仿真技术论文模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇仿真技术论文，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

multisim13是一款专用于电子线路仿真的软件，是计算机上虚拟出的一个电子工作平台。它拥有丰富的元件库和仪器库，采用直观的图形界面创建电路，按下仿真按钮就可仿真电路的运行状态。软件中的虚拟仪器控制面板外形、操作方式都与实物相似并可实时显示测量结果，元件库中的三维元件和实物相似，让使用者有身临其境的真实感受。

（二）multisim13引入教学的必要性

笔者认为，基于动手的学习是帮助学生巩固理论概念并让他们为开发未来工业应用或开展先进的科研项目做好准备的最佳方法。任何成功的职业道路或者人生决定往往是受到启发的，参与和准备就是将这种启发变成真正可实现的东西。启发孩子以职业运动员为梦想非常简单，只要打开电视或去看一场现场的专业体育赛事。这个道理同样适用于激励学生成为一个电子工程师。我们对未来科学家和工程师的教育方式往往只局限于与实践脱节的纯理论和公式，即使燃烧最旺盛的火苗也会被这种教育方式所熄灭。而让学生参与实际的开发，又受到现实条件的限制，multisim13恰恰提供了这样一个折中的方案：以课堂学习技能为主，一个与工业应用相衔接的平台为辅，两者结合可帮助学生为应对未来的重大挑战做好准备。multisim13是将工业标准的技术集成到一个专门针对教学而设计的平台中，学生可以结合基于工业技术的教学硬件平台和教学实验室虚拟仪器套件来学习基本的工程和系统设计概念。将multisim13引进课堂，可以将抽象的、空洞的理论教学变为动态的、可视的直观演示，这不但可以有效地增强学生对电路工作状态的感性认识，提高课堂教学效率，还可以激发学生的学习兴趣，克服学生的畏难情绪。学生自己可以在电子平台上按照自己的想法随意设计电路，仿真印证自己的设想，培养了学生设计电路的创新意识；在multisim13电子平台下，可以先观察实验现象，然后带着疑问、好奇探究现象背后的理论与规律。这样顺应认知规律，提高了学生学习兴趣和对知识的理解程度。

二、multisim13在教学中应用实例

(一)传统二极管结构和单向导电性讲授过程

利用PPT图片展示一个二极管结构示意图，语言表述“将PN结两端各引出一个电极，并加以封装就制成了一个二极管”；给出二极管的电路符号。二极管重要特性就是单向导电性，流过电流的方向就是符号箭头所指的方向，二极管的导通电压锗管0.3，硅管0.7V。

（二）采用

multisim13进行课堂教学过程在multisim13元件库中调出3D虚拟器件，如图2所示。“将PN结两端各引出一个电极，并加以封装就制成了二极管”。对于图中U4管，灰环的一侧是阴极，另外一侧是阳极；对于直插的发光二极管U5，长引脚的是正极，短的是阴极；也可以仔细观察管子内部的电极，较小的是阳极，大的类似于碗状的是阴极。在软件电子平台上调出电阻、二极管、开关和万用表搭成图3所示电路。故意将二极管接反向电压，双击两块万用表，弹出图示右侧的显示表盘，按下仿真按钮。这时提醒学生注意：电流表示数为0，说明电路没有通，“为什么”。吸引学生注意力的同时教师将二极管转向，阳极接电源正极，阴极接电源负极，按仿真按钮，电流表示数为2.429mA，电压表示数为581.428mV，说明二极管导通。这时点题：（1）这就是二极管单向导电性：只有阳极接电源正极（高电位）阴极接电源负极（低电位）才能够导通。（2）导通电压在0.7V左右。进一步提问，电阻起什么作用？不放电阻可以么？带着问题修改电路：二极管换成LED发光管，如图4所示，电阻选择4.7K，按下仿真按钮，LED灯根本没亮！但是电流值为2.139mA，压降是1.711V；将电阻换成1.0K，再一次仿真灯亮了！电流值为10.209mA、电压值为1.791V。

（三）两种教学方法的比较

通过对两种教学过程的对比发现，通过仿真平台进行课堂教学，学生可以获得更多的信息量，比如二极管的实物形态、二极管的导通电压并不一定是0.7V、发光二极管并不是导通就发光、二极管在电路中必须配合限流电阻来使用等。传统教学采用语言描述来传递知识，优点是讲课速度快，但是文字、语言信息很难在学生头脑中建立明确的形象概念，也缺乏学生的思考和参与。引入multisim13辅助教学，可通过multisim13组建电路进行仿真，让学生看到生动的现象，将枯燥的语言符号变成了鲜活的现象过程，在这个过程中学生需要观察、思考，需要参与。在这种以学生为主体、以问题为主线的教学模式下，学生的主动性、学习积极性更高，教学效果自然更好。引入multisim13软件辅助教学的突出特点是使学生置身于真实的工程环境，能增强学生对电路的感性认识，掌握各种仪器的基本使用和电路参数的测试方法。通过人机对话的方式，能使每个学生动手接触电路，进行元件接线，参数设定，通过调试和测量，把实验与理论有机地结合起来，加深对理论的理解，提高学生的工程实践能力和创新能力。

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（2）实验内容陈旧，无法赶上移动通信新型器件和装置的发展，缺乏新的实验教学手段和方法；设备的更新换代比较慢，实验的开展受到硬件实验设备的限制，跟不上技术革新的步伐；

（3）验证性实验多，综合性实验以及创新性实验少，在实验方法上基本是简单的模仿，学生被动学习，缺少积极的思维和创新，也没有探索的目标和方向，没有良好的实验教学改革措施；

（4）在移动通信原理课程中，关于调制解调等有关内容偏重理论，太过抽象，枯燥乏味。受资金和仪器设备不足等实验条件的限制以及学时较少的影响，很多移动通信原理实验（例如正交频分多路实验）不能由学生实际动手完成，一些实验内容仅仅能验证理论课学习的内容，显然对学生创新能力的培养是非常不利的。积极探索移动通信原理实验教学的改革，尝试开展仿真创新实验教学，对于学生更好地学习移动通信原理课程，培养创新能力起着重要的作用。

2仿真教学的引入与创新能力的培养

传统的移动通信原理课程理论教学，大多重在讨论某种技术或算法的原理及其理论推导，以方便理解调制解调器原理和无线电波变换过程，从而加深信源编解码和信道编解码、无线电波发射与接收等知识的理解。在常规的实验课上，对移动通信实验原理的讲解也要在黑板上书写，既不够形象、直观，又比较呆板。由于有大量的波形分析内容，教师在黑板上画图也是一件比较困难的事情，而且学生不易理解。在传统的设计性实验中，学生常因受到固定的实验设备的束缚而改变实验设计思路，不可避免地存在错误和不足，致使电路调试费时费力，甚至引起元器件和仪器设备损坏，使实验不能达到预期效果。因此，在移动通信原理实验教学中引入仿真实验，是对理论课教学的必要补充。学生可以充分利用仿真实验软件在数据采集、储存、分析、处理、传输及控制等方面的强大功能，进行方案的论证、选定和电路的设计，可以方便地改变参数来调整电路，使之更好地接近设计要求，设计出较为理想的电路。学生还可以根据要求输出电路的测试参量或波形，作为真实电路调试的依据和参考；可利用计算机进行不同的仿真操作，得到与使用实际实验装置进行真实实验相同的结果。另外，一些较为复杂的移动通信创新性实验和综合性实验，无法通过模拟实验完成实验课教学，但是通过引入仿真教学，便可以扩大实验教学的维度、扩大了实验教学的可操作性。移动通信是通信原理、高频电路和信号处理的交叉学科，学生只通过理论教学很难理解学科交叉性，对移动通信原理的理解也不够全面。通过引入仿真教学，既能加强学生对移动通信原理的认识，又能加强学生对实际电路的认识，为后续课程学习打下坚实的基础。仿真实验教学的引入，很好地支持了移动通信原理的学习，可以进行新技术的研究，拓展学生的工程意识，提高设计调试电路的灵活性，最大限度地发挥学生的创新思维，开阔学生的视野。

3仿真教学开展实例分析

3．1理论教学与正交调制解调分析

正交调制解调系统的原理是把整个可用信道频带B划分为N个带宽为f的子信道，把N个串行码元变换为N个并行的码元，将高速信号变换为低速的并行子数据流，分别调制这N个子信道载波进行同步传输，并在终端分开正交信号。信号的调制和解调实际是采用数字信号处理的方法来实现的。先将信号串并变换成低速支路，各支路的调制可以采用数字调制方式，然后进行快速傅里叶逆变换（IFFT）、快速傅里叶变换（FFT）来实现。

3．2正交频分电路仿真实验分析

通常在正交频分电路分析中，往往会忽略讲解和分析子载波调制快速傅里叶变换和反变换等内容。让学生从理论公式推导中理解OFDM原理，并利用Matlab编程实现不同子载波数的调制信号，可以验证对子载波数调制状态的影响，进一步验证理论公式并加深理解。可以用理论推导和实验验证两种方法来理解调制。通过正交频分各步骤的波形图，形象地描绘信号调制解调的过程，逼真地显现出真实信号传输变化的实时动态过程。

（1）确定参数。假设参数为：子载波数为8，FFT长度为8，符号速率、比特率、保护间隔长度为2，信噪比12，插入导频数。基本的仿真可以不插入导频，导频数可以为0。通过运行仿真及修改参数设置，教师可引导学生逐步实验，观察分析仿真结果并给出结论。通过示波器模块可以直观地观察到二进制随机信源。

（2）产生数据。使用随机数产生器产生二进制数据。可以将原序列化为16进制的码元图，通过改变数据率观察仿真波形。

（3）子载波调制。利用Matlab工具仿真实现BPSK、QPSK、16QAM、64QAM等4种调制方式。按照星座图，将每个子信道上的数据映射到星座图点的复数表示。通过改变支路不同的调制方式，观察到仿真波形，每次课都会有各式各样新的实验波形，可以直观地观察到二进制随机信源，以及将一路高速数据转换成多路低速数据的波形。

（4）IFFT运算。对上一步得到的同相分量和正交分量进行IFFT运算。为便于理解，可采用仿真软件直观地表现子信道上的数据与OFDM符号之间傅里叶逆变换关系。当子信道的脉冲为矩形脉冲时，具有sinc函数形式的频谱。当改变系统（N）时，OFDM功率谱形状也随之改变。

（5）加入保护间隔，加入噪声。由IFFT运算后的每个符号的同相分量和正交分量分别转换为串行数据，并将符号尾部G长度的数据加到头部，构成循环前缀。

（6）并串转换。将每个符号分布在子信道上的数据还原为一路串行数据。

（7）FFT运算。对每个符号的同相分量和正交分量按照（Ich＋Qch×i）进行FFT运算。由于噪声和信道的影响，接收端收到的每个子信道上的数据，映射到星座图不再是严格的发送端的星座图。将得到的星座图上的点按照最近原则判决为原星座图上的点，并按映射规则还原为一组数据。利用以上设计的信号，在Matlab中编程实现该信号的调制，画出调制前后信号的时序图。此时，学生容易理解此种调制方式为何IFFT被称调制。在此基础上，学生通过理论分析以及Matlab实验画图验证，进一步加深了对正交频分电路的理解。

篇3

在进行立铣加工时，最基本的任务是切除刀具切削刃包络面通过部分的被加工材料，使保留下来的部分成为已加工面。完成这类加工所用的软件应包括如下内容：刀具、刀具夹头、工件、夹具等的协调，机床主轴的构成及其可工作的范围，能真实地仿真机床和刀具的动作等。特别是近几年来，由于五坐标切削加工的不断增加，在实际加工前应进行NC仿真的重要性日益突出。这类NC仿真软件中，有不少软件具有极为优异的性能，如可从金属切除体积计算出加工效率；根据金属切除体积来判断切削加工是否产生过载；如果负荷固定，由于进给速度过高而产生过载，仿真软件可调整进给速度，防止过载产生，并可缩短切削加工时间等。

切削加工仿真技术的另一发展动向是研究解析切削加工过程中的物理现象，如被加工材料因塑性变形而产生热量，被切除材料不断擦过刀具前刀面形成刀屑后被排出，以及由刀具切削刃切除不需要的材料而在工件上形成已加工面等，并将这一系列切削过程通过计算机模拟出来，目前能达到这种理想目标的产品还为数不多。Thirdwavesystems公司的“advantedge”是采用有限元法对切削加工进行特殊优化解析的软件产品，与用于构造解析的有限元法程序包比较，其最大优点是用户界面优良，机械加工的技术人员能方便地进行解析。美国scientificformingtechnologies公司的“deform”是锻造等塑性变形加工用有限元法解析程序包，最近已被转用于切削加工。

切削过程是切屑、被加工材料的弹性变形和塑性变形的变形过程，与冲压、锻造等塑性变形比较，变形速度（单位时间产生的变形量）非常大，由此产生的塑性变形能量和前刀面上由摩擦产生的能量将引起发热，从而使温度大幅度升高，刀尖在连续而狭小的范围使被加工材料破坏、分离成切屑和已加工面等，这是切削过程的显著特征。而这些现象彼此间存在复杂的相互影响。

如果用有限元解析方式，需输入下列内容：被加工材料特性及摩擦状态等物理特性；切削条件及刀具形状等边界条件。通过有限元解析刚性方程，可输出切削力、剪切角、切削温度等带有切屑生成状态特征的量化参数，在此过程中，无需建立数学模型或提出假设。根据有限元解析的结果，还易于将切屑生成过程、应力、变形等物理量实现可视化。

要获得高精度解析结果，最为重要的输入内容是反映被加工材料应力——变形关系的材料特性，而材料特性的获取是极为费力的工作。今后，随着计算机功率的增大，这种切削过程的物理仿真技术将会逐渐普及。能否迅速普及的关键在于能否及时向用户提供所需的被加工材料的材料特性。

按需开发切削加工仿真技术软件

目前，许多科技人员正在进行生产工程中最基础的切削加工技术的研究，其中多数研究的目的是在弄清楚加工现象的同时，对加工过程进行预测。如果这些研究内容实现了系统的计算机软件化，就意味着能形成一个切削仿真技术软件。如东京农工大学机械学院的实验室就正在进行几种预测性的有关切削加工仿真技术软件的研究。工艺流程和实用仿真采用了横向和纵向相匹配的研究体系，横向与产品设计到加工工序相对应；在纵向上越往上，实用性越好，往下则不仅是实用性，还包括加工现象的解析和实现可视化。

1．刀具信息数据库和解析仿真技术并用的切削条件选择系统

在实际的切削过程中，不应照搬工具厂提供的推荐切削条件，而应根据机床、工具系统、工件装卡等具体情况，反复进行试切削来修正切削条件。同时还应将过去加工中积累的行之有效的参考数据输入数据库，在有效利用这些数据的同时，借助解析方法使切削条件达到最佳化；对于没有参考数据的新的切削加工，则应开发与此相关的切削条件选择系统。该系统中把振动、加工精度、刀具升温、刀具寿命、残余应力等设定为解析内容，在解析的基础上，就能选择出最佳的刀具和调整切削条件。

本系统的数据大致分为三个部分：刀具信息数据、工具系统组成、切削条件。在切削条件中可积累有效的切削加工技术参数。

本文拟用图例表示平头立铣刀加工的最佳铣削效率和最佳化侧面的形状误差。根据数据库选择所需刀具和刀夹，预测由立铣刀和刀夹的弯曲度及卡头和主轴锥度结合部分的旋转变化所导致的加工误差。切削力的预测采用刀尖处的切削力乘以比切削抗力的模式。这是一种最简便的的方法，但却得到了切削力波形与实测值一致的良好结果。计算出每一瞬间由切削力引起的刀具挠曲量，将其和形成已加工面的切削刃位置的位移相连就能得到已加工面的形状。与大规模有限元法的计算比较，计算时间是非常少的，输入刀具信息和切削条件信息，就能容易地仿真加工误差。

尽管数据库里已具有确实适应的切削加工条件，人们仍希望进一步减少加工误差，提高加工效率。实例表明，用这种仿真和实现最佳化方式来修正切削条件是完全可能的。

2．立铣刀加工时的刀具温度

近年来，高速铣削已很普遍，由经验得知，它适用于小切深、大进给的铣削条件，而把握最佳条件却相当困难。铣削加工与车削加工不同，前者属于断续切削，在加工过程中，刀具升温和冷却高速地反复进行。由于热传导给刀具－切屑接触部分是断续进行的，必须根据这一特征来解析刀具温度的变化。热传导量对预测精度影响很大，但不需要对切屑生成状态的变形和热解析相联系进行大规模计算，因此可快速获得解析结果。切削速度、切深、进给的组合将影响最高温度，当加工效率一定时，提高进给速度，刀具温度就会降低，温度降低往往会使进给速度的提高达到极限，而提高进给速度，加工表面就会变得粗糙。因此，如果能很好地平衡粗糙度和温度的关系，就能够选择到两者相互平衡的切削条件。

3．用有限元法进行切削过程的物理仿真

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二、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。

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1.1车工技术实习内容及工艺

车工技术实训的主要内容包括：认识车床、端面的车削、外圆面的车削、台阶的加工，切槽与切断加工，螺纹加工，二次装夹加工，图1的是实习加工的典型零件，包含各个主要练习内容。该零件的加工工艺主要包括：装料，车平外端面，试切对刀，车外圆面，粗车大径，精车大径，粗车小径，精车小径，车倒角，车退刀槽，车外螺纹，卸料，二次装夹，试切对刀，车外圆面，粗车二阶，精车二阶，倒角，切断。

1.2实习教学安排

完整的整个实习周期需要42学时。其中理论教学8学时，由老师利用多媒体教学，让学生对机床的构造和操作上有了基本的了解，其余时间教师现场示教、学生上机操作。实习安排如下：从大量学生的实际情况来看，多数错误发生在上机前期，尤其是由于机床操作不熟练造成的扎刀、撞刀、试切不准等错误屡见不鲜，故在正式加工之前，先使用工程塑料毛坯，供学生练习。尼龙棒是最常用的塑性毛坯材料，它具有良好的韧性、耐磨力强、耐油、抗震、拉伸、弯曲强度好，并具有吸水性小、尺寸稳定性好等特点，在加过程废屑成带状，避免了因废屑飞出的危害，减少了学生因进退刀错误，加工切削量过大等造成的事故发生。因为工程塑料弹性系数大，在车削螺纹中让刀明显，所以取消螺纹车削的内容，使用工程塑料进行车削的时间约为20学时，剩余12学时实践时间用于金属切削及螺纹车削的教学。

2仿真加工训练的优点

2.1学生操作中的重点和难点

车工技术实训主要是实践性训练，受学校资源限制，在实习过程中不能对学生实现一对一辅导，而学生在独立操作时，往往容易忘记操作要点，产生误操作。表2是学生常见的误操及其后果。从表中可以看出，在车工技术操作中，很多错误操作的原因是很简单的，虽然教师三令五申，但是总是难以避免。学生在实训中出现的误操作往往是由于心理原因，而采用工程塑料作为加工工件后，学生的畏难情绪明显降低，减少恐惧心理增加了学生的自信心去尝试把工件做出来。即便不小心勿操作了也可避免刀具或机床的损伤，减少人身伤害。所以使用尼龙圆棒进行加工，对降低误操作的严重后果有着重大的意义。

2.2实验室建设的经济效益分析

我校在以往的实训中，平均磨刀间隔时间为25工时，采用塑料工件后，平均磨刀间隔为100工时，刀具的年损耗量有之前的3000元/年降低到1000元/年。以往用金属材料直接练习加工，对45号钢材消耗较多，以4.5元/公斤技算，平均每个实训周期下来消耗的材料约2500元，而采用尼龙塑料作为练习材料，用45号钢作为成品加工，这样节省练习的消耗，每个周期大约能节省1000元，大大的节省的实验耗材的损耗，节约实验成本。

3仿真加工存在的不足之处

当然，工程塑料作为一种典型的塑性材料，在金工实习中也有一定的不足之处。首先在加工过程中，由于工件材料塑性较大，会产生一系列不良的切削现象，如变形和让刀现象明显，导致加工尺寸误差较大，影响表面粗糙度；加工产生切屑为带状切屑，即使在有断屑槽的情况也不断屑，常常会缠绕在刀具和工件未加工表面上，需要在加工结束后从工件上取下，影响操作者视线。其次，塑料的熔点较低，在加工过程中不能采用较大的切削参数，有时切削速度较大时，甚至会出现材料熔化的现象，特别是在切断的工序，由于切削热难以排出，积聚在已加工表面，断面呈凸凹不平。另外南方夏季塑料会软化，工艺系统的动刚度不足，直接表现就是在装夹中圆跳动很大，而且很难消除。第三点是隐形的影响，工程塑料材质很软，对加工工艺的要求比较宽泛，可能会养成某些学生的错误习惯，如用手指触摸刀尖或工件表面等；在车削中用手撕扯切屑；单次背吃刀量偏大等等。以上种种弊端，一般可以通过后期的金属车削教学及操作中得到纠正，对实训操作影响不大。

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2分析仿真技术的实验手段和应用实践

2.1实验手段

通过仿真技术对即将或者准备进行的实验的电路进行分析，也就是在这个过程当中需要输入电路实验信息，依据先前制定的计划执行，然后在这个基础之上进行分析处理，其主要包括很多方面：电路静态、动态特性以及传输特性等诸多部分，也可以依据实际情况进行处理，利用交换操作和合作对话等方式，在整体选择中选择最佳工作状态，最终完成打印和输出。根据之前制定好的计划，按照操作步骤进行操作，为实际电路的测量和计算机输出奠定坚实理论基础，将两者进行比较并找出其存在的差异。依据参数对相关设计进行相应的调整，在各方面都完成之后进行仿真设计，这样能够确保实验的顺利完成，也能够确保所获得的数据具有精确性，并且将所学理论知识更好的运用到实际中，解决更多的问题。

2.2模拟仿真技术的应用实践

在一些工作环境当中，模拟仿真技术在电子专业中到了的广泛认可和应用，从某种意义上来说这是对工作方式的创新，而技术人员也更加喜欢这种新型的工作模式，不仅可以提前避免危险和工作当中不正确的操作，能够将所学知识更好的运用到实际过程中。再加上模拟元器件同设备的相似度比较高，为技术人员进行专业学习提供了方面，且在参与到仿真实验过程中能够增强动手能力，自己安插元件，自己设置参数，能够独立解决实验中出现的问题，自己不仅仅在技能方面有了显著提升，自己对知识的运用能力也得到提高，为其未来更好的适应社会发展需要奠定坚实基础。

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关键词：项目教学法；计算机仿真；创新；实践

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）24-0144-02

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⒏妹趴纬逃胂执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。

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1对系统仿真类型进行概述

顾名思义，“仿真”就是对现实世界的物体进行模拟的一种状态，使其达到逼真的情形。在工程技术领域，经常采用系统仿真技术来研究相关事物，如通过系统模型的相关实验来研究设计或者存在的某个系统。

2对计算机仿真技术在制造业中的应用以及发展现状进行概述

由于我国是一个制造业大国，并且制造业在我国的国民经济收入中也占很大的比例，因此，国家及企业都非常重视我国制造业技术的发展。随着我国科学技术及制造业的进步，使得CIMS、NC、FMS、CAPP、MRP等都得到了快速发展。而系统仿真技术作为工程领域里面的一个重要手段，其被大量应用到我国制造业进行研究及实践，从而产生出一些先进制造技术。对于系统仿真技术而言，如果从本质上面来讲，其就是通过建立仿真模型，然后再对仿真模型不断进行实践模拟的一种先进技术。它的实现过程主要是由仿真语言、计算机高级语言、以及计算机仿真软件来实现，具体情况如上图2-1所示。可以很明显的看出，对于一个典型的仿真软件来讲，它主要包括程序包、仿真语言、仿真环境三种不同的形式，它的覆盖功能也不是完全相同的，并且，从下到上是大致的反映了计算机仿真软件的一个发展情况。随着相关技术的发展，直到上个世纪80年代后期，出现了一体化的仿真环境。随着我国计算机技术的进一步发展，开始出现了面向对象的并发执行机制，这样，就非常容易的实现在数据库管理的基础之上来对实验及模型数据、以及实验仿真的结果等进行统一的管理，与此同时，人工智能等相关的先进技术也开始应用到仿真建模、运行以及对仿真的结果进行分析之中。另外，广义的制造系统的相关仿真器也开始大量出现，在某种程度上面很好的实现了对制造系统进行的非语言建模、以及模型数据驱动等相关的重要功能。比较典型的一体化仿真软件有TESS等，广义的仿真器有FATOR等。

3计算机仿真研究的热点以及对我国制造业的相关影响

自从上世纪末以来，随着我国制造业的竞争不断加剧，产品生产周期不断缩短，这样就导致系统仿真技术不断向横向的方向发展，在制造业里面比较典型的就是“虚拟制造技术”的发展。根据虚拟制造的概念可以得知，需要先采取计算机来模拟整个产品的设计及制造过程，这样便于发现各种问题，并且在产品制造之前就把问题解决掉，从而提高生产效率及产品质量。随着制造业的发展，仿真技术在我国制造行业里面的又一个重要研究热点诞生，即虚拟产品的开发（VPD），它最早是来源于并行工程的思想。并行工程技术（CE）在对产品进行开发之前就对产品的整个生命周期进行全面的考虑，这样，对解决相关产品的设计以及开发之间的矛盾是非常有益的。而虚拟产品开发是在并行工程的指导下，把大规模的产品数据管理系统以及CAD等产品设计系统等进行综合起来，从而进一步的形成虚拟产品的开发环境，这样就可以在该环境下进行产品的策划、设计等，以及预测产品在真实环境下的相关特征、功能及性能等，这样在进行实际设计、生产的过程中，可以减少反复或者变更等的次数。VPD技术能够深入到各种复杂产品的制造之中，从而为企业产生巨大的经济效益。随着计算机技术的高度快速发展，对仿真技术的相关应用已由单一的形式向复杂性的方向进行发展。由于现代制造企业面向全国甚至全世界，因此，它的仿真对象也是分布在不同的时空，在这样的背景下就产生了分布交互化仿真技术（DIS）。对于这种仿真系统来讲，它所包括的内容有：构造实体、实体-虚体、真实方面的实体等，并且，这些实体是可以基于不同时期的相关技术、不同产品的相互组成、不同的系统方面的目的、以及不同生产厂家的相关技术等，对于这样的复杂情况是允许他们进行交换操作的。分布交互化仿真技术（DIS）通过采用计算机网络将分布在不同地点的仿真设备进行连接起来，这样便可以通过实体之间的数据方面的交换构成时空到合成仿真环境的一种比较先进的仿真技术。如今，在我国制造业中已经产生了虚拟企业或者类似于DIS的虚拟研究开发中心等。就目前来讲，比较出名的就是香港城市大学与香港生产力方面的促进局共同构建的快速科技中心，它就是虚拟研究开发中心。由于当今社会是动态快速发展变化的，人们的需求更多转向个性化、多样化等方向，因此，对于制造企业来讲，它们就要抓住市场的需求，然后采取方式（如柔性生产制造）来快速响应市场需求，这样才能够为企业获取更多的市场利润，但是，通常情况之下，由于企业在短期内存在相关资源欠缺等方面的局限性，在这样的背景下，企业要想获得市场机会，它们就有可能通过互联网来临时连接成一种动态方面的联盟-也就是所谓的虚拟企业。

4结束语

随着我国社会的不断发展，导致计算机仿真技术的发展也日新月异。在制造业中，对于整个产品的生命周期来讲，仿真技术都表现出其强大的发展潜力。在当今制造业竞争激烈的社会，计算机仿真技术在制造领域的应用及发展在不断的扩展，其功能也更多的面向可视化、智能化生产、绿色制造等方面不断发展。

参考文献

[1]戴金海等.并行工程与仿真技术[J].计算机仿真,2013(23):54-59.

[2]熊光楞.计算机仿真及其在制造业中的应用[J].计算机仿真,2012,2(14):20-27.

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【关键词】计算机仿真技术 信息化 制造业

1 对系统仿真类型进行概述

顾名思义，“仿真”就是对现实世界的物体进行模拟的一种状态，使其达到逼真的情形。在工程技术领域，经常采用系统仿真技术来研究相关事物，如通过系统模型的相关实验来研究设计或者存在的某个系统。表1为系统仿真分类表。

2 对计算机仿真技术在制造业中的应用以及发展现状进行概述

由于我国是一个制造业大国，并且制造业在我国的国民经济收入中也占很大的比例，因此，国家及企业都非常重视我国制造业技术的发展。随着我国科学技术及制造业的进步，使得CIMS、NC、FMS、CAPP、MRP等都得到了快速发展。而系统仿真技术作为工程领域里面的一个重要手段，其被大量应用到我国制造业进行研究及实践，从而产生出一些先进制造技术。

对于系统仿真技术而言，如果从本质上面来讲，其就是通过建立仿真模型，然后再对仿真模型不断进行实践模拟的一种先进技术。它的实现过程主要是由仿真语言、计算机高级语言、以及计算机仿真软件来实现，具体情况如上图2-1所示。可以很明@的看出，对于一个典型的仿真软件来讲，它主要包括程序包、仿真语言、仿真环境三种不同的形式，它的覆盖功能也不是完全相同的，并且，从下到上是大致的反映了计算机仿真软件的一个发展情况。随着相关技术的发展，直到上个世纪80年代后期，出现了一体化的仿真环境。随着我国计算机技术的进一步发展，开始出现了面向对象的并发执行机制，这样，就非常容易的实现在数据库管理的基础之上来对实验及模型数据、以及实验仿真的结果等进行统一的管理，与此同时，人工智能等相关的先进技术也开始应用到仿真建模、运行以及对仿真的结果进行分析之中。另外，广义的制造系统的相关仿真器也开始大量出现，在某种程度上面很好的实现了对制造系统进行的非语言建模、以及模型数据驱动等相关的重要功能。比较典型的一体化仿真软件有TESS等，广义的仿真器有FATOR等。

3 计算机仿真研究的热点以及对我国制造业的相关影响

自从上世纪末以来，随着我国制造业的竞争不断加剧，产品生产周期不断缩短，这样就导致系统仿真技术不断向横向的方向发展，在制造业里面比较典型的就是“虚拟制造技术”的发展。根据虚拟制造的概念可以得知，需要先采取计算机来模拟整个产品的设计及制造过程，这样便于发现各种问题，并且在产品制造之前就把问题解决掉，从而提高生产效率及产品质量。

随着制造业的发展，仿真技术在我国制造行业里面的又一个重要研究热点诞生，即虚拟产品的开发（VPD），它最早是来源于并行工程的思想。并行工程技术（CE）在对产品进行开发之前就对产品的整个生命周期进行全面的考虑，这样，对解决相关产品的设计以及开发之间的矛盾是非常有益的。而虚拟产品开发是在并行工程的指导下，把大规模的产品数据管理系统以及CAD等产品设计系统等进行综合起来，从而进一步的形成虚拟产品的开发环境，这样就可以在该环境下进行产品的策划、设计等，以及预测产品在真实环境下的相关特征、功能及性能等，这样在进行实际设计、生产的过程中，可以减少反复或者变更等的次数。VPD技术能够深入到各种复杂产品的制造之中，从而为企业产生巨大的经济效益。

随着计算机技术的高度快速发展，对仿真技术的相关应用已由单一的形式向复杂性的方向进行发展。由于现代制造企业面向全国甚至全世界，因此，它的仿真对象也是分布在不同的时空，在这样的背景下就产生了分布交互化仿真技术（DIS）。对于这种仿真系统来讲，它所包括的内容有：构造实体、实体-虚体、真实方面的实体等，并且，这些实体是可以基于不同时期的相关技术、不同产品的相互组成、不同的系统方面的目的、以及不同生产厂家的相关技术等，对于这样的复杂情况是允许他们进行交换操作的。分布交互化仿真技术（DIS）通过采用计算机网络将分布在不同地点的仿真设备进行连接起来，这样便可以通过实体之间的数据方面的交换构成时空到合成仿真环境的一种比较先进的仿真技术。

如今，在我国制造业中已经产生了虚拟企业或者类似于DIS的虚拟研究开发中心等。就目前来讲，比较出名的就是香港城市大学与香港生产力方面的促进局共同构建的快速科技中心，它就是虚拟研究开发中心。由于当今社会是动态快速发展变化的，人们的需求更多转向个性化、多样化等方向，因此，对于制造企业来讲，它们就要抓住市场的需求，然后采取方式（如柔性生产制造）来快速响应市场需求，这样才能够为企业获取更多的市场利润，但是，通常情况之下，由于企业在短期内存在相关资源欠缺等方面的局限性，在这样的背景下，企业要想获得市场机会，它们就有可能通过互联网来临时连接成一种动态方面的联盟-也就是所谓的虚拟企业。

4 结束语

随着我国社会的不断发展，导致计算机仿真技术的发展也日新月异。在制造业中，对于整个产品的生命周期来讲，仿真技术都表现出其强大的发展潜力。在当今制造业竞争激烈的社会，计算机仿真技术在制造领域的应用及发展在不断的扩展，其功能也更多的面向可视化、智能化生产、绿色制造等方面不断发展。

参考文献

[1]戴金海等.并行工程与仿真技术[J].计算机仿真，2013（23）：54-59.

[2]熊光楞.计算机仿真及其在制造业中的应用[J].计算机仿真，2012，2（14）：20-27.

[3]郑力，卢继平等.虚拟制造技术[J].计算机辅助设计与制造，2013（09）：62-67.

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    1.引言

    自 20世纪 9O年代以来,以计算机仿真技术 、多媒体技术和虚拟现实技术为特征的“虚拟仿真实验室”开始在世界各地出现,并逐步渗透到教学领域。作为一种新型的实验教学手段,虚拟仿真教学对传统的教学手段产生了强烈冲击,并引发了教学领域一系列深刻的变化。种种迹象表明,虚拟仿真教学将是今后实验教学改革的一个重要发展方向。本文结合多年来在航空电子装备教学中应用虚拟仿真技术的经验,探索在航空电子装备教学软件中应用虚拟仿真技术的方法和心得。

    2.虚拟仿真技术简介

    虚拟仿真技术是对虚拟现实技术和系统仿真技术的合称。

    2.1虚拟现实技术

    虚拟现实技术就是利用三维建模技术,构建一个和现实世界的物体和环境相同或相似的虚拟三维场景,并能响应用户的输进,根据用户的不同动作做出相应的反应。虚拟现实的关键技术主要有动态环境建模技术、实时三维图形 天生技术、立体显示和传感器技术等。虚拟现实技术主要侧重于对真实物体物理特征的仿真,也称为视景仿真,它主要用于产品设计和展示、贸易广告、游戏设计等。

    在航空电子装备教学中,大量用 到对装备的外观 、结构 、组成 、连接 、机安装位置的展示 ,传统教学大都采用实物展示 的方法 。近年来随着大量航空电子装备 的更新换代,因受经 费、场地及使用寿命等因素的限制 ,传统教学方法 已远远不能满足要求 ,而采 用虚拟现实技术的展示方法则 以其廉价 、无场地限制和效果 良好得以广泛应用。

    目前有大量成熟的软件平台可以进行视景仿 真的开发,主流平台Creator Vega Vega Prime VTree OPENGVS QUEST3D VRTOLLS EON、WEB3D、JAVA3D、GLStudio等。其中,MULTIGEN公司的虚拟现实数据库 OPENFLIGHT已经成为 了产业标准 ,在军事 、航空航天等领域应用都 比较成熟 。在航空 电子装备虚拟仿真软件的开发中我们采用r Vega Prime、GLStudio和 EON作为视景仿 真开发的技术平台 ,解决物理模型的创建、场景显示等新题目。该平台可以达到照片级 的视景仿真效果 .同时采用嵌进 OPENGL技术来解决物理模型 的交互新题目。

    2.2系统仿真技术

    系统仿真技术是伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一门新兴学科 .它通过建立实际系统 的数学模 型 ,利用计算机运算来达到对被仿真系统的分析、探究、设计等目的。系统仿真技术主要侧重于对真实系统的内在机理、运动方式 的仿真,也称为行为仿真。系统仿真技术最初主要用于航空、航天、原子反应堆等价格昂贵、周期长、危险性大实际系统试验难以实现等少数领域,后来逐步发展到电力、石油、化工、冶金、机械等一些主要产业部分,并进一步扩大到社会系统、经济系统、交通运输系统、生态系统等一些非工程系统领域。 在航空电子装备教学中,对装备工作原理的讲解既是重点也是难点。传统教学方法主要通过教员的讲述,配合一些静态的图形帮助学员理解 .教学效果主要依靠于教员的授课水平和技巧 。近年来.我们尝试将系统仿 真技术应用到航空电子装备教学中,根据被仿真装备的工作原理,建立系统的数学模型,并根据装备的不同工作状态,对模型进行动态运行.结合虚拟现实技术实现的逼真场景.较好地模拟实际装备的工作情况。利用该技术开发、研制的教学软件不但可供教员教学使用.也可供学员自学,并达到了较好的教学效果。

    目前,有很多成熟的系统仿真开发平台软件.如 Simulink、SystemView等,这些软件以其功能强大和使用方便、易用性受到广大用户欢迎.但价格较为昂贵,且大多未提供对外的仿真数据接口.仿真系统应用的灵活性、扩展性和可变性受到很多限制。当然也可自行开发适用 的仿真开发平台软件。在航空电子装备虚拟仿真软件的开发中我们采用的是自行开发的系统仿真平台软件。

    3.虚拟仿真技术在航空电子装备教学中的应用方法和步骤

    3.1建立仿真模型

    这里所说的仿真模型既包括反映航空电子装备外观、结构的三维物理模型 ,也包括揭示其内在工作机理及行为的数 学模 型。对三维物理模型的建立,主要依据装备本身的物理状态,其原则就是在尽量减小面数的同时进步逼真度。对系统数学模型的建立,则需要视系统的复杂程度进行取舍和优化,本着够用为度的原则 ,以尽量减小运算量。建立数学模型时 ,还应考虑到系统运行时的参数调整。

    3.2创建仿真装备的虚拟场景并驱动

    对于虚拟场景的驱动,根据使用方式的不同采用了不同的方式假如进行的仅是装备外观、结构的展示,可使用EON进行动作的编辑和驱动;假如需要对装备进行虚拟操纵仿真,则使用 GLStudio软件先进行操纵面板、虚拟仪表的编辑和制作,然后再利用 Vega Prime驱动以实现更复杂的交互操纵。

    3.3系统集成

    系统集成就是将上述做好的模型、场景按照教学软件所需的形式将其有机的整合在一起,使之成为_个完整的 、规范的教学软件。系统集成可以使用目前常用的软件开发平台如 VB、vc++等。由于上述虚拟现实驱动软件如 EON、GLStudio及Vega Prime等均以ActiveX控件方式提供 了可用 于常用 软件开发平台的运行插件,因此,系统集成变得十分方便。编写程序时,只需考虑软件功能的布置,注重程序间的兼容性即可。