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【關鍵詞】 仿真技術 高技術 產業化 知識經濟
引言
盡管仿真技術已經很快發展,但在若干問題上仍然存在不同的見解。
比如,有人說仿真技術是要花費很多錢,所以它的成果只是榮譽性的。這種看法與當今把每臺核電站仿真機以1000多萬美金,飛機仿真機以1500~2000萬美金的價格從美國、加拿大引進到中國的現實相矛盾,也具體說明了仿真技術的成果仍然形成了一個高價位的高科技產品和產業。
又如,有人說在市場經濟的環境里,仿真技術的產值搞不大,相關的市場在萎縮;也有人認為仿真技術是21世紀戰略性技術,仿真技術肯定會大發展。
當前,一場以高技術為中心的新的科技革命正在蓬勃發展,對整個社會經濟發展將產生重大影響。世界的經濟向知識(智力)經濟過渡,信息技術迅猛發展與知識經濟來臨之際,對仿真技術將有什么作用,仿真技術將會有什么地位,如何迎接機遇,都應盡快考慮,這是業界的大事。
鑒于上述,作者經過幾年的反復觀察、研究、分析和思考寫下本文。
1. 從仿真技術定義變化中考查
自從仿真概念出現以來,仿真的定義隨著技術和應用的發展不斷深化。
比如,牛津英文字典中初期的仿真定義是:"To imitate conditions of situation with a model for convenience or training"。后來變為:"The technique of imitating the
behavior of some situation or system (economic, mechanical, etc.) by means of an analogous model,
situation, or apparatus, either to gain information more conveniently or to train personnel"。
1993年7月,國內在《火炬計劃基本概念及相關名詞術語解釋》中,對仿真技術作了很詳細的定義,見參考文獻[7]。關于仿真技術的定義,到目前為止,就很難用簡單的語言描述。國內外學者從不同角度作了描述,可歸納如下幾點:
仿真技術是出自對系統的研究,是通過用系統模型對真實系統或設計中的系統進行試驗,以達到分析、研究和設計該系統的目的;
仿真技術是以計算機為基礎,計算機能力提高了,仿真技術水平也提高,使之有能力去描述更復雜的系統;
仿真技術隨需求發展,提出了大量共同性的理論、方法和技術問題,致使仿真逐步形成了一門獨立的學科;
仿真技術已成為計算機應用的一個重要的領域;
仿真技術應用范圍十分廣泛,無孔不入的一門綜合性學科,已廣泛應用于航空、航天、通信、船舶、交通運輸、軍事、化工、生物 、醫學、社會經濟系統等自然科學與社會科學的各個領域,其重要性已廣為人知;
仿真技術用于揭示已知對象和未知對象的內在特性、分系統之間的關系和運作規律,以研究已知和預測未知;
仿真技術是高技術領域中的關鍵技術之一。
2. 仿真技術主要研究的內容和成果分析
2.1 仿真技術主要研究的內容
仿真技術雖是計算機應用的一個重要的領域,但也有其自身作為一門專有技術的研究內容,有問題和難點,也有發展方向和規律,形成了仿真技術的主體技術。這些技術又在廣泛而豐富的需求中深化和發展。仿真技術的研究內容最少應包括總體技術、仿真支撐軟件技術與工具、建模技術和應用技術,表1歸納了這些仿真技術的研究內容:
表1:仿真技術的研究內容 總體技術 ①學科的理論研究;②仿真技術的發展與開拓;③仿真技術與支撐技術的關系;④系統的分析與劃分;⑤仿真技術在信息技術和產業中的地位研究;⑥大型仿真系統研究
仿真支撐軟件技術與工具 ①支撐軟件理論與方法;②仿真支撐軟件技術;③面向對象支撐技術;④面向各項領域的共性工具軟件;⑤專用的工具軟件;⑥軟件系統結構;⑦實時數據庫
建模技術 ①仿真對象與系統分析;②建模理論與方法;③仿真算法與語言;④驗證方法與標準
應用技術 ①應用領域開拓研究;②應用軟件系統;③應用的相關技術;④應用系統實現方法
2.2 從仿真技術的成果分析
近幾年來,國內外仿真技術領域取得了豐碩的成果,體現出重大的社會效益和經濟效益。主要的成果例舉如下:
2.2.1 仿真支撐系統的發展
70年代末,國際上一些國家在實現仿真技術產業化過程中,強化了仿真支持系統的概念。因此,仿真支撐系統已經不僅是仿真領域關鍵的技術之一,而且是"解放"仿真系統開發者和使用者的最重要手段。它不僅賦予仿真系統以生命力,同時也是實現仿真技術產業化的基礎。在應用過程中,它是實現仿真目標和解決問題的概括和總結,它支撐了仿真系統的整個生命周期,包括對仿真對象分析、仿真模型的表達、仿真模型的生成和運行、仿真過程的調試和修改、實時運行、仿真數據的存儲、恢復及跨平臺的聯合運行。因此,近幾年來,國內外已經十分重視對仿真支撐系統的研究,也出現了不少成果。從科技進步角度來分析,主要表現為:
(1)開放性和構件概念,包括:構件命名服務(Component Name Services)、構 件對象服務(Component Object Services)等為構件客戶服務。
(2)提供通用數據表示方法,讓集成工具之間共享信息。
(3)支撐范圍擴大,表示在支撐仿真應用在網絡上的實現。
(4)支撐多媒體技術的應用,使仿真系統的人機界面得以改善。
2.2.2 面向對象的仿真技術
近十幾年來,面向對象仿真(Object Oriented Simulation,簡稱OOS)研究、開 發和應用有很大的進展,在廣泛的領域里,各種各樣的模型是由OOS語言(或稱編程工具)和開發環境中出現。由于OOS為系統建模提供了靈活的方法,它的基本
特性使之不同于傳統的仿真方法,而且適用于大型的更為復雜更分散的仿真系統,以及基于網絡的仿真系統。而且,支撐OOS的工具已不少實現商品化了。例如:
(1)由于國際間多國合作的出現,對共享仿真環境的需求擴大,網絡仿真技術被用在基于共享的仿真環境,如虛擬工廠教學系統,它允許學生單獨工作或組成虛擬的隊、建造工廠、預測產品需求、計劃生產、制定日程進度等
(2)面向對象仿真在處理復雜系統模型時,是一個極好的工具。將這類模型分成幾個子模型,做到仿真程序結構與真實系統結構相似。如解決互相聯系的異步電動機組的仿真控制問題等。
3. 仿真技術應用領域的快速擴大
近幾年世界上應用仿真技術去解決科技、生產、社會各方面問題的事例層出不窮,使仿真技術的應用能力拓展,滲透性增加,無處不在,無孔不入。例舉幾項:
(1)仿真技術在工業系統的多種應用取得了巨大的社會和經濟效益;
(2)利用仿真技術來模擬人們不斷增加對海港、船舶的到達方式,海港運作方式的變化需求,用于實現海港現代化管理或新建海港選擇和投資考察;
(3)應用質量工程及仿真提高巨型計算機系統的性能。性能評估在計算機的設計、開發、配置、調節中是一個重要環節,應用質量工程和仿真技術來提高巨型計算機系統性能;
(4)應用仿真技術,開展語言系統研究,取得重要成果;
(5)仿真技術在制造業中應用和發展近幾年來在國內也取得很好的成果,仿真技術在制造業的應用是從產品設計到制造,以至測試維護的整個生命周期中,計算機仿真技術貫穿始終;
(6)虛擬現實技術的應用范圍擴大。它在醫療領域中開始應用,虛擬教學、虛擬會議系統等取得一定效果,虛擬現實技術與娛樂的結合更有廣泛市場。
4. 從軟科學技術發展展望仿真技術的作為
軟科學技術是為管理和決策服務的科學技術,或者可以定義為幫助人更直接、有效、全面和系統地使用迅速發展的各類科學技術知識,并進行科學管理和科學決策的科學。從軟科學技術的應用性表現來說,如果說科學的研究是基礎研究的話,軟科學技術則是應用研究,產生的專家系統則是技術開發。
醫學和工程領域管理決策的專家系統的研究成果幾年后將被投入使用。例如美國許多大公司都開始用人軟件,幫助做許多種經營工作。這意味著類似"仿真腦"的系列產品將要出現,仿真技術在管理和決策方面的應用將推向各個領域。在仿真各種管理與決策系統的過程中,仿真技術將快速發展,產業化的步伐將加快。
軟科學技術是有前途的。在人類知識每5年翻一番的情況下,任何人如果不*電腦處理事務,也就是說不*"看不見的頭",是無法妥善、有效處理的。如果說軟科學技術會成為21世紀的先導和骨干高科技,推動軟科學技術發展的仿真技術也是分析復雜問題,提示相互關系,仿真人腦管理和決策的骨干高科技之一。5. 仿真技術發展的特點和趨勢
近幾年,以計算機技術、通訊技術與傳感技術為主導的信息技術的飛快發展,為仿真技術的發展進入一個嶄新的環境打下了良好基礎。仿真技術的發展將出現新概念、新應用和新的地位。由目前發展情況分析,有如下值得注意的特點:
(1)仿真技術是一門獨立的學科,但它離不開計算機技術。只要計算機技術在飛快地發展,仿真技術就一定隨之快速發展;
(2)仿真技術作為信息技術族內的成員,它不僅自身發展快,而且與信息技術各項發展結合也快,它們永遠面對新問題、組織新技術、形成新的系統工程。因此,仿真技術是不斷研究新現象、分析新規律、揭示相關系統、找出解決方法的強有力工具;
(3)在知識經濟來臨、知識管理的形成和發展中,仿真技術是最好的工具。它將被更多人了解和掌握。美國很多大公司開始用"人軟件"代替人類做多種經營工作。預計類同"仿真腦"系列的產品將會被成批生產,用以代替人們進行管理和決策;
(4)仿真技術的應用領域越來越廣,在信息技術發展中,將出現獨特的地位;
(5)目前,在全世界軟件產業快速進展的環境中,仿真支撐軟件,各種工具軟件(包括專用仿真語言),乃至于通用的應用軟件、商品化的周期縮短;
(6)面向對象的技術和應用發展較快,一方面推動仿真概念變化,另一方面適應復雜、非線性應用的能力增大;
(7)由于網絡技術的發展,為異地、異國應用提供了可能,將對仿真技術提出新的挑戰,也推動了發展。預計仿真技術和網絡技術的結合,將出現新的概念,并擴大應用范圍;
(8)仿真技術在培訓領域中已有了豐碩的成果,比如:核電站、飛機的仿真機等都是培訓所必需的仿真系統產品。
6. 知識經濟的特征和仿真技術的地位
人類在經歷了漫長的農業經濟、工業經濟時代后,正迎接著知識經濟時代的來臨。1997年,人們第一次提出知識經濟的概念,大家認為它是建筑在知識和信息基礎上的經濟;以知識和信息的生產、分配和使用為直接依據的經濟;知識是提高生產率和實現經濟增長的驅動器。國內外學者對此也有各種說法。如:知識經濟是以智力資源的占有、配置,以科學技術為主的知識生產、分配和使用為最重要因素的經濟。又如:知識經濟所要表述的是一種新的復雜的經濟狀態,它是指以現代科學技術為核心,建立在知識和信息的生產、存儲、使用和消費之上的經濟。它有豐富的內涵和明顯的特征。只有通過對其內涵和特征的分析并與仿真技術及其應用、產業化社會效益、經濟效益比較,才能充分看到仿真技術在知識經濟環境中的地位。
(1) 知識經濟特征與仿真技術特點的切合。
(2) 仿真技術是推動知識經濟發展的關鍵技術。
(3) 仿真技術及其應用,形成知識產品和服務,以及產業化的效益推動知識經濟的增長。
7. 結論
通過考察和分析,我們看到知識經濟時代的來臨給仿真業界帶來了新的挑戰和機遇,仿真技術將因自身的特點而在知識經濟環境中快速發展,反之也推動知識經濟的發展。仿真技術與軟科學及其它相關技術的結合將加快高附加值產品的產業化進程,給整個社會帶來新的經濟增長點,仿真技術大有可為。
參考文獻
[1] 游景玉,實時仿真技術及其應用,珠海出版社,1997年
[2] 游景玉,論文"論仿真技術及其產業化", 珠海出版社,1999年
[3] 游景玉 吳芳輝,論文"仿真支撐系統技術的研究與發展",珠海出版社,1999年
[4] 游景玉 吳芳輝,論文"新世紀仿真技術展望", 珠海出版社,1999年
[5] 游景玉,論文"論仿真技術在高技術發展中的地位", 珠海出版社,1999年
論文摘要：針對電子信息類專業實驗教學中存在的問題，結合實際的教學條件，對實驗教學提出了改革，將仿真技術應用到實驗體系中，避免了實驗條件的空間和時間限制，充分發揮了學生能動性，提高了實驗教學質量。
實驗是電子信息類專業學生課程教學的一個重要環節，是對理論教學的補充和深化，其開設方式關系到學生對理論知識的掌握和應用，直接影響著學生的操作技能、主觀能動性和實際動手能力的提高，也決定著理論和實驗的教學水平。因此，在教學過程中一定要加強實驗這個實踐性教學環節，充分利用實驗資源來培養和提高學生解決問題的能力和創新能力，使學生能夠更加快速地適應于將來的工作。加強實驗教學環節，最大限度地利用學校的實驗教學資源，對提高教學水平，培養學生的實際應用能力和綜合素質具有重要的意義。
1 實驗教學的傳統模式和問題
在我國高校工科教育中，實驗教學硬件條件普遍不足，或者是硬件實驗條件的發展跟不上技術的要求，同時各高校大幅度擴大招生，實驗教學硬件條件更顯不足。加大對實踐教學條件的投入，加強培養實踐教學科技人才，強化實踐教學內容和條件的改革與建設，在當前來說具有特殊重要性[1]。我國教育主管部門也在積極得進行著推進實踐教學的改革與建設。例如：在全國高校本科教學水平評估中，實驗室建設基地和建設經費以及實驗教學改革就是一項重要的指標內容。越來越多的高校開始響應教育部的號召，實行了“雙基”實驗室，并在此基礎上進一步建設“實驗教學示范中心”。
目前，實驗教學的傳統模式的缺點主要表現有：
1）實驗設備陳舊，實驗模式單一；
2）驗證性實驗分量大，與設計性、綜合性和創新性實驗之間的比例失調；
3）先進的實驗教學手段在實驗教學中的引入還不夠；等。
2 實驗教學方法改革勢在必行
隨著計算機的普及和應用，在教學中也越來越多地借助計算機來輔助設計方法，同樣，在實驗中借助計算機仿真技術具有很大優點：減少實驗中所需的耗材、降低對實驗器材的破壞性、完成更復雜更高難度的設計性實驗、更加全面地分析實驗對象以及結果的性能指標等，具有高效、快速、直觀、完整的優勢。開展仿真實驗作為一種新型的實驗教學方法是在現有實驗室設備的基礎上采用計算機新型軟件對實驗進行模擬，大大提高了學生對本專業知識的應用能力和科研創新能力。因此，在當今的實驗教學中，仿真實驗的引入勢在必行。
對當今高校來說，學生人數不斷增加，實驗室設備和資金滿足不了大學中學生的試驗要求，為了不斷提高實驗教學的質量，又進一步解決實驗設備少、不好維護、建設費用高等問題。將仿真技術引入實驗教學中來，學生一方面可以利用計算機實現實驗方案的設計，又可以直觀地驗證仿真過程和結果，不受實驗室條件和空間的限制，可將實驗設計帶入到課余生活中來進行，大大提高了學生對實驗的操作興趣。利用仿真實驗由于方法的靈活性可以充分發揮學生的想像力和創造力，比起傳統的實驗教學更利于培養科技創新人才，且有利于降低實驗成本，能夠使得實驗室的建設和發展進入一個良性循環中。
3 實驗教學改革方案
3.1 實驗中引入相應的仿真技術來進行虛擬實驗
在實驗教學中引入計算機仿真技術，一方面，充分發揮學生的主觀能動性，激發學生學習興趣，另一方面，老師可以利用計算機技術來觀察學生的實驗過程，采集學生的實驗結果，更好地跟蹤和指導學生，先進的教學理念和教學手段有助于提高實驗教學效果，提高教師的教學水平。而計算機的引入可把實驗設備、理論教學、教師指導和學生的思考、操作有機地融合為一體，克服了傳統實驗教學過程中受到課堂、課時、實驗設備等的限制，使實驗教學內容進一步靈活化，在時間和空間上得到延伸，也進一步激發了學生的實驗熱情。
在實驗中引入相應的仿真技術來進行虛擬實驗，可以使得學生在進行實驗的過程中培養獨立思考能力，激發學生的學習興趣，提高學生的創新意識，同時為學生提供了更加開放靈活的實驗條件。對實驗內容和實驗教材來說，采用仿真技術把將虛擬實驗和真實的電路實驗有機地整合起來，充實了實驗內容，增強了實驗的能動性和趣味性，有利于實現培養學生綜合實踐和探索創新能力[2]。目前，越來越多的高校重新對實驗室建設進行了規劃，利用計算機仿真技術改革實驗教學是一個新的發展方向。在高校實驗室中引入計算機以及相應的軟件技術不僅可改善實驗條件、改革實驗教學方法、充實實驗教學內容，還可大大提高實驗效率，降低實驗成本，增強學生學習的積極性和創新性，為實驗教學和科研提供良好的實驗平臺[3]。
以單片機實驗教學為例，在實驗過程中我們引入proteus仿真軟件，用它來模擬單片機硬件系統。由于軟件的靈活性，可以克服實驗箱硬件電路固定、實驗內容難于改動等局限。整個實驗設計都是基于計算機仿真技術的，除了計算機外不再需要任何硬件即可進行實驗，這樣有利于促成課程和教學改革，更有利于人才的培養。仿真技術的另一應用表現在學生的業余愛好上，比如目前的電子設計大賽，挑戰杯等，學生完全可以利用計算機來進行仿真，先用計算機仿真出相應的實驗模型，在計算機上進行模擬調試，最后用硬件實現。在整個過程中，學生可充分發揮自己的才能，通過大量仿真對比，達到設計目的，學生也可以大膽地反復調試，避免了損壞器件。在電子設計競賽中，我們使用proteus開發環境對學生進行培訓，在不需要硬件投入的條件下，學生普遍反映，對單片機的學習比單純學習書本知識更容易接受，更容易提高。實踐證明，在使用proteus進行系統仿真開發成功之后再進行實際制作，能極大提高單片機系統設計效率。
另外，開展仿真教學對于我國的遠程教學也是一種很好的嘗試，有著重要的意義。
3.2 重新安排各類性質的實驗，適量增加綜合性、設計性實驗
驗證性實驗是實驗中最基本的，可以使學生鞏固理論知識，它的實驗內容相對簡單，重點培養學生的基本操作、數據處理和計算技能，驗證和加深對課本知識的掌握和理解。綜合性實驗則要求學生必須具有一定的專業基礎知識和基本操作技能，能夠運用某一課程或多門課程的綜合知識，進而對實驗技能和實驗方法進行綜合訓練的一種復合性實驗。目前工科高校中越來越多地提出課程設計也是為了加強學生對綜合知識的運用。為充分調動學生的學習積極性和主觀能動性，設計性實驗也必不可少。設計性實驗能加深學生對理論知識的認識，由學生自己負責計劃和執行，充分提高了學生的思維能力、動手能力、分析和解決工程實際問題的能力[3]，發揮了學生的主觀能動性，設計性實驗的完成可以充分借助于計算機仿真技術來完成。
驗證性、綜合性、設計性實驗相結合，培養了學生基本的實驗技能和方法，同時又促進了學生的創新思維，打破了原有實驗教學附屬于理論教學的模式，建立與理論教學并行的，既相對獨立、又相互聯系的實驗教學體系。在某些應用性強的實驗教學中，綜合性和設計性實驗的比例至少要達到60%以上，同時設計性實驗最好要跟得上科學技術的發展。一方面保證基本實驗技能訓練，另一方面，實驗內容應與當今先進技術的發展相結合，適應社會發展的需要，將科研成果轉化為實驗內容，提高實驗的先進性和代表性。那么，工科院校中一方面加大實驗器材的投入，提高實驗教學條件，開設先進的實驗內容，提高學生的積極性，使學生適應當今社會的發展；另一方面，要充分利用現有的條件，引進先進的仿真技術，使得實驗條件進一步升華，充分發揮教師和學生的主觀能動性和創新能力。
3.3 硬件軟件都要抓，都要硬
計算機仿真實驗雖然可以準確地反映整個實驗過程， 是一種新型的應用技術，十分有效，但是仿真技術不是萬能的，它畢竟不是真正的實驗，在許多場合仿真只能起輔助作用。也就是說不能用仿真實驗來全部代替硬件電路實驗，而是將仿真試驗和傳統的硬件實驗相互結合，根據學校的實際情況和實驗的情況靈活運用，虛擬實驗不是萬能的，如果所有的實驗都用虛擬實驗替代的話，學生在虛擬環境中實驗會產生或多或少的不踏實的虛擬感，實踐能力也不可能得到真正的提高。
3.4 加強對實驗課教師的培訓，通過培訓交流更多地了解新的實驗技術
在實驗教學改革的同時，必然對教師提出更高的要求：一是教師也應加強專業知識和技能的學習，來提高自己的業務能力和綜合素質，另外，不斷更新專業知識的結構，了解前沿技術的發展也是必需的；二是高校中要大力創造條件促進教師經常參加基礎理論知識的培訓和實驗的培訓以及學術研討會，從而擴大視野，更新教學觀念，及時了解嵌入式系統發展趨勢和動態，促進電子類實驗技術的發展；三是要大力組織專業教師去積極申報相關的創新實驗和科研項目，提倡以科研資金來促進實驗室的建設，用科研成果去改進實驗內容，同時可以提高教師的科研能力，在科研中更好地去鍛煉自己，為實驗教學服務。
4 結論
隨著社會對人才要求的提高，大力推進實驗教學改革迫在眉睫，而大學實驗教學的改革又直接影響到學生的動手和創新能力。實驗教學必須能夠跟得上時代的腳步，將仿真技術應用到實驗教學中可以充分調動學生的主觀能動性，激發學生的創新能力，加快學生適應社會的能力，同時學習了先進的新技術。
參考文獻：
[1] 丁美榮,柴少明.基于虛擬實驗與真實實驗整合的計算機網絡實驗教學改革[j].現代教育技術,2007,7(17):99-102.
[2] 孫曉明.土力學實驗課程教學方法的研究與改革[j].黑龍江教育,2006(11):59-60.
關鍵詞：冶金工程；培養；應用型專門人才；思路
一、培養方案與提高專業興趣
以培養冶金工程專業工程應用型技術能力為宗旨，恰當設置理論教學和實踐教學比例及邏輯關系，加強本科生工程能力培養力度。專業課理論教學中，以講授冶金工藝基礎知識和生產控制基本規律為重點，培養學生冶金知識學習與應用能力。結合冶金行業工程案例講解，引導學生應用所學知識解決生產和工程設計問題，培養思維判斷與分析能力。例如，氧化鋁生產工藝專業課，根據氧化鋁生產主要流程，從原料制備到氧化鋁成品生產共12個主要工序，制定12個專題講座，在闡明原理的基礎上，采用視頻、圖片輔助，詳細介紹工業化生產中的主要設備、工況條件及調控機制，使氧化鋁冶煉過程講解更加具體。在入學教育、專業基礎課和專業課教學過程中，讓學生充分了解所學專業，掌握一定專業知識[4]。介紹教師的研究課題及參與的工程項目，引導學生搜集整理冶金研究領域有關最新科研成果，提高專業和科研興趣。教學過程中充分利用多媒體平臺，提供圖、文、聲、動、實等信息，加深對抽象知識點的理解與應用。組織學生參加校內外學術講座，了解專業最新發展，開闊科技視野，加深對專業的認識。
二、優化教學方法及資源
（一）工程案例教學法
結合冶金工程專業特點，在教學過程中引入工程案例教學法，并將大量工程實踐研究成果編入教案，引導學生運用理論知識分析、解決實際生產問題，培養知識應用、思維判斷和分析能力。聘請企業工程師任教。外聘的校外導師定期以生產流程工程技術路線及實際問題的解決方案為案例，講授冶金專業生產實踐，傳授專業知識在生產實踐的應用。目前，學院已聘請了3位分別來至中國鋁業貴州分公司、貴州中鋁鋁業有限公司及貴州華錦鋁業有限公司教授級高工為冶金專業校外指導教師，近期將與首鋼水城鋼鐵（集團）有限責任公司、貴州大龍錳業有限責任公司等省內企業合作，聘請具有一線豐富生產經驗的高級工程師為校外導師。
（二）實驗室教學平臺
本科生實驗課大多數是基于基礎課、專業基礎課和專業課進行的驗證性實驗，是提高專業基礎實驗技能的重要教學手段之一。專業基礎實驗技能的培養目標主要是使學生掌握基本理論和基本實驗技能，重點在于儀器使用、基本操作規范和對基本實驗現象的理解[5-6]，加強冶金工程實驗教學平臺建設對培養學生實踐能力極為重要。目前，冶金實驗中心規劃建設的主要實驗室為“冶金專業基礎實驗室”、“儀表實驗室”、“礦物預處理實驗室”、“有色金屬冶金實驗室”、“鋼鐵冶金實驗室”、“冶金環保實驗室”及“分析實驗室”。所有實驗室建設方案已完成，相關主要設備已完成選型，保證冶金工程本科實驗教學工作順利開展。
（三）虛擬仿真實驗室
近年來，虛擬仿真技術被應用于冶金工程專業實驗、實習和課堂教學，顯著提高了學生實踐能力和學習效果[7-9]。冶金實驗中心規劃重點建設實驗室有“虛擬仿真型實驗室”，主要建設內容有“鋼鐵生產全流程虛擬仿真實驗教學中心”，以燒結、高爐煉鐵、轉爐煉鋼等系統全流程實驗教學資源為核心，建設虛擬仿真實驗教學中心，利用虛擬仿真技術資源，結合實驗教學大綱和實驗考核方式，提高學生工程實踐能力。該中心規劃采購METSIM過程模擬軟件，應用于冶金工藝流程熱量平衡計算、化學反應、過程控制、設備設計、成本估算和過程分析，實現實驗過程零污染，教學資源零消耗，實驗無危險性[6]，實驗教學內容豐富，增加學生動手操作機會，為冶金工程專業工程師培養提供重要保障。
（四）實習基地平臺
按照冶金專業本科培養方案，集中實踐性環節學分比例占整個培養方案的17.14%，具有相當分量。本校已與中國鋁業貴州分公司簽訂《冶金專業本科教學實習基地建設》合同，共建冶金專業本科實踐教學實習基地，將認識實習、生產實習及畢業實習等實踐教學環節安排在企業進行，在生產實踐過程中實現專業基本應用能力培養。實踐基地主要為冶金專業學生提供實踐教學場所，項目實施后，將定期聘請較高專業技術水平和生產經驗豐富的企業技術人員進行專項講座和培訓，可滿足每年300人次冶金工程專業本科生的實踐需求。根據冶金專業發展需要，學校將陸續拓展實習基地建設，選擇國有或地方大型骨干冶金企業作為合作對象，增加冶金專業實習基地的多樣性。
（五）“雙創”項目全覆蓋
全面實施創新創業教育，培養“強責任、精技術、善管理、重實踐、求創新”高素質應用型人才，確立了“113”創新創業教育目標（“雙百分百”），即“讓100%學生接受創新創業知識教育，資助100%學生經歷創新或創業訓練，期待3%學生取得優質創新創業成果”。開展“本科生導師制”，由學生自愿選擇專業老師，并在其指導下，申報“雙創項目”，獨立開展立項項目的實驗研究、撰寫論文、完成課題。以本文指導的2016級3名本科生為例，經過一年來實驗室科研項目實踐，在專業認識和科研開展基礎手段方面獲得較大提高。
（六）提高師資隊伍工程教育素質和水平
承擔冶金專業本科生培養任務的工科教師，不僅應在工程教育教學方面具有突出能力和綜合素質，還應具有工程實踐、工程設計開發、工程技術創新和工程科學研究背景[1]。高校教師更擅長于知識理論性和系統性講解，對知識的實際應用和工程實踐掌握相對薄弱。本校為新建院校，教師以剛從高校畢業的博士為主，他們從學校到學校，缺乏工程經歷和實踐經驗。目前，本院現有專職教師44人，其中具有2年以上企業工作經歷的“雙師型”教師只有6人，占比不超過14%，總體而言，是一支實踐能力較弱的教師隊伍。為提高工程實踐能力，選派新入職教師去企業進行脫產1年的實踐。目前約30%青年教師完成了相關實踐，獲得了較好的效果。
論文摘 要：實驗室擔負著向學生傳播知識與技術、培養學生動手的能力和創新能力的重要使命。隨著社會經濟的發展及教學改革地不斷深入， 實驗教學在整個教學體系中的地位越來越突出，實驗教學模式的改革已經迫在眉睫。本文主要分析了實驗教學的傳統模式與存在的問題，并提出了提高電子信息類專業實驗教學質量的方法[1]。
0 引 言
實驗教學是學校教學活動的重要組成，教學質量的好壞是對學校人才培養層次與質量的直接體現。實驗作為實驗教學活動的主要內容， 在改善教學質量方面發揮著不可替代的作用。實驗室在傳播知識的同時，更重要的作用體現在對學生的創造性思維與想象力的培養上。通過實驗教學，學生分析解決問題以及動手能力明顯提高。伴隨教學改革的日益深入， 實驗教學的改革也越來越引起人們的關注，以往的教師灌輸式的理論教授方式，學生被動接受的教學模式，已無法滿足社會經濟發展的要求。當前，社會需要的是主動型、能力為主的人才培養。加強學生創新能力的培養，必須切實轉變以往重理論教學輕實驗教學的錯誤觀念，重新認識實驗教學在學校教學活動中的地位與作用，根據當前社會經濟對人才的要求， 改革傳統的實驗教學模式，改革實驗教學手段，優化更新實驗教學的內容，切實提高實驗教學質量。
1 實驗教學的傳統模式與存在的問題
國內高校工科教育當中，實驗教學存在著硬件條件不足、硬件實驗條件的發展與技術要求不相符[2]，加上近幾年高校擴招，實驗教學的硬件條件更是供不應求。進一步加大對教學硬件條件的投入，豐富實踐教學的內容、加強實驗條件的改革及建設，在目看來具有特殊的重要性。面對這種情況，我國的教育主管部門采取了一些推進實踐教學改革及建設的措施。如：在全國高校本科的教學水平評估中，實驗室基地建設與建設投資及其實驗教學改革被列為一項重要的指標。并且，各高校也逐漸開始響應教育部的的這一舉動，紛紛實行了“雙基”型實驗室[2]，與此同時，建設了“實驗教學示范中心”。當前，傳統實驗教學模式的缺點主要有以下幾點：驗證性的實驗所占比例較大，與綜合性、設計性、創新性實驗之間的比例失調；實驗模式單一、實驗室設備陳舊；實驗教學中缺乏先進的實驗教學手段。
2 提高電子信息類專業實驗教學質量的方法
2.1 實驗中引入相應的仿真技術來進行虛擬實驗
在實驗教學中引入計算機仿真技術，能夠充分調動學生主動學習的積極性，培養學生的學習興趣。同時，教師能夠通過計算機技術對學生的實驗操作的全過程進行觀察，對學生進行良好的跟蹤與指導，更好地進行學生實驗結果的采集工作，先進科學的教學理念與教學手段對于提升實驗教學效果，提高實驗教學水平具有重要作用。引入計算機技術后，理論與實驗教學，教師教學指導與學生操作、思考融合成一個有機整體。以往傳統實驗教學中課堂、課時以及實驗設備因素的限制作用得到了解決，實驗教學更加靈活化，教學內容在時空上得到進一步的延伸，更好地激發了學生進行實驗的熱情。
將計算機仿真技術引入到實驗教學中，通過相應技術進行的虛擬實驗，為學生提供了更為靈活開放的實驗環境，能夠更好地培養學生在實驗過程中獨立思考能力，增強學生的的學習創新意識。對于實驗教學內容，仿真技術的應用，將虛擬性實驗與真實的電路實驗整合成有機整體，實驗的能動性與趣味性明顯提高，同時實驗內容的充實，有利于學生綜合實踐以及探索創新能力的培養。當前，已經有越來越多的高校重新進行了實驗室的規劃建設，通過計算機仿真技術進行虛擬實驗是實驗教學改革發展的新方向。將與實驗教學相關的計算機軟件技術引入到高校實驗室中，為實驗科研提供了良好的平臺，對于激發學生學習的主動性與積極性，培養創新能力具有重要作用。計算機仿真技術的應用，一方面能夠改善實驗教學條件、充實實驗教學的內容，另一方面，還能夠明顯降低實驗成本，提高實驗教學的效率。通過單片機的實驗教學，能夠發現，教學過程中引入proteus仿真軟，通過該軟件對單片機的硬件系統進行模擬，克服了實際實驗過程中硬件電路固定以及實驗內容不易改動等因素的限制。實驗設計全過程，除計算機外不用再進行任何硬件的添加即可實驗，這有力地推動了實驗課程教學改革，更有利于學生創新能力的培養。仿真技術的另一重要應用主要表現在學生的業余愛好上，如挑戰杯、電子設計大賽等等，學生就能夠用計算機來實現仿真，首先用計算機仿真出實驗的模型，再在計算機上進行相應的模擬調試，最終用硬件來實現。在整個仿真的過程中，學生可以自由發揮自己的潛能，通過大量的仿真對比，來達到設計目的，也可大膽反復地調試，避免了器件的損壞。電子設計競賽中，由于proteus開發環的運用，培訓過程中不需投入任何硬件的條件下，學生卻普遍反映，對于單片機的學習比單純理論知識的學習更易接受也更易得到提高。事實證明，運用proteus進行系統仿真成功后進行的實際制作，可明顯的提高單片機系統的設計效率。此外，遠程教學中仿真教學的運用具體重要的意義，對于教學改革是一種很好的嘗試[2]。
轉貼于
2.2 實驗中引入Matlab軟件內建的Simulink組件技術
目前，我國開設了電子信息類專業的高校中，大部分都將Matlab軟件作為重要的實驗教學平臺，對定理以及算法進行仿真和驗證實驗。Simulink組件作為Matlab的重要組成，能夠為用戶提供一個仿真分析與動態建模的集成系統環境。該環境下，只需利用鼠標進行簡單直觀的操作，就能夠完成復雜系統模型的構建，在此過程中避免了大量繁雜的書寫程序。由于 Simulink組件具有適應性強、效率高，結構仿真精細、流程清晰且貼近實際、效率高、使用靈活等諸多優點，Simulink組件技術已經被廣泛地運用于處理數字信號與控制理論等復雜的仿真設計之中。同時Simulink能夠通過連續、離散采樣時間以及兩種采樣時間混合的的方式進行建模，該組件還可支持多速率系統，不同的系統組成部分的采樣速率不同。此外，Simulink為動態系統模型的創建，提供的圖形用戶接口(GUI) ，使在進行模型方塊圖的創建時只需通過鼠標單擊與拖動鼠等簡單操作即可完成，為用戶提供了一種更便捷、更直接的創建方式，同時能夠立即獲得系統仿真結果。
該組件的這一特性，一方面可以使算法的驗證更為簡單，減少學生投入在驗證性實驗中所用的時間，而將大部分精力投入到設計性、綜合性試驗中；另一方面，可以使學生更快捷的驗證新思路、新算法，而不會由于代碼調試方面的問題影響了創新實驗的開展。以自適應濾波中的經典RLS 算法為例，如果直接采用Matlab編程方式，在進行代碼調試時，就會消耗掉大量的精力，代碼長度將達到200 行以上。而如果采用Simulink組件模塊化設計的思想，只需要鼠標對模型的拖拽，就能以流程圖的形式將濾波器搭建起來。由于Simulink提供了豐富的元件庫，采用圖形化的表示方法，學生在進行算法驗證的時候只需調用成熟的模塊進行參數設計即可。這樣的實驗方法事半功倍，思路清晰，參數的調整也十分便捷，廣受學生歡迎。由此可見，引入Simulink組件后的實驗，既不會影響實驗效果，又能夠提高實驗效率，對學生模塊化編程的思想也有較好的促進作用。
3 結 語
當前，社會對人才綜合素質的要求不斷提高，進行實驗教學改革已經迫在眉睫，而大學實驗教學的改革又直接影響到學生的動手和創新能力。實驗教學必須能夠跟得上時代的腳步，把計算機仿真技術與Simulink組件技術應用到實驗教學中可以充分調動學生主動學習的積極性，充分發掘學生的創造能力，在學習到先進技術的同時，提高學生對社會的適應能力。
參考文獻
關鍵詞：虛擬制造技術；現代機械工程設計；機械制造；機械產品；機械設計
文獻標識碼：A中圖分類號：TH166文章編號：1009-2374（2016）05-0073-02
作者簡介：伊紀斌（1994-），男，山東淄博人，山東理工大學國防教育學院學生，研究方向：機械設計
隨著知識經濟和工業制造的快速發展，現代化的市場要求產品生產廠商要以最快的速度、最優的品質、最短的研發時間、最低的成本消耗和最佳的服務來滿足顧客的需求。傳統設計一般是在圖紙結合產品的特性和設計的具體要求進行的，在機械設計的過程中需要提前對設計中的設備裝配的干擾因素的不確定進行考慮，但是產品在裝配中的缺陷只有在產品開發的后期才能暴露出來或者在產品的試制階段和裝配中顯現出來。如果設計的零件已經開始投入生產了，那么損失就更加嚴重了。產品的質量在傳統的設計和制造方式上不能得到很好的保證，并且傳統設計的工藝比較粗糙、開發的效率低、花費時間比較長、耗費的資金比較大。在變化速度快、持續性發展和不可預測性市場中難以適應。因此，企業的生產活動需要具備高度的柔性和快速的反應，與此同時信息技術的飛速發展保證了機械制造的先進性，信息化的使用對于現代機械工程設計十分重要。
1虛擬機械制造技術
以往傳統的機械設計技術的設備條件比較差，設計技術性不強，傳統的設計觀念比較保守，設計的手段主要依靠的是粗略的計算和估算，主要是在較多的簡化和靜止化假設中完成機械工程的設計，傳統設計具有較大的隨意性，并且設計的關鍵過程還對設計者的經驗和設計習慣具有很大的依賴性。設計的過程很難實現合理、高效和準確。但是在現代化虛擬設計的相關技術可以很好地實現設計經驗依賴性強、設計過程靜態性和設計理念隨意性向現代化設計精確性、以數據知識工程和專家系統為保證的設計方式的發展，虛擬計算機技術需要對必要的信息進行檢索、分析和收集。最終找出最優的設計方案和數值運算的方式，當然也會對CAD技術和人工智能技術、數據庫技術等進行大量的應用。虛擬機械制造技術主要是在虛擬環境下對計算機的模型進行虛擬分析的一種計算機設計技術。該技術集成并綜合應用了綜合性的機械制造環境，主要包括了各種仿真、分析、應用等工具以及信息模型和控制工具等。虛擬制造需要經歷的主要階段有裝配產品的概念設計、動態仿真、回收利用。依靠虛擬制造技術，機械設計人員不需要將所有的零件設備生產制造出來，可以通過對零件模型的建立，隨后對零件進行虛擬裝配，并對各零件部位之間的裝配間隙進行干涉、對裝配的狀態實現檢查，對零件設計中的錯誤及時發現，如果零件不符合設計要求，可以依靠計算機技術方便及時更改模型，最后形成新的零部件設計圖和裝配圖，達到設計、裝配和制造檢驗的協調。
2虛擬制造技術的關鍵
虛擬制造技術包含了許多方面，主要有設計技術的提出、產品制造過程的抽取、原模型的建立、集成基礎結構、建模仿真等。下面就對虛擬制造技術中的關鍵技術進行詳細的介紹：
2.1虛擬技術中的建模技術
虛擬指的是在系統中將現實制造系統映射到虛擬環境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、計算機化的抽象描述和表示。VMS建模的主要內容有生產模型建立、產品模型建立、工藝模型建立的信息化體系結構的建立。生產模型中有靜態描述和動態描述兩種。靜態描述主要是關于對系統生產能力和生產特性。動態描述是在已經被得知的系統狀態和需求的性質上對產品的整個過程進行全面的預測。在制造過程中我們將種種實體對象總的稱之為產品模型。在產品的模型建立中需要對產品的明細、形狀特征等方面進行描述。對于VMS而言，要實現產品實施過程的全部繼承必須具備完整的產品模型。因此在虛擬制造中的產品模型不再是單一和靜止的，它可以運用抽象的技術實現各種模型面貌的提取。工藝模型主要指的是在制造過程中對產品的工藝參數和關于產品功能的各種因素進行聯系，最終實現對產品模型和生產模型之間相互作用的反映。
2.2虛擬制造技術中的仿真技術
仿真指的是通過計算機實現復雜現實系統的抽象化和簡潔化最終形成的系統模型，并且在仿真的基礎上對模型進行應用，最終得到相應的系統性性能分析。仿真主要以系統模型為主體的研究方法，它對實際的生產系統沒有直接的干擾作用，并且仿真系統可以對計算機的計算能力進行應用，實現在短時間內完成在實際工作中需要很長時間的工作，有效縮短了生產決策的時間，最大化地避免了對人力、物力和資金的投入以及浪費。計算機技術還有很好的仿真修復功能，最大化地保證了方案的最優。仿真技術過程的主要步驟有系統研究、數據收集、系統模型建立、仿真算法的確定、仿真模型的計算、仿真模型的運行、結果的輸出和分析。仿真在產品的制造過程主要被分為制造的仿真和加工的仿真。在系統產品的開發中主要涉及的是產品建模、設計交互行為仿真等。方便對設計結果的評價，及時進行反饋，降低產品設計中的錯誤。加工過程的仿真主要有切削、裝配、檢驗及焊接、壓力加工和鑄造等。以上兩種仿真過程是相對獨立的，兩者不能實現集成，而VM中應建立全面過程的統一仿真。
2.3虛擬制造中的虛擬現實技術
虛擬現實技術的目的是改善計算機的交互方式，提高計算機的可操作性，它是在對計算機圖形系統和多種顯示以及控制等接口設備的基礎上，以交互的三維環境為人提供沉浸體驗的技術。虛擬現實技術主要由圖形系統和多種接口設備組成，使人在虛擬環境中感受到真實的沉浸感覺，交互性計算機系統是虛擬現實系統的基礎。虛擬現實系統中有操作者、機器和人機接口。它幫助提升人和計算機間的和諧度，同時也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下實現對真實世界的模擬。在用戶交互輸入以及輸出修改虛擬環境的條件下，使人達到身臨其境的沉浸感覺。VM的關鍵技術之一就是虛擬現實技術。
3機械虛擬樣機技術介紹
虛擬樣機技術在機械工程設計中被稱作機械系統動態仿真技術，它是20世紀80年代在計算機技術的快速發展中發展起來的一種計算機輔助技術。在計算機建立樣機模型后，對模型的多種動態性能進行具體的分析，最后對樣機方案實現改進。用數字化模型代替物理性的樣機。通過虛擬樣機技術的作用，簡化了機械產品的設計開發過程，有效縮短產品開發的時間，最大程度降低產品的開發成本和費用，實現產品質量和系統性能的提升，使設計產品實現最優化和最具創新性。綜合以上優勢，該技術一經出現就受到了眾多工業發達和高等院校及設計和生產企業的重視，許多著名的產品開發設計者都對該技術進行了引入并運用在自身產品的開發中，并且取得了極好的經濟和生產效益。在機械工程設計中應用仿真技術對零件進行設計、生產工序等方面的選用以及工藝參數、加工工藝、裝配工藝等構件的運動性等均可以實現建模仿真。
4虛擬制造技術在機械工程中發揮的優勢
4.1強大的通用性和分析處理復雜問題的能力
虛擬樣機技術建立和發展的基礎是分析力學和多體運動力學，該技術的關鍵是對復雜機械系統進行自動建模。因此，大多數的虛擬樣機技術軟件主要運用的是帶約束乘子的微分代數混合方程。令每個構件都有六個自由度是它的核心，還要要求其對多余的自由度進行限制，實現其具有良好的通用性，達到適用性強的目的。與此同時，虛擬樣機技術還對機械系統的詳細環節進行考慮，具體指彈性、接觸和摩擦等因素。
4.2為機械系統建模帶來便利
傳統的機械系統建模中要先建立運動分析，隨后在運動分析的基礎上進行動力分析，這中間需要許多的圖形分析和公式推導。但是圖形的分析和公式的推導過程往往比較復雜，并且錯誤率高。同樣的建模過程中設計人員只需要將機械的構成方式和連接方法以及相應的物理參數實施輸入，其后的建模和求解只需要計算來完成就可以了，極大地幫助設計人員承擔了許多的設計難度。
4.3強大的后期處理能力
在傳統的分析方法上通常得出的是大量的數據，數據的理解還要依靠豐富的經驗和理論。但是運用虛擬樣機計算軟件為復雜性的數據提供了可視化技術，使得設計人員直觀地看到機械設計的性能和運動效果。
5結語
虛擬制造技術實現了現代工程機械工程設計領域中的設計、試制等一系列過程的直觀性。實現了在產品真正制造出來前，可以在虛擬的制造環境中生成產品的原型，更好地替代現實中的硬件產品，更方便地對設計產品的性能和可生產性進行評估，極大地縮短了產品的設計和生產周期，最大化地節約了產品開發的成本，保證產品的開發和設計可以適應市場的靈活性的變化。虛擬制造技術是現實技術和計算機仿真技術在機械制造中的綜合應用。在現代化計算機虛擬設計技術的幫助下實現對眾多產品的開發和設計，不僅不會造成實際物質的浪費，并且還能更直觀地了解產品生產的具體情況，打開了機械制造和設計的全新局面。
參考文獻
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關鍵詞：建模，裝配仿真，干涉檢查
1 引言虛擬制造是實際制造工程在計算機上的映射，船舶建造仿真要求采用三維的模型來代替實際的制造工程，將在車間、船臺（塢）的工作在虛擬的環境下先運行一遍，從分段裝配、舾裝配合、動力學性能、流體力學性能等多方面進行系統的分析，從而得出船舶建造的邏輯順序與合理性，并為建造過程的優化準備好數據基礎。
2 船舶建造數字建模及裝配仿真要求船舶的建造是一個復雜的系統工程，現代造船技術以中間產品為導向，采用成組技術和計算機集成制造技術，有層次的對整個建造工程實施分解，在不同的階段，對三維建模有不同的要求。在以進行船舶建造作業計劃編制為目的，同時滿足生產設計需要的情況下，對船舶數字化建模和裝配仿真技術的要求是[1,2]：（1）提供編制計劃所需要的產品特征信息，包括產品的幾何特征、物理特征、工程結構特征等。在實際建造前根據數學基礎與圖形學映射關系確定各個零件的配合情況；（2）對產品進行干涉檢查，確定整個裝配方案的可行性，在虛擬環境下消除產品的設計缺陷；（3）通過裝配仿真，給出產品的裝配信息與約束信息，確定生產計劃所需要的裝配邏輯順序；（4）以虛擬制造技術為基礎，通過仿真，構建裝配工藝路線，實現可行的裝配工藝規劃；（5）進行裝配工藝仿真后處理，給出適合生產實際的三維模型與工藝文件。
3 數字化三維模型的建立這里使用的是CATIA V5 軟件進行建模裝配仿真與干涉檢查。CATIA V5 是IBM 和達索系統公司共同推出的CAD/CAE/CAM 軟件，該軟件能夠在windows和Unix 等平臺上運行，具有較強的三維造型功能，還有較強的運動仿真功能模塊。
3.1 造船工程分解與任務包的確定
進行三維數字化建模，不能單純的為了建模而建模，如果只是將船舶按其二維圖紙做成三維物體，則失去了建模的意義。以生產計劃編制為目標的數字化建模通過船舶工程分解，來分清整個工藝過程，確立任務包，在此基礎之上，為后面的裝配仿真打下信息基礎。
船舶生產的過程實際上是制造零部件，即所謂的“中間產品”。免費論文。這些中間產品經過幾個制造級的逐漸變大變復雜，終而形成一艘船，即最終產品。免費論文。因此從中間產品的角度來分解船舶的建造任務是理想的方案，這就是產品導向型分解。產品導向型工程分解的原理是：任何系統結構都是層次分明有序可循的，通過層層分解可以通過圖表的形式揭示其有序結構。
產品導向型工程分解用于造船時，首先按照任務本質的不同將造船全過程分為船體建造、舾裝和涂裝三大類，每一大類又分為加工和裝配兩種作業。例如，將船體建造分為零件加工、零件裝配、部件裝配、小分段裝配、分段裝配、大分段裝配和船體合攏7 個制造級。
3.2 分段模擬建模
（1）船體外板的建模
本文是在具有船殼曲面型值表的基礎上進行船殼曲面的三維建模。由于型值表中的數據有間隔，在生成型線后，還進一步對其進行了光順。在具體建模過程中環境的設置如下：以X 正方向為船艏方向，Y 正方向為船右舷方向，Z 正方向為船高方向。只需XZ 平面一邊建立一半船殼曲面，另一邊映射即可。在生成所有曲面之后，如果還有局部的地方出現棱角，還可以充分利用CATIA 中的曲面修改功能，對于有棱角的地方可以把帶有棱角線兩邊的曲面連接（Join）成一大塊，然后在棱角線兩邊分別用兩個參考面把這塊大面截斷（Split）成兩塊面，去掉中間有棱角線的曲面。再由這兩塊Split面通過Blent（or Fill）命令連接起來，Blend（or Fill）命令中有保證曲面光順連接的選項，可以保證曲面的光順連接。對于凹凸不平的小塊曲面也可以用這種方法來修改。
（2）零件的建模
零件的建模，其目的是為了在以后的裝配仿真和生產計劃編制中提供必要的信息。其應具備下列基本策略：
（a）特征設計與特征提取的綜合利用。特征是產品建模的強有力支持。建模時應將特征設計與特征提取結合起來，充分利用現有的CAD 系統所提供的特征造型功能，盡量從有關內部數據庫直接提取，同時要充分的利用人機交互共功能，通過交互輸入定義。
（b）面向對象的建模方式。面向對象的建模方式，具有先粗后精，由抽象到具體的特點，符合產品設計時的自然思維習慣，應在建模中得到充分應用。
（c）模型的層次化組織。免費論文。在建模過程中，應該具有大局觀，不能只盯著一個構件，而是應該考慮整體的層次性，在經過詳細科學的分解以后，分層有計劃的建模。
模型不僅要處理設計系統的輸入信息，還應能處理設計工程中的中間信息和結果信息，因此模型的信息應隨著設計過程的推進而逐步豐富和完善。
4 裝配仿真與干涉檢查船舶裝配仿真與干涉檢查是在虛擬的環境下確定船舶的作業邏輯順序，提供生產工藝數據資料，檢驗工藝與設計的可行性。它是船舶虛擬制造和生產作業計劃的至關重要的一環，是進行生產規劃的基礎。裝配仿真包括了零件裝配、部件裝配和分段裝配三個制造級的任務包。在進行裝配仿真的過程中，應該按照工藝順序依次進行虛擬，其作用如下：(1) 擬定裝配方案，優化裝配結構。從設計和制造工藝出發，在各種約束中尋求裝配的合理性與最優性；(2) 改進裝配性能，降低裝配成本。船舶裝配所涉及的零件種類繁多，數量巨大，裝配仿真的任務首先要確保產品的裝配到位，然后要求裝配能夠比較容易實現，盡量降低成本；(3) 產品可制造性的基礎。由于目前詳細設計一般還是二維的，必須在虛擬三維環境下檢查產品的可行性；(4) 為計劃提供必要的信息數據。
4.1 裝配仿真
裝配仿真的覆蓋范圍很廣泛，這里具體來說包括裝配順序、裝配路徑和裝配工藝三個方面的內容，其中裝配順序與裝配路徑是最為核心內容。
4.2 干涉檢查
船體分段有很多組件構成，肉眼很難發現可能的干涉情況，利用CATIA 所提供的干涉檢查函數，可以自動的檢查所有的干涉情況。下面通過實例來說明。
在構件中有一工字梁與角鋼交叉，要進行干涉檢查，看兩者是否有接觸而不能裝配，應用Compute Clash 命令，將兩個零件同時選中，即可分析這兩個零件的干涉情況。當對話框Result 出現Clash 表示兩個組件發生了干涉，出現Contact 則表示選定的兩個組件相接觸，如果No interference 則表示沒有干涉。
5 結語本文以編制生產計劃為目的，研究了基于虛擬制造下的三維數字化建模的方法。在CATIA 環境下，研究了怎樣通過對工藝合理性分析結合裝配分析，虛擬干涉檢查、產品裝配、生產工藝仿真，最后得到適合生產計劃編制的數字化模型。
[關鍵詞]仿真實驗 輔助工具 事半功倍
中圖分類號：G128 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）16-0208-01
引言：
《電工電子》是汽修專業的基礎課，比較抽象，難懂，弄的不好學生根本沒有聽懂，時間長了就放棄了，所以要求我們老師要加強教學方法的探索，要把高深的理論用直觀的，形象的，簡單的實驗方法加以論證，要學生多動手，增加他們的興趣，提高學生的學習熱情。傳統的硬件實驗可以讓學生親自動手，親自體驗，實驗結果如果不對可以當場查找原因，優點很多，但它要求事先做很長的準備，實驗中學生的安全也非常重要，要求實驗設備好，實驗指導人員夠，基于它的這些缺點，仿真實驗在《電工電子》的教學中就彰顯出它獨特的地位。
一、仿真技術簡介
EWB是英文單詞Electronics Work Bench 電子工作臺的縮寫，它是交互圖像技術有限公司在九十年代初推出的EDA（電子設計自動化）軟件，但真正在國內使用就比較晚，它用來模擬電路圖和仿真電路工作狀態，波形、電流、電壓等非常直觀。可以方便得實現書上的任意電路演示實驗，方便，快捷，安全實用。它里面包括了信號源庫（電池，接地，直流電壓源等），基本器件庫（電阻，電感，開關等），儀器庫（各種電表，參數設置）等，只需輕點鼠標，就可以畫出我們需要的電路圖，我們需要的參數設置，演示實驗結果，達到事半功倍的效果。
二、 仿真實驗是課堂教學演示的理想之選
下面我通過《電工電子》中一個具體的電磁感應這個實驗加以說明。
1.實驗前的“備”與“想”
我首先學習了EWB（虛擬電子工作臺）軟件和操作方法，其方便的更改電路和元件參數的能力，使我們得以很好的了解電子電路的各種性質。熟悉了如何改變實驗中的各個參數值，并且實驗效果要明顯可行，事先熟練操作，站在教室的各個角落觀察圖象，以保證每個同學都能看到。然后認真書寫教案，精磨教學過程和教學方法，怎么樣才能使絕大多數的同學參與和感興趣，應該采用什么教學方法，中間的各個環節的銜接與導入怎么進行，可能出現的問題如何解決等一一認真思考，做到有的放矢，不打無準備之戰。
2.實驗中的“思”與“動”
（1）線圈的電磁感應
電磁感應的實驗，書上主要給了兩個，下面是第一個實驗，我不是自己演示然后直接給出結論，這種方法出力不討好，事倍功半，學生并沒有聽進去，我采用的是先設問，給出如下表格中的問題，讓同學“思”考，老師進行簡單的提示與引導，然后讓學生“動”手來做仿真實驗，自己給出結論。老師進行總結和表揚，甚至獎勵。事實證明這種方法特別好，可以說是課堂氣氛活躍，學生踴躍上臺演示實驗，大家注意力專注，達到了事半功倍的效果。比我們老師“填鴨”式的教學方式好了特多，學生印象深刻，興趣盎然。全部“動”起手來，“動”起腦來。
針對下圖實驗問題如表1，圖1：
2）、導線的電磁感應（如圖2，表2）
根據上面表格中的 問題，老師加以解析，然后讓學生上臺試驗，每個問題找一個學生，通過演示來得出結論，每個同學加以相應的分數，老師進行簡單的總結和表揚，全程基本都是學生自己參與，自己動手，印象深刻，老師在這里只起了引導和總結的任務。
3、實驗后的“查”與“補”
做完實驗后，要檢查同學的成績，聽取他們的意見，看下哪些地方學生掌握的好，哪些不好，以便認真總結和記錄，下次再上這節課的時候改正，找出糾正的方法，下次課再鞏固理解，爭取做到學生90%的掌握率。
三、結束語
仿真軟件進入電工電子技術的課堂教學和實踐教學，可以把抽象的理論知識通過實驗簡單化、形象化，許多實際中不易接觸到的儀器可以很方便地從屏幕上選用，讓學生感受到實際動手操作的快樂，從而激發學員學習興趣和主動性。總之，隨著多媒體課室建設的不斷完善，仿真軟件一定能夠在電工電子課程教學改革中發揮更大的作用。
參考文獻
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專題策劃人：彭遠紅
主持人簡介：李鳳霞，女，北京理工大學計算機學院教授、計算機基礎教學部主任、虛擬現實與仿真計算學科方向帶頭人，教育部“大學計算機虛擬仿真實驗教學中心”主任，北京市教學名師，教育部高等學校大學計算機基礎課程教學指導委員會副主任，全國高等院校計算機基礎教育研究會副會長，中國計算機學會虛擬現實與可視化委員會副主任：研究方向為虛擬現實與仿真計算、計算機應用、計算機基礎教育；lfx_lfx@bit.edu．cn
以計算思維為導向的大學計算機教育改革已經取得了重要的階段性成果。其中，大規模在線教育技術起到了重要的推動作用；然而應該看到，計算思維能力培養重在教學內容改革，即課程體系和知識結構。在線教育技術解決了傳播手段問題，但無法解決教學內容存在的實質問題教學內容改革剛剛開始，進一步深化仍面臨一系列問題：新內容與教學設置的匹配問題；新理念與師資的適應問題；新需求與舊資源的更新問題，這些問題需要更完善的課程體系和更前沿的教育技術的支持。
北京理工大學自2012年提出虛擬實驗教學思路至今，從完善課程實驗體系方面展示了“理論+概念+方法”的全新方案，改善了“以應用軟件實踐為主”的實驗教學內容設置，從教育技術方面給出了“理論可驗證+概念可視化+方法可交互”的虛擬現實與仿真技術的全方位支持，從一定程度上顛覆了大學計算機基礎教學以往的實驗體系和教學模式。該教學成果被北京工商大學、北方工業大學、河南大學、武漢輕工大學、長春理工大學、華北理工大學等多家院校采用，收到了較好的教學效果2014年北京理工大學成功獲批教育部“國家級大學計算機虛擬仿真實驗教學中心”以來，虛擬實驗教學方式得到了廣泛關注，已經開始向計算機專業課程以及物理、化學、生命科學等公共基礎課滲透，并取得了初步成果。
在虛擬實驗教學技術日益成熟的契機下，201 5年6月，教育部高等學校大學計算機基礎課程教學指導委員會、北京理工大學計算機學院、高等教育出版社聯合召開了“大學計算機課程教學改革”第三期沙龍活動，圍繞“虛擬實驗方法全面助力計算機教育教學改革”展開深入研討，并就借助MOOC模式推動課程深化改革和推廣作了具體研究落實。《計算機教育》雜志始終關注虛擬實驗教學成果的推廣，遴選會議4篇論文，形成專題，繼續探討如何將計算思維理念與計算機教育教學相結合，如何將虛擬實驗方法應用于計算機基礎教學和計算機專業教學中。
幾乎在周浩奪冠的同一天，陜西省的一名化學博士蘇楠楠，在“滬江英語”上開的英語課吸引了1萬多名學生聽課，蘇楠楠也在短短20天內撈金35萬。這對新東方來說也許是個災難，因為學生在滬江上學英語不僅便宜，而且還能交流感情。滬江中的同桌功能，使一起學英語的上海海事大學的工科男小張和西安歐亞學院的藝術女小李不僅喜歡上了英語，還迅速發展成為戀人。這與周浩追求的真實不同，教育給予小張和小李的是“真情”。
清華大學無線電專業的王楠，暑假到上海參加叔叔公司的實習夏令營。雖然王楠和第一個故事中的周浩具有基本相同的家庭背景，但是王楠的愛好卻不是動手，操作類的學習絲毫激發不了他的學習興趣。然而，實習期間，從來沒學過Java編程的王楠卻能在2周內又快又好地完成一般工程師經過大學4年的學習訓練，再加半年的培訓才能上手的程序。顯然，吸引王楠興趣的是程序中的算法。在短短的實習過程中，王楠完成的工作量幾乎和正式工程師一樣。他既不關心真實，也不關心真情，只對程序的“真理”感興趣。
與自然科學不同，教育中的理論和假設非常多，教育界的爭論也非常多，由于其門檻較低，站在自己的角度每個人都有真實的感覺，都可以辯論幾句，但卻永遠“辯”不出什么結果。這就像大家在形容一個心目中的姑娘：黑色的長發、苗條的身材、白皙的皮膚，只有三句描述就足以讓所有的男人成為情敵。然而，當三個姑娘站在面前，大家才恍然大悟，原來大家愛的不是同一個姑娘。
教育目標不同，教育的方法必然就不同。
杜威追求教育之實，于是實用主義教育暢行美國。哈欽斯崇尚教育真理，于是通識教育培養了芝加哥大學的大量復合型人才。托夫勒憧憬未來之美，于是未來的教育被托夫勒描繪成自由個性的天堂。
什么是教育之真呢？
上海某所211大學計算機專業的一位碩士研究生，到某IT公司實習，帶他實習的經理，發現該實習生只對查看論文和做所謂的研究感興趣，對技術類毫無興趣。半年實習結束后，經理發現該生參與的研究沒有一絲成果，因而重新梳理實驗方案和實驗儀器，讓經理大吃一驚的是，研究生快畢業的實習生，竟然不會網線制作中最基本的“水晶頭制作”操作。而實驗恰恰就是卡在了這個簡單的問題上，他卻不知原因。
該生所在的大學，有一個投資了數千萬元的實驗室，教學目標是任何一個本科生不僅是水晶頭，就連存儲云、大數據，也都應該會玩的。10年前這所大學發現，使用思科的網絡虛擬軟件，雖然可以培養出非常多的得到思科認證的網絡工程師，但是沒有實戰環境，也只能成為“PAPER CCIE”（IT界專用詞語，指拿到了網絡最高認證，但卻什么也不會干的新手）。在現實的網絡環境中，99%的問題虛擬軟件是不能模擬和無法想象的。
思科公司之所以在20年前就制作出大量便宜的虛擬軟件，是因為要培養一個網絡工程師，并讓其去解決問題、配置機器，是一件非常耗費金錢的事情。然而，與思科公司的做法不同的是對電力、航空和礦山工程師的培養。虛擬軟件不再是便宜那么簡單，新手在現實環境的訓練中，往往會有很大的危險和較高的死亡率，虛擬是嚴肅的。
從上個世紀70年代開始，就有很多不把危險當回事的人將惡作劇當玩笑。有一個叫做凱文的青年，不斷入侵美國國防部等重要部門，還與網絡專家玩起了捉迷藏。凱文落網以后無數的黑客競相效仿，引起了教育界的反思：為什么經過科班訓練的人不會的東西，到這些甚至在高中具有學習障礙癥的黑客們那里，學起來卻出奇神速呢？后來他們發現，相比起學校的計算機學習，真實世界更加好玩、有趣。一個有趣的、正向誘導的系統是學生快速學習的關鍵。于是，各種游戲教育軟件應運而生，圍繞著“有趣”來快速滿足學習者的需求。
這幾年，虛擬仿真技術受到教育主管部門的重視和支持，各大學、高職、中職，都動輒用數十萬、數百萬的錢投入到虛擬軟件的開發中，然而，什么是好的和必要的虛擬軟件呢？
換句話來說，我們需要的虛擬軟件，是需要它更真，還是更假呢？這個看起來很容易的問題，回答起來真的不容易。這十多年來，我作為教育技術公司的負責人做過非常多的教學軟件，但是同一門學科、同一個知識點，對不同的人，用同樣的方法，結果完全不同。例如，對于一個高中或職業學校的孩子來說，要讓他了解信息安全，你得讓他去嘗試攻破一個網站才行，信息安全背后的密碼原理你根本沒有必要教，多數的黑客屬于這個層次，興趣會成為他們自然的老師；而對于一個計算機專業的本科生和研究生來說，信息安全這件事卻需要從多角度和多維度去跟他講清楚，你需要給他一系列的標準和案例；但對于985院校的學生來說，以上那些根本不重要，中國的985院校的實驗儀器也很少用虛擬的，你得給他們配備與世界前沿同步的設備和課程才行。然而，我們只有一個教育部，卻愛上三種不同類型的“姑娘”。
關于“真實性與教育”的哲學思考，著名的大數據研究專家張小彥說：“知識是整體的，只是因為人們的大腦不夠，才將其分散考慮。我們要有系統性的思維，才會破除大腦局限，形成全局觀念，最好地解決問題。”現代生命科學和醫學也證明，人要對一個物體有本質的認識和形成觀念，需要將不同的數據通過眼、耳、鼻等系統，將數據形成信號，再轉到大腦的不同功能區去處理，處理后的信號再通過某種機制進行訓練歸結到一個統一的結論，形成概念。從這個角度上講，事情本質的“真”沒有任何意義，學習者通過信號系統理解的“真”，才是有意義的一件事情。那么，問題又來了，由于每個人的信號系統不同，生理結構不同，大家對客觀物體的認知是有偏差的，于是100個人，可能只有30個人心目中是同樣一個客體。
虛擬仿真技術是數碼化的客體，從某種角度上講，它比每個人理解的事情更真，能夠拋開個體差異帶來的偏見。例如，在水晶頭的制作中，有非常好的虛擬軟件將這個過程的重要注意事項解剖出來，不但便于學生學習，還便于學生理解。這樣，問題又來了，這一虛擬仿真技術如果僅僅來自于某個專家的設計，那么這種真往往是帶有專家個人偏見的真，篩選掉的有可能是更重要的事情，而虛擬軟件制作過程中，又會被外包到與這個對象課程不太相關的設計師手里，因此，偏差就會更大。上文提到的實習生在學習水晶頭制作時不是通過現實的工程來展開的學習，而是通過網上的虛擬軟件進行的，而那款虛擬軟件高度抽象了水晶頭有用的部分，如4根有顏色的銅線。虛擬化學習中，隨便接4根網絡的花線，在一般情況下不會出現問題，然而該生所做的網絡研究，最重要的恰恰就是這4根花線。
既然每個學習者的目標不同，泛泛而談教育的真實就沒有任何意義，客觀真實與教育真實是不一樣的，哲學上所指的真實是不可改變、不可還原、不可復制的，也是不可能去安全實現的。即使將一條完全真實的產品線放進學校，學生也很難掌握處理現實工作壓力和枯燥的方法。另外，對于“高端的學生”來說，真理更真還是真實更真，也是不容易搞清的糊涂賬。曾經有教授向清華大學的一位校長建議清華的學生也應該理論密切聯系實際，而這位校長的回答是令人深思的，大意是：對于清華的學生，我們不是僅僅要求他們去工廠能干活，因為能干的活存在，那是過去的東西，清華大學的學生應該去干那些原先沒人干出來的事，比如火箭，你設計火箭的時候是不存在火箭的或者火箭只存在于美國，但是你不能說清華大學的學生就在玩虛的，圖紙的真實是比現實的真實更高一層的真實。
虛擬軟件要想做到教育之真，就要做到其教育形象具有合情、合理的性質。
所謂合情，首先是軟件設計師本人對虛擬軟件知識點、技能點、體驗點的認識、體會和感悟，并向學生展示出一個帶有設計師個人主觀色彩的專業世界，其中這個展示的過程必須是符合學科最普遍的認識步驟邏輯和認知情感變化邏輯，體現出人類從形象思維升華到抽象思維的合理規律。情，指向的就是人的主觀世界的種種變化波動。合情即指合乎這種主觀世界運動的規律。合理，指的是設計師創造的虛擬仿真產品符合專業知識點運作的普遍客觀規律，即存在的合理性。這種合理性必須在學生的接受范圍內，也就是要契合學生的現實經驗，使學生對作品創造出來的現實專業世界認同，在接受上不會太唐突。
因此，要真正做出一款好的虛擬軟件，就要充分考慮這款軟件中的幻想系數和邏輯系數，有時候要想達到教育之真，還甚至必須將其與虛假或虛幻聯系在一起談論才是有意義、有價值的，因為教育之真本身，不僅包含指認真實、表象真實還包含邏輯真實。例如，對一個山東省臨沂山區的孩子來說，藍翔技校的挖掘機駕駛才是真實的，因為他的老師能夠清晰地告訴他，通過三個月駕駛挖掘機的學習，能夠每個月掙4000元錢；而一個職業技術學校的學生對挖掘機的理解包含了挖掘機的各個關鍵部件的表象之真，學生畢業后能夠被挖掘機制造廠商按照專業門類錄取，經過3年的學習，他還是每個月掙4000元；一個清華大學機電系的學生理解的挖掘機是它的動力、機械和電器的配合系統和模型，雖然經過4年的專業學習他也是每個月掙4000元，但是他的目標是4年后能制造出更好的挖掘機。因此，清華大學的挖掘機虛擬軟件、職業技術學院的挖掘機虛擬軟件，以及藍翔技校的挖掘機虛擬軟件是不同的，拋開服務對象，還真不好說挖掘機技術哪家強。
物聯網技術、云技術、大數據技術，也許能夠解決上述一部分的教育難題，最新的虛擬仿真技術不僅僅需要動畫和聲光電的模擬系統，還會將實體系統整合起來，還會將信號系統通過LabVIEW軟件整合起來，還會打造一個知識地圖的深入應用……
回到文章的開頭，我非常關注周浩的發展，雖然他喜歡動手，雖然他擅長動手，但并不能現在就斷言周浩適合做技工，人生的路很長，原先的教育系統只能讓周浩做選擇題，不允許他做綜合題，到底一個人適合干什么，連周浩本人都要用一輩子去探索，要不怎么說，教育是一個尋找自我的過程呢！