仿真設計流程范文
時間：2023-11-17 17:19:15
導語：如何才能寫好一篇仿真設計流程，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。
篇1
Design and Research on Aspects of ERP Simulation experiments
base on Role and Process
lijian
（TIANJIN CHENGJIAN UNIVERSITY，TIANJIN 300384 ）
【Abstract】 This paper first introduces the situation and existing problems in current university ERP experiment teaching， and leads to build ERP simulation experiments platform based on the role and process is necessary. Based on the actual situation of ERP experimental curriculum，In accordance with the three aspects of business environment、job roles and business processes，it design for simulation experiments platform. Finally， drawing on U.S. research universities’ the relevant system in curriculum evaluation， we evaluate teaching effectiveness from four dimensions of the simulation experiments
【Key words】 roles processes simulation experiments design
企業資源計劃也稱ERP，全稱 Enterprise Resource Planning，它是建立在信息技術基礎上，以系統化的管理思想，對企業內部人、財、物各方面資源進行整合集成管理，為企業決策層及員工提供決策運行手段的管理平臺。隨著信息化建設的發展，ERP在企業中的應用越來越普及，企業對ERP實用型人才的需求增大。為了滿足企業對人才的需求，高校培養人才的模式也正逐步向以應用型人才培養為主的模式發展，實驗室是高校培養應用技術人才的搖籃，因此加強實驗室建設，大力開展實驗教學、豐富實驗教學內容就成為高校培養專業型人才的一個非常重要環節。為此，各大高校在經濟管理類專業教學中引進ERP內容，并從完善ERP課程體系的角度出發，開展ERP實驗方面的教學改革，以科學發展觀指導ERP實驗教學體系構建，以適應社會對信息管理、ERP實施與應用人才的需求。
1 當前高校 ERP實驗教學現狀及存在問題
1.1 ERP實驗教學師資短缺
目前高校講授ERP課程的教師，要么是以信息技術為主的計算機專業的教師，要么就是以管理知識為主的管理專業的教師。從事管理的不懂技術，從事技術的不懂管理，導致管理和技術之間缺乏有機的聯系。而高校中既懂管理又懂信息技術的復合型教師非常少，師資力量缺乏，從而導致學生對ERP課程的學習不夠全面。另外，很重要的一點，教師采用傳統的被動型實踐教學模式，嚴重影響了ERP課程教學效果。因此，改變原有被動型實踐教學模式為主動型實踐教學模式，是高校實驗教學改革亟待解決的問題。
1.2 企業參觀、實習難度大、效果差
對于經管專業的學生來說，到企業參觀和實習是接觸到實際ERP流程的重要方式，但這種模式存在著很多問題。從企業角度講，在市場經濟環境下，置身于激烈的競爭環境，企業中每個員工的任務多，工作壓力大，個人尚且自顧不暇，接待學生參觀和實習更是“力不從心”。另外，現階段企業的各項事務處理工作非常復雜，多數企業已開始利用計算機進行事務處理和業務管理，對系統數據的安全性和保密性有一定考慮，即使接受了實習學生，也大多不愿意讓沒有經驗的人接觸系統，實習學生基本沒有直接參與核心工作的機會，多數都是打雜和幫忙性質的工作。從學校角度講，一是實習經費不足，二是實習時間過于集中，場地分散，不利于教師指導、答疑。從學生角度講，企業參觀往往是走馬觀花，流于形式；企業實習更多是現實企業的運行情況的了解，很難有個人發揮的余地，更不可能參與企業的管理決策。
1.3 實驗環節設計缺乏系統性和綜合性
完整的ERP實驗教學模擬系統應該包括單項模擬實驗、階段性模擬實驗以及綜合模擬實驗。缺少任一階段的實踐過程，都會影響管理實驗教學模擬系統的整體性和連貫性，違背了教學規律，不利于學生系統地學習管理知識。然而現實情況是學生在對ERP軟件實驗操作時是逐一模塊的單個操作，如生產管理、供應鏈管理、財務管理等模塊都是單獨的應用，對各模塊間數據共享、數據傳遞、數據接口不是很清楚，對ERP缺乏系統性、綜合性的了解。
1.4 實驗環境理想化、隨機因素變化少
目前的ERP實驗教學模式及手段有所改進，改傳統的“驗證式”實驗教學為基于ERP平臺的體驗式、互動式模擬實驗教學。此模式有利于培養學生團隊意識、戰略思想，但是模擬企業畢竟是理想化的設計，期間的環境因素變化少，不利于學生的隨機應變能力的鍛煉，這方面有待于改進。
1.5 物力沙盤模擬實驗與ERP軟件結合較差
ERP沙盤模擬對抗實驗中的模擬企業是理想化的，對供應鏈、生產制造環節設計非常簡化，實驗產生的數據很難應用到ERP系統中。即 ERP軟件所使用的數據與ERP沙盤模擬對抗實驗所用的數據是不同的，如能整合統一成一套數據，實驗效果會更好。
2 構建基于角色和流程的ERP仿真實驗平臺的必要性
長期以來，在我國高校管理類專業的教學中，存在著重理論、輕實踐的現象，在實際教學中實驗課程少，實驗課時少，缺乏專業實驗室及相應的軟、硬件配置等。同時，實驗教學項目單一，體現團隊合作意識及個人創新能力的綜合性實驗少。由此造成學生的專業局限性不能很好的突破，難以通過實驗課體會管理的整體概念，無法通過實驗課充分發揮他們的創造力和獨立思考能力。經濟管理類專業相對于其他專業，更強調管理環境的模擬性和實效性。基于角色和流程的ERP仿真實驗教學通過營造一個模擬的企業真實環境，讓學生在模擬的企業環境中扮演不同的角色，模擬企業運作的整個流程，讓他們在體驗中學習，了解企業動作規律、鍛煉學生動手操作和決策能力。
為此，高校實驗教學中構建以ERP為核心，將管理學科不同專業實驗課程整合起來，建立一個基于角色和流程的ERP仿真實驗平臺，就顯得尤為必要。因為這個仿真平臺在實驗教學中對某行業（如制造業、銀行業和保險業）的企業的某一個專業職能和流程進行仿真，為財務專業、市場營銷、生產管理、物流管理等課題提供模擬教學環境，體現了它的跨學科、跨專業性。但更重要的是它的整合性，企業仿真平臺是一個企業的完整模擬，使學生對信息流、資金流、物流有一個全面系統的了解，有利培養學生對企業的整體認識和系統認識，也有利于培養學生的團隊協作精神，學生在模擬企業經營的過程中，能夠真實地體驗管理的方法、決策，通過這種實踐培養學生綜合運用知識的能力。這往往是過去經濟管理學科教學中的薄弱環節。因此，高校引入ERP實驗教學模式對于開拓學生視野，提高學生的綜合素質具有重要的意義。
3 基于角色和流程的ERP仿真實驗的實驗環節設計
3.1 企業環境仿真設計
ERP管理環境主要是指市場環境、企業產品體系和結構、企業內部運作過程、銷售商、供應商供應政策等等。ERP管理場景的設計，不但需要對這些方面進行描述，還需要在結合假定的企業，模擬的案例企業基礎上，實現各種ERP靜態數據和動態數據的設計，實現模擬環境和數據的統一。提供真實仿真企業的業務處理環境的功能，對環境的設計和各個實驗流程的設計都必須使實驗者有一個接近或仿佛置身于企業的實際環境中的感覺，這種環境可使學生自覺調整自身不同于課堂上課的狀態，促使學生主動思考、規劃實驗過程和實驗步驟，主動加入群體活動中去完成實驗。
3.2 職能崗位角色仿真設計
ERP實驗是對企業運作過程的實驗。主要涉及生產計劃管理、物流供應鏈管理、財務管理，這些管理功能是由不同的崗位（職位）來完成的。在實驗過程中可以按5～10人分組，組成虛擬的公司，按每個分配虛擬企業內部的工作崗位，要求其扮演相應的角色，領會崗位職責，完成崗位的功能。這種角色的扮演還需要在軟件角色和權限上進行相應的設置，體現不同職責的權限和軟件功能。在模擬實驗中，一種設計思路是每個學生以企業實際業務流程為牽引，針對一個特定系統的業務，由實驗者模擬企業不同部門、不同的工作崗位，獨立完成業務處理，目的是熟悉系統的功能，明晰不同類型業務的處理流程。為了全面提高實驗者的綜合實踐能力，真實模擬系統在企業中的實際運行過程，在局域網完備的環境下，可以由不同的學員模擬企業中的不同崗位，每個崗位都具有相應的責、權、利，讓每一個學生都找到相應的“職業角色”的感覺。
3.3 企業業務流程仿真設計
企業之間競爭的關鍵在于其業務流程，對企業仿真平臺也是如此。在仿真企業環境中，以企業業務流程為連接線，將各個業務部門、各個職能崗位有機地連接在一起，以系統性的經濟業務深化理論與實踐的結合，使每個實驗者更深切地體會局部與整體的關系，體會到自己在流程中所處的位置和應負責的工作，體會到企業基于流程的運做模式。具體業務過程的設計是ERP實驗的中心內容。在管理場景和角色扮演的基礎上，需要設計具體的業務過程，如銷售（一個訂單產品）、采購（一批原料）、生產計劃安排（一個計劃期）。業務設計一方面需要切合管理實際和設計的管理場景，另一方面需要考慮到ERP功能實現及在數據處理方面的特點。
4 基于角色和流程的ERP仿真實驗教學效果評價
在做好課程開設管理的基礎上，客觀評價教學效果也是完善實驗課程全過程管理的必要環節，這也是當前的教學實踐中非常薄弱、容易被忽視的部分。借鑒美國研究型大學在課程評價方面的相關制度，建議我國的實驗教學評價可以從4個維度展開。
4.1 學生評價
對于美國研究型大學來說，學生選課人數和課后評價情況是考核課程教學效果的最重要的參考因素，這是其市場化辦學的體現。雖然我國大學并不能夠完全采用市場導向來組織教學，且我國在校學生的自主選擇能力也有限，但學生參與教學效果評價仍然是必要的，是課程管理體系中不可或缺的環節，也是高校貫徹“以人為本”科學發展觀的重要體現。
專業課程管理委員會應該設計課程評價指標體系，提供問卷、網站、電子信箱、QQ群等多種渠道，讓學生能夠及時將對課程的評價和意見信息反饋到專業課程管理委員會。專業課程管理委員會應認真審議學生的反饋信息。
4.2 同行評議
學生對課程的評價信息是綜合和重要的，但有時也會因為個人情緒等各種因素產生較大的偏差。因此，需要聘請同行專家到課堂聽課，并就課程內容、課程難度等提出建議和意見。
4.3 教學研究委員會評議
美國研究型大學大多設有教育研究所，其主要任務就是從教育技術、教學方法等角度對教學工作進行深入研究。這是提高課堂教學效果的有效途徑，能夠幫助教師發現和改正教學過程中的不足。實驗教學由于涉及到各類計算機軟硬件環境，借助多種輔助教學方式，主講教師未必都能很恰當的駕馭這些技術，非常需要專業的教學研究人員進行輔導和協助。可以說，教學研究委員會是實驗教學全過程管理所必需的組成部分。
4.4 實驗教學中心評估
實驗教學中心負責提供實驗課程所需的各種軟硬件環境，應主講教師的要求安排實驗時間和場地。在提供完善的服務同時，實驗教學中心也需要與主講教師不斷溝通，并記錄實驗開展情況，分析實驗設備的使用效率，并對提高實驗中心利用率提出改進建議。
5 結語
基于角色和流程的ERP仿真實驗平臺的構建對目前高校ERP實驗教學的發展起著顯著的推動作用，該實驗平臺可以打破傳統實驗教學中實驗項目單一，針對特定專業的局限性，不同專業的學生可以在同一個平臺下共同完成實驗課程，加強了各專業之間的交流與融合，同時在仿真環境下，更加真實地模擬企業經營，使學生全身心地投入到仿真實驗中，扮演企業中的各種角色，運用自己的專業知識來處理業務，提高了學生解決實際問題的能力，從而達到提高實驗教學質量的目標。
同時只有建立系統、客觀的教學管理評價制度，才能激發主講教師深化實驗內容、創新實驗技術、提高上好實驗課的積極性和主動性。通過客觀公正的教學考核與評價結果，運用各種精神和物質手段，對優秀者加以獎勵，對工作質量達不到要求甚至造成教學事故者進行必要的懲罰，這種鼓勵先進、鞭策后進的獎懲手段會在教學管理領域中形成積極向上的良好氛圍，提高經濟管理實驗教學的管理水平。
參考文獻：
[1]張真繼，劉世峰，常丹 等.經濟管理類實驗教學體系的研究[J].實驗技術與管理，2009，26（4）：179-181.
[2]尤赤磯，劉林青.基于ERP的經濟管理類綜合實驗教學平臺的構建[J].實驗室研究與探索，2005，24（2）：59-61.
[3]王超杰.基于ERP平臺的新型教學模式研究[J].成都大學學報，2006（1）：101-102.
[4]劉顯銘，田新.高校ERP沙盤模擬課程教學問題探討[J].黃石理工學院（人文社會科學版），2010（4）：77.
篇2
關鍵詞 油氣儲運 系統仿真 實驗教學
中圖分類號：TE8-4 文獻標識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkx.2016.11.068
Abstract This article according to the simulation software and the factory internship in the limited effect of lack of oil and gas storage and transportation professional， put forward to the students as the main body for designers and software developers， and to the team as the main form， so that each student to maximize their strengths. The system covers the field of oil and gas storage and transportation of each module， reproduce the real environment of the industrial field， enhance the students' awareness of production and various systems， the effective application of the system to make students master the production process， the professional knowledge to form a knowledge system， from theory to practice and understanding.
Keywords oil and gas storage and transportation； system simulation； experimental teaching
S著人類文明的進步，計算機在生活，工作，學習中發揮的作用越來越大，它帶給現代教育的方便、直觀等其獨特的優越性，也促進了教育領域的發展。目前很多高校開發相應計算機輔助教學軟件，以便于學生可以更直觀和系統地學習，達到現場參觀的效果甚至優于其效果，另外現在也有一些企業將其開發成系統軟件，并將其商品化。①
目前相關工業計算機仿真技術是分為兩大類，一種是從宏觀角度考慮，對現場工藝流程的模擬，通過開關閥門完成不同的流程的操作以達到現場模擬的效果。二是從微觀角度考慮，針對石油，化工，航空航天等行業，對其流體流態，導熱，擴散等多方面的模擬。用于預測及優化設備流程系統或事故評估，以做好預防及應對措施。因此通過計算機仿真系統學習培訓，對于工科生來說是一種高效率、低成本的教學手段。②
1存在的問題
1.1市場上沒有的完善仿真實習系統
由于受到時間及安全生產等限制，學生不能到每個現場去熟悉流程，但是對于石油工程學院的學生來說，無論是油氣儲運專業還是石油工程專業，流程都是最重要的知識結構之一，那么為了解決授與學之間的矛盾，學校必須拿出一套形之有效的解決方案。仿真模擬的產生解決了這個問題，并且它在其它學科上也得到了廣泛的應用，所以在油氣儲運和石油工程專業引入仿真系統是幫助學生對流程做全面了解最簡單且有效的方法。但由于是小眾專業所以各石油高校都在自行開發其仿真模擬軟件但到目前為止，沒有一所石油高校開發出一套完備的儲運專業所需的仿真軟件，所以無法在市場上推廣。因此許多儲運專業實際上并沒有仿真這個模塊。③
1.2 仿真實習系統的必要性
（1）缺少專業對口并且長期穩定的校外實習基地。在當今中國的經濟形勢下，各廠礦企業不可避免地把經濟效益作為其考慮的首要因素。學生下廠實習，對正常的生產秩序總會產生或多或少的影響，因此，在接納學生進廠實習的態度方面，工廠一般較為被動。
（2）無法保證生產實習質量。在石油化學工業、現代化學工業及其他過程工業日趨集成化、連續化、自動化的今天，現場操作的危險性也在顯著增加，任何錯誤操作都可能帶來十分嚴重的后果。因此，學生下廠后既難深入實際，更不允許動手操作，只能被動地看和聽，其主動性、創造性都難以調動和發揮。這種走馬觀花，流于形式的實習方式，效果根本無法得到保證。針對上述問題，應在生產實習中加強高科技含量，強化有特色的生產實習，強化學生的工程意識，激發其學習主動性，使所學理論知識深入化、綜合化和系統化。實踐證明，將仿真培訓應用于學生的生產實習中，不僅受到了學生的熱烈歡迎，在提高實習質量方面也起到了事半功倍的效果。
2 解決方法
2.1 開發步驟
（1）劃分不同領域，分成石油工程仿真系統和油氣儲運仿真系統。（2）劃分不同性質，分成流程仿真系統和設備仿真系統。（3）梳理出不同的流程并對流程進行繪制。剖析不同設備內部結構繪制出設備內部結構。（4）根據流程圖和設備結構圖，通過組態王和Pro/E軟件及Visual C++語言開發出相應的流程仿真系統和設備仿真系統。
2.2 需開發的系統（圖1）
2.3 已開發的仿真系統（圖2）
2.4 營造組建仿真系統開發的環境
（1）通過不同模塊和性質的劃分，梳理出不同的流程并對流程進行繪制，重點開發儲運流程仿真系統，特別是油庫和加油加氣站。
（2）通過過第二課堂，大學生創新創業項目結合素拓學分，要求學生在校期間必須參加一項專業領域的實踐活動，使學生加入到創作團隊中去。
（3）形成“傳幫帶”的傳統和機制，使知識體系不斷完善，每屆都汲取大三，大四的成員加入團隊，形成大四帶大三傳統。
（4）在軟件的開發過程中，根據每個人不同情況，有的擅長畫圖，有的擅長編程，有的對組態王或Pro/E應用更熟練，充分發揮每個人的特長激發興趣點，提高工作效率。
（5）充分發揮老師的帶動及解決關鍵難題的作用，在學生陷入誤區或是有解決不了的問題，老師給予關鍵性的指導。
2.5 預期效益
（1）初步建立起油氣開發與儲運工程實驗實訓中心的仿真實驗室，并逐漸投入教學使用。
（2）學生通過開發仿真系統，對流程，設備有了系統且詳細的認識，并對開發軟件的應用達到精通的水平。提升了學生的技能，并使理論和實踐的結合調動起學生的學習積極性，提高了學生的能動性。
（3）通過在仿真實驗室的學習，推動了學生對知識結構加以更深入透徹的了解，通過對每個不同流程的操作，使學生對油庫，加油加氣等知識掌握得更扎實。
學生培養質量明顯提高，既有堅實理論基礎，又有熟練動手能力和創新能力，使畢業生能適應社會要求，盡快地適應工作崗位的需要。
3 仿真模塊的培訓
3.1 教師自身素質提升
由于仿真系統是由一個設備仿真系統和六個流程仿真系統組成，涉及到油氣儲運專業所有專業課程的知識。所以對教師來說也是一個挑戰，因為每個教師一般只擔任三到四門的課程。對自己未涉及的課程由于時間久沒有接觸，或是即使了解，但對于細節的掌握仍不夠。并且每個流程系統是仿造工業流程，比平時書本所學更復雜，更細致。而且書本的知識相對于現在的工業發展有一定的滯后性。對于我們每個教師來說，也是一個知識再梳理，再更新的過程。所以在開課前每個教師也要進行仿真軟件的培訓，這樣多學科的交叉也是對自己一些研究靈感的激發過程。
3.2 流程演示與事故排查
對于油氣儲運專業的學生來說，流程是最重要的知識結構，所以對于流程的演示教師必須詳細演示，逐個開閥。使學生在了解流程的同時掌握每個閥門的作用。這樣多個流程走下來，學生對于每個閥門的用途都銘記于心。但是對于中國高校的學生來說，接受力和理解力都是很強的，但是對創造力和解決問題的能力來說，仍是一個短板。所以我們必須結合工業現在的情況，在工業上不只是通過開關閥門切換流程，當遇到突發事故時要能快速精準地拿出解決方案。這就要求學生必須在熟悉流程的基礎上通過逆向思維才能作出準確的判斷。所以在流程演示之后拋出問題是十分關鍵的，然后讓學生去思考，是由于哪些閥門操作錯誤造成，或通過開關哪些閥門，開車，停車等操作可減少損失。這樣，通過正面教學與反面思考的方式達到舉一反三的效果。
3.3對學生的要求
通過其實際操作性以及與未來工作的相關性激發學生的學習熱情及學習興趣。仿真的學習是一個雙向互動的過程，學生的興趣更加濃厚，隨時學習隨時操作，而且我們可以生成問題庫，在每節課結束前學生必須完成計算機隨機拋出的問題，這樣學生才可以離開機房。在學生的考核環節上，可以從兩方面著手，一是交互式考試系統，多種模擬情境，計算機隨機抽取，學生需在規定的時間內完成，這樣避免相鄰的同學互相抄襲。二是對操作質量的評價，按操作次數計分，一次操作成功計滿分，一次不成功計為不合格，這與現場生產情況是有關的，因為在實際企業員工操作中是要求一次成功不能出錯的，④否則會帶來經濟損失或危險，這樣就達到對學生學習與實踐雙重考核的目的。
4 未來展望
仿真教學系統形成之后，可以用于石油相關專業的本科實踐教學，經過多次改進和完善亦可用于企業員工的技術培訓等方面。另外，由于其專業原理簡單、工藝直觀、展現生動的特點，使工作現場最大限度還原。讓學生在一個直觀，生動的環境下把知識順利掌握，且印象深刻，并對油庫設計與管理，管輸工藝，加油加氣站的設計與管理，城市燃氣輸配等油氣儲運相關專業課有了深入的了解，完成理論到實踐的跨躍。
4.1 實用性
仿真教學系統從設計，開發到最終的應用都以現代工業實際為大背景，內可用于教學，外可用于員工培訓，是一個還原現場的虛擬操作界面，與工人在中控室的操作界面保持一致，兼具仿真性與實用性。 （下轉第158頁）（上接第146頁）
4.2 綜合性、設計性
（1）軟件在編輯設計過程中。作為每個仿真系統的設計師，必須對每個流程都了如指掌，要清楚掌握每個區域的分流程（收油流程，發油流程，倒罐流程等等），每個設備的內部結構，并把他們組合起來，形成一個完整有機的整體。這即要求對知識掌握的通透性，又要求靈活性。并且每個參數變化，閥門開關等影響，這些細節要求更是必須精準，對設計者來說考驗其運用不同思維方式去分析問題。所以其綜合性、設計性使學生之所學達到最大化的應用。
（2）在應用中。在未來該仿真系統應用教學時，采取最大的靈活性，可以接受學生各種操作，學生可以自行制定方案，通過參數的變化調節，反映生產過程中各相應參數的變化及關聯，激發學生的主觀能動性和創造性思維。具有很強的設計性。在內容上，應用多學科，幾乎涉及所有油氣儲運專業課，打破學科之間的壁壘，具有明顯的綜合性。在方法手段上，更新了傳統的教學方式，不是僅限于觀摹，而讓每個學生都有參與感和主導感。清楚自己的工作內容并對其負責。
4.3 效果最大化
儲運生產系統復雜而龐大，且屬高危作業場所，所以一般學校組織的生產實習根本無法滿足對其系統的深入了解，并且在生產中大多時間都是正常工作狀態，幾乎不會出現誤操作及反常情況。而該仿真教學系統的出現，首先是可以讓學生對龐大管輸系統深入了解。通過參數與閥門的調節，熟悉流程。其次，可以模擬事故運行狀態，學生可以從事故狀態中找原因，總結經驗。再次可以讓學生動手操作，通過親身實踐增強他們對這份工作的責任感，使學習效果達到最大化。⑤
項目名稱：構建具有石化特色的石油仿真系統（215149）
注釋
① 邱挺，黃智賢，葉釗，李曉.化工仿真實習課程的教學實踐與改革[J].化工高等教育，2012（5）：56-58.
② 邢曉凱.油氣儲運工程專業多元化實踐教學的改革與探索[J].實踐教學，2011（22）：123-124.
③ 屈成亮，徐洪，邵寶力，王海彪.以就業為導向的油氣儲運工程專業仿真實踐課程設置的建議[J].科技視界，2013（35）：109-110.
篇3
關鍵詞：Quest；車間物流；建模；仿真
中圖分類號：F273 文獻標識碼：A
引言
車間物流即是將車間內的所有設備、工具、原料、工作臺、附屬設施(如工具室、更衣室、廁所、升降機等)和各種作業(如倉儲、品檢、搬運等)，依照生產流程，作適當的安排與布置，使工廠的生產活動能順利而流暢。
簡而言之，車間物流是指：車間內各制造部門合理的劃分，將機器設備、工具、生產器具適當的安排，物料合理運輸，產品的工藝過程依照生產流程而互相配合，以做到最經濟、最有效的組合而進行生產。
實踐證明，采用科學的方法合理地進行企業廠區與車間平面布局設計可以使人流和物流有序的進行流動，縮短路徑、避免人流與物流的交叉和折返，減少搬運時間，提高工作效率。
1.物流仿真軟件Quest
1.1仿真軟件的選擇
在面向制造的仿真語言中，Quest，Arena和Wimess都能較好地用于制造系統仿真建模。作為制造業生產線的仿真器，Quest具有出類拔萃的操作簡便性和功能。演示性能強大，富有現實感，幾乎獨一無二，可以設置邏輯命令語言，所以熟練掌握后可以實現相當高難度的仿真，并且由于Quest的強大的可視化和健壯的導人、導出功能，使其成為對生產工藝流程仿真和分析的工程與管理首選解決方案。
1.2Quest軟件簡介
Delmia，Quest是數字化工廠及離散事件仿真軟件，是工廠生產系統集成、工藝流程設計和可視化解決方案，是用于對生產工藝流程的準確性與生產效率進行仿真與分析的全三維數字工廠環境。Quest為工業設計工程師、制造工程師和管理人員提供了一個單一的協同環境，以便在整個產品設計開發中確保最好的生產工藝流程，在為實際設施投資之前，改善設計，減少風險與成本，可使產品從一開始就能盡如人意。用Quest測試各種參數，例如設施布局、資源配置、其它可替換方案，產品開發小組可以量化他們的決策對生產產量和成本的影響。
Quest提供了一套全面的三維物流仿真方案，物流規劃工程師可以直觀地進行物流線路的分析，分析物流的瓶頸點，并提供柱狀圖或餅狀圖的分析工具，可以進行很方便的物流線路的調整以及物流負荷的調整。因此，它被廣泛地應用于各種過程的建模、試驗、分析設備的布局和過程流。
2.Quest建模流程
在這里，以某工廠攪拌機車間的物流建模為實例來進行說明。
2.1建模前的調研工作
調研是建模的基礎。只有準確地采集到工藝、物流等各方面的信息，并以此為基礎建立仿真模型，才能保證模型的準確性，并最終保證仿真模型的可信度。一般說來，調研內容涉及以下幾個方面：①產品信息：產品的幾何屬性及可能影響產品工藝或物流流向的其他屬性等。②設備信息：物流設備的分布、參數等。③工藝信息：各臺設備上的工藝內容、工時、工藝對行車等資源的占用及一臺設備上的串并行工藝等。④物流規則：零件按什么規則流向下道工藝、采用什么運輸設備、是單個運輸還是多件打包后進行運輸等。調研結束后，形成規范的調研文檔，作為建模的一項依據。
2.2Quest仿真模型建立
(1)布局圖的導入
布局圖是元素建模的基準。由于Quest不支持CAD下常見的DWG格式，所以首先我們需要將DWG格式的車間或者生產線布局圖轉化為Quest可以識別的DXF格式，然后導入即可。
本實例中的部工藝流程如圖1－4所示。
(2)元素建模，在Quest定義以下的元素：
①創建和接收零件的要素：
來源(sources)：用來生成零件并使零件進入到仿真系統的要素；接收(sinks)：用來接收零件的要素。
②儲存零件的要素：
緩沖(buffers)：儲存零件的要素。
③處理器要素：
機器(machines)：加工零件的要素。
④物流傳遞要素：
傳送帶(conveyor)：標準的或者PNF(抓起和釋放)型的傳送帶都能運送零件。AGV(Automatic Guided Vehicles)：該要素能夠在預先定義的軌道上運行并運送零件。勞動力(Labor)：搬運零件或做其他工作的人。
(3)邏輯建模
鏈接(connection)是Quest模型中用于聯系其它各個元素的元素。一個鏈接就是兩個元素之間的一個邏輯鏈接。提供了零件從一個元素移動到另外一個元素的機制。零件不能在兩個沒有鏈接的元素之間移動。一旦模型中的兩個元素被連接在一起，元素類的邏輯就掌握了決定零件如何移動的控制權。
(4)工藝設置
在人機交互界面中設置各個工藝的參數，包括加工時間，控制邏輯，輸入輸出零件等。
(5)結果分析
仿真結果可以仿真過程中以柱狀圖、餅狀圖等動態顯示機器利用率等結果，也可以在仿真結束之后形成報告文檔。
3.仿真條件及仿真結果分析
攪拌機車間由布局圖可知包括：主機缸體線、控制室、滾筒、平臺、粉罐立柱、支腿橫梁、主樓斜撐和配料站。
3.1仿真條件
(1)仿真參數輸入：物流仿真模型輸入的工時數據如下，仿真時間為30天，一天16小時，一月共工作28800分鐘。Process時間輸入按照所給的工藝表格數據填寫。仿真模型初始化時上車線及下車線各工位分有一臺車架作為備料。
(2)節拍：主機缸體80分鐘，控制室80分鐘，滾筒30分鐘，平臺140分鐘，粉罐立柱30分鐘，支腿橫梁30分鐘，主樓斜撐15分鐘，配料站420分鐘。其中，節拍的時間為加工時間和吊裝時間的總和。
(3)叉車規律按照工藝表上所分好的類，可以實現混合配送。共配備7輛叉車，車速為60000mm／min，行車，速度為6000mm/min，裝卸載時間均為5分鐘。
3.2仿真結果及分析
仿真建模所做的工作：
(1)完成車間內所有重要物料從高位貨架、立體倉庫、其他車間到裝配線的流動過程進行模擬。
(2)完成物流設備，含AGV、RGV、平板車、配送小車、行車等，在車間內運行過程模擬。
(3)對建立的物流仿真模型進行仿真分析，分析是否存在物流通道阻塞、節拍不平衡等問題，提交物流仿真分析報告。
下面給出仿真的部分柱狀圖(如圖5-8所示)。
(1)零件阻塞情況嚴重的設備／工位如下：
(2)利用率較為突出的機器如下：
(3)利用率較為突出的叉車如下：
(4)主要產品的成品數量：
(5)仿真結果分析和優化
根據流程運行結果，進行分析，系統是否存在瓶頸，流程是否暢通，物流量能否滿足需求。根據最后的數據統計結果，分析物流量能否滿足需求。如果系統運行后，結果有不理想之處，要根據相應的原因。調整方案或者改變參數，直至滿足物流系統的生產需求。生成三維動畫輸出結果及仿真報告，提交給自動化物流系統的管理者和設計者，進一步優化和完善。
在本例中，從仿真數據中可以看出，每個機器的利用率都比較高，數值比較均勻，說明機器的利用比較充分和平衡。叉車的利用率也在一個合理的數值范圍。產能也基本上達到了所規定的產能。擁堵的工位由于一部分產品要外協的零件進行裝配焊接，所以此處是合理的。
4.結束語
篇4
涉及可視化仿真工具的應用工作主要圍繞MATLAB進行細化設計，避免繁瑣繪圖以及計算流程的牽制效應，最終挖掘直觀、快捷的電流變換電路的創新存在模式。因此，本文具體聯合負荷升降要求的變換裝置進行現場情景演練，將內部拓撲結構以及電感參數設計要求劃分清晰，同時完整論述該類系統的規范原理，穩定必要結構疏通潛力。
【關鍵詞】直流斬波 電路樣式 MATLAB 模擬技術 細化流程
直流斬波電路強調疏通可調電壓環境下的直流電形態，穩定輸入與輸出流程的銜接績效。技術人員為了有效穩固該電路性能，從中挖掘適當的提升方式，同時對開發原理以及性能提升要領進行同步規劃。需要注意的是，其中實際斬波裝置的工作模式存在兩類，包括脈沖與頻率調試技巧。
1 斬波電路的工作原理論述
直流斬波電路主要功能就是結合直流電調試轉換特性進行結構延展，透過對機理布置特征的觀察，涉及不同樣式的控制方式具體可以延展為時間比例、瞬時值以及二者混合構建途徑。此類電路主張使用某類權控器件，途中聯系IGBT以及相關器件進行總體流程延展；控制環節中若采用晶閘管，技術人員需設置晶閘管關斷的輔助電路。整體電路以及相關電流規劃流程中為了穩定管制績效，有關設計人員專門設置了續流二極管部件。這類斬波電路的典型用途之一就是應用拖動式直流電動機，同時積極帶動蓄電池負載功能；不足之處在于這類布局體系中都將出現反電動勢狀況。在現實電路設計流程中主要運用開關器件、阻性負載以及協調電壓管理，并且內部電壓數值主要借助開關張合狀態表現。
2 直流斬波電路的建模與仿真操作技術研究
2.1 借用IGBT搭建的直流降壓斬波電路以及規范參數設置
按照特定直流變換裝置仿真模擬操作技巧分析，有關默認格式下的參數設計與緩沖電路管理工作需要滿足同步跟進條件。在留有升降功能的非隔離式變換裝置空間之下，有關變換器之間的正負極性輸出機理形態十分復雜，必須全程依靠儲能電感疏通。整個流程下來，必定造成變換器的耗能數量增加結果，影響實際工作協調質量。在實際項目開展過程中，技術人員最好全面摒棄不同變換器既定工作理念，同時采用新型技術指標要求規范開關電源結構，爭取從中獲取優良的使用價值。IGBT具體結合高壓應用與快速終端設備進行垂直功率的自然進化調整；因為內部源漏通道電阻附加效應影響，IGBT開始針對結構功率缺陷進行應對。盡管創新模式的MOSFET設備將RDS特性全面規整，但是在高平電環境中的功率導通損耗現象仍然十分緊張；為了穩固IGBT結構，需要貫徹標準雙極器件與VCE同步調用實效，將高電流密度瓶頸限制全面克服。
2.2 變換器控制系統的實現流程分析
在系統設計環節中主要采取模擬控制與數字調節兩種途徑，本文就是重點結合變換器交互式系統進行雙重規整。為了穩定變換器降壓與升壓工作模式需求，不同電路疏通信號應該主動與最新電路設計標準進行優良匹配，保證將邏輯控制下的分配問題全面肅清。按照這種原理分析，技術人員開始將變換器與主變換電路開關電源進行智能匹配，后期結論內容具體如下所示：新型變換器拓撲結構比較簡單，各個節點工作交流模式也相對明確一些，能夠穩定數字化模擬操作的動機需求。
2.3 直流斬波電路的建模與仿真操作
2.3.1 仿真模型以及相關參數匹配
結合IGBT直流降壓電路建模以及參數設置條件進行科學分析，有關直流變換器仿真模型與默認參數設置條件已經齊全，為了迎接緩沖電路的消極化影響挑戰，在設計仿真操作流程中主要遵循以下細化工序要求：將參數調試界面打開，選取固定算法之后設置相對誤差標準，直接點擊進入仿真模擬流程，其中各類脈沖周期統一穩定在0.001s左右，有關后期的仿真控制結果要做到精準提取；可在固定窗口位置建立全新模型結構，并將工具箱電力模塊與IGBT模塊等資源依次打開，按照默認值要求實施必要參數規劃，同時將內部緩沖電路取消；之后將電源模塊打開，將必要直流電壓模塊灌輸并打開參數設置條框，將電壓源設置為200V；后續可將必要部件與接地模塊組打開，并直接復制串聯樣式的規劃窗口，將內部電阻設置為10Ω；透過MATLAB輸入源模塊，同時在buck窗口環境中復制脈沖發生器模型，必要時可實現輸出結果與IGBT門極的匹配目標。
2.3.2 直流升降壓斬波電路的仿真操作
結合IGBT元件以及電路仿真模擬流程進行長遠觀察，涉及默認參數以及電路緩沖效應必須及時得到制定。尤其在電感支路與仿真動作同步延展條件下，為了主動迎合升降壓斬波理論的精準規范要求，在直流變換電路設計過程中主要運用電控基準作為開關節點，保證電路接通與斷開時機的科學管控。適當應用SIMU LINK對降壓斬波電路與升降壓斬波的仿真結果進行詳細分析，并做好與常規電路設計方案的對比準備，確保輸出電壓波形的穩定狀態，最終全面驗證仿真結果的精準效應。
3 結語
綜上所述，運用MATLAB對降壓斬波電路仿真模擬操作流程進行細致分析，同時采取常規電路歸控結果進行同步檢驗，進而全面肯定創新操作流程的積極效用。這種模擬操作手段有效杜絕了傳統分析模式中的繁瑣繪圖與計算流程，進而靈活改變參數組合搭配樣式，適應科學調試的現實狀況，爭取為后期電子技術與多元內涵整合奠定雄厚基礎。
參考文獻
[1]李小敏.Matlab/Simulink在直流斬波電路仿真中的應用[J].科技資訊，2008，31（20）：89-95.
[2]林皓.基于MATLAB/Simulink的液壓仿形刀架建模與仿真[J].機械工程師，2008，21（07）：64-78.
[3]王建國.Matlab/Simulink在DC-DC變換器仿真中的應用[J].現代電子技術，2008，25（18）：34-40.
[4]黃松和.基于Matlab/Simulink的多自由度機械振動系統仿真[J].湖北民族學院學報（自然科學版），2008，13（01）：104-112.
[5]劉正生.基于Matlab/Simulink的旋翼飛機高度復合控制系統仿真[J].中國科技信息，2009，28（14）：176-181.
篇5
【關鍵詞】民機照明；光學仿真；3D打印
1背景簡介
計算機技術的飛速發展深刻影響了人類社會的生產生活方式。航空產業作為傳統的高研制成本和長周期產業，也在不斷尋求創新與突破，通過積極借用新技術來改進設計方法提高研發效率，壓縮研制成本。傳統的飛機照明設計是不斷設計與驗證的過程，通過結果的迭代不斷逼近設計需求。通過借用以計算機技術為基礎的新技術，可極大提高飛機照明系統的設計效率，降低研發成本。
2光學仿真技術
數字化技術經過幾十年的發展，衍生出了很多的新技術，其中仿真技術的廣泛應用正成為數字化設計技術發展的主要趨勢［1］。照明設計中光學仿真是以數字模型為基礎，賦予數模光學屬性，計算相應的光度學參數。仿真的主要內容包括：照度計算、亮度計算、均勻度計算、人機視覺功效分析等。常用的光學仿真軟件在計算特性方面各有側重，包括SPEOS，Lighttools，Dialux，SPECTER等［2］。SPEOS在人機視覺功效分析等領域走得更前，該軟件集成了多種算法以進行光線追跡。同時，SPEOS軟件內嵌在CatiaV5中，設計者在CATIA中建立的數字模型可在SPEOS中直接賦予光學屬性用于仿真計算，消除了格式轉換引起曲面形狀畸變的風險。若賦予數字模型以真實的材料屬性，包括顏色、材質、表面紋理，再賦予其光學屬性，則可進行人機視覺功效計算，得到逼近于真實視覺效果的仿真結果。
3增材制造技術
隨著計算機技術、自動化技術、新材料技術等多學科的迅速發展和融合，先進制造技術迎來了巨大變革。被冠以引發“第三次工業革命”的增材制造技術正是先進制造技術的典型代表。增材制造技術又稱“3D打印”，是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。其過程是先通過計算機建立數字模型，再將建成的三維模型“分區”成逐層的截面，在打印機中逐層打印。傳統的方法制造出一個零件通常需要數小時到數天，根據零件尺寸以及復雜程度而定，而用三維打印的技術可將時間縮短為數個小時，并且該技術可以制造一些傳統工藝無法制造的零件，從而減少零件的數量，提高系統可靠性，同時實現系統的輕量化設計。
4飛機照明設計方法探究
4.1傳統飛機照明設計方法
基于需求管理的雙V流程是飛機照明設計的基本要求［3］，通過對系統需求的逐層確認和對系統需求的驗證來科學化規范化管理設計流程。簡化的飛機照明系統設計流程如圖1所示。傳統的設計方法是試驗驅動型，依靠后期的試驗進行驗證，容易造成跨階段的更改和設計迭代。在定下初步設計方案之后，設計者往往對方案可實施性的把握不強，在燈光的布置、空間的光能量分布等問題上都存在很大不確定性，設計結果較粗糙。
4.2基于數字化技術的照明設計方法
現階段國產民用飛機設計已實現了基于CATIA的數字化設計。系統數字模型可直接轉化為光學仿真和3D打印的數據源，從設計端和制造端極大提高研發效率。光學仿真可在設計階段仿真燈具傳統的光度學參量，得到傳統計算無法精確得到的光分布，完成過去只能在實物驗證階段進行的人機視覺功效分析，提高了設計質量。仿真完成后詳細設計得出不同方案的產品模型可以利用3D打印技術快速變成實物產品，在物理樣機上進行試驗，實現設計與實物驗證的并行。以某型號民用飛機的駕駛艙閱讀燈優化流程為例，在該優化項中，需要在飛機的側窗框裝飾罩上新增一個閱讀燈，并設計閱讀燈的安裝位置和角度。4.2.1照明需求分析飛行員在飛行過程中需要閱讀航圖，目標照射區為側窗圖表夾區域。可用的安裝位置為目標區域上方窗框裝飾罩處。初步分析該區域模型，然而該區空間狹小，結構復雜，需合理設計安裝位置和角度以減小對原有結構的影響，如圖2所示。4.2.2基于光學仿真的照明設計在本案例中，利用SPEOS軟件進行光學系統仿真設計，其過程分為以下步驟：（1）系統建模：調取側窗框裝飾罩區域以及目標照射區域的相關數模，同時將閱讀燈的數模導入其中。（2）建立光源：SPEOS軟件提供多種光源的建立方式，包括面光源、泛光燈等。通過將閱讀燈的配光文件賦予其出光面，建立光源模型。該模型中包括光通量、色溫、配光等信息。（3）建立物體的光學屬性：將仿真數模賦予光學屬性，分為物體的體屬性和表面屬性，包括物體的表面反射率、體透射率和吸收等。（4）建立仿真探測器：可以根據不同的仿真類型和需求建立不同的探測器，包括光強探測器、照度探測器以及亮度探測器等。本案例中，在圖表夾區域建立照度探測器，經光學仿真會在建立的照度探測器內生成照度分布。（5）仿真結果分析與設計修正：通過光線追跡進行仿真計算后，對探測器內的照度分布結果進行定性或定量的分析。可定性的判斷光照分布區域，也可定量的分析特定點的照度值或者區域平均照度等。當結果不符合設計目標時，修正閱讀燈的安裝位置和角度，重新仿真。經仿真以及位置修正，目標區域的照度分布如圖3所示。在確定燈具的安裝位置和角度之后，根據燈具安裝接口和活動包絡，設計閱讀燈的安裝支架，并對原有結構進行修改以安裝燈具。4.2.3支架制備與試驗驗證通過3D打印技術制備閱讀燈支架試驗件。本案例使用工業級打印機Objet500Connex1，打印方式為噴射可固化液態光敏樹脂材料。設計軟件和打印機之間協作的標準文件格式是STL文件格式。STL文件使用三角面來近似模擬物體的表面，面越小其表面分辨率越高，打印出來的模型更精細。閱讀燈支架試驗件模型如圖4所示。用打印出來的試驗件支架進行裝機和試驗，照明效果如圖5所示。試驗結果表明，閱讀燈能較好的照射側窗圖表夾區域，試驗結果與仿真分析結果相吻合。整個設計到驗證的流程均基于數字化軟件，避免了傳統方法設計中的設計反復以及注塑等方式制備支架的長周期，提高了設計效率。
5結語
利用同時基于CATIA的光學仿真和增材制造技術，可以分別從設計端和制造端提高民用飛機照明設計的研發效率及設計水平、減少風險，縮短研發周期，降低研發成本。合理利用這些新技術，或許會讓中國的民航制造業在這個傳統領域實現彎道超車，趕超制造業強國。
參考文獻：
［1］鄭黨黨.飛機設計中的數字樣機技術［J］.航空制造技術，2016.
［2］劉洪濤.民用飛機照明數字仿真技術研究［J］.技術研發，2015.
篇6
1混合信號/MEMS協同設計技術
Cadence混合信號/MEMS協同設計技術包含三個子流程:
MEMS設計
MEMS IP與導入
混合信號設計
MEMS設計子流程采用了由上而下的方法,從行為建模開始,一直到有限元仿真。對于MEMS設計,基于Cadence 技術的設計子流程隨時可用,而且該流程非常便利,通過使用SIMPLI (VCAD Productivity IP) ,很多第三方的MEMS工具都可以對應。該MEMS設計子流程在18個設計任務中得到展示。一個X軸的MEMS加速計設計展示了這些設計任務從規格到的全過程。
混合信號設計子流程采用了一種中部匯合法,是Cadence AMS設計技術的一種變化形態。它降低了混合信號設計團隊應用MEMS結構的門檻。此外,需要混合信號設計師處理的多數步驟(由于MEMS結構的存在)都是在SIMPLI操作環境中進行的。因此混合信號設計師不需要MEMS設計子流程的特殊培訓。
2特色
2.1 混合信號/MEMS規格導向型環境
可實現驗證IP重用
將驗證任務自動進行
測試環墻可為層級式
可使用與數字功能驗證類似的模型
為混合信號MEMS設計執行協同優化與射頻仿真
2.2 用于MEMS領域的SIMPLI界面
MEMS與芯片中混合信號部分的協同設計存在的一個重大挑戰在于他們可能無法共用相同的流程。并且,MEMS工具也無法提供混合信號團隊所需要的信息。為了從MEMS工具生成所有必要的信息,同時仍然能夠保護知識產權,就需要有一個額外的層。
Cadence混合信號/MEMS協同設計技術使用了一個專用于MEMS領域的SIMPLI界面。SIMPLI是VCAD效率IP的一種,以標準輸入進行操作,在Cadence Design Framework中產生混合信號設計所需的窗口。SIMPLI能夠自動提取與已的MEMS結構的接口處的寄生電容。使用SIMPLI界面,設計師可以方便地從Layout導出abstract view,將其行為或降階模型導出為128位的RSA加密格式,同時確保信息對于混合信號設計團隊進行仿真的實用性。 2.3 在設計周期初期進行全芯片仿真
為了了解設計中的概念性問題,需要盡早對整個系統進行協同設計。混合信號/MEMS協同設計技術可以實現測試平臺的重用并提供不同的設置,它可以在設計仍然在開發中的階段就進行主芯片驗證,從而降低設計成本。
2.4 基于PCELL的混合信號/MEMS物理協同設計
混合信號/MEMS協同設計技術展示了一種PCELL方法用于部署復雜的MEMS結構。例如加速計。在PCELLI中可以直接進行及早的設計規則檢查(DRC)。動作感知PCELL展示了如何對MEMS結構進行電氣寄生參數提取。
使用FEM的tool,在仿真時,FEM感知的PCELL可以很方便的與部分PCELL進行信息交流。所有PCELL都是通過Cadence Virtuoso技術與行為模型相連接。
2.5 可執行的方案
1)MEMS設計
概念確認
功能驗證
物理設計
后布局與簽收
2)MEMS IP與導入
使用SIMPLI進行MEMS IP
使用SIMPLI進行MEMS IP導λ
3)混合信號設計
概念確認
功能驗證
全芯片裝配
后布局與簽收
全芯片協同驗證
4)產品綜合
Virtuoso多模式仿真
Virtuoso AMS Designer Simulator
Virtuoso模擬設計環境
Virtuoso Layout Suite
Assura設計規則檢查器(DRC)
Assura Layout vs. Schematic(LVS)檢驗器
篇7
關鍵詞 檸檬酸；仿真實驗；實踐教學
中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：B
文章編號：1671-489X（2015）12-0049-02
1 前言
實踐教學是高等工科教育教學中的重要組成部分。通過實踐教學，可以幫助學生鞏固課堂知識、培養其專業基本技能、養成并具備良好的創新習慣。可是，在實際教學實施過程中存在諸多問題。
首先，能夠接受學生去實習的企業數量有限，學生數量又較多，都到企業或工廠進行實習，給工廠帶來較大的壓力。
其次，工廠現在都是大規模連續生產，生產過程要求連續穩定，導致學生在生產實習時只能看不能動手操作，難以完成生產實習的教學目標。
最后，隨著科技的進步，現有大型生產裝置日益系統化、自動化，導致學生只能觀察和了解整個系統的表面，無法深入學習，難以提高教師和學生的積極性，生產實習的效果很差。
2 仿真實驗
在增加硬件實驗設備難以立即實現的情況下，利用計算機仿真技術，開發適合于專業需求的實驗與操作實習仿真軟件成為解決當前實驗教學存在問題的一個重要途徑。區別于傳統的實驗，仿真實驗不需要實物形態工具與對象，實驗時主要是針對軟件設計的實驗設備與儀器進行。計算機仿真技術借助面向對象編程軟件與多媒體制作技術，制作與傳統實驗操作相對應的軟硬件條件。學生在仿真實驗中可像在真實環境中一樣實現各種實驗項目，實驗結果甚至優于實際實驗。可見，計算機仿真實驗可輔助、部分替代傳統實驗操作。仿真實驗提供了友好、操作方便的教學環境，學生的學習興趣也大大提高。仿真實驗與互聯網信息技術結合后，通過網絡鏈接，學生可在網絡上進行遠程實驗課程學習，克服了傳統實驗教學空間和時間的限制，同時能大幅降低實驗經費。
當前，計算機仿真在工科實驗教學中已經得到越來越多的應用。以生物工程專業為例，煙臺大學就已經開發完成一套谷氨酸發酵生產仿真軟件，實現了谷氨酸發酵生產與分離提取過程的形象化與動態模擬。該軟件在山東輕工業學院、青島農業大學、文經學院等多所學校內試用，成為生物工程專業實習教學與培訓的重要輔助手段。國內某公司開發的離心泵單元仿真培訓被眾多院校采用，作為相關專業的離心泵操作訓練工具。
其他專業如熱能與動力工程專業，許多高校都在實驗教學中加入仿真實驗以輔助教學，如制冷模擬教學課件[1]、小型冷庫仿真教學系統[2]、制冷空調綜合創新模擬實驗平臺[3]等。煙臺大學也研制了傳熱學實驗教學仿真軟件[4]輔助實驗教學。這些仿真實驗在實際應用中都取得較好的教學效果，值得大力推廣。
3 檸檬酸發酵生產仿真實驗
檸檬酸發酵實驗 檸檬酸發酵實驗是生物與食品類專業的主要實驗教學內容之一，目的是讓學生了解檸檬酸的生產原理與流程，掌握檸檬酸的發酵生產工藝與發酵分析方法，通過實驗能熟練地掌握真菌發酵的接種、培養與發酵產物的分析測定等技術。由于檸檬酸整個發酵生產流程所需設備眾多，現在國內還沒有廠家制作銷售實驗用檸檬酸全過程生產演示的儀器，大多數學校實驗教學中只是在實驗室中開展檸檬酸生產中發酵部分的實驗，無法實現整個生產過程的操作練習。由于檸檬酸生產廠家分布過于分散，大部分高校因人力、物力等資源限制，無法開展實地操作實驗教學。
針對此問題，本文開發了檸檬酸發酵生產仿真軟件。該軟件能夠實現檸檬酸發酵生產全過程的仿真模擬，為廣大生物與食品類專業學生的生產實習提供支持。通過該軟件的推廣使用，滿足這些專業實驗教學的迫切需要。
檸檬酸實驗仿真工具 檸檬酸實驗仿真軟件的開發是根據教學任務要求，分析整理實驗教學內容而進行的。利用該軟件，學生對檸檬酸生產流程獲得形象化的認知，還可以在仿真平臺上完成實驗虛擬操作，得到實踐成績。
本軟件含有實驗內容、成績評定、使用幫助等內容。軟件能夠實現的實驗內容包括檸檬酸生產的淀粉糊化、發酵、粗提和精提四個主要流程，在每個流程的實驗界面上，都設計了該流程所需的全部實驗部件，包括罐體、閥門、泵、過濾機、攪拌器等，各動力機械與調節閥門均可實現手動調節。學生在該仿真軟件上手動完成各生產過程的相關操作練習。軟件的成績評定功能將在學生實際操作過程中，根據操作過程順序以及由此引起的生產工藝參數變化情況給出實驗成績，并提供詳細的得分明細與說明，學生可根據該明細查找實驗操作中出現的問題并加以改進。軟件的實驗成績判別功能實現了實驗操作的定量計分，減輕了實驗指導教師的負擔。軟件提供的幫助功能為學生提供逐步實驗操作指導，幫助學生更快地熟悉相關實驗操作。軟件還提供了時間加速功能，使得學生能夠在較短的時間內就完成檸檬酸的實際長時間生產過程。
軟件采用VB6.0軟件開發，功能包括裝置組成與工藝流程演示、部件運行與閥門操作動態演示、工藝參數動態變化、逐步指導等功能。圖1～圖4分別為淀粉糊化、發酵、粗提和精提四個流程的實驗界面。
該軟件的開發采用模塊化編程，每部分實驗內容作為一個大模塊，大模塊中還細分為若干個小的模塊，模塊之間通過操作流程引起的操作流程因果關系、耦合參數進行銜接。開發過程中采用動態模擬技術實現攪拌器、罐體液位、管道內流體流動等動態變化內容，實驗參數可依據實際操作實現動態即時顯示，學生能夠隨時了解參數的動態變化情況，并據此判斷操作時機。
教學效果 基于仿真技術開發的檸檬酸發酵生產仿真軟件，完整地模擬了檸檬酸生產的全過程，學生通過使用該軟件，不僅加深了對所學理論知識的理解，還對檸檬酸的生產流程有了更深刻全面的認知，生產操作水平也得到了較大的提高。仿真實驗由于界面設計友好，形式新穎，學生對此普遍歡迎，實驗興趣大大提高，取得較好的教學效果。可見，檸檬酸發酵生產仿真軟件很好地解決了實踐教學過程中存在的不足，提高了實踐教學的水平，強化了生物工程專業學生綜合素質的培養。
4 結論
本文首先分析傳統實驗與實習教學存在的一些問題，總結仿真實驗教學應用現狀及其優點，敘述自主開發的檸檬酸發酵生產仿真軟件以及學生的使用體會。■
參考文獻
[1]晏剛，吳業正，厲彥忠，等.發揮實驗室優勢，完善實踐教學改革[M]//2004年制冷會議論文集：實踐教學.2004：
135-137.
[2]張華，劉楚蕓，王勤.基于web的小型冷庫教學系統的設計與開發[M]//2004年制冷會議論文集：實踐教學.2004：
142-144.
篇8
仿真是硬件設計流程中較為耗時和煩瑣的一環。主要原因有：仿真的激勵波形必須由設計者自行創建，測試波形必須人工輸入，仿真的結果正確與否必須由設計者自行判斷，很難自動化；時序仿真前必須對整個設計做耗時的全編譯；仿真過程是計算機軟件模擬芯片對測試輸入的邏輯處理，通常計算時間消耗很大。
在這4個步驟中，第2步依賴于設計者的經驗和特定設計邏輯的復雜程度，第3、4步則由計算機完成，基本上是個定數，只有第一步還具有提高效率的空間。我們在進行實際的FPGA設計處理信號時，針對第1步有大量仿真數據輸入的需求，在研究QuartusII激勵波形文件的格式后，編程設計了一種將輸入數據轉化為激勵波形的方法。
Quartusll中仿真流程
現在Alte ra公司的器件均可由Quartus II進行設計。Quartus II除了能完成語法檢查、綜合、布局布線、生成配置文件和時序分析的設計全流程，還自帶仿真功能(Quartus IISimulator)。Quartus II中時序仿真的流程圖如圖1所示。
vwf文件全稱是矢量波形文件(Vector Waveform File)，是QuartusII中仿真輸入、計算、輸出數據的載體。一般設計者建立波形文件時，需要自行建立復位、時鐘信號以及控制和輸入數據、輸出數據信號等。其中工作量最大的就是輸入數據的波形錄入。比如要仿真僅1KB的串行輸入數據量，則手工輸入信號的波形要畫8000個周期，不僅費時費力而且容易出錯。
如果能找到一種簡易的將輸入數據轉化為激勵波形的方法，則可以極大提高仿真速度，減少手工操作時間，因此需要研究vwf文件的格式。
vwf文件格式分析
既然vwf文件是仿真數據的載體，那么必需首先弄清楚該文件存放數據的格式，再針對這種格式做一定的變換得到所需要的波形。
以時鐘信號clk為例，vwf文件以如下方式存儲和表示該信號。
在第2部分數據說明中，LEVEL O表示低電平，LEVEL l表示高電平，FOR后面跟著是持續時間，REPEAT表示重復次數。手工描畫的波形在存儲時均被轉化為此形式表示，這種形式也會被一一對應地表現為波形。其實這就是一種文本方式描述數據的格式，一些其他波形文件格式(例如．tbl文件)也是與此相似的。
串行數據轉化為vwf文件的方法
在用軟硬件接收和處理通信線路上某種協議的數據時，通常都會取得一定量的典型數據做試驗使用，這些典型數據就會被用作仿真的輸入數據。多數通信線路傳輸串行數據流，硬件系統接收的輸入信號是串行的。
將試驗數據逐比特地轉化為激勵波形就是建立測試激勵的主要工作。由上一部分對vwf文件格式分析可知，數據流會被映射成電平的持續時間，而持續時間是時鐘周期的整數倍。數據流可以看作是O、l比特流的單向延伸，確定了0、1流即可將對應的持續時間計算出來，從而給出波形的文本描述。
因此只要能將試驗數據的0、1流識別出來，再以vwf文件格式為基準生成對應文本，就能將輸入數據自動地轉化為激勵波形。
數據文件到串行激勵波形的編程實現
識別數據的0、l游程算法(C或C++)如下。
／／rl即為所識別的0、1比特游程，fpin是輸入數據文件的指針，datin是無符號字符
／／tmp=O時，rl為0游程；反之rl為1游程
剩下的就是將游程轉換為．vwf文件格式輸出。
／／clk_t設為一個時鐘周期對應的ns數或參照vwf文件說明的單位
／／fpout為輸出文本文件的指針
／／此括號對應第一個while()
最后將輸出的文本復制到．vwf文件相應的信號數據部分即可。
總結
篇9
文章編號：1671-489X（2017）08-0131-03
Abstract Firstly， the authors introduce the limitations of conven-tional experimental teaching in water treatment technology， combined
with the experimental platform of wastewater treatment， developed the virtual simulation teaching software in wastewater treatment. Through the virtual experiment instruction and experimental tea-ching deepen students’ understanding for wastewater treatment struc-
tures and improve the quality of teaching.
Key words virtual simulation； wastewater treatment； experimental teaching
1 引言
了解并掌握污水處理廠的工藝流程、設計方法和基本運行參數，對給排水科學與工程專業學生來說是十分重要的。隨著水環境污染的加劇，為達到處理標準，水處理工藝變得越來越復雜，水處理工藝系統設計運行管理和優化改造過程在教學中難以直觀體現，學生在生產實踐過程中難以了解其內部構造原理。另外，實物實驗教學中還存在如下問題。
1）污染問題。因在水處理實驗中需要用到各種各樣的化學藥劑，以致實驗排放的廢水成分復雜，處理成本高。
2）經費問題。隨著技術進步，一些新的水處理技術也在不斷涌現，由于經費問題，往往會造成實驗設備更新跟不上科技進步的步伐，這就限制了做一些實驗的可能性。另外，學生操作實體設備損耗較大，且實體設備價高、數量少，無法滿足學生人人動手操作的需求。
3）時間、空間問題。在實際實驗教學中，都要求學生在指定的地點、特定的時間內完成實驗任務，學生只能是被動地、不充分地準備實驗，缺乏主動靈活性和重復性。
4）效率低[1]。在實際實驗教學中，人為性較強，實驗操作過程的演示不夠全面及細致，實驗注意事項繁多，學習枯燥，效率不高。
因此，單純依靠課堂教學和傳統實驗培訓已遠遠不能滿足學生的培養要求。
虛擬仿真實驗是利用計算機創建一個可視化的實驗操作環境，其中的每一個可視化仿真物體代表一種實驗儀器或設備，通過操作這些虛擬的實驗儀器或設備，即可進行各種實驗，達到與真實實驗相一致的教學要求和目的，它是虛擬仿真技術、計算機技術和專業理論知識多方面結合的結晶[2]。在實物實驗中所采用的實驗工具、實驗對象都是以實物形態出現的，而在仿真實驗中，不存在實物形態的實驗工具與實驗對象，實驗過程主要是對虛擬的實驗儀器及設備進行操作[3]。在大數據背景下，水處理虛擬仿真通過對大量已有環境數據的建模和3D仿真設計，為水處理教學科研建立虛擬境界，使學生在虛擬環境中開展水處理工程的實驗操作，以激發學生的學習興趣，深化學生對水處理技術內部機理的認識，增強實驗教學效果[4]。
2 污水?理實訓實驗裝置
污水處理實訓實驗裝置具有一級物化處理、二級生物處理與三級深度處理等工段，具備SBR、UASB（EGSB）、氧化溝、A/O污水處理工藝、A2/O污水處理工藝、MBR、曝氣生物濾池等多處理單元，能夠實現單一工藝或多種工藝的組合運行。該裝置可根據用戶需要在線調節系統流量及回流比；可進行在線水質監測參數反饋；可進行容器內液位監控，并設置液位報警，保證系統安全運行；可進行自控/手控切換操作，方便調試。
該裝置的主要技術指標如下。
1）處流流量：50～100 L/h。
2）工作電源：AC220V/380V±10%。
3）安全保護：具有漏電自動保護裝置。
4）進水要求：SS
300 mg/L、NH3-N
5）出水標準：出水SS、COD、BOD5、NH3-N、TP、pH等主要指標達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準（GB18918-
2002）》一級A排放要求。
工藝流程大致如圖1所示。該實驗裝置的主要缺陷是：
1）裝置成本較高且占地面積大；
2）處理水量有限；
3）需要日常的運行維護管理；
4）學生實訓操作受時間、空間的限制。
3 虛擬仿真實驗教學
虛擬仿真軟件系統包括污水處理廠操作過程模擬，格柵池、沉淀池、厭氧/缺氧/好氧池等設計和運行參數，污泥處理系統和污水處理能力分析等模塊，可以通過交互操作，簡便地模擬整個工藝流程內不同進水水質水量對處理效果的影響，并可調整各單元處理設施的設計參數，討論不同設計參數與廢水處理效果之間的關系，顯示針對不同的進水水質和水量，各種運行工況下，出水的水質情況和整個系統的處理效率。虛擬仿真軟件界面如圖2～圖6所示。
通過虛擬實驗，學生可直觀了解整個污水處理廠的工藝流程，單元處理構筑物的結構設計，污水脫氮除磷的基本原理和相關的運行參數以及污水處理廠污泥處理相關知識，掌握污水處理廠的設計要素和運行條件。
篇10
在我軍所開展的一些電子對抗作戰仿真實驗中，有關的實驗設計理論與方法已得到了不同程度應用，如××××實驗室所開發的《××××電子對抗作戰仿真實驗系統》選取×個因素作為考察重點，并簡單開展了二水平實驗；×××學院×××教研室所開發的《×××電子對抗作戰仿真軟件》在具體應用中對各考察因素采用了正交抽樣的方法進行方案生成等。但總的來說，在我軍所開展的電子對抗作戰仿真實驗中對實驗因素、因素水平的設置都還顯得過于簡單，與實際情況還有很大的差距。
面臨的主要問題
電子對抗作戰仿真實驗與一般的科學實驗類似，都遵循“探索發現—檢驗假設—演示驗證”的實驗過程。若依據不同的實驗階段對電子對抗作戰仿真實驗進行分類，便可將其劃分為探索發現實驗、檢驗假設實驗和演示驗證實驗。結合各類實驗的特點進行電子對抗作戰仿真實驗設計，是規范我軍電子對抗作戰仿真實驗設計的有力舉措。然而，在這過程中還有許多問題亟待解決。
1)對電子對抗作戰系統的認識有待加強。對電子對抗作戰系統的認識難點主要在于電子對抗作戰系統與火力作戰系統有很大的差別——電子對抗作戰系統的作戰效能不能像火力作戰一樣在交戰結果中得到直觀的顯現，而必須通過分析其對聯合作戰的影響進行分析判斷。此外，由于復雜系統固有的病態定義和病態結構，以及無充分的先驗知識，很難以一種嚴格的數學形式來對它進行定義和定量分析，很難從空間和時間上加以分割，容易造成系統的邊界模糊。
2)對各類實驗特點的認識有待加強。對用于不同目的的電子對抗作戰仿真實驗進行設計，所選用實驗設計方法亦會有所不同。目前，國內外對探索發現實驗、檢驗假設實驗和演示驗證實驗的特點都進行了較為深入的研究。然而，由于電子對抗作戰仿真實驗自身所具有的特殊性，只能從對這三類實驗外延和內涵的認識上不斷接近其本質，目前還很難實現對電子對抗作戰仿真實驗的全面認識與掌握。
3)對實驗因素的選擇缺少有效方法。實驗因素也稱作實驗因子或自變量，是進行實驗時重點考察的對象。實驗因素的種類與數量直接影響著實驗設計方法的選擇。而電子對抗作戰仿真實驗一般都是多因素實驗，有些實驗因素對實驗結果的影響是極其微弱的，實驗中需采取有效的分析方法將其剔除，然而目前常用的實驗因素效應分析方法很難滿足實驗因素選擇的基本要求，即難以對眾多實驗因素進行客觀、全面、重點的分析，并從中找出關鍵、獨立、敏感的實驗因素。
4)對實驗因素水平的確定缺少參考依據。實驗因素取值點的數量稱該實驗因素的“水平”或“位級”，實驗因素水平多少也是影響實驗設計的一個重要因素，如果實驗因素的水平過多，會極大地增加實驗的工作量，過少又可能不能有效反映實際情況。然而，由于近年來我軍電子對抗實戰經驗的匱乏，在確定實驗因素水平時，很難找到與實際情況相符的、有效的參考依據，容易導致設定的實驗因素水平不具客觀性和代表性，影響實驗自身的價值。
發展措施
電子對抗作戰仿真實驗設計能力，是開展電子對抗作戰仿真實驗所需的核心能力。只有進一步加強電子對抗作戰仿真實驗設計能力，才能使我軍的電子對抗作戰仿真實驗水平跟上新技術的發展。發展我軍電子對抗作戰仿真實驗設計能力還需從多個方面不斷努力。
1)注重相關人才培養。通過加強對各單位軍事人員和計算機技術人員進行電子對抗相關知識的集訓或學習，力求讓他們在學習和需求分析、總體設計以及較長時間的研制過程中，優化自身的知識結構，培養出一批既懂電子對抗相關問題又懂計算機應用的“復合型”人才。
2)加強對實驗本質的認識。對電子對抗作戰仿真實驗的本質內容進行研究分析的過程，是一個不斷循環、迭代和反饋的過程，通過不斷反饋、重復所進行的電子對抗作戰仿真實驗，對相關實驗的實驗因素、因素水平進行優化，逐步逼近對實驗本質的準確認識。
3)加強對實驗設計方法使用特點的掌握。不同的實驗設計方法適用于不同的實驗對象。在進行電子對抗作戰仿真實驗設計時，首先應該加強對相關實驗設計方法使用特點的學習與研究。通過研究其在相關領域實驗設計中應用情況，準確掌握各實驗設計方法的使用特點和使用流程，并創造性地運用到電子對抗作戰仿真實驗的設計之中。
4)促進實驗設計方法與實驗本質的有機結合。通過對各類電子對抗作戰仿真實驗的本質、特點以及適用于電子對抗作戰仿真實驗的各種實驗設計方法的特點進行全面分析，找出實驗設計方法與電子對抗相關問題的結合之處，并進一步探索實驗指標、實驗因素、因素水平的選擇問題，最終形成規范的電子對抗作戰仿真實驗設計流程，用于指導我軍相關作戰仿真實驗的開展。
結束語
