虚拟仿真技术方案范例(3篇)
虚拟仿真技术方案范文
关键词：计算机仿真；工业工程；实验教学
计算机仿真技术是继数学推理与科学试验之后认识世界自然规律的第三类基础方法。基于计算机仿真技术的虚拟教学是指利用实物和计算机软件共同模拟出真实的情境，让学生在模拟的情境下进行探究和学习。这种教学方法生动形象，接近现实工作场景，有利于提高学习兴趣，使学生在短时间内进入相应情境，真实的体验如在现实中执行任务的感觉，以达到更快掌握技术手段的目的，而且这种教学方法可以利用计算机软件的优势创造出灵活多样的工作场景且不受行业限制，使学生对实践问题的认识更深入，采用的应对方法更灵活。由此“计算机仿真技术”便成为专业学习及实际应用中的重要方法和技术手段。工业工程作为管理科学与工程的二级学科，其人才培养目标是培养出面向生产、管理、服务的高级专业技术和管理人才，面向的工作岗位主要有制造业现场管理、产能计算、生产计划与控制、项目管理、精益生产等，以及服务业的流程优化、工作研究等。其中，制造业涉及行业范围广、产品种类多、工序过程各异，因此，在教学过程中需要通过一系列系统的实验项目培养学生专业的问题提炼能力及问题分析能力，并采用专业的技术方法和手段有针对性的对问题本质进行处理。然而，正是由于工业工程方法应用行业的广泛性及多样性，使得我们不可能如其他5类工程学科般拥有自己典型的实验实训设备，亟需我们在实践教学过程中探索新的教学方法与实验支撑技术。
1工业工程实验课程教学现状分析
工业工程类实验课程的教学，在传统的教学模式中，主要是以“理论课+实验室”的模式，强调学生对工业工程专业基本方法和技能的掌握与应用，如，工作研究、动素分析、人机工程、物流工程、流程优化、现场改善等基本技能与方法论。传统的实验教学过程中，基本上遵照如下流程：首先，引导学生进行以上理论课的学习，使学生知道、了解并掌握这些基本的专业手法与技能；其次，通过开设相关实验课程让学生对所学的这些技术方法展开实践，从而帮助学生达到训练并养成工业工程专业素养的目的。然而，目前所开设的相关实验课程均是就某一独立技术方法而展开的较为单纯的技能训练，如，工作研究的实验主要是针对动作研究、动素分析、生产节拍平衡开展具体分析过程实践，帮助学生深刻体会这些基本专业手法的实际应用场合；人因工程，主要是通过系列人因实验带领学生亲身体验，感受高度、亮度、颜色、频繁度、规律度等人因影响因素带给人视觉、听觉等感官的切实感受，从而探讨基于人因的合理化设计、布局及工作安排；设施规划布局则是基于物流分析方法，通过物流强度度量，分析部门间的相关性强度，从而为合理布局、物流优化提供有效参考。以上这些实验均对学生在工业工程专业基本方法技能的培训上起到了有效效果。然而，却并未在促进学生养成工业工程职业素养上发挥强化作用。原因在于，缺乏像物流工程、系统工程、系统建模及仿真优化等这类有关工业工程系统设计、管理及优化的主干课程的综合性实践项目，要设计出针对本专业基本技能方法的综合性实践项目，需要的制造业相关设备、产品品种等数量巨大，且耗费大、成本高，很难从实际操作入手，计算机仿真方法不失为解决此问题的一种有效方法。基于计算机仿真技术的虚拟教学则以其高效率、低成本、内容丰富、性能有效和安全等优势得到越来越多的应用和推广。因此，应该将“项目教学”“案例教学”“教、学、做”一体化和基于计算机仿真技术的虚拟教学的方法结合起来，充分发挥各自的优点，提升实践教学效果。基于计算机仿真技术的虚拟教学很容易与其它先进的教学方法相结合，因此，在工业工程类实验课程的教学中，将基于计算机仿真技术的虚拟教学与其它教学方法相结合，有助于提高实验课程教学效果，而且成本低、效率高，使学生可以不受场地、行业、设备与产品的限制，使学生更好的掌握专业技能和方法，并通过基于计算机仿真平台开发的综合性实践项目，锻炼学生的工业工程系统设计、管理及优化的综合能力，培养学生的专业素养，从而促进本专业人才培养效果的提升，计算机仿真技术在工业工程类实验课程的教学中具有重要的意义。
2计算机仿真技术在实验课程教学中的应用
计算机仿真技术为人们提供了一个理想的实践教学手段，目前国内外已经普遍将其应用于军事训练、课程教学、运动训练以及医学研究等方方面面。美国是计算机仿真技术虚拟现实的起源地，现在美国计算机虚拟仿真技术的发展水平也比较高，在这个领域代表了国际先进水平，也是第一个把虚拟仿真技术应用在教育教学中的国家，目前在感知、用户界面、后台软件和硬件等几个方面，形成了一个比较系统的虚拟仿真教学仪器架构。如，美国的卡罗莱纳州立大学利用Java技术建立了基于Web的探索式虚拟物理实验室，主要有以下几个模块：基于JavaApplet的虚拟实验设备和实验设施、相关的实验课程模块、实验结果评价模块、协作模块。在欧洲，英国在计算机仿真技术虚拟现实的相关领域处于领先地位，研究出了虚拟仿真软件包，并应用在教学仪器和工业安全培训等方面。如，英国的诺丁汉大学在教育和学术方面对虚拟仿真技术进行了研究与探索，其目标主要在于探索桌面虚拟仿真的输入设备应用上。此外，该小组还和其他学校紧密合作，将其仿真系统应用在了特殊学生教育中。在中国，目前各个大学和科研机构也广泛采用计算机仿真技术建立虚拟场景进行相关领域的教学与研究。例如：中国科技大学开发出第一套基于虚拟仿真的教学仪器系统——利用虚拟仿真技术进行几何光学实验平台的开发，系统将计算机辅助教学仪器的智能化仪器、计算机技术、虚拟仿真和物理教学仪器等有机结合，把物理教学仪器系统推进到了新的领域；北京润尼尔网络科技有限公司以北京邮电大学强势的网络、通讯、电子三门学科为基础，采用JavaApplet技术、B/S结构、J2EE框架，为解决高校日趋紧张的实验设备及实验场地等实验教学问题，由北京邮电大学网络教育技术研究所组织精英力量，经过多年研究，开发出了配套的虚拟实验系统。通过对国内、外的基于计算机仿真的虚拟现实教学应用情况进行对比，我们发现：当前，国外基于计算机仿真的虚拟实验比国内开发时间早，应用相对成熟，不管是在仿真器材还是仿真软件上都比较丰富、且功能较多；同时，国外很多成熟的仿真实验产品价格普遍偏高，且技术难度也不太适合本科学生，更适合研究所或工程师使用。尽管如此，我国还是有很多现行的成熟的计算机仿真软件供我们选择，这些成熟的仿真软件具有界面友好、可扩充性、支持二次开发等特性，甚至大多实现模块化利于定制化实验的开发，基本上能满足国内高等院校实验教学需要及丰富的仿真实验需求。因此，国内很多高校及科研院所普遍采用购买成熟的仿真软件产品，基于自身的仿真实验需求进行对应的二次开发，从而设计出适合自己的基于计算机仿真的虚拟实验平台，并得到了很好的应用发展。就工业工程类实验课程而言，现在市面上流行的仿真软件，如，Flexsim、witness、em-plan等都能提供给我们一个良好的仿真实验平台，供我们在这些平台上进行综合性实践项目的构建和开发。
3基于计算机仿真技术的实验教学模式开发
在深度分析学生学习特点和企业真实需求的基础上，基于建构主义学习理论和混合式学习理论，按照社会发展对人才培养的要求，结合计算机仿真实验教学设计的基本原则，借鉴信息化和项目教学、案例教学设计方法，探索出基于实践项目、真实案例和工作任务的计算机仿真实验教学模式，实现了“教、学、做”一体化的实验设计。该模式由“项目导入、制定计划、实施计划和成果展示与评价”4个环节组成，其中，计算机仿真实验教学贯穿了该模式的所有环节。下面简单介绍该模式的具体实施方案。
（1）在“项目导入”环节，专业教师的活动包括：借助选定的计算机仿真实验平台，导入项目任务及目标、展示项目结果，让学生对项目有一个直观的认识，然后再布置具体的实践任务；利用计算机仿真实验平台，让学生明确自己应当完成的具体任务和完成任务后可以获得哪些知识以及达到什么样的技能水平；在充分考虑学生的现有知识和能力水平的基础上，适当采取分工协作方式，安排具体的任务完成时间及成果的评定方法等。
（2）在“制定计划”环节，学生的活动包括：通过自主学习、分工协作等方式，对具体实践项目的目标、任务进行分析；确定任务所涉及的专业方法和技能手段，充分应用已掌握的专业知识和能力，借助计算机仿真实验平台，设计出仿真实验模型帮助决策与优化；确定仿真实验任务的实施步骤，为仿真实验任务的实施做好充分的准备。
（3）在“实施计划”环节，学生的活动包括：在计算机仿真实验平台上，按照拟定的计划，逐步完成实践项目的仿真任务；在完成实践项目仿真任务的过程中，学生通过应用所学专业知识和技能，建构自己的专业知识，从而帮助自己养成专业素养。
（4）在“展示与评价”环节，学生的工作包括：在计算机仿真实验平台上展示自己的实践项目仿真成果；参与讨论和评价；通过对比分析，学生对自己的实践项目展开进一步的仿真优化处理。
4结语
将计算机仿真技术与项目教学、案例教学更加紧密的结合起来，能够更好的实现“教、学、做”一体化，并且，在显著改善实验教学条件、提升实验教学效果的同时，减少了设备消耗，尤其是耗材的使用量，节省了实验经费，而且克服了时间与空间上的限制，使工业工程综合实验课的开课率和学生的专业综合能力得到显著提升。计算机仿真技术在专业实验教学方面的应用前景广泛,值得深入研究。
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虚拟仿真技术方案范文篇2
关键词：计算机仿真技术电子专业教学应用
课题：本文是在建设江西省冶金工业学校电子技术应用重点支持专业建设项目“改革教学模式”过程中的实践研究成果。
一、计算机仿真技术的特点
1.计算机仿真技术的基本特性
沉浸性、交互性、虚幻性、逼真性。虚拟仿真技术是在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技迅猛发展的基础上，将仿真技术与虚拟现实技术相结合的产物，是一种更高级的仿真技术。将虚拟仿真系统应用于电子技术专业教学，可使使用者获得视觉、听觉、运动感觉等多种感知，绘制的电子图形与实物十分逼真，具有界面直观，易学易懂的特征。因此，用计算机仿真技术进行教学，学生能够更加直观地进行观察和学习。
2.仿真技术能够提供各种分析手段
计算机仿真技术具备完整的混合模拟功能及数字信号模拟功能，可以对电路图中的电波及各种工作状态数据进行储存、打印。计算机仿真技术不仅具备对静态、动态以及失真情况进行分析处理，而且对于电路中出现的短路及其他故障能够进行及时、合理的判断和分析。
3.仿真技术在教学中的作用
计算机仿真技术不仅实验方法简单明了，而且成本低，便于系统的检修和维护。学生进行实验时，不用担心因错误操作而引起不良效果。学生能够独立进行实验。学生进行反复操作的过程，也不会造成实验器材和原料的浪费。并且可以进行一些难度系数较大的实验，达到身临其境的真实感觉。
二、计算机仿真技术在电子技术教学中的应用
1.在课堂运用仿真技术，进行演示实验，能够提高教学效率
以往在进行理论课教学过程中，过于注重原理分析、公式推导，学生常感到枯燥无味，难于理解，需要配合演示实验，而教师需要花费大量时间进行演示实验的准备，并且常需要将多种仪器搬到教室，使用起来非常不便，演示操作过程时间长，常常影响教学进度。如今将仿真软件的虚拟实验功能引进课堂，在进行理论讲解的同时，利用多媒体同步进行演示，使一些抽象的概念形象化、直观化、简单化，弥补了理论讲解的不足，而且学生更易掌握、理解。
2.利用仿真技术进行实验教学具有较强的灵活性、精确性
通常情况下，实验操作过程经常存在不可预测的因素，往往会得到不同的结果。采用计算机仿真技术绘制图形，与实测数据相结合，可以减小因为不定性因素引起的误差。与传统实物实验相比，计算机仿真技术可以弥补实物实验不能任意改变电路参数的缺点，能够在不更换实验器材和元件的情况下，利用计算机仿真技术通过变换参数来观测结果的变化，从而得出精确的分析数据。
3.仿真技术教学生动有趣，能有效激发、提高学生的学习兴趣
实验课的真正目的就是让学生能够通过实验课程的学习来验证理论知识，能透彻清晰地理解理论知识，巩固学生的专业技能。传统的实验教学主要靠老师的讲解和演示，学生动手时间少之又少，导致学生无法加深对原理的理解，计算机仿真技术避免了这种现象，大大提高了学生的实验实效，调动了学生的积极性，激发了学生对实验课程的兴趣。
4.仿真技术为教学提供了理想的教学方案
由于学生对知识掌握和熟练程度不同，学生的认知能力存在差异性，对新知识的理解掌握能力不一致，因此教师在制定教学方案时需要考虑到学生的实际情况，因材施教。计算机仿真技术的引进，无疑给教学提供了理想的教学方案，教学内容更加规范化、标准化，并且以重点培养专业技能为目的，设计的教学方案更加合理实用，符合学生的特点。
三、仿真实验应注意的问题
虚拟仿真技术方案范文
关键词：虚拟施工虚拟现实建筑施工
中图分类号：TU7文献标识码：A文章编号：1674-098X（2014）05（a）-0057-01
为了解决返工成本和管理成本这两个关键问题，期望提升建筑业的生产力水平并且以制造业的生产管理经验为参考，引入了虚拟模型技术机理即“虚拟施工技术”，将此技术应用于建筑施工项目管理当中。
1虚拟施工的概念
虚拟施工（VirtualConstruction，简称VC），是通过计算机建模、分析，虚拟现实计算机仿真技术将实际施工过程在计算机上模拟出来。此技术在制造业当中应用较多，在建筑施工当中应用较少。通过虚拟施工技术，业主单位、设计单位和施工方在策划、投资、设计和施工之前都能够清楚的看到施工的过程和结果。沉浸虚拟现实（Immersive）和桌面虚拟现实（Desktop）是虚拟现实的两种形式，但在建筑业当中应用较多的是桌面虚拟现实（Desktop）。国外在建筑施工中应用的是开发漫游系统（Walkthrough）主要包括场地的外形和设计，施工过程的计划和管理施工方案的预算等等。虚拟施工技术可以进行干涉分析、可靠性检验、内力计算、工序的确定等不仅表现为一种技术手段而且提供一种全新的管理模式使得施工的质量、成本、工期都得到最优化，另外还保证施工环保安全。
2虚拟施工的技术支撑体系
虚拟施工技术涉及到了很多领域，主要包括以下技术：
（1）计算机仿真技术
计算机仿真技术在施工技术与管理、内力计算、结构计算等土木工程领域当中。虚拟施工的核心是计算机仿真技术，它通过建模分析能够从理论上保证结构的稳定和安全。
（2）建模与优化技术以及相关的软硬件技术
从建筑工程的规划、设计、施工、管理等方面，应用优化原理，使得建筑项目质量高、工期短、造价低，实现企业的利益最大化。
（3）虚拟现实技术
虚拟现实技术能够为人机交互对话提供三维界面，使用户能够沉浸在一个创建在多维信息空间上的虚拟信息环境里，具有身临其境的感觉，这为虚拟施工开发提供可视化的交互环境。
3虚拟施工作用
虚拟施工技术实施的指导思想以及作用的集中体现是“先试后建”。“先试后建”能够保证项目在理论上成功，而且能够保证结构物的稳定与安全，可以检测任何阶段的性能，模拟任何荷载情况下结构物的抵抗能力。虚拟施工的主要作用归根到底是优化建筑项目设计、施工过程以及施工管理活动等。
3.1优化建筑项目设计
建筑项目能够顺利实施的前提和保证是要有一个完善的设计方案。由多个设计方参与完成的建筑项目设计即建筑设计、结构设计、建筑设备设计等，在施工过程中成为聚在一起的建筑构件，由于由多方设计所以经常发生冲突比如建筑结构和设备之间的冲突等。这直接导致返工不仅增加成本而且延误工期。另外，好多项目从设计角度可行，但实际施工当中不可实施，导致设计失败，必须变更设计，同样会增加成本和延误工期。以上问题的原因就是设计方、施工方在设计阶段缺少沟通和协作，缺少一个检测平台。针对这些问题应用虚拟施工技术可以得到解决，采用虚拟施工技术优化设计，建立相关3D模型提供了一个有效的平台，包括建筑、结构及建筑设备等用于设计冲突、可施工性的检测，及多方沟通。
3.2优化施工过程
施工过程的顺利实施的保证是有一个正确的施工方案作为指导。当前，主要由项目经理及项目组凭借施工经验来编制施工方案。但是由于工程的复杂性和项目经理经验的不足，施工方案的编制存在很多漏洞。而且它的可行性有时候也会受到质疑。施工方案必须保证项目实施的可行性、低成本，高质量、短工期同时环保安全也很重要。在虚拟施工技术出现之前，这一问题几乎找不到有效的解决方案。虚拟施工技术可以实现多方案比选，对不同方案进行检测，选择一种最优的施工方案。基于上述建立的3D模型，采用虚拟施工技术可模拟和分析相关施工方案。建筑业在施工当中的返工率越来越高，将虚拟施工技术应用于建筑业施工过程中，通过虚拟现实和计算机仿真以实现对施工过程的事前控制和动态管理达到施工方案优化和降低成本的目的。
3.3优化施工管理活动
管理成本占据建筑项目成本的很大一部分。为了降低管理成本，配备少量管理人员，采用虚拟施工技术，它可以清晰地展示整个施工过程就像栩栩如生的“施工操作说明书”。
4虚拟施工技术在建筑业的应用实践
在国外对于虚拟施工技术一系列相关的研究和试验正在进行。ClasgowStrathclyde大学土木工程系和信息科学系联合研究一种能够协同施工的可视计划。它包括一个可以对全程进行监视并且可以交互的进行的非沉浸虚拟现实接口。针对几种不同的施工顺序和现场组织它允许用户以交互协同方式进行调查研究，同时优化施工过程。一个3D粗样软件包和一种Pangea系统由Bartlestt建筑学校和UniversityCollegeLondon计算机科学系的研究人员共同开发研究，是测试城市设计和建筑设计的早期原型。Dundee大学正在进行Naives项目，能够将一个构件元素在任何方向的挠度或内力可视化。建筑设计虚拟环境系统在英国IES公司推出了。在1995年日本清水建设公司采用虚拟系统使施工生产情报例如在计算机屏幕上显示施工组织计划。
从国内看应用虚拟施工技术的工程实例不是很多。有一个业内人士都知道的例子那就是上海正大商业广场。上海正大商业广场属于钢结构施工。它结构庞大，有着类型复杂的构件而且数量非常多，还有一点就是个吊装空间以及运输通道都不宽，所以施工难度比较大。为了保证优质、安全和高效地完成该工程的钢结构安装，大胆采用了虚拟施工技术，而且非常成功。虚拟施工技术分三个阶段进行：
（1）优化钢结构施工方案。应用虚拟现实和结构仿真成功实现了结构图由二维向三维跨越。在钢结构施工之前，在计算机上模拟构件装配、吊装，将施工过程可能出现的各种问题充分暴露出来，并经过优化得以解决。（2）模拟分析钢构件内力焊接变形以及桅杆起重机。为了保障吊装的安全，利用虚拟施工技术模拟吊装过程，并分析相关构件的内力。另外对焊接时的应力场和应变场以及温度场进行模拟，保证焊接的质量。（3）模拟建筑场地和周围的环境。就是在计算机模拟当建筑物建成后周围会出现怎样情景。这项技术的成功应用，能够清楚的了解到建筑物对周围环境的影响，为此我们提前做好防护措施。
参考文献