摘要：分析數(shù)控加工仿真系統(tǒng)技術(shù)，介紹數(shù)控加工仿真技術(shù)的研究成果，提出目前數(shù)控加工和仿真方面存在的一些問題，以及仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工仿真系統(tǒng)；幾何仿真技術(shù)；物理仿真技術(shù)；數(shù)控加工數(shù)據(jù)庫

隨著科技的進(jìn)步，產(chǎn)品的研發(fā)周期越來越短，很多企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)開始體現(xiàn)在產(chǎn)品的更新?lián)Q代上。因此新產(chǎn)品的研發(fā)時(shí)間決定著企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。最近十幾年計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，使與計(jì)算機(jī)配套的計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)發(fā)展越來越快，帶動(dòng)了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的進(jìn)步。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在產(chǎn)品的研發(fā)中發(fā)揮著非常重要的作用。在這種背景下又出現(xiàn)了虛擬制造技術(shù)。這種技術(shù)可以使一個(gè)產(chǎn)品從研發(fā)初期到產(chǎn)品裝配都具有模擬狀態(tài)，并且對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)中可能出現(xiàn)問題進(jìn)行有效預(yù)測(cè)。使設(shè)計(jì)人員能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷并及時(shí)提出改進(jìn)措施。保證產(chǎn)品在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中不斷優(yōu)化，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)成功率，同時(shí)縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，減小產(chǎn)品研發(fā)過程可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，極大提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。虛擬制造技術(shù)的出現(xiàn)能為人們提供更優(yōu)秀的產(chǎn)品，主要的應(yīng)用是在加工過程中進(jìn)行仿真，西方發(fā)達(dá)國(guó)家的一些科研機(jī)構(gòu)認(rèn)為，制造業(yè)的發(fā)展必須要解決的幾個(gè)問題，其中一個(gè)就是制造技術(shù)的建模和仿真技術(shù)。這種技術(shù)已經(jīng)成為虛擬制造技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵，這種技術(shù)如果運(yùn)用在機(jī)床上可以對(duì)機(jī)床刀具加工信息進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，然后通過優(yōu)化實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)。這是一種非常先進(jìn)的技術(shù)，不但可以保證機(jī)床的有效運(yùn)行還能保證產(chǎn)品質(zhì)量。

1數(shù)控加工仿真系統(tǒng)研究

1.1數(shù)控加工幾何仿真技術(shù)。數(shù)控加工的幾何仿真是數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，最初數(shù)控加工的仿真主要是幾何仿真。其條件是在加工過程是一個(gè)幾何問題，沒有其他的因素。近幾年隨著幾何仿真技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了很多優(yōu)秀的仿真軟件，其中最具有代表性的是Pro/ENGINEER，UG等。目前對(duì)幾何的仿真技術(shù)已經(jīng)非常成熟，在場(chǎng)景建模方面也取得了一定成就，數(shù)控加工過程中碰撞干涉檢驗(yàn)一直是一個(gè)非常難的問題，同時(shí)也是非常重要的問題。針對(duì)這個(gè)問題很多學(xué)者也進(jìn)行了大量的研究，得出了很多優(yōu)秀的、成熟的算法，這些算法基本上包括2種：一種是基于圖形的實(shí)時(shí)碰撞檢測(cè)，一種是基于圖像的實(shí)時(shí)碰撞檢測(cè)。基于圖形的實(shí)時(shí)碰撞算法主要是將物體作為包圍盒，對(duì)包圍盒進(jìn)行求交計(jì)算。當(dāng)包圍盒相交時(shí)其包圍的幾何體才可能相交，如果包圍盒不相交那么其包圍的幾何體就不一定相交，這樣就可以通過這種方法很快的找到相交的幾何部位。這種方法受到的場(chǎng)景影響較大，對(duì)于一些非常復(fù)雜的場(chǎng)景分析比較困難。因此除了要保證仿真的精度以外還要進(jìn)一步提高算法的實(shí)時(shí)性。另外一種算法是基于圖像的實(shí)時(shí)碰撞檢測(cè)，其主要是利用物體的2D投影的圖像和深度的信息進(jìn)行相交分析。這種算法具有很多的優(yōu)點(diǎn)，主要優(yōu)點(diǎn)有①能夠降低CPU（CentralProcessingUnit，中央處理單元）的計(jì)算負(fù)荷；②平穩(wěn)性很高；③這種算法適合一些復(fù)雜的碰撞檢驗(yàn)；④這種算法的發(fā)展前景很大。但是這種算法也存在一些問題，其中最主要的問題是運(yùn)算過程中需要占用很大的內(nèi)存，導(dǎo)致從硬件中讀取深度值時(shí)就比較困難，仿真效率大大降低。1.2數(shù)控加工物理仿真技術(shù)。隨著科技的發(fā)展，制造業(yè)開始運(yùn)用一些先進(jìn)的仿真技術(shù)，其中物理仿真是仿真技術(shù)的研究重點(diǎn)。物理仿真主要是將切削過程中的一些過程映射到制造系統(tǒng)中，然后對(duì)實(shí)際加工進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，找出影響切削精度的一些因素，然后采取措施對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)化，這種技術(shù)也是目前比較先進(jìn)的技術(shù)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)加工過程中的問題，提高加工質(zhì)量。1.3人工智能預(yù)測(cè)模型。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人工智能的發(fā)展也加快了速度，目前在人工智能方面出現(xiàn)了大量的算法。比如遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，這些算法都是非常優(yōu)秀的算法。在智能系統(tǒng)中可以通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化一些制造參數(shù)，其預(yù)測(cè)精度非常高。但不同類別的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)的精度有非常大的差別。人工智能預(yù)測(cè)模型的出現(xiàn)大大提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。1.4機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫。機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)于20世紀(jì)末，世界上很多國(guó)家都加入了機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫，每個(gè)國(guó)家都收集大量的數(shù)據(jù)加工數(shù)據(jù)，傳到加工數(shù)據(jù)庫中。這種數(shù)據(jù)庫可以使不同國(guó)家的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從中找出一些數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉檢驗(yàn)。雖然這種機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫給各個(gè)國(guó)家?guī)砹朔奖?，但是它還是存在一些缺點(diǎn)。比如在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)沒有考慮一致性問題，對(duì)各個(gè)國(guó)家的使用者都是比較麻煩的，同時(shí)這種數(shù)據(jù)庫沒有考慮機(jī)床的影響，很多信息不準(zhǔn)確。除了以上問題以外，還有一個(gè)非常重要的問題是由于加工過程中復(fù)雜和隨機(jī)性，很多測(cè)量技術(shù)需要借助實(shí)驗(yàn)，前人得到的數(shù)據(jù)無法代替實(shí)際生產(chǎn)。

2數(shù)控加工仿真系統(tǒng)存在的問題及發(fā)展方向

1引言

計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)是仿真的依托，形象地說成是仿真的大舞臺(tái)也很貼切，最準(zhǔn)確的說法應(yīng)當(dāng)是，計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)是基于仿真的系統(tǒng)研究不可或缺的實(shí)驗(yàn)工具。每個(gè)仿真應(yīng)用領(lǐng)域，有了各自適用的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，才能給出具有所需置信度的仿真結(jié)果。大量實(shí)例表明，仿真技術(shù)的有效應(yīng)用，必須依托于先進(jìn)的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng);只有服務(wù)于應(yīng)用的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)的發(fā)展，才能帶動(dòng)仿真技術(shù)的發(fā)展。但是，迄今為止，國(guó)內(nèi)外依然存在著建立仿真應(yīng)用的時(shí)間太長(zhǎng)、費(fèi)用太高問題。原因就在于缺乏正確的技術(shù)理論指導(dǎo)，或盲目追求大而全，或低水平地重復(fù)。顯然，在需求牽引、技術(shù)推動(dòng)、經(jīng)濟(jì)支撐下，緊跟時(shí)代前進(jìn)步伐，要用信息化理念和方法建立計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)。正如王恒霖等人(2003)在《仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用》一書中所說，高新技術(shù)與先進(jìn)管理相結(jié)合才可能有高質(zhì)量仿真系統(tǒng)的誕生。

2現(xiàn)有計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)

現(xiàn)有許多計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)、仿真試驗(yàn)室、仿真中心可供參考。諸如美國(guó)亞那巴馬州紅石兵工廠的高級(jí)仿真中心(ASC)、以法爾肯空軍基地國(guó)家試驗(yàn)中心為核心的美國(guó)國(guó)家試驗(yàn)臺(tái)、德國(guó)航空航天試驗(yàn)院的空間運(yùn)行中心、中國(guó)航天部門遍布全國(guó)各地的仿真中心、國(guó)防科大三院的分布實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)(KD－DRTSS)和基于SOA的仿真服務(wù)系統(tǒng)(SOA－basedsimulationservicesystem)、基于SystemC的片上系統(tǒng)(Systemonchip，SoC)等。國(guó)內(nèi)外計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，真是琳瑯滿目。它們按空間分布不同可分為集中式、分布式和嵌入式三大類型。國(guó)內(nèi)外集中式計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)經(jīng)過模擬仿真系統(tǒng)、混合仿真系統(tǒng)和數(shù)字仿真系統(tǒng)三大里程碑式地發(fā)展，從20世紀(jì)80年代開始，數(shù)字仿真在計(jì)算機(jī)仿真中獨(dú)占鰲頭，從此以后，集中式計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都是數(shù)字式的，而且大都采用便于獨(dú)立集中管理的主機(jī)－終端的體系結(jié)構(gòu)，并能進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真，而且隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，正在虛擬化、智能化。虛擬化使得計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)用虛擬樣機(jī)取代物理樣機(jī)，從而能夠廣泛用于復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)、軍事演習(xí)、復(fù)雜操作訓(xùn)練、過程排演等領(lǐng)域。智能化使得計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)有機(jī)地融合人工智能技術(shù)，以適應(yīng)信息化的需要。同時(shí)，還應(yīng)該采用“結(jié)構(gòu)規(guī)模優(yōu)化”方法，構(gòu)造多級(jí)結(jié)構(gòu)、多層結(jié)構(gòu)、多段結(jié)構(gòu)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析與綜合，設(shè)計(jì)高性能價(jià)格比的優(yōu)化結(jié)構(gòu)，從主機(jī)—終端模式，向客戶機(jī)—服務(wù)器模式、集中—分布模式發(fā)展。20世紀(jì)80年代開始出現(xiàn)了分布交互式仿真(DIS)系統(tǒng)，而且發(fā)展迅速，很快由基于高層體系結(jié)構(gòu)(HLA)的DIS成為其主流。多年實(shí)踐表明，HLA尚有許多需要改進(jìn)的地方?，F(xiàn)在，美國(guó)國(guó)防部已經(jīng)認(rèn)識(shí)到HLA是必要的，但僅有HLA卻是不夠的。目前經(jīng)濟(jì)有效的方案無非是通過網(wǎng)絡(luò)化、集成化、協(xié)同化把地理分布較廣的現(xiàn)有仿真設(shè)施組成一個(gè)新的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)。現(xiàn)在看來，性能價(jià)格比最高者當(dāng)是多微機(jī)DIS系統(tǒng)，它不僅具有HLA的優(yōu)點(diǎn)，而且彌補(bǔ)HLA不足，使邦員內(nèi)部也有重用性和互操作性，而且具有結(jié)構(gòu)仿真、實(shí)況仿真和虛擬仿真等功能。當(dāng)前，欲將傳統(tǒng)DIS許多成果用到HLA中，就得考慮HLA和DIS兩系統(tǒng)之間的互聯(lián)方式。一般來說有兩種方式，即網(wǎng)關(guān)方式和中間件方式。兩者的主要區(qū)別在于:網(wǎng)關(guān)方式以運(yùn)行一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)相關(guān)的轉(zhuǎn)換，在該方式中將外部HLA邦員和DIS實(shí)體作為輸入值，然后實(shí)現(xiàn)兩者之間的互操作，而中間件方式則將轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)做為應(yīng)用程序的一系列類嵌入在程序中，并通過執(zhí)行應(yīng)用程序?qū)IS和HLA中的相關(guān)信息輸出?；谶@兩種基本方式，目前有四種相關(guān)的實(shí)現(xiàn)技術(shù):①打包技術(shù)將軟件直接嵌入到DIS底層接口，在數(shù)據(jù)傳送前將DIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成HLA數(shù)據(jù)模式，并在接收數(shù)據(jù)后將HLA數(shù)據(jù)模式轉(zhuǎn)換成DIS數(shù)據(jù)格式，顯然無需特殊的硬件支持。②本地化技術(shù)產(chǎn)生一個(gè)本地的HLA仿真，這意味著所有網(wǎng)絡(luò)接口都要包括一個(gè)仿真軟件。這樣可以很好地實(shí)現(xiàn)所有HLA的特性，但初始化傳輸時(shí)大量的程序修改以及相關(guān)協(xié)議的改變。③轉(zhuǎn)換器技術(shù)提供單獨(dú)的應(yīng)用程序，一般來說，要使用單獨(dú)的計(jì)算機(jī)來完成轉(zhuǎn)換功能，雖然無需對(duì)仿真程序作任何修改，但仿真延時(shí)相應(yīng)有所增加。④協(xié)議接口單元(PIU)技術(shù)通過定義API函數(shù)來實(shí)現(xiàn)不同協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，這是DIS/HLA轉(zhuǎn)換方式中較好的選擇方案。嵌入式計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)(Embeddedcomputersimulationsystem)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制和國(guó)防系統(tǒng)領(lǐng)域。其基本特征是小型化、可隨身攜帶，一般通過軟件和硬件來實(shí)現(xiàn)其功能，但硬件成本較高，而軟件具有靈活和成本較低等優(yōu)點(diǎn)。軟硬件劃分的結(jié)果直接決定嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣。鄭州大學(xué)信息工程學(xué)院郭金金等人(2010)提出一種新的嵌入式系統(tǒng)軟硬件劃分算法，先采用嵌入式系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成有向無環(huán)圖，可將嵌入式系統(tǒng)軟硬件劃分問題轉(zhuǎn)換成一個(gè)多條件約束問題，用螞蟻放置于有向無環(huán)圖頂點(diǎn)上，對(duì)系統(tǒng)軟硬件劃分準(zhǔn)確率作為螞蟻算法優(yōu)化目標(biāo)，通過蟻群算法搜索最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值，有效避免傳統(tǒng)劃分算法搜索陷入局部最小，大幅度降低搜索時(shí)間。當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域一個(gè)十分重要的研究課題是，如何讓嵌入式系統(tǒng)在遭受侵害時(shí)保持一定的性能并安全運(yùn)行。國(guó)內(nèi)外廣泛探索，但往往缺乏支持動(dòng)態(tài)安全策略的設(shè)計(jì)思想，對(duì)嵌入式系統(tǒng)在遭受侵害時(shí)如何保護(hù)系統(tǒng)安全、保持系統(tǒng)的性能，并將破壞降低等方面的研究較少。哈爾濱工程大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院趙國(guó)冬等人基于模式匹配方法研發(fā)了安全等級(jí)評(píng)估系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以在不顯著增加系統(tǒng)開銷前提下，有效地阻止系統(tǒng)異常的產(chǎn)生，提高系統(tǒng)的彈性應(yīng)對(duì)能力。無論那種類型，計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)通常由數(shù)字計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)實(shí)際設(shè)備(實(shí)物)和一些專用、通用設(shè)備組成，且具有現(xiàn)代化技術(shù)水平，兼有構(gòu)造仿真、實(shí)況仿真和虛擬仿真三種功能。計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)的中心，當(dāng)然是數(shù)字計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，諸如，單片機(jī)、單板機(jī)、仿真機(jī)系統(tǒng)、微機(jī)系統(tǒng)、工作站系統(tǒng)、小巨型機(jī)系統(tǒng)、多機(jī)系統(tǒng)等等。它們各自都包括硬、軟件兩部分。數(shù)字計(jì)算機(jī)的機(jī)型往往直接決定著計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)的類型，用戶可從中選擇經(jīng)濟(jì)適用的機(jī)型。通用設(shè)備就是商品化的觀測(cè)記錄設(shè)備，信號(hào)發(fā)生器，聲像通信設(shè)備等，而系統(tǒng)實(shí)際設(shè)備(實(shí)物)和一些專用設(shè)備，隨仿真應(yīng)用領(lǐng)域不同差別甚大。比如，航空航天領(lǐng)域的飛行仿真系統(tǒng)，除了需要控制系統(tǒng)實(shí)物以外，還需要轉(zhuǎn)臺(tái)、負(fù)載臺(tái)、離心機(jī)、必要的模擬器和實(shí)物操作臺(tái)等專用設(shè)備。

3計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)

1)多層次使能技術(shù)美國(guó)國(guó)防科學(xué)局(1997)認(rèn)為，建立集成的綜合仿真環(huán)境和仿真系統(tǒng)，必須解決實(shí)現(xiàn)的技術(shù)，即下述五個(gè)層次使能技術(shù):①基礎(chǔ)技術(shù)(光纖通訊、集成電路、軟件工具、人的行為模型、環(huán)境模型等);②元、部件級(jí)技術(shù)(內(nèi)存、顯示、局域網(wǎng)、微處理器、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器，建模與仿真構(gòu)造工具，測(cè)試設(shè)備等);③系統(tǒng)級(jí)技術(shù)(微機(jī)系統(tǒng)，人一機(jī)界面，遠(yuǎn)距離通訊/廣域網(wǎng)、計(jì)算機(jī)圖像生成等);④應(yīng)用級(jí)技術(shù)(制造過程仿真、工程設(shè)計(jì)建模與仿真，含人仿真系統(tǒng)，隨機(jī)作戰(zhàn)仿真等);⑤集成綜合仿真環(huán)境技術(shù)(樣機(jī)、規(guī)劃、設(shè)計(jì)與制造，訓(xùn)練與備戰(zhàn)，測(cè)試與評(píng)估等)。其中，大部份的硬件和網(wǎng)絡(luò)能力由商業(yè)市場(chǎng)作為成熟產(chǎn)品提供，如微機(jī)系統(tǒng)、遠(yuǎn)距離通訊/廣域網(wǎng)、人一機(jī)界面、計(jì)算機(jī)圖像生成、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、局域網(wǎng)、光纖通訊、軟件工程工具等，而有些如制造過程仿真，工程設(shè)計(jì)建模與仿真，隨機(jī)作戰(zhàn)仿真，環(huán)境模型等滿足軍用仿真需求者都由國(guó)防部組織解決。

毋庸置疑，殲、強(qiáng)擊機(jī)利用航炮攻擊是作戰(zhàn)中其配合地面進(jìn)行協(xié)同必須具有的基本戰(zhàn)術(shù)。如何提高射擊精度，則是利用航炮射擊時(shí)必須關(guān)注的問題。筆者基于航炮武器系統(tǒng)的射擊條件，分析了影響其射擊精度的外在因素，在此基礎(chǔ)之上，依托現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)平臺(tái)，設(shè)計(jì)了一套綜合性仿真評(píng)估系統(tǒng)，并借助戰(zhàn)例及其仿真結(jié)果闡述了開發(fā)航炮射擊評(píng)估系統(tǒng)的實(shí)際意義。該綜合性仿真評(píng)估系統(tǒng)既可為進(jìn)一步研究航炮武器系統(tǒng)的效能提供技術(shù)支撐，又可從作戰(zhàn)使用的角度為航炮的使用提供重要參考。

1影響因素分析

航炮射擊的特點(diǎn)是：

1)攻擊時(shí)需考慮攻擊機(jī)進(jìn)入的方向、角度和時(shí)機(jī)等。

2)受飛機(jī)性能和安全高度的限制比較大。

3)作戰(zhàn)中需考慮氣象條件。綜合航炮武器使用的特點(diǎn)，并結(jié)合彈丸散布理論，將這一問題歸納為陣風(fēng)和人為因素對(duì)航炮射擊的影響。

摘要：分析了自動(dòng)化運(yùn)維安全管控現(xiàn)狀，介紹了堡壘機(jī)的基本功能，并按相關(guān)要求在電力監(jiān)控仿真培訓(xùn)系統(tǒng)中部署了堡壘機(jī)，提出了堡壘機(jī)“一個(gè)目標(biāo)、三種角色”的培訓(xùn)方案，開發(fā)了堡壘機(jī)培訓(xùn)項(xiàng)目，以提高自動(dòng)化運(yùn)維安全管控水平。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化運(yùn)維；安全管控；堡壘機(jī)；培訓(xùn)

電力行業(yè)關(guān)系到國(guó)計(jì)民生，電力監(jiān)控系統(tǒng)的安全問題至關(guān)重要，如果維護(hù)人員違規(guī)操作導(dǎo)致信息安全事件，會(huì)造成難以挽回的損失和影響。堡壘機(jī)在特定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，通過不同方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)分析處理，確保網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定。堡壘機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行與企業(yè)數(shù)據(jù)安全有著直接聯(lián)系。堡壘機(jī)從最早的跳板機(jī)發(fā)展為目前的第三代堡壘機(jī)，可接管終端計(jì)算機(jī)對(duì)網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器的訪問，并可融合多種用戶使用要求，其支持的協(xié)議也逐漸增加，例如FTP協(xié)議、數(shù)據(jù)庫協(xié)議、Web應(yīng)用協(xié)議、網(wǎng)管協(xié)議等。目前電力運(yùn)維堡壘機(jī)的建設(shè)工作陸續(xù)開展，但現(xiàn)場(chǎng)工作人員對(duì)堡壘機(jī)功能和使用方法的了解有待加強(qiáng)。本文在調(diào)度自動(dòng)化仿真系統(tǒng)中部署堡壘機(jī)，并對(duì)學(xué)員開展堡壘機(jī)相關(guān)培訓(xùn)。堡壘機(jī)可在不改變業(yè)務(wù)系統(tǒng)原有架構(gòu)的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部違規(guī)操作風(fēng)險(xiǎn)的有效控制，從而提升學(xué)員的職業(yè)素養(yǎng)，預(yù)防內(nèi)部信息安全事件的發(fā)生。

1自動(dòng)化運(yùn)維安全管控現(xiàn)狀

傳統(tǒng)運(yùn)維模式下，運(yùn)維人員主要通過KVM（Key?boardVideoMouse，簡(jiǎn)稱KVM）或直連信息設(shè)備進(jìn)行變更、配置、備份與維護(hù)等操作，存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)［1］。

1.1賬號(hào)及授權(quán)管理混亂

1基于OpenGL的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

OpenGL是SGI研發(fā)的一種三維圖形接口，通過該接口獲得的三維圖形效果更為逼真，質(zhì)量更高，這也是目前交互式圖形處理的一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)。Win32下OpenGL是一種與硬件、窗口系統(tǒng)以及操作系統(tǒng)獨(dú)立的API具有過程性特點(diǎn)，其命令解釋模式的命令由客戶發(fā)出，被服務(wù)器解釋并處理，其中含有上百個(gè)庫函數(shù)，在運(yùn)行時(shí)只需添加相應(yīng)的動(dòng)態(tài)庫便能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)OpenGL的支持。OpenGL的功能可以概括為以下幾點(diǎn)：①幾何建模。除點(diǎn)、線、多邊形繪制函數(shù)外，OpenGL圖形庫還提供了椎體、多面體等復(fù)雜三維物體以及曲線、曲面繪制函數(shù)。②坐標(biāo)變換。通常坐標(biāo)變換主要有視圖變換、造型變換、視口變換和投影變換四種，OpenGL還能完成矩陣變換以及附加剪裁面變換。③光照與材質(zhì)。光照分為輻射光、鏡面光、環(huán)境光和漫反射光，可設(shè)置8個(gè)光源，用光反射率表示材質(zhì)。④設(shè)置顏色模式。包括顏色索引模式和RGBA顏色模式。此外還具有紋理映射、位圖顯示和圖像增強(qiáng)以及雙緩存實(shí)時(shí)動(dòng)畫和人機(jī)交互技術(shù)功能。

2數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的功能模塊及仿真實(shí)現(xiàn)

2.1加工仿真系統(tǒng)各功能模塊

在數(shù)控切削加工過程中，實(shí)時(shí)三維仿真可根據(jù)輸入的NC代碼要求進(jìn)行動(dòng)態(tài)過程仿真，這一過程可分為數(shù)據(jù)收集和輸入、幾何實(shí)體模型構(gòu)造、圖形仿真結(jié)果交互等階段，各階段都賦予了相應(yīng)的定義，為使動(dòng)態(tài)過程仿真達(dá)到交互性、準(zhǔn)確性和有效性的要求，應(yīng)對(duì)各功能模塊進(jìn)行優(yōu)化。系統(tǒng)以軟件用戶界面和內(nèi)部計(jì)算檢查過程為主體，軟件用戶界面由公共模塊、NC代碼編輯模塊、仿真顯示模塊和加工控制模塊構(gòu)成，其中，公共模塊對(duì)CFild類的成員函數(shù)有所繼承，其功能顯示在File下拉菜單；NC代碼編輯模塊具有強(qiáng)大的文本編輯功能，對(duì)于一些較為簡(jiǎn)單的加工零件無需預(yù)先編程，除一般記事本基本功能外，還設(shè)有互鎖功能，可對(duì)編輯后的代碼進(jìn)行讀寫切換，更好地保護(hù)代碼，保證加工順利進(jìn)行；仿真顯示模塊將圖像和數(shù)據(jù)信息呈現(xiàn)在計(jì)算機(jī)屏幕上，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示，通過調(diào)節(jié)窗口便能夠觀察到加工工件，圖像和數(shù)據(jù)信息由OpenGL收集，其處理過程為：圖像操作/逐個(gè)頂點(diǎn)操作→光柵化→各片段操作→幀緩沖區(qū)→仿真圖像顯示；加工控制模塊根據(jù)代碼檢查解釋加工進(jìn)給信息，整個(gè)路線為：回參考點(diǎn)→對(duì)刀→開始加工→暫停加工→退出加工[2]。內(nèi)部計(jì)算檢查過程包括內(nèi)部模塊和外部數(shù)據(jù)輸入，內(nèi)部模塊由NC代碼檢查和解釋模塊、代碼過濾以及內(nèi)部仿真計(jì)算構(gòu)成。

2.2三維模型在OpenGL中的實(shí)現(xiàn)

摘要：自20世紀(jì)80年代末至今，我國(guó)的仿真技術(shù)獲得了極大的發(fā)展。在電力系統(tǒng)中，應(yīng)用較多的培訓(xùn)仿真系統(tǒng)有電廠仿真、電網(wǎng)運(yùn)行工況仿真和變電所仿真。一般說來，凡是需要有一個(gè)或一組熟練人員進(jìn)行操作、控制、管理與決策的實(shí)際系統(tǒng)，都需要對(duì)這些人員進(jìn)行培訓(xùn)、教育與培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：仿真技術(shù)電力系統(tǒng)

自20世紀(jì)80年代末至今，我國(guó)的仿真技術(shù)獲得了極大的發(fā)展。在電力系統(tǒng)中，應(yīng)用較多的培訓(xùn)仿真系統(tǒng)有電廠仿真、電網(wǎng)運(yùn)行工況仿真和變電所仿真。一般說來，凡是需要有一個(gè)或一組熟練人員進(jìn)行操作、控制、管理與決策的實(shí)際系統(tǒng)，都需要對(duì)這些人員進(jìn)行培訓(xùn)、教育與培養(yǎng)。早期的培訓(xùn)大都是經(jīng)過理論講解和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)，通過實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)的積累來完成的，這種培訓(xùn)方式因是在實(shí)際運(yùn)行的系統(tǒng)上進(jìn)行操作，不僅培訓(xùn)成本高、培訓(xùn)時(shí)間長(zhǎng)，而且有些故障只能在實(shí)際發(fā)生時(shí)才能得到實(shí)際操作的機(jī)會(huì)，致使一部分知識(shí)只有感性認(rèn)識(shí)，得不到實(shí)際操作的鍛煉。隨著系統(tǒng)規(guī)模的加大、復(fù)雜程度的提高，特別是造價(jià)日益昂貴，訓(xùn)練時(shí)因操作不當(dāng)引起的破壞而帶來的損失大大增加，因此，提高系統(tǒng)運(yùn)行安全性、可靠性事關(guān)重大。為解決這些問題，出現(xiàn)了培訓(xùn)仿真系統(tǒng)，模擬實(shí)際系統(tǒng)的工作狀況和運(yùn)行環(huán)境，以避免運(yùn)用實(shí)際系統(tǒng)時(shí)可能帶來的危險(xiǎn)性及高昂的代價(jià)。

變電所培訓(xùn)仿真系統(tǒng)集仿真技術(shù)、圖形圖象技術(shù)、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)于一體，依據(jù)變電所電力設(shè)備實(shí)物、一次設(shè)備和二次設(shè)備接線圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，如主控室、控制屏、保護(hù)屏及設(shè)備連接狀況，可在模擬設(shè)備和二次接線圖上進(jìn)行相應(yīng)操作，采用鼠標(biāo)點(diǎn)擊的操作方式，簡(jiǎn)單、直觀、易學(xué)(見圖1)。這種方式使變電運(yùn)行人員的培訓(xùn)手段大大更新，提高了培訓(xùn)效率，縮短了培訓(xùn)周期。也進(jìn)一步提高了運(yùn)行人員的正確判斷和處理事故的能力，防止事故擴(kuò)大化和縮短事故處理時(shí)間，從而確保電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

圖1

1變電所仿真的現(xiàn)狀

摘要：基于MATLABGUI的《信號(hào)與系統(tǒng)》課程仿真平臺(tái)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，主要是利用MATLAB的強(qiáng)大功能，繪制出《信號(hào)與系統(tǒng)》中不同沖激函數(shù)的響應(yīng)，方便對(duì)比學(xué)習(xí)不同的波形。在該仿真平臺(tái)中，分別設(shè)計(jì)一個(gè)主界面和八個(gè)子界面：主界面是設(shè)計(jì)平臺(tái)的總?cè)肟冢ㄟ^GUIDE工具箱中的各個(gè)控件，實(shí)現(xiàn)對(duì)子界面的跳轉(zhuǎn)，使得子界面與主界面相互聯(lián)系，方便用戶使用；子界面中包括《信號(hào)與系統(tǒng)》一書中八個(gè)章節(jié)的內(nèi)容。在該平臺(tái)中，用戶可以反復(fù)多次地輸入不同信號(hào)的不同參數(shù)，使得平臺(tái)產(chǎn)生不同的波形，這對(duì)于研究信號(hào)的響應(yīng)十分便利。

關(guān)鍵詞：MATLAB；信號(hào)與系統(tǒng)；仿真平臺(tái)；可視化；交互式；實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷更新發(fā)展，開發(fā)和設(shè)計(jì)可視化和交互式的《信號(hào)與系統(tǒng)》課程的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)成為必然[1-2]。通過設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)，可以讓學(xué)生和老師以及其他用戶直接地觀看到仿真波形，使得大家對(duì)于較為晦澀難懂的原理有更好的理解和掌握，為教學(xué)和研究提供了諸多便利[3-6]。為此，具有強(qiáng)大的數(shù)學(xué)功能以及波形顯示功能的MATLABGUI工具便成了最好的選擇。利用MATLAB設(shè)計(jì)和開發(fā)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以為用戶提供形象的仿真波形，顯示不同信號(hào)在不同激勵(lì)下的響應(yīng)。與此同時(shí)，GUIDE工具中還含有各種控件，方便人們依據(jù)自己的需要?jiǎng)?chuàng)建具有不同功能的虛擬操作平臺(tái)[7-10]。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

［摘要］目的探討基于醫(yī)學(xué)影像虛擬仿真平臺(tái)的考核系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱虛擬仿真考核系統(tǒng)）在影像斷層解剖學(xué)考核中的應(yīng)用效果。方法選取錦州醫(yī)科大學(xué)2015、2016級(jí)五年制醫(yī)學(xué)影像專業(yè)學(xué)生177人作為研究對(duì)象，其中2016級(jí)作為觀察組，2015級(jí)作為對(duì)照組。觀察組采用虛擬仿真考核系統(tǒng)進(jìn)行考核，對(duì)照組采用傳統(tǒng)考核方法，比較2組考核成績(jī)，并采用調(diào)查問卷調(diào)查學(xué)生對(duì)考核方式的滿意度。結(jié)果觀察組考核成績(jī)?yōu)椋?4．75±5．48）分，明顯高于對(duì)照組的（71．03±7．03）分，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0．05）。2組考核方式滿意度比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0．05）。結(jié)論虛擬仿真考核系統(tǒng)可以顯著提高課程考核效率和學(xué)生滿意度，能更好地促進(jìn)課程教與學(xué)，讓考核服務(wù)于教學(xué)，實(shí)現(xiàn)以能力為導(dǎo)向的考核目標(biāo)。

［關(guān)鍵詞］醫(yī)學(xué)影像虛擬仿真系統(tǒng)；影像斷層解剖學(xué)；虛擬教學(xué)；考核

影像斷層解剖學(xué)與影像診斷學(xué)、核醫(yī)學(xué)、放射醫(yī)療醫(yī)學(xué)等學(xué)科有著密切聯(lián)系，是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)重要的基礎(chǔ)學(xué)科［1］，起著溝通基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)的橋梁作用，在醫(yī)學(xué)教育中具有十分重要的作用和地位［2］。該課程的學(xué)習(xí)效果直接影響著未來專業(yè)課的學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)的考核方式主要偏向理論，容易導(dǎo)致學(xué)生不能將所學(xué)知識(shí)很好地與臨床相結(jié)合。近年來，本校推進(jìn)實(shí)施了醫(yī)學(xué)影像虛擬仿真平臺(tái)，在醫(yī)學(xué)影像理論和實(shí)踐教學(xué)研究方面提供了新的研究思路和解決方案［3］。本研究采用基于醫(yī)學(xué)影像虛擬仿真平臺(tái)的考核系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱虛擬仿真考核系統(tǒng)），建立影像斷層解剖學(xué)題庫，全面覆蓋考點(diǎn)，以理論內(nèi)容與實(shí)際影像圖片檢查相結(jié)合的方式，幫助學(xué)生構(gòu)建良好的影像空間感及建立“整體－斷層－整體”的影像思維方式［4］，實(shí)現(xiàn)了以臨床實(shí)踐能力為導(dǎo)向的考核目標(biāo)。

1資料與方法

1．1一般資料選取錦州醫(yī)科大學(xué)2015、2016級(jí)五年制醫(yī)學(xué)影像專業(yè)學(xué)生177人作為研究對(duì)象，其中2016級(jí)作為觀察組，2015級(jí)作為對(duì)照組。2組一般資料比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0．05）。1．2方法2組由同一教師授課，對(duì)照組采用傳統(tǒng)考核方法，利用紙質(zhì)試卷進(jìn)行答題。觀察組采用虛擬仿真考核系統(tǒng)進(jìn)行考核。按照影像斷層解剖學(xué)不同章節(jié)建立題庫，每個(gè)章節(jié)根據(jù)教學(xué)大綱重點(diǎn)、難點(diǎn)比例選取影像圖片，要求考點(diǎn)題目圖片清晰、結(jié)構(gòu)明確。每個(gè)章節(jié)編輯題目數(shù)不低于200個(gè)，選取的影像圖片數(shù)不低于400個(gè)，上傳到虛擬仿真考核系統(tǒng)后，根據(jù)考點(diǎn)編輯題目。試題難度按照比例分配，中等難度占50％，低難度占25％，高難度占25％?？荚囶}型主要包括單選題、填空題、名詞解釋題、簡(jiǎn)答題。將編輯后的題目進(jìn)行分類匯總，建立抽題系統(tǒng)，并結(jié)合雨課堂等手機(jī)軟件建立線上、線下考核系統(tǒng)。2組考核題型一致，試題難度經(jīng)教研室專家組評(píng)測(cè)一致，均為100道題，答題時(shí)間為2h，分值均為100分。2組試卷主觀題部分由相同教師閱卷，統(tǒng)計(jì)2組考核成績(jī)。在考核結(jié)束后，采用調(diào)查問卷調(diào)查學(xué)生對(duì)考核方式的滿意度，包括教學(xué)匹配度較好、有利于實(shí)踐應(yīng)用、能減輕復(fù)習(xí)難度、有效反應(yīng)所學(xué)知識(shí)，其中非常滿意為10分，比較滿意為7．5分，一般為5分，比較不滿意為2．5分，非常不滿意為0分。本次調(diào)查共發(fā)放問卷177份，回收有效問卷177份，有效回收率為100％。1．3統(tǒng)計(jì)學(xué)處理采用SPSS22．0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)量資料以x±s表示，組間比較采用t檢驗(yàn)。P＜0．05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2結(jié)果

摘要：為解決嵌入式系統(tǒng)在線仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)操作復(fù)雜性和實(shí)驗(yàn)板狀態(tài)可視化問題，提出優(yōu)化編譯功能，設(shè)計(jì)“一鍵式”遠(yuǎn)程在線編譯的方法。該方法屏蔽了嵌入式交叉編譯細(xì)節(jié)，支持學(xué)生通過瀏覽器操作完成代碼編譯。融合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)基于Unity3D的可視化模塊，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控部署在遠(yuǎn)程服務(wù)器端的實(shí)驗(yàn)板的輸出端口，采用3D渲染的實(shí)驗(yàn)板模型進(jìn)行可視化顯示輸出。教學(xué)實(shí)踐表明，89.72%的學(xué)生認(rèn)為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)操作便捷、實(shí)驗(yàn)顯示效果好。該方法有效降低了實(shí)驗(yàn)入門難度，提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效率和體驗(yàn)度。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；在線仿真實(shí)驗(yàn)；3D可視化；在線編譯

嵌入式系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)、電子信息及自動(dòng)化等信息類工科專業(yè)的核心課程，具有理論學(xué)習(xí)難度大、實(shí)踐操作性強(qiáng)等特點(diǎn)[1]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為該課程的重要環(huán)節(jié)，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。傳統(tǒng)的教學(xué)模式需要在固定時(shí)間和地點(diǎn)統(tǒng)一組織學(xué)生“一人一板”開展實(shí)驗(yàn)，在時(shí)間和空間上都有很大的局限性。部分院校因?yàn)閷W(xué)生較多，需要分批進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，甚至為了節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以演示或驗(yàn)證性為主[2]。此外，這種模式下的教學(xué)，如果遇到突發(fā)性疫情，將無法繼續(xù)開展教學(xué)工作。針對(duì)上述教學(xué)模式中的不足，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，嵌入式系統(tǒng)在線仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生[3-4]。嵌入式在線仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為學(xué)生提供了開放的嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境[5-6]，學(xué)生可自行選擇合適的時(shí)間、地點(diǎn)通過在線方式開展實(shí)驗(yàn)。新的實(shí)驗(yàn)形式解決了傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的不足，但為了達(dá)到良好的實(shí)驗(yàn)效果，在技術(shù)上需要解決的問題主要包括：（1）編譯環(huán)境配置復(fù)雜。目前學(xué)生比較熟悉Windows系統(tǒng)作為開發(fā)和編譯環(huán)境，而嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)編譯環(huán)境一般采用基于Linux的交叉編譯的方式，對(duì)于不熟悉Linux系統(tǒng)操作的學(xué)生需要投入大量的時(shí)間學(xué)習(xí)常用操作命令，在一定程度上增加了實(shí)驗(yàn)的入門難度，容易降低學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣。（2）遠(yuǎn)程在線實(shí)驗(yàn)無法觀察實(shí)驗(yàn)板數(shù)碼管和LED燈的狀態(tài)，導(dǎo)致部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容受限。遠(yuǎn)程在線仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)往往只能通過命令行的方式與實(shí)驗(yàn)板進(jìn)行交互，并通過命令行輸出的信息查看實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生無法觀察到實(shí)驗(yàn)板的顯示狀態(tài)，所以只能部署僅僅通過命令行操作就能完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，限制了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的多樣性和創(chuàng)新性[7]。鑒于上述問題，需要系統(tǒng)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新來突破這些局限，從而使基于在線仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的教學(xué)質(zhì)量有質(zhì)的提升[8-9]。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于3D可視的嵌入式系統(tǒng)Web在線仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該平臺(tái)的主要優(yōu)勢(shì)包括：（1）設(shè)計(jì)了一種“一鍵式”遠(yuǎn)程在線編譯方法，該方法屏蔽了編譯細(xì)節(jié)，學(xué)生只需在瀏覽器中編輯代碼，選擇編譯類型，即可編譯生成可執(zhí)行文件。不需學(xué)生花時(shí)間配置編譯環(huán)境，熟悉Linux系統(tǒng)和操作命令，只需重點(diǎn)關(guān)注課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，降低了實(shí)驗(yàn)門檻。（2）融合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于Unity3D的可視化模塊[10]。該模塊實(shí)時(shí)監(jiān)控部署在遠(yuǎn)程服務(wù)器端的實(shí)驗(yàn)板的輸入輸出端口，獲取數(shù)碼管、LED燈等顯示組件的狀態(tài)，并基于HTTP協(xié)議將數(shù)據(jù)傳遞到前端瀏覽器[11]，通過3D渲染的實(shí)驗(yàn)板模型進(jìn)行可視化顯示輸出。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在線仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)學(xué)生通過Web瀏覽器訪問實(shí)驗(yàn)環(huán)境，開展嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，并通過3D虛擬硬件仿真運(yùn)行效果。圖1是嵌入式系統(tǒng)在線仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的總體架構(gòu)圖，該系統(tǒng)由實(shí)驗(yàn)服務(wù)和Web服務(wù)構(gòu)成，左側(cè)部分連接實(shí)驗(yàn)板的調(diào)試系統(tǒng)，與實(shí)驗(yàn)板進(jìn)行實(shí)際交互，為實(shí)驗(yàn)服務(wù)。右側(cè)部分為Web服務(wù)，負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)服務(wù)部分與用戶之間的交互，將用戶指令傳遞給實(shí)驗(yàn)服務(wù)并將實(shí)驗(yàn)服務(wù)返回的結(jié)果通過瀏覽器展示給用戶。實(shí)驗(yàn)服務(wù)部分主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能。（1）代碼編譯。該模塊通過接口服務(wù)接收用戶發(fā)送過來的代碼文本，然后調(diào)用本地編譯環(huán)境的編譯指令，得到編譯返回結(jié)果并返還給用戶。（2）運(yùn)行程序。該模塊通過接口服務(wù)接收用戶發(fā)送過來的指令（Linux指令），然后通過SSH協(xié)議發(fā)送給連接的實(shí)驗(yàn)板，并將返回的運(yùn)行指令結(jié)果以及實(shí)驗(yàn)板上的LED和數(shù)碼管狀態(tài)返回給Web服務(wù)。Web服務(wù)部分主要包含三個(gè)功能。（1）用戶管理服務(wù)。Web服務(wù)負(fù)責(zé)管理用戶的信息，判斷用戶的身份，防止用戶直接調(diào)用實(shí)驗(yàn)服務(wù)提供的接口，防止實(shí)驗(yàn)服務(wù)直接暴露在網(wǎng)絡(luò)中，增加了實(shí)驗(yàn)服務(wù)的安全性。（2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)管理。該模塊記錄并保存用戶實(shí)驗(yàn)時(shí)的數(shù)據(jù)，教師可以為學(xué)生實(shí)驗(yàn)打分，學(xué)生可以查看之前實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行復(fù)習(xí)。（3）仿真頁面模塊。該模塊將Unity引擎嵌入到Web頁面中[12]，通過調(diào)用實(shí)驗(yàn)服務(wù)接口獲取實(shí)驗(yàn)板的實(shí)時(shí)狀態(tài)，然后將返回的結(jié)果以LED燈和數(shù)碼管的形式顯示到前端頁面上，模擬了真實(shí)實(shí)驗(yàn)板的實(shí)時(shí)狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)服務(wù)和Web服務(wù)之間采用HTTP協(xié)議，通過JSON數(shù)據(jù)包封裝進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。圖2是系統(tǒng)的功能邏輯結(jié)構(gòu)圖，左側(cè)部分為實(shí)驗(yàn)服務(wù)結(jié)構(gòu)（也稱虛擬機(jī)開發(fā)服務(wù)），右側(cè)部分為Web服務(wù)結(jié)構(gòu)。

2核心模塊設(shè)計(jì)

摘要：運(yùn)用仿真軟件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控課程教學(xué)，解決教育資源不足、教學(xué)短缺、學(xué)生操作機(jī)會(huì)少等問題。將理論知識(shí)與實(shí)際操作進(jìn)行有機(jī)結(jié)合的新型教學(xué)方法，可以幫助學(xué)生更加便捷地理解數(shù)控方面的理論，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)數(shù)控技術(shù)與知識(shí)的掌握能力，獲得更好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)控；仿真軟件系統(tǒng)；教學(xué)效果

在數(shù)控實(shí)習(xí)教學(xué)工作中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇應(yīng)用數(shù)控仿真軟件系統(tǒng)。選擇與實(shí)際需要相符合的軟件，能在很大程度上加強(qiáng)數(shù)控學(xué)科教學(xué)效果。在實(shí)際操作過程中，有效掌握數(shù)控仿真軟件系統(tǒng)所適合的應(yīng)用對(duì)象及整體范圍，能幫助數(shù)控學(xué)科教師更好地對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化與完善，提升教學(xué)效果。通過多年積累的實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)得出，宇龍數(shù)控仿真軟件系統(tǒng)應(yīng)用在數(shù)控學(xué)科的教學(xué)工作中，既能改善教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)資金不足的問題，又能使理論知識(shí)與實(shí)際操作完美結(jié)合，激發(fā)學(xué)生在數(shù)控操作方面的主觀能動(dòng)性，提高學(xué)生的實(shí)際操作能力，并且在不斷訓(xùn)練的過程中加強(qiáng)操作熟練度。數(shù)控仿真軟件系統(tǒng)在教學(xué)工作中的運(yùn)用，對(duì)于教學(xué)方法來講是一次重要的改革，通過這種方式展開教學(xué)工作，在很大程度上減少了數(shù)控教學(xué)工作所需要花費(fèi)的經(jīng)濟(jì)成本，并且對(duì)過去所應(yīng)用的傳統(tǒng)教學(xué)方法做出了進(jìn)一步的優(yōu)化，使原本抽象的問題變得更加形象。

1當(dāng)前數(shù)控教學(xué)分析

從目前的實(shí)際情況來看，數(shù)控這一學(xué)科已成為各職業(yè)院校普遍重視的專業(yè)。從根本上講，數(shù)控學(xué)科的學(xué)習(xí)是重視實(shí)踐作用的，只有通過不斷的實(shí)際操作，才能將數(shù)控的相關(guān)理論知識(shí)確實(shí)有效地轉(zhuǎn)變成能實(shí)際應(yīng)用在操作中的數(shù)控技術(shù)。數(shù)控技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用時(shí)一定要通過機(jī)床，因此，具備實(shí)踐活動(dòng)能力的課堂教學(xué)一定要保證有足夠的硬件設(shè)備供學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作。雖說目前職業(yè)院校在國(guó)家政策支持的背景之下引進(jìn)了一些數(shù)控硬件設(shè)備，但從根本上講，學(xué)校是進(jìn)行新型人才培養(yǎng)的平臺(tái)，并不能只注重?cái)?shù)控教學(xué)的相關(guān)服務(wù)，因此在硬件設(shè)備的購買方面、以及學(xué)校內(nèi)部教學(xué)場(chǎng)地不足方面都對(duì)數(shù)控技術(shù)的實(shí)際操作教學(xué)造成了一定的阻礙。同時(shí)，數(shù)控硬件設(shè)備需要操作人員自身能力較高，學(xué)生屬于數(shù)控技術(shù)的初學(xué)者，暫時(shí)還沒有全方位掌握數(shù)控技術(shù)的操作方法，在此基礎(chǔ)上，直接在機(jī)床進(jìn)行操作很容易造成硬件設(shè)備損壞。對(duì)此，為了保證學(xué)生實(shí)際操作的安全性以及學(xué)校方面的經(jīng)濟(jì)投入，越來越多的職業(yè)院校運(yùn)用數(shù)控仿真軟件系統(tǒng)與實(shí)際機(jī)床操作相結(jié)合的方法進(jìn)行數(shù)控學(xué)科的教學(xué)。

2仿真軟件系統(tǒng)在數(shù)控教學(xué)中的重要性