仿真科学与技术精选(九篇)

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第1篇：仿真科学与技术范文

关键词：虚拟仿真;EMU8086;微机原理及接口技术;课堂教学

中图分类号：TP36 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）06-0108-02

一、引言

《微机原理与接口技术》课程是电气信息类专业的专业基础核心课程之一，是电气工程及其自动化、自动化、计算机科学与技术、电子信息工程、信息工程、电子信息科学与技术、物联网技术等本科专业的重要专业基础课。作为学习计算机硬件原理与指令系统及其应用最主要的课程之一，对提高学生的计算机硬件应用能力至关重要，是学习后续专业课程的重要基础。

微机原理与接口技术实践性强，而教学内容却高度抽象，长期以来，存在着教师难教、学生难学的现象。实际课堂教学中演示实验设备匮乏，当前实验教学大多以集成实验箱为实验平台，不便于课堂理论教学过程中演示互动。在实验教学环节中，开设的实验综合性不够，往往忽视硬件设计、软件调试过程的协同，且有实验过程“操作化”的趋势，相当一部分学生仅仅简单模仿，知其然而不知其所以然。久而久之，学生的学习积极性随着教学过程的进行而降低，将这门实践性很强的课程也视为普通理论课，课程教学效果不够理想。为此，不少教师在教学过程中也进行了一些改革探索[1-5]。

随着虚拟仿真技术的发展，在课堂上进行实践演示成为可能。借助于计算机仿真技术将微型计算机内部编程结构、工作原理、指令系统及接口技术等抽象内容以图形化方式动态展示，通过课堂现场演示，学生更易接受，从而加深对微型计算机系统硬件结构、工作原理及指令执行过程的理解，掌握其特点和规律。

EMU8086仿真环境有机集成了汇编语言程序设计和接口技术，界面友好，适合作为课堂教学辅助手段。通过在课堂理论教学中融入虚拟仿真实验案例，也弥补了实验教学环节在实验场地、时间安排方面的不足，可有效改善理论教学与实践环节间的互动。学生在课堂理论教学过程中通过虚拟实验过程便可了解相应理论知识在实际微机系统中的作用与用法。虚拟仿真环境的引入，借助合适的教学案例，以问题为导向，逐步实现课堂教学向着以学生分析解决问题能力提高为目标的模式转变。

二、微机系统虚拟仿真环境

EMU8086（Micro- processor Emulator）集成了源程序编辑、代码编译、Debug等功能，是一款运行于Windows环境下的16位微处理器8086虚拟仿真器。该仿真器具有丰富的帮助文档，是一个学习微型计算机内部工作原理、理解计算机工作过程的高效辅助工具。

程序可在仿真器中单步执行或连续执行，其可视化的人机交互方式让使用者操作更容易。在指令执行过程中，用户可观察CPU内部各寄存器、标志以及相关存储器中的内容随指令执行的变化情况。仿真器中执行的程序运行于软件虚拟的系统中，可有效避免指令执行时影响到运行EMU8086的计算机硬件系统。而且该虚拟仿真环境完全兼容Intel系列微处理器，不受实际计算机硬件配置的限制，便于在课堂教学中演示，以更直观地展现CPU的工作原理和指令的执行过程。

三、基于虚拟仿真环境的课堂教学与实践

基于虚拟仿真环境EMU8086，以解决问题为导向，结合实际应用设计教学案例，将相关知识点融合贯通，更符合人的认知过程。从解决问题出发，可引导学生明确思路，在解决问题的过程中学习知识，能有效激发学习主动性，使学生学习过程更有成就感。随着问题的解决，自然而然地加深了对相关知识的理解和掌握，切实提高学生运用所学知识解决问题的能力。

1.指令执行过程剖析。《微机原理及接口技术》课程教学内容主要包括硬件原理、指令系统和接口技术三大部分内容，主要内容概念抽象、难以理解，导致学生厌学。虚拟仿真技术可形象地将抽象的概念以直观的形式展现，基于EMU8086这一虚拟仿真工具，结合实际应用设计教学案例，使学生在解决问题中学习知识、掌握概念、总结规律，培养学生主动分析问题、解决问题的能力，通过虚拟仿真实验提供学生的学习热情，进一步使学生建立面向问题的系统化思维模式。

在指令系统教学中，学生对于指令往往采取死记硬背的方式，缺乏面向解决问题的思维方法，一方面指令系统显得零散难记，另一方面，即便背下了指令及语法，也难以在需要时正确使用。长期这样，会使学生对课程失去兴趣。而借助虚拟仿真环境，可将这一过程系统化、形象化，便于将看似零散的知识点串起来。比如，微处理器中实现表达式“6-8+7”的处理过程，如图1所示，借助仿真环境EMU8086，在课堂上演示源程序编辑、汇编、链接、指令的单步运行，学生可观察任何一条指令执行过程中，CPU内部所有寄存器、标志位的动态变化情况，从而理解状态标志的作用。

在观察指令执行过程时，可同时看到指令汇编后对应的十六进制机器码，以及指令、操作数在存储器中的存储情况，能够直观形象地展示微型计算机工作过程。在实际课堂教学中，教师只需以合适的案例提出问题，引导学生分析问题，通过课堂问答逐步形成解决方案，并在教师机上进行现场仿真实验。

2.接口技术抽象概念直观化。“实践、认识、再实践、再认识”是人们认识与解决问题的基本方法和规律。基于虚拟仿真环境，构建问题模型，设计实验项目，通过课堂演示使抽象内容形象化，再现知识形成的过程。引导学生主动思考，探寻解决问题的思路方法，在这个过程中，掌握重点、理解难点。

以典型的模拟交通灯仿真实验为例，传统的实验方法是基于物理实验箱，需要在特定的时间、特定实验室进行专门的实验操作，由于多数实验箱的集成度高，实验过程对于学生来说往往只是接几根线、运行一下程序而已，难以达到使学生理解掌握利用计算机通过接口电路实现对设备的控制这一教学目标。而且难以在课堂教学中适时地进行演示。

而借助虚拟仿真环境，可方便地在课堂上进行仿真实验，通过对仿真实验过程的分析，对比源程序，更利于学生理解设计系统时“软”、“硬”配合的思想。如图2所示，仿真实验中能动态显示十字路通灯的亮灭情况，同时源程序、机器码、CPU内部寄存器、接口电路内寄存器等的实时状态可方便地进行对比分析。借助于虚拟仿真环境，学生可直观地理解微机解决实际问题的方法，可直接观察接口电路在实现CPU与外设交换信息中的作用过程，使学生更好地理解计算机与外设交换信息的方式，将涉及到的知识点相互关联，使学生建立面向解决问题的思维方式，学以致用，树立微机系统软件与硬件必须协同配合才能实现预期目标的系统设计思想。

通过实际案例，使显得零碎的知识得到融合，使学生在学习过程中知其然且知其所以然。利于培养学生以解决问题为导向，将所学知识付诸实践。培养学生应用微机解决问题的初步分析能力和系统设计能力。

四、结论

借助虚拟仿真技术，可更好地将《微机原理与接口技术》课程中碎片化的知识融会贯通。通过案例化虚拟仿真实验演示，一方面可切实提高学生主动学习的积极性，活跃课堂气氛;另一方面，通过抽象内容的形象化展现，引导学生主动思考，培养学生掌握分析问题、解决问题的方法。教学过程以帮助学生运用相关知识解决实际问题为目标，使学生在问题解决的过程中获得现实体验，而不仅仅是抽象的程序、结论，探索实践以学生为中心的教学模式。教学实践表明，基于虚拟仿真环境，可有效提升课堂教学效果，有助于培养学生的创新意识，提供实践动手能力。

参考文献：

[1]高林.单片机原理与微机原理综合仿真系统的设计及应用[J].实验技术与管理，2014，（03）：91-94.

[2]吴殿红.基于8086的SRAM读写控制仿真实现[J].信息通信，2014，（02）：65-66.

[3]余华芳，何永玲，王宁.《微机原理与接口技术》教学改革实践与探索[J].教育教学论坛，2013，（02）：192-194+212.

第2篇：仿真科学与技术范文

【关键词】计算机仿真技术 应用型本科 数控仿真系统 数控技术

【中图分类号】 G 【文献标识码】 A

【文章编号】0450-9889（2015）06C-0077-02

应用型人才主要是在一定的理论规范指导下，从事非学术研究性工作，其任务是将抽象的理论符号转换成具体操作构思或产品构型，将知识应用于实践。也就是说，应用型本科的教育是保证培养的人才具有一定的理论知识，主要是能够将所学习的理论知识应用于实践。应用型人才的核心是“用”，本质是学以致用，“用”的基础是掌握知识与能力，“用”的对象是社会实践，“用”的目的是满足社会需求，推动社会进步。

数控技术类课程是应用型本科机械设计制造及其自动化、机电一体化专业、数控技术专业的主干课程，在数控技术类课程的教学过程中一般采用理论和实际结合的方式进行。理论部分主要讲解数控加工工艺、数控加工刀具、数控编程基础等；实际操作部分主要是结合理论知识进行实际机床的操作和典型零件的加工。传统的理论部分教学主要通过教师PPT演示，在演示过程中插入文字、动画、图片对理论知识进行讲解，传统的实践环节教学主要通过老师带领学生到实训车间，通过具体演示零件的加工来完成。随着计算机技术的发展，数控仿真技术逐渐融入到数控技术的教学和应用中，成为数控技术教学的重要辅助手段。根据桂林航天工业学院在实际教学过程中传统教学方式方法和数控仿真技术辅助教学的实际情况做如下分析总结。

一、师资投入

桂林航天工业学院现有机械类学生中学习数控类课程的约2000人，相关教师18人，按照教学计划的安排，每周约有700名学生参加288学时的数控理论和实践教学活动，平均到每位相关教师约每周16学时的教学，参加每位教师课程的学习人数约40人。在教师每周8学时理论部分教学中，采用40名学生的课堂教学，按照传统的PPT课件插入文字、动画、图片进行演示性教学几乎没有实际的困难，但教学效果往往欠佳；但每周约8学时实践教学，按照传统模式进行就比较困难，每2～4位同学一台机床，1位教师进行指导几乎无法实现；一次课两个学时90分钟，实际操作前利用1～2台数控机床讲解约20分钟，约40个学生围在周围观看，很多学生会无法看清楚，而且剩下的时间每台机床分配不到2分钟时间，难度和效果可想而知。同时，由于机床的生产厂家和型号非常多，如果只是针对某种机床或者某些型号进行讲解，很难让学生适应实际企业生产中众多的机床厂家和机床型号。即使是桂林航天工业学院这样的全国性质的数控实训中心，虽然各种机床有60台，总价值达到3000多万元，仍然只能选择非常有限的几个厂家和型号的机床。总体上来讲，受到场地、经济的制约，不可能让学生全面地操作实际生产中众多厂家、型号、操作系统的机床。

如果采用计算机仿真技术进行教学，在理论部分和实践部分可以完全相结合，并且由于采用虚拟仿真方式，可以调用任何厂家、型号和操作系统的机床，让学生在结合理论知识编程的过程中，输入不同的数控机床，体验和理解由于数控机床的不同引起的编程格式、编程代码的差异，以适应实际生产过程中的型号、厂家和数控系统的差异，充分达到应用型本科主要实际操作应用的能力。例如在桂林航天工业学院教学中使用的南京斯沃数控仿真系统，开机时的数控系统选择界面包括了FAUNC、SINUMERIK、EZmotion、华中数控、北京凯恩帝、大连大森、南京华兴等70种；同时在选择FANUC 0i-M操作系统后，可以选择的机床操作面板包括汉川机床、南通机床、南京二机、济南机床、友嘉机床、托普机床、Duoleng、北京机床、大连机床、南京迈顺、纵横国际、南京东恒杰必克、台中精机、沈阳机床、韩国Doosan、巴西Romi、韩国WIA等28家中外机床厂家的操作面板。以不同的操作系统选择不同机床企业的操作面板，可供选用的机床几乎覆盖整个加工行业所使用的各种数控机床。

二、教学安全

对于教学安全主要是针对实践操作部分，机床作为机械结构，一旦出现事故，轻则机器损坏，重则出现伤亡事件，这样的事件已经给了我们血的教训。例如，某高校机械专业学生在企业实习期间由于操作失误，直接导致手臂被机械结构严重损伤，最终不得不截肢。如何避免机械事故发生是学生在实践操作部分最需要注意的问题，因此很多学校非常强调安全问题。

传统教学中，由于学生在上机床实际操作之前并没有对机床的运动情况有很清楚的了解，很容易导致事故的发生，因此很多院校在进行数控实训操作的时候，多是恐惧危险的发生而走走形式，真正实际进行操作，并能够加工出零件的比较少，除非是学校为了让学生参加比赛而培训数量比较少的学生，难以达到教学计划中关于实践教学部分的实际要求。而采用计算机仿真技术的数控教学，可以在实际操作之前充分了解数控机床面板的操作和数控机床的运动运行规律，某种意义上说就是真正的数控机床操作的演习，为实习实训部分做好充分的准备工作，即使在仿真中出现操作错误或者操作失误，既不会导致机床的损坏，更不会导致人员的伤亡。

三、教学效果和效率

数控程序编写是数控类课程的主要教学内容之一，如何正确地编写数控程序也是数控类课程的重要任务。在传统课堂上，教师主要利用PPT课间插入动画、图片、文字等内容进行讲解，虽然利用了一些多媒体资源，但是并没有充分发挥多媒体最大的功用。在讲解过程中往往比较枯燥乏味，难以更加形象具体地表述数控代码控制刀具、机床主轴的运动情况。特别是对于一些比较复杂的循环指令只是通过这样的讲解方式往往很难准确地表达。虽然目前有些教师可以采用一些三维软件、动画软件制作一些比较详细的动画，但是这种动画往往就是固定设置好的动作，缺乏参数的变化，不能通过修改参数来观察刀具运动的变化。

目前大多数计算机数控仿真数控系统都是模拟实际的数控机床操作，几乎完全和实际的数控机床操作相同。教师在授课过程中可以编写实际的数控程序，再输入到数控仿真系统中进行验证，在验证的过程中，可以随时改变数控程序中的参数，来讲解数控指令中参数控制刀具的运动规律，也可以改变数控程序中的程序指令，来讲解不同指令刀具的运行轨迹；这样就可以更加清楚形象地讲解数控编程中的各种程序指令和指令中各个参数的含义。在斯沃数控仿真系统模拟加工零件过程中，在操作界面的左侧显示编写的数控程序，仿真操作过程中根据刀具的运行轨迹，自动跳转相应的程序段，帮助学生理解程序中控制对象的运行情况，并且利用不同的颜色来展示不同刀具的运动轨迹，在直观地展示运动轨迹的同时也可以随时更改数控程序或程序中的参数来获取不同的轨迹。

四、数控工艺部分体现

在实际的加工过程中，数控工艺主要体现在刀具、装夹、进给量、主轴转速、背吃刀量、加工工序等。由于这部分内容比较抽象，需要根据实际加工的材料、技术要求、零件现状等具体情况进行讲解。传统授课方式只是通过语言的描述、图片的展示来完成内容的讲解，学生很难理解。

在采用数控仿真系统进行教学过程中，可以根据加工零件结构的不同，按照工序要求讲解各种刀具的结构、刀具的尺寸参数；并且几乎不受任何限制，在斯沃数控仿真系统的数控车刀包括了14种车刀刀杆、各种形状的刀刃，并可以根据加工需求输入刀杆、刀刃的参数和材料，也可以根据实际机床的结构选择四方刀架、八方刀架、十六方刀架，或者选择前置刀架和后置刀架，满足数控车床在加工各种零件的需求；在数控加工中心包括15种各种类型的刀具，同样可以根据需求输入刀杆、刀刃的参数和材料，选择各种形式的刀库，满足数控铣削和加工中心加工各类零件的需求。

同时也可以根据零件的结构特征选择适合的装夹方式，也可以设计自己的专用夹具以满足不同工艺装夹的需求，使学生可以根据装夹的情况，正确理解程序编写过程中避开装夹，防止车削或者铣削到夹具的零件，满足工艺讲解过程中关于工件装夹的要求。斯沃数控仿真系统为数控铣床和加工中心工件提供了三种可选择的装夹方式，包括直接装夹、工艺板装夹和平口钳装夹，以满足不同零件加工关于装夹的要求，数控车床根据板料或管料的需求提供外圆装夹方式和内孔装夹方式，以满足车削零件加工的需求。

综上所述，利用数控仿真系统于应用型本科的数控技术类课程的教学中可以适应不同专业方向关于数控知识技能的学习，在减少师资投入的情况下学生可以尽可能多地了解和模拟操作时间生产中众多厂家、型号和操作系统的机床，以适应未来走向工作岗位进行数控编程或者操作机床的需求；同时从教师实际教学的角度，在理论教学方面，可以结合数控仿真软件，实时地通过仿真操作来帮助学生理解数控编程和数控工艺的基本知识，同时也可以模拟不同机床的实际操作，大大减少事故率，保证教学过程以及学生参加工作后实际操作机床的危险。经过桂林航天工业学院多名教师近年来采用传统教学方式和计算机仿真技术相结合的方式进行教学证明，学生在学习数控技能的时候，一方面学习兴趣大大提高，学习数控技术的激情比简单枯燥的传统课堂教学具有明显的差异，另一个方面学生学习的效果也明显提升，实际掌握数控知识和数控操作的能力明显提高。

【参考文献】

[1]潘懋元，石慧霞.应用型人才培养的历史探源[J].江苏高教，2009（1）

[2]吴中江，黄成亮.应用型人才内涵及应用型本科人才培养[J].高等工程教育研究，2015（2）

[3]邓遵义，李攀峰.数控仿真软件在数控教学中的浅析[J].中国电力教育，2010（6）

[4]潘应辉.数控仿真软件教学应用探讨[J].武夷学院学报，2011（2）

[5]于久清.数控车床/加工中心编程方法、技巧与实例[M].北京：机械工业出版社，2014

第3篇：仿真科学与技术范文

关键词：深静脉血栓；妇科肿瘤手术；预防治疗随着近几年来妇科肿瘤术后并发深静脉血栓的发病率逐渐升高，人们由原来的治疗深静脉血栓慢慢的转向采取预防发病的措施，并且有关预防治疗的方法越来越受到人们的重视[1]。为了研究和分析如何正确有效的预防妇科肿瘤术后深静脉血栓的发生或者降低它发病率，因此选取我院在2011年1月～2013年1月收治的120例此患者的临床资料，现报告如下。

1资料与方法

1.1 一般资料选取我院在2011年1月~2013年1月收治的120例做过妇科肿瘤术的患者为研究对象，将她们随机分成两组，实验组60例，患者年龄为53~72岁，平均60.5岁，患者体重为55~82kg，平均68.5kg。对照组60例，患者年龄为50~70岁，平均63.3岁，患者体重为54~80kg，平均65.4kg。两组患者在病情和体质等各个方面无明显差异，具有可比性。

1.2 方法实验组患者实施预防治疗：在手术后的第1d开始给予速避凝100IU/kg，且注射1次/d，选择肚脐周围的皮下注射，连续治疗10d为一个疗程。而且要给患者每天进行一次静脉滴注500ml低分子右旋糖酐和20mL的复方丹参注射液，连续治疗10d为一个疗程。同时派护理人员将患者的下肢抬高实施按摩，要求患者穿上医用的弹力袜，这样可以适当的增加下肢的外来压力。对照组实施平通的抗凝治疗方式，对患者给予口服肠溶阿司匹林50mg和潘生丁50mg，3次/d，连续服用5d。

1.3 效果判定指标治愈的现象为深静脉血栓的症状全部消失，患者下肢的静脉回复正常；治疗有效的现象为：深静脉血栓的症状明显减轻，患者下肢静脉血管的血流超过25%以上；无效的现象为：患者深静脉血栓症状无改善，血循环不畅通。总有效率=治愈率+有效率。统计和观察实验组和对照组患者治疗后的不良反应情况。

1.4 统计学处理统计分采用SPSS11.0软件进行统计分析，计数的资料用χ2检测，以P

2结果

2.1 两组患者的治疗情况两组患者在分别进行了相应的治疗之后的情况都有所改善，实验组的总有效率为91.76%明显高于对照组的总有效率64%，P

2.2 两组患者的不良反应发生率对比对照组患者出现了肺栓塞和血压下降等不良的反应，发病率为31.63%明显高于实验组1.70%，P

3讨论

近些年来随着先进的科学技术不断的应用与医学界当中，相当一部分患有妇科疾病的患者都趋向于手术治疗，一方面是因为手术治疗更加直接彻底，另一方面是因为对当今的医学界的手术技术比较信赖。特别是当人们发现身体中出现肿瘤的情况时，第一时间想到的便是手术切除治疗，但是手术切除肿瘤并不是毫无安全隐患可言，而且手术之后的患者常常出现并发症，且深静脉血栓患者居多，同时医学界也关注到了这种问题，因此现在很多医学界的专家都在积极的研究要如何预防这种术后并发症的出现和一旦出现了该采取什么样的治疗方法。深静脉血栓之所以发病率较高是因为肿瘤患者在术后长期处于一种无法正常运动的状态，血液的回流速度就会大大降低，尤其是下肢静脉血管的血流速度相当缓慢，一旦出现血液凝固就会引发深静脉血栓[2]。

本文对实验组患者实施的预防治疗中采用的低分子右旋糖酐和复方丹参注射液是因为低分子右旋糖酐能够改善人体的微循环系统，而且可以阻止红细胞聚集，进而预防静脉血栓的形成。复方丹参注射液能够及时溶解初期形成的血栓，只要经常给患者的下肢做按摩引导患者做微量的运动，可以有效的预防术后患者并发的深静脉血栓的出现[3]。对两组患者分别实施不同的治疗方法之后，预防治疗的实验组总有效率为91.76%明显高于对照组的总有效率64%，P

通过文中对术后并发深静脉血栓预防治疗的论述，实施正确的预防手段和治疗方法对妇科肿瘤的患者来讲，可以极大的降低下肢深静脉血栓发生的概率。

参考文献：

[1]刘毅.妇科肿瘤术后下肢深静脉血栓塞的观察与护理[J].中国当代医药，2012，（03）：144-145.

第4篇：仿真科学与技术范文

关键词:系统模拟与仿真;课程教学;实例演示

中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)22-6369-03

Simulation Exemplars for System Simulation Course

HUANG Han-ming

(College of Computer Science and Information Engineering, Guangxi Normal University, Guilin 541004, China)

Abstract: This paper briefly narrates the general concepts of system and various system theories, and introduces the necessity of system simulation for the researches of systems. Then the teaching purpose and main contents of system simulation course are given. After that, some understandings in this course teaching experiences are presents. Finally, several having applied measures which might be helpful to enhance the effect of teaching are discussed:reinforce simulation principles teaching, guide students broadening scope of knowledge, use simulation case studies as education emphases

Key words: system simulation; course pedagogy; exemplar demonstration

系统是一个与环境相对的概念,任何相互联系、相互影响、相互作用的部分所组成的一个整体皆可称为一个系统。系统的各个组成部分之间,通过物质、能量和信息的交换而相互关联、相互影响、相互作用;系统与环境之间,亦存在着物质、能量和信息的输入、输出关系。早在古代中国和古希腊的哲学中,就包含朴素的系统思想。随着社会的发展和近、现代科学技术的兴起与进步,在军事、工程、经济、社会等诸多领域,都存在着大量的有关系统的问题。为解决这些问题,20世纪40年代相继产生了运筹学、控制论、信息论和一般系统论等系统理论;20世纪40年代以来,系统理论被大量应用于工程实践,系统工程应用学科迅速发展,同时其他科学技术学科也在不断获得新的突破与发展,从而对各种系统的性质和规律的认识在不断深入,产生的一些新的系统理论:耗散结构理论、协同学、动力系统理论、混沌理论、突变论等。

当前,对复杂及复杂适应系统的研究是系统科学这门学科的热点。国际上,有关复杂系统的系统科学研究可分为三个主要学派:“欧洲学派” ―― 以非线性自组织理论为核心内容的系统理论(系统元素为无机物,源于物理、化学系统);“美国学派” ―― 以圣菲研究所(SFI)为代表的理论框架(系统元素为有机物,具主动性,源于生物系统);“中国学派” ―― 以开放的复杂巨系统理论为核心的体系(系统元素为“人”,源于大工程协作系统)。其实,这三个主要学派的主要区别只是从系统的不同层次为出发点去把握系统的性质和规律;它们的共同点可认为是要从整体上去认识问题和解决问题,对系统的许多性质,部分和的累加并不一定等于整体,整体很可能大于部分和,由于涌现性,整体会出现一些任一部分所不曾拥有的新性质。

由于现实系统的广泛性、多样性和复杂性,如果直接对系统进行观测、实验和研究,可能会对真实系统造成破坏性影响而且可重复性很可能也差,或者用真实系统试验时间过长,或费用太昂贵。对于工程系统,在系统建立之前需要对其结构、行为特性开展研究,但真实系统尚不存在。这些情况下,系统的模拟仿真是唯一可行的研究手段。

1 系统模拟仿真课程的教学目的

系统模拟仿真课程的教学目的为:培养学生科学分析和解决各类学科中出现的一般复杂系统问题的能力,掌握多种解决各种复杂系统问题的研究、设计与分析方法。通过本课程的教学,希望学生能了解系统模型的形式化描述;掌握连续系统的时域与频域建模仿真方法:龙格-库塔法、线性多步法、离散相似法、替换法、根匹配法等;了解离散事件系统的一般概念和离散事件系统的建模工具――Petri网,掌握经典的离散事件系统:单服务台与多服务台排队系统,库存系统等的仿真方法;掌握离散事件系统的仿真输出数据的分析方法;了解现代仿真技术――虚拟现实技术的一般概念、分析建模方法和和基于Agent的的建模方法及Swarm仿真和分布建模仿真。

系统科学专业硕士点的设立是为了满足国家和广西的经济和社会发展的需要,旨在培养高层次的复合型研究与管理人才。系统科学专业硕士点有两个专业:系统理论和系统分析与集成,其中系统理论专业从2004年起开始面向全国招生,系统分析与集成专业从2006年起招生。系统模拟仿真课程是系统科学专业硕士生的必修课程,本人从2006年起到目前为止连续5年担任了本门课程的任课教师,在此对这几年的教学实践作些总结,以图对本课程后续的教学水平的提高和教学效果的完善能有所帮助。

2 课程基础建设

专业课程与选修课程的组成,不同课程的先后安排和教材的选择对教学目的之达成与教学效果之提高至关重要。系统模拟仿真课程的先修课程为:控制理论,概率统计,至少一种通用程序设计语言(如:C/C++程序设计语言和Matlab编程语言)。这几年教学过程中的有些学期,在本课程刚开始时,有些学生反映从未接触过其中一门或两门先修课程,应学生的要求,用一、两次课程的时间介绍相应课程,解释其中的重要内容,并鼓励学生自学相应课程,难懂之处同学之间互相探讨,并及时向老师请教。教材选择的是美国多家高校系统仿真类课程普遍采用的, 由清华大学出版社出版的原版影印英文教材[1]。该教材着眼于离散事件系统仿真的原理和方法学的阐述,基本概念通过实例加以阐述展开,对仿真方法、技术谈论深入,对新技术发展方向描述明确。该教材以C/C++和Fortran为仿真算法的主要编程语言。

开始的连续2年只使用该教材进行教学,有些学生反应跟不上教学进度,仔细了解,跟不上的原因是难以完全读懂教材中的英文内容和从未学过C/C++和Fortran语言。为让每位学生都能掌握好基本仿真方法、技术而又不失去对仿真前沿研究的了解,后增加系统科学与系统的一般理论及其工程应用[2]的介绍,连续系统仿真原理[3]的介绍和较容易编程实现的仿真实例教学[4]。作业与考试方式、频次的安排设置对加强学生的学习动力和提高学习效果起着极大的作用,除了常规作业和期末考试外,增加了每学期每位学生上讲台讲解至少30分钟提前布置的、要求学生课后完成的仿真建模实例小作业并接着深入讨论。还安排了学期结束时应完成的较复杂的系统仿真编程大作业,并撰写一份系统仿真应用的研究报告。

3 提高教学效果的措施

3.1 加强仿真原理教学

现代仿真是基于计算机、利用合适的算法通过模型(物理的或数学的)以代替实际系统进行实验和研究的一门学科和实验技术。 仿真过程中系统、模型与计算机(包括软、硬件)的关系如图1所示。这里模型通常是指数学模型。常用的数学模型[5]有:初等模型、确定性连续模型、确定性离散模型和随机模型。如该图所示,系统建模、仿真建模和仿真实验为系统仿真的三个基本活动。

系统的模型是实际系统的简化或抽象,分物理模型与数学模型。系统模型的形式化描述一般可表述为:

S=(T,U,Ω,X,Y,δ,f)

其中:T―时间基, 其若为整数,则系统S为离散系统,若为实数,则系统S为连续系统;U―输入集,U?奂Rn,n∈I+;Ω―输入段集,某时间内的输入模式,是(U,T)的子集;X―系统状态集,是系统内部结构状态建模的核心;Y―系统输出集;δ―系统状态转移函数;f―系统输出函数,可表达为:f:X×U×TY。

实际建模时,模型描述的详细程度可用如下3个水平来表示:(1)行为水平,只知系统的输入输出,系统被视为“黑箱”;(2)分解结构水平,系统输入输出及结构组成已知,系统被视为多个简单“黑箱”的组合;(3)状态结构水平,系统的输入输出,内部状态及转移函数皆为已知。要全面了解仿真过程的核心内容,需要较全面的数学知识、计算方法知识和编程语言知识。

由图1可知,系统仿真的第1步是建立系统的数学模型。虽然另有一门课程―《数学模型》(或称《数学建模》)(应用数学专业课程)专门介绍个各种数学建模方法,如不特别介绍,本专业学生或许不知有该课程的存在。在建立好系统数学模型的基础上,可能需要利用《计算方法》中的专门知识,基于学生熟悉的编程语言(Fortran,C/C++, C#或Matlab等),如学生对任一编程语言都不了解,推荐学生优先选择较容易入门且有大量编程工具箱可资利用的Matlab编程语言,把数学模型转化为计算机算法程序,得到仿真模型。在设置好各可调参数条件下运行仿真模型(即仿真算法程序),即可得到一系列的输出,这些输出要进行各种分析[1],如条件允许,并应该与实际系统的相应数据作对比分析。

3.2 引导学生扩展知识面

仿真技术广泛应用于工程领域--机械、航空、电力、冶金、化工、电子等方面,和非工程领域DD交通管理、生产调度、库存控制、生态环境以及社会经济等方面。几乎渗透于每一个需要计算的领域和学科,相关文献十分丰富。许多学术期刊都刊登有系统模拟仿真方面的研究论文,其中系统科学领域的期刊,尤其值得同学们去了解和学习,以扩展知识面和了解建模仿真方面的前沿研究。

应该特别留意的期刊有:中科院数学与系统科学研究院期刊学会(/)主办的《系统科学与数学》(中) ,《系统科学与复杂性》(英)和《系统工程理论与实践》,中国系统仿真学会与航天科工集团706所主办的《系统仿真学报》,美国伊利诺伊大学复杂系统研究中心主办的《复杂系统 》,美国UL控制与系统工程学会和弗罗茨瓦夫理工大学主办的《系统科学 》,IEEE的《智能系统》,圣菲研究所的《复杂系统学报》等。

每年都有多次由不同机构发起、在不同国家举办的有关系统仿真的国际学术会议。通过各个级别的系统科学学会或系统仿真学会网站,或直接通过搜索引擎(如, )可检索到最近举办过的系统仿真会议介绍或论文,以及即将举办的系统仿真会议的地点、时间和投稿须知, 如:国际系统科学学会(International Society for the Systems Sciences, ISSS)网站上 /world/index.php 有当年的年度会议信息和最近几年的会议资料。

3.3 以仿真实例教学为教学重点以提高学生的实际分析问题和解决问题的能力

课堂上详细讲解一些较简单的系统问题的仿真实例,可以使学生逐步明确并不断加深对建模仿真整个流程的理解:从分析系统结构或行为导出系统的数学模型,再根据所导出的数学模型使用某种编程工具实现仿真建模,形成相应的仿真算法程序,最后运行仿真算法程序,分析结果并与实际系统相应数据对比。

编程工具的介绍也要兼顾学习效率和算法理解彻底性, 教学过程中发现如只介绍通用编程语言(如C/C++)实现仿真算法程序,学生表示是可以彻底理解所讨论问题的算法及代码;但过后一段时间,再面对类似但稍微复杂些的问题,学生就显得有些不知如何下手改写原来的程序以解决当前的问题。而如使用Matlab .m源码文件实现仿真代码,学生基本能正确改写程序。如使用更高抽象层上的Simulink模型实现仿真,学生可以轻松解决类似新问题。现在采用初次碰到典型案例问题时,采用C语言实现仿真算法,再次碰到类似问题时使用Matlab.m源码,更多的或更复杂的仿真案例,则采用Simulink构建仿真模型。

所选择的仿真实例兼顾确定与随机系统,连续与离散系统。所列举过的离散随机系统有:单服务员排队系统(M/M/1)和多服务员排队系统(M/M/N)的仿真;多工作站排队系统的仿真;采用不同排队策略的银行排队系统仿真。 列举过的连续确定系统有: 机构运动仿真;传染病感染传播仿真;森林救火策略仿真;战斗减员仿真;游击战策略仿真;香烟有害物质进入人体体内的累积量仿真以及生物种群规模涨落(Volterra模型)仿真等。

下面以机构运动仿真和战斗减员仿真为例,对建模仿真的整个过程进行简要描述:

仿真实例一.曲柄滑块机构的运动学仿真:

对图示单缸四冲程发动机中常见的曲柄滑块机构进行运动学仿真。已知连杆长度:r2=0.1m,r3=0.4m,连杆的转速:ω2=2,ω3=3,设曲柄r2以匀速旋转,ω2=50r/s。初始条件:θ2=θ3=0。仿真以ω2为输入,计算ω3和1,仿真时间0.5s。

利用Simulink建模如下:

模块程序运行过程中自动显示如图4所示动画。

所求仿真时间0.5s内1和ω3的变化图像如图5。

图5 0.5s内的滑块运动速度1 (上图)和连杆转速ω3(下图)

仿真实例二.战斗减员问题仿真:

该战争模型只考虑双方兵力的多少和战斗力的强弱。 假设:(1) 用x(t)和y(t)表示甲乙交战双方时刻t的兵力,不妨视为双方的士兵人数;(2)每一方的战斗减员率取决于双方的兵力和战斗力,用f和g表示; (3)现只对甲方进行分析。甲方士兵公开活动,处于乙方的每一个士兵的监视和杀伤范围之内,一旦甲方某个士兵被杀伤,乙方的火力立即集中在其余士兵身上,所以甲方的战斗减员率只与乙方兵力有关,可以简单地设f与y成正比,即f=ay。a表示乙方平均每个士兵对甲方士兵的杀伤率(单位时间的杀伤数),称乙方的战斗有效系数。a可以进一步分解为a=rypy,其中ry是乙方的射击率(每个士兵单位时间的射击次数),py是每次射击的命中率。由这些假设可得本问题的连续时间模型(方程):

又设系统输入为甲乙方的射击率rx,ry,每次射击的命中率px,py,双方初始兵力x0,y0。系统输出为哪一方获胜以及获胜时的剩余兵力。要求有输入、输出界面及仿真过程。如何对微分方程进行求解,并判断哪一方获胜是本问题仿真的关键。

使用GUIDE(图形用户接口开发环境)接口实现以上简单的一阶微分方程。

调入该模型程序,按F5运行,出现如图6所示界面。

在界面中输入参数,点击“执行仿真计算”按钮,就会在结果栏中显示哪一方获胜,及其剩余人数。

设甲乙双方射击率都为0.03,初始兵力都为1000,每次射击的命中率分别为0.023和0.026。执行仿真计算后可知是“乙方获胜”,剩余兵力为339。如图7所示。

4 总结

努力加强系统仿真原理教学,以较简单的经典系统建模实例的仿真模型的建立为依托,让学生在仿真实例的课堂教学中逐步明确并不断加深对建模仿真整个流程的理解。仿真技术广泛应用于工程领域和非工程领域,相关文献十分丰富,涵盖面十分广阔的,而课堂教学的课时十分有限。如果我们把系统模拟与仿真这门学科比作是一片森林,文献可看作是其中的树木,仿真的实际应用则可看作生活于森林中的动物,当然动物也依赖于这片森林的邻域森林(其他学科)。课堂教学只是带学生来到这片森林边沿,仿真原理、理论教学是引导学生仔细观察了眼前的树木,而课堂仿真实例教学则是与学生一起欣赏了树枝上美丽的小鸟。 对这片森林更深入的了解需要学生自己出发去跋涉的、去游历、去探索、去欣赏。当然,带学生到这片森林应该先哪个边沿,才能让学生对这片森林有准确的了解并迅速喜欢上这片森林,需要带领者对这片森林整体的和更准确的了解,也需要到过这片森林的同学们的意见反馈。

参考文献:

[1] Law A M.Simulation Modeling and Analysis[M].北京:清华出版社,2000.

[2] 许国志.系统科学与工程研究[M].上海:上海科学技术出版社,2001.

[3] 肖田元.系统仿真导论[M].北京:清华大学出版社,2001.

第5篇：仿真科学与技术范文

在现代信息实验教学中，积累经验并应进行改革探索，并针对应用型人才需采用虚拟和实际相结合、软件与硬件相结合的模式。可以看出，现代仿真技术在信息学科教学，特别是实验教学中具有广阔的应用发展前景。仿真技术的应用和发展，必将加快信息学科实验教学的深化改革，促进了教育观念的改变是培养创新人才的新的实验手段。

信息学科教学中仿真技术的应用

目前，国内外众多高校在信息类课程的教学过程中，对计算机的仿真技术做了大量有意义的探索，并取得了相对丰硕的研究成果。

（1）通信专业教学中的仿真技术。近年来，随着通信技术和计算机技术的快速发展，传统的设计手段和设计方法通常不能够适应目前通信系统急剧增加的复杂性要求。在通信专业的实际教学过程中，基于相关常用的仿真软件，通信系统的仿真技术也已逐渐成为现代通信系统设计以及对其定性进行验证的重要手段[5,6]。例如，对通信系统整体设计并测试其性能；同时，在复杂的环境中无线电通信以及抗干扰通信系统的抵抗衰落和多径效应能力。但由于现代通信系统的实际测试设备价格高昂，而且系统也往往具有不可测试特性。例如，在日常的实验教学中教育单位不太可能对实际营运中的通信网络性能进行测试。因此，这使得高校相关信息专业的教学实践环节面临挑战。这样，基于相关软件与算法对其进行仿真就成为一种理想的选择。通常，通信系统中各个功能模块的软件实现、通信过程中各个节点之间的智能化性能分析等系统及其部分功能的模拟大都基于现代计算机仿真技术来完成。其中，仿真算法可以直接映射为系统设计中的硬件。而基于仿真工具的软件无线电技术使得通信信号处理方法得到广泛应用。此外，计算机仿真技术对通信系统不同模块的性能分析也有着不可替代的作用。例如，在基带信号处理过程中可以通过合适的仿真软件来实现传输信号的相应变换。从而得出预编码、自适应均衡、信道编解码、信源编解码以及信息安全算法等等。此外，在复杂、时变的信息传输环境中，现代通信系统的数字信号处理相关算法更将会趋于复杂[7,8]。例如，在科研和教学中涉及到的信道估计的自适应算法、MIMO技术、通信网络中的多用户检测算法、信道编解码算法等技术的实现，必须利用仿真技术对算法在实际通信环境中的适应性进行验证和评估。

（2）基于硬件设计教学中的仿真技术。实现微处理器和数字信号处理芯片是现代信息系统设计的硬件基础。系统中各个硬件模块的实现通常基于硬件仿真技术的理论与先进的微型计算机的相互结合进行分析。因此，仿真技术在信息专业教学过程中硬件的控制实现中也就有着重要的应用[7]。在实际硬件仿真教学中，基于不同仿真平台，例如Max+plus、QuartusII等软件,通过VHDL、VerilogHDL等语言对系统进行设计，同时对系统的物理器件性能进行仿真。在目前很多信息系统的电路设计中，这主要表现为从基于硬件的集成电路模式逐步转为一些硬件仿真软件编程来实现的映射模式。

（3）网络协议教学中的仿真技术应用。在通常信息学科的网络协议教学中，其复杂性已经很难通过传统的数学分析来完成。而在更高层的协议设计教学过程中，通信网络协议中所涉及的仿真代码可以将其设为相应通信协议可以实现的核心代码。因此，在信息学科教学中，仿真方法在网络及其协议的复杂性中也有着重要的应用[9，10]。为了准确、快速地对信息学科教学过程中的网络协议性能完成评估。同时，如果采用计算机仿真技术可以避免掉大量的理论性能分析过程中出现的障碍。另外，通过对实验室中网络系统进行建模，从而进一步实现参数的选择和调整，并能够快速模拟系统在真实环境中的行为表现。基于上述的仿真技术，可对教学中所应用的信号处理算法、信息传输协议等及其相关性能做出评估以便进一步改进。因此，算法和协议的仿真成为实际系统中功能实现的重要手段。为了考查网络系统信息传输的实时性和利用效率，在实际的现代信息系统中提出了各种复杂且具有层次结构的协议，进而构建结合无数节点的通信网络。可以看出，基于仿真平台的仿真技术对实际环境中网络协议仿真分析评估中有着不可分割的地位。

总之，在信息学科的教学实践中，基于平台的计算机仿真技术有着重要的应用。透过仿真技术，学生基于已有的理论可以对比传统信息理论技术所研究的对象深入学习和研究。此外，通过仿真技术可以在仿真过程中实时修改系统参数，同时能够评估参数变化对系统整体性能的影响，使其更加接近真实环境。

常用仿真软件

目前，在信息学科的实际教学中，适用于系统中各个功能模块的软件仿真软件较多，例如Matlab，Labview，SystemView等。其中，Matlab／Simulink是目前广泛应用于科研和教学中较为常见的仿真与计算平台。均可完成教学中所遇到的仿真实验和数值计算，例如可以通过Matlab实现信息系统仿真中的数值计算、算法验证等分析等领域。而Simulink是Matlab中最重要的组件之一，它对系统能够提供一个动态建模、仿真和综合分析的集成环境，并具有适应面广、效率高和灵活等优点。此外，Scilab也是一个开放源码的科学计算仿真软件。而常用的硬件仿真软件早些时候所常用的Max+plus、QuartusII；英国Labcenter公司开发的用来电路分析与实物仿真软件ProteusISIS；以及FPGA的仿真软件Foundation和ISE等。

上述这些常用的软硬件仿真软件，在信息科学专业教学中的工程建模、科学计算以及性能分析等方面有着重要的应用，特别是在信息相关专业的课程实验以及毕业设计中有着广泛的作用。因此，开设计算机仿真课程能系统地利用科学计算和系统仿真工具，深入理解信息学科中专业课程的基本思想、原理和实践。

第6篇：仿真科学与技术范文

[关键字]三维仿真 城市规划 城市仿真技术

[中图分类号] TU984 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-5-295-1

1 三维仿真技术的概述

三维仿真技术是利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验的技术，以模拟的方式为使用者创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图形界面，使之在感知行为的逼真环境中，获得一种身临其境的感受。例如《韶关市城市规划三维辅助决策系统》，利用地理信息系统、三维空间建模、遥感等现代信息技术，以数字地形数据、遥感影像数据、数字高程模型数据以及三维城市要素模型等数据为基础，在三维虚拟空间内实现局部的规划和建筑设计方案与区域景观的实时、多方案综合分析与决策。

2 三维仿真在城市规划中应用的意义

2.1 提供可视化功能支持

三维仿真技术可以依靠相关的软件进行辅助操作，对城市规划方案和规划过程进行详细的系统设计，能够提供可视化的支持，能适当的对规划的对象进行高度、方向、颜色等方案筛选和比较，使得规划的决策更为科学、合理、直观。同时，相比传统的设计辅助图，三维仿真技术拥有更强的决策和设计功能，可以降低规划决策的失误率，规避设计所带来的风险。如，2006年9月，人民大会堂公映的大型传奇史诗影片《圆明园》，通过先进三维仿真技术，将“圆明园”真实的再现在世界人们的眼中。

2.2 多样化的数据服务

利用三维仿真技术进行三维模拟和三维仿真系统的设计，可以利用三维仿真系统查询相对对象的信息资料，为规划设计者提供各城市单位或部门的信息资料。在韶关市城市规划三维辅助决策系统中，在功能方面提供了三维基础功能、规划信息查询、规划方案评审、规划辅助分析、规划辅助设计、三维管网管理等六大功能，并利用现有韶关地下管线综合管理信息系统和韶关基础数据共享平台进行对接。

2.3 提高规划项目的管理效率

通过制作项目模型或者提供静态的三维效果图来展示项目的整体规划过程，这具有很大的局限性，无法完成规划对象的修改和管理。城市三维仿真技术可以设计一个可操作的三维仿真系统，为开发机构或城市规划单位提供高精度的数据服务和视觉质量。在需要修改或增减项目工程的过程中，可以直接导入或更新相关的数据信息，可以及时作出方案调整和实施，提高规划项目的整体管理质量和效率。

3 仿真技术在城市规划的应用

3.1 城市总体规划的应用

城市总体规划设计主要包括三个部分：城市战略研究规划、城市总体规划和城市分区规划。在这个阶段，城市规划者需要把握城市的整个规划方向和城市发展动向，整合城市规划中的各种信息资源和数据资料，为城市的总体规划设计做出详尽、科学、直观的规划方案。仿真技术可以实现对城市自然地貌现状进行还原再现，而将仿真技术运用到城市总体规划之中，可以对整个城市实现自然地貌的仿真模型再现，为城市设计者提供科学的、直观的城市地貌现状。同时，仿真技术可为依据城市总体现状进行三维模拟和三维模型动态展示，实现可视化的视觉效果。例如，广州亚运村设计竞赛方案三维评审系统就是一个三维仿真技术在城市规划应用领域的新尝试。

3.2 城市景观设计的应用

城市景观设计反映城市的整体风貌，城市的整体风貌依靠科学的环境资源布局来实现。利用仿真技术对城市景观进行设计和环境模拟，可以对城市建筑的空间形态、建筑形式、城市天际线、城市景观、城市色彩等多方面进行综合考虑，做出更为准确的、直观的设计方案。仿真技术的应用有助于城市规划设计者进行多功能技能操作，从整体上把握城市空间形态的展示要点和亮点的设计，体现出城市的整体风貌和城市特色之处。同时，仿真技术利用计算机软件进行实际景观设计的环境模拟，创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图形界面，将设计的内容和效果展示在大众面前，实现人机交互，让大众和客户有一种身临其境的感受。对于城市规划评审、公示、展览、规划项目的宣传及招商引资等各方面都有着重要的指导意义和经济效益。

3.3 城市土地规划现状研究

城市规划需要把握整个城市土地利用的决策动向，就需要对城市土地利用现状信息资料进行完整的把握，所以城市土地利用现状信息资料尤为重要。规划设计者可以依靠当地的航空卫星影像、DEM 高程数据等基础地理数据，构建仿真三维模型，通过三维模型，可以更广泛的了解和把握整个城市的土地利用范围、现状以及城市周边的概况，对城市的整体信息资料的掌握和城市规划设计方案的确定有着重要意义。仿真技术还可以通过模拟建筑物的日照阴影走向和计算阴影面积来研究建筑物的高度对周边建筑物的日照的影响等，通过三维空间环境下的实时建筑物模型置换、建筑物纹理置换、建筑物高度调整等功能，来进行城市土地利用现状和规划设计方案的筛选。如，韶关城市规划三维辅助决策支持系统提供了日照分析功能，更好的展示了建筑物日照效果。

4 小结

城市规划是一个复杂的系统工程，需要多层次、多整合的形式来实现对城市的总体规划。随着计算机技术的快速发展，三维仿真作为重要的辅助设计形式，以其高效设计和可视化功能，在城市规划领域中广泛运用。三维仿真技术可以通过模拟现实环境，使得城市规划部门、项目开发商和公众都能感受到一种身临其境的视觉体验，三维仿真运用到城市规划中是一个重要的决策，也是一种具有非常可观的前景应用。

参考文献

[1]余明，过静君.三维仿真虚拟现实技术在城市规划中的应用[J]，测绘科学， 2009， 13： 52-54.

第7篇：仿真科学与技术范文

关键词：计算机仿真；自动化专业；教学改革

Application research of the computing simulation technology using in the teaching process for the automation major

Bai Rui， Zhang Jian

Liaoning university of technology， Jinzhou， 121001， China

Abstract： In order to use the superiority of the computing simulation technology， a teaching reform approach is proposed， where the computing simulation technology is introduced in the teaching process for the automation major in the technical university. The main research contents include the applications of the computing simulation technology in the teaching， experiment， course design and graduation project， and the hardware-in-the-loop simulation. The proposed teaching reform can improve the existing teaching approach， and also can improve the innovation ability of the student.

Key words： computing simulation； automation major； teaching reform

计算机仿真技术是利用计算机科学和技术的成果建立被仿真系统的模型，并在某些实验条件下对模型进行动态实验的一门综合性技术[1]。它具有高效、安全、受环境条件的约束较少、可方便改变仿真参数、仿真条件等优点，已成为分析、设计、运行和评价的重要工具。计算机仿真技术作为信息科学中的核心技术之一，已经被广泛应用于各行各业中。鉴于计算机仿真技术的优势，目前，已经逐渐被引入到大学教学过程中，并成为一种新颖的教学手段和方法。

自动化学科是一门科学性与工程性并重的学科，理论性和实践性的紧密结合是该学科的重要特征[2]。计算机仿真技术已经在多个高校自动化专业教学过程中得到了广泛的应用，但目前还存在一些问题：

（1）计算机仿真技术还没有深入到自动化专业教学的各个环节中，目前仅停留在课堂演示的层面上，手段单一化，因此还难以更好地发挥计算机仿真技术在专业教学中的优势。

（2）目前只是采用单纯的计算机仿真软件进行教学，而硬件和软件相结合的半实物仿真技术已经成为当前国内外仿真领域的先进技术，我们教学过程中并没有充分利用计算机仿真领域的这一先进技术和理念。

（3）计算机仿真技术虽然已经初步应用到自动化专业的教学过程中，但是还没有形成完善的规则制度、评价体系、应用范围和适用课程等详细资料，从而使计算机仿真和教学过程相结合这一新颖的教学手段缺乏系统完善的理论依据、实施手段和方法路线等，不够系统化、规范化和制度化。

为解决上述问题，笔者以自动化专业教学为背景，深入细致地研究计算机仿真技术与自动化专业教学相结合这一新颖有效的教学方法。研究包括计算机仿真技术在多个教学过程中深入全面的使用，半实物仿真等先进计算机仿真技术在教学过程中的应用，计算机仿真教学的系统化、规范化等内容。研究将能够显著地丰富和完善现有的教学手段和模式，有利于培养学生的创新能力，从而为“卓越工程师”培养计划提供一种新的思路和方法，可获得良好的教学效果。

1 计算机仿真技术在自动化教学环节中的应用

1.1 计算机仿真技术在课堂授课中的应用

对于自动化专业课程的某些知识内容，仅仅依靠板书或者幻灯片等教学手段并不能够使学生透彻真正地理解。利用计算机仿真软件对这些知识内容在课堂上进行仿真演示，通过改变仿真参数和仿真条件，获得不同的仿真结果，能够使知识内容的传授更加生动和直观，从而加深学生的理解。

因此，首先要全面深入地分析自动化专业各个课程教学内容、课程性质等特点，结合计算机仿真技术的优势和劣势，确定出在哪些专业课程中、哪些知识内容中需要引入计算机仿真技术。目前，笔者所在单位针对自动化专业的一些主要专业课程，如“交流调速控制系统”“直流拖动控制系统”“过程控制系统”“集散控制系统”“电力电子技术”和“电机拖动”等课程，开发了多个计算机仿真演示软件，并将这些计算机仿真演示软件应用于课堂教学过程中。

1.2 计算机仿真技术在课程实验中的应用

目前，多数课程的实验手段都是单一的利用实验装置进行。受硬件设备等限制因素影响，一台实验装置还难以完成多项实验内容。计算机仿真实验不仅可以在一定程度上解决教学资源限制的问题，更重要的是，在仿真实验中，学生可以方便地观察在实验装置中难以直接观测的内部参数变化和动态波形，通过对仿真曲线分析可以更加深刻、形象地理解各个知识内容，从而激发学生的学习热情，启发学生的探索性、主动性和创造性。

因此，针对上述主要专业课程，开发多个计算机仿真实验软件，并作为各个课程的实验内容，形成以“实物装置实验为主，计算机仿真实验为辅”的课程实验内容体系。

1.3 计算机仿真技术在课程设计中的应用

结合相关专业课程设计的目的及性质，设计并规划出相应的、与计算机仿真技术相结合的课程设计题目以及课程设计内容，并应用到课程设计过程中。目前，笔者所在单位已经将计算机仿真技术应用到某些专业课程的设计中，如“交流调速控制系统课程设计”“过程控制系统课程设计”“电气控制与PLC技术课程设计”“电力电子技术课程设计”等，引导学生在课程设计中采用计算机仿真技术对所设计的内容进行仿真验证。

1.4 计算机仿真技术在毕业设计中的应用

毕业设计是自动化专业教学过程中的重要环节。根据专业特点，自动化专业的毕业设计内容多数是针对冶金、化工等工业过程进行控制系统的设计。学生在毕业设计过程中虽然对控制系统进行了设计，但多数情况下难以将所设计的控制系统应用到实际工业现场中进行验证，因此学生也不能清晰地知道自己采用的控制方法以及开发的控制程序是否正确。为解决这一问题，可以将计算机仿真技术引入到自动化专业的毕业设计中，引导学生在毕业设计中采用计算机仿真技术对所设计的内容进行仿真验证。首先完成控制系统的设计和软件开发，然后利用计算机仿真技术对设计控制方法和控制程序进行仿真验证，从而使学生能够更加深刻理解和掌握毕业设计的内容，提高毕业设计的效果。

2 先进仿真技术在教学过程中的应用—工业控制系统半实物仿真实验平台的设计、开发及教学应用

与工程实践的紧密结合是自动化专业的重要特征之一[3]。但受教学手段和教学资源的限制，在目前的课程设计、毕业设计等环节中，学生很难将自己的设计方案以及开发程序应用到实际的工业对象中，这样就导致了学生难以检验自己的设计效果，从而也难以提高学生的设计能力。虽然计算机仿真技术已经在自动化专业教学过程中得到了应用，但目前的应用只局限于使用仿真软件的层面上，即课堂演示、课程实验等内容都是使用软件的方式。

为了解决这一问题，笔者将半实物仿真（Hardware-in-the-loop-simulation）等先进的计算机仿真技术引入到自动化专业教学过程中。半实物仿真是将控制器（实物）与在计算机上实现的控制对象仿真模型连接在一起进行实验的技术。在这种实验中，控制器的动态特性、静态特性和非线性因素等都能真实地反映出来，因此它是一种更接近实际的仿真试验技术。

笔者将硬件和软件结合，研制出由实际的PLC控制系统、PC机和计算机仿真软件所组成的半实物仿真实验平台。与纯粹的仿真软件相比，该仿真实验平台能够更好地提高教学效果。半实物仿真实验平台利用我校罗克韦尔工业控制网络实验室的相关设备，主要组成部分包括罗克韦尔的ControlLogix PLC、检测仪表和执行机构装置、工业过程的模型计算机。ControlLogix PLC、检测仪表和执行机构装置均为工业过程控制中的实际设备，工业过程的模型计算机通过运行仿真软件来模拟实际的工业过程。采用上述半实物仿真实验平台，学生可以将自己的设计方案和控制程序在该平台上进行验证，从而能够提高学生的设计能力，实现课程设计和毕业设计的教学目的。

3 结束语

将计算机仿真技术与自动化专业教学进行紧密的结合，探讨如何将计算机仿真技术更好地应用在自动化专业的教学过程中。将计算机仿真技术分别应用在课堂授课、课程实验、课程设计和毕业设计等教学环节中，并将先进的仿真技术—半实物仿真引入到教学过程中。所研究的内容能够丰富现有的教学方法，有利于培养学生的创新能力。

参考文献

[1] 郝培峰，崔建江，肖文栋，计算机仿真技术[M].沈阳：东北大学出版社，2003.

第8篇：仿真科学与技术范文

关键词：仿真技术；单片机；开发应用

现阶段，随着我国科学技术的发展，使得电能路径技术、仿真技术等在单片机的开发以及利用过程中发挥着重要的作用。事实上，单片机仿真技术在实际的运用过程中主要借助集合有解决机器以及多类I/O暂停系统的硅片而展开相关的工作。一般情况，需要相关的技术人员将仿真技术的数据存放在硅片之上，继而以此为基础推动系统化、全面化以及层次化的仿真技术系统的构建，并由此带动单片机的开发以及发展。

一、单片机仿真技术概述

近年来，随着我国科学技术的发展，尤其是计算机通讯技术的发展以及运用，使得单片机仿真技术逐渐产生，并在实际的应用过程中实现相关效益的取得。

事实上，在构建单片机智能化体系的过程中，微小解决机器作为该体系中的重要组成部分，其在实际的运用过程中不仅能够控制、检测复刻电能路径，还能够对电能路径的电阻力进行适时的调节，继而由此推动相关环节的有序进行。基于此，就使得相关部门以及人员在进行单片机仿真技术研究的过程中，控制好电阻力对于微小解决机器的影响，继而由此实现对于电能有效调节。

一般而言，计算机技术、数字技术的发展和运用促进了我国单片机发掘技术的发展，并促进了仿真技术模拟体系的构建。事实上，相关的专家以及技术人员在进行单片机发掘技术的研究过程中，逐渐加强了对于协调技术的使用，继而以此为基础，推动仿真技术在模拟平面的正常运用。

相关的实践显示，在单片机开发的过程中使用模拟仿真技术，其不仅能够实现单片机生产成本的降低，还能够促进单片机生产风险的降低。总的来说，随着相关技术人员以及专家在进行单片机开发的过程中加强了对于仿真技术的使用，从而促进了单片机的发展，继而由此推动相关效益的取得。

二、Proteus仿真软件的引入

事实上，随着计算机技术、通讯技术的不断发展以及应用，催生了大量的仿真技术以及模仿体系。事实上，这种情况的出现一方面实现了相关部门以及人员在进行单片机仿真软件研发的过程中，相关的人力、物力以及财力的节约，而另一方面则高效促进了单片机仿真技术的诞生。

作为单片机仿真模拟体系中最为常见的一环，Proteus仿真软件在实际的运行过程中，实现了虚拟电能路径以及数据电能路径的一体化。而这一状况的出现不但能够促进电能路径与模拟体系的有效结合，还能够在此基础之上，实现对于电能路径的结构、单片机数据编码等方面内容进行虚拟的制定和演练，并最终以此为依托，推动PCB检测体系的构建以及相关作用的发挥。

目前，Proteus单片机仿真软件在实际的运用过程中，逐渐与课堂教学试验融为一体。这种情况的出现就使得相关的教学质量得到了显著的提升，并促进了仿真技术与计算机合成技术的有效整合，推动软件开发费用的降低。现阶段，我国的相关部门以及技术人员在进行Proteus仿真软件开发的过程中，主要依托计算机开发、数字化等多种先进技术展开相关的工作。除此之外，在实际的软件开发作业过程中，需要相关的技术人员加强对于模拟研发环节期间的管控，从而以此为基础，促使商品的初始状态在模拟模仿氛围中得以真实展现。

三、单片机开发中仿真技术应用

现阶段，我国的相关部门在实际的生产管理过程中加强了仿真技术在单片机开发过程中的应用，继而以此为基础推动了相关作业效率以及质量的提高。关于仿真技术在单片机开发的应用过程中所需关注的相关的内容，笔者进行了相关总结，具体内容如下。

（一）性能要求

在推动仿真技术在单片机开发过程中的运用，需要相关技术人员在实际的操作过程中严格遵循单片机仿真技术的相关原理。不仅如此，在实际的运用过程中，还需要相关技术人员加强对于单片机仿真机器性能要求的了解以及把握，继而在此基础之上，实现多向研发应用器材的构建。事实上，这一措施的实施，不仅仅能够促进单片机器材使用效率的提高，还能够对单片机的器材在研发过程中反复投资现象的规避，继而以此为核心，为单片机的开发以及运用创造良好的条件。

（二）多路开发器整体结构

此外，在借助仿真技术进行单片机的开发过程中，需要加强相关研究人员对于多路开发器整体结构的构建。事实上，上述相关措施不仅可以为单片机完成仿真技术提供原理，还可以帮助多路开发器在模拟模仿计算机体系中达到仿真技术标准。

通过对仿真多路开发器的研究以及分析可以得知，技术人员在进行相关的开发过程中，加强了对于仿真多路开发器的开发，并在此基础上开设了多个开发用户，其目的就是在于能够以此为依托，推动仿真技术使用效益的不断提高。事实上，多路控制器的构造，能够在正常运行过程中对开发用户、多路请求电路等方面进行有效的控制。不仅如此，由于单片机开发板位于仿真多路开发器中的核心位置，所以能够推动单片机仿真技术在实际的作用过程中朝着标准化、合理化、科学化的方向发展。

（三）多路开发器电路设计

事实上，相关技术研究人员在对仿真多路开发器的原理进行研究分析的过程中发现：多路控制器在实际的运行过程中能够对多种客户主体机器进行科学、合理的控制。而客户主体机器能够在这种控制之下，依据单片机开发板的相关规定进行远程操控，一般情况下，其能够以“多对一”、“一对一”的形式推动模仿应用任务的完成。

所谓的“多对一”，指的就是多类客户主体机器对应一个单机片开发板，基于此就可以得知，所谓的“一对一”，指的就是一个客户主体机器对应一个单片机开发板。

一般情况下，多路开发器电路在实际的设计、构建过程中，主要依托电磁继电器以及74LS04反相器推动相关作业有效进行。不仅如此，多路开发器作为构建一类单片机远程控制电能的数字化通讯设备，在实际的使用过程中能够推动前文所述的“多对一”、“一对一”的模仿应用任务的完成。

结语：

随着科学技术的不断发展，尤其是计算机技术以及通信技术的进步，使得仿真技术应运而生，并在单片机的开发过程中发挥着重要的作用。本文基于此，主要分析了单片机开发的内涵，并就现在常用的protues仿真技术软件进行了具体的阐释，最后又针对仿真技术在单片机开发中的作用进行了分析。笔者认为，随着相关技术的使用，我国的仿真技术必将获得长足的发展，推动单片机的开发以及运用。

参考文献：

[1]薛晓鲲.仿真技术在单片机开发中的应用探讨[J].科技视界，2015，（6）：124-125.

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[4]李蒙.基于STC89单片机的实验教学系统[D].天津大学，2016.

第9篇：仿真科学与技术范文

关键词：项目教学法；计算机仿真；创新；实践

一、前言

研究生教学有其突出的特点，他们中多数人理论基础扎实，获取书本知识能力强。但同时也存在创新意识和创新能力不足、工程应用背景不够的缺点。本人通过十多年研究生教学的实践，结合本学院研究生专业方向、课程内容针对性强等特点，对如何在研究生教学改革中突出培养学生的自学能力、创新能力，增强学生的创新意识与工程应用能力等问题进行了一些改革创新。

二、课程定位及课程特点

随着现代工业的发展，科学研究的深入与计算机软、硬件的发展，计算机仿真技术已成为分析、综合各类系统，特别是大系统的一种有效研究方法和有力的研究工具，计算机仿真技术已经广泛应用在各技术领域、各学科内容和各工程部门。仿真技术已经在国防军事、国民经济、社会生活的众多领域发挥了重要的作用，国内外众多学者认为，仿真技术“正在成为与理论、实验并列的第三种认识和改造客观世界以及科学研究的手段”，因此仿真技术被认为是“使能”技术。计算机仿真技术是仿真科学与技术涉及到的有关具体仿真技术中最为基础的部分，具有综合性、多学科交叉等特点。为了拓宽机械工程专业基础，提高培养对象的整体素质，更好地适应社会对机械工程专业人才的需求，高校工科专业的研究生应掌握一定的计算机仿真知识与技能。计算机仿真技术课程是我校机械工程学院面向所有研究生各专业方向的研究生开设的一门专业基础课程，考虑专业应用需求并结合教学实践情况，课程目的是通过本课程的学习，要求学生掌握计算机仿真技术方面的基本理论，基本知识和基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力，为今后分析、综合各类工程系统或非工程系统提供一种有力的工具，以便能灵活应用所学的计算机仿真技术为本专业工作服务。一方面，基于仿真技术课程的内容方法较多，实践性强的特点；另一方面，授课对象专业方向较多、授课学时有限等特点，如何解决在有限的教学课时内讲授内容繁多的仿真内容、对计算机仿真技术课程进行教学方法和手段的改革探索和实践，以达到计算机仿真技术教学目标。

三、教学内容的设置和教学方法的选择

课程开设初期，由于只是机械电子工程专业方向的同学选修，所以所讲内容基本针对该专业方向进行设置。随着选修人数的不断增加，以及选修学生所属专业方向的扩大，专业方向包括：机械制造及其自动化、机械电子工程、机械设计及理论、车辆工程、机械工程（专业学位）等，基本涵盖了机械工程学院的所有专业方向。计算机仿真技术课程涉及多个交叉学科，紧密相关的课程包括数值计算方法、计算机编程、计算机图形学、高等数学、自动控制原理、现代控制理论、优化设计等课程。如何讲出本课程的特点，并充分结合相关课程内容，必须在教学内容的选排上下功夫。项目教学法是一种以任务驱动、以项目为基本教学单元，将理论教学和实践教学有机融合在一起，强调综合能力的培养在研究生教育中的重要性，突出学生在整个教学过程中的主体地位。因此，为了满足各个专业方向学生的要求，使他们能够掌握一门工程分析技术，为后续的学术论文和硕士学位论文的撰写提供计算、分析和仿真手段，本人在讲授该门课程的过程中，逐年对教学内容、教学手段和教学考核方法等不断进行调整和完善。1.采取项目专题方式进行教学内容的讲授，调整授课内容，采用专题教学方法使课程主题内容分明，有利于将仿真方法讲深、讲透。2.扩展所授课程内容涵盖的范围，包括数值计算、优化设计、图形可视化、控制系统特性仿真、控制系统设计以及与外部软件的接口等内容，以满足各专业方向学生的需求。3.增加与课程相结合的实验教学内容。计算机仿真技术本来是实践性很强的综合性技术，仿真技术本身是在对控制系统分析的过程中不断完善和发展起来的。因此并结合各个专业研究生的不同研究方向，灵活设计若干个专题实验，使学生学以致用，培养学生将该门课程应用于实际工程的能力。4.采用多个工程应用实例进行教学，从系统应用、数学建模、仿真建模、模型求解以及特性分析等，使学生从生产实际认知的研究对象，提升到理论高度的学习，应用所学的各科理论知识和技术手段，进行数学建模、仿真建模的建立，并对模型求解以及特性进行分析，获得直观结果，提高学生学习兴趣，最终解决实际工程问题，培养学生解决工程实例问题的能力。5.结合学科前沿，进行课堂讨论。研究生在初步掌握了对系统的模型、仿真算法设计、仿真及结果分析这一流程后，为强化计算机仿真在实际工程的应用概念，在此基础上，以项目形式，开展课程学科前沿以及将该门课程与现代技术融合等专题讨论。6.增加实验环节，培养研究生工程实际应用能力。利用各种平台，扩充计算机仿真技术资料，提供最新的仿真案例，结合教学团队的科研课题，设计实验项目，培养研究生工程实际应用能力。

四、项目教学法的教学效果

基于项目教学法计算机仿真技术课程的教学方法改革与实践，满足机械工程学院各个专业方向研究生的需求，教学方法和手段的完善，使研究生自主学习能力、创新能力和工程应用能力等得到了进一步的提高。计算机仿真技术作为工科研究生的必备研究手段和技术，使学生掌握一门工程分析技术，为后续的课题研究、学术论文和学位论文的撰写提供计算、分析和仿真手段。近五年的每年30—40人研究生选课，工程硕士每年20人左右选课，课程得到了各专业方向研究生的普遍认同。本人指导的研究生，发表与该课程相关的学术论文近20篇，撰写的硕士论文均用到计算机仿真技术。

五、结束语