1．1梯形图指令解释实现
在特殊指令解释时，需要将起始和终止共两次的扫描状态进行对比，来最大限度地保证其正确性。具体操作时可选用两个虚拟内存条，并引入“备用堆栈”和“备用结果寄存器”来保存起始扫描的计算结果，以及“堆栈”和“结果寄存器”来保存结束扫描的算结果，以下进行具体说明:(1)常开(及常闭)触点的实现流程。取出触点内存地址将结果寄存器中的现有数据放入堆栈将地址值(常闭触点则取反)放入结果寄存器;(2)线圈作用的实现。将结果寄存器中的值输出至分别起输出、辅助、保持作用的“继电器”内存地址中。
1．2梯形图程序运行实现
仿真系统通过梯形图程序的运行并根据其转化后的指令语句，即可实现对真实PLC控制系统的模拟。各输入点的状态被依次扫描，并由系统软件中用户编制的程序进行逻辑解算进一步转化成指令进行执行，指令的执行结果可以被后续待扫描的指令所利用，然后依次对应向各输出点发出控制信号。梯形图程序运行的流程为:在梯形图编辑器中，用户点击“运行”按钮触发系统定时器系统初始化内存地址(常开触点置零，常闭触点的定时器及计数器清空)逐一扫描各元器件并同时进行其指令解释直至该条指令结束自动进入下一条指令的扫描直至用户点击“停止”按钮。
2电路搭建部分仿真实现
在仿真系统中，本文通过在软件中设置元素来模拟元器件，这里以设置通用继电器的模拟元件为例来进行分析。在元器件编辑器中，用户可以在两个菜单中分别选择元器件(如继电器、开关按钮、接触器、熔断器、电磁阀、限位开关、电铃、传感器以及声光指示装置)以及对应的元器件元素(如线圈、接线柱、触头、连接线以及保险丝等)。在通用继电器设计初始，用户须通过定义边框确定元器件大小，然后设置线圈及接线柱并用连接线连接，并设置一动一静两个触头以及若干开关，设置完成后即可点击生成一个通用继电器。在对电路进行仿真之前，还需要对电子元器件进行解释，这里仍以通用继电器为例来说明解释的原理和过程，由于电路解释时需要即时刷新，这会导致电路中元件的动作之间产生相互影响，本文这里引入“树”的概念来解释电路，通过将电路中的元器件作为单个节点加入到“树”中，用户在设置时，可首先新建“树”，接着清空“树节点(元器件)”的状态，然后对各节点进行循环检查，当发现控制电路不通时停止循环，最后遍历节点并给出各元器件输出值。
3应用实例分析
3．1实例情况说明
基于以上论述，本文这里选择水塔水位控制系统作为仿真实例，对仿真系统的建立过程进行说明，并通过在仿真环境中进行测试来论证仿真系统的实用性。水塔水位控制系统是通过PLC自动控制来实现水塔自动进、出水，系统中主要的元器件包括液面传感器、电磁阀、PLC控制器以及电动机。图4所示为水塔水位自动控制系统示意图，其动作流程为:当水池水位低于水池低水界时，液面传感器使S3开关接合(ON)，YV电磁阀门打开，水池开始蓄水。水位高于低水位界时，S3开关断开(OFF)。当水位升高到高于水池高水位界时，液面传感器使开关S4开关接合(ON)，YV阀门关闭，水池停止蓄水。水塔水位低于水塔低水位界，液面传感器使S2开关接合(ON)，若此时S3为断开状态，则电动机M运转，驱动水泵抽水。水塔水位上升到高于水塔高水界时，液面传感器使S1开关接合(ON)，电动机M停转，水泵停止工作。
3．2系统仿真实现
从以上分析可见该控制系统的工作原理，可以看出系统可通过相关元器件实现水塔和水池上、下限水位调节和水塔放水等功能。基于此，本以下仿真设计:
(1)将实例控制系统的PLC程序设计并下载到仿真电路设计的PLC中。
(2)以实时水位、水位上限及水位下限作为变量，根据上节所述的系统工作原理对应编制液位上升和下降函数，以模拟真实的水池和水塔液位变化。
(3)在仿真系统中设置6个可供用户自行定义和更改的控制单位，并将它们分别与水塔和水池的高、低液位传感器以及电动机和电磁阀的开关共6个元器件相对应。在仿真系统的对话框中，首先设置水塔和水池的水位标识，可分别用“L”、“M”、“H”对应表示实时水位“低于低液位传感器”、“高于低液位且低于高液位的传感器”、“高于高液位传感器”的三种状态，在另外一个对话框中，用户可在输入框中点击选择已经在电路编辑器中编辑好的输入、输出量与真实控制系统中的6个实际元器件相对应。在完成所有的设置之后，既可以运行仿真系统并通过观察模拟结果判断PLC的程序正确与否以及电路是否搭建正确。经过观察，在仿真系统运行期间各环节控制动作正确，基本能够实现水池水塔自动控制系统的实际功能。
4结语
通常采用截面变化率δh表示弯曲后矩形管在截面处的变形程度，其可用公式δh=(h-h1)/h×100%表示，其中h、h1分别表示矩形管变形前后截面处的高度。
2建立有限元模型
2.1模型建立
矩形管坯尺寸为b×h×t=24.9mm×12.3mm×1mm，材料为3A21铝合金。采用Abaqus软件建立有限元模型。步骤如下：建立部件的几何模型、部件进行装配、设置接触条件、划分网格等。
2.2可靠性验证
采用试验方法对有限元仿真结果进行验证，判断有限元仿真的可靠性，进而对芯模参数影响矩形管截面变形规律进行研究。试验与模拟中工艺参数设置一致，即：弯曲角度θ=90°，弯曲半径R=40mm，弯曲速度w=1.567rad/s，芯棒、夹块及其他模块与管坯之间的摩擦系数分别为0.01、0.50、0.17，管坯与模具间隙ΔC=0.1mm，芯头参数为，H=10mm，B=22.88mm，D=3mm，A=60°，n=3，同时要求芯棒无伸出量。对有限元方法与实验方法得到的截面变化率δh进行对比。可以看出：靠近弯曲两端部分(0°、90°)时截面变化率比较小，处于弯曲中间部分(40°~80°)时截面变化率较大，且随着截面位置的增大而增加。对比两条曲线，发现曲线变化趋势相同，通过计算可知模拟结果与实验结果的最大误差为2.9%。充分说明本文采用的模型可有效的模拟3A21铝合金矩形管在绕弯成形中的截面变化。
3模拟结果分析
3.1芯头个数n影响截面变化
以2.2节中设定的工艺参数为基础，保证其他参数不变，改变芯头个数n，分别设置为1、2、3、4，采用文中建立的模型进行仿真模拟，研究芯头个数n对截面变化的影响。不同时截面变化率沿绕弯方向的曲线对比图。可以看出，n=1或者n=2时截面变化率δh较大，且在弯曲中间位置(45°左右)取得最大值，分别为37%、34.5%。当n=3时，截面变化率迅速减小，最大截面变化率为6.9%。继续增大芯头个数n，当n=4时，截面变化率变化不大，可以判断当n大于3时，增大芯头个数对矩形管绕弯成形中截面变化无太大影响，故应选取n=3，矩形弯曲管质量较好。同时，截面变化率在弯曲两端较小，而在弯曲中间位置较大。由于压块、弯曲模与防皱模对矩形管的外壁进行限制，同时芯头和芯棒对内壁起到支撑作用。在弯曲中间部分，内壁失去了芯头的支撑作用，外壁没有压块进行限制，故处于悬空状态，此时截面变形率会较高。矩形管的末端受到夹块及弯曲模作用，即使没有了芯头的支撑作用，其截面的变化也不会很大。
3.2芯头间距D影响截面变化
保证其他参数不变，改变芯头间距D，分别设置为3mm、4mm、5mm和6mm，研究芯头间距D对截面变化的影响。不同芯头间距D下截面变化率沿绕弯方向的曲线对比图。可以看出，芯头间距D为3~5mm时，弯曲始端的δh比末端的明显小，而D=6mm时两端的δh相近。截面变化率δh随着芯头间距D的增加而逐渐减小。这是由于芯头间距D增加，芯头支撑矩形管内壁的角度增大，故δh减小。
3.3芯头厚度T影响截面变化
改变芯头厚度T，分别设置为3mm、5mm、7mm和9mm，保证其他参数不变。不同芯头厚度T时截面变化率沿绕弯方向的曲线对比图。可以看出，截面变化率δh随着芯头厚度T的增加而逐渐减小。T≤7mm，截面变化率δh在矩形管的起始端与末端比中间部分小。T=3mm时，当绕弯角度大于40°时，δh迅速上升，角度在60°时δh达到最大值，随后逐渐减小。随着芯头厚度T逐渐增加，δh随截面位置变化趋势也较为平缓。这是由于芯头厚度较大时，在绕弯过程中芯头对矩形管的支撑范围比较大，所以使得截面变化程度较小，综上选择T=9mm时矩形管绕弯效果好。3.4芯头圆弧角度A影响截面变化改变芯头圆弧角度A，分别设置为60°、90°、120°、180°，保证其他参数不变。不同芯头圆弧角度A时截面变化率沿绕弯方向的曲线对比图。可以看出，在弯曲过程中矩形管始端与末端δh较小，在中间位置δh较大。截面变化率δh随着芯头圆弧角度A的增加而逐渐增加。这是由于随着芯头圆弧角度A的减小，圆弧上的顶点U与末点C之间的高度差Δh减小，芯头对矩形管的支撑效果越明显，故截面变化程度越小。但是当圆弧角度A过小时，一套芯模不适合在不同弯曲半径的多种弯曲模中使用，而A=60°时，芯头中心与圆弧中心位置一致，方便芯头的加工。综合考虑选择芯头圆弧角度A为60°。
4结论
（1）在矩形管的始末端截面变形程度较小，中间位置(40°~80°)截面变形程度较大；增大芯头数目、芯头间距、芯头厚度及减小芯头圆弧角度，均使得绕弯过程中矩形管截面变化程度降低。
关键词：计算机仿真大赛；能力培养；创新
中图分类号：G641 文献标志码：A 文章编号：1002-2589（2012）28-0172-02
引言
目前，素质教育作为高等教育人才培养的主流，推动着高校的教育改革工作，受教育部高等教育司的委托（教高司函[2004]167号文），全国计算机仿真大奖赛组委会已成功举办了四届仿真大赛。从国际及国内的情况看，仿真科学与技术已经广泛地应用到各个领域，在危险的、耗费巨大财力和人力的重大工程上，仿真常常走在最前面。各种重大政治、经济、军事决策之前要进行仿真，实施预测和评估；危机、威胁的预测、预报，系统工程、机电工程、控制工程、信息工程等多个领域中日益增多的重大课题等都需要仿真的支撑；工业生产中有“虚拟样机”；军事装备的研制生产中提出了“基于仿真的采办”新方法。现在，已经形成了一支专业的仿真队伍，他们采用共同的科学理论和技术，来解决各自专业和应用领域的仿真课题，并形成了专门从事仿真科学与技术的学科队伍。因此，仿真已经成为继理论研究、实验研究之后的又一种科学研究方法。而计算机仿真大赛对普及仿真科学技术知识，激发广大教师和学生的研究热情，提高大学生的工程实践能力和创新意识有积极的影响。
海军航空工程学院从2004年第一届计算机仿真大赛开始，连续四届组织学员参加了比赛，获得了特等奖1项、一等奖2项、二等奖2项、三等奖2项的好成绩，在参赛的高校中名列前茅，为学校争得了荣誉，同时，也提高了学员的素质及能力，实现了人才培养的多元化。
一、计算机仿真大赛的特点
计算机仿真大赛与课程优化和课程内容改革紧密结合，竞赛内容采取统一命题的形式，选自工程技术和科学管理的实际问题，从经济、管理、控制、军事等专业领域出发，组委会给各竞赛队出几个竞赛题目，各竞赛队可任选一题，并在十五日内完成选题、建模、确定解决方案、设计仿真系统、计算机仿真调试、获得正确地结果、改进性能、写出建模及计算机仿真报告，并需要尽可能地发挥和创新。其中既有理论建模、方案设计，又有实际仿真调试过程，要求学生将理论知识真正变成实际可用的方案，对系统的设计和仿真调试进行真正的实践，并给出仿真研究报告。由于难度大、时间紧，参赛学生多，这就对参赛学生提出了较高的要求，需要学生要具有宽广的知识面及较深入扎实的理论基础，并且理论结合实际的能力、仿真能力及文字表达能力都要很强，这样最后才能将方案做得完美，以争取好的成绩。
二、以计算机仿真大赛为牵引，进行教学改革
通过几年实践，计算机仿真竞赛及相关教学在培养应用型实践型人才方面已得到了广泛的认可，其在培养学生的理论与实际问题相结合的能力、总结和撰写科技论文的能力、检索及消化文献的能力、采用计算机进行仿真及解决问题的能力等方面，都具有非常积极的作用，改变了计算机控制、运筹学等传统的专业基础课教学中采用的只强调概念、理论等而忽视知识运用的做法[1]，这种状态已不能适应目前素质教育的主流。
为了改变这种状况，我们采取的措施就是把计算机仿真的思想融入教学过程中。以此为基础，对教学内容、教学方法等进行改革，激发学生的自主学习能力，培养其分析问题、解决问题的能力[2]。在授课过程中我们发现，计算机仿真大赛活动可作为一很好的任务驱动，能够推动创新教育。
（一）课程教学改革
1.在理论教学中加大仿真实践性教学力度
要改变传统的主要靠教师“教”给学生知识，要引导学生进行自主能动的“学”知识，并要学会应用[3]。通过计算机仿真，可以让学生对理论知识进行应用，让书本知识变得鲜活，同时增强学生的自主探究能力，由被动地学变成自主地学。
例如为了培养学生的自主学习能力，我们在《自动控制原理》的课程教学中对理论及方法的教学采用让学生课后自主进行Matlab仿真试验的方法，对控制方法及其中的参数进行调节，发现问题，及时与学员及教员进行讨论，而在课堂上与学员适当地互动有助于教员实时地掌握学员的学习情况，激发学生的学习兴趣，开发学生的创造性思维。
2.融竞赛作品于案例教学中
每一个竞赛作品就是一个很好的应用所学理论知识对现实问题进行解答的案例，通过对大量案例加以收集整理，重新编写成适合教学的案例，来创建案例库，将其用于教学，可让更多的学生参与到其中。重点以组织案例讨论为主，强化学员的“主体”地位，营造良好的课堂情景，完成教师与学生的角色转换。同时在对大赛的作品分析的过程中，不断挖掘师生的潜力，不断创新，从而使整个课堂气氛更活跃。
（二）营造自主学习环境，培养创新能力
传统的人才培养模式，所培养的人才共性多、个性少，缺乏创造性。要实现从单一的共性培养模式向多样化的个性培养模式转变就必须不断改进教学方法，使学员能够主动学习、能动学习、创造性学习，计算机仿真大赛就是一个很好的机会。在注重打牢基础、培养合格人才的同时，广泛听取学员的反映，使培养的人才既合格，又有特色。
人才培养是一个多因素作用的系统工程，应力求使学员在校学习的每一个环节都成为教育的阵地。学院各级领导经常到学员中介绍相关专业情况，主动与学员的管理单位进行沟通，以便及时对教学工作中的不当之处加以改进；学院机关不定期召开师生座谈会，了解学员的学习情况和精神状况，帮助同学们增强信心和专业归属感；教员积极组织并指导学员参加计算机仿真竞赛，这样不仅增进了师生之间的沟通和了解，而且使双方在潜移默化中教学相长。
1.进一步加大实验室的开发力度，提供让学生进行自主锻炼的场所，以提高学生的理论与实际相联系的能力
每学期除了制定课程大纲要求的实验计划外，对开放实验的项目内容、开放计划等也进行规划，并通过校园网；同时为学生提供必要的实验仪器及设备等，另外还配备专门的教师进行指导。如我们在《自动控制原理》课程的教学过程中，建立了控制系统综合设计实验室，配备了水温控制系统、三自由度直升机模型、磁悬浮控制系统和智能机器人等，能够开展控制系统的综合型及研究型实验，从而深化学员对控制理论书本知识的理解，培养学生运用理论来分析、解决问题的能力。
2.构建开放的网络教学平台
依托网络，经常更新完善网络课程，建设虚拟实验室，开发虚拟实验室的综合开放平台，开展网络控制实验室的建设，探索网络实时教学的模式，结合多媒体教材，形成了一个满足学员个性化、多元化、自主性、研究性学习所需的知识面广、信息量大、设计先进的立体化、数字化的网络开放教学平台。
3.开设计算机仿真选修课，培养系统仿真能力
以计算机仿真大赛为载体，在学院开设了《系统建模与仿真》和《控制系统计算机辅助设计》等选修课，极大地提高了学生的兴趣，扩大了学生的知识面，有效提升了学生的智力潜能。学生将课堂中学到的理论知识通过仿真进行消化理解的兴趣与日俱增，每年主动参加竞赛活动学生达100多人次，学生的整体素质得到明显提高。实践进一步证明，在课程建设及教学改革方面，计算机仿真大赛起到了先行者的作用。
（三）制定切实可行的计算机仿真教学方案
计算机仿真大赛涉及很多专业基础课程及仿真课程，一两位教师进行指导是不可能的。为此，学院根据实际情况，结合前几届的大赛题目及学生的课程设置，结合国内外计算机仿真技术的发展，编写了合适的讲义，符合“高、新、宽、深”的要求，制定了相应的切实可行的教学计划及实施方案，给出详细的赛前培训计划，并且在每次大赛后进行经验总结，作为下一届培训的内容之一。
赛前授课，采用任务引领型课程体系，将基础理论知识有选择性地融入到典型系统中，以实践为主体，体现实践导向思想。在教学实施方案上，以专题练习为牵引，开设60课时的计算机仿真大赛选修课，并计入学生的选修课成绩。
教研室开展科研的目的是促进教学改革，强化骨干教员的带头作用，促进教员队伍整体水平的提高，而计算机仿真大赛的指导教员都是经过严格选拔的，是教学、科研方面的骨干。教学改革的探索，是通过课堂教学这个主渠道反映出来的。为了加强骨干教员的管理，促其在原有基础上有所提高，更快更好地适应教改的形势，通过科研工作进行带动，同时也为课堂教学提供丰富的素材和实践基础。
（四）发挥参加过计算机仿真大赛学员在本科毕业设计中的助动作用
首先，有计算机仿真大赛经历的学员，都曾经有过类似本科毕业设计的经验，例如理解题目、建立模型、仿真及论文撰写等，这些都可以传授给其他本科学员，促进他们又快又好地进行毕业设计工作。参加过计算机仿真大赛的学员本身也在进行他们各自更加深入的学位论文研究，对于毕业设计工作，有着更为深入的经验体会，这些经验体会，是其他学员由于学识所限，难以体会到的。有计算机仿真大赛经验的学员与其他学员一起进行毕业设计，必将大大开阔其他学员的视野。其次，有计算机仿真大赛经历的学员在参与科研项目以及学位论文写作过程中，会发现一些有益的课题和内容，更适合作为本科毕业设计题目，这些可以与教员交流，增强选题的针对性。最后，有大赛经历的学员对于技术细节，往往了解得更为清晰，解决实际问题的能力更强，能够迅速有效地帮助其他本科学员解决毕业设计中所遇到的技术问题。从结果来看，这样同学的论文都比较好，最后评选出的优秀往往是这些学员的。
三、结束语
全国计算机仿真大赛为学生提供了施展才能的舞台，为教学实践搭建了平台，激发了学生的学习兴趣，多名竞赛优胜者在考研、工作、科技创新、团队意识方面表现突出。实践表明，全国计算机仿真大赛是整合相关课程内外实践教育教学环节，开展创新人才培养的重要途径。为此，我们将以计算机仿真大赛为契机，不断地探索新的教学实践方法，以快速提高教学水平。
参考文献：
[1]中国电子学会教育工作委员会.创新人才：培养实践教学改革[M].西安：电子科技大学出版社，2008.
［关键词］仿真理论 仿真技术 仿真应用
随着计算机科学技术的高速发展，系统仿真技术和计算机技术紧密的融合在一起。目前，有的高校采用多媒体技术和虚拟现实技术进行系统仿真的教学。
仿真技术是利用计算机并通过建立模型进行科学实验的技术。它具有经济、可靠、实用、安全、可多次重用的优点，是利用模型对系统进行研究的一门多学科综合性技术。
现代仿真技术的发展是与控制工程、系统工程及计算机技术的发展密切相关联的。控制工程和系统工程的发展促进了仿真技术的广泛应用，而计算机技术则为仿真提供了强有力的手段和工具。因此，计算机仿真在仿真中占有越来越重要的地位。
一、仿真学科的理论体系
1.相似理论
相似理论是研究事物之间相似规律及其应用的科学，是仿真科学的基本理论。其基本内容包括相似定义、相似定理、相似类型和相似方法。
2.模型论
模型论是以各应用领域内的科学理论为基础，建立符合仿真应用要求的、通用的、各领域专用的各种模型的理论和方法。
3.仿真系统理论
研究和论述构建符合应用需求的仿真系统理论和技术。包括仿真系统的体系结构和构成，仿真系统的设计及其公共关键技术，仿真系统的研制和运用仿真系统的规范、标准等。
4.仿真方法论
结合各应用领域的不同要求，研究仿真基本思想和方法，包括定量仿真方法和理论、面向对象仿真方法；智能仿真方法等。
5.仿真的可信性理论
表述仿真过程及结果评价、控制的概念和方法的基本理论、研究仿真环境和真实环境的相似性理论和方法，研究提高仿真可信性的各种方法、技术和规范。
6.仿真科学和技术的应用理论
论述仿真运行实验设计、仿真管理、仿真过程的可视化、仿真及其结果综合分析的理论。
二、几种主要的仿真技术
1. 仿真建模
仿真建模是一门建立仿真模型并进行仿真实验的技术。建模活动是在忽略次要因素及不可测量变量的基础上，用物理或数学的方法对实际系统进行描述，从而获得实际系统的简化或近似反映。
2.面向对象的仿真
面向对象仿真是当前仿真研究领域中最引人关注的研究方向之一，面向对象仿真就是将面向对象的方法应用到计算机仿真领域中，以产生面向对象的仿真系统。
3.智能仿真
智能仿真是把以知识为核心、人类思维行为作背景的智能技术引入整个建模与仿真过程，构造智能仿真平台。智能仿真技术的开发途径是人工智能与仿真技术的集成化。仿真技术与人工智能技术的结合，即所谓的智能化仿真；仿真模型中知识的表达。
4.虚拟现实技术
虚拟现实技术是现代仿真技术的一个重要研究领域，是在综合仿真技术、计算机图形技术、传感技术等多种学科技术的基础之上发展起来的，其核心是建模与仿真，通过建立模型，对人、物、环境及其相互关系进行本质的描述，并在计算机上实现。
5.分布仿真技术
分布仿真技术作为仿真技术的最新发展成果，它在高层体系结构上(HLA，high level architecture)，建立了一个在广泛的应用领域内分布在不同地域上的各种仿真系统之间实现互操作和重用的框架及规范。HLA的基本思想就是使用面向对象的方法设计，开发及实现系统不同层次和粒度的对象模型，来获得仿真部件和仿真系统高层次上的互操作性与可重用性。
三、仿真的一般步骤
仿真过程的三个主要活动是“系统建模”、“仿真建模”、“仿真实验”，而联系这些活动的要素是“系统”、“模型”、“计算机”。其中：系统是研究的对象，模型是系统的抽象，仿真是通过对模型进行实验来达到研究的目的。
要对一个系统或对象实施计算机仿真，首先必须把握系统的基本特征，抓住主要的因素，引入必要的参量，提出合理的假设，进行科学的抽象，分析各参量间的相互关系，选择恰当的数学工具，然后在此基础上建立相应的数学模型。仿真建模的过程是在已有的一些先验知识的基础上，试探地写出研究对象所满足的或近似满足的数学规律，再结合实际的研究目的，对猜测性的数学关系进行反复修改和优化，从而得到既符合客观实际又易于在计算机上实现的数学模型。
四、仿真技术的应用及发展
仿真技术来自于军事领域，但它不仅用于军事领域，在许多非军事领域也到了广泛的应用。例如：在军事领域中的训练仿真；商业领域中的商业活动预测、决策、规划、评估；工业领域中的工业系统规划、研制、评估及模拟训练；农业领域中的农业系统规划、研制、评估，灾情预报、环境保护；在交通领域中的驾驶模拟训练和交通管理中的应用；医学领域中的临床诊断及医用图像识别等。
随着现代信息技术的高速发展，仿真技术也得到了飞速的发展，在军用和民用领域中更深更广的应用也促进了仿真技术的进步。分布仿真技术作为仿真技术发展的最新成果，在国民经济建设和国防建设中发挥了更大的作用。目前，国际上许多国家在“仿真是迄今为止最有效的综合集成方法，是推动科技进步的战略性技术”这一观点上已达成了共识。21世纪仿真技术的研究与应用将取得更大的发展。
参考文献:
［1]贾连兴:仿真技术与软件[M].北京:国防国业出版社,2006
［2]康凤举:现代仿真技术与应用[M].北京:国防国业出版社,2006
关键词：计算机仿真；三维模型；排水施工；应用
中图分类号：G623文献标识码： A
前言
排水工程是我国经济和社会发展过程中的一个重要的项目，不仅关系到我国的经济发展，还关系到百姓的生活，是一项利国利民的工程项目。排水工程施工过程十分复杂，为了保证施工质量，应该要与时代接轨，引入更多先进的技术和手段。传统的排水施工过程中，进行方案的设计，主要是依靠人工的设计方式，出错率较高，效率比较低，随着计算机技术的发展以及普及，计算机仿真技术的应用越来越广泛，计算机仿真技术与排水工程领域之间的结合，推进排水工程建设的进度，也提高了施工的效率以及质量。随着计算机仿真技术的不断完善，在排水工程中的应用也会越来越普遍。
一、计算机仿真技术的特点以及优势分析
随着互联网以及计算机技术的不断发展，各种先进的科学技术在我们的生产生活过程中的应用变得越来越广泛，计算机仿真技术就是其中的一个重要方面。计算机仿真技术是借助于计算机技术及硬件设备，实现一种人可以通过一定感知方式所感受到的虚拟环境，它集成了计算机图形技术、仿真技术、人工智能技术、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，由计算机图形构成三维数字模型，提供给人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式。这种技术在应用过程中最大的一个特点就是能够实现用户与虚拟环境之间的一种交互，人类传统的认知方式主要是通过亲身接触大自然来实现的，计算机仿真技术的应用，扩大了人们对自然环境的认知的范围。
计算机仿真技术具有十分明显的优势特征，第一，利用计算机仿真技术可以快速地对多种施工方案进行比较和分析，计算机仿真技术在排水工程施工中的应用，一个最重要的方面就是能够快速地对各种方案进行比较分析，从而选出最合适的一个设计方案进行施工。在仿真阶段，基于仿真的结果，可以进行相应的探讨，从而决定出哪些因素对施工过程有较大的影响，哪些施工阶段的影响最大，从而采取政策的预防措施。第二，计算机仿真技术的成本较低。与传统的真实的原型实验不同的是，计算机仿真技术是利用软件的开发以及应用实现的一种模拟实验方式，其中需要支出的费用主要是计算机硬件以及软件的费用，相对于真实的模型实验而言，成本比较低。第三，计算机仿真技术的可靠性比较高，计算机仿真技术的效率主要取决于系统模型以及软件的正确性，在系统模型以及软件编制是正确无误的前提下，排水工程施工过程中的计算机仿真技术的应用，会对各种约束条件进行分析和考虑，与传统的人工操作过程中的可靠性进行比较而言，可靠性和稳定性更高。第四，计算机仿真技术的实用性更强。计算机仿真技术在很多方面都可以应用，只要是可以通过数学进行描述的模型，都可以利用计算机仿真技术进行仿真，比如在排水工程施工过程中的应用，可以对各个过程进行预测，对成本进行预测等，提高排水工程施工管理过程中的效率。
二、计算机仿真模拟技术在排水工程施工过程中的应用
（一）计算机仿真模拟技术的实现步骤
计算机仿真模拟技术是以数学理论为基础的，就计算机本身而言，是不能对施工过程中的问题进行分析和处理，需要建立一个能够反映出事物的本质特征的模型，在排水工程施工过程中的应用，主要分为四个步骤。
1、建立相应的模型
在建模的过程中，应该要对排水工程的实际问题进行分析，将施工过程中应该要注意的各种问题、限制条件、约束内容等进行考虑，然后利用数学、力学等理论将谁理工本工程施工过程中的数字模型描绘出来，利用计算机软件技术，将各种预定的数据输入到系统中去，对于各种数据应该要保证建模的精确性。此外，还可以通过人工干预的手段在建立的模型中进行数据的修改，保证各种数据的完整性。各种数据应该要涉及到施工阶段的总体场地布置情况、施工进度、材料用量等情况。
2、输入模型
输入模型指的是将建立起来的模型输入到计算机系统中进行处理的一种方式，计算机仿真模拟的模型就是最终体现出来的模型内容，这个步骤是计算机模拟仿真过程中的一个十分重要的步骤和环节，模型就是把建立的模型通过计算机进行系统的处理，这种形式所体现的模型内容也就是计算机仿真模拟模型，同时也是进行计算机进行仿真模拟计算的关键环节。
3、计算机仿真模拟
将模型放置到计算机模块中，从而可以实现对排水工程方案的模拟分析，是排水工程施工过程中的一个十分重要的步骤，这个环节是将排水施工过程中的各种数据进行分析的一个过程，通过对各种数据进行模拟，得到相应的模拟结果，从而为施工过程中的各种问题的预测奠定基础，确保施工过程中的精确度。
（二）计算机仿真系统的设计
计算机仿真系统首先需要建立排水工程的虚拟环境，这是进行仿真的第一步，比如地形、施工场地、电站建筑物、挡水地下建筑物等，都需要进行模拟，同时还要对各种排水工程的设备进行模拟，当前的排水工程模拟过程中，三维仿真技术的应用，对于排水工程施工过程中的各种运行状况进行动态监控，有助于进行智能化以及可视化管理。
计算机仿真系统的设计过程中，需要建立相应的三维模型。建立三维模型，主要是以排水工程为研究的对象，利用对应的模拟软件以及实时驱动软件，将各种数据进行转换，形成逼真的三维模型。三维几何模型是整个工程虚拟场景中的一个基础，模型的建立包括三维地形的建模以及建筑物的建模，比如在排水工程施工过程中会遇到很多挡水地下建筑物、管道等，模型建立的过程中应该要对各种建模任务进行划分，建立一个比较完整的仿真系统，还需要对各种植物、桥梁、公路、码头等场景进行描述，利用仿真实验，对各种参数进行设计和优化。计算机仿真技术的虚拟建模软件会根据二维平面文件，建筑物的立面图、剖面图建立三维模型，然后建立与模型相关的数据库，将数据与数据的各种属性进行有机结合，促进三维模型的完善。
结语
随着计算机和互联网的普及，各种信息技术在我们的生产生活中应用越来越广泛，计算机模拟仿真技术就是一种比较常见的计算机技术，对排水工程施工具有十分重要的意义。在模拟过程中，通过模型的建立、仿真以及仿真结果的分析，有助于对排水工程的施工进行高效管理，从而实现节约成本、提高施工效率的目的。
参考文献
[1] 程鹏军，李海燕.计算机仿真模拟技术在水利工程中的应用[J].东北排水水电，2010（09）
[2] 齐兆春，马刚琳.计算机三维仿真技术在水利工程中的应用[J].吉林排水，2007（01）
论文摘要： 在分析专用数字仿真计算机的特点的基础上提出半实物仿真对仿真计算机和实时网络的需求，并且介绍相关技术的新进展。实践证明仿真工作站和实时网络方案是完全可以满足仿真发展需求的。
作为信息技术核心的计算机技术自其诞生之日起经历了50多年的发展，以广泛应用于国民经济和社会生活中。而作为计算机技术重要组成部分的计算机三维视景仿真技术，因其有效性、经济性、安全性、直观性等特点而受到广泛的应用。它是在计算机图形学基础上发展起来的一种仿真应用技术。
据最新统计资料表明，计算机仿真技术是当前应用最广泛的实用技术之一，虚拟现实（VR，Virtual Reality）是计算机世界最热门的一个词汇。视景仿真技术是计算机仿真技术的重要分支，是计算机技术、图形图像处理与生成技术、多媒体技术、信息合成技术、显示技术等诸多高新技术的综合运用。
1 专用数字仿真计算机的特点
1.1 仿真计算机的用途和发展
围绕着对仿真计算机的计算速度、内存容量、接口等基本特性要求，在半实物仿真系统中先后采用了模拟计算机、数模混合计算机、专用数字仿真计算机等类型的仿真计算机。尤其是以AD100及国产YF-2为代表的专用数字仿真计算机在国内、外的一些制导武器半实物仿真系统中得到了广泛的应用。
1.2 专用数字仿真计算机的优点
以AD100及国产YF-2为代表的专用数字仿真计算机主要优点有：
① 采用异构同步并行多处理机、广播式数据总线方案解决了计算速度和存储容量问题；② 设计专用仿真语言，该语言简洁、编程方便，而且还集成了常用的数值积分算法模块，方便使用，同时还能够实现精确仿真计算帧时的定时；③ 提供高速A/D、D/A接口，开关量输入输出接口及数字量（DPM）等接口形式，实现仿真计算机同仿真系统的连接。
1.3 专用仿真计算机存在的不足
① 数字接口能力不足：该型仿真计算机虽然提供了较全面的接口形式，但主要还是以模拟量接口为主，数字接口仅能适用几种非主流总线形式（Q-bus等），而且在传输距离、传输速度等方面性能不佳，数字接口能力不足；② 维护性不方便：这类专用数字仿真计算机采用专用设计结构，与通用计算机有着较大的差别，硬件维护和软件管理需要配置专人，而且出现故障不象通用计算机那样容易替换，易影响试验进度。从人力资源配置和快速维护性上看有不足之处。
1.4 仿真计算机的新要求
随着仿真系统间的信息交换已开始转入以数字信号为主，专用数字仿真计算机在数字接口方面能力的不足就显示出来了。仿真设备控制、管理使用的计算机都是通用型的微机（含工控机），应用广泛且有着丰富的应用软件和接口形式，各种高速数字接口各具特色。因此系统应用的关键是迫切需要找到一个仿真计算机的新方案，既能保持专用数字仿真计算机的优点又能满足高速实时数字接口的需求。这个需求就是对航空制导武器半实物仿真系统中仿真计算机的新要求。
2 仿真计算机和实时网络技术的新发展
2.1 实时网络技术
高速数字接口的形式虽然很多，但在仿真系统中的应用还要考虑到系统中信息的共用性，即多个设备共用某些信息。如对目标信息来说，目标特征信号生成装置、目标运动仿真器、数据链传输仿真设备都要用。这是因为系统本身复杂，信息交换多和相应仿真系统设备规模大，耦合多。
考虑到仿真系统信息共用性特点，那些点对点的接口形式不易采用，而网络式、广播式的接口形式更容易满足要求。同时半实物仿真系统信息交换还要求各信息节点的信息要同步更新，换句话说，就是信息传输延迟要小。
经过综合比较分析，光纤反射内存影射式实时网络（RT-net）比较符合半实物仿真系统的技术要求。它们的共同特点是利用映射式的信息传送方法，某一节点的内容自动映射到所有节点， 这种映射是由硬件完成的，系统延迟小。高速、延迟小和信息更新同步的特点适合仿真的需要。这种网络一般有两种拓扑结构，一种是环行网，另一种是通过实时HUB连接的星型网。
理论上，HUB结构的网络数据到达各个节点的时间没有延迟，能做到信息同步更新。而且一个节点故障只影响本节点，不影响整个网络。这一特性对进行系统局部联试时非常有用，不必所有设备均开机。
RTnet的运行机制很简单，分布式计算机系统内，每台结点机上插一块 RTnet卡，卡上有双端口读写内存，通过驱动软件可以读写这些内存，当数据被写入一台机器的内存中后，RTnet卡自动地通过光纤传输到其他连在网络上的 RTnet卡的内存里，通常只需几百纳秒的时间延迟，所有RTnet卡上的内存将写入同样的内容。各成员在访问数据时，只要访问本地的RTnet卡内存即可。
RTnet适应的计算机总线形式一般都有PCI、MultiBus、VME等，在常用的操作系统，如DOS、WindowsXP、Windows2000环境下都可正常工作。
2.2 综合应用
仿真工作站替代专用数字仿真计算机本身难度不大，二者的软件内核基本一致，经过软件移植，几乎所有先前做过的工作都可以继承下来。仿真系统集成的关键是实时网络在系统中的配置和二次应用开发。有这样几方面的工作要做：
① 仿真工作站同实时网络的接口检查：虽然仿真工作站是基于通用工作站基础上设计的，但这种通用工作站与通用微机之间还会有些微小的差别。② 各仿真设备控制计算机的适应性修改：仿真设备功能各异，研制情况不同，其控制计算机的操作系统不统一，有DOS、WindowsXP、Windows2000等版本，因此相应的设备驱动板卡等不相同。为了保证网络系统稳定运行，简化应用开发工作，有必要对能够升级的设备控制计算机进行统一配置，还要对相应设备驱动卡、驱动程序进行更改。③ 共享内存分配表的建立：由于是共享内存机制，所以应对数据存储地址的统一分配，明确各个信息的读写地址。对系统中注册信息、节点状态标志、同步时钟等信息使用的地址也要进行规定。
总之，随着分布式计算机仿真系统、虚拟样机分布仿真系统的广泛开发和应用，实时网络技术做为一种快速的信息交换手段会得到更广泛的应用。
参考文献：
【关键词】：计算机仿真；物流系统；管理
中图分类号：G623文献标识码： A
1、前言
改革开放以来，随着经济全球化和电子商务的发展，企业面临的压力越来越大，物流作为价值链的主要组成部分，因其能带来成本的降低和客户服务水平的提升而受到前所未有的重视，我国物流大而不强，运作水平较低，决策支持能力缺乏，故研究将计算机仿真这一现代辅助决策工具应用于物流系统管理中具有较强的现实意义。本文以下内容将对计算机仿真在物流系统管理中的应用进行研究和探讨，以供参考。
2、计算机仿真概述
计算机仿真可以定义为：为了评价和提高系统的性能，使用计算机模型对系统进行模仿。它是以相似原理、系统技术、信息技术及其应用领域有关专业技术为基础，以计算机为工具，利用模型对真实的或设想的系统进行动态研究的一门多学科的综合性技术。计算机仿真的三项基本要素是系统、模型和计算机，联系三项要素的三项基本活动是系统建模、仿真建模和仿真试验。计算机仿真可以分为静态仿真与动态仿真，或者确定性仿真与随机性仿真，或者连续系统仿真与离散系统仿真。
3、物流系统仿真
物流系统往往是相当复杂的，存在大量的效益背反的现象，系统的运行时一个动态过程，涉及许多随机因素。随着计算机技术的发展，用计算机仿真的方法评价各种策略对物流系统的影响，逐渐成为作出决策以前的重要步骤。
3.1、物流系统中应用计算机仿真的主要方面
当研究的物流系统不是十分复杂或者经过简化降低系统的复杂程度时，可以利用数学方法，如线性代数、微积分、运筹学、计算数学等方法去求解问题。但计算机仿真法在以下几个方面有广泛的应用前景：一是由于有些物流系统的复杂性，应用数学方法难以构造模型，提出解析解，此时可以采用计算机仿真的方法构造模型，以求得系统模型的解答；二是对于新设计的物流系统，在未能确定它的优劣情况之前，不必急于无根据地花费大量的投资区建立，可应用计算机仿真对新的物流系统的可行性和效率做出正确的评价判断；三是计算机仿真具有通过实验达到优化的目的，可运用这一手段，对决策中的多备选方案进行多次运行，按既定的目标函数，对不同的方案进行分析比较，从中选择最优方案，进行辅助决策；四是对物流系统的运行机制进行分析，在仿真模型运行过程中，人们可以根据需要，记录有关数据和信息，从而为分析物流系统提供依据；五是对物流系统的发展战略进行研究，应用计算机模型可以对从过去到未来的国家、地区或企业的物流系统的犯罪规律进行仿真运算，研究系统的因果关系，得出结论，以促进系统的改进和发展。
3.2、物流系统仿真的基本步骤
仿真的过程就是建立系统模型并通过模型在计算机上的运行来对模型进行检验和修正，使模型不断趋于完善的过程，物流系统仿真如同计算机应用软件开发一样，都需要分为若干阶段：一是在仿真项目的开始，问题必须定义好，仿真分析者要非常谨慎地确保已经清楚地理解了要解决的问题，如果问题描述是由仿真人员作出的，那么项目委托人应该确认描述是正确的，之后，应该设立目标，制定整体计划。二是构造模型，通过调查对真实系统进行抽象得到概念模型，与系统要素和结构相关的一系列数学和逻辑关系。三是一项物流管理决策一旦决定使用仿真，就要制定出一份数据需求表。经常，项目委托人以为有了足够的数据，然而，当数据交付时可能会发现数据不足或者与期望差距很大，因此，要给分析所获得的原始数据留些时间预算。四是校核和验证模型包括证实模型是否适当和正确，可能的程序错误应该排除，模型的逻辑关系应该检查，如果有一个现存的物流系统，验证模型的一个理想办法是将计算机输出与现存系统的输出进行比较。五是对于每一个备选方案，要考虑它的仿真运行时间，仿真次数和初始化。六是运行仿真和后续的分析是用来估计被仿真的备选方案的各个性能指标。当仿真运行后，分析者要决定是否运行更多的次数或者是否还要仿真额外的方案。由于系统仿真所运行的每一次模型，只是实际系统的一次随机抽样试验，其输出结果带有随机性，因此，必须运用统计学的方法，对仿真结果进行统计分析。七是建立完善的文档，如果相同的分析人员或不同的分析人员要再次运行仿真模型的话，理解模型是怎样运行的对他们来说是必要的，如果模型需要修改，足够的文档能够带来极大的便利。八是在执行阶段，仿真人员扮演的是一个报告者而不是一个倡导者。报告应该为委托人提供用作决策的辅助信息，如果委托人参与了整个研究过程，并且仿真人员严格执行了所有的步骤，那么就增加了执行成功的可能性。
4、结尾
仿真所建立的模型是实际系统的映像，能够处理不确定性和复杂的相互管理，为任意假设建立模型，所以对于各种复杂的物流系统，无论是线性还是非线性，无论是静态还是动态，都可以用系统仿真法研究，相信，计算机仿真以其独特的优越性，必将在物流系统管理中得到广泛的应用。
【参考文献】
[1]《现代仿真技术与应用》康凤举等，国防工业出版社
[2] 《计算机仿真原理及应用》王惠刚等，国防科技大学出版社
1 引言
论文联盟
20世纪末人类进入了信息化时代,其重要的标志是计算机技术的使用。为了培养出符合新世纪要求的人才,就必须不断的使我们的教育现代化。如何将计算机与物理学课程的教学体系、内容和方法有机结合起来,是教学现代化的一项内容。在国外,早在20世纪80年代末就已经使用计算机作为物理学课程的学习工具。而在国内,这方面的进展并不理想。计算机辅助教学以其独有的优势在物理实验教学中发挥着越来越重要的作用。然而,目前各校在这方面的发展很不平衡,应用情况也不尽如人意。
2 原子物理实验计算机模拟的必要性
原子物理作为普通物理的近代物理部分,反映了20世纪物理学的发展,包括1999年在内,共有96项若贝尔物理学奖,其中有66项是关于原子物理、原子核物理和粒子物理方面。这些著名的物理实验是人类认识物质世界的重要里程碑,是现代科学技术的基础。讲清楚这些著名的物理实验,不仅可以激发学生学习物理的浓厚兴趣,更重要的是可以使学生理解前辈物理学家是如何创造性的研究这些问题的。然而,由于原子物理研究的是微观客体,其真实的物理过程无法直接观察,因而,许多方面更适合用计算机模拟仿真,用图形和动画来展示和研究原子内部结构及运动过程的模型,使抽象的问题形象化,便于学生理解和掌握。
3 原子物理计算机模拟实现的途径
3.1利用现成的实验仿真软件
现成的实验仿真软件以其实验体系完整、功能强大而成为实验仿真的主要途径之一。目前市场上还没有专门的原子物理实验仿真软件。
3.1.1一般实验仿真软件的特点
(1)强调对实验环境的整体模拟。(2)仪器实现了模块化。(3)通过解剖实验教学过程,充分体现教学指导思想,培养学生在理解的基础上通过思考进行操作。
3.1.2一般实验仿真软件在教学中的意义
(1)开设了实验教学的新模式。(2)实现了理论教学和实践教学的结合。
3.1.3几种常见的可实现原子物理实验的模拟仿真的软件
(1)《大学物理仿真实验v2.0》。中国科技大学推出并由高等教育出版社出版,它是国内第一套具有一定规格和水准的实验教学软件。该软件中涉及原子物理部分的实验有:夫兰克——赫兹实验、g-m计数管和核衰变的统计规律、光电效应测普朗克常数、电子自旋共振等6个实验。
(2)中央电大《大学物理虚拟实验》软件简介。《大学物理虚拟实验》应用虚拟技术、人工智能技术、控制学原理建造物理实验和教学模型,总结了中央广播电视大学和中国科学技术大学多年物理实验教学经验基础上设计完成的。
(3)《原子物理学多媒体计算机辅助教学》(mcai)简介。有哈尔滨师范大学自行设计的一套实用性强,可直接用于原子物理学教学的多媒体辅助教学软件。
3.2原子物理实验的自设计模拟仿真
目前市场上流行的各种图像、动画及课件制作软件为自设计实验的计算机模拟仿真提供了充分有利的条件。如三维动画制作软件3dmax,多媒体课件制作软件authorware及powerpoint,专业的动画制软件
转贴于论文联盟
flash。我们结合原子物理实验的具体情况,运用这些软件进行模拟仿真,使一些抽象的微观过程形象化。论文联盟
自设计原子物理实验模拟仿真的特点:(1)灵活性强。现成的仿真软件其内容固定,在实际教学中由于教学情况的差异比较大,有时难免不能满足我们的需要,所以我们可以可以根据自身的教学情况,在自设计实验仿真中,对实验的相关内容、历史背景和意义、现代应用等方面可作自行扩展,实现理论教学和实践教学相结合。
(2)针对性强。原子物理作为普通物理中的近代物理部分,在物理学的相关专业中基本上都开设了这门课。所以在不同的学校,不同的专业中对教材的选取及教学的差异都比较大,而自行设计的实验仿真就能更好的适应我们的教学。
4 总结
