導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇虛擬仿真，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

工程圖學(xué)課程的教學(xué)是很具體形象的，它注重機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)作，在理論教學(xué)中由于缺乏真實(shí)感受，學(xué)生聽課時(shí)常會(huì)感到枯燥乏味、內(nèi)容很難理解；機(jī)械類課程中的實(shí)驗(yàn)設(shè)備大多很昂貴，有些情況下，不能完全滿足相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)要求，尤其是對(duì)每個(gè)學(xué)生而言，學(xué)生實(shí)驗(yàn)通常是分組，對(duì)有些實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備很少時(shí)，分組的人數(shù)會(huì)很多，這樣學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)沒(méi)有很多機(jī)會(huì)熟練掌握；因此，如果能在教學(xué)中進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不但在一定程度上可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)資源的匱乏，而且可以提高學(xué)生觀察問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，以求達(dá)到掌握一門專業(yè)技術(shù)技能。

1虛擬仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于教學(xué)中的現(xiàn)實(shí)意義

目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)高校的實(shí)驗(yàn)還是采用傳統(tǒng)方式，即老師講解、演示，再由學(xué)生自己動(dòng)手。而國(guó)外已經(jīng)從傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)為實(shí)物實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，充分利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，取得了較好的效果。

傳統(tǒng)的教學(xué)模式以教師為中心，知識(shí)的傳遞主要靠教師對(duì)學(xué)生的灌輸，作為認(rèn)知主體的學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中自始至終處于被動(dòng)狀態(tài)，其主動(dòng)性和積極性難以發(fā)揮，不利于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維、批判性思維和創(chuàng)造性思維，也不利于創(chuàng)造性人才的培養(yǎng)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)突破了傳統(tǒng)教學(xué)手段上的局限。學(xué)生自己動(dòng)手操作，親身參與整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的操作，通過(guò)將實(shí)際生產(chǎn)的工藝過(guò)程以影像、動(dòng)畫等生動(dòng)的形式表示，從而增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果，使其實(shí)踐能力、觀察能力及歸納能力等都得到很好的鍛煉。虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)創(chuàng)設(shè)了一個(gè)人性化的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生能夠在自然、互動(dòng)的氣氛中進(jìn)行學(xué)習(xí)?；谝陨纤伎?，嘗試在《工程圖學(xué)》教學(xué)中應(yīng)用“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)”進(jìn)行教學(xué)改革的探索。

2虛擬仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)

虛擬實(shí)驗(yàn)的開發(fā)工具主要是網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言(VRML)和三維建模軟件。VRML是一種用于建立真實(shí)世界的場(chǎng)景模型或人們虛構(gòu)三維世界的場(chǎng)景建模語(yǔ)言。VRML的基本目標(biāo)是建立因特網(wǎng)上的交互式虛擬對(duì)象、場(chǎng)景、三維模型，基本特征包括分布式、三維、交互性、多媒體集成、境界逼真性等，是目前Intenet上基于“www”的三維互動(dòng)網(wǎng)站制作的主流語(yǔ)言。

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要達(dá)到以下目標(biāo)：

a)要使參與者有“真實(shí)”的體驗(yàn)。這種體驗(yàn)就是“沉浸”或“投入”，即全心地進(jìn)入，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是產(chǎn)生在虛擬世界中的幻覺(jué)。理想的虛擬環(huán)境應(yīng)達(dá)到用戶難以分辯真假的程度，甚至比真的還“真”。這種沉浸感的意義在于可以使用戶集中注意力。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，就必須具有多感知的能力，理想的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)應(yīng)具備人類所具有的一切感知能力，包括視覺(jué)、聽覺(jué)、觸覺(jué)，甚至味覺(jué)和嗅覺(jué)。

b)系統(tǒng)要能提供方便的、豐富的、主要是基于自然技能的人機(jī)交互手段。這些手段使得參與者能夠?qū)μ摂M環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的操縱，能從虛擬環(huán)境中得到反饋信息，也能便系統(tǒng)了解參與者的關(guān)鍵部位的位置、狀態(tài)、變形等各種系統(tǒng)需要知道的數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)性是非常重要的，如果在交互時(shí)存在較大的延遲，與人的心理經(jīng)驗(yàn)不一致，就談不上以自然技能的交互，也很難獲得沉浸感。

3零、部件測(cè)繪實(shí)踐虛擬輔助教學(xué)

《工程圖學(xué)》課程為機(jī)械類專業(yè)一門主要技術(shù)基礎(chǔ)課，是一門理論性和實(shí)踐性都較強(qiáng)的課程，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)好這門課程至關(guān)重要。通過(guò)加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，才能使學(xué)生真正理解和掌握該學(xué)科的理論知識(shí)。本項(xiàng)目的實(shí)施內(nèi)容主要是采用inventor2008，3Dmax，AutoCAD及vrml軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，使之能夠?qū)X輪油泵(圖1)、減速器(圖2)、虎鉗(圖3)的裝配進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，通過(guò)影像、動(dòng)畫等生動(dòng)的形式對(duì)裝配過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，可以充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，有利于學(xué)生獲得豐富的感性認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步提出問(wèn)題與尋求解決問(wèn)題的興趣，有助于拓寬學(xué)生的知識(shí)面，有效地支持理論學(xué)習(xí)。

零部件測(cè)繪實(shí)踐虛擬輔助教學(xué)技術(shù)的做法是，以實(shí)物模型為基本要素、以實(shí)物模型測(cè)繪為主線，用計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)的方法，制作圖畫和動(dòng)畫形式為主的直觀形象，去解析零部件的形狀結(jié)構(gòu)和測(cè)繪過(guò)程。

將虛擬輔助教學(xué)融于測(cè)繪實(shí)踐教學(xué)的過(guò)程是：布置測(cè)繪任務(wù)；觀測(cè)分析實(shí)物模型；教師依據(jù)實(shí)物模型通過(guò)虛擬輔助教學(xué)課件集中指導(dǎo)；學(xué)生依據(jù)實(shí)物模型，參照虛擬輔助教學(xué)課件自主測(cè)繪；教師集中講評(píng)。

虛擬輔助教學(xué)主要構(gòu)件是以虛擬圖象為主，配有少量文字說(shuō)明的電子文檔。分別是：以動(dòng)畫為主去表達(dá)零部件形狀結(jié)構(gòu)的圖畫集，以對(duì)零部件形狀結(jié)構(gòu)分析和視圖分析為主的圖畫集，以對(duì)零部件測(cè)繪方法和過(guò)程指導(dǎo)為主的圖畫集，以對(duì)尺寸、技術(shù)要求、圖樣、作業(yè)要求指導(dǎo)為主的圖畫集。

4零、部件測(cè)繪實(shí)踐虛擬輔助教學(xué)技術(shù)的特點(diǎn)

a)基于實(shí)體的虛擬。計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬三維圖與構(gòu)形思維和視覺(jué)及視覺(jué)心理密切相關(guān)。實(shí)踐表明：沒(méi)有實(shí)體模型做基準(zhǔn)沒(méi)有構(gòu)形思維和視覺(jué)及視覺(jué)心理的支持，計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬三維圖就會(huì)成為沒(méi)有意義的作品；另一方面，沒(méi)有構(gòu)形思維和視覺(jué)及視覺(jué)心理知識(shí)去指導(dǎo)計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬三維圖的創(chuàng)作，也不能獲得效果良好的作品。

b)基于圖學(xué)素質(zhì)對(duì)測(cè)繪對(duì)象(零、部件)的選擇。選擇好測(cè)繪對(duì)象是保障零、部件測(cè)繪實(shí)踐教學(xué)效果的首要條件。簡(jiǎn)單化和過(guò)度復(fù)雜化都不可取，都可能給大學(xué)總體教學(xué)帶來(lái)?yè)p害。選擇測(cè)繪對(duì)象(零、部件)的第一因素是考慮對(duì)學(xué)生圖學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)的要求，其次是考慮后續(xù)課的需求。閥類、泵類、夾具類(虎鉗)、減速器類是常選測(cè)繪對(duì)象，其主要原因是便于教學(xué)。按圖學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)的要求考慮，所選零、部件的測(cè)繪內(nèi)容應(yīng)當(dāng)盡量多的涵蓋圖學(xué)主要的核心內(nèi)容。例如，表達(dá)方法典型、全面，結(jié)構(gòu)具有代表性。按后續(xù)課的需求考慮，所選零、部件的測(cè)繪內(nèi)容要含有后續(xù)課的主要要素。

篇2

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；砂型鑄造；金工實(shí)習(xí)；機(jī)械制造技術(shù)

虛擬仿真技術(shù)是21世紀(jì)信息技術(shù)的代表，它的互動(dòng)性和逼真性有望給傳統(tǒng)教學(xué)方式帶來(lái)革命性的升級(jí)[1-5]。教育部2018年4月18日印發(fā)了《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》，明確提出加快面向下一代網(wǎng)絡(luò)的高校智能學(xué)習(xí)體系建設(shè)的智慧教育創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)，其中示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目是重要的載體[6]。目前，虛擬仿真技術(shù)在冶金教學(xué)方面已有不少成功引用的案例[7-9]。本文通過(guò)構(gòu)建金屬砂型鑄造成形虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以交互式的虛擬三維模型，引導(dǎo)學(xué)生熟悉砂型鑄造的步驟、工藝及質(zhì)量分析等，以期探索虛擬仿真技術(shù)在金屬成形實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用方式，為教學(xué)模式的革新提供借鑒。

一、平臺(tái)架構(gòu)及操作

平臺(tái)架構(gòu)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用Unity3D制作，平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示。置入不同模具（零件），學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)選擇澆鑄系統(tǒng)與分型面，確定成形工藝，按照步驟執(zhí)行，仿真最后鑄件成形質(zhì)量，反推成形工藝對(duì)成形質(zhì)量的影響，總結(jié)出影響鑄件質(zhì)量的關(guān)鍵因素，生動(dòng)、快速理解液態(tài)金屬成形技術(shù)要點(diǎn)。虛擬仿真砂型鑄造交互操作分為13個(gè)步驟：安放模具，用鼠標(biāo)將所選零件放置于砂箱內(nèi)；填砂緊實(shí)，通過(guò)控制鏟子，將型砂填入砂箱，并用壓頭壓實(shí)；修整，控制模板，將型砂抹平；翻轉(zhuǎn)下砂箱，控制下砂箱，將其翻轉(zhuǎn)；修整分型面，撒上分型砂；放置上砂箱，控制澆口棒放于合適的位置；填砂緊實(shí)，控制鏟子，用型砂填滿上砂箱；修整，控制模板修整；插通氣孔，用針在合適位置布置通氣孔；拔出澆口棒，并分開上下砂箱；起模，用針起模；修型，挖內(nèi)澆道；合箱，將上下砂箱合上，開始澆筑。學(xué)生首先在模具庫(kù)中選擇要鑄造的零件，每種零件對(duì)應(yīng)有1種或多種成形工藝方案，選擇完成后進(jìn)入交互場(chǎng)景。場(chǎng)景中有上下箱體、鏟子、刮刀、型砂、木板、模具等，學(xué)生用鼠標(biāo)點(diǎn)擊工具可進(jìn)行拖動(dòng)與操作，場(chǎng)景中有文字提示，可引導(dǎo)學(xué)生操作。主要面向機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、車輛工程、機(jī)械電子工程、工業(yè)工程等機(jī)械類及近機(jī)械類專業(yè)的二、三年級(jí)本科生開設(shè)。在使用該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)前，要求學(xué)生已經(jīng)修習(xí)了機(jī)械制圖、金屬工藝學(xué)等課程內(nèi)容，已經(jīng)熟悉和掌握相關(guān)專業(yè)知識(shí)。

二、特色與創(chuàng)新

平臺(tái)特色液態(tài)金屬成形實(shí)驗(yàn)涉及高溫金屬，學(xué)生必須在充分掌握成形技術(shù)后方可實(shí)際操作，難以做到鑄造零件的多樣性，也難以做到澆鑄系統(tǒng)和分型面選擇的多樣性。因此，本平臺(tái)采用虛擬動(dòng)畫，選擇不同零件，根據(jù)不同零件設(shè)置不同成形工藝，最終得出鑄件，仿真鑄件的質(zhì)量，并進(jìn)行質(zhì)量分析，反推工藝參數(shù)的確定。軟件經(jīng)過(guò)編譯后，可在個(gè)人電腦安裝程序，對(duì)電腦配置要求較低，目前市面主流配置的電腦皆可流場(chǎng)運(yùn)行。該教學(xué)方法的創(chuàng)新具體體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。首先，實(shí)現(xiàn)理論課堂和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的結(jié)合。采用所開發(fā)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在理論課堂可方便進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論課堂的脫節(jié)現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的緊密結(jié)合。其次，實(shí)現(xiàn)課堂翻轉(zhuǎn)，使學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生。采用該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生可以在渲染的虛擬信息指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，多樣的互動(dòng)性使學(xué)生迅速理解機(jī)構(gòu)的工作原理和特性等，促使主動(dòng)學(xué)習(xí)。第三，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合互動(dòng)的機(jī)構(gòu)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。采用該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可在真實(shí)的環(huán)境中通過(guò)交互操作來(lái)實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)，克服了傳統(tǒng)純虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的脫離實(shí)物、不能進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)象，易使學(xué)生從被動(dòng)的接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的學(xué)習(xí)者。完成實(shí)驗(yàn)步驟后，通過(guò)鑄件質(zhì)量的仿真及質(zhì)量分析，提供鑄件成形工藝的判斷，可視化的評(píng)判，使學(xué)生更易發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提升了材料成形技術(shù)基礎(chǔ)和金工實(shí)習(xí)中液態(tài)金屬成形的教學(xué)效果，但仍然存在零件多樣性差、工藝單一的問(wèn)題。本項(xiàng)目在此基礎(chǔ)上，借助虛擬仿真技術(shù)，通過(guò)虛實(shí)融合實(shí)現(xiàn)自然的人機(jī)交互，提供了更智慧化的學(xué)習(xí)環(huán)境，是對(duì)傳統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的延伸。該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，提供多樣化的零件及成形工藝，為學(xué)生提供了一個(gè)不受時(shí)間、空間限制的智慧化學(xué)習(xí)環(huán)境，并且實(shí)現(xiàn)了理論課堂和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的結(jié)合，是對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的拓展。使用該輔助教學(xué)平臺(tái)后，采用不記名問(wèn)卷調(diào)查方式，統(tǒng)計(jì)學(xué)生主觀評(píng)價(jià)。83.3%學(xué)生認(rèn)為，該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)有助于快速熟悉砂型鑄造的工藝流程。75%學(xué)生認(rèn)為通過(guò)平臺(tái)的使用，加深了對(duì)金屬鑄造成形知識(shí)點(diǎn)的理解。87.5%學(xué)生認(rèn)為該虛擬平臺(tái)增加了學(xué)習(xí)的趣味性。66.7%學(xué)生認(rèn)為用過(guò)平臺(tái)的使用增加了對(duì)課程的和專業(yè)的熱愛度。在意見或建議一欄，學(xué)生主要反饋模型數(shù)量偏少，操作流暢度需要進(jìn)一步提升。從調(diào)研結(jié)果來(lái)看，虛擬仿真在金屬鑄造成形中有較好的應(yīng)用效果，大部分學(xué)生對(duì)互動(dòng)教學(xué)內(nèi)容感興趣，加深了對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容的理解，拓展了鑄造知識(shí)面，有助于實(shí)習(xí)的順利進(jìn)行。調(diào)研結(jié)果表明，虛擬仿真技術(shù)在金屬成型技術(shù)的教學(xué)中有較大的應(yīng)用前景。隨著模型庫(kù)的擴(kuò)展，本平臺(tái)可逐步實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的砂型鑄造演示，并可向其它鑄造工藝拓展。

三、結(jié)語(yǔ)

篇3

機(jī)床建模是虛擬仿真加工系統(tǒng)的關(guān)鍵模型，是實(shí)際機(jī)床在虛擬仿真加工系統(tǒng)中的數(shù)字化模型，包括幾何模型和運(yùn)動(dòng)模型。幾何模型是在CAD系統(tǒng)中建立的，首先根據(jù)實(shí)測(cè)得到的機(jī)床部件尺寸，建立相應(yīng)的模型，然后再根據(jù)相互關(guān)系進(jìn)行“裝配”，形成機(jī)床的幾何模型。虛擬仿真加工系統(tǒng)中，通過(guò)改變機(jī)床幾何模型各運(yùn)動(dòng)零部件的相對(duì)位置來(lái)模擬加工中虛擬機(jī)床的切削運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)模型是處理機(jī)床幾何模型在數(shù)控程序控制下如何改變各運(yùn)動(dòng)零部件模型相對(duì)位置的模型，與機(jī)床的結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)。以DMU125P五軸加工中心為例，在運(yùn)動(dòng)模型建立過(guò)程中，機(jī)床各部件都視為剛體，這樣機(jī)床的結(jié)構(gòu)可抽象為一個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈模型。在運(yùn)動(dòng)鏈各組成環(huán)節(jié)的剛體上固接坐標(biāo)系，通過(guò)坐標(biāo)變換，可以分析整個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈的運(yùn)動(dòng)形式，建立運(yùn)動(dòng)鏈的依賴關(guān)系，即運(yùn)動(dòng)鏈的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系，如圖3所示。

2虛擬仿真數(shù)控加工功能的實(shí)現(xiàn)

a)系統(tǒng)框架的建立

在虛擬仿真加工開始之前，針對(duì)工藝信息，選擇相應(yīng)的虛擬機(jī)床、虛擬刀具、虛擬夾具、工件模型組成虛擬仿真加工系統(tǒng)。在虛擬仿真加工中，虛擬機(jī)床在數(shù)控指令的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)虛擬刀具、虛擬夾具、工件模型等模擬切削過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控程序的正確性和可靠性的驗(yàn)證，其系統(tǒng)框架如圖4所示。虛擬仿真加工系統(tǒng)主要包括數(shù)控程序檢查、數(shù)控程序翻譯、運(yùn)動(dòng)仿真、刀具軌跡檢查、碰撞檢測(cè)等模塊。

b)程序檢查模塊

數(shù)控程序檢查模塊包括詞法、語(yǔ)法檢查，主要檢查程序中是否有數(shù)控指令集外的非法字符、數(shù)控指令的參數(shù)是否有效、語(yǔ)法上是否合乎邏輯等。

c)程序翻譯模塊

數(shù)控程序翻譯模塊以機(jī)床的數(shù)控程序規(guī)范為基礎(chǔ)，用以提取G指令、M指令、坐標(biāo)、進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速、換刀、循環(huán)定義等信息，轉(zhuǎn)換為仿真數(shù)控代碼。這樣在虛擬仿真加工中，才能控制虛擬仿真加工系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)仿真和狀態(tài)設(shè)置，為運(yùn)動(dòng)仿真模塊提供必要的信息。

d)運(yùn)動(dòng)仿真模塊

該模塊是虛擬仿真加工系統(tǒng)最關(guān)鍵的一個(gè)模塊，決定了后續(xù)的刀具軌跡檢查、碰撞檢查結(jié)果的正確性。在該模塊中，首先根據(jù)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)模型，建立虛擬仿真加工系統(tǒng)各運(yùn)動(dòng)組件(包括虛擬機(jī)床各運(yùn)動(dòng)零部件、虛擬刀具、虛擬夾具和工件模型)的運(yùn)動(dòng)模型(即變換矩陣);然后根據(jù)翻譯模塊所提供的坐標(biāo)值計(jì)算各運(yùn)動(dòng)組件的變換矩陣并應(yīng)用以改變各運(yùn)動(dòng)組件的位置，從而可以模擬虛擬仿真加工系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，具體步驟如圖5所示。

e)刀具軌跡檢查模塊

該模塊主要用于刀軸矢量的檢查，以避免刀軸的劇烈變化。大多數(shù)的CAM系統(tǒng)都提供了加工仿真和刀位軌跡(刀具軌跡數(shù)據(jù)包括刀位數(shù)據(jù)和刀軸矢量)仿真檢查功能。但對(duì)多坐標(biāo)加工而言，加工仿真和僅顯示刀位軌跡是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求的。在虛擬仿真加工系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)模擬的過(guò)程中，該模塊在顯示刀位軌跡的同時(shí)，也顯示刀軸矢量，這樣可以準(zhǔn)確地檢查刀具相對(duì)于工件位置及刀軸的變化。

f)碰撞檢測(cè)模塊

對(duì)五坐標(biāo)加工而言，刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡很復(fù)雜，難以預(yù)測(cè)，通常需要進(jìn)行仿真檢驗(yàn)數(shù)控程序中可能出現(xiàn)的碰撞干涉。大多數(shù)CAM系統(tǒng)提供的加工仿真功能僅考慮刀具與工件、夾具間的碰撞檢查，而不能檢查可能出現(xiàn)的刀具與工作臺(tái)間、主軸與工件、夾具間的碰撞。在該模塊中，根據(jù)經(jīng)運(yùn)動(dòng)仿真模塊處理后的各運(yùn)動(dòng)零部件的相對(duì)位置，全面檢查可能出現(xiàn)的碰撞。

3應(yīng)用實(shí)例

DECKELMAHO公司的DMU125P機(jī)床是五軸五聯(lián)動(dòng)加工中心，具有立臥轉(zhuǎn)換功能。在立式狀態(tài)下，其結(jié)構(gòu)形式如，a軸為工作臺(tái)擺動(dòng)，c軸為工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。在臥式狀態(tài)下，主軸繞b軸旋轉(zhuǎn)90°，其他狀態(tài)與立式結(jié)構(gòu)相同。在該機(jī)床上進(jìn)行五軸五聯(lián)動(dòng)的加工時(shí)，刀具相對(duì)于工件的空間運(yùn)動(dòng)軌跡復(fù)雜，加工前必須進(jìn)行虛擬仿真加工。本文以VERICUT軟件為平臺(tái)，構(gòu)建了DMU125P加工中心的虛擬仿真加工系統(tǒng)，用來(lái)檢驗(yàn)數(shù)控加工程序、刀具軌跡與潛在的碰撞危險(xiǎn)。在構(gòu)建125P加工仿真環(huán)境時(shí)，首先根據(jù)運(yùn)動(dòng)鏈關(guān)系建立機(jī)床拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系;然后建立機(jī)床的數(shù)字模型;最后根據(jù)工件、刀具、夾具和機(jī)床的數(shù)字模型構(gòu)建虛擬仿真加工環(huán)境。

4結(jié)語(yǔ)

篇4

關(guān)鍵詞：仿真教學(xué)；組織領(lǐng)導(dǎo)；資源建設(shè)；培訓(xùn)推廣

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1673-8454(2012)01-0061-03

虛擬仿真技術(shù)包括仿真模擬技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)兩個(gè)領(lǐng)域。仿真模擬技術(shù)是指使用儀器設(shè)備、模型、計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)，以及利用場(chǎng)地、環(huán)境的布置，模仿出真實(shí)工作程序、工作環(huán)境、技術(shù)指標(biāo)、動(dòng)作要求，進(jìn)行科學(xué)研究、工業(yè)設(shè)計(jì)、模擬生產(chǎn)、教學(xué)訓(xùn)練和考核鑒定等的一項(xiàng)綜合技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是指用計(jì)算機(jī)生成的一種特殊環(huán)境，人可以通過(guò)使用各種特殊裝置將自己投入到這個(gè)環(huán)境中，并操作、控制環(huán)境，實(shí)現(xiàn)特殊的目的，成為這種環(huán)境的主宰。

虛擬仿真技術(shù)可以有效還原生產(chǎn)、建設(shè)、服務(wù)和管理崗位的“原生態(tài)”，為學(xué)習(xí)者提供技能訓(xùn)練所需要的“真實(shí)”環(huán)境、“真實(shí)”工藝、“真實(shí)”工具等，從而有效提高技能教學(xué)質(zhì)量。同時(shí)，可以降低教學(xué)成本、規(guī)避實(shí)訓(xùn)危險(xiǎn)、降低環(huán)境污染、實(shí)現(xiàn)綠色教育。因此，虛擬仿真教學(xué)是深化教育教學(xué)思想、內(nèi)容、方法、手段、模式改革，推動(dòng)職業(yè)院校內(nèi)涵建設(shè)的一個(gè)重要突破口。為此，教育部在《關(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的若干意見》中明確提出“要充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，開發(fā)虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實(shí)驗(yàn)”。各高職院校應(yīng)多措并舉，有力推進(jìn)虛擬仿真教學(xué)改革。

一、加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)，創(chuàng)造濃厚氛圍

開展虛擬仿真教學(xué)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，其技術(shù)本身的高端性、復(fù)雜性等特點(diǎn)，決定其應(yīng)用成本較高，資源建設(shè)和教學(xué)組織較難。因此，必須得到學(xué)校的大力支持，加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)，落實(shí)責(zé)任任務(wù)。

1.成立分層領(lǐng)導(dǎo)組織

首先，要成立院級(jí)虛擬仿真教學(xué)工作領(lǐng)導(dǎo)小組，由主管院長(zhǎng)牽頭，各教學(xué)單位和教學(xué)管理單位的主要負(fù)責(zé)人為成員。各級(jí)負(fù)責(zé)人要高度重視虛擬仿真教學(xué)工作，做到有組織、有計(jì)劃、有措施、有檢查、有總結(jié)、有推廣。

其次，要成立各重點(diǎn)專業(yè)的虛擬仿真教學(xué)工作組。由系主任牽頭，專業(yè)帶頭人為主要負(fù)責(zé)人，骨干教師和合作企業(yè)負(fù)責(zé)人為主要成員。根據(jù)專業(yè)技能教學(xué)特點(diǎn)，通過(guò)購(gòu)買引進(jìn)、校企合作開發(fā)、自主開發(fā)等多種途徑建設(shè)適用的虛擬仿真教學(xué)軟件，科學(xué)布局虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地，開展虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)，總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并進(jìn)行示范推廣。

2.建立政策法規(guī)進(jìn)行引導(dǎo)激勵(lì)

首先，將開展虛擬仿真教學(xué)工作做為教育教學(xué)改革重要項(xiàng)目，結(jié)果做為考核教學(xué)單位工作的重要指標(biāo)。其次，將教師開展虛擬仿真教學(xué)的成果做為評(píng)聘獎(jiǎng)優(yōu)傾斜條件，對(duì)于積極進(jìn)行虛擬仿真教學(xué)軟件開發(fā)及應(yīng)用研究的教師，通過(guò)制定相關(guān)激勵(lì)政策，從職稱評(píng)聘、成果獎(jiǎng)勵(lì)、科研經(jīng)費(fèi)等方面進(jìn)行鼓勵(lì)，為他們提供必要的條件，在全院形成良好的風(fēng)氣和氛圍。再次，給予虛擬仿真教學(xué)立項(xiàng)資金等條件扶持，為完成項(xiàng)目提供最大保障。要加大資金投入，加強(qiáng)資金管理，做到專款專用，接受監(jiān)督檢查，切實(shí)保障項(xiàng)目順利完成。

通過(guò)以上舉措，使“推廣虛擬仿真技術(shù)，提高實(shí)踐教學(xué)水平，加快實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化”的理念內(nèi)化成廣大教師的共識(shí)，并將其付諸于實(shí)際行動(dòng)。

二、廣辟渠道，建設(shè)虛擬仿真教學(xué)資源

虛擬仿真教學(xué)資源是利用現(xiàn)代信息技術(shù)開發(fā)的虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實(shí)驗(yàn)等等，可以解決實(shí)踐教學(xué)中“看不見、進(jìn)不去、動(dòng)不了、難再現(xiàn)”等客觀難題，減少資源消耗與環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)的信息化、智能化、現(xiàn)代化。虛擬仿真教學(xué)資源是開展虛擬仿真教學(xué)的必要條件?！扒蓩D難為無(wú)米之炊”，所以，學(xué)校應(yīng)該舍得投入，按照“引進(jìn)一部分、合作開發(fā)一部分、自主研發(fā)一部分”的虛擬仿真資源建設(shè)新思路進(jìn)行統(tǒng)籌安排。

1.購(gòu)買引進(jìn)

該決策依據(jù)是：所需求的軟件已經(jīng)被同類院校的專業(yè)廣泛認(rèn)可和應(yīng)用，效果良好，尤其是那些教學(xué)急需的高端產(chǎn)品，應(yīng)該采取這種“花錢拿來(lái)主義”的模式。

2.合作開發(fā)

此決策依據(jù)是，所需求的軟件沒(méi)有成熟的產(chǎn)品，專業(yè)教師能夠提出明確的需求，能夠提供科學(xué)準(zhǔn)確的教學(xué)設(shè)計(jì)，借助專業(yè)IT公司的技術(shù)力量和項(xiàng)目組織能力，能夠開發(fā)出專業(yè)級(jí)的應(yīng)用軟件。要探索創(chuàng)設(shè)高水平的合作模式，將優(yōu)秀企業(yè)力量引進(jìn)來(lái)，緊密合作，互惠互利，同步帶動(dòng)學(xué)校師資專業(yè)發(fā)展、技能人才培養(yǎng)、軟件產(chǎn)品研發(fā)的水平提高。實(shí)踐證明，院校的教學(xué)設(shè)計(jì)與優(yōu)秀IT企業(yè)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，是研發(fā)優(yōu)秀虛擬仿真資源的捷徑。

虛擬仿真教學(xué)軟件的研制過(guò)程一定要與相關(guān)企業(yè)緊密合作，軟件設(shè)計(jì)應(yīng)該是教學(xué)專家、行業(yè)專家和軟件制作專家三方合作的結(jié)果。要以教學(xué)專家為主導(dǎo)，實(shí)施優(yōu)秀的教學(xué)設(shè)計(jì)，編寫制作腳本，要有行業(yè)專家實(shí)施技術(shù)指導(dǎo)，還要有軟件專家實(shí)施創(chuàng)新制作，才能研發(fā)出科學(xué)的、適宜的、理實(shí)結(jié)合的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)軟件。

3.自主研發(fā)

此決策依據(jù)是，所需求軟件的開發(fā)技術(shù)難度和復(fù)雜性相對(duì)較低，專業(yè)教師能夠提出明確的需求，能夠提供科學(xué)準(zhǔn)確的教學(xué)設(shè)計(jì)，學(xué)校具有軟件開發(fā)技術(shù)支持隊(duì)伍。

威海職業(yè)學(xué)院作為首批國(guó)家示范性高職院校，非常重視虛擬仿真教學(xué)在技能人才培養(yǎng)中的作用，積極開展虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)，建設(shè)了專門的教學(xué)資源研發(fā)中心。目前購(gòu)買引進(jìn)、合作開發(fā)、自主研發(fā)的虛擬仿真資源已成規(guī)模，并廣泛應(yīng)用于數(shù)控技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造、電氣自動(dòng)化技術(shù)等20多個(gè)專業(yè)，平均每學(xué)期有2000多名學(xué)生使用虛擬仿真軟件進(jìn)行知識(shí)和技能的學(xué)習(xí)，有效提高了實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量與效率。

三、加大技術(shù)支持和培訓(xùn)推廣力度

1.建立專門的工作室和技術(shù)支持隊(duì)伍

虛擬仿真教學(xué)資源開發(fā)技術(shù)較難，依賴教師個(gè)體不現(xiàn)實(shí)。專業(yè)教師應(yīng)將主要精力用于教學(xué)設(shè)計(jì)、腳本撰寫，開發(fā)制作應(yīng)由專業(yè)技術(shù)人員完成。采用這種模式，既可以保證資源的質(zhì)量，又有利于提高專業(yè)教師研發(fā)、使用虛擬仿真資源的積極性，否則，大多會(huì)“知難而退”。

威海職業(yè)學(xué)院成立了教學(xué)資源研發(fā)中心，組建了虛擬仿真資源開發(fā)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，投資20多萬(wàn)元配備了高檔次的開發(fā)硬軟件，為開展虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)提供技術(shù)支持。目前已完成多個(gè)虛擬仿真資源建設(shè)，其中獨(dú)立開發(fā)的“威海職業(yè)學(xué)院虛擬校園”，通過(guò)漫游和導(dǎo)游等方式，全方位立體逼真地展現(xiàn)了我院全貌，恢弘、美麗、壯觀，成為學(xué)院參加全國(guó)大賽課件、軟件的重要支撐載體。

2.開展形式多樣的培訓(xùn)

盡管繼多媒體、網(wǎng)絡(luò)時(shí)代之后，人們已經(jīng)開始進(jìn)入虛擬現(xiàn)實(shí)時(shí)代，但是由于資源缺乏和宣傳不夠，很多地區(qū)和教育工作者對(duì)虛擬仿真技術(shù)了解不多。為了普及虛擬仿真技術(shù)，發(fā)展環(huán)保綠色實(shí)訓(xùn)，推動(dòng)教學(xué)尤其是實(shí)踐教學(xué)的信息化、現(xiàn)代化，應(yīng)加大虛擬仿真技術(shù)培訓(xùn)力度，進(jìn)行理論與政策宣傳、開發(fā)與技術(shù)交流、應(yīng)用與經(jīng)驗(yàn)推廣、成果展示與等，以推動(dòng)教育教學(xué)改革，建立具有顯著職業(yè)特征的，高質(zhì)量、高效率、低消耗（低排放）全新的教育教學(xué)模式。

培訓(xùn)可以采取“請(qǐng)進(jìn)來(lái)、走出去”等多種途徑，包括聘請(qǐng)專家、專業(yè)技術(shù)人員來(lái)校講座、實(shí)地考察、共同研討建設(shè)方案；參加專門培訓(xùn)班等，多管齊下，提高教師應(yīng)用和開發(fā)虛擬仿真教學(xué)軟件的水平。

3.以研發(fā)項(xiàng)目為載體，帶動(dòng)虛擬仿真軟件開發(fā)和應(yīng)用實(shí)踐與研究

“項(xiàng)目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動(dòng)”不僅是有效的職業(yè)教學(xué)模式，也是開發(fā)與應(yīng)用虛擬仿真教學(xué)軟件的有效有段。仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)軟件是以實(shí)際崗位為背景的，整個(gè)教學(xué)、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容緊緊圍繞職業(yè)、崗位核心能力。如何實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)，如何滿足崗位需求，在進(jìn)行虛擬仿真軟件開發(fā)立項(xiàng)時(shí)，就直觀地?cái)[在了職業(yè)院校專業(yè)教師面前，項(xiàng)目研制老師會(huì)感到壓力，感到教學(xué)改革的必要性與提高職業(yè)院校教師實(shí)操技能的緊迫性。所以，以研發(fā)項(xiàng)目為載體，可以激發(fā)廣大職業(yè)院校教師自覺(jué)學(xué)技能、苦練真功夫的積極性。

四、以建設(shè)“仿真實(shí)訓(xùn)示范基地”為抓手，全面推進(jìn)虛擬仿真教學(xué)改革

“仿真實(shí)訓(xùn)示范基地”是中國(guó)教育技術(shù)協(xié)會(huì)仿真技術(shù)專委會(huì)于2008年啟動(dòng)的項(xiàng)目，旨在在仿真技術(shù)專委會(huì)的指導(dǎo)下，在IT企業(yè)的幫助與大力支持下，通過(guò)3~5年的努力，使“基地”在使用虛擬仿真技術(shù)開展仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)方面取得明顯的效果，成為使用現(xiàn)代教育技術(shù)促進(jìn)職業(yè)教育現(xiàn)代化的窗口，對(duì)中國(guó)職業(yè)教育尤其在技能實(shí)訓(xùn)現(xiàn)代化教學(xué)方面起到示范與引領(lǐng)作用。

在“仿真實(shí)訓(xùn)示范基地”的建設(shè)中，職業(yè)院校需重新優(yōu)化實(shí)訓(xùn)基地的布局，形成虛實(shí)結(jié)合的現(xiàn)代化技能實(shí)訓(xùn)模式，著力改善“實(shí)訓(xùn)成本高，效率低、資源消耗大、污染環(huán)境”等弊端，提高專業(yè)教師的教學(xué)設(shè)計(jì)能力和企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐能力，推進(jìn)高技能人才培養(yǎng)手段的信息化、現(xiàn)代化，同時(shí)形成校企合作新模式。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋強(qiáng).數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)中仿真軟件的調(diào)研分析[J].科技信息，2009(32).

[2]朱達(dá)凱.水利虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)的研究與實(shí)踐[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2010(19).

[3]趙士濱.高校實(shí)訓(xùn)教學(xué)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究[J].長(zhǎng)沙電力學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2001(1).

篇5

關(guān)鍵詞:環(huán)境工程;虛擬仿真;平臺(tái)建設(shè)

為加快提高本科教育質(zhì)量，2019年底教育部辦公廳公布了2019年度國(guó)家級(jí)和省級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)名單，認(rèn)定首批4054個(gè)國(guó)家級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)和6210個(gè)省級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)［1］。作為進(jìn)入榜單的省級(jí)一流環(huán)境工程專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，需要進(jìn)一步加強(qiáng)專業(yè)建設(shè)，持續(xù)提升本專業(yè)內(nèi)涵和建設(shè)水平，發(fā)揮一流專業(yè)的示范領(lǐng)跑作用，培養(yǎng)本專業(yè)一流人才，為學(xué)校“雙一流”建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)意義

國(guó)家《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020)年》提出深入推進(jìn)信息技術(shù)與高等教育實(shí)驗(yàn)的深度融合，將實(shí)驗(yàn)信息化作為高等教育系統(tǒng)性變革的內(nèi)生變量［2］，以高質(zhì)量實(shí)驗(yàn)助推高等教育質(zhì)量變軌超車，對(duì)培養(yǎng)高素質(zhì)人才，建設(shè)高等教育強(qiáng)國(guó)，具有十分重要的意義［3］。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)依托虛擬現(xiàn)實(shí)和人機(jī)交互等技術(shù)，使學(xué)生在虛擬場(chǎng)景中開展實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐［4］。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)任務(wù)是實(shí)現(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)不具備或難以完成的功能，在涉及高?；驑O端的環(huán)境、不可逆的操作，高消耗、高成本、大型訓(xùn)練等情況時(shí)，提供可靠、安全和經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目［5］。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)應(yīng)充分體現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合、能實(shí)不虛的原則［6］。

2建設(shè)思路

以環(huán)境工程省一流專業(yè)建設(shè)為契機(jī)，武漢工商學(xué)院環(huán)境與生物工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心以開源共享、在線學(xué)習(xí)的信息化方式推進(jìn)我校化學(xué)和污水處理類改革，以實(shí)驗(yàn)、開放的思想推動(dòng)化學(xué)和污水處理類教育更新;充分利用新媒體技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，創(chuàng)建開放共享平臺(tái)，回應(yīng)全媒體大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)于“終身學(xué)習(xí)”的需求［8］。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)以學(xué)生為中心，平臺(tái)全天候開放，以線上線下交互學(xué)習(xí)的模式，將化學(xué)和污水處理類相關(guān)理論課、實(shí)驗(yàn)課、課程設(shè)計(jì)和污水處理廠生產(chǎn)實(shí)習(xí)等環(huán)節(jié)，與仿真實(shí)驗(yàn)互通交叉進(jìn)行。在傳統(tǒng)課堂中，學(xué)生學(xué)習(xí)的知識(shí)理論性強(qiáng)，理解扁平化，通過(guò)在直觀、可視的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中實(shí)施設(shè)計(jì)實(shí)踐、構(gòu)思實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行操作、問(wèn)題解決過(guò)程，增加學(xué)習(xí)的趣味性，學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)不斷增強(qiáng)，對(duì)設(shè)計(jì)理念的掌握運(yùn)用逐步熟練，對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)的建立形成持續(xù)完善，實(shí)現(xiàn)對(duì)專業(yè)知識(shí)體系理解的“理性—感性—理性”螺旋提升，強(qiáng)化學(xué)生的問(wèn)題分析解決能力、綜合設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力。

3建設(shè)措施

3．1開發(fā)與利用實(shí)驗(yàn)資源

依托虛擬仿真技術(shù)研發(fā)公司提供的虛擬仿真產(chǎn)品及相關(guān)技術(shù)支持，項(xiàng)目用于學(xué)校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，并持續(xù)開發(fā)拓展項(xiàng)目?jī)?nèi)容及功能;充分發(fā)揮工程技術(shù)企業(yè)和信息技術(shù)企業(yè)在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中的積極作用，創(chuàng)新才人培養(yǎng)模式，強(qiáng)化大學(xué)生綜合能力訓(xùn)練，培養(yǎng)適合創(chuàng)新性國(guó)家建設(shè)的應(yīng)用型創(chuàng)新人才。湖北君集水處理公司是學(xué)校合作企業(yè)，為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目提供了大量的專業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、技術(shù)支持和經(jīng)費(fèi)支持。持續(xù)開發(fā)獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)《污水處理工藝虛擬仿真實(shí)驗(yàn)》軟件作為課程推進(jìn)的新動(dòng)力。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)涵蓋四個(gè)模塊:化學(xué)水質(zhì)檢測(cè)仿真實(shí)驗(yàn)室(含COD、BOD、總磷、總氮和污泥的仿真實(shí)驗(yàn)，包含演示，可用于預(yù)習(xí)，見圖1)，污水處理廠3D仿真培訓(xùn)(可用于學(xué)生認(rèn)知仿真實(shí)習(xí)或企業(yè)入職培訓(xùn)，見圖2)，污水處理工藝設(shè)計(jì)(見圖3)和仿真污水處理廠運(yùn)行(見圖4)。每個(gè)模塊化單元有其參數(shù)設(shè)置和設(shè)計(jì)計(jì)算等。

3．2建設(shè)化學(xué)和污水處理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)共享平臺(tái)

3．2．1建設(shè)門戶網(wǎng)站實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享門戶網(wǎng)站作為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)入口，各模塊包括首頁(yè)，項(xiàng)目描述，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，網(wǎng)絡(luò)相關(guān)要求等，首頁(yè)涵蓋通知公告、相關(guān)視頻、虛擬仿真平臺(tái)和仿真軟件展示等。通知公告便于師生及時(shí)掌握本行業(yè)相關(guān)賽事和講座信息;相關(guān)視頻有實(shí)驗(yàn)室安全知識(shí)講座、科技治污、各種宣傳片等;網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)支持學(xué)生開展專業(yè)討論、在線共享學(xué)習(xí)資料等，承擔(dān)隨時(shí)學(xué)習(xí)等功能［7］。污水處理仿真實(shí)驗(yàn)是在線開放共享的，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)時(shí)可以選擇不同的角色，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的分級(jí)管理，主要包括專家、教師和學(xué)生，不同級(jí)別用戶享有不同的使用權(quán)限，用以提高網(wǎng)絡(luò)的安全性［8］。3．2．2實(shí)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)功能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目構(gòu)架及研發(fā)技術(shù):通過(guò)3D仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬仿真。3D引擎在Windows平臺(tái)下通過(guò)DirectX技術(shù)實(shí)現(xiàn)3D渲染。通過(guò)骨骼動(dòng)畫、關(guān)鍵幀和序列幀動(dòng)畫制作3D動(dòng)畫。通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)(實(shí)時(shí)陰影，光照貼圖，凹凸貼圖等)和計(jì)算幾何學(xué)(碰撞檢測(cè)、射線檢測(cè)、剛體、流體模擬等)等實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象仿真。通過(guò)后臺(tái)模塊化模型的搭建和鏈接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)仿真。開發(fā)工具采用Unity3d作為3D引擎，采用C#語(yǔ)言并通過(guò)VisualStudio工具進(jìn)行程序開發(fā)。通過(guò)SVN，MicrosoftProject等工具進(jìn)行程序版本控制和項(xiàng)目管理。虛擬仿真管理平臺(tái)的開發(fā)語(yǔ)言是JAVA，開發(fā)工具是Eclipse跨平臺(tái)的自由集成開發(fā)環(huán)境(IDE)。服務(wù)器硬件設(shè)有專人專管，部署在實(shí)驗(yàn)室核心機(jī)房;制定了虛擬仿真平臺(tái)維護(hù)流程要求及維護(hù)記錄，安排專人與歐倍爾公司對(duì)接并將軟件持續(xù)改進(jìn)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)涵蓋對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的后臺(tái)維護(hù)人員和各類基礎(chǔ)信息進(jìn)行初始化、數(shù)據(jù)維護(hù)和功能設(shè)置，具體包括仿真程序教師端和仿真程序管理平臺(tái)，仿真程序教師端包括學(xué)員管理和考試管理，仿真程序管理平臺(tái)包括運(yùn)維管理和部署管理。學(xué)員管理包括設(shè)置教師和學(xué)生的基本信息，包括實(shí)驗(yàn)安排、實(shí)驗(yàn)結(jié)果存儲(chǔ)上傳與數(shù)據(jù)分析、實(shí)驗(yàn)操作評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)、實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)管理等功能;部署管理包括資料庫(kù)、實(shí)驗(yàn)交流、實(shí)驗(yàn)過(guò)程管理、和在線答疑等部分［7］。

3．3建立和完善實(shí)驗(yàn)與科研隊(duì)伍的培養(yǎng)制度

著力規(guī)范和加強(qiáng)教職工培訓(xùn)管理工作，明確按照學(xué)校建設(shè)發(fā)展的需要，“統(tǒng)籌規(guī)劃、合理安排”的基本原則，采用校內(nèi)與校外、國(guó)內(nèi)與國(guó)外培訓(xùn)相結(jié)合，形式多樣、有針對(duì)性、注重實(shí)效的方式來(lái)加強(qiáng)培訓(xùn)工作，確保建立起一支高水平的實(shí)驗(yàn)與科研隊(duì)伍。大力支持從事實(shí)驗(yàn)與科研隊(duì)伍人員相互學(xué)習(xí)、相互促進(jìn)、共同提高，研究成果和發(fā)表的相關(guān)論文及編寫的實(shí)驗(yàn)教材與同類科研成果一樣享受各種獎(jiǎng)勵(lì)。擔(dān)任有實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的新教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員上崗前必須經(jīng)過(guò)培訓(xùn)，過(guò)好實(shí)踐教學(xué)關(guān)，熟悉實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，了解掌握儀器設(shè)備性能和操作使用方法，掌握實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件的運(yùn)用，認(rèn)真?zhèn)湔n，撰寫指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的教案。同時(shí)，在指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)前必須完成預(yù)備實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行試講、試做，提供講稿、試做記錄，經(jīng)系、實(shí)驗(yàn)中心負(fù)責(zé)人組織審查確認(rèn)后可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)和指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。

4應(yīng)用情況

4．1學(xué)科競(jìng)賽

2020年第46屆世界技能大賽水處理技術(shù)項(xiàng)目交流賽(武漢)由武漢工商學(xué)院承辦［9］，結(jié)合疫情防控相關(guān)要求，虛擬仿真平臺(tái)模塊是其中5個(gè)考試模塊之一，占總成績(jī)的10%，每個(gè)模塊的設(shè)置充分考驗(yàn)選手設(shè)備安裝能力、操作熟練程度、實(shí)驗(yàn)進(jìn)程把握能力，以及界定、探索、解決不確定性問(wèn)題的能力;2020年第46屆世界技能大賽水處理技術(shù)項(xiàng)目湖北省線上集訓(xùn)也采用了虛擬仿真平臺(tái)，并且向參加的14所院校52名學(xué)生和10余名教練介紹和推薦了本校自主開發(fā)的虛擬仿真軟件;2020年第46屆世界技能大賽湖北省選拔賽水處理技術(shù)項(xiàng)目正式比賽中［10］，武漢工商學(xué)院學(xué)子分別取得了第一名和第二名的好成績(jī)。

4．2實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)

篇6

關(guān)鍵詞：虛擬DCS；仿真機(jī)；火電機(jī)組；控制系統(tǒng)

1 引言

隨著當(dāng)前火力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展創(chuàng)新及機(jī)組控制策略日趨復(fù)雜與完善，電力行業(yè)對(duì)電廠仿真培訓(xùn)系統(tǒng)（以下稱為仿真機(jī)）的要求也越來(lái)越高?？刂葡到y(tǒng)是仿真機(jī)的核心部分之一，仿真機(jī)控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)DCS(Distributed Control System)系統(tǒng)的相似程度直接決定了仿真機(jī)的質(zhì)量。傳統(tǒng)的主要依靠手工搭建來(lái)實(shí)現(xiàn)的控制仿真方式由于其實(shí)施效率低下，仿真精度低等缺陷，已經(jīng)越來(lái)越不滿足當(dāng)前仿真市場(chǎng)的需求。而虛擬DCS仿真機(jī)憑借其高效率、高模擬度、可擴(kuò)展、易修改更新等特點(diǎn)，已經(jīng)成為火電機(jī)組仿真的主要實(shí)現(xiàn)方式。

2虛擬DCS的概念

虛擬DCS(Virtual DCS)是相對(duì)于在過(guò)程工業(yè)系統(tǒng)中運(yùn)行的真實(shí)DCS而言的，火電機(jī)組仿真中所謂虛擬DCS，是指將實(shí)際DCS的組態(tài)數(shù)據(jù)直接輸入至仿真機(jī)或者轉(zhuǎn)換至仿真機(jī)能夠識(shí)別的格式，使其能直接模擬實(shí)際DPU的計(jì)算行為。通過(guò)這種模擬方式，脫離了DCS硬件系統(tǒng)，將實(shí)際DCS的邏輯及畫面組態(tài)再現(xiàn)于普通的計(jì)算機(jī)環(huán)境下，在保證與實(shí)際組態(tài)一致的前提下，大大提高了仿真機(jī)的實(shí)施及使用效率，降低了實(shí)施成本。并且由于采用了與實(shí)際DCS完全一致的邏輯組態(tài)，仿真機(jī)除了用于機(jī)組操作人員培訓(xùn)外，還可對(duì)電廠優(yōu)化運(yùn)行、機(jī)組改造，控制策略修改等起到良好的指導(dǎo)作用，避免實(shí)際機(jī)組可能存在的安全問(wèn)題。

根據(jù)仿真機(jī)對(duì)實(shí)際DCS的利用程度及實(shí)現(xiàn)方式的不同，虛擬DCS仿真方式大致可分為激勵(lì)式和翻譯式兩種。

激勵(lì)式——仿真機(jī)采用由DCS廠商提供的虛擬DCS仿真軟件或硬件并使用真實(shí)的DCS組態(tài)數(shù)據(jù)，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享接口或網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換及仿真操作來(lái)完成仿真機(jī)的功能。采用該種仿真方式能提供最高的逼真度，但軟硬件實(shí)施成本較高，與過(guò)程模型結(jié)合不夠緊密，無(wú)法完成復(fù)雜的仿真應(yīng)用功能。

翻譯式——在DCS組態(tài)完成之后，采用對(duì)DCS組態(tài)下載文件進(jìn)行解析并翻譯轉(zhuǎn)換的方式，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)轉(zhuǎn)換，在仿真平臺(tái)上再現(xiàn)DCS的功能。此種方式能提供極高的軟件功能逼真度，實(shí)現(xiàn)成本不高，由于與過(guò)程模型使用統(tǒng)一的仿真平臺(tái)，能夠完成比較復(fù)雜的仿真應(yīng)用功能。

由于DCS主要由分散式處理單元DPU(Distributed Process Unit)和操作員站人機(jī)界面HMI(Human Machine Interface)構(gòu)成，根據(jù)采用仿真方式的不同也相應(yīng)地各自分為兩種，由此排列組合，構(gòu)成了虛擬DCS仿真機(jī)的細(xì)致分類。目前比較通用的仿真機(jī)實(shí)現(xiàn)方式除了全激勵(lì)仿真機(jī)和全翻譯仿真機(jī)兩種，還包括采用翻譯式DPU和激勵(lì)式HMI相結(jié)合的方式，可稱之為半激勵(lì)式仿真機(jī)。

3虛擬DCS仿真機(jī)的實(shí)現(xiàn)

基于虛擬DCS技術(shù)的仿真機(jī)，就是將真實(shí)DCS在非DCS的通用和開放計(jì)算機(jī)軟件和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺(tái)上以某種形式再現(xiàn)。下文將以北京同方電子科技有限公司仿真支撐平臺(tái)DCOSE(Distributed Component Oriented Simulation Environment)為例，對(duì)其虛擬DCS仿真機(jī)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行介紹。

3.1 激勵(lì)式

激勵(lì)式虛擬DCS仿真主要包含兩個(gè)類型，即對(duì)整個(gè)DCS控制系統(tǒng)的全激勵(lì)和僅對(duì)操作員站HMI的半激勵(lì)。從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，這兩種類型的實(shí)現(xiàn)方式基本相同，主要是根據(jù)DCS控制廠商提供的數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口或者通訊協(xié)議，編寫仿真接口程序以實(shí)現(xiàn)仿真平臺(tái)與虛擬DPU或者虛擬HMI的通訊。

其中，對(duì)DPU的激勵(lì)需要在進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換的同時(shí)實(shí)現(xiàn)虛擬DPU的運(yùn)行、凍結(jié)、保存、和讀取工況等仿真功能，對(duì)HMI的激勵(lì)則只需要保證正常的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換即可。

圖1. 激勵(lì)式仿真機(jī)的結(jié)構(gòu)

3.2 翻譯式

翻譯式虛擬DCS仿真機(jī)的實(shí)現(xiàn)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：實(shí)際DCS的控制算法模塊實(shí)現(xiàn)、實(shí)際DCS邏輯組態(tài)數(shù)據(jù)的識(shí)別和翻譯、實(shí)際DCS操作員站HMI的解析和翻譯。

3.2.1 控制算法模塊

真實(shí)DCS系統(tǒng)邏輯組態(tài)以控制算法模塊作為最小組態(tài)單元。一個(gè)控制算法模塊實(shí)現(xiàn)了某個(gè)特定的控制算法，包含若干個(gè)輸入和輸出接口以及若干個(gè)算法的系數(shù)屬性。對(duì)于某些DCS系統(tǒng)，允許組合模塊，即將幾個(gè)模塊連接成組，作為一個(gè)功能更為復(fù)雜的算法模塊使用。

翻譯式虛擬DCS系統(tǒng)需要在仿真平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)所有真實(shí)DCS系統(tǒng)的算法模塊。根據(jù)面向?qū)ο蟮姆椒?，可以將一個(gè)算法模塊的算法屬性打包定義為一個(gè)打包點(diǎn)，稱為算法點(diǎn)，打包點(diǎn)的各個(gè)字段與算法的屬性一一對(duì)應(yīng)。這種設(shè)計(jì)有利于將實(shí)例化后的算法保存在數(shù)據(jù)庫(kù)或工況文件中。

具體的算法通過(guò)固定原型的函數(shù)實(shí)現(xiàn)，一個(gè)控制系統(tǒng)中的算法模塊均編譯鏈接并保存在一個(gè)或多個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中，每個(gè)算法有唯一的調(diào)用入口，入口參數(shù)的均為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的地址引用。算法模塊可以使用任何計(jì)算機(jī)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，如C/C+++或Fortran。一個(gè)DCS系統(tǒng)的算法組成了算法庫(kù)。

3.2.2 控制邏輯組態(tài)

真實(shí)DCS系統(tǒng)DPU通過(guò)裝載控制組態(tài)文件的形式實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算。從本質(zhì)上說(shuō)，控制組態(tài)文件描述了算法模塊的調(diào)用序列以及各個(gè)模塊之間的連接關(guān)系?？刂平M態(tài)文件包含如下信息：

* 組態(tài)描述信息，包括組態(tài)模塊在工程師站界面上的顯示位置，頁(yè)面大小等。

* 組態(tài)運(yùn)算信息，一般組態(tài)文件按照分頁(yè)方式組織，每頁(yè)包含若干模塊，組態(tài)文件中具體描述了每個(gè)模塊的調(diào)用順序、調(diào)用周期、優(yōu)先級(jí)、參數(shù)默認(rèn)值、及模塊之間輸入輸出關(guān)系等信息。

* 數(shù)據(jù)庫(kù)信息：包括各個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的信息等。

對(duì)控制邏輯組態(tài)的翻譯，即使用Visual C++等工具編程解析控制組態(tài)文件，根據(jù)具體DCS下載文件的特性，采用文本讀取、二進(jìn)制讀取、或者API訪問(wèn)等方式提取出有意義的信息，并將之分類處理，轉(zhuǎn)換為DCOSE仿真平臺(tái)可識(shí)別的Microsoft Visio文件格式并通過(guò)DCOSE仿真平臺(tái)中的自動(dòng)化建模工具，最終生成仿真平臺(tái)可識(shí)別的模塊算法調(diào)用序列文件(RTE文件)。這些文件的核心是一系列對(duì)資源模塊的調(diào)用，并有和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)聯(lián)信息。

仿真平臺(tái)計(jì)算引擎通過(guò)文件提供的靜態(tài)數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的動(dòng)態(tài)調(diào)用序列并執(zhí)行其計(jì)算功能，這個(gè)過(guò)程所我們稱之為裝載過(guò)程。通過(guò)對(duì)每個(gè)真實(shí)DPU生成相對(duì)應(yīng)的虛擬DPU運(yùn)算任務(wù)（裝載RTE文件后形成的進(jìn)程或線程），可將原本分散的DPU軟件集中在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行并統(tǒng)一調(diào)配及管理。

圖2. 虛擬DPU任務(wù)

在邏輯組態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，對(duì)于組態(tài)文件中描述的I/O點(diǎn)信息，也采用 面向?qū)ο蠓椒ǎ瑢/O點(diǎn)的所有屬性信息打包生成打包點(diǎn)，包括I/O點(diǎn)的類型、描述、限制以及各種報(bào)警信息。在組態(tài)文件翻譯過(guò)程中，I/O點(diǎn)打包點(diǎn)和算法點(diǎn)統(tǒng)一保存在仿真數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3.2.3 圖形操作畫面

操作員站的圖形操作畫面同樣作為圖形組態(tài)文件，由真實(shí)DCS系統(tǒng)提供的操作員站組態(tài)工具生成。各DCS所生成的圖形文件格式可能會(huì)有比較大的差別，但所包含的有效信息基本一致，主要包括靜態(tài)圖形和動(dòng)態(tài)圖形兩個(gè)部分。靜態(tài)圖形由點(diǎn)、直線、圓、橢圓、多邊形，多折線等基本的幾何形狀組成，每種幾何形狀附帶顏色、填充等屬性；動(dòng)態(tài)圖形是指靜態(tài)圖形的屬性與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)綁定后形成運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)，包括隱藏、顏色變化、閃爍等。

針對(duì)各種DCS系統(tǒng)不同的圖形文件格式，DCOSE提供了統(tǒng)一的翻譯方案，即將各種操作畫面圖形文件轉(zhuǎn)換生成SVG（Scalable Vector Graphic）圖形，并通過(guò)擴(kuò)展SVG圖元屬性，描述動(dòng)態(tài)行為。

目前SVG轉(zhuǎn)換程序支持如下的靜態(tài)圖形關(guān)鍵字：

：直線

：圓

：橢圓

：文本

：多邊形

：多折線

：矩形

：各種格式的子圖

：路徑，用于支持曲線

對(duì)于每一種圖形元素，支持位置和大小屬性x、y、width、height；顏色屬性stroke、fill。對(duì)于文本元素，則支持字體屬性font，對(duì)齊屬性text-anchor，字體大小font-size等。

此外，為了描述圖形之間的鏈接和跳轉(zhuǎn)，以及彈出子圖等操作，使用如下關(guān)鍵字：

：表示鏈接和跳轉(zhuǎn)，屬性target給出了鏈接的目標(biāo)，可以是一個(gè)新窗口”_new”表示彈出子圖，或原有窗口，表示跳轉(zhuǎn)。

為了表示一個(gè)圖形文件種使用的變量和函數(shù)，使用如下關(guān)鍵字：

：變量定義，通過(guò)name、type、size等屬性，描述變量的名稱、類型、長(zhǎng)度。

:函數(shù)定義，通過(guò)expression，type等屬性，描述函數(shù)的表達(dá)式，返回值類型等。

SVG圖形格式在描述動(dòng)態(tài)屬性方面有所不足，因此DCOSE擴(kuò)展增加了以下SVG的圖元屬性關(guān)鍵字，用于動(dòng)態(tài)屬性描述：

visible：圖形顯示/隱藏控制。

dynamic-fill：動(dòng)態(tài)填充

dynamic-stroke：動(dòng)態(tài)前景色

text-value：動(dòng)態(tài)文本顯示

dynamic-scale：動(dòng)態(tài)縮放

dynamic-path：動(dòng)態(tài)位移和旋轉(zhuǎn)

結(jié)合動(dòng)態(tài)屬性和變量、函數(shù)定義，就可以描述圖形動(dòng)態(tài)屬性。

結(jié)束語(yǔ)

隨著控制系統(tǒng)仿真機(jī)在發(fā)電行業(yè)的重要性日益提升，針對(duì)各主流控制系統(tǒng)的虛擬DCS研究也越來(lái)越深入，總體來(lái)說(shuō)，翻譯式仿真以其低成本，高仿真度，易實(shí)施等特性，已逐漸成為仿真機(jī)廠商的主要實(shí)施方式。

篇7

關(guān)鍵詞：虛擬數(shù)控；加工過(guò)程；仿真技術(shù)

虛擬數(shù)控的加工可以仿真出不同的加工方法與加工過(guò)程中應(yīng)用的材料，而且還可以顯示并評(píng)價(jià)出加工的具體結(jié)果，但是與此同時(shí)還存在著加工的形式較少及研究的范圍有一定的局限性。由于切削的系統(tǒng)是一個(gè)較復(fù)雜的加工系統(tǒng)，因此，在加工的過(guò)程仿真技術(shù)還具有一定的不成熟性，也就是在虛擬的數(shù)控加工過(guò)程中還存在著諸多的問(wèn)題需要解決。

1.在虛擬數(shù)控的加工過(guò)程中對(duì)仿真技術(shù)的主要分類

隨著科技的進(jìn)步，虛擬數(shù)控加工技術(shù)在制造業(yè)加工領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而仿真過(guò)程是虛擬的制造技術(shù)最關(guān)鍵的技術(shù)和最主要的核心內(nèi)容。物理的仿真技術(shù)與幾何的仿真技術(shù)是對(duì)虛擬數(shù)控的研究與探索的最主要的兩個(gè)方面。

1.1.對(duì)物理的仿真技術(shù)的解析

物理的仿真技術(shù)就是在對(duì)制造零部件進(jìn)行切削加工的過(guò)程中，把引起制造零部件物理變化的因素反映到虛擬的制造系統(tǒng)中，在實(shí)際的加工過(guò)程中，要先預(yù)測(cè)切削因素的種類，并分析出切削過(guò)程中產(chǎn)生的各種參數(shù)，且各參數(shù)數(shù)據(jù)間相互耦合。所以，在建模的過(guò)程中怎樣綜合看待數(shù)據(jù)參數(shù)及影響的原因，是在切削的過(guò)程中建模的最關(guān)鍵所在。

1.2.幾何的仿真技術(shù)的解析

在幾何的仿真加工過(guò)程中，并不考慮切削力與數(shù)據(jù)參數(shù)及別的原因?qū)η邢鞯募庸み^(guò)程的具體影響，只是仿真刀具及機(jī)床還有幾何體工件的相對(duì)的運(yùn)動(dòng)，可以檢驗(yàn)出出現(xiàn)的碰撞及所有干涉，能夠準(zhǔn)確的避免費(fèi)力及耗時(shí)的試切的全過(guò)程。

圖1 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成

2.數(shù)控的加工過(guò)程中存在的具體問(wèn)題

切削的加工過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)過(guò)程，在切削的加工過(guò)程中出現(xiàn)的機(jī)理研究及探索還沒(méi)有得到相應(yīng)的解決措施，致使了在加工仿真技術(shù)的過(guò)程中依然存在一定的不成熟技術(shù)，主要是由于在數(shù)控的加工過(guò)程中，所使用的不同的加工材料及應(yīng)用不同的加工手段，而且可以顯示出對(duì)評(píng)價(jià)的加工結(jié)果，這就直接導(dǎo)致了在虛擬的數(shù)控加工過(guò)程中出現(xiàn)的相應(yīng)的局限性。

2.1.仿真的模型具有較差的實(shí)用性

現(xiàn)在存在的仿真模型都是在一定的假象下做出的理想型模型，由于在加工的過(guò)程中存在著諸多的影響因素，并且對(duì)不同的影響因素之間又存在著強(qiáng)耦合的關(guān)系，所以，這就要求必須建立健全科學(xué)合理的模型加工的過(guò)程，以增加實(shí)際的系統(tǒng)及仿真的系統(tǒng)之間的飽和程度，這是在仿真模型的加工過(guò)程中必須要解決的重要問(wèn)題所在。

2.2.仿真的模型具有較差的通用性

現(xiàn)在存在的仿真模型一般都是根據(jù)具體的工況，根據(jù)工件的材料及加工的不同手段、不同的刀具種類及不同的機(jī)床種類，在一定的條件下加工完成的模型，因此，這種方式下加工過(guò)程的模型就具有較差的通用性，如果這時(shí)其中有數(shù)據(jù)參數(shù)需要進(jìn)行相應(yīng)的變化，加工的過(guò)程中模型就需要在一定程度上做出較大程度的修改。

2.3.模型并沒(méi)有與幾何的仿真技術(shù)進(jìn)行結(jié)合

在研究與探索的具體過(guò)程中，還存在著較為孤立的研究進(jìn)程，幾何的仿真技術(shù)與物理的仿真技術(shù)在具體的加工過(guò)程中并沒(méi)有充分的做好結(jié)合的工作。同時(shí)，還存在著在具體的加工過(guò)程中，并沒(méi)有應(yīng)用工件的材料，而是純幾何式的加工虛擬環(huán)境，現(xiàn)在應(yīng)用的仿真加工的形式較少，對(duì)研究及探索的范圍也就比較窄。

3.對(duì)總體結(jié)構(gòu)的仿真系統(tǒng)進(jìn)行解析

數(shù)控機(jī)床的具體加工系統(tǒng)是由幾部分組成，數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程是在代碼的帶動(dòng)下對(duì)工件實(shí)施切削的加工過(guò)程，要想完成數(shù)控的加工仿真的技術(shù)過(guò)程，就必須建立健全一套數(shù)控機(jī)床的幾何模型，并在此基礎(chǔ)上完善數(shù)控機(jī)床往運(yùn)動(dòng)模型發(fā)展的進(jìn)度，進(jìn)而完成數(shù)控機(jī)床加工的過(guò)程中仿真技術(shù)的應(yīng)用。

3.1.基本形式在裝配模型中的應(yīng)用

基本形式在裝配模型中的具體體現(xiàn)就是層次樹的和圖，這種基本形式能夠清晰表達(dá)出裝配體具體的組成關(guān)聯(lián)，同時(shí)在一定程度上也有利于在進(jìn)行裝配的序列規(guī)劃過(guò)程中的正確求解，但是卻存在著不能夠較容易的表達(dá)出各零件之間的相互配合關(guān)系，相反的，圖的結(jié)構(gòu)能夠更加容易的表達(dá)出各個(gè)零件之間的相互關(guān)系，而且可以提供出裝配體的其中一個(gè)零件到另一個(gè)零件存在的關(guān)系及相關(guān)的路徑，尤其適用于運(yùn)動(dòng)鏈與公差的實(shí)施解析，但是卻較難表達(dá)出各層次間的相互組成關(guān)系，而且結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜，不容易進(jìn)行維護(hù)，在實(shí)施操作上也較困難；幾何的模型具有與其他系統(tǒng)不同的裝配模型需要的要求，可以總體的分為：第一，對(duì)裝配的幾何關(guān)系進(jìn)行的具體描述；第二，裝配的拓?fù)潢P(guān)系的具體描述；第三，對(duì)零件的層次性進(jìn)行結(jié)構(gòu)的解析；幾何的模型具有一定程度的層次性，在沒(méi)有公差配合的情況下，能夠采取層次的結(jié)構(gòu)手段。

3.2.完善仿真模型技術(shù)的應(yīng)用

在系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程中，裝配體的表達(dá)方式是一棵樹的形式，樹的相關(guān)根節(jié)點(diǎn)所表示的就是用戶所需要的相應(yīng)的裝配體，零件在樹樁的結(jié)構(gòu)中使用的是較低層中的葉結(jié)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行表達(dá)，其中非葉結(jié)點(diǎn)的具置不會(huì)發(fā)生變化，也只有處在一個(gè)層次的裝置單元會(huì)產(chǎn)生約束位置的變化，處在不同層次的裝置單元會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的從屬關(guān)系的變化，這種仿真的模型在一定程度上具有操作簡(jiǎn)單、方便維護(hù)及存儲(chǔ)較小的具體特征。

結(jié)語(yǔ)：

現(xiàn)代虛擬的仿真技術(shù)，在發(fā)展的過(guò)程中要逐漸的將技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控的加工過(guò)程中，對(duì)仿真技術(shù)進(jìn)行不斷研究與探索，主要提升數(shù)控的加工仿真系統(tǒng)的相關(guān)質(zhì)量，建立健全仿真技術(shù)的整體結(jié)構(gòu)，逐漸實(shí)現(xiàn)仿真技術(shù)手段及方法的多樣性應(yīng)用，以加強(qiáng)模型仿真技術(shù)的適應(yīng)性與可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉金環(huán)，王占平，李雪薇.數(shù)控加工專業(yè)課程體系建設(shè)方案的研究與實(shí)施――技校系列[J].中國(guó)科技博覽，2009（30）

[2]趙艷麗，仲偉滬，陳福建.淺談數(shù)控加工仿真系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用[J].職業(yè)，2012（21）

篇8

1虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)在高等院校的計(jì)算機(jī)課程中占有重要地位，但是在高校的授課過(guò)程中，普遍存在著重理論、輕實(shí)踐的傾向。針對(duì)目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容不系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)硬件設(shè)備缺乏等問(wèn)題，結(jié)合學(xué)院實(shí)驗(yàn)室自身情況，構(gòu)建了基于虛擬仿真技術(shù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建內(nèi)容包括虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室軟硬件建設(shè)、虛擬仿真教學(xué)資源的建設(shè)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)共享平臺(tái)的建設(shè)3個(gè)部分?；谔摂M仿真技術(shù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室結(jié)合高校教育的實(shí)際情況，將網(wǎng)絡(luò)方面的理論知識(shí)通過(guò)軟件模擬來(lái)實(shí)現(xiàn)，讓學(xué)生在實(shí)踐的過(guò)程中更深入地掌握網(wǎng)絡(luò)方面的基礎(chǔ)理論知識(shí)，使學(xué)生能清楚地理解和掌握網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和協(xié)議，通過(guò)編輯各種協(xié)議的數(shù)據(jù)包深入學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部原理。

1.1虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室軟硬件建設(shè)學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室與吉林中軟吉大信息技術(shù)有限公司合作，將網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真教學(xué)系統(tǒng)引入到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了新的教學(xué)方法和手段。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室硬件部分由主控中心平臺(tái)、智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和組控設(shè)備構(gòu)成，用于搭建實(shí)驗(yàn)所需的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，可以靈活實(shí)現(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，設(shè)備硬件連接圖如圖1所示。主控中心平臺(tái)是本系統(tǒng)的硬件核心，由專用高性能服務(wù)器和中心設(shè)備構(gòu)成，為實(shí)驗(yàn)環(huán)境提供各種系統(tǒng)服務(wù)，保障網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)完整和實(shí)驗(yàn)用戶數(shù)的有效擴(kuò)展，為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)提供FTP、DNS、DHCP等服務(wù)、實(shí)驗(yàn)室管理服務(wù)。智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備用于構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)硬件結(jié)構(gòu)，提供網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的自動(dòng)化管理。通過(guò)按動(dòng)智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的“Topology”按鈕，就可以在所有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中循環(huán)切換，從而有效避免更改網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時(shí)頻繁插拔網(wǎng)線的問(wèn)題，同時(shí)通過(guò)集聯(lián)控制按鈕“Team”設(shè)置智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的集聯(lián)控制模式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)所有實(shí)驗(yàn)組網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一鍵式切換。組控設(shè)備是系統(tǒng)專用硬件。每個(gè)組控設(shè)備由6個(gè)共享模塊構(gòu)成，配合智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；具有數(shù)據(jù)采集、動(dòng)態(tài)緩沖區(qū)分配、均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載等功能。每臺(tái)組控設(shè)備連接6臺(tái)學(xué)生實(shí)驗(yàn)機(jī)器，其角色分別定義為A、B、C、D、E、F。根據(jù)實(shí)驗(yàn)不同，每個(gè)角色有不同的分工。目前該系統(tǒng)支持5種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容的不同，切換到不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，例如網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一效果圖如圖2所示。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室軟件部分由協(xié)議仿真編輯器、協(xié)議分析器和其它工具軟件構(gòu)成。仿真編輯器可以模擬TCP/IP協(xié)議族中多種協(xié)議的數(shù)據(jù)包；協(xié)議分析器可以捕獲仿真編輯器發(fā)送的數(shù)據(jù)包，以及網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，并將常用協(xié)議的通訊過(guò)程以會(huì)話圖解的形式直觀展示出來(lái)；工具軟件包括UDP工具、組播工具等輔助教學(xué)的專用軟件。目前，實(shí)驗(yàn)室的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真教學(xué)系統(tǒng)擁有7組組控設(shè)備，每組6臺(tái)機(jī)器，可以同時(shí)容納42名學(xué)生進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，每組同學(xué)需要相互協(xié)作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)了學(xué)生之間的學(xué)習(xí)交流能力，充分鍛煉了學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真教學(xué)系統(tǒng)作為一門獨(dú)立的課程體系，以實(shí)驗(yàn)為主，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動(dòng)性和設(shè)計(jì)能力，能夠拓寬學(xué)生的思路，達(dá)到真正的教學(xué)互動(dòng)。同時(shí)利用BosonNetSimforCCNP和思科模擬器CiscoPacketTracer仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件，可以模擬搭建局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境，在仿真軟件中進(jìn)行模擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)。另外，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室前期購(gòu)買了多臺(tái)Cisco交換機(jī)、Cisco路由器、網(wǎng)絡(luò)防火墻和多路模擬電話交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，能夠模擬局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的運(yùn)行環(huán)境，用于學(xué)生在開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中使用。

1.2虛擬仿真教學(xué)資源的建設(shè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是綜合性很強(qiáng)的學(xué)科，既有硬件實(shí)驗(yàn)又有軟件實(shí)驗(yàn)，兩者密切結(jié)合，不可分割，先實(shí)物再理論后應(yīng)用的教學(xué)模式，更有利于學(xué)生的理解。教學(xué)資源的建設(shè)應(yīng)該加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的力度，深入理解課程核心知識(shí)內(nèi)容，認(rèn)真選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，制定詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，選擇數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層等重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。把實(shí)驗(yàn)分為操作性、設(shè)計(jì)性、分析性和創(chuàng)新性等類型，著力構(gòu)建“厚基礎(chǔ)、重應(yīng)用”的人才培養(yǎng)模式。通過(guò)對(duì)理論課程教學(xué)知識(shí)體系結(jié)構(gòu)的分析，結(jié)合學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室自身軟硬件條件，對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)大綱進(jìn)行了修訂，部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容進(jìn)行了更新，有選擇地加入了CCNA課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真教學(xué)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置如表1所示。各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置及內(nèi)容說(shuō)明如下：實(shí)驗(yàn)1：帶領(lǐng)學(xué)生參觀網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室，建立起計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)初步的概念，了解該網(wǎng)絡(luò)由哪些硬件設(shè)備構(gòu)成（設(shè)備名稱、功能、主要技術(shù)指標(biāo)）；掌握局域網(wǎng)中電纜線的作用及使用雙絞線作為傳輸介質(zhì)實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)連接的方法。學(xué)會(huì)制作2種類型的RJ-45接頭。掌握在Windows系統(tǒng)中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置及在Windows系統(tǒng)中進(jìn)行TCP/IP協(xié)議配置。熟悉使用ping、ipconfig、tracert等命令工具來(lái)進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)2：學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真教學(xué)系統(tǒng)環(huán)中進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生理解以太網(wǎng)MAC幀格式的2種標(biāo)準(zhǔn)，掌握以太網(wǎng)的報(bào)文格式、MAC地址的作用、MAC廣播地址的作用、掌握LLC幀報(bào)文格式和仿真編輯器和協(xié)議分析器的使用方法。實(shí)驗(yàn)3：學(xué)生通過(guò)虛擬仿真軟件自行設(shè)計(jì)并模擬搭建局域網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境，掌握局域網(wǎng)中交換機(jī)的基本配置方法，能夠?qū)粨Q機(jī)進(jìn)行VLAN（虛擬局域網(wǎng)）的劃分。使學(xué)生能夠掌握局域網(wǎng)運(yùn)行特點(diǎn)及搭建過(guò)程，掌握交換機(jī)VLAN的作用和劃分方法。實(shí)驗(yàn)4：學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真教學(xué)系統(tǒng)環(huán)境中進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生掌握ARP協(xié)議的報(bào)文格式和工作原理，理解ARP高速緩存的作用和緩存表的維護(hù)過(guò)程。實(shí)驗(yàn)5：學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真教學(xué)系統(tǒng)環(huán)境中進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生理解特殊IP地址的含義和IP分片過(guò)程；掌握IP數(shù)據(jù)報(bào)的報(bào)文格式、IP校驗(yàn)和計(jì)算方法、子網(wǎng)掩碼和路由轉(zhuǎn)發(fā)。實(shí)驗(yàn)6：學(xué)生通過(guò)虛擬仿真軟件自行設(shè)計(jì)并模擬搭建廣域網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境，掌握廣域網(wǎng)運(yùn)行特點(diǎn)、路由器的配置方法、路由選擇協(xié)議的工作原理和設(shè)置方法，使學(xué)生綜合學(xué)習(xí)路由器操作系統(tǒng)IOS操作、路由選擇協(xié)議、路由配置方法、子網(wǎng)劃分、超網(wǎng)構(gòu)造、網(wǎng)絡(luò)診斷及路由器操作命令等知識(shí)。實(shí)驗(yàn)7：學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真教學(xué)系統(tǒng)環(huán)境中進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生掌握TCP協(xié)議的報(bào)文格式、TCP連接的建立和釋放過(guò)程、TCP數(shù)據(jù)傳輸中編號(hào)與確認(rèn)的過(guò)程、TCP協(xié)議校驗(yàn)和的計(jì)算方法、理解TCP重傳機(jī)制的工作原理。實(shí)驗(yàn)8：理解Socket的基本概念和原理，掌握Socket的建立、監(jiān)聽、連接、發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)綜合了高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信協(xié)議、運(yùn)輸層相關(guān)原理及Socket編程思想、方法等知識(shí)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)后，需進(jìn)行計(jì)劃內(nèi)課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。課程設(shè)計(jì)教學(xué)是在學(xué)完計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程之后綜合利用所學(xué)知識(shí)，完成一個(gè)具有一定難度的綜合設(shè)計(jì)題目。通過(guò)課程設(shè)計(jì)訓(xùn)練，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的分析問(wèn)題能力、軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力、用戶界面的設(shè)計(jì)能力、程序設(shè)計(jì)的基本技能和技巧。在計(jì)劃內(nèi)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)外，學(xué)生還可以選做實(shí)驗(yàn)室提供的開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。之前在BonsonNetSim和CiscoPacketTracer虛擬仿真軟件環(huán)境中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，可以用交換機(jī)、路由器等硬件設(shè)備搭建網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)踐操作技能。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真教學(xué)系統(tǒng)中除了實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中開設(shè)的計(jì)劃實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目外，還提供了應(yīng)用層協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)攻防、網(wǎng)絡(luò)故障分析和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)等方面的開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，從全方位、多角度對(duì)學(xué)生計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)技能進(jìn)行訓(xùn)練，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉了學(xué)生獨(dú)立思考、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。通過(guò)多層次，全方位的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和工程訓(xùn)練，學(xué)生可以更好的學(xué)習(xí)和掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部原理，實(shí)踐教學(xué)課程體系層次結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1.3虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)共享平臺(tái)建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)共享平臺(tái)依托于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真教學(xué)系統(tǒng)，平臺(tái)包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理信息系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)兩部分。管理信息系統(tǒng)安裝于主控中心平臺(tái)，教師通過(guò)教師機(jī)以Web頁(yè)面形式訪問(wèn)管理信息系統(tǒng)，能夠輔助教師更好的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理。通過(guò)該系統(tǒng)，教師可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)報(bào)告管理、實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)管理、實(shí)驗(yàn)信息管理、實(shí)驗(yàn)方案管理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理和實(shí)驗(yàn)公告信息管理。實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)安裝于學(xué)生客戶端，學(xué)生上機(jī)時(shí)可以將教師在管理信息系統(tǒng)中安排的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)公告等信息同步下載到學(xué)生客戶端，能夠輔助學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，提供實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境的軟支撐。該平臺(tái)是指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的教學(xué)平臺(tái)，輔助教師授課，并將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所需要的各種輔助工具、實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)講解、實(shí)驗(yàn)過(guò)程指南、實(shí)驗(yàn)思考問(wèn)題等內(nèi)容集成在平臺(tái)中，為學(xué)習(xí)者提供便捷的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，從而提高學(xué)習(xí)效率。

2網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室對(duì)理論教學(xué)的影響

實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)是平行而又相互協(xié)調(diào)、相輔相成的，具有相等重要地位，是培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)課程是理論課程的延伸，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、解決實(shí)際問(wèn)題、加深對(duì)網(wǎng)絡(luò)理論知識(shí)的理解和應(yīng)用起著非常重要的作用。新建設(shè)的虛擬仿真網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室有先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、完善的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱、完整的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容教學(xué)體系，對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程理論教學(xué)有較大影響。1）虛擬仿真網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室給網(wǎng)絡(luò)課程提供了實(shí)驗(yàn)操作的物質(zhì)基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式促進(jìn)了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程跟其他專業(yè)的課程有所不同，它需要系統(tǒng)掌握一套理論，然后進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證和思考，如果只講理論，沒(méi)有配套的實(shí)驗(yàn)課程，教學(xué)效果會(huì)不理想。2）虛擬仿真網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)可以提高教師教學(xué)水平。當(dāng)代社會(huì)電子產(chǎn)品淘汰非?？?，包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，但理論基礎(chǔ)卻長(zhǎng)期不變。如果沒(méi)有實(shí)驗(yàn)室，教師也只能一再重復(fù)教學(xué)理論，不了解最新設(shè)備特點(diǎn)，知識(shí)不能及時(shí)更新，教師能力成長(zhǎng)速度緩慢。3）實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)有利于提升學(xué)?？蒲心芰?。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)研究很多都是在理論創(chuàng)新的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，沒(méi)有實(shí)驗(yàn)室就無(wú)法驗(yàn)證，理論創(chuàng)新就無(wú)說(shuō)服力，科研能力就得不到提高。由于現(xiàn)代社會(huì)對(duì)人才的需求越來(lái)越高，不但要求學(xué)生具備一定的知識(shí)，更要求學(xué)生具備一定的能力。需要把理論教學(xué)轉(zhuǎn)換為實(shí)際動(dòng)手能力，只有在不斷的實(shí)驗(yàn)中嘗試、摸索、更正后才能具備敏銳的觀察力和敏捷的判斷能力。

3結(jié)束語(yǔ)

篇9

公司技術(shù)優(yōu)勢(shì)

公司產(chǎn)品是通過(guò)綜合性技術(shù)整合平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)，是通過(guò)工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)與3D/U3D技術(shù)、軟件工程技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、視覺(jué)圖形技術(shù)、仿真技術(shù)、人機(jī)互動(dòng)技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)相結(jié)合，再造虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）工業(yè)生產(chǎn)工藝流程，通過(guò)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)及VR硬件為用戶提品應(yīng)用。產(chǎn)品在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制、虛擬仿真軟件開發(fā)、VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)等領(lǐng)域累計(jì)已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利7項(xiàng)、軟件著作權(quán)9項(xiàng)，在申請(qǐng)中發(fā)明專利11項(xiàng)、軟件著作權(quán)61項(xiàng)。

公司自創(chuàng)立以來(lái)就一直堅(jiān)持技術(shù)型導(dǎo)向，始終以科研的態(tài)度堅(jiān)持自主創(chuàng)新，技術(shù)實(shí)力和研發(fā)水平行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先，主要產(chǎn)品和技術(shù)均擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，獨(dú)創(chuàng)了工業(yè)生產(chǎn)全流程虛擬仿真實(shí)訓(xùn)軟件開發(fā)平臺(tái)及衍生產(chǎn)品開發(fā)模式，通過(guò)與行業(yè)技術(shù)研究所、知名院校建立了良好的產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系，在每個(gè)工業(yè)生產(chǎn)全流程虛擬仿真實(shí)訓(xùn)軟件開發(fā)完成的基礎(chǔ)上，衍生出工業(yè)能源管控、工業(yè)大氣治理、工業(yè)安全生產(chǎn)、工業(yè)專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)等多系列產(chǎn)品。公司承建的武漢科技大學(xué)、北京科技大學(xué)、重慶科技學(xué)院、華北理工大學(xué)等多所高校虛擬仿真中心被評(píng)為教育部國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心，邯鋼技校虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心、甘肅鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)校（酒鋼職工大學(xué)）虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心被評(píng)為省市級(jí)專業(yè)示范教育基地，河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院的鋼鐵廠、電廠能源管控虛擬仿真軟件做為河北省33所高職院校聯(lián)合實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)。

公司所開發(fā)的轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)仿真實(shí)訓(xùn)軟件，經(jīng)過(guò)國(guó)家教育部科技發(fā)展中心查新工作站的全面查新，于2014年1月經(jīng)國(guó)家一級(jí)學(xué)會(huì)中國(guó)金屬學(xué)會(huì)組織專家進(jìn)行了冶金工業(yè)科技成果鑒定，鑒定結(jié)果為該產(chǎn)品達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

擁有全部自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的仿真平臺(tái)集成了操控模型、工藝模型和人機(jī)交互技術(shù)，它實(shí)現(xiàn)了鋼鐵生產(chǎn)全過(guò)程虛擬化、可視化，將鋼廠搬進(jìn)了教室、將原理豐富成了現(xiàn)象，讓真實(shí)生產(chǎn)操控變成可能，既是企業(yè)、高校培養(yǎng)高水平工程型人才的基礎(chǔ)，也是進(jìn)行探索性科研實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)。對(duì)于創(chuàng)新教育模式，完善人才培養(yǎng)體系是極大的補(bǔ)充；對(duì)冶金工程技術(shù)人才的培養(yǎng)、教學(xué)模式的創(chuàng)新都有著重要推動(dòng)作用，有著顯著的社會(huì)意義。

公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)優(yōu)勢(shì)

公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)由專業(yè)博士后帶隊(duì)，碩士以上學(xué)歷人員占公司員工總數(shù)超過(guò)25%。公司聘請(qǐng)了十幾位行業(yè)帶頭人、知名專家學(xué)者、教授、博導(dǎo)、高工組成了公司技術(shù)專家團(tuán)隊(duì)為產(chǎn)品研發(fā)提供技術(shù)支持，同時(shí)公司與北京科技大學(xué)、武漢安全環(huán)保研究院、國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局中國(guó)安全生產(chǎn)協(xié)會(huì)相關(guān)行業(yè)分會(huì)、安徽工業(yè)大學(xué)、重慶科技學(xué)院、中國(guó)金屬學(xué)會(huì)等相關(guān)知名高校及科研院所合作，不斷拓展新的產(chǎn)品領(lǐng)域。

公司品牌優(yōu)勢(shì)

鋼鐵生產(chǎn)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)軟件，獲得中國(guó)金屬學(xué)會(huì)和相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域?qū)＜业母叨仍u(píng)價(jià)及廣泛的應(yīng)用。中國(guó)金屬學(xué)會(huì)先后多次組織專家對(duì)北京金恒博遠(yuǎn)冶金技術(shù)發(fā)展有限公司開發(fā)的煉鋼仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)進(jìn)行了認(rèn)真的比對(duì)、審查，最終認(rèn)定北京金恒博遠(yuǎn)煉鋼仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)符合國(guó)內(nèi)鋼廠生產(chǎn)實(shí)際、能反映當(dāng)前工藝技術(shù)要求，為我國(guó)冶金多媒體教學(xué)軟件的自主開發(fā)與應(yīng)用，促進(jìn)我國(guó)鋼鐵行業(yè)技能培訓(xùn)、競(jìng)賽模式的創(chuàng)新與國(guó)際化做出了很大的貢獻(xiàn)。并于2013年9月運(yùn)用北京金恒博遠(yuǎn)煉鋼虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)軟件在北京舉辦了首屆全國(guó)模擬煉鋼大賽、2016年9月在寧波舉辦寧鋼杯全國(guó)轉(zhuǎn)爐模擬煉鋼大賽，獲得了圓滿的成功。

篇10

關(guān)鍵詞：校企合作 虛擬仿真 交互操作 職教特色

一、概述

在基于工作過(guò)程系統(tǒng)化的課程開發(fā)理念的指引下，為了服務(wù)《汽車電氣與檢測(cè)系統(tǒng)》和《汽車舒適娛樂(lè)與安全系統(tǒng)檢修》課程的具體教學(xué)需求，強(qiáng)化對(duì)學(xué)生技能的培養(yǎng)，長(zhǎng)春職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車分院與上海景格汽車科技有限公司合作開發(fā)了《奧迪電氣故障診斷虛擬實(shí)訓(xùn)軟件》，這是在示范校建設(shè)過(guò)程中所取得的一項(xiàng)成果。

該軟件通過(guò)真實(shí)維修過(guò)程的在線，突出了實(shí)踐技能的培養(yǎng)，體現(xiàn)職教特色；軟件中強(qiáng)調(diào)訓(xùn)練步驟，強(qiáng)化形成性練習(xí)與養(yǎng)成性習(xí)慣，培養(yǎng)維修思路，讓學(xué)生清晰的掌握故障診斷全過(guò)程的技術(shù)要領(lǐng)。不在車間，勝似車間。使虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)由簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)操作對(duì)汽車各部件進(jìn)行裝配、原理分析、儀器儀表使用、檢測(cè)和維修。

世界領(lǐng)先的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、令人耳目一新的3D虛擬汽車維修場(chǎng)景、實(shí)時(shí)在線的檢測(cè)技術(shù)、靈活多樣的教學(xué)方法、模擬儀器的展示和豐富的維修資料，真實(shí)再現(xiàn)了奧迪A6汽車照明系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)、中控門鎖、組合儀表、雨刮系統(tǒng)、起動(dòng)系統(tǒng)、自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)等8個(gè)系統(tǒng)共計(jì)45個(gè)典型工作任務(wù)的維修工作，有效利用各種教學(xué)資源和教學(xué)情境，創(chuàng)設(shè)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過(guò)程的真實(shí)性、實(shí)用性，以提高教學(xué)效果，為汽車專業(yè)課程提供了仿真實(shí)踐平臺(tái)，滿足汽車維修專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的需要。

二、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)必要性

1．節(jié)約辦學(xué)成本投入――普通教育的2.6倍；實(shí)物實(shí)訓(xùn)基地。

2．解決教育資源短缺――招生-投入；生均圖書、儀器設(shè)備。

3．支撐人才培養(yǎng)模式――工學(xué)結(jié)合、校企合作、頂崗實(shí)習(xí)。

4．補(bǔ)正現(xiàn)實(shí)教學(xué)不足――理論講述-實(shí)習(xí)崗位不足-動(dòng)態(tài)更新。

5．突破教學(xué)難點(diǎn)重點(diǎn)――微觀-宏觀-隱藏-工藝流程-運(yùn)行過(guò)程。

6．提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣――職校生特點(diǎn)：互動(dòng)-形象-生動(dòng)-直觀。

7．推動(dòng)優(yōu)質(zhì)資源共享――遠(yuǎn)程傳輸-數(shù)字化傳播-跨時(shí)空使用。

8．促進(jìn)國(guó)家教育公平――社會(huì)公共服務(wù)資源均等化。

三、虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的使用價(jià)值

1．職教特色。所有的項(xiàng)目設(shè)計(jì)以?shī)W迪A6汽車為載體和職業(yè)需求為本，突出實(shí)踐技能，體現(xiàn)職教特色。采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)圖形(CG)技術(shù)、虛擬技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)和模擬汽車故障診斷操作過(guò)程。實(shí)訓(xùn)車型采用奧迪A6（2000款），實(shí)訓(xùn)內(nèi)容涵蓋汽車電氣系統(tǒng)具備故障診斷實(shí)訓(xùn)示范和實(shí)訓(xùn)練習(xí)功能。故障診斷實(shí)訓(xùn)示范通過(guò)選擇指定的故障點(diǎn)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)；故障診斷實(shí)訓(xùn)練習(xí)通過(guò)選擇故障癥狀并隨機(jī)產(chǎn)生故障點(diǎn)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。

2．技能培養(yǎng)。虛擬實(shí)訓(xùn)是對(duì)工作過(guò)程的實(shí)際再現(xiàn)具有完整準(zhǔn)確的技術(shù)把握，激發(fā)了學(xué)生探究問(wèn)題的潛能。強(qiáng)化形成性練習(xí)，強(qiáng)調(diào)訓(xùn)練步驟與養(yǎng)成性習(xí)慣，培養(yǎng)職業(yè)技能。

3．交互操作。所有的項(xiàng)目均突出同學(xué)們親身參與，使理論與實(shí)踐相結(jié)合，運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真軟件理解汽車維修技術(shù)的能力。

4．直觀再現(xiàn)。結(jié)構(gòu)仿真與原理演示是對(duì)工作場(chǎng)景的仿真再現(xiàn)，因而具有身臨其境的真實(shí)感受，提高真實(shí)性與學(xué)習(xí)效果。

四、知識(shí)產(chǎn)權(quán)

校企雙方共同開發(fā)教學(xué)資源，共同享有知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

五、提高老師的教學(xué)能力及教學(xué)水平

1．以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際為依托，虛擬再現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)操作過(guò)程，提高了教師對(duì)當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)變化的認(rèn)知速度；突出了學(xué)生崗位操作核心技能。

2．展示了新廠房、新設(shè)備、新工藝、新儀表、新材料等當(dāng)前發(fā)生的新鮮事，開闊了廣大專業(yè)教師的眼界與視野，更新了教學(xué)內(nèi)容。

3．將帶動(dòng)職業(yè)教育實(shí)訓(xùn)教學(xué)的改革，為教師主動(dòng)推出最新實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革方案。

4．將極大縮小學(xué)校對(duì)學(xué)生技能培養(yǎng)規(guī)格與企業(yè)對(duì)任職人員技能標(biāo)準(zhǔn)之間偏差。

5．將推動(dòng)職業(yè)院校教師積極參加校企合作開發(fā)教學(xué)資源建設(shè)。

六、開發(fā)軟件步驟及進(jìn)展情況

1．進(jìn)行了奧迪A6汽車仿真軟件的需求分析，進(jìn)行實(shí)車拆裝工作。

2．汽車零部件的仿真建模。

3．汽車故障點(diǎn)的分析與情境設(shè)置。

4．汽車故障點(diǎn)的設(shè)計(jì)與分析。

5．仿真腳本語(yǔ)言的編寫。

6．?dāng)z像工作與配音語(yǔ)言編寫工作。