系統仿真范文10篇

摘要：分析數控加工仿真系統技術，介紹數控加工仿真技術的研究成果，提出目前數控加工和仿真方面存在的一些問題，以及仿真技術的發展趨勢。

關鍵詞：數控加工仿真系統；幾何仿真技術；物理仿真技術；數控加工數據庫

隨著科技的進步，產品的研發周期越來越短，很多企業之間的競爭開始體現在產品的更新換代上。因此新產品的研發時間決定著企業的競爭力。最近十幾年計算機技術的迅速發展，使與計算機配套的計算機圖形技術發展越來越快，帶動了計算機仿真技術的進步。計算機仿真技術在產品的研發中發揮著非常重要的作用。在這種背景下又出現了虛擬制造技術。這種技術可以使一個產品從研發初期到產品裝配都具有模擬狀態，并且對各個環節中可能出現問題進行有效預測。使設計人員能及時發現設計缺陷并及時提出改進措施。保證產品在設計和生產過程中不斷優化，提高產品的設計成功率，同時縮短產品研發周期，減小產品研發過程可能出現的風險，極大提高了企業的競爭力。虛擬制造技術的出現能為人們提供更優秀的產品，主要的應用是在加工過程中進行仿真，西方發達國家的一些科研機構認為，制造業的發展必須要解決的幾個問題，其中一個就是制造技術的建模和仿真技術。這種技術已經成為虛擬制造技術發展的關鍵，這種技術如果運用在機床上可以對機床刀具加工信息進行分析和預測，然后通過優化實現智能生產。這是一種非常先進的技術，不但可以保證機床的有效運行還能保證產品質量。

1數控加工仿真系統研究

1.1數控加工幾何仿真技術。數控加工的幾何仿真是數控加工仿真系統的一個組成部分，最初數控加工的仿真主要是幾何仿真。其條件是在加工過程是一個幾何問題，沒有其他的因素。近幾年隨著幾何仿真技術的發展，出現了很多優秀的仿真軟件，其中最具有代表性的是Pro/ENGINEER，UG等。目前對幾何的仿真技術已經非常成熟，在場景建模方面也取得了一定成就，數控加工過程中碰撞干涉檢驗一直是一個非常難的問題，同時也是非常重要的問題。針對這個問題很多學者也進行了大量的研究，得出了很多優秀的、成熟的算法，這些算法基本上包括2種：一種是基于圖形的實時碰撞檢測，一種是基于圖像的實時碰撞檢測。基于圖形的實時碰撞算法主要是將物體作為包圍盒，對包圍盒進行求交計算。當包圍盒相交時其包圍的幾何體才可能相交，如果包圍盒不相交那么其包圍的幾何體就不一定相交，這樣就可以通過這種方法很快的找到相交的幾何部位。這種方法受到的場景影響較大，對于一些非常復雜的場景分析比較困難。因此除了要保證仿真的精度以外還要進一步提高算法的實時性。另外一種算法是基于圖像的實時碰撞檢測，其主要是利用物體的2D投影的圖像和深度的信息進行相交分析。這種算法具有很多的優點，主要優點有①能夠降低CPU（CentralProcessingUnit，中央處理單元）的計算負荷；②平穩性很高；③這種算法適合一些復雜的碰撞檢驗；④這種算法的發展前景很大。但是這種算法也存在一些問題，其中最主要的問題是運算過程中需要占用很大的內存，導致從硬件中讀取深度值時就比較困難，仿真效率大大降低。1.2數控加工物理仿真技術。隨著科技的發展，制造業開始運用一些先進的仿真技術，其中物理仿真是仿真技術的研究重點。物理仿真主要是將切削過程中的一些過程映射到制造系統中，然后對實際加工進行分析和預測，找出影響切削精度的一些因素，然后采取措施對工藝進行優化，這種技術也是目前比較先進的技術，能及時發現加工過程中的問題，提高加工質量。1.3人工智能預測模型。隨著計算機技術的發展，人工智能的發展也加快了速度，目前在人工智能方面出現了大量的算法。比如遺傳算法、神經網絡等，這些算法都是非常優秀的算法。在智能系統中可以通過神經網絡優化一些制造參數，其預測精度非常高。但不同類別的神經網絡模型預測的精度有非常大的差別。人工智能預測模型的出現大大提高了生產效率，降低了生產成本。1.4機械加工數據庫。機械加工數據庫出現于20世紀末，世界上很多國家都加入了機械加工數據庫，每個國家都收集大量的數據加工數據，傳到加工數據庫中。這種數據庫可以使不同國家的數據進行對比，從中找出一些數據進行交叉檢驗。雖然這種機械加工數據庫給各個國家帶來了方便，但是它還是存在一些缺點。比如在進行數據分析時沒有考慮一致性問題，對各個國家的使用者都是比較麻煩的，同時這種數據庫沒有考慮機床的影響，很多信息不準確。除了以上問題以外，還有一個非常重要的問題是由于加工過程中復雜和隨機性，很多測量技術需要借助實驗，前人得到的數據無法代替實際生產。

2數控加工仿真系統存在的問題及發展方向

1引言

計算機仿真系統是仿真的依托，形象地說成是仿真的大舞臺也很貼切，最準確的說法應當是，計算機仿真系統是基于仿真的系統研究不可或缺的實驗工具。每個仿真應用領域，有了各自適用的計算機仿真系統，才能給出具有所需置信度的仿真結果。大量實例表明，仿真技術的有效應用，必須依托于先進的計算機仿真系統;只有服務于應用的計算機仿真系統的發展，才能帶動仿真技術的發展。但是，迄今為止，國內外依然存在著建立仿真應用的時間太長、費用太高問題。原因就在于缺乏正確的技術理論指導，或盲目追求大而全，或低水平地重復。顯然，在需求牽引、技術推動、經濟支撐下，緊跟時代前進步伐，要用信息化理念和方法建立計算機仿真系統。正如王恒霖等人(2003)在《仿真系統的設計與應用》一書中所說，高新技術與先進管理相結合才可能有高質量仿真系統的誕生。

2現有計算機仿真系統

現有許多計算機仿真系統、仿真試驗室、仿真中心可供參考。諸如美國亞那巴馬州紅石兵工廠的高級仿真中心(ASC)、以法爾肯空軍基地國家試驗中心為核心的美國國家試驗臺、德國航空航天試驗院的空間運行中心、中國航天部門遍布全國各地的仿真中心、國防科大三院的分布實時仿真系統(KD－DRTSS)和基于SOA的仿真服務系統(SOA－basedsimulationservicesystem)、基于SystemC的片上系統(Systemonchip，SoC)等。國內外計算機仿真系統，真是琳瑯滿目。它們按空間分布不同可分為集中式、分布式和嵌入式三大類型。國內外集中式計算機仿真系統經過模擬仿真系統、混合仿真系統和數字仿真系統三大里程碑式地發展，從20世紀80年代開始，數字仿真在計算機仿真中獨占鰲頭，從此以后，集中式計算機仿真系統中的計算機系統都是數字式的，而且大都采用便于獨立集中管理的主機－終端的體系結構，并能進行數學仿真和半實物仿真，而且隨著科學技術發展，正在虛擬化、智能化。虛擬化使得計算機仿真系統用虛擬樣機取代物理樣機，從而能夠廣泛用于復雜產品設計、軍事演習、復雜操作訓練、過程排演等領域。智能化使得計算機仿真系統有機地融合人工智能技術，以適應信息化的需要。同時，還應該采用“結構規模優化”方法，構造多級結構、多層結構、多段結構，進行結構分析與綜合，設計高性能價格比的優化結構，從主機—終端模式，向客戶機—服務器模式、集中—分布模式發展。20世紀80年代開始出現了分布交互式仿真(DIS)系統，而且發展迅速，很快由基于高層體系結構(HLA)的DIS成為其主流。多年實踐表明，HLA尚有許多需要改進的地方。現在，美國國防部已經認識到HLA是必要的，但僅有HLA卻是不夠的。目前經濟有效的方案無非是通過網絡化、集成化、協同化把地理分布較廣的現有仿真設施組成一個新的計算機仿真系統。現在看來，性能價格比最高者當是多微機DIS系統，它不僅具有HLA的優點，而且彌補HLA不足，使邦員內部也有重用性和互操作性，而且具有結構仿真、實況仿真和虛擬仿真等功能。當前，欲將傳統DIS許多成果用到HLA中，就得考慮HLA和DIS兩系統之間的互聯方式。一般來說有兩種方式，即網關方式和中間件方式。兩者的主要區別在于:網關方式以運行一個獨立的應用程序來實現相關的轉換，在該方式中將外部HLA邦員和DIS實體作為輸入值，然后實現兩者之間的互操作，而中間件方式則將轉換的實現做為應用程序的一系列類嵌入在程序中，并通過執行應用程序將DIS和HLA中的相關信息輸出。基于這兩種基本方式，目前有四種相關的實現技術:①打包技術將軟件直接嵌入到DIS底層接口，在數據傳送前將DIS數據轉換成HLA數據模式，并在接收數據后將HLA數據模式轉換成DIS數據格式，顯然無需特殊的硬件支持。②本地化技術產生一個本地的HLA仿真，這意味著所有網絡接口都要包括一個仿真軟件。這樣可以很好地實現所有HLA的特性，但初始化傳輸時大量的程序修改以及相關協議的改變。③轉換器技術提供單獨的應用程序，一般來說，要使用單獨的計算機來完成轉換功能，雖然無需對仿真程序作任何修改，但仿真延時相應有所增加。④協議接口單元(PIU)技術通過定義API函數來實現不同協議之間的轉換，這是DIS/HLA轉換方式中較好的選擇方案。嵌入式計算機仿真系統(Embeddedcomputersimulationsystem)廣泛應用于工業控制和國防系統領域。其基本特征是小型化、可隨身攜帶，一般通過軟件和硬件來實現其功能，但硬件成本較高，而軟件具有靈活和成本較低等優點。軟硬件劃分的結果直接決定嵌入式系統設計的優劣。鄭州大學信息工程學院郭金金等人(2010)提出一種新的嵌入式系統軟硬件劃分算法，先采用嵌入式系統轉化成有向無環圖，可將嵌入式系統軟硬件劃分問題轉換成一個多條件約束問題，用螞蟻放置于有向無環圖頂點上，對系統軟硬件劃分準確率作為螞蟻算法優化目標，通過蟻群算法搜索最優目標函數值，有效避免傳統劃分算法搜索陷入局部最小，大幅度降低搜索時間。當前嵌入式系統領域一個十分重要的研究課題是，如何讓嵌入式系統在遭受侵害時保持一定的性能并安全運行。國內外廣泛探索，但往往缺乏支持動態安全策略的設計思想，對嵌入式系統在遭受侵害時如何保護系統安全、保持系統的性能，并將破壞降低等方面的研究較少。哈爾濱工程大學計算機科學與技術學院趙國冬等人基于模式匹配方法研發了安全等級評估系統。仿真結果表明，該系統可以在不顯著增加系統開銷前提下，有效地阻止系統異常的產生，提高系統的彈性應對能力。無論那種類型，計算機仿真系統通常由數字計算機系統，系統實際設備(實物)和一些專用、通用設備組成，且具有現代化技術水平，兼有構造仿真、實況仿真和虛擬仿真三種功能。計算機仿真系統的中心，當然是數字計算機系統，諸如，單片機、單板機、仿真機系統、微機系統、工作站系統、小巨型機系統、多機系統等等。它們各自都包括硬、軟件兩部分。數字計算機的機型往往直接決定著計算機仿真系統的類型，用戶可從中選擇經濟適用的機型。通用設備就是商品化的觀測記錄設備，信號發生器，聲像通信設備等，而系統實際設備(實物)和一些專用設備，隨仿真應用領域不同差別甚大。比如，航空航天領域的飛行仿真系統，除了需要控制系統實物以外，還需要轉臺、負載臺、離心機、必要的模擬器和實物操作臺等專用設備。

3計算機仿真系統發展的最新動態

1)多層次使能技術美國國防科學局(1997)認為，建立集成的綜合仿真環境和仿真系統，必須解決實現的技術，即下述五個層次使能技術:①基礎技術(光纖通訊、集成電路、軟件工具、人的行為模型、環境模型等);②元、部件級技術(內存、顯示、局域網、微處理器、數據庫管理系統，數模轉換器，建模與仿真構造工具，測試設備等);③系統級技術(微機系統，人一機界面，遠距離通訊/廣域網、計算機圖像生成等);④應用級技術(制造過程仿真、工程設計建模與仿真，含人仿真系統，隨機作戰仿真等);⑤集成綜合仿真環境技術(樣機、規劃、設計與制造，訓練與備戰，測試與評估等)。其中，大部份的硬件和網絡能力由商業市場作為成熟產品提供，如微機系統、遠距離通訊/廣域網、人一機界面、計算機圖像生成、數據庫管理系統、局域網、光纖通訊、軟件工程工具等，而有些如制造過程仿真，工程設計建模與仿真，隨機作戰仿真，環境模型等滿足軍用仿真需求者都由國防部組織解決。

毋庸置疑，殲、強擊機利用航炮攻擊是作戰中其配合地面進行協同必須具有的基本戰術。如何提高射擊精度，則是利用航炮射擊時必須關注的問題。筆者基于航炮武器系統的射擊條件，分析了影響其射擊精度的外在因素，在此基礎之上，依托現有的計算機平臺，設計了一套綜合性仿真評估系統，并借助戰例及其仿真結果闡述了開發航炮射擊評估系統的實際意義。該綜合性仿真評估系統既可為進一步研究航炮武器系統的效能提供技術支撐，又可從作戰使用的角度為航炮的使用提供重要參考。

1影響因素分析

航炮射擊的特點是：

1)攻擊時需考慮攻擊機進入的方向、角度和時機等。

2)受飛機性能和安全高度的限制比較大。

3)作戰中需考慮氣象條件。綜合航炮武器使用的特點，并結合彈丸散布理論，將這一問題歸納為陣風和人為因素對航炮射擊的影響。

摘要：分析了自動化運維安全管控現狀，介紹了堡壘機的基本功能，并按相關要求在電力監控仿真培訓系統中部署了堡壘機，提出了堡壘機“一個目標、三種角色”的培訓方案，開發了堡壘機培訓項目，以提高自動化運維安全管控水平。

關鍵詞：自動化運維；安全管控；堡壘機；培訓

電力行業關系到國計民生，電力監控系統的安全問題至關重要，如果維護人員違規操作導致信息安全事件，會造成難以挽回的損失和影響。堡壘機在特定的網絡環境中，通過不同方式進行網絡活動分析處理，確保網絡安全穩定。堡壘機的安全穩定運行與企業數據安全有著直接聯系。堡壘機從最早的跳板機發展為目前的第三代堡壘機，可接管終端計算機對網絡和服務器的訪問，并可融合多種用戶使用要求，其支持的協議也逐漸增加，例如FTP協議、數據庫協議、Web應用協議、網管協議等。目前電力運維堡壘機的建設工作陸續開展，但現場工作人員對堡壘機功能和使用方法的了解有待加強。本文在調度自動化仿真系統中部署堡壘機，并對學員開展堡壘機相關培訓。堡壘機可在不改變業務系統原有架構的情況下實現對內部違規操作風險的有效控制，從而提升學員的職業素養，預防內部信息安全事件的發生。

1自動化運維安全管控現狀

傳統運維模式下，運維人員主要通過KVM（Key?boardVideoMouse，簡稱KVM）或直連信息設備進行變更、配置、備份與維護等操作，存在一定安全風險［1］。

1.1賬號及授權管理混亂

1基于OpenGL的數控加工仿真系統的總體結構

OpenGL是SGI研發的一種三維圖形接口，通過該接口獲得的三維圖形效果更為逼真，質量更高，這也是目前交互式圖形處理的一個衡量標準。Win32下OpenGL是一種與硬件、窗口系統以及操作系統獨立的API具有過程性特點，其命令解釋模式的命令由客戶發出，被服務器解釋并處理，其中含有上百個庫函數，在運行時只需添加相應的動態庫便能夠實現對OpenGL的支持。OpenGL的功能可以概括為以下幾點：①幾何建模。除點、線、多邊形繪制函數外，OpenGL圖形庫還提供了椎體、多面體等復雜三維物體以及曲線、曲面繪制函數。②坐標變換。通常坐標變換主要有視圖變換、造型變換、視口變換和投影變換四種，OpenGL還能完成矩陣變換以及附加剪裁面變換。③光照與材質。光照分為輻射光、鏡面光、環境光和漫反射光，可設置8個光源，用光反射率表示材質。④設置顏色模式。包括顏色索引模式和RGBA顏色模式。此外還具有紋理映射、位圖顯示和圖像增強以及雙緩存實時動畫和人機交互技術功能。

2數控加工仿真系統的功能模塊及仿真實現

2.1加工仿真系統各功能模塊

在數控切削加工過程中，實時三維仿真可根據輸入的NC代碼要求進行動態過程仿真，這一過程可分為數據收集和輸入、幾何實體模型構造、圖形仿真結果交互等階段，各階段都賦予了相應的定義，為使動態過程仿真達到交互性、準確性和有效性的要求，應對各功能模塊進行優化。系統以軟件用戶界面和內部計算檢查過程為主體，軟件用戶界面由公共模塊、NC代碼編輯模塊、仿真顯示模塊和加工控制模塊構成，其中，公共模塊對CFild類的成員函數有所繼承，其功能顯示在File下拉菜單；NC代碼編輯模塊具有強大的文本編輯功能，對于一些較為簡單的加工零件無需預先編程，除一般記事本基本功能外，還設有互鎖功能，可對編輯后的代碼進行讀寫切換，更好地保護代碼，保證加工順利進行；仿真顯示模塊將圖像和數據信息呈現在計算機屏幕上，實現動態顯示，通過調節窗口便能夠觀察到加工工件，圖像和數據信息由OpenGL收集，其處理過程為：圖像操作/逐個頂點操作→光柵化→各片段操作→幀緩沖區→仿真圖像顯示；加工控制模塊根據代碼檢查解釋加工進給信息，整個路線為：回參考點→對刀→開始加工→暫停加工→退出加工[2]。內部計算檢查過程包括內部模塊和外部數據輸入，內部模塊由NC代碼檢查和解釋模塊、代碼過濾以及內部仿真計算構成。

2.2三維模型在OpenGL中的實現

摘要：自20世紀80年代末至今，我國的仿真技術獲得了極大的發展。在電力系統中，應用較多的培訓仿真系統有電廠仿真、電網運行工況仿真和變電所仿真。一般說來，凡是需要有一個或一組熟練人員進行操作、控制、管理與決策的實際系統，都需要對這些人員進行培訓、教育與培養。

關鍵詞：仿真技術電力系統

自20世紀80年代末至今，我國的仿真技術獲得了極大的發展。在電力系統中，應用較多的培訓仿真系統有電廠仿真、電網運行工況仿真和變電所仿真。一般說來，凡是需要有一個或一組熟練人員進行操作、控制、管理與決策的實際系統，都需要對這些人員進行培訓、教育與培養。早期的培訓大都是經過理論講解和現場實習，通過實際操作經驗的積累來完成的，這種培訓方式因是在實際運行的系統上進行操作，不僅培訓成本高、培訓時間長，而且有些故障只能在實際發生時才能得到實際操作的機會，致使一部分知識只有感性認識，得不到實際操作的鍛煉。隨著系統規模的加大、復雜程度的提高，特別是造價日益昂貴，訓練時因操作不當引起的破壞而帶來的損失大大增加，因此，提高系統運行安全性、可靠性事關重大。為解決這些問題，出現了培訓仿真系統，模擬實際系統的工作狀況和運行環境，以避免運用實際系統時可能帶來的危險性及高昂的代價。

變電所培訓仿真系統集仿真技術、圖形圖象技術、數據庫等技術于一體，依據變電所電力設備實物、一次設備和二次設備接線圖進行設計，如主控室、控制屏、保護屏及設備連接狀況，可在模擬設備和二次接線圖上進行相應操作，采用鼠標點擊的操作方式，簡單、直觀、易學(見圖1)。這種方式使變電運行人員的培訓手段大大更新，提高了培訓效率，縮短了培訓周期。也進一步提高了運行人員的正確判斷和處理事故的能力，防止事故擴大化和縮短事故處理時間，從而確保電網安全、可靠、經濟運行。

圖1

1變電所仿真的現狀

摘要：基于MATLABGUI的《信號與系統》課程仿真平臺實驗設計，主要是利用MATLAB的強大功能，繪制出《信號與系統》中不同沖激函數的響應，方便對比學習不同的波形。在該仿真平臺中，分別設計一個主界面和八個子界面：主界面是設計平臺的總入口，通過GUIDE工具箱中的各個控件，實現對子界面的跳轉，使得子界面與主界面相互聯系，方便用戶使用；子界面中包括《信號與系統》一書中八個章節的內容。在該平臺中，用戶可以反復多次地輸入不同信號的不同參數，使得平臺產生不同的波形，這對于研究信號的響應十分便利。

關鍵詞：MATLAB；信號與系統；仿真平臺；可視化；交互式；實驗系統

隨著計算機技術的不斷更新發展，開發和設計可視化和交互式的《信號與系統》課程的虛擬實驗平臺成為必然[1-2]。通過設計仿真平臺，可以讓學生和老師以及其他用戶直接地觀看到仿真波形，使得大家對于較為晦澀難懂的原理有更好的理解和掌握，為教學和研究提供了諸多便利[3-6]。為此，具有強大的數學功能以及波形顯示功能的MATLABGUI工具便成了最好的選擇。利用MATLAB設計和開發的虛擬仿真實驗平臺可以為用戶提供形象的仿真波形，顯示不同信號在不同激勵下的響應。與此同時，GUIDE工具中還含有各種控件，方便人們依據自己的需要創建具有不同功能的虛擬操作平臺[7-10]。

1系統設計

系統總體設計如圖1所示。

1.1系統設計原理

［摘要］目的探討基于醫學影像虛擬仿真平臺的考核系統（以下簡稱虛擬仿真考核系統）在影像斷層解剖學考核中的應用效果。方法選取錦州醫科大學2015、2016級五年制醫學影像專業學生177人作為研究對象，其中2016級作為觀察組，2015級作為對照組。觀察組采用虛擬仿真考核系統進行考核，對照組采用傳統考核方法，比較2組考核成績，并采用調查問卷調查學生對考核方式的滿意度。結果觀察組考核成績為（84．75±5．48）分，明顯高于對照組的（71．03±7．03）分，差異有統計學意義（P＜0．05）。2組考核方式滿意度比較，差異有統計學意義（P＜0．05）。結論虛擬仿真考核系統可以顯著提高課程考核效率和學生滿意度，能更好地促進課程教與學，讓考核服務于教學，實現以能力為導向的考核目標。

［關鍵詞］醫學影像虛擬仿真系統；影像斷層解剖學；虛擬教學；考核

影像斷層解剖學與影像診斷學、核醫學、放射醫療醫學等學科有著密切聯系，是現代醫學重要的基礎學科［1］，起著溝通基礎醫學與臨床醫學的橋梁作用，在醫學教育中具有十分重要的作用和地位［2］。該課程的學習效果直接影響著未來專業課的學習。傳統的考核方式主要偏向理論，容易導致學生不能將所學知識很好地與臨床相結合。近年來，本校推進實施了醫學影像虛擬仿真平臺，在醫學影像理論和實踐教學研究方面提供了新的研究思路和解決方案［3］。本研究采用基于醫學影像虛擬仿真平臺的考核系統（以下簡稱虛擬仿真考核系統），建立影像斷層解剖學題庫，全面覆蓋考點，以理論內容與實際影像圖片檢查相結合的方式，幫助學生構建良好的影像空間感及建立“整體－斷層－整體”的影像思維方式［4］，實現了以臨床實踐能力為導向的考核目標。

1資料與方法

1．1一般資料選取錦州醫科大學2015、2016級五年制醫學影像專業學生177人作為研究對象，其中2016級作為觀察組，2015級作為對照組。2組一般資料比較，差異無統計學意義（P＞0．05）。1．2方法2組由同一教師授課，對照組采用傳統考核方法，利用紙質試卷進行答題。觀察組采用虛擬仿真考核系統進行考核。按照影像斷層解剖學不同章節建立題庫，每個章節根據教學大綱重點、難點比例選取影像圖片，要求考點題目圖片清晰、結構明確。每個章節編輯題目數不低于200個，選取的影像圖片數不低于400個，上傳到虛擬仿真考核系統后，根據考點編輯題目。試題難度按照比例分配，中等難度占50％，低難度占25％，高難度占25％。考試題型主要包括單選題、填空題、名詞解釋題、簡答題。將編輯后的題目進行分類匯總，建立抽題系統，并結合雨課堂等手機軟件建立線上、線下考核系統。2組考核題型一致，試題難度經教研室專家組評測一致，均為100道題，答題時間為2h，分值均為100分。2組試卷主觀題部分由相同教師閱卷，統計2組考核成績。在考核結束后，采用調查問卷調查學生對考核方式的滿意度，包括教學匹配度較好、有利于實踐應用、能減輕復習難度、有效反應所學知識，其中非常滿意為10分，比較滿意為7．5分，一般為5分，比較不滿意為2．5分，非常不滿意為0分。本次調查共發放問卷177份，回收有效問卷177份，有效回收率為100％。1．3統計學處理采用SPSS22．0軟件進行統計學分析。計量資料以x±s表示，組間比較采用t檢驗。P＜0．05為差異有統計學意義。

2結果

摘要：為解決嵌入式系統在線仿真實驗教學平臺系統操作復雜性和實驗板狀態可視化問題，提出優化編譯功能，設計“一鍵式”遠程在線編譯的方法。該方法屏蔽了嵌入式交叉編譯細節，支持學生通過瀏覽器操作完成代碼編譯。融合虛擬現實技術，設計并實現基于Unity3D的可視化模塊，通過實時監控部署在遠程服務器端的實驗板的輸出端口，采用3D渲染的實驗板模型進行可視化顯示輸出。教學實踐表明，89.72%的學生認為實驗平臺操作便捷、實驗顯示效果好。該方法有效降低了實驗入門難度，提高了學生的實驗效率和體驗度。

關鍵詞：嵌入式系統；在線仿真實驗；3D可視化；在線編譯

嵌入式系統作為計算機、電子信息及自動化等信息類工科專業的核心課程，具有理論學習難度大、實踐操作性強等特點[1]。實驗教學作為該課程的重要環節，重點培養學生的動手實踐能力。傳統的教學模式需要在固定時間和地點統一組織學生“一人一板”開展實驗，在時間和空間上都有很大的局限性。部分院校因為學生較多，需要分批進行實驗，甚至為了節省實驗時間，實驗內容以演示或驗證性為主[2]。此外，這種模式下的教學，如果遇到突發性疫情，將無法繼續開展教學工作。針對上述教學模式中的不足，結合互聯網技術，嵌入式系統在線仿真實驗教學平臺應運而生[3-4]。嵌入式在線仿真實驗平臺為學生提供了開放的嵌入式系統實驗環境[5-6]，學生可自行選擇合適的時間、地點通過在線方式開展實驗。新的實驗形式解決了傳統教學模式存在的不足，但為了達到良好的實驗效果，在技術上需要解決的問題主要包括：（1）編譯環境配置復雜。目前學生比較熟悉Windows系統作為開發和編譯環境，而嵌入式系統實驗編譯環境一般采用基于Linux的交叉編譯的方式，對于不熟悉Linux系統操作的學生需要投入大量的時間學習常用操作命令，在一定程度上增加了實驗的入門難度，容易降低學生實驗興趣。（2）遠程在線實驗無法觀察實驗板數碼管和LED燈的狀態，導致部分實驗內容受限。遠程在線仿真實驗平臺往往只能通過命令行的方式與實驗板進行交互，并通過命令行輸出的信息查看實驗結果。學生無法觀察到實驗板的顯示狀態，所以只能部署僅僅通過命令行操作就能完成的實驗內容，限制了實驗內容的多樣性和創新性[7]。鑒于上述問題，需要系統設計的創新來突破這些局限，從而使基于在線仿真實驗平臺的教學質量有質的提升[8-9]。本文設計并實現了一種基于3D可視的嵌入式系統Web在線仿真實驗平臺，該平臺的主要優勢包括：（1）設計了一種“一鍵式”遠程在線編譯方法，該方法屏蔽了編譯細節，學生只需在瀏覽器中編輯代碼，選擇編譯類型，即可編譯生成可執行文件。不需學生花時間配置編譯環境，熟悉Linux系統和操作命令，只需重點關注課程實驗內容，降低了實驗門檻。（2）融合虛擬現實技術，設計并實現了一種基于Unity3D的可視化模塊[10]。該模塊實時監控部署在遠程服務器端的實驗板的輸入輸出端口，獲取數碼管、LED燈等顯示組件的狀態，并基于HTTP協議將數據傳遞到前端瀏覽器[11]，通過3D渲染的實驗板模型進行可視化顯示輸出。

1系統設計

在線仿真實驗平臺主要實現學生通過Web瀏覽器訪問實驗環境，開展嵌入式系統實驗，并通過3D虛擬硬件仿真運行效果。圖1是嵌入式系統在線仿真實驗平臺的總體架構圖，該系統由實驗服務和Web服務構成，左側部分連接實驗板的調試系統，與實驗板進行實際交互，為實驗服務。右側部分為Web服務，負責實驗服務部分與用戶之間的交互，將用戶指令傳遞給實驗服務并將實驗服務返回的結果通過瀏覽器展示給用戶。實驗服務部分主要實現兩個功能。（1）代碼編譯。該模塊通過接口服務接收用戶發送過來的代碼文本，然后調用本地編譯環境的編譯指令，得到編譯返回結果并返還給用戶。（2）運行程序。該模塊通過接口服務接收用戶發送過來的指令（Linux指令），然后通過SSH協議發送給連接的實驗板，并將返回的運行指令結果以及實驗板上的LED和數碼管狀態返回給Web服務。Web服務部分主要包含三個功能。（1）用戶管理服務。Web服務負責管理用戶的信息，判斷用戶的身份，防止用戶直接調用實驗服務提供的接口，防止實驗服務直接暴露在網絡中，增加了實驗服務的安全性。（2）實驗數據管理。該模塊記錄并保存用戶實驗時的數據，教師可以為學生實驗打分，學生可以查看之前實驗的數據，對實驗進行復習。（3）仿真頁面模塊。該模塊將Unity引擎嵌入到Web頁面中[12]，通過調用實驗服務接口獲取實驗板的實時狀態，然后將返回的結果以LED燈和數碼管的形式顯示到前端頁面上，模擬了真實實驗板的實時狀態。實驗服務和Web服務之間采用HTTP協議，通過JSON數據包封裝進行數據通信。圖2是系統的功能邏輯結構圖，左側部分為實驗服務結構（也稱虛擬機開發服務），右側部分為Web服務結構。

2核心模塊設計

摘要：運用仿真軟件系統進行數控課程教學，解決教育資源不足、教學短缺、學生操作機會少等問題。將理論知識與實際操作進行有機結合的新型教學方法，可以幫助學生更加便捷地理解數控方面的理論，加強學生對數控技術與知識的掌握能力，獲得更好的教學效果。

關鍵詞：數控；仿真軟件系統；教學效果

在數控實習教學工作中，應根據實際情況選擇應用數控仿真軟件系統。選擇與實際需要相符合的軟件，能在很大程度上加強數控學科教學效果。在實際操作過程中，有效掌握數控仿真軟件系統所適合的應用對象及整體范圍，能幫助數控學科教師更好地對教學內容進行優化與完善，提升教學效果。通過多年積累的實際教學經驗得出，宇龍數控仿真軟件系統應用在數控學科的教學工作中，既能改善教學實踐環節資金不足的問題，又能使理論知識與實際操作完美結合，激發學生在數控操作方面的主觀能動性，提高學生的實際操作能力，并且在不斷訓練的過程中加強操作熟練度。數控仿真軟件系統在教學工作中的運用，對于教學方法來講是一次重要的改革，通過這種方式展開教學工作，在很大程度上減少了數控教學工作所需要花費的經濟成本，并且對過去所應用的傳統教學方法做出了進一步的優化，使原本抽象的問題變得更加形象。

1當前數控教學分析

從目前的實際情況來看，數控這一學科已成為各職業院校普遍重視的專業。從根本上講，數控學科的學習是重視實踐作用的，只有通過不斷的實際操作，才能將數控的相關理論知識確實有效地轉變成能實際應用在操作中的數控技術。數控技術在實際運用時一定要通過機床，因此，具備實踐活動能力的課堂教學一定要保證有足夠的硬件設備供學生進行實際操作。雖說目前職業院校在國家政策支持的背景之下引進了一些數控硬件設備，但從根本上講，學校是進行新型人才培養的平臺，并不能只注重數控教學的相關服務，因此在硬件設備的購買方面、以及學校內部教學場地不足方面都對數控技術的實際操作教學造成了一定的阻礙。同時，數控硬件設備需要操作人員自身能力較高，學生屬于數控技術的初學者，暫時還沒有全方位掌握數控技術的操作方法，在此基礎上，直接在機床進行操作很容易造成硬件設備損壞。對此，為了保證學生實際操作的安全性以及學校方面的經濟投入，越來越多的職業院校運用數控仿真軟件系統與實際機床操作相結合的方法進行數控學科的教學。

2仿真軟件系統在數控教學中的重要性