導語：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，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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工程圖學課程的教學是很具體形象的，它注重機構(gòu)的運動及動作，在理論教學中由于缺乏真實感受，學生聽課時常會感到枯燥乏味、內(nèi)容很難理解；機械類課程中的實驗設(shè)備大多很昂貴，有些情況下，不能完全滿足相應的實驗要求，尤其是對每個學生而言，學生實驗通常是分組，對有些實驗，實驗設(shè)備很少時，分組的人數(shù)會很多，這樣學生在做實驗時會沒有很多機會熟練掌握；因此，如果能在教學中進行虛擬仿真實驗教學，不但在一定程度上可以彌補實驗資源的匱乏，而且可以提高學生觀察問題、分析問題和解決問題的能力，以求達到掌握一門專業(yè)技術(shù)技能。

1虛擬仿真實驗應用于教學中的現(xiàn)實意義

目前國內(nèi)大多數(shù)高校的實驗還是采用傳統(tǒng)方式，即老師講解、演示，再由學生自己動手。而國外已經(jīng)從傳統(tǒng)實驗轉(zhuǎn)為實物實驗與虛擬實驗相結(jié)合，充分利用先進的計算機設(shè)備進行虛擬仿真實驗教學，取得了較好的效果。

傳統(tǒng)的教學模式以教師為中心，知識的傳遞主要靠教師對學生的灌輸，作為認知主體的學生在教學過程中自始至終處于被動狀態(tài)，其主動性和積極性難以發(fā)揮，不利于培養(yǎng)學生的發(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)。虛擬仿真實驗突破了傳統(tǒng)教學手段上的局限。學生自己動手操作，親身參與整個實驗過程的操作，通過將實際生產(chǎn)的工藝過程以影像、動畫等生動的形式表示，從而增強學生的感性認識和學習興趣，提高教學效果，使其實踐能力、觀察能力及歸納能力等都得到很好的鍛煉。虛擬實驗技術(shù)創(chuàng)設(shè)了一個人性化的學習環(huán)境，使學生能夠在自然、互動的氣氛中進行學習?；谝陨纤伎迹瑖L試在《工程圖學》教學中應用“虛擬仿真實驗教學”進行教學改革的探索。

2虛擬仿真實驗設(shè)計目標

虛擬實驗的開發(fā)工具主要是網(wǎng)絡虛擬現(xiàn)實建模語言(VRML)和三維建模軟件。VRML是一種用于建立真實世界的場景模型或人們虛構(gòu)三維世界的場景建模語言。VRML的基本目標是建立因特網(wǎng)上的交互式虛擬對象、場景、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”的三維互動網(wǎng)站制作的主流語言。

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的設(shè)計要達到以下目標：

a)要使參與者有“真實”的體驗。這種體驗就是“沉浸”或“投入”，即全心地進入，簡單地說就是產(chǎn)生在虛擬世界中的幻覺。理想的虛擬環(huán)境應達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。為了達到這個目標，就必須具有多感知的能力，理想的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)應具備人類所具有的一切感知能力，包括視覺、聽覺、觸覺，甚至味覺和嗅覺。

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交互手段。這些手段使得參與者能夠?qū)μ摂M環(huán)境進行實時的操縱，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)。實時性是非常重要的，如果在交互時存在較大的延遲，與人的心理經(jīng)驗不一致，就談不上以自然技能的交互，也很難獲得沉浸感。

3零、部件測繪實踐虛擬輔助教學

《工程圖學》課程為機械類專業(yè)一門主要技術(shù)基礎(chǔ)課，是一門理論性和實踐性都較強的課程，因此實驗教學環(huán)節(jié)對學好這門課程至關(guān)重要。通過加強實踐教學環(huán)節(jié)，才能使學生真正理解和掌握該學科的理論知識。本項目的實施內(nèi)容主要是采用inventor2008，3Dmax，AutoCAD及vrml軟件系統(tǒng)設(shè)計虛擬實驗系統(tǒng)，使之能夠?qū)X輪油泵(圖1)、減速器(圖2)、虎鉗(圖3)的裝配進行動態(tài)模擬，通過影像、動畫等生動的形式對裝配過程進行動態(tài)模擬，可以充分發(fā)揮學生的主觀能動性，有利于學生獲得豐富的感性認識，激發(fā)學生進一步提出問題與尋求解決問題的興趣，有助于拓寬學生的知識面，有效地支持理論學習。

零部件測繪實踐虛擬輔助教學技術(shù)的做法是，以實物模型為基本要素、以實物模型測繪為主線，用計算機虛擬現(xiàn)實的方法，制作圖畫和動畫形式為主的直觀形象，去解析零部件的形狀結(jié)構(gòu)和測繪過程。

將虛擬輔助教學融于測繪實踐教學的過程是：布置測繪任務；觀測分析實物模型；教師依據(jù)實物模型通過虛擬輔助教學課件集中指導；學生依據(jù)實物模型，參照虛擬輔助教學課件自主測繪；教師集中講評。

虛擬輔助教學主要構(gòu)件是以虛擬圖象為主，配有少量文字說明的電子文檔。分別是：以動畫為主去表達零部件形狀結(jié)構(gòu)的圖畫集，以對零部件形狀結(jié)構(gòu)分析和視圖分析為主的圖畫集，以對零部件測繪方法和過程指導為主的圖畫集，以對尺寸、技術(shù)要求、圖樣、作業(yè)要求指導為主的圖畫集。

4零、部件測繪實踐虛擬輔助教學技術(shù)的特點

a)基于實體的虛擬。計算機虛擬現(xiàn)實、虛擬三維圖與構(gòu)形思維和視覺及視覺心理密切相關(guān)。實踐表明：沒有實體模型做基準沒有構(gòu)形思維和視覺及視覺心理的支持，計算機虛擬現(xiàn)實、虛擬三維圖就會成為沒有意義的作品；另一方面，沒有構(gòu)形思維和視覺及視覺心理知識去指導計算機虛擬現(xiàn)實、虛擬三維圖的創(chuàng)作，也不能獲得效果良好的作品。

b)基于圖學素質(zhì)對測繪對象(零、部件)的選擇。選擇好測繪對象是保障零、部件測繪實踐教學效果的首要條件。簡單化和過度復雜化都不可取，都可能給大學總體教學帶來損害。選擇測繪對象(零、部件)的第一因素是考慮對學生圖學素質(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)、減速器類是常選測繪對象，其主要原因是便于教學。按圖學素質(zhì)培養(yǎng)的要求考慮，所選零、部件的測繪內(nèi)容應當盡量多的涵蓋圖學主要的核心內(nèi)容。例如，表達方法典型、全面，結(jié)構(gòu)具有代表性。按后續(xù)課的需求考慮，所選零、部件的測繪內(nèi)容要含有后續(xù)課的主要要素。

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關(guān)鍵詞：虛擬仿真；砂型鑄造；金工實習；機械制造技術(shù)

虛擬仿真技術(shù)是21世紀信息技術(shù)的代表，它的互動性和逼真性有望給傳統(tǒng)教學方式帶來革命性的升級[1-5]。教育部2018年4月18日印發(fā)了《教育信息化2.0行動計劃》，明確提出加快面向下一代網(wǎng)絡的高校智能學習體系建設(shè)的智慧教育創(chuàng)新發(fā)展行動，其中示范性虛擬仿真實驗教學項目是重要的載體[6]。目前，虛擬仿真技術(shù)在冶金教學方面已有不少成功引用的案例[7-9]。本文通過構(gòu)建金屬砂型鑄造成形虛擬仿真實驗平臺，以交互式的虛擬三維模型，引導學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)在金屬成形實踐教學中的應用方式，為教學模式的革新提供借鑒。

一、平臺架構(gòu)及操作

平臺架構(gòu)虛擬仿真實驗平臺采用Unity3D制作，平臺架構(gòu)如圖1所示。置入不同模具（零件），學生根據(jù)所學知識選擇澆鑄系統(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、快速理解液態(tài)金屬成形技術(shù)要點。虛擬仿真砂型鑄造交互操作分為13個步驟：安放模具，用鼠標將所選零件放置于砂箱內(nèi)；填砂緊實，通過控制鏟子，將型砂填入砂箱，并用壓頭壓實；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，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。學生首先在模具庫中選擇要鑄造的零件，每種零件對應有1種或多種成形工藝方案，選擇完成后進入交互場景。場景中有上下箱體、鏟子、刮刀、型砂、木板、模具等，學生用鼠標點擊工具可進行拖動與操作，場景中有文字提示，可引導學生操作。主要面向機械設(shè)計制造及其自動化、車輛工程、機械電子工程、工業(yè)工程等機械類及近機械類專業(yè)的二、三年級本科生開設(shè)。在使用該虛擬仿真實驗平臺前，要求學生已經(jīng)修習了機械制圖、金屬工藝學等課程內(nèi)容，已經(jīng)熟悉和掌握相關(guān)專業(yè)知識。

二、特色與創(chuàng)新

平臺特色液態(tài)金屬成形實驗涉及高溫金屬，學生必須在充分掌握成形技術(shù)后方可實際操作，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，本平臺采用虛擬動畫，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，并進行質(zhì)量分析，反推工藝參數(shù)的確定。軟件經(jīng)過編譯后，可在個人電腦安裝程序，對電腦配置要求較低，目前市面主流配置的電腦皆可流場運行。該教學方法的創(chuàng)新具體體現(xiàn)在以下三個方面。首先，實現(xiàn)理論課堂和實驗教學的結(jié)合。采用所開發(fā)的虛擬仿真實驗平臺，在理論課堂可方便進行實驗操作，打破了傳統(tǒng)實驗教學與理論課堂的脫節(jié)現(xiàn)象，實現(xiàn)了理論和實驗教學的緊密結(jié)合。其次，實現(xiàn)課堂翻轉(zhuǎn)，使學習的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學生。采用該虛擬仿真實驗平臺，學生可以在渲染的虛擬信息指導下進行實驗操作，多樣的互動性使學生迅速理解機構(gòu)的工作原理和特性等，促使主動學習。第三，實現(xiàn)虛實融合互動的機構(gòu)虛擬仿真實驗教學。采用該虛擬仿真實驗平臺，可在真實的環(huán)境中通過交互操作來實現(xiàn)虛實融合的實驗體驗，克服了傳統(tǒng)純虛擬仿真實驗教學存在的脫離實物、不能進行實踐教學的現(xiàn)象，易使學生從被動的接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥膶W習者。完成實驗步驟后，通過鑄件質(zhì)量的仿真及質(zhì)量分析，提供鑄件成形工藝的判斷，可視化的評判，使學生更易發(fā)現(xiàn)問題所在。傳統(tǒng)的實驗教學提升了材料成形技術(shù)基礎(chǔ)和金工實習中液態(tài)金屬成形的教學效果，但仍然存在零件多樣性差、工藝單一的問題。本項目在此基礎(chǔ)上，借助虛擬仿真技術(shù)，通過虛實融合實現(xiàn)自然的人機交互，提供了更智慧化的學習環(huán)境，是對傳統(tǒng)虛擬仿真實驗教學的延伸。該虛擬仿真實驗平臺，提供多樣化的零件及成形工藝，為學生提供了一個不受時間、空間限制的智慧化學習環(huán)境，并且實現(xiàn)了理論課堂和實驗教學的結(jié)合，是對傳統(tǒng)的實驗教學的拓展。使用該輔助教學平臺后，采用不記名問卷調(diào)查方式，統(tǒng)計學生主觀評價。83.3%學生認為，該虛擬仿真實驗平臺有助于快速熟悉砂型鑄造的工藝流程。75%學生認為通過平臺的使用，加深了對金屬鑄造成形知識點的理解。87.5%學生認為該虛擬平臺增加了學習的趣味性。66.7%學生認為用過平臺的使用增加了對課程的和專業(yè)的熱愛度。在意見或建議一欄，學生主要反饋模型數(shù)量偏少，操作流暢度需要進一步提升。從調(diào)研結(jié)果來看，虛擬仿真在金屬鑄造成形中有較好的應用效果，大部分學生對互動教學內(nèi)容感興趣，加深了對課程教學內(nèi)容的理解，拓展了鑄造知識面，有助于實習的順利進行。調(diào)研結(jié)果表明，虛擬仿真技術(shù)在金屬成型技術(shù)的教學中有較大的應用前景。隨著模型庫的擴展，本平臺可逐步實現(xiàn)復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

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機床建模是虛擬仿真加工系統(tǒng)的關(guān)鍵模型，是實際機床在虛擬仿真加工系統(tǒng)中的數(shù)字化模型，包括幾何模型和運動模型。幾何模型是在CAD系統(tǒng)中建立的，首先根據(jù)實測得到的機床部件尺寸，建立相應的模型，然后再根據(jù)相互關(guān)系進行“裝配”，形成機床的幾何模型。虛擬仿真加工系統(tǒng)中，通過改變機床幾何模型各運動零部件的相對位置來模擬加工中虛擬機床的切削運動。運動模型是處理機床幾何模型在數(shù)控程序控制下如何改變各運動零部件模型相對位置的模型，與機床的結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)。以DMU125P五軸加工中心為例，在運動模型建立過程中，機床各部件都視為剛體，這樣機床的結(jié)構(gòu)可抽象為一個運動鏈模型。在運動鏈各組成環(huán)節(jié)的剛體上固接坐標系，通過坐標變換，可以分析整個運動鏈的運動形式，建立運動鏈的依賴關(guān)系，即運動鏈的拓撲結(jié)構(gòu)關(guān)系，如圖3所示。

2虛擬仿真數(shù)控加工功能的實現(xiàn)

a)系統(tǒng)框架的建立

在虛擬仿真加工開始之前，針對工藝信息，選擇相應的虛擬機床、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，虛擬機床在數(shù)控指令的驅(qū)動下帶動虛擬刀具、虛擬夾具、工件模型等模擬切削過程，實現(xiàn)對數(shù)控程序的正確性和可靠性的驗證，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、運動仿真、刀具軌跡檢查、碰撞檢測等模塊。

b)程序檢查模塊

數(shù)控程序檢查模塊包括詞法、語法檢查，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、進給速度、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)的運動仿真和狀態(tài)設(shè)置，為運動仿真模塊提供必要的信息。

d)運動仿真模塊

該模塊是虛擬仿真加工系統(tǒng)最關(guān)鍵的一個模塊，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)機床的運動模型，建立虛擬仿真加工系統(tǒng)各運動組件(包括虛擬機床各運動零部件、虛擬刀具、虛擬夾具和工件模型)的運動模型(即變換矩陣);然后根據(jù)翻譯模塊所提供的坐標值計算各運動組件的變換矩陣并應用以改變各運動組件的位置，從而可以模擬虛擬仿真加工系統(tǒng)的運動，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。但對多坐標加工而言，加工仿真和僅顯示刀位軌跡是遠遠不能滿足要求的。在虛擬仿真加工系統(tǒng)運動模擬的過程中，該模塊在顯示刀位軌跡的同時，也顯示刀軸矢量，這樣可以準確地檢查刀具相對于工件位置及刀軸的變化。

f)碰撞檢測模塊

對五坐標加工而言，刀具相對于工件的運動軌跡很復雜，難以預測，通常需要進行仿真檢驗數(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)的刀具與工作臺間、主軸與工件、夾具間的碰撞。在該模塊中，根據(jù)經(jīng)運動仿真模塊處理后的各運動零部件的相對位置，全面檢查可能出現(xiàn)的碰撞。

3應用實例

DECKELMAHO公司的DMU125P機床是五軸五聯(lián)動加工中心，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軸為工作臺擺動，c軸為工作臺轉(zhuǎn)動。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。在該機床上進行五軸五聯(lián)動的加工時，刀具相對于工件的空間運動軌跡復雜，加工前必須進行虛擬仿真加工。本文以VERICUT軟件為平臺，構(gòu)建了DMU125P加工中心的虛擬仿真加工系統(tǒng)，用來檢驗數(shù)控加工程序、刀具軌跡與潛在的碰撞危險。在構(gòu)建125P加工仿真環(huán)境時，首先根據(jù)運動鏈關(guān)系建立機床拓撲結(jié)構(gòu)關(guān)系;然后建立機床的數(shù)字模型;最后根據(jù)工件、刀具、夾具和機床的數(shù)字模型構(gòu)建虛擬仿真加工環(huán)境。

4結(jié)語

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

中圖分類號：G424 文獻標識碼：B 文章編號：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)實技術(shù)兩個領(lǐng)域。仿真模擬技術(shù)是指使用儀器設(shè)備、模型、計算機虛擬技術(shù)，以及利用場地、環(huán)境的布置，模仿出真實工作程序、工作環(huán)境、技術(shù)指標、動作要求，進行科學研究、工業(yè)設(shè)計、模擬生產(chǎn)、教學訓練和考核鑒定等的一項綜合技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是指用計算機生成的一種特殊環(huán)境，人可以通過使用各種特殊裝置將自己投入到這個環(huán)境中，并操作、控制環(huán)境，實現(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)、服務和管理崗位的“原生態(tài)”，為學習者提供技能訓練所需要的“真實”環(huán)境、“真實”工藝、“真實”工具等，從而有效提高技能教學質(zhì)量。同時，可以降低教學成本、規(guī)避實訓危險、降低環(huán)境污染、實現(xiàn)綠色教育。因此，虛擬仿真教學是深化教育教學思想、內(nèi)容、方法、手段、模式改革，推動職業(yè)院校內(nèi)涵建設(shè)的一個重要突破口。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、虛擬實驗”。各高職院校應多措并舉，有力推進虛擬仿真教學改革。

一、加強組織領(lǐng)導，創(chuàng)造濃厚氛圍

開展虛擬仿真教學是一項系統(tǒng)工程，其技術(shù)本身的高端性、復雜性等特點，決定其應用成本較高，資源建設(shè)和教學組織較難。因此，必須得到學校的大力支持，加強組織領(lǐng)導，落實責任任務。

1.成立分層領(lǐng)導組織

首先，要成立院級虛擬仿真教學工作領(lǐng)導小組，由主管院長牽頭，各教學單位和教學管理單位的主要負責人為成員。各級負責人要高度重視虛擬仿真教學工作，做到有組織、有計劃、有措施、有檢查、有總結(jié)、有推廣。

其次，要成立各重點專業(yè)的虛擬仿真教學工作組。由系主任牽頭，專業(yè)帶頭人為主要負責人，骨干教師和合作企業(yè)負責人為主要成員。根據(jù)專業(yè)技能教學特點，通過購買引進、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軟件，科學布局虛擬仿真實訓基地，開展虛擬仿真實訓教學，總結(jié)實踐經(jīng)驗并進行示范推廣。

2.建立政策法規(guī)進行引導激勵

首先，將開展虛擬仿真教學工作做為教育教學改革重要項目，結(jié)果做為考核教學單位工作的重要指標。其次，將教師開展虛擬仿真教學的成果做為評聘獎優(yōu)傾斜條件，對于積極進行虛擬仿真教學軟件開發(fā)及應用研究的教師，通過制定相關(guān)激勵政策，從職稱評聘、成果獎勵、科研經(jīng)費等方面進行鼓勵，為他們提供必要的條件，在全院形成良好的風氣和氛圍。再次，給予虛擬仿真教學立項資金等條件扶持，為完成項目提供最大保障。要加大資金投入，加強資金管理，做到?？顚Ｓ茫邮鼙O(jiān)督檢查，切實保障項目順利完成。

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

二、廣辟渠道，建設(shè)虛擬仿真教學資源

虛擬仿真教學資源是利用現(xiàn)代信息技術(shù)開發(fā)的虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實驗等等，可以解決實踐教學中“看不見、進不去、動不了、難再現(xiàn)”等客觀難題，減少資源消耗與環(huán)境污染，實現(xiàn)人才培養(yǎng)的信息化、智能化、現(xiàn)代化。虛擬仿真教學資源是開展虛擬仿真教學的必要條件?！扒蓩D難為無米之炊”，所以，學校應該舍得投入，按照“引進一部分、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)新思路進行統(tǒng)籌安排。

1.購買引進

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)廣泛認可和應用，效果良好，尤其是那些教學急需的高端產(chǎn)品，應該采取這種“花錢拿來主義”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，能夠提供科學準確的教學設(shè)計，借助專業(yè)IT公司的技術(shù)力量和項目組織能力，能夠開發(fā)出專業(yè)級的應用軟件。要探索創(chuàng)設(shè)高水平的合作模式，將優(yōu)秀企業(yè)力量引進來，緊密合作，互惠互利，同步帶動學校師資專業(yè)發(fā)展、技能人才培養(yǎng)、軟件產(chǎn)品研發(fā)的水平提高。實踐證明，院校的教學設(shè)計與優(yōu)秀IT企業(yè)的實現(xiàn)技術(shù)有機結(jié)合，是研發(fā)優(yōu)秀虛擬仿真資源的捷徑。

虛擬仿真教學軟件的研制過程一定要與相關(guān)企業(yè)緊密合作，軟件設(shè)計應該是教學專家、行業(yè)專家和軟件制作專家三方合作的結(jié)果。要以教學專家為主導，實施優(yōu)秀的教學設(shè)計，編寫制作腳本，要有行業(yè)專家實施技術(shù)指導，還要有軟件專家實施創(chuàng)新制作，才能研發(fā)出科學的、適宜的、理實結(jié)合的虛擬仿真實訓教學軟件。

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)難度和復雜性相對較低，專業(yè)教師能夠提出明確的需求，能夠提供科學準確的教學設(shè)計，學校具有軟件開發(fā)技術(shù)支持隊伍。

威海職業(yè)學院作為首批國家示范性高職院校，非常重視虛擬仿真教學在技能人才培養(yǎng)中的作用，積極開展虛擬仿真教學資源建設(shè)，建設(shè)了專門的教學資源研發(fā)中心。目前購買引進、合作開發(fā)、自主研發(fā)的虛擬仿真資源已成規(guī)模，并廣泛應用于數(shù)控技術(shù)、機械設(shè)計與制造、電氣自動化技術(shù)等20多個專業(yè)，平均每學期有2000多名學生使用虛擬仿真軟件進行知識和技能的學習，有效提高了實踐教學的質(zhì)量與效率。

三、加大技術(shù)支持和培訓推廣力度

1.建立專門的工作室和技術(shù)支持隊伍

虛擬仿真教學資源開發(fā)技術(shù)較難，依賴教師個體不現(xiàn)實。專業(yè)教師應將主要精力用于教學設(shè)計、腳本撰寫，開發(fā)制作應由專業(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“知難而退”。

威海職業(yè)學院成立了教學資源研發(fā)中心，組建了虛擬仿真資源開發(fā)技術(shù)團隊，投資20多萬元配備了高檔次的開發(fā)硬軟件，為開展虛擬仿真實訓教學提供技術(shù)支持。目前已完成多個虛擬仿真資源建設(shè)，其中獨立開發(fā)的“威海職業(yè)學院虛擬校園”，通過漫游和導游等方式，全方位立體逼真地展現(xiàn)了我院全貌，恢弘、美麗、壯觀，成為學院參加全國大賽課件、軟件的重要支撐載體。

2.開展形式多樣的培訓

盡管繼多媒體、網(wǎng)絡時代之后，人們已經(jīng)開始進入虛擬現(xiàn)實時代，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)保綠色實訓，推動教學尤其是實踐教學的信息化、現(xiàn)代化，應加大虛擬仿真技術(shù)培訓力度，進行理論與政策宣傳、開發(fā)與技術(shù)交流、應用與經(jīng)驗推廣、成果展示與等，以推動教育教學改革，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）全新的教育教學模式。

培訓可以采取“請進來、走出去”等多種途徑，包括聘請專家、專業(yè)技術(shù)人員來校講座、實地考察、共同研討建設(shè)方案；參加專門培訓班等，多管齊下，提高教師應用和開發(fā)虛擬仿真教學軟件的水平。

3.以研發(fā)項目為載體，帶動虛擬仿真軟件開發(fā)和應用實踐與研究

“項目導向、任務驅(qū)動”不僅是有效的職業(yè)教學模式，也是開發(fā)與應用虛擬仿真教學軟件的有效有段。仿真實訓教學軟件是以實際崗位為背景的，整個教學、實訓內(nèi)容緊緊圍繞職業(yè)、崗位核心能力。如何實現(xiàn)培養(yǎng)目標，如何滿足崗位需求，在進行虛擬仿真軟件開發(fā)立項時，就直觀地擺在了職業(yè)院校專業(yè)教師面前，項目研制老師會感到壓力，感到教學改革的必要性與提高職業(yè)院校教師實操技能的緊迫性。所以，以研發(fā)項目為載體，可以激發(fā)廣大職業(yè)院校教師自覺學技能、苦練真功夫的積極性。

四、以建設(shè)“仿真實訓示范基地”為抓手，全面推進虛擬仿真教學改革

“仿真實訓示范基地”是中國教育技術(shù)協(xié)會仿真技術(shù)專委會于2008年啟動的項目，旨在在仿真技術(shù)專委會的指導下，在IT企業(yè)的幫助與大力支持下，通過3~5年的努力，使“基地”在使用虛擬仿真技術(shù)開展仿真實訓教學方面取得明顯的效果，成為使用現(xiàn)代教育技術(shù)促進職業(yè)教育現(xiàn)代化的窗口，對中國職業(yè)教育尤其在技能實訓現(xiàn)代化教學方面起到示范與引領(lǐng)作用。

在“仿真實訓示范基地”的建設(shè)中，職業(yè)院校需重新優(yōu)化實訓基地的布局，形成虛實結(jié)合的現(xiàn)代化技能實訓模式，著力改善“實訓成本高，效率低、資源消耗大、污染環(huán)境”等弊端，提高專業(yè)教師的教學設(shè)計能力和企業(yè)現(xiàn)場實踐能力，推進高技能人才培養(yǎng)手段的信息化、現(xiàn)代化，同時形成校企合作新模式。

參考文獻：

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

[2]朱達凱.水利虛擬仿真實訓平臺建設(shè)的研究與實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2010(19).

[3]趙士濱.高校實訓教學的虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究[J].長沙電力學院學報（自然科學版）,2001(1).

篇5

關(guān)鍵詞:環(huán)境工程;虛擬仿真;平臺建設(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年度國家級和省級一流本科專業(yè)建設(shè)點名單，認定首批4054個國家級一流本科專業(yè)建設(shè)點和6210個省級一流本科專業(yè)建設(shè)點［1］。作為進入榜單的省級一流環(huán)境工程專業(yè)建設(shè)點，需要進一步加強專業(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?！半p一流”建設(shè)奠定堅實基礎(chǔ)。

1虛擬仿真實驗平臺建設(shè)意義

國家《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020)年》提出深入推進信息技術(shù)與高等教育實驗的深度融合，將實驗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)量實驗助推高等教育質(zhì)量變軌超車，對培養(yǎng)高素質(zhì)人才，建設(shè)高等教育強國，具有十分重要的意義［3］。虛擬仿真實驗平臺依托虛擬現(xiàn)實和人機交互等技術(shù)，使學生在虛擬場景中開展實驗和實踐［4］。虛擬仿真實驗中心建設(shè)任務是實現(xiàn)真實實驗不具備或難以完成的功能，在涉及高危或極端的環(huán)境、不可逆的操作，高消耗、高成本、大型訓練等情況時，提供可靠、安全和經(jīng)濟的實驗項目［5］。虛擬仿真實驗中心建設(shè)應充分體現(xiàn)虛實結(jié)合、能實不虛的原則［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，武漢工商學院環(huán)境與生物工程虛擬仿真實驗中心以開源共享、在線學習的信息化方式推進我?；瘜W和污水處理類改革，以實驗、開放的思想推動化學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，創(chuàng)建開放共享平臺，回應全媒體大數(shù)據(jù)時代對于“終身學習”的需求［8］。虛擬仿真實驗平臺建設(shè)以學生為中心，平臺全天候開放，以線上線下交互學習的模式，將化學和污水處理類相關(guān)理論課、實驗課、課程設(shè)計和污水處理廠生產(chǎn)實習等環(huán)節(jié)，與仿真實驗互通交叉進行。在傳統(tǒng)課堂中，學生學習的知識理論性強，理解扁平化，通過在直觀、可視的虛擬仿真實驗項目中實施設(shè)計實踐、構(gòu)思實現(xiàn)、運行操作、問題解決過程，增加學習的趣味性，學生對理論知識的感性認識不斷增強，對設(shè)計理念的掌握運用逐步熟練，對知識結(jié)構(gòu)的建立形成持續(xù)完善，實現(xiàn)對專業(yè)知識體系理解的“理性—感性—理性”螺旋提升，強化學生的問題分析解決能力、綜合設(shè)計能力、實踐創(chuàng)新能力。

3建設(shè)措施

3．1開發(fā)與利用實驗資源

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，項目用于學校虛擬仿真實驗，并持續(xù)開發(fā)拓展項目內(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)在虛擬仿真實驗項目中的積極作用，創(chuàng)新才人培養(yǎng)模式，強化大學生綜合能力訓練，培養(yǎng)適合創(chuàng)新性國家建設(shè)的應用型創(chuàng)新人才。湖北君集水處理公司是學校合作企業(yè)，為實驗項目提供了大量的專業(yè)實驗設(shè)備、技術(shù)支持和經(jīng)費支持。持續(xù)開發(fā)獨立自主知識產(chǎn)權(quán)《污水處理工藝虛擬仿真實驗》軟件作為課程推進的新動力。虛擬仿真實驗平臺建設(shè)涵蓋四個模塊:化學水質(zhì)檢測仿真實驗室(含COD、BOD、總磷、總氮和污泥的仿真實驗，包含演示，可用于預習，見圖1)，污水處理廠3D仿真培訓(可用于學生認知仿真實習或企業(yè)入職培訓，見圖2)，污水處理工藝設(shè)計(見圖3)和仿真污水處理廠運行(見圖4)。每個模塊化單元有其參數(shù)設(shè)置和設(shè)計計算等。

3．2建設(shè)化學和污水處理虛擬仿真實驗網(wǎng)絡共享平臺

3．2．1建設(shè)門戶網(wǎng)站實現(xiàn)網(wǎng)絡共享門戶網(wǎng)站作為虛擬仿真實驗網(wǎng)絡平臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的網(wǎng)絡入口，各模塊包括首頁，項目描述，項目團隊，網(wǎng)絡相關(guān)要求等，首頁涵蓋通知公告、相關(guān)視頻、虛擬仿真平臺和仿真軟件展示等。通知公告便于師生及時掌握本行業(yè)相關(guān)賽事和講座信息;相關(guān)視頻有實驗室安全知識講座、科技治污、各種宣傳片等;網(wǎng)絡平臺支持學生開展專業(yè)討論、在線共享學習資料等，承擔隨時學習等功能［7］。污水處理仿真實驗是在線開放共享的，進入實驗時可以選擇不同的角色，實現(xiàn)對用戶的分級管理，主要包括專家、教師和學生，不同級別用戶享有不同的使用權(quán)限，用以提高網(wǎng)絡的安全性［8］。3．2．2實現(xiàn)虛擬仿真實驗管理平臺功能虛擬仿真實驗項目構(gòu)架及研發(fā)技術(shù):通過3D仿真技術(shù)實現(xiàn)虛擬仿真。3D引擎在Windows平臺下通過DirectX技術(shù)實現(xiàn)3D渲染。通過骨骼動畫、關(guān)鍵幀和序列幀動畫制作3D動畫。通過計算機圖形學(實時陰影，光照貼圖，凹凸貼圖等)和計算幾何學(碰撞檢測、射線檢測、剛體、流體模擬等)等實現(xiàn)現(xiàn)象仿真。通過后臺模塊化模型的搭建和鏈接實現(xiàn)數(shù)據(jù)仿真。開發(fā)工具采用Unity3d作為3D引擎，采用C#語言并通過VisualStudio工具進行程序開發(fā)。通過SVN，MicrosoftProject等工具進行程序版本控制和項目管理。虛擬仿真管理平臺的開發(fā)語言是JAVA，開發(fā)工具是Eclipse跨平臺的自由集成開發(fā)環(huán)境(IDE)。服務器硬件設(shè)有專人專管，部署在實驗室核心機房;制定了虛擬仿真平臺維護流程要求及維護記錄，安排專人與歐倍爾公司對接并將軟件持續(xù)改進。虛擬仿真實驗平臺涵蓋對實驗平臺的后臺維護人員和各類基礎(chǔ)信息進行初始化、數(shù)據(jù)維護和功能設(shè)置，具體包括仿真程序教師端和仿真程序管理平臺，仿真程序教師端包括學員管理和考試管理，仿真程序管理平臺包括運維管理和部署管理。學員管理包括設(shè)置教師和學生的基本信息，包括實驗安排、實驗結(jié)果存儲上傳與數(shù)據(jù)分析、實驗操作評價、實驗報告成績、實驗課程成績管理等功能;部署管理包括資料庫、實驗交流、實驗過程管理、和在線答疑等部分［7］。

3．3建立和完善實驗與科研隊伍的培養(yǎng)制度

著力規(guī)范和加強教職工培訓管理工作，明確按照學校建設(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、國內(nèi)與國外培訓相結(jié)合，形式多樣、有針對性、注重實效的方式來加強培訓工作，確保建立起一支高水平的實驗與科研隊伍。大力支持從事實驗與科研隊伍人員相互學習、相互促進、共同提高，研究成果和發(fā)表的相關(guān)論文及編寫的實驗教材與同類科研成果一樣享受各種獎勵。擔任有實驗教學課程的新教師和實驗技術(shù)人員上崗前必須經(jīng)過培訓，過好實踐教學關(guān)，熟悉實驗室環(huán)境，了解掌握儀器設(shè)備性能和操作使用方法，掌握實驗教學軟件的運用，認真?zhèn)湔n，撰寫指導實驗的教案。同時，在指導實驗前必須完成預備實驗，進行試講、試做，提供講稿、試做記錄，經(jīng)系、實驗中心負責人組織審查確認后可進行實驗教學和指導實驗。

4應用情況

4．1學科競賽

2020年第46屆世界技能大賽水處理技術(shù)項目交流賽(武漢)由武漢工商學院承辦［9］，結(jié)合疫情防控相關(guān)要求，虛擬仿真平臺模塊是其中5個考試模塊之一，占總成績的10%，每個模塊的設(shè)置充分考驗選手設(shè)備安裝能力、操作熟練程度、實驗進程把握能力，以及界定、探索、解決不確定性問題的能力;2020年第46屆世界技能大賽水處理技術(shù)項目湖北省線上集訓也采用了虛擬仿真平臺，并且向參加的14所院校52名學生和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)項目正式比賽中［10］，武漢工商學院學子分別取得了第一名和第二名的好成績。

4．2實驗和實踐教學

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關(guān)鍵詞：虛擬DCS；仿真機；火電機組；控制系統(tǒng)

1 引言

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

2虛擬DCS的概念

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

根據(jù)仿真機對實際DCS的利用程度及實現(xiàn)方式的不同，虛擬DCS仿真方式大致可分為激勵式和翻譯式兩種。

激勵式——仿真機采用由DCS廠商提供的虛擬DCS仿真軟件或硬件并使用真實的DCS組態(tài)數(shù)據(jù)，通過實時數(shù)據(jù)共享接口或網(wǎng)絡協(xié)議進行實時數(shù)據(jù)交換及仿真操作來完成仿真機的功能。采用該種仿真方式能提供最高的逼真度，但軟硬件實施成本較高，與過程模型結(jié)合不夠緊密，無法完成復雜的仿真應用功能。

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

由于DCS主要由分散式處理單元DPU(Distributed Process Unit)和操作員站人機界面HMI(Human Machine Interface)構(gòu)成，根據(jù)采用仿真方式的不同也相應地各自分為兩種，由此排列組合，構(gòu)成了虛擬DCS仿真機的細致分類。目前比較通用的仿真機實現(xiàn)方式除了全激勵仿真機和全翻譯仿真機兩種，還包括采用翻譯式DPU和激勵式HMI相結(jié)合的方式，可稱之為半激勵式仿真機。

3虛擬DCS仿真機的實現(xiàn)

基于虛擬DCS技術(shù)的仿真機，就是將真實DCS在非DCS的通用和開放計算機軟件和網(wǎng)絡系統(tǒng)平臺上以某種形式再現(xiàn)。下文將以北京同方電子科技有限公司仿真支撐平臺DCOSE(Distributed Component Oriented Simulation Environment)為例，對其虛擬DCS仿真機的實現(xiàn)進行介紹。

3.1 激勵式

激勵式虛擬DCS仿真主要包含兩個類型，即對整個DCS控制系統(tǒng)的全激勵和僅對操作員站HMI的半激勵。從技術(shù)角度來說，這兩種類型的實現(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)訪問接口或者通訊協(xié)議，編寫仿真接口程序以實現(xiàn)仿真平臺與虛擬DPU或者虛擬HMI的通訊。

其中，對DPU的激勵需要在進行實時數(shù)據(jù)交換的同時實現(xiàn)虛擬DPU的運行、凍結(jié)、保存、和讀取工況等仿真功能，對HMI的激勵則只需要保證正常的實時數(shù)據(jù)交換即可。

圖1. 激勵式仿真機的結(jié)構(gòu)

3.2 翻譯式

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

3.2.1 控制算法模塊

真實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。一個控制算法模塊實現(xiàn)了某個特定的控制算法，包含若干個輸入和輸出接口以及若干個算法的系數(shù)屬性。對于某些DCS系統(tǒng)，允許組合模塊，即將幾個模塊連接成組，作為一個功能更為復雜的算法模塊使用。

翻譯式虛擬DCS系統(tǒng)需要在仿真平臺上實現(xiàn)所有真實DCS系統(tǒng)的算法模塊。根據(jù)面向?qū)ο蟮姆椒?，可以將一個算法模塊的算法屬性打包定義為一個打包點，稱為算法點，打包點的各個字段與算法的屬性一一對應。這種設(shè)計有利于將實例化后的算法保存在數(shù)據(jù)庫或工況文件中。

具體的算法通過固定原型的函數(shù)實現(xiàn)，一個控制系統(tǒng)中的算法模塊均編譯鏈接并保存在一個或多個動態(tài)鏈接庫中，每個算法有唯一的調(diào)用入口，入口參數(shù)的均為實時數(shù)據(jù)的地址引用。算法模塊可以使用任何計算機語言實現(xiàn)，如C/C+++或Fortran。一個DCS系統(tǒng)的算法組成了算法庫。

3.2.2 控制邏輯組態(tài)

真實DCS系統(tǒng)DPU通過裝載控制組態(tài)文件的形式實現(xiàn)邏輯運算。從本質(zhì)上說，控制組態(tài)文件描述了算法模塊的調(diào)用序列以及各個模塊之間的連接關(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，頁面大小等。

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

* 數(shù)據(jù)庫信息：包括各個數(shù)據(jù)采集點的信息等。

對控制邏輯組態(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、二進制讀取、或者API訪問等方式提取出有意義的信息，并將之分類處理，轉(zhuǎn)換為DCOSE仿真平臺可識別的Microsoft Visio文件格式并通過DCOSE仿真平臺中的自動化建模工具，最終生成仿真平臺可識別的模塊算法調(diào)用序列文件(RTE文件)。這些文件的核心是一系列對資源模塊的調(diào)用，并有和實時數(shù)據(jù)庫的關(guān)聯(lián)信息。

仿真平臺計算引擎通過文件提供的靜態(tài)數(shù)據(jù)建立相應的動態(tài)調(diào)用序列并執(zhí)行其計算功能，這個過程所我們稱之為裝載過程。通過對每個真實DPU生成相對應的虛擬DPU運算任務（裝載RTE文件后形成的進程或線程），可將原本分散的DPU軟件集中在一臺計算機上運行并統(tǒng)一調(diào)配及管理。

圖2. 虛擬DPU任務

在邏輯組態(tài)轉(zhuǎn)換過程中，對于組態(tài)文件中描述的I/O點信息，也采用 面向?qū)ο蠓椒?，將I/O點的所有屬性信息打包生成打包點，包括I/O點的類型、描述、限制以及各種報警信息。在組態(tài)文件翻譯過程中，I/O點打包點和算法點統(tǒng)一保存在仿真數(shù)據(jù)庫中。

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)圖形和動態(tài)圖形兩個部分。靜態(tài)圖形由點、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；動態(tài)圖形是指靜態(tài)圖形的屬性與動態(tài)數(shù)據(jù)綁定后形成運行時動態(tài)，包括隱藏、顏色變化、閃爍等。

針對各種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，并通過擴展SVG圖元屬性，描述動態(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。對于文本元素，則支持字體屬性font，對齊屬性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，可以是一個新窗口”_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name、type、size等屬性，描述變量的名稱、類型、長度。

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

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

visible：圖形顯示/隱藏控制。

dynamic-fill：動態(tài)填充

dynamic-stroke：動態(tài)前景色

text-value：動態(tài)文本顯示

dynamic-scale：動態(tài)縮放

dynamic-path：動態(tài)位移和旋轉(zhuǎn)

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

結(jié)束語

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

篇7

關(guān)鍵詞：虛擬數(shù)控；加工過程；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程中應用的材料，而且還可以顯示并評價出加工的具體結(jié)果，但是與此同時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)是一個較復雜的加工系統(tǒng)，因此，在加工的過程仿真技術(shù)還具有一定的不成熟性，也就是在虛擬的數(shù)控加工過程中還存在著諸多的問題需要解決。

1.在虛擬數(shù)控的加工過程中對仿真技術(shù)的主要分類

隨著科技的進步，虛擬數(shù)控加工技術(shù)在制造業(yè)加工領(lǐng)域得到了廣泛的應用，而仿真過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)是對虛擬數(shù)控的研究與探索的最主要的兩個方面。

1.1.對物理的仿真技術(shù)的解析

物理的仿真技術(shù)就是在對制造零部件進行切削加工的過程中，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，在實際的加工過程中，要先預測切削因素的種類，并分析出切削過程中產(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^程的具體影響，只是仿真刀具及機床還有幾何體工件的相對的運動，可以檢驗出出現(xiàn)的碰撞及所有干涉，能夠準確的避免費力及耗時的試切的全過程。

圖1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的構(gòu)成

2.數(shù)控的加工過程中存在的具體問題

切削的加工過程是一個復雜的系統(tǒng)過程，在切削的加工過程中出現(xiàn)的機理研究及探索還沒有得到相應的解決措施，致使了在加工仿真技術(shù)的過程中依然存在一定的不成熟技術(shù)，主要是由于在數(shù)控的加工過程中，所使用的不同的加工材料及應用不同的加工手段，而且可以顯示出對評價的加工結(jié)果，這就直接導致了在虛擬的數(shù)控加工過程中出現(xiàn)的相應的局限性。

2.1.仿真的模型具有較差的實用性

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，由于在加工的過程中存在著諸多的影響因素，并且對不同的影響因素之間又存在著強耦合的關(guān)系，所以，這就要求必須建立健全科學合理的模型加工的過程，以增加實際的系統(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程中必須要解決的重要問題所在。

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，這種方式下加工過程的模型就具有較差的通用性，如果這時其中有數(shù)據(jù)參數(shù)需要進行相應的變化，加工的過程中模型就需要在一定程度上做出較大程度的修改。

2.3.模型并沒有與幾何的仿真技術(shù)進行結(jié)合

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

3.對總體結(jié)構(gòu)的仿真系統(tǒng)進行解析

數(shù)控機床的具體加工系統(tǒng)是由幾部分組成，數(shù)控機床的加工過程是在代碼的帶動下對工件實施切削的加工過程，要想完成數(shù)控的加工仿真的技術(shù)過程，就必須建立健全一套數(shù)控機床的幾何模型，并在此基礎(chǔ)上完善數(shù)控機床往運動模型發(fā)展的進度，進而完成數(shù)控機床加工的過程中仿真技術(shù)的應用。

3.1.基本形式在裝配模型中的應用

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出裝配體具體的組成關(guān)聯(lián)，同時在一定程度上也有利于在進行裝配的序列規(guī)劃過程中的正確求解，但是卻存在著不能夠較容易的表達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出各個零件之間的相互關(guān)系，而且可以提供出裝配體的其中一個零件到另一個零件存在的關(guān)系及相關(guān)的路徑，尤其適用于運動鏈與公差的實施解析，但是卻較難表達出各層次間的相互組成關(guān)系，而且結(jié)構(gòu)也較復雜，不容易進行維護，在實施操作上也較困難；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，對裝配的幾何關(guān)系進行的具體描述；第二，裝配的拓撲關(guān)系的具體描述；第三，對零件的層次性進行結(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)的應用

在系統(tǒng)的應用過程中，裝配體的表達方式是一棵樹的形式，樹的相關(guān)根節(jié)點所表示的就是用戶所需要的相應的裝配體，零件在樹樁的結(jié)構(gòu)中使用的是較低層中的葉結(jié)點來進行表達，其中非葉結(jié)點的具置不會發(fā)生變化，也只有處在一個層次的裝置單元會產(chǎn)生約束位置的變化，處在不同層次的裝置單元會產(chǎn)生相應的從屬關(guān)系的變化，這種仿真的模型在一定程度上具有操作簡單、方便維護及存儲較小的具體特征。

結(jié)語：

現(xiàn)代虛擬的仿真技術(shù)，在發(fā)展的過程中要逐漸的將技術(shù)應用到數(shù)控的加工過程中，對仿真技術(shù)進行不斷研究與探索，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)，逐漸實現(xiàn)仿真技術(shù)手段及方法的多樣性應用，以加強模型仿真技術(shù)的適應性與可靠性。

參考文獻：

[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)方案的研究與實施――技校系列[J].中國科技博覽，2009（30）

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

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1虛擬仿真實驗室的構(gòu)建

計算機網(wǎng)絡教學在高等院校的計算機課程中占有重要地位，但是在高校的授課過程中，普遍存在著重理論、輕實踐的傾向。針對目前計算機網(wǎng)絡實驗教學中出現(xiàn)的實驗教學內(nèi)容不系統(tǒng)、實驗硬件設(shè)備缺乏等問題，結(jié)合學院實驗室自身情況，構(gòu)建了基于虛擬仿真技術(shù)的計算機網(wǎng)絡實驗室。實驗室的構(gòu)建內(nèi)容包括虛擬仿真實驗室軟硬件建設(shè)、虛擬仿真教學資源的建設(shè)和虛擬仿真實驗教學共享平臺的建設(shè)3個部分?；谔摂M仿真技術(shù)的計算機網(wǎng)絡實驗室結(jié)合高校教育的實際情況，將網(wǎng)絡方面的理論知識通過軟件模擬來實現(xiàn)，讓學生在實踐的過程中更深入地掌握網(wǎng)絡方面的基礎(chǔ)理論知識，使學生能清楚地理解和掌握網(wǎng)絡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和協(xié)議，通過編輯各種協(xié)議的數(shù)據(jù)包深入學習計算機網(wǎng)絡的內(nèi)部原理。

1.1虛擬仿真實驗室軟硬件建設(shè)學院計算機網(wǎng)絡實驗室與吉林中軟吉大信息技術(shù)有限公司合作，將網(wǎng)絡協(xié)議仿真教學系統(tǒng)引入到計算機網(wǎng)絡實驗教學當中，為計算機網(wǎng)絡實驗教學提供了新的教學方法和手段。虛擬仿真實驗室硬件部分由主控中心平臺、智能網(wǎng)絡設(shè)備和組控設(shè)備構(gòu)成，用于搭建實驗所需的網(wǎng)絡環(huán)境，可以靈活實現(xiàn)多種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，設(shè)備硬件連接圖如圖1所示。主控中心平臺是本系統(tǒng)的硬件核心，由專用高性能服務器和中心設(shè)備構(gòu)成，為實驗環(huán)境提供各種系統(tǒng)服務，保障網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流量，確保實驗結(jié)構(gòu)完整和實驗用戶數(shù)的有效擴展，為計算機網(wǎng)絡實驗提供FTP、DNS、DHCP等服務、實驗室管理服務。智能網(wǎng)絡設(shè)備用于構(gòu)建網(wǎng)絡硬件結(jié)構(gòu)，提供網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的自動化管理。通過按動智能網(wǎng)絡設(shè)備上的“Topology”按鈕，就可以在所有網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)中循環(huán)切換，從而有效避免更改網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)時頻繁插拔網(wǎng)線的問題，同時通過集聯(lián)控制按鈕“Team”設(shè)置智能網(wǎng)絡設(shè)備的集聯(lián)控制模式，可以實現(xiàn)對實驗室內(nèi)所有實驗組網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的一鍵式切換。組控設(shè)備是系統(tǒng)專用硬件。每個組控設(shè)備由6個共享模塊構(gòu)成，配合智能網(wǎng)絡設(shè)備實現(xiàn)多種網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)；具有數(shù)據(jù)采集、動態(tài)緩沖區(qū)分配、均衡網(wǎng)絡負載等功能。每臺組控設(shè)備連接6臺學生實驗機器，其角色分別定義為A、B、C、D、E、F。根據(jù)實驗不同，每個角色有不同的分工。目前該系統(tǒng)支持5種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖，根據(jù)實驗項目內(nèi)容的不同，切換到不同的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖，例如網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)一效果圖如圖2所示。虛擬仿真實驗室軟件部分由協(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)絡上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，并將常用協(xié)議的通訊過程以會話圖解的形式直觀展示出來；工具軟件包括UDP工具、組播工具等輔助教學的專用軟件。目前，實驗室的網(wǎng)絡協(xié)議仿真教學系統(tǒng)擁有7組組控設(shè)備，每組6臺機器，可以同時容納42名學生進行仿真實驗，每組同學需要相互協(xié)作進行實驗，加強了學生之間的學習交流能力，充分鍛煉了學生團隊協(xié)作的能力。網(wǎng)絡協(xié)議仿真教學系統(tǒng)作為一門獨立的課程體系，以實驗為主，強調(diào)學生的主動性和設(shè)計能力，能夠拓寬學生的思路，達到真正的教學互動。同時利用BosonNetSimforCCNP和思科模擬器CiscoPacketTracer仿真實驗教學軟件，可以模擬搭建局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)運行環(huán)境，在仿真軟件中進行模擬網(wǎng)絡實驗。另外，虛擬仿真實驗室前期購買了多臺Cisco交換機、Cisco路由器、網(wǎng)絡防火墻和多路模擬電話交換機等網(wǎng)絡設(shè)備，能夠模擬局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的運行環(huán)境，用于學生在開放性實驗項目中使用。

1.2虛擬仿真教學資源的建設(shè)計算機網(wǎng)絡是綜合性很強的學科，既有硬件實驗又有軟件實驗，兩者密切結(jié)合，不可分割，先實物再理論后應用的教學模式，更有利于學生的理解。教學資源的建設(shè)應該加強實驗教學環(huán)節(jié)的力度，深入理解課程核心知識內(nèi)容，認真選擇實驗內(nèi)容，制定詳細的實驗計劃，選擇數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層和應用層等重點教學內(nèi)容來設(shè)計實驗的內(nèi)容。把實驗分為操作性、設(shè)計性、分析性和創(chuàng)新性等類型，著力構(gòu)建“厚基礎(chǔ)、重應用”的人才培養(yǎng)模式。通過對理論課程教學知識體系結(jié)構(gòu)的分析，結(jié)合學院計算機網(wǎng)絡實驗室自身軟硬件條件，對計算機專業(yè)計算機網(wǎng)絡課程實驗大綱進行了修訂，部分實驗項目內(nèi)容進行了更新，有選擇地加入了CCNA課程實驗項目和網(wǎng)絡協(xié)議仿真教學系統(tǒng)的實驗項目，實驗項目的設(shè)置如表1所示。各實驗項目設(shè)置及內(nèi)容說明如下：實驗1：帶領(lǐng)學生參觀網(wǎng)絡實驗室，建立起計算機網(wǎng)絡初步的概念，了解該網(wǎng)絡由哪些硬件設(shè)備構(gòu)成（設(shè)備名稱、功能、主要技術(shù)指標）；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)實現(xiàn)以太網(wǎng)連接的方法。學會制作2種類型的RJ-45接頭。掌握在Windows系統(tǒng)中進行網(wǎng)絡配置及在Windows系統(tǒng)中進行TCP/IP協(xié)議配置。熟悉使用ping、ipconfig、tracert等命令工具來進行測試。實驗2：學生在網(wǎng)絡協(xié)議仿真教學系統(tǒng)環(huán)中進行仿真實驗，通過實驗使學生理解以太網(wǎng)MAC幀格式的2種標準，掌握以太網(wǎng)的報文格式、MAC地址的作用、MAC廣播地址的作用、掌握LLC幀報文格式和仿真編輯器和協(xié)議分析器的使用方法。實驗3：學生通過虛擬仿真軟件自行設(shè)計并模擬搭建局域網(wǎng)運行環(huán)境，掌握局域網(wǎng)中交換機的基本配置方法，能夠?qū)粨Q機進行VLAN（虛擬局域網(wǎng)）的劃分。使學生能夠掌握局域網(wǎng)運行特點及搭建過程，掌握交換機VLAN的作用和劃分方法。實驗4：學生在網(wǎng)絡協(xié)議仿真教學系統(tǒng)環(huán)境中進行仿真實驗，通過實驗使學生掌握ARP協(xié)議的報文格式和工作原理，理解ARP高速緩存的作用和緩存表的維護過程。實驗5：學生在網(wǎng)絡協(xié)議仿真教學系統(tǒng)環(huán)境中進行仿真實驗，通過實驗使學生理解特殊IP地址的含義和IP分片過程；掌握IP數(shù)據(jù)報的報文格式、IP校驗和計算方法、子網(wǎng)掩碼和路由轉(zhuǎn)發(fā)。實驗6：學生通過虛擬仿真軟件自行設(shè)計并模擬搭建廣域網(wǎng)運行環(huán)境，掌握廣域網(wǎng)運行特點、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，使學生綜合學習路由器操作系統(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)絡診斷及路由器操作命令等知識。實驗7：學生在網(wǎng)絡協(xié)議仿真教學系統(tǒng)環(huán)境中進行仿真實驗，通過實驗使學生掌握TCP協(xié)議的報文格式、TCP連接的建立和釋放過程、TCP數(shù)據(jù)傳輸中編號與確認的過程、TCP協(xié)議校驗和的計算方法、理解TCP重傳機制的工作原理。實驗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)。實驗綜合了高級語言程序設(shè)計、點對點通信協(xié)議、運輸層相關(guān)原理及Socket編程思想、方法等知識。學生在實驗教學環(huán)節(jié)后，需進行計劃內(nèi)課程設(shè)計環(huán)節(jié)。課程設(shè)計教學是在學完計算機網(wǎng)絡課程之后綜合利用所學知識，完成一個具有一定難度的綜合設(shè)計題目。通過課程設(shè)計訓練，培養(yǎng)和鍛煉學生的分析問題能力、軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計能力、用戶界面的設(shè)計能力、程序設(shè)計的基本技能和技巧。在計劃內(nèi)的實驗教學任務外，學生還可以選做實驗室提供的開放性實驗項目。之前在BonsonNetSim和CiscoPacketTracer虛擬仿真軟件環(huán)境中進行的實驗，可以用交換機、路由器等硬件設(shè)備搭建網(wǎng)絡實驗環(huán)境進行真實實驗，進一步加強實踐操作技能。同時，網(wǎng)絡協(xié)議仿真教學系統(tǒng)中除了實驗教學環(huán)節(jié)中開設(shè)的計劃實驗項目外，還提供了應用層協(xié)議、網(wǎng)絡攻防、網(wǎng)絡故障分析和網(wǎng)絡應用程序設(shè)計等方面的開放性實驗項目，從全方位、多角度對學生計算機網(wǎng)絡知識技能進行訓練，將理論與實踐相結(jié)合，大大提高了學生的學習興趣，鍛煉了學生獨立思考、分析問題和解決問題的能力。通過多層次，全方位的計算機網(wǎng)絡基礎(chǔ)和工程訓練，學生可以更好的學習和掌握計算機網(wǎng)絡的內(nèi)部原理，實踐教學課程體系層次結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1.3虛擬仿真實驗教學共享平臺建設(shè)虛擬仿真實驗教學共享平臺依托于網(wǎng)絡協(xié)議仿真教學系統(tǒng)，平臺包括計算機網(wǎng)絡管理信息系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡實驗教學平臺兩部分。管理信息系統(tǒng)安裝于主控中心平臺，教師通過教師機以Web頁面形式訪問管理信息系統(tǒng)，能夠輔助教師更好的進行實驗教學管理。通過該系統(tǒng)，教師可以進行實驗報告管理、實驗結(jié)構(gòu)管理、實驗信息管理、實驗方案管理、實驗設(shè)備管理和實驗公告信息管理。實驗教學平臺安裝于學生客戶端，學生上機時可以將教師在管理信息系統(tǒng)中安排的實驗教學內(nèi)容和實驗公告等信息同步下載到學生客戶端，能夠輔助學生進行實驗，提供實驗操作環(huán)境的軟支撐。該平臺是指導學生實驗的教學平臺，輔助教師授課，并將實驗過程中所需要的各種輔助工具、實驗知識點講解、實驗過程指南、實驗思考問題等內(nèi)容集成在平臺中，為學習者提供便捷的實驗環(huán)境，從而提高學習效率。

2網(wǎng)絡實驗室對理論教學的影響

實驗教學與理論教學是平行而又相互協(xié)調(diào)、相輔相成的，具有相等重要地位，是培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力基礎(chǔ)。實驗課程是理論課程的延伸，對于培養(yǎng)學生綜合運用所學知識、解決實際問題、加深對網(wǎng)絡理論知識的理解和應用起著非常重要的作用。新建設(shè)的虛擬仿真網(wǎng)絡實驗室有先進的實驗設(shè)備、完善的實驗教學大綱、完整的實驗內(nèi)容教學體系，對計算機網(wǎng)絡課程理論教學有較大影響。1）虛擬仿真網(wǎng)絡實驗室給網(wǎng)絡課程提供了實驗操作的物質(zhì)基礎(chǔ)，實驗教學方式促進了學生對理論知識的理解。計算機網(wǎng)絡課程跟其他專業(yè)的課程有所不同，它需要系統(tǒng)掌握一套理論，然后進行實踐驗證和思考，如果只講理論，沒有配套的實驗課程，教學效果會不理想。2）虛擬仿真網(wǎng)絡實驗室的建設(shè)可以提高教師教學水平。當代社會電子產(chǎn)品淘汰非?？?，包括計算機網(wǎng)絡實驗設(shè)備，但理論基礎(chǔ)卻長期不變。如果沒有實驗室，教師也只能一再重復教學理論，不了解最新設(shè)備特點，知識不能及時更新，教師能力成長速度緩慢。3）實驗室的建設(shè)有利于提升學?？蒲心芰?。計算機網(wǎng)絡的科學研究很多都是在理論創(chuàng)新的基礎(chǔ)上進行實驗驗證，沒有實驗室就無法驗證，理論創(chuàng)新就無說服力，科研能力就得不到提高。由于現(xiàn)代社會對人才的需求越來越高，不但要求學生具備一定的知識，更要求學生具備一定的能力。需要把理論教學轉(zhuǎn)換為實際動手能力，只有在不斷的實驗中嘗試、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

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公司技術(shù)優(yōu)勢

公司產(chǎn)品是通過綜合性技術(shù)整合平臺進行開發(fā)，是通過工業(yè)自動化控制技術(shù)與3D/U3D技術(shù)、軟件工程技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、通信技術(shù)、視覺圖形技術(shù)、仿真技術(shù)、人機互動技術(shù)等多學科技術(shù)相結(jié)合，再造虛擬現(xiàn)實（VR）工業(yè)生產(chǎn)工藝流程，通過虛擬仿真實訓室、網(wǎng)絡平臺及VR硬件為用戶提品應用。產(chǎn)品在工業(yè)生產(chǎn)過程控制、虛擬仿真軟件開發(fā)、VR技術(shù)實現(xiàn)等領(lǐng)域累計已申請國家發(fā)明專利7項、軟件著作權(quán)9項，在申請中發(fā)明專利11項、軟件著作權(quán)61項。

公司自創(chuàng)立以來就一直堅持技術(shù)型導向，始終以科研的態(tài)度堅持自主創(chuàng)新，技術(shù)實力和研發(fā)水平行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先，主要產(chǎn)品和技術(shù)均擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，獨創(chuàng)了工業(yè)生產(chǎn)全流程虛擬仿真實訓軟件開發(fā)平臺及衍生產(chǎn)品開發(fā)模式，通過與行業(yè)技術(shù)研究所、知名院校建立了良好的產(chǎn)學研合作關(guān)系，在每個工業(yè)生產(chǎn)全流程虛擬仿真實訓軟件開發(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)虛擬實驗等多系列產(chǎn)品。公司承建的武漢科技大學、北京科技大學、重慶科技學院、華北理工大學等多所高校虛擬仿真中心被評為教育部國家級虛擬仿真實訓中心，邯鋼技校虛擬仿真實訓中心、甘肅鋼鐵職業(yè)技術(shù)學校（酒鋼職工大學）虛擬仿真實訓中心被評為省市級專業(yè)示范教育基地，河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院的鋼鐵廠、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)合實訓教學平臺。

公司所開發(fā)的轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)仿真實訓軟件，經(jīng)過國家教育部科技發(fā)展中心查新工作站的全面查新，于2014年1月經(jīng)國家一級學會中國金屬學會組織專家進行了冶金工業(yè)科技成果鑒定，鑒定結(jié)果為該產(chǎn)品達到了國際先進水平。

擁有全部自主知識產(chǎn)權(quán)的仿真平臺集成了操控模型、工藝模型和人機交互技術(shù)，它實現(xiàn)了鋼鐵生產(chǎn)全過程虛擬化、可視化，將鋼廠搬進了教室、將原理豐富成了現(xiàn)象，讓真實生產(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)，也是進行探索性科研實驗的平臺。對于創(chuàng)新教育模式，完善人才培養(yǎng)體系是極大的補充；對冶金工程技術(shù)人才的培養(yǎng)、教學模式的創(chuàng)新都有著重要推動作用，有著顯著的社會意義。

公司研發(fā)團隊優(yōu)勢

公司研發(fā)團隊由專業(yè)博士后帶隊，碩士以上學歷人員占公司員工總數(shù)超過25%。公司聘請了十幾位行業(yè)帶頭人、知名專家學者、教授、博導、高工組成了公司技術(shù)專家團隊為產(chǎn)品研發(fā)提供技術(shù)支持，同時公司與北京科技大學、武漢安全環(huán)保研究院、國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局中國安全生產(chǎn)協(xié)會相關(guān)行業(yè)分會、安徽工業(yè)大學、重慶科技學院、中國金屬學會等相關(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

鋼鐵生產(chǎn)虛擬仿真實訓教學軟件，獲得中國金屬學會和相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域?qū)＜业母叨仍u價及廣泛的應用。中國金屬學會先后多次組織專家對北京金恒博遠冶金技術(shù)發(fā)展有限公司開發(fā)的煉鋼仿真實訓平臺進行了認真的比對、審查，最終認定北京金恒博遠煉鋼仿真實訓平臺符合國內(nèi)鋼廠生產(chǎn)實際、能反映當前工藝技術(shù)要求，為我國冶金多媒體教學軟件的自主開發(fā)與應用，促進我國鋼鐵行業(yè)技能培訓、競賽模式的創(chuàng)新與國際化做出了很大的貢獻。并于2013年9月運用北京金恒博遠煉鋼虛擬仿真實訓教學軟件在北京舉辦了首屆全國模擬煉鋼大賽、2016年9月在寧波舉辦寧鋼杯全國轉(zhuǎn)爐模擬煉鋼大賽，獲得了圓滿的成功。

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關(guān)鍵詞：校企合作 虛擬仿真 交互操作 職教特色

一、概述

在基于工作過程系統(tǒng)化的課程開發(fā)理念的指引下，為了服務《汽車電氣與檢測系統(tǒng)》和《汽車舒適娛樂與安全系統(tǒng)檢修》課程的具體教學需求，強化對學生技能的培養(yǎng)，長春職業(yè)技術(shù)學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訓軟件》，這是在示范校建設(shè)過程中所取得的一項成果。

該軟件通過真實維修過程的在線，突出了實踐技能的培養(yǎng)，體現(xiàn)職教特色；軟件中強調(diào)訓練步驟，強化形成性練習與養(yǎng)成性習慣，培養(yǎng)維修思路，讓學生清晰的掌握故障診斷全過程的技術(shù)要領(lǐng)。不在車間，勝似車間。使虛擬仿真技術(shù)實現(xiàn)由簡單的計算機操作對汽車各部件進行裝配、原理分析、儀器儀表使用、檢測和維修。

世界領(lǐng)先的計算機仿真技術(shù)、令人耳目一新的3D虛擬汽車維修場景、實時在線的檢測技術(shù)、靈活多樣的教學方法、模擬儀器的展示和豐富的維修資料，真實再現(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)、起動系統(tǒng)、自動空調(diào)系統(tǒng)等8個系統(tǒng)共計45個典型工作任務的維修工作，有效利用各種教學資源和教學情境，創(chuàng)設(shè)教學內(nèi)容和教學過程的真實性、實用性，以提高教學效果，為汽車專業(yè)課程提供了仿真實踐平臺，滿足汽車維修專業(yè)人才培養(yǎng)目標的需要。

二、虛擬仿真實訓必要性

1．節(jié)約辦學成本投入――普通教育的2.6倍；實物實訓基地。

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――工學結(jié)合、校企合作、頂崗實習。

4．補正現(xiàn)實教學不足――理論講述-實習崗位不足-動態(tài)更新。

5．突破教學難點重點――微觀-宏觀-隱藏-工藝流程-運行過程。

6．提高學生學習興趣――職校生特點：互動-形象-生動-直觀。

7．推動優(yōu)質(zhì)資源共享――遠程傳輸-數(shù)字化傳播-跨時空使用。

8．促進國家教育公平――社會公共服務資源均等化。

三、虛擬仿真技術(shù)在教學中的使用價值

1．職教特色。所有的項目設(shè)計以奧迪A6汽車為載體和職業(yè)需求為本，突出實踐技能，體現(xiàn)職教特色。采用先進的計算機圖形(CG)技術(shù)、虛擬技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡并行處理等技術(shù)和模擬汽車故障診斷操作過程。實訓車型采用奧迪A6（2000款），實訓內(nèi)容涵蓋汽車電氣系統(tǒng)具備故障診斷實訓示范和實訓練習功能。故障診斷實訓示范通過選擇指定的故障點進行實訓；故障診斷實訓練習通過選擇故障癥狀并隨機產(chǎn)生故障點進行實訓。

2．技能培養(yǎng)。虛擬實訓是對工作過程的實際再現(xiàn)具有完整準確的技術(shù)把握，激發(fā)了學生探究問題的潛能。強化形成性練習，強調(diào)訓練步驟與養(yǎng)成性習慣，培養(yǎng)職業(yè)技能。

3．交互操作。所有的項目均突出同學們親身參與，使理論與實踐相結(jié)合，運用計算機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工作場景的仿真再現(xiàn)，因而具有身臨其境的真實感受，提高真實性與學習效果。

四、知識產(chǎn)權(quán)

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

五、提高老師的教學能力及教學水平

1．以現(xiàn)場實際為依托，虛擬再現(xiàn)了現(xiàn)場操作過程，提高了教師對當前現(xiàn)場變化的認知速度；突出了學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，更新了教學內(nèi)容。

3．將帶動職業(yè)教育實訓教學的改革，為教師主動推出最新實訓教學改革方案。

4．將極大縮小學校對學生技能培養(yǎng)規(guī)格與企業(yè)對任職人員技能標準之間偏差。

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

六、開發(fā)軟件步驟及進展情況

1．進行了奧迪A6汽車仿真軟件的需求分析，進行實車拆裝工作。

2．汽車零部件的仿真建模。

3．汽車故障點的分析與情境設(shè)置。

4．汽車故障點的設(shè)計與分析。

5．仿真腳本語言的編寫。

6．攝像工作與配音語言編寫工作。