兩層迭代實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)運(yùn)行的計(jì)算。另外在制冷空調(diào)系統(tǒng)中，有限差分算法也發(fā)揮了重要作用。這一算法主要是針對換熱器的計(jì)算，通過兩相流動的規(guī)律控制方程運(yùn)算，但是對于稍微復(fù)雜一些的系統(tǒng)，還需要實(shí)現(xiàn)對微元段的合理區(qū)分，并進(jìn)行多次的運(yùn)算。

2.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制冷空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 換熱器

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制冷空調(diào)系統(tǒng)當(dāng)中可以有效運(yùn)用在換熱器上，而換熱器中的應(yīng)用主要是通過預(yù)先設(shè)定的相應(yīng)的參數(shù)構(gòu)造所需的模型。而近些年來，由于制冷空調(diào)系統(tǒng)對于參數(shù)精確程度的規(guī)定逐漸提升，因而計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在換熱器的運(yùn)用過程當(dāng)中出現(xiàn)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(gè)部分，根據(jù)流體與氣體的差異把蒸發(fā)器劃分為兩相流體和過熱氣體兩個(gè)部分。在這一環(huán)節(jié)之后，研究工作才可以順利開展。在近些年的探索過程當(dāng)中，人們發(fā)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制冷空調(diào)系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用該可以得到改良，因此一些更加精密的參數(shù)設(shè)定方法逐漸被運(yùn)用到這一研究過程中。

2.2 節(jié)流裝置

制冷空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)流裝置主要是毛細(xì)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(nèi)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(diào)系統(tǒng)中多數(shù)會采用后者。隨著制冷空調(diào)的普及范圍逐漸擴(kuò)大，仿真技術(shù)在這一系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍也越來越廣。由于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)具備較為簡易的運(yùn)行方式以及較高的安全性能，將其運(yùn)用到節(jié)流裝置中可以有效的拓寬制冷空調(diào)的覆蓋范圍，充分發(fā)揮系統(tǒng)的制冷作用。然而在實(shí)際的操作環(huán)節(jié)當(dāng)中也存在著一些問題，比如在毛細(xì)管內(nèi)存在著液體與氣體兩種不同狀態(tài)的物質(zhì)，這會使得實(shí)際的構(gòu)造模型的過程變得稍微復(fù)雜，因?yàn)橹评鋭┰趦煞N物質(zhì)間的流動會存在臨界值的問題，而關(guān)于這一數(shù)值的計(jì)算則是評價(jià)制冷空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的重要因素。

2.3 壓縮機(jī)

這一部分是制冷空調(diào)系統(tǒng)中復(fù)雜程度最大的，由于其種類繁多，所以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在這一部分的運(yùn)用也存在差異。目前針對這一部分的探索已經(jīng)產(chǎn)生了一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科，其中最為顯著地研究成果就是針對制冷空調(diào)機(jī)組的總體參數(shù)來構(gòu)造研究的模型。在構(gòu)造這一模型的過程當(dāng)中，中效率法是一種應(yīng)用最廣泛的方法，此種方法的核心在于參考相應(yīng)的實(shí)踐數(shù)據(jù)，用系數(shù)來設(shè)定制冷空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行程序，并通過研究與實(shí)踐的差異來逐步修正，達(dá)到在準(zhǔn)確度上的要求。另外仿真技術(shù)在壓縮機(jī)的應(yīng)用當(dāng)中，還有一種較為簡便的模型構(gòu)造方法，即通過對研究所得數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸性檢驗(yàn)，從而得出壓縮機(jī)的相關(guān)參數(shù)。

3.結(jié)語

近些年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)制冷空調(diào)系統(tǒng)存在著一些弊端，已經(jīng)無法滿足當(dāng)前人們生產(chǎn)生活的需要。目前，在制冷空調(diào)系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。文本通過研究發(fā)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)具備節(jié)約能源消耗、縮短研究時(shí)間、簡化制冷流程以及準(zhǔn)確度較高的特點(diǎn)。在這一技術(shù)運(yùn)用過程當(dāng)中，構(gòu)造模型是最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，常用的模型構(gòu)造方式是機(jī)理模型構(gòu)造法。由于在制冷空調(diào)系統(tǒng)當(dāng)中構(gòu)造出的模型種類繁多，因此也需要多種的算法來對研究進(jìn)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(diào)的大范圍普及，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在其中的應(yīng)用不容忽視，目前，這一仿真技術(shù)主要在換熱器、節(jié)流裝置以及壓縮機(jī)當(dāng)中運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]邵雙全，石文星，陳華俊，李先庭，彥啟森. 制冷空調(diào)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)綜述[J]. 制冷與空調(diào)，2012，03：10-15.

篇4

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)仿真；教學(xué)方法；教學(xué)改革；實(shí)踐

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

一、引言

仿真技術(shù)已經(jīng)在國防軍事、國民經(jīng)濟(jì)、社會生活的眾多領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用，國內(nèi)外眾多學(xué)者認(rèn)為，仿真技術(shù)“正在成為與理論、實(shí)驗(yàn)并列的第三種認(rèn)識和改造客觀世界以及科學(xué)研究的手段”，因此仿真技術(shù)被認(rèn)為是“使能”技術(shù)。

仿真科學(xué)與技術(shù)雖然尚未成為一級學(xué)科，但國內(nèi)多個(gè)軍隊(duì)院校已經(jīng)開始設(shè)置仿真專業(yè)和仿真工程二級學(xué)科，已經(jīng)培養(yǎng)了數(shù)千名仿真工程技術(shù)人才。我校從2005年起開始在測控工程本科專業(yè)開設(shè)《計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)》課程，30學(xué)時(shí)，每年選課人數(shù)近150人，主要目的是讓學(xué)員建立起計(jì)算機(jī)仿真的概念，掌握計(jì)算機(jī)仿真的基本方法并能夠?qū)B續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行初步的仿真研究，為今后從事導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是仿真科學(xué)與技術(shù)涉及到的有關(guān)具體仿真技術(shù)中最為基礎(chǔ)的部分，具有綜合性、多學(xué)科交叉等特點(diǎn)。因此，學(xué)員普遍反應(yīng)該課程難學(xué)、難懂。為提高教學(xué)效果，針對課程特點(diǎn)和現(xiàn)行課程教學(xué)的不足，我們從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法手段、教學(xué)資源和實(shí)踐環(huán)節(jié)等方面進(jìn)行了課程改革和實(shí)踐，取得了較好的教學(xué)效果，為計(jì)算機(jī)仿真課程的教學(xué)改革提供了實(shí)踐基礎(chǔ)和案例參考。

二、現(xiàn)行課程教學(xué)的不足

1.課程定位不明確。由于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在本校是第一次開設(shè)，對于課程應(yīng)該達(dá)到什么樣的目標(biāo)定位并不明確?，F(xiàn)行的課程標(biāo)準(zhǔn)將目標(biāo)定位為掌握連續(xù)系統(tǒng)仿真方法和離散事件系統(tǒng)建模與仿真方法，并能夠?qū)唧w的連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究。事實(shí)證明這種要求目前是達(dá)不到的，特別是在有限的學(xué)時(shí)限制之下。另外，課程的定位也和測控工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)不盡相符。同時(shí)，本校應(yīng)屆畢業(yè)的研究生反映，本科階段已經(jīng)學(xué)過的內(nèi)容，碩士階段還得重新學(xué)一遍，甚至到了博士階段，也有部分重復(fù)的教學(xué)內(nèi)容出現(xiàn)。這說明目前對于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)本科課程、乃至整個(gè)仿真課群的設(shè)置與定位是不明確的。

2.教學(xué)內(nèi)容與其他課程重疊。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程現(xiàn)行的教學(xué)內(nèi)容與《現(xiàn)代控制理論》等課程的內(nèi)容有所交叉和重疊。連續(xù)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及相互轉(zhuǎn)化等內(nèi)容在《現(xiàn)代控制理論》中已經(jīng)講授過。而有關(guān)“數(shù)值積分法”的內(nèi)容和《計(jì)算方法》的內(nèi)容有交叉。教學(xué)內(nèi)容交叉和重疊現(xiàn)象令學(xué)生無法準(zhǔn)確界定、無法準(zhǔn)確區(qū)分課程內(nèi)容，也令教學(xué)督導(dǎo)專家詬病，當(dāng)然也就不利于學(xué)員的系統(tǒng)學(xué)習(xí)了。

3.教學(xué)方法手段單一。該課程的教學(xué)方法還主要停留在傳統(tǒng)的講授為主的教學(xué)理念上，只采用單一的教學(xué)方法和手段。教學(xué)內(nèi)容文字性公式居多，直觀性材料、多媒體材料、應(yīng)用型材料偏少，學(xué)員學(xué)完后不知道如何應(yīng)用、如何解決實(shí)際問題，總認(rèn)為計(jì)算機(jī)仿真就是一種數(shù)值游戲、一種計(jì)算機(jī)游戲。

4.缺乏必要的實(shí)踐環(huán)節(jié)。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)本來是實(shí)踐性很強(qiáng)的綜合性技術(shù)，仿真技術(shù)本身是在對控制系統(tǒng)分析的過程中不斷完善和發(fā)展起來的?，F(xiàn)行的教學(xué)模式缺乏實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)員難以了解仿真技術(shù)具體是如何應(yīng)用解決實(shí)際問題的，缺乏感性認(rèn)識和實(shí)踐的機(jī)會，不知道在導(dǎo)彈控制系統(tǒng)分析中有何用處。

三、課程教學(xué)的改革實(shí)踐

根據(jù)作者的教學(xué)實(shí)踐和實(shí)際科研工作經(jīng)歷，提出并實(shí)踐了如下改革思路。

1.教學(xué)內(nèi)容改革。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程涉及多個(gè)交叉學(xué)科，緊密相關(guān)的課程包括計(jì)算方法、計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)控制、自動控制原理、現(xiàn)代控制理論等課程。如何講出本課程的特點(diǎn)同時(shí)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(xué)內(nèi)容的編排上下功夫。

經(jīng)過分析與調(diào)研，最終將本課程的主要內(nèi)容選定為連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字仿真方法上（占總學(xué)時(shí)的40%），而對連續(xù)系統(tǒng)的建模及模型表示、相互轉(zhuǎn)換則不作過多講述，避免與自動控制原理、現(xiàn)代控制理論重復(fù)。而對于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)中的離散事件系統(tǒng)仿真（占總學(xué)時(shí)的25%）則僅作原理性講述，因?yàn)榻?jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)員在現(xiàn)階段還體會不到離散事件系統(tǒng)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(shí)際復(fù)雜系統(tǒng)的建模與仿真方法，而這正是離散事件系統(tǒng)仿真的核心思想和應(yīng)用目的所在。剩余的學(xué)時(shí)則主要講述計(jì)算機(jī)仿真的基本概念、步驟與發(fā)展趨勢及應(yīng)用等內(nèi)容。

授課內(nèi)容調(diào)整后，課程主題內(nèi)容分明，有利于將連續(xù)系統(tǒng)仿真方法講深、講透，增進(jìn)學(xué)員的理解。

2.基于比較教學(xué)的教學(xué)方法實(shí)踐。為了加深學(xué)員對內(nèi)容的理解，在教學(xué)過程中廣泛采用了比較教學(xué)方法[1]。

一是連續(xù)系統(tǒng)與離散事件系統(tǒng)仿真方法的比較。仿真的本質(zhì)是在計(jì)算機(jī)上對模型進(jìn)行試驗(yàn)，完成狀態(tài)轉(zhuǎn)移計(jì)算。連續(xù)系統(tǒng)仿真模型的建立主要是從數(shù)學(xué)模型出發(fā)，建立適合計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的運(yùn)行模型。因此連續(xù)系統(tǒng)仿真推進(jìn)時(shí)鐘時(shí)，以為增量進(jìn)行推進(jìn)，采用差分方程實(shí)現(xiàn)狀態(tài)推進(jìn)。因而連續(xù)系統(tǒng)其仿真方法明確，好理解，在計(jì)算機(jī)上求解微分方程即可，重點(diǎn)放在如何選取微分方程的數(shù)值解法上。

而離散事件系統(tǒng)的狀態(tài)變化是由于隨機(jī)發(fā)生的事件而引起的，如何進(jìn)行離散事件系統(tǒng)的仿真時(shí)鐘推進(jìn)和狀態(tài)變遷就成為離散事件系統(tǒng)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(tài)變化并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，最后得到感興趣的系統(tǒng)性能參數(shù)。時(shí)鐘推進(jìn)方法根據(jù)仿真粒度分別可采用事件調(diào)度法、互動掃描法和進(jìn)程交互法，其中事件調(diào)度法是基礎(chǔ)，體現(xiàn)了離散事件系統(tǒng)演化的特點(diǎn)。

離散事件系統(tǒng)只能根據(jù)其系統(tǒng)特點(diǎn)，將由事件驅(qū)動引起的狀態(tài)變化通過簡化在計(jì)算機(jī)上復(fù)現(xiàn)出來，從而進(jìn)行仿真研究。這種思路大部分學(xué)員開始時(shí)不理解，甚至認(rèn)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(tǒng)甚至復(fù)雜混雜系統(tǒng)進(jìn)行仿真的唯一有效方法。

通過建立連續(xù)系統(tǒng)和離散事件系統(tǒng)仿真比較表（如下表所示）進(jìn)行比較教學(xué)，學(xué)員對兩種系統(tǒng)的仿真方法理解得更透徹。

二是數(shù)值積分法、替換法和離散相似法的比較教學(xué)，后面兩者都是從仿真的快速性出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

數(shù)值積分方法是從求解微分方程的角度發(fā)展而來的，思路嚴(yán)謹(jǐn)，方法體系完整，是主流的連續(xù)系統(tǒng)仿真方法，其主要過程是建立差分方程。替換法是應(yīng)用z與s的映射得到離散脈沖傳遞函數(shù)，再由Z反變換求得差分方程的方法。替換法相當(dāng)于數(shù)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(jì)算過程相比歐拉積分方法和梯形法快。但缺點(diǎn)也很明顯，替換法要求對系統(tǒng)先進(jìn)行線性化，因而只對線性系統(tǒng)有效，而且替換法其理論依據(jù)不嚴(yán)格，誤差大小也沒有定量的結(jié)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(tǒng)的輸入。由于實(shí)際系統(tǒng)輸入經(jīng)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(tài)變量的導(dǎo)數(shù)為階躍信號時(shí)，才沒有系統(tǒng)誤差，這在實(shí)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(tǒng)誤差的仿真結(jié)果，這不僅優(yōu)于歐拉方法，還優(yōu)于其他的高階數(shù)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(tǒng)必須是線性的。非線性系統(tǒng)要采用離散相似法，首先要進(jìn)行線性化，但線性化過程已經(jīng)引入了誤差，自然會影響仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性；另外系統(tǒng)的階次和“病態(tài)”屬性的存在使得計(jì)算狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣很復(fù)雜甚至不收斂，將帶來較大的截?cái)嗾`差。因此對于線性系統(tǒng)，離散相似法將系統(tǒng)拆分為一系列低階環(huán)節(jié)，再針對每個(gè)低階環(huán)節(jié)應(yīng)用離散相似法，但此時(shí)這些低階環(huán)節(jié)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(huán)節(jié)是積分環(huán)節(jié)時(shí)，離散相似法（零階保持）等價(jià)于歐拉方法。

通過以上比較教學(xué)，學(xué)員對連續(xù)系統(tǒng)的仿真方法理解就很透徹了。

3.輔助教學(xué)資源開發(fā)。學(xué)員通過比較教學(xué)，雖然對連續(xù)系統(tǒng)的仿真方法已經(jīng)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(fā)了連續(xù)系統(tǒng)仿真算法輔助教學(xué)演示軟件。

軟件的主要功能包括：（1）對常用的數(shù)值積分法進(jìn)行Matlab實(shí)現(xiàn)，寫出各種數(shù)值積分法的遞推疊代公式，顯示出每步計(jì)算結(jié)果；（2）連續(xù)系統(tǒng)包括典型的一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)和三階系統(tǒng)；（3）可對數(shù)值計(jì)算結(jié)果和系統(tǒng)精確解進(jìn)行列表比較和圖形比較；（4）對病態(tài)系統(tǒng)采用不同的仿真方法進(jìn)行仿真演示，比較方法的異同和計(jì)算精度；（5）一個(gè)魚雷攻擊移動目標(biāo)系統(tǒng)（6階系統(tǒng)）進(jìn)行具體應(yīng)用，演示如何對具體連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。

教學(xué)過程中，涉及到相關(guān)算法時(shí)，利用輔助教學(xué)軟件進(jìn)行教學(xué)演示，對計(jì)算公式的推導(dǎo)、每步計(jì)算過程和結(jié)果都進(jìn)行演示，并最終演示仿真結(jié)果及與真實(shí)解、其他算法之間的差異，從而班組學(xué)員理解算法的計(jì)算過程。

4.增加實(shí)踐環(huán)節(jié)。由于教學(xué)過程中，只能采用較簡單的對象進(jìn)行講授和演示，學(xué)員對于如何采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)解決導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的定量分析與精度評定等應(yīng)用仍然沒有概念。鑒于學(xué)時(shí)的限制和實(shí)驗(yàn)條件的限制，目前尚不具備讓學(xué)員動手進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證的條件。因此依托戰(zhàn)略導(dǎo)彈控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真試驗(yàn)系統(tǒng)科研條件，讓學(xué)員參觀、體驗(yàn)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在大型導(dǎo)彈連續(xù)系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用這一實(shí)踐環(huán)節(jié)，感受半實(shí)物仿真試驗(yàn)過程和數(shù)字仿真、可視化仿真過程，從而增強(qiáng)了學(xué)員理解仿真技術(shù)應(yīng)用的直觀性，使學(xué)員的實(shí)踐能力得到全面鍛煉和提高。

四、教學(xué)效果

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程在我校開設(shè)了7屆，前幾屆學(xué)員普遍反映難學(xué)，抓不住重點(diǎn)和思路，不知道如何應(yīng)用。經(jīng)過近3年的教學(xué)改革與實(shí)踐，教學(xué)效果明顯改善，具體教學(xué)效果如下。

1.課堂和實(shí)踐教學(xué)效果。通過以上教學(xué)改革和教學(xué)實(shí)踐，學(xué)員在課堂上能夠積極主動地思考和回答問題，對學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程充滿了興趣，能夠在教員的引導(dǎo)下主動對具體連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模與分析，主動閱讀參考文獻(xiàn)提出問題。實(shí)踐環(huán)節(jié)中，多數(shù)同學(xué)能夠從總體上理解半實(shí)物仿真系統(tǒng)的組成及工作原理、過程，有些學(xué)員甚至與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教員探討，提出半實(shí)物仿真、數(shù)學(xué)仿真、可視化仿真的改進(jìn)措施?？傮w來說，課堂和實(shí)踐教學(xué)效果較好。

2.大作業(yè)反饋教學(xué)效果。從近幾年大作業(yè)完成情況看，學(xué)員對連續(xù)系統(tǒng)的仿真算法掌握較好，對于算法在一階微分方程中的應(yīng)用基本能夠掌握，通過文獻(xiàn)的參考和指導(dǎo)，初步掌握了對連續(xù)系統(tǒng)建模、模型轉(zhuǎn)換、仿真建模、仿真實(shí)現(xiàn)這一過程。大部分同學(xué)也能對高階系統(tǒng)進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換和仿真分析，這表明大部分學(xué)員已經(jīng)掌握了對實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析的能力。

總之，通過教學(xué)改革和實(shí)踐，學(xué)員在學(xué)習(xí)過程中發(fā)揮了主體作用，提高了綜合分析能力和知識運(yùn)用能力，教學(xué)效果顯著提高。

五、結(jié)束語

本文針對計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程特點(diǎn)和現(xiàn)行教學(xué)模式存在的課程定位不明確、教學(xué)內(nèi)容交叉重疊、教學(xué)方法手段單一、缺乏必要的實(shí)踐環(huán)節(jié)等不足，結(jié)合作者多年的教學(xué)實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)，提出并實(shí)踐了一些該課程教學(xué)改革的具體思路，相信對于該課程的后續(xù)教學(xué)改革、提高教學(xué)質(zhì)量和效果具有一定的參考意義。這種教學(xué)改革的實(shí)踐表明，不僅增加了教學(xué)的趣味性，學(xué)員也普遍反應(yīng)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)更容易理解了，仿真方法思路更清晰了，取得了明顯的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

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【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)仿真技術(shù) 物流實(shí)驗(yàn)室 建設(shè)策略

物流專業(yè)最大的特點(diǎn)是實(shí)踐性強(qiáng)，加強(qiáng)相關(guān)設(shè)備的投入力度及構(gòu)建相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室對學(xué)生實(shí)踐操作能力的提升具有重要意義。由于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)存在諸多的優(yōu)勢如成本少、可控性高、可視化等，將其運(yùn)用到物流實(shí)驗(yàn)室中可以帶來意想不到的效果。

1 構(gòu)建基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的物流實(shí)驗(yàn)室的意義

1.1 教學(xué)方面

在物流教學(xué)過程中，除了要傳授學(xué)生相關(guān)的物流知識外，還必須培養(yǎng)其一定的實(shí)踐操作能力。通過將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與物流實(shí)驗(yàn)室有機(jī)結(jié)合，能緊跟物流技術(shù)的發(fā)展變化來及時(shí)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(jìn)行各種不同的實(shí)驗(yàn)操作，完全達(dá)到了物流實(shí)踐教學(xué)的要求，并且學(xué)生能夠?qū)⒄n堂上所學(xué)的知識運(yùn)用到實(shí)際生活中。

1.2 科研方面

對于具有豐富理論知識，想有進(jìn)一步發(fā)展的學(xué)生來說，基本的理論教學(xué)與實(shí)踐操作很難達(dá)到他們的實(shí)際所需，特別渴望參與一些深層次的物流系統(tǒng)分析、高級實(shí)驗(yàn)活動。為此，構(gòu)建基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的物流實(shí)驗(yàn)室是滿足學(xué)生要求的不二選擇，能夠?yàn)楝F(xiàn)代社會培養(yǎng)一批高級別的物流管理團(tuán)隊(duì)。

1.3 社會服務(wù)方面

學(xué)校在完成培養(yǎng)綜合型人才隊(duì)伍的任務(wù)的同時(shí)，還肩負(fù)著服務(wù)社會的責(zé)任。由于目前缺乏實(shí)踐系統(tǒng)，基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的物流實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，很大程度上幫助了教育者利用自身掌握的知識，通過實(shí)驗(yàn)室豐富的軟硬件資源來承接相關(guān)的項(xiàng)目課題，促進(jìn)企業(yè)物流系統(tǒng)的進(jìn)一步升級，避免不必要的資金投入，綜合了物流與其他相關(guān)技術(shù)、信息技術(shù)，減少了社會資源的大量耗費(fèi)。

2 基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的物流實(shí)驗(yàn)室建設(shè)策略

2.1 明確具體的建設(shè)目標(biāo)與指導(dǎo)思想

首先，基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的物流實(shí)驗(yàn)室應(yīng)配備具有開放性、綜合性特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)體系，提高學(xué)生知識水平的同時(shí)，增強(qiáng)其實(shí)踐操作能力，制定詳細(xì)完善的教學(xué)計(jì)劃，注重學(xué)科發(fā)展，將學(xué)生創(chuàng)新意識及能力的養(yǎng)成作為教學(xué)目標(biāo)。

其次，基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的物流實(shí)驗(yàn)室建設(shè)必須將系統(tǒng)性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性作為主要指導(dǎo)思想。實(shí)驗(yàn)室應(yīng)時(shí)刻了解先進(jìn)物流技術(shù)、相關(guān)教學(xué)手段的最新情況，盡可能的集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、自動識別技術(shù)、信息管理與決策技術(shù)等為一體；從學(xué)科與專業(yè)的角度出發(fā)，合理使用實(shí)驗(yàn)室建設(shè)費(fèi)用，優(yōu)化配置各類硬軟件、場地資源，建立健全物流仿真實(shí)驗(yàn)工程體系，為專業(yè)設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)提供幫助，真正實(shí)現(xiàn)涵蓋教學(xué)、科研、實(shí)驗(yàn)、人才培養(yǎng)等內(nèi)容的教學(xué)科研基地。

2.2 總體規(guī)劃

2.2.1 硬件設(shè)備

基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的物流實(shí)驗(yàn)室應(yīng)配置一定數(shù)量的電腦，方便學(xué)生利用電腦來構(gòu)建仿真模型。另外，還需購置下列設(shè)備：投影機(jī)、弧形三維屏幕（籠罩整個(gè)實(shí)驗(yàn)室，以創(chuàng)設(shè)虛擬的物流仿真系統(tǒng)氛圍）、在實(shí)驗(yàn)室中間放置一臺服務(wù)器電腦與音響，并和投影機(jī)與弧形三維屏幕連接，這樣即完成操作平臺的設(shè)置。同時(shí)還要有具備無線遙控功能的激光筆，為相關(guān)操控提供便利。

基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的物流實(shí)驗(yàn)室及其硬件的規(guī)劃與分配途徑是：將實(shí)驗(yàn)室劃分為教學(xué)區(qū)與科研區(qū)兩個(gè)不同功能的區(qū)域，各自處于不同的空間中。教學(xué)區(qū)主要為學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)提供服務(wù)，內(nèi)部共配備了投影機(jī)、屏幕、服務(wù)器、音響、供學(xué)生操作的電腦、遙控激光筆?？蒲袇^(qū)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(shè)備

軟件設(shè)施在物流仿真實(shí)驗(yàn)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(jié)合仿真系統(tǒng)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(diǎn)，在多個(gè)行業(yè)系統(tǒng)中得到應(yīng)用。該軟件在物流仿真實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用涉及了配送中心揀選仿真、倉庫系統(tǒng)出入庫仿真、生產(chǎn)物流仿真、機(jī)場仿真等領(lǐng)域。由于當(dāng)前運(yùn)用的Flexsim軟件只涉及一些基本功能，所以還需對其進(jìn)行升級，添進(jìn)相配套的優(yōu)化軟件包。

2.2.3 建設(shè)流程

基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的物流實(shí)驗(yàn)室建設(shè)應(yīng)遵循循序漸進(jìn)、分階段的原則。舉例說明，選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)場所及設(shè)備，建設(shè)滿足教學(xué)要求的仿真物流系統(tǒng)及仿真生產(chǎn)物流系統(tǒng)；然后再建設(shè)另兩個(gè)仿真配送中心系統(tǒng)及仿真供應(yīng)鏈系統(tǒng)。

在構(gòu)建仿真物流各系統(tǒng)過程中，應(yīng)通過委托開發(fā)與自行研發(fā)相結(jié)合的手段。由于對大型仿真物流系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)時(shí)會耗費(fèi)諸多的時(shí)間、精力，并且要求有豐富的計(jì)算機(jī)編程知識，所以應(yīng)開展招投標(biāo)活動，委托專業(yè)機(jī)構(gòu)開發(fā)，同時(shí)自己與相關(guān)團(tuán)隊(duì)協(xié)作開展二次研發(fā)。

3 結(jié)論

C上所述可知，在培養(yǎng)物流人才過程中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)發(fā)揮著不可忽視的作用，為高質(zhì)量人才的培養(yǎng)提供了堅(jiān)實(shí)的保障。從專業(yè)特色角度出發(fā)，制定系統(tǒng)完善的培養(yǎng)計(jì)劃，構(gòu)建實(shí)踐性高的物流實(shí)驗(yàn)室，致力于將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與物流實(shí)驗(yàn)室緊密結(jié)合，這不僅有助于進(jìn)一步升華實(shí)驗(yàn)教學(xué)，推動物流健康持續(xù)發(fā)展，而且還極大地增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

阮文（1967-），女，福建省仙游縣人。工程碩士學(xué)位，畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)，現(xiàn)為湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用。

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【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)仿真 模擬電子技術(shù) 考試系統(tǒng) 研發(fā)

一、“模擬電子技術(shù)”考試系統(tǒng)的基本特征

在實(shí)際的教學(xué)與考試過程當(dāng)中，采用教W與考試分離的模式不僅能對教學(xué)的質(zhì)量進(jìn)行客觀與公平的檢驗(yàn)，同時(shí)對教學(xué)質(zhì)量的提高也有著重要的推動作用。而利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行考試則可以很好的實(shí)現(xiàn)教學(xué)與考試的分離，在現(xiàn)階段的各種考試當(dāng)中都有著廣泛的運(yùn)用，也受到了人們的熱烈歡迎。但是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行考試，相應(yīng)的系統(tǒng)則是必不可少的。但是當(dāng)前階段的計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)存在著嚴(yán)重的不足，制約了計(jì)算機(jī)考試在大范圍內(nèi)的全面推廣。計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)的主要特征包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：第一，計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)內(nèi)部所有的試題都是靜態(tài)試題，其內(nèi)容和答案都是唯一的，這尚不能完全達(dá)到高水平考試的要求。第二，計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)內(nèi)部所包含的試題的數(shù)量明顯偏低，同時(shí)由于這種系統(tǒng)并不是一種開放性的系統(tǒng)，如果學(xué)生在平時(shí)的模擬考試或者練習(xí)過程當(dāng)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?jǐn)?shù)。因此，這種考試系統(tǒng)在運(yùn)用的過程當(dāng)中就失去了當(dāng)初的目的，成為單純評價(jià)教師工作與學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量的一種工具，失去了其“以考助學(xué)”的初衷。在許多領(lǐng)域的考試當(dāng)中，由于擔(dān)心學(xué)生做完所有的題目并強(qiáng)行記錄，計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)還不能完全對學(xué)生開放，從而限制了其應(yīng)用。

“模擬電子技術(shù)”在多個(gè)專業(yè)都是重要的基礎(chǔ)課程，“模擬電子技術(shù)”課程對學(xué)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(shí) 也需要對相關(guān)的電路圖進(jìn)行編輯與重現(xiàn)，這就使得這門課程的計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)的研發(fā)難度加大許多。在項(xiàng)目的研究過程中，筆者通過查閱相關(guān)資料等方式對“模擬電子技術(shù)”計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)的研發(fā)進(jìn)行了分析與研究，認(rèn)為“模擬電子技術(shù)”計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)應(yīng)該包含以下幾個(gè)方面的特征：第一，該系統(tǒng)應(yīng)該包含有電路圖編輯功能，學(xué)生可以在該系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)電路圖的編輯與重現(xiàn)。第二，應(yīng)該設(shè)計(jì)出動態(tài)試題模塊，例如，在試題當(dāng)中，電路的連接方向、電壓、電流、電阻等都可以產(chǎn)生一定的變化，而并非是一成不變的。第三，系統(tǒng)內(nèi)含電路仿真模塊，運(yùn)行仿真模塊即可計(jì)算電路節(jié)點(diǎn)電位和支路電流，從而獲得不同參數(shù)條件下的試題標(biāo)準(zhǔn)答案，并實(shí)現(xiàn)考試自動評分。對于一題多變的動態(tài)類型題目，學(xué)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(fā)的考試系統(tǒng)完全可以，且應(yīng)該開放給學(xué)生練習(xí)。實(shí)踐表明，“模擬電子技術(shù)”考試系統(tǒng)，極大地提高了學(xué)生練習(xí)的積極性，也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)成績。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

“模擬電子技術(shù)”計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)主要包括題目開發(fā)模塊、試卷編輯模塊、考試模塊、題庫和試卷庫。題目開發(fā)模塊的主要功能是實(shí)現(xiàn)電路圖的編輯功能，有了這個(gè)功能之后，既可以增加試題庫當(dāng)中的試題數(shù)量，也能夠?qū)υ囶}庫當(dāng)中現(xiàn)有的試題進(jìn)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(jīng)存在的試卷?？荚嚹K用來從試卷庫選擇試卷、調(diào)出試題、重現(xiàn)試題、仿真電路和自動評分，是考試系統(tǒng)的核心模塊。

在考試模塊當(dāng)中可以實(shí)現(xiàn)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?fù)鋽?shù)據(jù)、隨機(jī)參數(shù)代碼和題目文本。隨機(jī)參數(shù)代碼和隨機(jī)數(shù)種子送至隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，確定相關(guān)隨機(jī)參數(shù)；電路圖重繪單元利用電路拓?fù)鋽?shù)據(jù)和相關(guān)隨機(jī)參數(shù)，重新繪制電路；電路仿真單元對電路仿真，獲取電路的各節(jié)點(diǎn)電位和各支路電流；標(biāo)準(zhǔn)答案提取單元從仿真數(shù)據(jù)中提取出標(biāo)準(zhǔn)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(guān)的答案，考試者所輸入的相關(guān)數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)答案進(jìn)行比較，最后完成相關(guān)的評分工作。

學(xué)生在進(jìn)行練習(xí)的過程當(dāng)中，系統(tǒng)時(shí)鐘會隨機(jī)產(chǎn)生對應(yīng)題目的隨機(jī)數(shù)種子，這就使得題目不再是靜止不變的。而學(xué)生在參加考試的過程當(dāng)中，隨機(jī)數(shù)種子則是由教師指定的，這就使得每個(gè)學(xué)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(shù)”計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)當(dāng)中，由于題目是動態(tài)變化的，電路圖的相關(guān)參數(shù)并不是一成不變的，而是會發(fā)生一定的變化，同時(shí)題目所對應(yīng)的答案也會發(fā)生一定的變化。電路仿真單元的研發(fā)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能夠自動獲取標(biāo)準(zhǔn)答案與自動評分功能。在電路仿真單元當(dāng)中，可以實(shí)現(xiàn)對電路直流工作點(diǎn)的模擬，從而形成對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)答案。

電路直流工作點(diǎn)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(jìn)行線性化，再建線性電路方程組和解電路方程組。通過反復(fù)迭代運(yùn)算，最后獲得電路方程組的數(shù)值解。

四、結(jié)語

基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的模擬電子技術(shù)考試系統(tǒng)的研發(fā)對當(dāng)前高校關(guān)于模擬電子技術(shù)課程的教學(xué)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(tǒng)的使用能夠使得整個(gè)學(xué)習(xí)的過程更加的生動，避免了當(dāng)前高校采用的“PPT+教科書”的教學(xué)模式。

參考文獻(xiàn)：

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篇7

自動控制原理是工科院校自動化及其相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要研究自動控制系統(tǒng)的一般規(guī)律，涉及控制系統(tǒng)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(shù)學(xué)計(jì)算多且繁雜等特點(diǎn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)常感到很困難，沒有足夠的興趣。針對這一特點(diǎn)，利用Matlab仿真技術(shù)優(yōu)化自動控制原理教學(xué)過程，進(jìn)行理論方法的實(shí)時(shí)演示教學(xué)，可幫助學(xué)生理解抽象的概念和方法，改善課堂教學(xué)效果。

1 利用Matlab優(yōu)化自動控制原理教學(xué)過程的思路

Matlab軟件具備強(qiáng)大的計(jì)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(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)提供了極大便利。利用Matlab優(yōu)化自動控制原理教學(xué)，在形式上包括教師課堂內(nèi)教學(xué)演示，結(jié)合學(xué)生課外仿真練習(xí)、實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等；在內(nèi)容上，從建立控制系統(tǒng)的模型入手，涵蓋經(jīng)典控制理論的三大分析方法，系統(tǒng)校正，以及非線性系統(tǒng)的分析等。借助Matlab仿真將抽象的理論內(nèi)容形象化，使學(xué)生易于理解，以達(dá)到較好的教學(xué)效果。

2 教學(xué)應(yīng)用舉例

2.1 利用Simulink進(jìn)行動態(tài)系統(tǒng)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(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)仿真模型。如圖1所示，為水箱液位控制系統(tǒng)，要求通過控制進(jìn)水流量來調(diào)節(jié)液位高度。該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為： =

其中，時(shí)間常數(shù) =，放大系數(shù) = 。為水箱截面積，為流出閥阻力系數(shù)。

在Simulink中建立該系統(tǒng)的仿真模型，如圖2所示。

將給定值參數(shù)設(shè)置為單位階躍信號。按需求設(shè)置、，啟動仿真過程，通過scope觀察仿真結(jié)果曲線。

如圖3所示為=1，分別取0.5、2時(shí)的值曲線，可以看出，系統(tǒng)的響應(yīng)速度隨時(shí)間常數(shù)增大而變慢。此外，還可改變值來觀察系統(tǒng)響應(yīng)情況。通過畫面演示，學(xué)生易于理解參數(shù)變化對系統(tǒng)響應(yīng)的影響。

2.2 控制系統(tǒng)的根軌跡分析

根軌跡法是一種圖解法，直接由開環(huán)零極點(diǎn)的位置信息確定閉環(huán)極點(diǎn)隨某一參數(shù)變化的軌跡，由根軌跡圖可直觀地看到參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響。授課時(shí)若能借助Matlab繪制根軌跡圖，能夠高效地完成教學(xué)內(nèi)容。

單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為（） = ，繪制系統(tǒng)的根軌跡圖。

編制matlab程序如下：

運(yùn)行程序，結(jié)果如圖4所示。

從圖4中可以看出，原系統(tǒng)穩(wěn)定，增加開環(huán)極點(diǎn) = -1后，隨著K值增大，系統(tǒng)會變得不穩(wěn)定；若增加 = 0，則系統(tǒng)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，提醒學(xué)生在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，利用增加系統(tǒng)型別來改善穩(wěn)態(tài)精度，要綜合考慮是否改變了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；若增加開環(huán)零點(diǎn) = -1，則根軌跡全部落在負(fù)實(shí)軸上，說明系統(tǒng)為過阻尼狀態(tài)，其階躍響應(yīng)無超調(diào)。

2.3 控制系統(tǒng)的頻域分析

頻率法也是一種圖解法，頻率特性圖根據(jù)采用的坐標(biāo)系分為奈氏圖、伯德圖等。通常，利用奈氏圖分析閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性較方便；而分析典型環(huán)節(jié)的參數(shù)變化對系統(tǒng)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(tǒng)的頻率特性圖。

單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為（） = ，繪制系統(tǒng)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(diǎn)，閉環(huán)系統(tǒng)是穩(wěn)定的。利用bode命令也可以繪制伯德圖，區(qū)別在于margin命令在繪圖的同時(shí)還可以計(jì)算出相位裕度和增益欲度。

3 結(jié)論

利用Matlab進(jìn)行自動控制原理課程的交互式演示教學(xué)，在教學(xué)實(shí)踐中取得了較好的教學(xué)效果。第一，通過計(jì)算機(jī)仿真，使學(xué)生獲得直觀的感受，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。第二，在軟件中修改各種參數(shù)和仿真驗(yàn)證，利于對比式教學(xué)，使理論講解更加清晰。第三，學(xué)生對Matlab軟件學(xué)以致用，為后續(xù)課程打下良好的基礎(chǔ)。總之，引入基于Matlab的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，為自動控制原理教學(xué)帶來了極大的便利性和靈活性，很好地輔助了教學(xué)過程。

湖北汽車工業(yè)學(xué)院教研項(xiàng)目：自動控制原理與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的教學(xué)整合JX201411，自動控制原理校級精品課程建設(shè)

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)實(shí)用技術(shù)；油田生產(chǎn)；虛擬環(huán)境；仿真系統(tǒng)

中圖分類號：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9599?。?012）　18-0000-02

1 簡析計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

近幾年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)取得了不斷的突破與發(fā)展，基于計(jì)算機(jī)實(shí)用技術(shù)也逐漸發(fā)展起來，為油田的生產(chǎn)與建設(shè)提供了又一項(xiàng)技術(shù)支持和保障。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)又被稱為靈境技術(shù)，以沉浸性、交互性和構(gòu)想性為基本特征的計(jì)算機(jī)高級人機(jī)界面。其最重要的兩個(gè)特征是系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境交互性及沉浸感。它綜合利用了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多傳感器技術(shù)等，來模擬人的視覺、聽覺等感官系統(tǒng)，使人沉浸在計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境里，通過語言、肢體語等方式進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，來創(chuàng)造一種適人化的多維信息空間。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)利用三維圖形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)以及高分辨率顯示技術(shù)等技術(shù)手段的結(jié)合生成了三維逼真的虛擬環(huán)境，用戶需要通過特殊的交互設(shè)備就可以進(jìn)入虛擬環(huán)境中。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠生成虛擬境界的圖形工作站。近年來，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已普遍應(yīng)用于工業(yè)、建筑領(lǐng)域、教育培訓(xùn)。文化娛樂、能源生產(chǎn)等方面。根據(jù)目前虛擬現(xiàn)實(shí)的傾向特征，可將虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)劃分桌面級的虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí)、投入的虛擬現(xiàn)實(shí)和網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要特征有：多感知性、浸沒感、構(gòu)想性。構(gòu)成虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)有環(huán)境建模技術(shù)、立體聲合成和立體顯示技術(shù)、觸覺反饋技術(shù)、交互技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)等。而一個(gè)完整的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)不僅包括虛擬環(huán)境，也包括以高性能計(jì)算機(jī)為核心的虛擬環(huán)境處理器、以頭盔顯示器為核心的視覺系統(tǒng)、以語音識別、聲音合成與聲音定位為核心的聽覺系統(tǒng)、以方位跟蹤器、數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣為主體的身體方位姿態(tài)跟蹤設(shè)備和以味覺、嗅覺、觸覺與力覺反饋系統(tǒng)等設(shè)備技術(shù)組成。

2 簡析計(jì)算機(jī)實(shí)用技術(shù)的油田生產(chǎn)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)的仿真技術(shù)和仿真系統(tǒng)的內(nèi)涵比較廣，其應(yīng)用的范圍還有待擴(kuò)大。而計(jì)算機(jī)實(shí)用技術(shù)的重要組成部分虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工業(yè)、商業(yè)、科技開發(fā)、軍事、教育、醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域。接下來就以計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在油田生產(chǎn)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用為例，做以簡要的分析，旨在了解計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)的相關(guān)知識和油田生產(chǎn)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案與原理，了解科技在實(shí)際生產(chǎn)中的作用與價(jià)值，掌握相關(guān)的科技服務(wù)于生產(chǎn)與建設(shè)，創(chuàng)造更多的社會財(cái)富，解決生產(chǎn)中能源供需矛盾，提高作業(yè)人員的實(shí)際操作水平和相關(guān)的素質(zhì)與技能，保證生產(chǎn)的安全、順利進(jìn)行。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在油田生產(chǎn)中，對安全操作等培訓(xùn)工作起到了一定的作用。而設(shè)計(jì)并開發(fā)基于桌面系統(tǒng)的油田安全操作的仿真系統(tǒng)，有助于提高油田的生產(chǎn)效率和管理水平。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過建立逼真的虛擬環(huán)境，利用各種高檔工作站、高性能圖形加速卡和交互設(shè)備，通過聲音、力與觸覺等方式，并且有效地屏蔽周圍現(xiàn)實(shí)環(huán)境，使參與者完全投入到虛擬世界中，用以提高作業(yè)人員的相關(guān)職業(yè)技能和實(shí)際的操作水平，積累相關(guān)的現(xiàn)場實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

同時(shí)將基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)上的仿真技術(shù)，在油田注水生產(chǎn)中也有較大的作用與價(jià)值，隨著油田生產(chǎn)進(jìn)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(yán)重，使得油田注水系統(tǒng)的運(yùn)行及其復(fù)雜，井下壓裂測試、鉆關(guān)井、洗井問題及其注水裝置設(shè)備的維護(hù)、管網(wǎng)的改造等問題僅依靠作業(yè)人員的傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)是無法有效解決的，但若在油田注水生產(chǎn)過程使用仿真系統(tǒng)ISPPS的設(shè)計(jì)，以系統(tǒng)基本水力元件數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，應(yīng)用節(jié)點(diǎn)方程模型建立系統(tǒng)仿真模型，對現(xiàn)有的注水系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及情況進(jìn)行定性分析。通過利用仿真設(shè)計(jì)對現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的某層次的抽象屬性進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)與模仿，利用相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模型進(jìn)行試驗(yàn)與分析，得到可靠、準(zhǔn)確的信息。油田生產(chǎn)借助計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型、三維數(shù)字化系統(tǒng)及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來構(gòu)建能源安全作業(yè)虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)，為多人在線交互式訓(xùn)練提供了條件，通過封閉式的演示、指導(dǎo)操作、開放式自由操作等培訓(xùn)模式，有利于開發(fā)能源安全作業(yè)虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)，有效解決能源安全作業(yè)培訓(xùn)成本、安全和效率問題。在三維仿真信息化系統(tǒng)內(nèi)可對設(shè)備管理、管線管理、安全應(yīng)急等演練，構(gòu)建作業(yè)區(qū)三維環(huán)境。

3 簡析計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的現(xiàn)狀和未來發(fā)展的方向

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展與科技力量的推動作用是密不可分的。自上世紀(jì)70年代初開始，數(shù)字模擬混合計(jì)算機(jī)仿真得以發(fā)展，70年代末，普及和推廣了各種類型的專用和通用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，90年代對交互式仿真和虛擬仿真進(jìn)行研究，并取得了一定的科研成效。之后，隨著科技和系統(tǒng)過程的發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)已日趨成熟，擴(kuò)展到生產(chǎn)與建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域，為經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會生產(chǎn)建設(shè)提供了技術(shù)保證和科技支持。未來的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的油田生產(chǎn)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還有很大的發(fā)展空間與發(fā)展?jié)摿?，明確其發(fā)展方向，有助于進(jìn)行相關(guān)的科研和發(fā)揮在實(shí)際中的應(yīng)用價(jià)值。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，未來的仿真技術(shù)將向仿真技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化與虛擬制造的方向發(fā)展，其發(fā)展?jié)摿τ写M(jìn)一步開發(fā)與完善。

參考文獻(xiàn)：

篇9

關(guān)鍵詞 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)；疏散；高校體育館

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

當(dāng)今世界，自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，導(dǎo)致人們的財(cái)產(chǎn)甚至生命安全都受到了威脅。作為人群密集的地方，學(xué)校常常是災(zāi)害發(fā)生時(shí)損害最嚴(yán)重的地方，不僅僅威脅到學(xué)校、師生的財(cái)產(chǎn)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(xué)生經(jīng)常去的場所，作為公共地方，在體育館模擬人員疏散計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是不可避免的。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)也在不斷提高，用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來模擬自然災(zāi)害的發(fā)生，對在疏散的過程中出現(xiàn)的各種問題進(jìn)行分析、研究是正當(dāng)可行的。

計(jì)算機(jī)仿真是對參與系統(tǒng)控制的人的思維的過程和行為進(jìn)行動態(tài)性比較逼真的模擬。在某一過程中，用一系列有目的的計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)來刻畫系統(tǒng)的特征，得出數(shù)量指標(biāo)。

1目前高校體育館內(nèi)的狀況

我們在建立仿真系統(tǒng)時(shí)，必須要考慮高校體育館的實(shí)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(fā)而來的災(zāi)害時(shí)，通道場口的狹小、大量的桌椅、學(xué)生的眾多都可以成為人員在逃生時(shí)所遇到的種種阻力。

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

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

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

學(xué)生在沒有疏散引導(dǎo)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(xué)生的求生欲望強(qiáng)烈，會造成相互擠攘的情況，極易形成學(xué)生互相踐踏造成傷亡事故，而他們所逃離的時(shí)間需要9min左右，他們之間所間隔的時(shí)間是20s～30s。

上述可以證明，有計(jì)劃的疏導(dǎo)學(xué)生逃離是具有較大生存機(jī)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(xué)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(xué)生疏散到體育館場口也需要很長的時(shí)間；3）高校體育館內(nèi)，學(xué)生數(shù)量眾多。導(dǎo)致學(xué)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(nèi)，體育館出口少，有的僅僅可能只是兩個(gè)出口，而在面對著大量的學(xué)生，會使矛盾不斷出現(xiàn)；5）在體育館的過道中，靠近出口的過道在面對學(xué)生逃離時(shí)，是學(xué)生逃離的最主要的方向，由于面積的限制，沒有領(lǐng)導(dǎo)者有計(jì)劃的疏散，容易造成擁擠和踐踏事故。

2 學(xué)生在疏散情況下的行為

一般在發(fā)生緊急事故的情況下，學(xué)生的行為無非這樣幾種情況：

1）在發(fā)生災(zāi)害時(shí)，有部分學(xué)生會發(fā)揮自己的聰明才智，發(fā)揮自己領(lǐng)導(dǎo)者的力量，幫助他人進(jìn)行疏散，也會進(jìn)行有計(jì)劃的疏散行為；

2）有的學(xué)生則是沒有面對過緊急情況的發(fā)生，在面對著緊急災(zāi)害時(shí)，通常會表現(xiàn)得很慌張與害怕，然后采取不理智的行動；

3）有的學(xué)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(cái)產(chǎn)而返回體育館場內(nèi)；

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

3 計(jì)算機(jī)仿真的幾種形式

1）宏觀模擬形式

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

2）微觀模擬形式

它的主要表現(xiàn)形式是將每個(gè)人都看成是一個(gè)獨(dú)立存在的個(gè)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(dá)出來是非常復(fù)雜的，對于計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的水平也要得到相應(yīng)提高。在體育館中，存在的學(xué)生量是非常大的。在進(jìn)行微觀模擬的情況下，需要對千百個(gè)學(xué)生進(jìn)行不同方式的模擬。他們所表達(dá)的行為方式的變化是連續(xù)不斷的，因此，面對著如此高的計(jì)算能力，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)還沒有達(dá)到，造成微觀模擬方式在目前還是僅限于科學(xué)研究中，暫時(shí)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(gè)體進(jìn)行有計(jì)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(fā)生緊急情況下，要防止學(xué)生因?yàn)榛艁y而在過道內(nèi)不斷擁擠、推攘；

2）學(xué)生在疏散的過程中，應(yīng)該要保證館內(nèi)的疏散標(biāo)志和館內(nèi)的緊急廣播能夠保持正常暢通運(yùn)作；

3）對于體育館內(nèi)出現(xiàn)的一些特殊學(xué)生，應(yīng)該要讓專門的同學(xué)護(hù)送他們出門，保證他們的生命安全；

4）體育館內(nèi)，應(yīng)該區(qū)分學(xué)生的疏散通道與救援人員通道，避免在混亂的情況下發(fā)生不必要的沖突。

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與傳統(tǒng)的實(shí)物實(shí)驗(yàn)相比，具有運(yùn)行費(fèi)用低、方便靈活以及無風(fēng)險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)也在不斷發(fā)展。將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際生活中是至關(guān)重要的。

頻繁發(fā)生的災(zāi)害使師生、學(xué)校遭受到巨大的傷害，而對于災(zāi)害的發(fā)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(zhǔn)確的運(yùn)算結(jié)果，仿真技術(shù)的逼真都會對師生產(chǎn)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(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的迫切希望，而計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)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(jì)算能力，對于這一問題，首先解決的是計(jì)算機(jī)計(jì)算能力，采用計(jì)算性好的計(jì)算機(jī)語言編寫仿真系統(tǒng)，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(gè)非常復(fù)雜的問題，要考慮到種種突況。要想能夠準(zhǔn)確、合理地模擬出體育館人員疏散的情況，是一項(xiàng)浩大的工程，這就需要科技人員對計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行更加準(zhǔn)確的研究，能夠讓它們在體育館里得到實(shí)際廣泛的應(yīng)用。

6 結(jié)論

高校體育館人群疏散計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)中還存在著顯而易見的缺陷，但是隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，科技人員對仿真技術(shù)的研究，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)能夠準(zhǔn)確實(shí)際地運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)中是可行的。

安全疏散就是科學(xué)疏散。本文中利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)模擬比較發(fā)現(xiàn)，對學(xué)生進(jìn)行有目的疏散的時(shí)間比無目的疏散用的時(shí)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(shù)也可以相應(yīng)減少。

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

由于疏散情況中的不確定性和復(fù)雜性，以及人群的心理思維都會導(dǎo)致他們行為方式的混亂，因此需要計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)能夠結(jié)合實(shí)際情況解決實(shí)際問題。

從上文中的論述可以看出高校體育館人群疏散計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)中還存在著顯而易見的缺陷，但是隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，科技人員對仿真技術(shù)的研究，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)一定能得到完善并更廣泛地應(yīng)用到生產(chǎn)生活之中。

參考文獻(xiàn)

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

篇10

【關(guān)鍵詞】淺論 中國水墨畫 基本藝術(shù)特征 計(jì)算機(jī)仿真 實(shí)現(xiàn)

隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對于傳統(tǒng)的很多繪畫技術(shù)和繪畫效果都實(shí)現(xiàn)了很大程度上的模仿，通過利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)水墨畫的藝術(shù)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(shí)現(xiàn)對中國傳統(tǒng)水墨畫效果的計(jì)算機(jī)仿真。使得我國傳統(tǒng)藝術(shù)變得更加的廣泛，更加的發(fā)展壯大。

1 中國水墨畫的基本藝術(shù)特征

中國水墨畫在我國歷史上是非常有名的一種藝術(shù)表現(xiàn)形式，隨著我國在長期的發(fā)展和演變過程中，不但形成了很多風(fēng)格派系，而且技法繁多，再加上很多詩畫創(chuàng)作者在進(jìn)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(shù)形式很難被模仿，尤其是要想實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)定量的技術(shù)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(jìn)而從繁多的技法中抽取體現(xiàn)中國水墨畫特征的典型藝術(shù)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(shù)家就是利用這基本的四種工具完成了享譽(yù)世界的水墨畫創(chuàng)作。其中筆和紙是最主要的兩種材料，通過紙的擴(kuò)散作用，可以形成具有獨(dú)特風(fēng)格的藝術(shù)效果。下面簡單對中國水墨畫的基本藝術(shù)特征進(jìn)行簡要分析。

1.1 毛筆的特征和分類

我國毛筆出現(xiàn)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(diǎn)，毛筆筆鋒呈現(xiàn)楔形，有很尖銳的筆尖，落筆時(shí)會出現(xiàn)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(xì)不均勻的畫筆，其筆毛的原料質(zhì)地直接影響著筆跡的形狀參數(shù)，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(gè)非常重要的特色，比如出現(xiàn)了中鋒、逆鋒、側(cè)鋒等，其中光皴法就有很多種，在藝術(shù)家眼中，這些筆法不但差別很大，而且彼此之間都是獨(dú)立的。為了便于粒子系統(tǒng)算法模型對毛筆進(jìn)行仿真模擬，必須要對中國水墨畫的筆法特征進(jìn)行詳細(xì)的了解，進(jìn)一步將其進(jìn)行歸納，從而將這種具有藝術(shù)特色的筆法形成定量的計(jì)算機(jī)模擬筆法，在計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)中主要將其歸類為中鋒和側(cè)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(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)中，最主要的就是掌握這兩種筆法特征。

中鋒，在運(yùn)筆的過程中，筆尖在筆跡的正中間，結(jié)合用筆的力度、速度和走勢等，將中鋒筆跡進(jìn)行托鋒和逆鋒。側(cè)鋒，在運(yùn)筆的過程中，筆尖在筆跡的一側(cè)，結(jié)合用筆的速度、力度、粒子數(shù)量多少、生命值長短，將側(cè)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(xiàn)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(guān)鍵點(diǎn)，下面就需要對我國水墨畫使用宣紙進(jìn)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(xiàn)出幾十種不同的分類標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)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(shù)繪畫效果。

1.4 中國水墨畫動態(tài)特性

中國水墨畫的特點(diǎn)是具有擴(kuò)散和滲透現(xiàn)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(xiàn)出和水彩畫完全不同的兩種滲化和擴(kuò)散效果，可以看到一個(gè)非常明顯的動態(tài)過程。水墨畫在擴(kuò)散過程中，不但會擴(kuò)散到筆跡的外面，同時(shí)還會由于滲化作用而留下清晰的擴(kuò)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?yàn)樗嬙诶L畫過程中，在紙張上出現(xiàn)了滲化效果。

2 水墨畫的計(jì)算機(jī)仿真

我國水墨畫在繪畫過程中，形態(tài)各異，繪畫過程中也體現(xiàn)了很大的隨意性，因此要想實(shí)現(xiàn)對水墨畫藝術(shù)效果的計(jì)算機(jī)仿真，我們就必須清楚地了解水墨畫在繪畫過程中出現(xiàn)的滲化和擴(kuò)散現(xiàn)象，充分的分析其滲化和擴(kuò)散的原理以及擴(kuò)散的路徑，從而才能夠?qū)ζ溥M(jìn)行有效的歸類，從而實(shí)現(xiàn)水墨畫的計(jì)算機(jī)仿真。

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

下面筆者簡單對流體仿真模型進(jìn)行分析。

2.1 紙纖維細(xì)胞

紙纖維細(xì)胞是具有一定的吸水力和容量的單元，每個(gè)單元都可以包含若干的水墨粒子和各種參數(shù)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(gè)紙纖維細(xì)胞都包含了大量的屬性信息，比如自身的容量、當(dāng)時(shí)的吸水力等，紙纖維細(xì)胞就是在計(jì)算機(jī)模擬水墨畫藝術(shù)效果中最小的計(jì)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(jù)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(fā)現(xiàn)，在紙纖維細(xì)胞下面都有很多的水墨粒子，而在單位時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的粒子數(shù)量則是由筆跡決定的，當(dāng)然也就是和筆跡的粗細(xì)、濃淡等有關(guān)。

2.2 三維紙纖維模型

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

2.3 水流推進(jìn)引擎

這種推進(jìn)引擎就是用來控制水墨粒子和紙模型以及周圍環(huán)境之間的相互作用所形成的作用規(guī)則和技巧。這種技術(shù)用來描寫真實(shí)的水墨畫繪畫過程中，粒子的擴(kuò)散過程，通過不斷地對紙纖維細(xì)胞中所包含的粒子的屬性進(jìn)行探究，從而不斷地模擬其繪畫過程中的擴(kuò)散情況，這種水流推進(jìn)引擎就可以相對較好地實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞功能的查看，看是否有相鄰的粒子之間發(fā)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(jìn)行介紹。第一，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)在應(yīng)用實(shí)施過程中，將紙紋理和經(jīng)過流體仿真模型計(jì)算所得的結(jié)果進(jìn)行圖像疊加，形成最終的具有較好藝術(shù)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(jié)果中，紋理也是非常明顯的。這種方法可以用來產(chǎn)生特殊的水墨藝術(shù)效果。第二，在對紙纖維細(xì)胞初始化過程中，就將紙紋理加進(jìn)去，具體做法就是將紋理的顏色信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的水墨粒子，然后再將其和正常方式下初始化的紙纖維細(xì)胞中的水墨粒子進(jìn)行充分疊加，從而形成了計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)中紙張的紋理出現(xiàn)。

在計(jì)算機(jī)仿真實(shí)現(xiàn)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(shù)效果，同時(shí)也會發(fā)現(xiàn)紙紋理初始化過程中，使得經(jīng)過流體仿真模型計(jì)算得到的擴(kuò)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(shù)特征和藝術(shù)效果。

結(jié)語

中國水墨畫在長期的發(fā)展過程中，更加具有藝術(shù)特性和藝術(shù)效果，在進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真模擬的過程中，我們會發(fā)現(xiàn)水墨畫的筆跡、紙張、水墨粒子等方面都存在很多的特點(diǎn)，而要對其進(jìn)行量化的模擬實(shí)現(xiàn)仍然是比較難的，雖然當(dāng)前我國的很多計(jì)算機(jī)仿真模擬系統(tǒng)或者是仿真模擬軟件都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)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(shù)特質(zhì)和藝術(shù)效果進(jìn)行充分的模擬仍然有待于技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和提高。

參考文獻(xiàn)

[1]齊亞峰，孫濟(jì)洲，商毅.中國水墨畫的基本藝術(shù)特征及其計(jì)算機(jī)仿真實(shí)現(xiàn)[J].中國圖象圖形學(xué)報(bào)，2003，08（05）：562-566.