高端仿真模拟教学系统（共12篇）
高端仿真模拟教学系统 篇1
急诊医学是近20多年来飞速发展的一门独立学科,属于边缘学科和新兴学科的范畴,其重要性越来越受到社会上更为广泛的关注和充分的认识。从国外医学发展来看,在美国等发达国家急诊医学是目前发展最为迅速的临床学科之一,这是医学科学进步和社会需要两个重要因素促成的。一个学科的发展,需要学科人员的长足发展,而急诊医学的发展,不仅要求专业急诊人员的发展,还要求更多医学学科人员的急诊知识和技能的发展,这就要求急诊医学教学方式和教学效果不断改善和提高。随着急诊医学这一学科日趋成熟,其学科建设与教育教学模式的完善将会引起人们更加重视和更多的关注。
1 我国急诊医学教学现状
急诊医学的特点是实践性强、发病急、病情危重、变化急速、时间短、应急性高,要在瞬间决定病人生死存亡,这时任何的操作都要精、准、快,而没有试验的机会,这就决定了急诊医生所负担工作的艰巨,也造就了急诊医生的实践能力要求更高,其培养比其他医学学科更加严格。传统条件下,急诊医学教育和其他内外科医学教育一样,都致力于“课堂教学-课后临床见习-教师临床讲解与示范-学生自行理解与掌握”。临床实践能力的提高需要反复的临床实践与操作,需要相应病种的反复处置与经验积累。
尽管近年来我国急诊医学的教学工作取得了很大成绩,但是目前仍面临一些不足,如没有整体的救治方式(思路)、实习时间短、急诊的资源设备未得到很好的利用等。随着社会的进步和医学教学要求的提高,在病人身上学习和演练临床技能的学习方式在伦理道德、法律法规等各方面越来越多的暴露出许多困难与弊端,在病人身上进行实习越来越被社会大众所不能接受,尤其近年来法律的健全以及人们自我保护意识的增强,医学实践教学中的问题越来越多——临床病例少,病人不配合等,既往在真实患者身上进行的实习方式,越来越受到限制。同时,在现行的医疗法律法规下,以及保护病人根本利益的前提下,任何试验性的操作都是不允许,也不应该在病人身上实施,尤其是急诊医学。这些情况都对以往以病人为见习和实习主体的传统教育教学模式带来了新的难题。
2 高端模拟系统在医学教育中的优势
当以病人为实习对象的可能性日趋减少时,模拟与虚拟技术的出现与发展给予了我们新的平行教育途径,模拟与虚拟技术开始走向医学教育的前沿,尤其是近年来,高端医学模拟技术日趋成熟,医学模拟教学也逐步成为一种重要的教学方式。所谓高端模拟系统是一门利用模拟技术创设高仿真模拟病人和临床情景来代替真实病人进行临床医学教学实践的教育学科[1]。它倡导以尽可能贴近临床的真实环境和更符合医学伦理学的方式开展教学和考核,创设出模拟病人和模拟临床场景,利用更加科学和人性化的教学和考核手段培养医学生敏捷正确的临床思维及处理问题的能力,全面提高学生的临床综合诊断能力及各项临床操作技能,从而在有效培养临床医学人才的同时也减少了医疗事故和纠纷在临床实践中的发生[2]。
在我国,高端仿真模拟训练技术,尤其是以“生理驱动技术”为核心所制造的模拟人,可以称得上是真正意义上的模拟病人[3]。它是一种结合多种生理功能的多级综合模拟系统:这些功能包括心肺系统、肌肉神经系统和中枢神经系统。模拟系统可显现出各种临床表象(如:自主呼吸、眼睑眨动),同时监控参数变化(如心电图、血压等),并在指导者不进行干预或干预极小的情况下对操作者的行动产生反应。其训练真实、方便、多样、可行、安全、可控、可重复等诸多优势已经得到了国际上的普遍认可[4]。这些优势就决定了高端医学模拟系统在急诊医学教育教学中的可行性。
3 高端模拟系统在我系急诊医学教育中的应用
在2008-2009年度,我们对临床系和口腔系选取两个班的学生应用高端模拟系统,从理论、见习、操作和考核等方面进行了急诊医学新教学方法的改革尝试。
理论教学。理论教学仍然采用传统的课堂教学模式,与既往急诊医学教学模式不同的是,减少了急诊医学授课与内外科授课之间重叠部分的内容,增加内外科授课中属于自学或略讲、但又与急诊医学密切相关的内容。利用丰富的电化教学课件及我系自行录制的教学录像,反复强化、强调急诊医学的急、危、重特点,同时利用平面与立体相交叉的方式,巩固学生理论知识内容。例如在心肺脑复苏的讲解中,利用自行录制的教学录像,不仅在课堂上予以电化教学,同时还通过网络的方式,为学生提供共享,为学生的反复观摩、理解提供可能。
加强床前教学与特殊病例讨论小结。在学生临床教学期间,结合我科留观病人的实际情况,为学生讲解临床处理的方法及内容,并适时的提出相应的问题,为学生课后的思考和查阅文献提供一定的引导和帮助;同时,通过高年资教师带领学生参加临床教学,让学生在实景情况下观察和学习急诊处理。实习期间,组织学生调阅我科积累的教学病例资料,在高年资带教教师主持下,共同探讨、分析特殊病例的临床资料,并由此引出在临床实践过程中遇到类似患者的处理及鉴别,提高学生的临床技能。
学生操作能力培养以及高端模拟系统的应用通过前面所述教学阶段过程,学生基本上掌握了急诊医学的基本理论知识,也对急诊患者的临床处理有了一个基本的概念认识。在高端模拟系统方面,让学生在具备一定急诊临床技能的情况下,进行手把手示范教学,然后让学生分批次在模拟人上进行练习,并由学生互相发现和指正操作过程中的不当之处,而带教教师进行质量监督。与传统教学相比,高端模拟系统可提供多种临床可能的练习,除了心脑肺复苏外,还可以进行胸腔闭式引流、诊断性腹腔穿刺、急救药物处置及其反应、气管插管、动静脉穿刺、除颤、起搏等。通过多种多样的急诊技能练习,不仅进一步调动了学生的积极性,同时也提高了学生的急救技能。
急诊教学考核。除了传统的笔试理论考试外,利用高端模拟系统能更好的考核学生的实践操作能力,同时,在设定相应的急诊病患模式下,也可以考核学生的临床分析、诊断及处置能力。例如,给学生设定急性空腔脏器穿孔的病患,但只给出患者的病史及临床症状,让学生利用高端模拟系统进行查体,并要求学生描述患者的可能诊断及依据,以及需要进一步进行的检查,同时还可考核学生诊断性腹腔穿刺的指征及方法。
4 高端模拟系统急诊医学教学中的效果评价和总结
通过应用高端模拟系统对急诊医学教学方法的改进,有效提高了急诊医学教育的效果,提高了学生急诊处理能力[5]。在期末考试前,制定详细的考评标准,并由高年资带教教师进行考核把关,对每个班的学生进行理论考试、实践操作考试及门诊急危重症病患模拟考核。结果表明:在理论考试环节,应用高端模拟系统教学方法后,临床医学系和口腔医学系学生成绩在及格率、优秀率(百分制85分以上)明显优于传统教学方法。在实践操作考试环节,经过详细的评分点看出,无论是临床医学系还是口腔医学系,应用高端模拟系统教学方法的学生的操作熟练度、技巧性都较传统教学方法的学生得分高。在门诊危重症病患模拟考核环节,传统方法下临床系学生有20%左右出现不同程度急救顺序颠倒、急救措施遗漏、操作不规范,甚至有5%左右的学生在此环节容易出现差错,完全不知道该如何处置,在口腔医学系学生中,这种现象更为严重;而在应用高端模拟系统教学方法的学生中,无论是临床医学系还是口腔医学系,学生对于各种常见急救、急诊外科常见操作都表现的较为熟练,95%左右的学生能够较熟练的处理常见的急诊情况。
在现有的急诊医学教学过程中,发现学生普遍存在不同程度的理论知识较好,但临床实践能力差的特点。在理论授课方面,应用既往的教学方法和应用高端模拟系统方法之间区别不明显,可能与目前学生获取信息途径较多,多媒体教学较为普遍,学生能够更好的来复习、揣摩有关;但在临床实践操作及门诊急危模拟病患处置方面,应用高端模拟系统的教学方法能更好的为学生提供练习的机会,使学生能熟练地掌握急诊医学的急救处理和临床技能,克服了以往急诊教学病种、病例少的难题,也能够更好的服务于急诊医学的临床教学,也为进一步的急诊医学教学模式与方法的探索提供了一条新的途径。
参考文献
[1]李晓阳.论医学模拟教育平台的构建与应用[J].中国高等医学教育,2006(7):68-69.
[2]李剑.医学模拟教育与医学教育革命[J].中国医院,2006(7):73-74.
[3]陈盛智,高燕,涂晓燕,等.高端模拟系统在护理学基础实践教学中的阶段性应用[J].护理实践与研究,2009(6):65-67.
[4]刘媛航.我院开展现代医学模拟教学初探[J].广西医科大学学报,2007(1):2.
[5]裴红红,杜立峰,许明璋,等.急诊医学临床教学改革的经验和体会[J].西北医学教育,2005(1):109-110.
高端仿真模拟教学系统 篇2
邓玉萍
黄焕森
许阳英 郑志远
肖瑞
（广州医学院第二附属医院麻醉科，广东 广州 510260）
【摘要】 目的 研究ECS高端模拟人在麻醉生理学实验教学中的应用效果。方法
选取麻醉学专业本科二年级学生为研究对象，随机分成两组，通过问卷调查和理论考核的方式进行医学模拟教学方法和传统教学方法教学效果的评价。结果
研究组大多数学生对ECS模拟教学模式和教学效果表示满意，研究组与对照组学生理论考核成绩比较差异有统计学意义（P<0.05）。结论 利用ECS高端模拟人系统构建的新教学模式，在麻醉基础课教学中具有明显优势，可弥补传统实验教学的薄弱环节，为实验教学的改革提供新的发展思路。Application of emergency care simulator in experimental teaching of Anesthesia-physiology DENG Yu-ping, WANG Huan-sen, Xu Yang-ying et al(The second afflicted hospital of Guangzhou Medical Colloge, Guangzhou, Guangdong ,510260, China)Abstract: Objective: to evaluate the application effect of emergency care simulator(ECS)in experimental teaching of anesthesia-physiology.Methods: The students of anesthesiology in grade two were randomly divided into two groups, the trial group with ECS teaching and the control group by traditional teaching,evaluate the effectiveness of two teaching methods by questionnaire and the theory exam.Reasult: most of students in trial group were satisfied with the ECS methods and the students in trial group have significant higher scores in theory exam(P<0.05).Conclusions: The new teaching method, with ECS as the carrier, has predominance obviously in anesthesia basic course, which can improves the weak part of traditional teaching,and provide the develop thinking of revolution of experimental teaching.Key Words: Medical simulator teaching;ECS simulator;anesthesia-physiology;experimental teaching 【关键词】模拟教学；ECS模拟人；麻醉生理学；实验教学
医学模拟教学以其无风险性、操作的可控性和临床病例多样化等优势得到了国际医学教育界的充分认可，并广泛应用于医学教育中[1]。我国医学院校近年也逐步开展医学模拟教育，然而国内对于各种模型尤其是高端模型的的使用和功能开发方面仍然停留在对国外模式的直接引进层面[2]，且多数应用于临床医学课程的实践教学中，模拟教学在基础医学教学中的应用经验仍较缺乏。2004年，广州医学院成立了临床技能实验中心，购置了智能仿真模拟人ECS（emergency care simulator），建立了模拟病房，为模拟化教学引入本科生的教学提供了场地和模拟操作设备条件。从2006年起我们尝试将ECS高端模拟人运用于麻醉生理学实验教学中，并将其与传统教学模式进行比较研究。
一、研究对象
广州医学院五年制麻醉学专业本科二年级学生212人（已经完成麻醉生理学全部理论知识的学习）。随机抽取106人作为实验组，接受医学模拟教学，另外106人作为对照组接受传统教学。教学时间为120分钟。
二、研究方法
1.模拟医学教学情景的设置
将临床技能实验中心模拟急救室改设为模拟手术室，按临床麻醉要求配套相应的设备如麻醉机、多功能监护仪、除颤仪、麻醉操作车、气管插管用品、椎管穿刺包、简易呼吸囊及临床麻醉药物等。模拟手术室还配有大屏幕液晶显示器、摄像头，可全程实时录制学生上课情况并进行回播，用于回顾讨论。
2.教学实施过程：
（1）教学设计：根据实验教学的目的和要求，结合麻醉生理学知识的重点、难点，编写模拟病例，病例数一般编写2到3个，以循环、呼吸两大系统为主线，设计正常成年人、老年人、孕妇等不同类别的病人在围麻醉期间因不同的麻醉用药、麻醉操作而出现的相应的生理改变。每个病例根据病情变化的不同阶段，提出由学生解决的问题，同时分配教学时间，编辑入ECS模拟人的具体要求等。再根据教学设计要求编写学生用的实验指导，将模拟病例、与该病例相关的麻醉生理学知识、参考资料、实验要求等内容在实验指导中向学生作具体交代。
（2）实施方法：上课前将编写好的实验指导发给实验组的学生，让学生充分预习与实验内容相关的麻醉生理学的理论知识，并根据不同案例及案例的不同阶段进行分组。实施模拟教学前由老师通过PPT的形式对模拟教学所涉及的麻醉生理学理论知识作重点复习，向学生简单阐明模拟教学过程，在模拟教学过程中，病人的病情通过麻醉操作或麻醉药物的使用会发生变化，要求学生能够通过ECS模拟人各项生理指标的变化判断其发生的原因，运用相关麻醉生理学知识，解析其生理指标变化的原理，并提出一些简单的治疗措施。模拟教
学结束后，通过录播回放系统，师生共同进行分析总结。
3.教学效果评估与考核
（1）对实验组学生课后进行ECS模拟教学效果的调查，学生现场填写，当场回收，回收率100%。问卷内容包括：课堂教学情况如课堂气氛、学习主动性、学习兴趣、学习注意力等；麻醉生理学知识理解和运用情况如麻醉对肺通气和肺换气的影响、高二氧化碳血症对机体的影响、麻醉对动脉血压的影响等；能力培养情况如病情观察能力、分析解决问题能力等；对利用ECS模拟人进行模拟教学满意度：如实验内容、教学方法、教学效果、教师专业技能等4项内容。采用卡方检验，对教学效果评价情况进行检验。
（2）实验组和对照组学生进行不同方式授课完毕后进行理论知识测试，测试题要求按教学大纲设置，以实验教学内容的相关知识为基础，测试时间是30分钟。
三、结果 1.问卷调查结果
调查结果显示93%的学生对医学模拟教学的组织与实施表示满意，反映在基础课程的实验教学中采用ECS模拟教学能使课堂气氛活跃，同学们学习兴趣浓厚，能够积极参与教学活动和集中学习注意力；92%学生认为医学模拟教学能够使他们深刻体会麻醉生理学知识在临床麻醉中应用的重要性，有效地提高了他们整体的麻醉基础理论知识的运用；96%学生认为运用ECS模拟人进行实验教学，教学方法灵活，学习印象深刻，对教学效果表示满意。
2.理论考核
实验组测试成绩明显高于传统组，差异有统计学意义（P<0.05）。表1 两组学生测试成绩比较（分，s）组别 实验组 对照组 P值
四、讨论
麻醉生理学是麻醉学专业学生开始接触麻醉专业知识的第一门课程，既有基础生理学的知识，又穿插了许多麻醉药理、临床麻醉、危重医学等其他麻醉专业课程的知识，这些知识是零碎的，学生之前没有系统地学习过，学生往往觉得这些知识晦涩难懂，单纯依靠课堂上的理论讲授难以使学生对这些知识融会贯通。而麻醉生理学课程设置的目的就是让学生初步人数 106 106
测试成绩 80.24±5.42 74.39±7.51 0.013
领会围麻醉期中药物和操作如何给病人带来各种生理状态改变，学会如何运用麻醉生理学知识对临床麻醉中出现的各种变化作出正确判断。而传统的单一的实验教学模式只能使学生的思维停留或固化于基础理论体系，不利于学生临床思维的培养，也影响了学生对后续专业课程的理解和掌握。
医学模拟教学的发展为麻醉生理学实验教学提供了一种新的教学手段，我们借助ECS高端模拟人系统，将围麻醉期的一些特定情景还原，通过在外形和真人一样的模拟人身上模拟出病人的各种生理特征，以及对“医生”使用的药物和进行的治疗操作所表现的相应的生理反应，并在与模拟人连接的监护仪器中显示各种生理数据，创设出一种交互式的教学情景[3]，将理论知识的教学与临床感受相结合，帮助学生初步建立基础联系临床，临床融合基础的医学思维。
实践证明，ECS高端模拟人系统中麻醉生理学实验教学中的应用有如下优点： 1.有利于提高学生学习的积极性和主动性
模拟教学借助ECS高端模拟人系统，围绕理论知识的重点和难点，精心准
备一些典型的临床案例，创设出围麻醉期病人的各种生理的变化情景，学生置身于模拟临床麻醉的情景之中，一方面使原来抽象难懂的理论知识变得形象化、直观化，提高了学生学习的兴趣，学生由原来盲目无目的性的学习变得积极主动；另一方面实现模拟病人与学生之间的互动，使学生在判断、分析模拟病人病情变化的原因时产生真实感，使他们兴趣百倍，能积极投入麻醉医生的角色中，调动了学生学习的积极性和主动性。从调查结果可以看出，学生比较喜爱这种教学方式。
2.有助于学生麻醉生理学知识体系的构建
麻醉生理学理论授课主要以器官、系统为中心进行纵向介绍，由于理论教学时数的压缩，教师难以对各器官、系统相互影响的“整合”过程进行讲授，而人体的机能活动却是一个相互影响、相互制约最终达到稳态的平衡过程，围麻醉期时稳态的破环和平衡的失调将导致病人生命体征的不平稳。在麻醉生理学实验教学中，借助ECS高端模拟人系统，教师精心设计临床案例，将一些经典的常见的临床情景案例再现，如全麻诱导时病人的循环呼吸系统的波动，特殊类型的病人如高血压病人的血压心率的改变，椎管麻醉时麻醉平面的不同所带来的血流动力学变化、剖宫产病人在围麻醉期的生理变化等等，通过典型的案例将各单元的理论知识整合起来，巧妙地体现麻醉生理学理论知识各个单元之间以及理论与临床实践之间的联系，再加上教师的引导和启发，使学生对各脏器、各系统间的相互关系和横向联系有了更深刻的理解，有助于学生综合能力的培养及麻醉生理学知识体系的构建。
3.有利于及早培养学生临床思维能力
临床思维能力是在临床实践过程中运用基础理论知识和临床基本技能，对具 体现象进行分析和思考，最后作出科学判断的能力，是高层次人才必须具备的基本素质，也是医学生必须及早培养的一种基本能力。借助ECS高端模拟人将临床情景真实还原，通过案例的设计巧妙地将基本理论知识与临床实践有机结合，在纷繁复杂的各种监测数据的掩盖之中，学生结合麻醉生理学的理论知识，在教师的引导和启发之下，逐步理清思路，分清矛盾的主次，找出问题的关键，作出准确的判断并予以相应的处理。通过这一过程的训练，学生逐渐地对如何灵活运用基础理论知识去解决临床问题有了初步的了解并形成一些临床思维，为今后学习临床课程打下坚实的基础。
虽然ECS模拟人系统中在麻醉生理学实验教学中的应用有其显著的优势，但无可否认，也存在许多不足。由于模拟系统模拟的症状、体征大多集中在循环系统和呼吸系统，导致教师在编写病例时相对集中和固定，临床麻醉中各种复杂的情况并不能在模拟人身上完全体现，模拟人更不可能象手术患者一样与麻醉医生进行语言交流。另外，模拟人毕竟是机器，仅能模拟疾病的体征，无法模拟病人的症状，就体征而言，也只能是程序化的一个标准，不能体现真人的个体差异[4]。因此，模拟教学不能完全取代临床见习。模拟教学应用于医学基础课程还是处于初级阶段，其运行模式还有待作更深入的研究和探索。
参考文献
[1] 杨玉南，张介卿，王政等.运用医学模拟教学创新护理技能训练模式的探讨[J].中国医院，2008，12（9）：78-80.[2] 肖 瑞，薛 磊，陈晓云等.医学模拟教育在病理生理学教学中的应用与研究[J].中国高等医学教育，2010，3：62-63.[3] 孙长怡，秦俭，王征等.生理驱动高仿真模拟培训技术在国内急诊医学领域应用初探[J].中国急救医学，2005，25（9）：682-684.[4] 刘生梅，车晓宁，杨瑞等.模拟人在护理教育中应用的利弊分析[J].护理学报，2008，15（6）：26-28.备注：
[作者简介] 邓玉萍，副教授，麻醉学硕士学位，研究方向：主要从事临床麻醉工作，麻醉学教学与研究改革工作
[基金项目] 广州市教育科学规划课题（课题编号：10A088）
联系地址：广州市海珠区昌岗东路250号广州医学院第二附属医院麻醉科 联系人：邓玉萍
高端仿真模拟教学系统 篇3
计算机模拟仿真就是应用计算机技术及其仿真软件，对数控机床整个操作加工过程进行模仿操作的一门新技术。这项技术应用于实操训练后，大大缓解了实习工位少的压力，提高了实习效率。当然，这项技术带给数控实习教学更多便利的同时，也暴露出了一些局限性和不足。下面笔者就此项技术在实习教学过程中的应用，谈一谈自己的体会。
一、数控模拟软件教学的特点
1.节约性
运用计算机模拟仿真进行数控实习教学，可以为学校节约大量的实习经费。如果要建立一个满足30人实习的数控车床实习场地，且每台车床安排两名学生实习，就需要15台数控车床，每台数控车床以12万元计算就需要投资180万。采用模拟仿真进行实习教学，同样满足30人实习，且一人一岗需30台计算机，若每台4千元则只需12万元，资金投入相差十五倍。另外，如果是在机床上实际加工来掌握这种能力，除了机床的折旧与磨损之外还有刀具与材料的消耗，这也是一笔不小的资金投入；而在软件上没有上述消耗，却可以重复加工，反复训练，并且能收到很好的教学效果。
2.直观性
计算机模拟仿真可以模拟近似真实的现场环境。学生的实操过程和编程指令以及走刀路线都能在模拟仿真中体现出来。学生可以直观地看到自己的加工工艺和加工方法正确与否，特别对于实习很难演示、教师口头很难讲授的内容，通过模拟的形式直观生动地表现出来，加深了学生的印象，达到了很好的教学目的。例如，在数控车削教学中，针对圆弧插补指令G02和G03的应用与区别，通过仿真模拟，学生可以清楚地看到圆弧加工情况，从而更好地理解和应用了G02与G03指令。
3.趣味性
由于模拟仿真的直观演示，学生有身临其境的感觉。计算机本身对学生就具有很强的吸引力，通过软件又能进行各种内容、各种形式的仿真训练，学生可以通过模拟仿真加工出日常生活中常见的酒杯、宝塔等多种形状的实体，满足了学生的探索欲望，大大提高了学生的学习兴趣和积极性。
4.安全性
采用模拟仿真可以避免事故的发生。即使操作不当或指令使用错误，则电脑会给出提示，或者得到错误的结果，也不会对学生造成伤害。例如，在设置参考点时，如果刀架靠工件过近，学生就可以在仿真过程中看到转刀架时刀具碰撞工件的现象，如果在实际操作中出现此情况，则设备不但受损还可能造成人身伤害。可见，采用模拟仿真，可以避免在数控机床上由于学生操作失误而造成的自身和设备的危害，消除或减少学生的紧张情绪和害怕心理，学生的安全以及设备的安全都得到了极大的保证。
5.灵活性
学生在模拟仿真中操作，安全得到保证，就可以大胆尝试多种选择。学生可以进行各种内容、各种形式的仿真训练，不受时间、空间和设备条件的限制，能够满足不同类型学生的不同学习要求，解决了课堂教学内容单一、不能适应所有学生学习的问题。另外，可以设计出实际工作中可能发生的事故和故障。例如，在程序中忘记输入M03指令，那么，在模拟仿真中软件，就会给出提示：刀具与工件发生碰撞，而在实操中碰撞事故就会发生。通过这样的训练，学生得到了岗位技能的全面训练。
二、充分认识存在的不足
教学中，应用了模拟仿真软件，是不是就不用在机床上实际操作，而由它完全代替呢？答案是否定的。模拟仿真虽得到了广泛的应用，但也存在一定的局限性。如果没有充分地认识到这些局限性，将会给数控教学和学生的实训带来严重的影响，所以需要高度的重视。
1.反映问题不全面
在实际加工中出现问题，而仿真软件没有反映出来。例如，进给量和切削深度过大时，仿真软件也能正常加工，并且不报警，但是一般数控机床是不能在这样的情况下工作的，会给学生造成错误的理解，如果照此进行实操就会造成严重的后果。所以，要求学生掌握较为扎实的加工工艺知识。只有掌握了较为扎实的加工工艺知识，才能理解仿真软件仿真过程中的不全面性。
2.学生容易产生自满情绪
学生通过几道编写的程序进行仿真模拟，自认为已经学会了数控加工，但实际上还有很大差距。这样，容易滋生学生的自满情绪，夜郎自大，从而放松学习，不求甚解。所以，在用数控仿真软件进行教学和模拟训练时，要用实训时的要求进行训练，帮助学生养成实际操作时的良好习惯。
3.学生容易养成实操中不细心的毛病
在模拟仿真中操作很安全，出现错误甚至很大的事故都不会造成人身伤亡和设备损坏，可以重新开始，这会造成学生麻痹大意的心理。学生一旦把这种心理带到实习操作中去，极易产生设备和人身安全事故。所以，在模拟仿真过程中，一定要培养学生认真细心的态度。
三、模拟仿真与实际操作应相辅相成
数控模拟仿真软件的应用，能提高数控教学的效率，但绝对不能脱离实际操作，两者应相辅相成。
模拟仿真软件不但可以应用到数控实习教学当中，还可以应用到数控理论教学中。实习教学中，在软件上可以重复加工、反复训练，只需要进行一两次实际操作就能达到事半功倍的效果。可见，在数控实习教学中，适当应用仿真软件是一种行之有效的方法。理论教学中，软件仿真模拟加工作为一种图文并茂的教学方法，具有立竿见影的效果，在教学中能起到激发学生学习兴趣、提高教学效果的作用。但是，数控教学不能完全依赖仿真软件，必须合理利用仿真软件，绝不能完全用它来代替实习训练。在充分利用仿真软件模拟操作的同时，一定要保证实际操作地位的权威性。随着仿真软件的较快发展，模拟仿真技术越来越高，但两者之间始终存在差距，不能混为一谈，更不能相互替代。
总之，不能把数控模拟仿真软件的仿真加工作为理想的、真实的加工过程来认识，在教学中必须与实践操作相结合，才能发挥它在数控教学过程中的作用，提高教学效率，收到良好的教学效果。
高端仿真模拟教学系统 篇4
模拟仿真教学法，是指在教师指导下，学生模拟扮演某一角色进行技能训练的一种教学方法。模拟教学能在很大程度上弥补客观条件的不足，为学生提供近似真实的训练环境，提高学生职业技能。
2《山西导游讲解》课程分析
2.1 课程性质
本课程是中等职业学校旅游服务与管理专业的一门专业核心课程，是学生从事导游服务岗位工作所需掌握的必修课程。其功能在于让学生在熟悉山西概况以及主要景区景点的基础上，掌握导游讲解的基本规范和技巧，具备从事导游服务工作相关的职业能力。
2.2 课程定位（教材三部曲）
01年教材叫《山西导游》--学院派教材，本书介绍了山西的107个景点，虽较为全面、系统、翔实地反映了我省旅游景观的基本情况，但书中学术性过强。02年叫《走遍山西》———精英导游词。选取山西的22个景点，即山西著名景区景点导游词选萃，不足之处就是缺少沿途导游词、专题导游词，不能满足实际导游的需要。05年至今叫《情系山西·旅行社导游词选编》，按工作过程编写，将原来的景区景点导游词，改编扩展为基本旅游线路导游词。全书分四部分编撰：专题文化、沿途讲解、基本旅游线路上的主要旅游区(点)讲解、旅游者较为关注山西的其他讲解资料。选取两条线路讲授(古建宗教游、晋商文化游)。
3 模拟教学应用于山西导游教学中的优点
3.1 创设情境激发学生学习的兴趣，吸引学生主动参与
教学活动的主体是学生，让学生动起来，积极参与到教学过程中。不仅有助于更好地理解知识，更主要的是激发学生的生命活力，促进学生成长的需要。因此，激发学生学习的动力，培养他们的好奇心、求知欲，就应根据学生的身心发展规律，创设学生感兴趣的情境，只有这样学生才会产生好奇心和求知欲，才能积极主动地投入到学习中去。情境的创设既要符合学生的身心特点，让学生有兴趣参与其中，又要落实课堂目标，并使二者有机统一起来，使学生通过情境探究活动，既激“兴趣”，更增“知识”强“技能”。我在模拟平遥古城导游词讲解中：按照“接团”→“旅游车上的讲解”→“景点讲解”顺序讲解。这些情境既同导游员的实际讲解接近，又贴近学生生活，容易激发学生的兴趣，同学们以小组为单元情景模拟，各个积极主动参与，最后顺利地实现课程目标。
3.2 发挥教师的引导、示范作用，师生共同参与
在模拟教学中，倡导学生主动参与、积极探究、充分发挥学生各种潜能，但这并不意味着教师在课堂教学中被动地跟着学生的思维转。相反，模拟教学法更需要教师做好学生引导，并且教师的引导应贯彻课堂的始终，教师在学生模拟前要做到亲身示范，示范后做到精导妙引，否则学生的探究活动会显得漫无目的，最终使课程目标难于实现。怎样引导?关键在于师生共同参与和巧用提问。我在教显通寺导游词讲解中，先教师亲身示范，然后用佛教音乐导入，带学生进入情境，然后分小组，用多媒体课件上的图片给同学们直观的感受，情景模拟。
3.3 促进学生间合作与竞争
在教学中以小组合作的形式学习，能让每个学生主动地参与到学习活动中去。合作学习既能使学生之间取长补短、互通有无、优势互补，集众人的智慧，更好地解决问题，同时还能增强学生之间的合作意识，能使学生学会尊重他人，由此还能提高学生人际交往的能力。为此，我在实行模拟教学的时候，也用了合作学习的方式，教师示范后分小组模拟操作，教师巡回指导。把竞争引进课堂，既能活跃课堂气氛，提高学生的学习兴趣和课堂效率，又能培养学生的竞争意识，这样他们才会更好地适应今后竞争日趋激烈的社会。在这堂课中，我通过评选“最佳导游”、“最有创意导游”、“文明游客”等奖项，以鼓励学生间和小组间的相互竞争。
4 模拟教学在《山西导游讲解》中的应用
在教学的过程中，以工作任务模块为教学单元，按导游人员完成讲解工作项目的要求和岗位操作规范来组织教学。每单元中用“我知道吗?”“我会/能吗?和”我能熟练流畅地讲解吗?“来体现不同层次的教学要求。并运用情景模拟仿真教学等方法。以《山西导游讲解》为例，分成四个工作任务，从课程内容及教学要求、情景模拟设计上举要。
4.1 山西简介
(1) 能介绍山西的地理位置、地形特点、面积人口、气候特征、行政区划。 (2) 熟知山西的历史沿革，能介绍现代山西的风貌。 (3) 知道山西的主要旅游资源和山西主要的旅游线路。 (4) 理解晋文化的基本内涵及表现。 (5) 能介绍山西的民俗风情。 (6) 能介绍山西的饮食文化。 (7) 知道山西(太原、大同)主要城市的交通、住宿等旅游服务设施。
情景模拟设计：活动一：山西概况介绍。设计一个为某个初到山西的旅行团简单地介绍山西概况的工作任务，组织学生在课堂上演示，然后师生共同点评。
活动二：沿途风光讲解。设计一个场景：某个导游刚刚从太原武宿机场接到一个旅行团，目前他们乘坐的旅行车正在前往酒店(国贸酒店)的路上。请同学们分别扮演“旅行团”和“导游”，由“导游”进行沿途风光讲解，教师点评。
活动三：沿途风光讲解。设计一个场景：某个导游刚刚从河南焦作接到一个团，目前他们乘坐的旅行车正在前往山西的路上，已经进入山西段，需要给他们进行沿途导游讲解。
活动四：太原夜景讲解。设计一个场景：某个导游准备按接待计划带一个旅行团到汾河公园看夜景。
请同学们参与游戏，一个学生扮演导游，一组学生扮演旅行团。通过角色扮演，模拟情境，引导学生对沿途导游讲解的要领进行讨论，并予以点评。
4.2 山西景区景点举要
(1) 熟知晋祠景点的基本情况。 (2) 熟知平遥古城景点的基本情况。 (3) 熟知双林寺景点的基本情况。 (4) 熟知王家大院景点的基本情况。 (5) 熟知乔家大院景点的基本情况。
情景模拟设计：活动一：晋祠景点现场教学。组织学生到晋祠景点现场教学，使学生掌握该景点的讲解要领。
活动二：平遥古城景点的讲解。某个导游准备按接待计划带领游客去平遥古城参观游览。通过角色扮演，模拟情境，引导学生学会讲解平遥古城。并掌握讲解平遥古城的要领。
4.3 口语表达基础训练
(1) 掌握导游讲解中口头表达的基本要求。 (2) 能在导游讲解中运用恰当的语调、语气、节奏来帮助表达。 (3) 知道发声吐字的技巧。 (4) 能根据讲解的内容、游客的多少、场所的不同来调节音量。 (5) 能根据讲解的内容、游客的理解力及现场反应来控制语速、恰当停顿、遣词造句，并运用恰当的修辞手法。 (6) 能在导游讲解中恰当地运用眼神、手势、表情、体态等辅助性语言。 (7) 能在导游讲解中克服不良的口语习惯。 (8) 能运用口语表达技巧来讲解晋祠等五大景点。
情景模拟设计：活动一：口语表达训练。选取上一模块的相关内容，利用导游模拟实训室和录像、录音等实训设备，就口语表达中发声、吐字、语音、语调、语速、停顿的技巧，以及手势、表情、体态等辅助性语言的运用进行训练。
活动二：导游讲解竞赛。设定不同的讲解命题(以晋商文化游中的5大景点为主)采用当场抽签的形式，组织学生开展一次导游讲解竞赛。引导学生对导游词的撰写、表达的要领进行讨论，并予以点评。
4.4 导游讲解技巧训练
(1) 掌握导游讲解应遵循的基本原则。 (2) 掌握陈述法、问答法、渗透法、情景法、类(对)比法、虚实法、悬念法、意境法、重点法等导游讲解技巧及其运用时的注意点。 (3) 能恰当地运用导游讲解技巧来讲解晋祠等五大景点。 (4) 知道影响导游讲解的心理因素，并能在导游讲解实践中避免其影响。
情景模拟设计：活动一：旅游亲身体验。组织学生参加旅行团到平遥、乔家旅游，提高学生对导游服务工作的兴趣，增加对导游讲解技巧的感性认识。
活动二：导游讲解技巧实例分析。通过多媒体课件或音像资料展示导游对游客讲解的服务过程，组织学生就其中所运用的导游讲解技巧进行点评。
将模拟教学应用于《山西导游讲解》中，以此提高学生学习的兴趣，调动学生学习的积极性，有效地提高教学质量。最终实现理论联系实践，更好地服务游客。
摘要：《山西导游讲解》这门课程是中等职业学校旅游服务与管理专业的一门专业核心课程, 是学生从事导游服务岗位工作所需掌握的必修课程。同时也是山西省旅游局导游资格证考试中口试必考科目, 本课程还承担着山西省的技能大赛考核。本文重点探讨了模拟仿真教学法在这门课程中的应用, 以激发学生学习的积极性。
关键词：模拟仿真教学法,山西导游讲解,应用
参考文献
[1]董长清, 严振华.加强模拟仿真教学提高人才培养质量[J].空军雷达学院学报, 2011 (01) .
[2]陈立双.高等院校模拟教学实习的调查与分析[J].高等农业教育, 2012 (12) .
高端仿真模拟教学系统 篇5
摘 要： 本文介绍了仿真软件在模拟电子技术课程教学环节中的一些做法，通过仿真虚拟实验平台与理论有机结合的教学手段，对培养学生创造性思维能力，改善了教学手段，丰富了教学内容，提高了课堂教学效率，具有极其重要的作用，使大家认识到仿真软件在模拟电子技术教学中有着广阔的应用前景。
摘 要： 本文介绍了仿真软件在模拟电子技术课程教学环节中的一些做法，通过仿真虚拟实验平台与理论有机结合的教学手段，对培养学生创造性思维能力，改善了教学手段，丰富了教学内容，提高了课堂教学效率，具有极其重要的作用，使大家认识到仿真软件在模拟电子技术教学中有着广阔的应用前景。
关键词：仿真软件 模拟电子技术 虚拟实验平台 应用
电子课程教学是以理论课教学、课程实验和课程设计等教学环节构成。我们在教学实践过程中，如果结合理论教学的进程，利用仿真软件在计算机上进行模拟电子电路实验和电路设计的仿真，作为教学的补充，既帮助学生更好地理解电子技术的理论知识，又能确保课程实验电路参数的正确性，还为设计者免去了重复“制作—修改—再制作—再修改”的重复劳动，可以取得良好的教学效果。实践证明，这种教学、设计手段的运用，有助于增强学生感性认识，培养学生创新能力、计算机应用能力和实际动手能力。我现介绍我院将仿真软件应用于模拟电子技术课程教学中的实际做法。
1.将虚拟仿真引入课堂，进行演示实验，提高课堂教学效率
过去主要是理论课教学，过于注重原理分析、公式推导，学生听起来枯燥无味，难于理解。为了提高教学效率，需要配合演示实验。但准备演示实验，需要花费较多时间；将多种仪器搬到教室，使用不便；演示操作过程，会占用过多时间，影响教学进度。
现在我们将仿真软件的虚拟实验功能引进课堂，在讲解理论的同时，利用多媒体同步演示，显示实验结果，使一些抽象的概念形象化、直观化、简单化，弥补了理论上的抽象性。下面是我们具体应用仿真软件来仿真的两个实例。
在模拟电路中讲授振荡电路的起振时，通过电路的正反馈作用，输出信号就会逐渐由小变大，当振荡幅度增大到一定的程度后，由于三极管的限幅作用，最后使得输出的波形稳定。学生很难理解，用现有的仪器根本就不能显示出起振的波形来，现在利用protel仿真显示出波形（图2），振荡器起振的过程非常直观，还能看出这种振荡电路的波形存在较大的失真，但振荡波形较稳定。如果对波形失真要求较高，则需要采用改进型号振荡电路，即克拉泼或者西勒振荡电路。这种教学模式生动活泼，学生自始至终保持着极高的学习兴趣，加深了理解和记忆，有效地提高了课堂教学效率。
2.开设仿真实验，改革实验教学方法，提高实验教学质量
电子技术课是一门实践性很强的课程，理论学习必须紧密地与实践结合起来。以往，实践环节主要是上实验课，实验内容多为验证性实验，设计性、综合性实验较少。
高端仿真模拟教学系统 篇6
摘 要：为提高航海模拟器的训练质量, 提出基于因特网技术的新型船用VHF通信仿真系统.该系统以各本船将各自设定的频道状态信息由VHF终端经客户机通过网络上传给服务器的方式建立系统总体构架,通过语音终端的硬件设计、语音终端的嵌入式控制软件设计完成系统集成. 在互联网公共网络平台上的实践表明, 构建在互联网上的船用VHF通信仿真系统,对扩大训练范围、提高航海教学效果、增强学习互动性提供有效手段.
关键词：VHF通信； 模拟器； 集成； 因特网
中图分类号：U675.75；TP391.9文献标志码：A
Ships VHF simulator system integrated by multiple simulators
YU Lili, SHI Chaojian, HUANG Zhenmin, HU Qinyou
(Merchant Marine College, Shanghai Maritime Univ., Shanghai 200135, China)
Abstract： In order to improve the navigation simulators training quality, a new-style ships VHF simulator system is proposed based on Internet. In this system, the system overall framework is set by channel status messages which are set by each ship and are sent to the upper server through the network by VHF terminals. The hardware design of voice terminals, the embedded control software design of voice terminals are composed to the system integration. The practice by the public Internet platform indicates that the ships VHF simulator system built on Internet provides an effective method to extend the scope of training, improve the navigation teaching effect and enhance the interactive learning.
Key words： VHF communication;simulators; integration; Internet
0 引 言
船用VHF通信仿真系统是航海模拟器的子系统，是现代航海教学的组成部分.船员通过VHF通信仿真系统的训练，可熟悉船上VHF设备的通信方式.船用VHF通信仿真系统不但具有各种VHF通信设备的操作方法，而且因其不发射射频无线电波，无须通过无线电管理委员会就可无限制使用［1］.目前，船用VHF通信仿真系统一般有2类：
（1）在航海模拟器上安装真正的无线通信系统，完全按照实战要求进行训练.这种方式由于和实际情况完全吻合，船员受训的仿真度高，实现训练本身内在的意义.但是，如果发射功率控制不好，有可能对岸上的频道产生干扰.
（2）采用有线模拟训练系统.如上海海事大学自行研制并通过鉴定的SMU-IV型航海模拟器安装的VHF训练系统.［2］该系统的VHF单元分为主控台部分和本船部分，其中主控台部分用于与各本船的通信及监听各本船间的通信联系，同时承担代表物标船的回话和呼叫等通信任务；本船部分主要用于与主控台及其他本船间的通信.由于这种系统采用有线系统，故其优点在于能避免周边无线电波的射频干扰,同时，由于在操作使用和功能上模拟实船的VHF话机，故可有效模拟真实场景.但其受训距离有限，仅在以主控台为中心的若干本船模拟器的区域模拟真正的VHF系统；另外，由于其采用有线模拟语音信号的传输通信，所以抗干扰能力及稳定性不如数字化通信.［3-4］.
本文提供新型的船用语音通信仿真系统.其研制来源于上海海事大学主持承担的国际合作研究项目——“基于因特网的多模拟器集成（Internet Based Integration of Multiple Ship Handling Simulators）”项目中“VHF模拟通信”子系统，采用数字语音通信技术替代传统的船用语音通信仿真系统中模拟语音信号的传输，有效提高语音通信质量；还可将船用语音通信仿真功能建立在因特网的构架上，不仅形成单个航海模拟器中各本船间的实时语音通信，而且可通过因特网与其他航海模拟器中的船只互连通信，有效扩大训练范围，增强训练的灵活性、互动性和国际性.［5］
1 系统总体构架
系统结构见图1.
（1）各本船将各自设定的频道状态信息由VHF终端经客户机通过网络上传给服务器，服务器对各频道进行统一管理，确定收发对象，同时，各本船设定的频道状态也显示在VHF终端的数码管上.
（2）呼叫方船只的VHF终端将处理后的数字语音信号经客户机通过网络上传给服务器.
（3）服务器将接收到的数字语音信号通过网络下传给对应频道同一模拟器的其他本船或其他模拟器相应本船的VHF终端.
系统不仅可实现同一航海模拟器中各本船间的实时语音通信，还可通过因特网与其他航海模拟器中的船只互连通信.［6-7］
2 语音终端的硬件电路设计
语音终端硬件系统由语音数据采集、回放单元，语音压缩解压单元，数据处理、传送及接收单元，时钟同步电路单元，键盘、显示单元以及串口电平转换单元构成，见图2.
（1）本船的语音信号经话筒声电转换后，由数据采集单元的A/D转换部分对其进行采样并转换为PCM数字量，然后由语音压缩单元压缩编码，最后数据处理单元将压缩编码后的数据由串口传送给PC机，由PC机将从串口接收的数据转换成IP语音包，通过网络服务器传送给对应寻址的其他本船.
（2）PC机将从网络接收到的语音IP包转换成语音压缩数据,然后通过串口下传给本船语音终端系统的数据处理单元，由语音解压单元将从数据处理单元接收的数据进行解压缩，由数据回放单元的D/A转换部分将解压后的语音PCM数据转换成模拟量，经放大电路放大后驱动扬声器输出.
（3）语音终端系统一方面可设定本船状态，如本船频道，并显示在终端系统的数码管上；另一方面可将本船设定状态由数据处理单元通过串口传送给PC机，再由PC机上传至网络服务器，由网络服务器建立数据库统一管理各本船频道，以利于网络传输.
由于涉及语音信号在网络上的数字化通信，而数字通信中语音信号直接数字化所需的编码速率太高,为提高传输和存储的效率,充分利用信道容量,必须对数字语音信号进行压缩编码.通过降低编码速率，可使同样的信道容量传输更多路的语音信号，在传输比特率限制十分严格的场合，低速率语音编码具有特别重要的意义.
在硬件电路板的开发中，采用DVSI公司的基于全双工声码器芯片AMBE-1000，其核心是内嵌有MBE多带激励语音压缩编码算法的数字信号处理器.MBE多带激励语音压缩编码算法是既满足低速率传输要求，又具有高通话质量的语音压缩算法，该芯片还具有用户可选择纠错码率、话音激活及噪声嵌入、双音多频(DTMF)信号检测及合成和回声抵消等功能，编码速率为2.4～9.6 Kb/s，在低速率和较强背景噪声下具有较好的语音质量，因此，在车、船载移动卫星语音通信系统中广泛应用，国际海事卫星组织（Inmarsat）已把MBE多带激励语音压缩编码算法应用于其各代卫星语音通信系统中.因此，基于MBE算法的特点，在系统的硬件电路设计中选取AMBE-1000芯片完成核心功能，即语音压缩和解压单元的设计.［8］
3 控制系统的软件实现
3.1 语音终端的嵌入式控制软件设计
嵌入式控制软件主要包括主控程序、按键译码处理子程序、上传语音处理子程序以及下载语音处理子程序4个部分(见图3)，其中涉及微控制器的外中断触发响应、串口中断触发响应、软件延时消抖及防程序跑飞等多项技术的编程.
微控制器初始化时要进行串口波特率的设置，为保证RS-232串口通信过程中的数据完整性，设定下位机（MCU）与上位机（PC）之间串口通信的波特率为19 200 b/s.此外，对上传语音的判别实质上是通过查询外中断响应程序中的标志位状态来实现的；而是否下传语音的判别，实质上是通过查询串口接收中断响应程序中的标志位状态来实现的.在具体处理语音传送的过程中，实际由微控制器通过与AMBE-1000芯片的数据线及相应的读写控制线,采用并行帧格式的交互完成,而语音本身的压缩和解压完全由AMBE-1000芯片自行完成.
3.2 PC机控制软件的设计
PC机的控制软件主要实现2个功能：(1)通过串口接收VHF语音终端上传的语音压缩数据以及本船的状态信息，然后通过网络将此信息发送给服务器；(2)通过网络从服务器接收语音压缩数据，然后通过串口将语音压缩数据下传给指定的VHF语音终端.
因此， PC机的控制软件的设计主要涵盖2个部分:(1)同语音终端的RS-232串口的通信，采用Microsoft的通信控件MSComm来实现；(2)同服务器的网络通信，采用Winsock控件来实现，并编写基于TCP协议的网络传输程序.
上位PC机网络程序的具体模块包括各按钮的触发事件、定时器的轮询、串口通信、网络互连、启动初始化以及退出应用程序等若干模块.
4 结束语
基于因特网技术的新型船用VHF通信仿真系统采用数字语音通信技术替代传统的模拟语音信号传输，实践证明，在抗干扰及稳定性方面均优于传统的信号传输，有效地抑制自激振荡引起的噪声.该系统不仅继承传统船用语音通信仿真系统的优点和功能，而且还将船用语音通信仿真系统扩展建立在上位PC机及因特网的构架上，从而形成航海模拟器中各本船之间实时语音通信以及通过互联网与其他航海模拟器中的船只互连通信，有效地扩大训练范围，增强训练的灵活性、互动性和国际性.［9］在语音终端设计中采用内嵌多带激励语音压缩编码算法的商业化数字信号处理芯片AMBE-1000，有效降低语音信号在网络上传输的延迟时间，保证通信质量，一方面加强现代化的航海教学手段，另一方面必将有效提升大型航海模拟器自身的科技含量，为电子海图及雷达图像的网际互连通信在今后航海训练中的进一步应用打下坚实基础.［10］
参考文献：
［1］施朝健, 陈锦标, 胡勤友. 船舶操纵模拟器开发和应用的全球协作［J］. 上海海事大学学报, 2007, 28(1): 1-6.
［2］施朝健， 胡甚平， 陈锦标. 船舶操纵模拟器技术性能标准研究［J］. 上海海事大学学报, 2005, 26(2): 4-8.
［3］SHI Chaojian. Application and functional requirements of simulator in harbor and waterway design［J］. J Korean Navigation and Port Research, 2002, 26(1): 35-42.
［4］施朝健, 蔡存强. SMU-Ⅳ型综合船舶操纵模拟器的研制［J］. 上海海运学院学报, 1998, 19(4): 1-5.
［5］施朝健. 船舶操纵模拟器建设的几点建议［J］. 上海海运学院学报, 1997, 18(3): 59-63.
［6］方泉根, 施朝健, 石永辉. 大型航海仿真教学训练系统的研制与应用［J］. 中国航海, 2002(3): 1-4.
［7］胡勤友, 施朝健, 陈海山, 等. 基于Jess规则的数据库通知服务［J］. 上海海事大学学报, 2006, 27(1): 44-48.
［8］王都生. 多带混合激励低速率语音编码的研究［D］. 西安: 西安电子科技大学, 1998.
［9］余立立, 施朝健, 黄震民, 等. 基于网络技术的船用语音通信仿真系统: 中国, ZL200520048175.6［P］. 2007-2-21.
［10］SHI Chaojian, HU Qinyou. Internet-based integration of multiple shiphandling simulators:an interim report［C］ // Proc Int Association of Maritime Universities 6th Annual General Assembly and Conference. Malmo, Sweden: WIT Press, 2005: 55-64.
化工仿真模拟实训教学心得 篇7
一、化工仿真模拟训练的目的和要求
1. 让学生了解和掌握化工专业知识在实际生产中的应用方法,将所学专业知识与生产实践相结合。
2. 通过学生亲自动手反复进行操作,掌握实际生产中的多项操作技能,提高学生动手能力。
3. 针对不同专业不同侧重面的教学需求,使学生更全面、具体和深入地了解不同的生产装置,达到具有针对性和侧重性地组织实习教学。
4. 掌握化工仿真模拟训练的各装置的生产工艺流程和反应原理。
5. 学生要严格按照操作规程进行仿真模拟训练操作。
6. 在仿真模拟训练中培养严谨、认真、求实的工作作风。
7. 在仿真模拟训练中总结生产操作的经验,吸取失败的教训,为以后走上生产岗位打下基础。
二、仿真模拟训练的过程及技能指标
仿真模拟训练的内容选择了化工生产过程中的一些典型装置,如合成氨装置、尿素装置、常减压蒸馏装置、聚丙烯装置、乙醛氧化装置。各装置以D C S操作为主。根据实际操作需要,对一些重要的现场也进行了模拟,并根据DCS画面设计一些现场图,在此操作画面上进行部分重要的现场开关和泵的启动、停止。对DCS的模拟,以化工厂提供的DCS画面和操作规程为依据,并对重要回路和关键设备在现场图上进行了补充。
每个工段都分为冷态开车、正常停车、事故处理三个部分。在每个部分都要严格按照操作规程,充分结合所学,让理论与实践相结合,在每一个阶段的操作中都要仔细认真地进行操作,避免事故的发生。为了训练学生的应激能力,人为地制造各种生产事故,学生自行采取适当的措施,解决生产中会随时出现的故障。
使用仿真模拟软件对学生进行技能训练的好处是:
1. 贴近真实生产操作系统的界面很强的交互性、重复性,在仿真系统上可反复进行开车、停车训练、事故训练,学生成为了学习的主体,学生可以根据自己的能力有选择性地学习,灵活地掌握学习进度,使得个性化教学成为可能。
2. 仿真系统的智能教学功能,对学生的操作过程可进行实时跟踪测评,并指出其操作过程的对、错,提高了学生自主学习的能力。
3. 学生在仿真系统上实训不会发生人身危险、设备损坏、环境污染等经济损失和安全事故。
4. 贴近真实生产操作系统的界面,为学生毕业后尽快适应工作环境提供了良好的技术基础。
三、仿真模拟训练中学生典型错误分析
1. 在不可以操作时就直接进行了操作。在模拟训练过程中,很多学生比较急躁,在没有达到起始条件的情况下就进行了下一步的操作,导致出现错误,甚至程序会被强迫终止,那下一步的操作就不可能完成了。
2. 在参数没有达到要求时就强行进行了下一步的操作。在升温、升压、加料过程中,很多学生的耐性较差,总嫌参数变化太慢,没有达到指定参数值,就进行不了下一步操作。
3. 在启动泵时,应等到贮槽达到指定液位后再开启。泵在使用过程中必须达到指定液位,不然下一步的操作将受到阻碍,将影响以后的操作,有可能使下一步的操作被系统强迫终止。
4. 用阀门的开度来控制流量的大小。流量的开启必须按照要求。不可以一次开太大,会使下一步操作受到影响。这就要求我们在操作使要认真仔细,不要急躁,只有这样才可以避免错误的发生,把损失降到最低。
5. 精馏塔的塔底液位高度要严格控制。通过调节进口、出口的流量来平衡液位,调节时要缓开阀门,不要造成忽大忽小,一定要有耐心。
四、仿真模拟训练总结出的生产操作经验
1. 反应参数达到规定要求后,再进行下一步的操作。
2. 开泵时,要先开入口阀,再开泵,然后再开出口阀;关泵时恰好相反,先关出口阀,再关泵,然后再关入口阀。
3. 控制流量时,先稍开10%,然后逐渐地、一点点地增加。
4. 在使用换热器时,应等到温度达到一定时再进行下一步的操作。
5. 调节阀要先开副线充压后,再开调节阀。
6. 加热炉点火的具体操作步骤:在D C S图中稍打开烟道挡板,风门,到现场打开自然风,点燃点火棒,再在D C S画面中捎开瓦斯调节阀,见到加热炉底部出现火燃标志图,证明加热炉点火成功。
7. 操作中要严格控制各反应参数的数值,因其会影响到产品的质量。
五、仿真模拟训练的效果
通过为期十周的系统训练,学生已经基本掌握了各装置的操作步骤,具备了独立使用该软件的能力,不仅掌握了熟练的操作技术,而且深刻体会到了团队的重要性,这会给学生在今后的工作中打下坚实的基础。
1、学生理解、掌握了化工过程的基本操作技能,提高了学生对典型化工过程的开车、停车、事故处理的能力,加深了学生对化工过程基本原理的理解。
2、掌握了调节的基本操作技能,尤其是自动调节、手动调节、串级调节的使用,为以后掌握P、I、D参数的在线整定及复杂控制系统的投运和调整能力打下良好基础。
3、通过仿真实训,学生掌握了最优的开车方案。系统科学、严格的考核,客观和真实地评价了学生实训后达到的操作水平和理论联系实际的能力。同时,提高了学生对复杂化工过程动态运行的分析和决策能力。
在这次实训中,学生也充分认识到了知识的重要性,在工作中,知识应与实践相结合,充分发挥所学。在这次仿真模拟实训中,学生犹如真正地在生产现场操控着每一个阀门、反应器、泵、换热器、精馏塔.......有一种身临其境的感觉。知道了在今后的生产操作中应该严格按照操作规程,严格遵守操作顺序,只有这样,才不会给生产带来不必要的损失,才可以保障工作人员的生命安全。
六、仿真模拟训练中存在的问题与建议
大部分学生在仿真模拟训练中,能够积极参与,善始善终,态度端正,认真训练。当操作中出现问题时不但能够积极寻求解决方法,而且在质量不合格后从头再来,严格按照操作规程,在实训中认识到了安全生产的重要性。并能够将生产实际与所学的理论相结合,收获了良好的训练效果,达到了仿真训练应达到的目的。但在实训中仍然存在以下几方面的问题:
1. 很多学生对教师的依赖性较强,当操作中出现问题时,学生习惯性地求助于教师来解决,独立思考并解决问题的意识较差。
2. 大多数学生的耐心较差,不是嫌进料慢,就是嫌升温慢,总想一下子就达到要求,还需要多加磨炼。
3. 有些学生不够细心,经常找不到一些参数,只好求助于教师,这都是不应该出现的。
4. 不善于总结出现错误的原因,经常会犯同一种错误。
针对以上出现的问题,在以后的实训工作中对学生要严格要求,让学生掌握化工专业知识在实际生产中的应用方法,将所学专业知识与生产实践相结合。通过学生亲自动手反复进行操作,掌握实际生产中的多项操作技能,提高学生动手能力。针对不同专业不同侧重面的教学需求,使学生更全面、具体和深入地了解不同的生产装置,达到具有针对性和侧重性地组织实训教学。在仿真模拟训练中培养严谨、认真、求实的工作作风,总结生产操作的经验,吸取失败的教训,为以后走上生产岗位打下基础。
摘要：本文主要是作者在化工仿真模拟实训教学中的一些心得体会,对化工仿真模拟实训的目的、过程、效果进行了总结,对教学中学生出现的典型错误进行了分析,最后提出一些建议。
高端仿真模拟教学系统 篇8
关键词：模拟教学法,商务英语,模拟仿真营销教学
一、前言
教学方法是教师为达到教学目的而组织和使用教学技术、教材、教具和教学辅助材料, 以促进学生按照要求进行学习的方法。现代教学方法主要指: (1) 为了达到现代教学目的而采取的师生之间的活动形式; (2) 传递现代教学内容的手段; (3) 教师引导学生学习的途径; (4) 现代教学工作方式的总和。与商务英语传统教学方法如课堂讲授法、讨论讲授法、谈话式讲授法和讨论法等相比, 模拟教学法就是商务英语现代创新教学法中行之有效的一种教学方法。
二、模拟教学法简述
模拟教学法是指学生在学习了专业理论知识的基础上, 以之为理论指导, 开展教学实践活动, 以此锻炼学生的实用技能, 积累经验的教学方法种类。一般来说, 这种教学方法是利用某种教学手段创造一种情境, 让学生在这种情境中反复受到训练, 使知识转化成能力和实际技能。其特点是使学生主动地参与学习过程, 加强师生之间、学生之间相互合作与交流。其意义在于创设一种和谐的身临其境的教学环境, 拓宽教学渠道, 增强学生学习的主动性, 架构理论与实际相结合的桥梁, 为学生提供近似真实的训练环境。
模拟教学法的实施过程, 包括准备、教材处理、模拟过程等几个阶段。模拟教学法现在已被各大院校广泛使用并且制成软件, 运用录像、网络、计算机等进行教学。本文意图使用案例来开辟新的途径, 即在计算机上的模拟教学法。
三、案例分析
案例:打造“丝绸之府, 女装之都”——杭州某丝绸进出口集团公司丝绸女装出口“模拟仿真销售”
(一) 教学目的
通过杭州丝绸女装出口“模拟仿真营销”的学习, 使商务英语专业的学生在其中运用其所学到的英语知识, 为营销活动的整体过程全面服务, 从而提高学生在实践中运用英语解决问题的能力和技巧。同时了解在当前困境中, 丝绸企业如何打开出口销售局面的新思路和新方法。
(二) 案例背景综述:杭州丝绸市场背景
我国是世界上最早饲养家蚕和缫丝织绸的国家。中国丝绸出口贸易与世界各地交易可以说是源远流长。中华民族的祖先, 不但发明了丝绸, 而且利用丝绸, 使其在服饰上、经济上、艺术上及文化上散发出灿烂光芒, 进而使丝绸遍天下。我国传统出口产品, 中国的茧、丝和绸产量分别占到世界总产量的85%、80%、45%以上, 居世界第一位。丝绸体现了杭州美丽生活的一部分, 代表着杭州的生活品质和一种生活方式, 是杭州打造“东方休闲之都”的重要组成部分。一直承担着作为杭州城市名片的使命, 是杭州优雅、高尚、清新的生活品质的象征, “千里迢迢来杭州, 半为西湖半为绸”。然而, 美国发生金融危机和欧债危机以来, 我国丝绸也遇到前所未有的困境, 受国内外不利因素的影响, 今年以来, 整体丝绸商品出口已经出现全面下滑势头。近来, 真丝商品出口1316亿美元, 同比下降895%, 丝类产品出口6804吨, 同比下降63%, 真丝绸缎出口数量79575万米, 同比下降1154%。以杭州丝绸女装为例, 特别是以外销为主的企业, 出口订单下降了30%左右。为此, 杭州市委、市政府为改变杭州丝绸出口销售的现状, 提出打造“丝绸之府, 女装之都”的发展目标, 认为现时正是丝绸女装发展最佳时期, 并决定每年投入2000万元扶持资金, 开拓杭州丝绸出口贸易前景。
四、模拟教学法在仿真营销教学中的操作和运用
(一) 确定模拟仿真营销的四个阶段方案
对于产品来说, 模拟仿真在各个阶段都是有用的。在产品开发前, 可以进行计划、评价和研究。在产品开发中, 可以用于产品名称、价格、销售渠道、促销、公关、广告等的确定。在产品开发后, 可以根据产品各要素对市场情况的变化, 进行反馈和修订。
(1) 明确仿真目标。即指要先了解模拟仿真的目的, 从而确定究竟要对系统的哪一部分进行仿真分析, 对系统的什么性态进行分析, 以及分析的精度。
(2) 数据与资料的收集和整理。即指为了使模型与环境条件具体化, 确定系统的输入信息和变量的变化范围。
(3) 建立仿真器。对用计算机进行模拟仿真的模型来说, 仿真器实质上就是编写程序;对经济决策模型来说, 仿真器就是模拟仿真结构:系统的调查研究、资料的分析处理、系统目标确定、模型建立、模型改进、模拟研究、模拟仿真、决策。为编制方便可直接使用模拟教学软件、录像、卡通、网络提供的图片和资料等。
(4) 进行仿真实验。使模拟仿真系统运行。步骤:明确仿真目标、收集整理数据资料、建立思考模型、建立仿真器、利用仿真器实验、结果的分析与评价。
(二) 明确杭州丝绸女装模拟出口销售实战方案
确定按以下方案模拟杭州丝绸女装出口销售:市场调研、产品销售方案设计、媒体炒作 (新闻发布会、报纸宣传、广告宣传等) 、丝绸专家、服装设计师、中间商、消费者。
杭州丝绸女装在国际上销售大多是中低档产品, 附加值低, 与国际上高档品牌丝绸女装相比有较大的差距。目前发达国家丝绸产品主要是个性化、流行化、高价位、高品质产品。中国丝绸产品创汇率是韩国的40%, 是意大利的8%。一条意大利产的名牌丝头巾的价格是中国产的10倍。杭州丝绸出口占世界出口总量的50%以上。丝绸服装出口也占有很大的比重。经过认真分析将攻关丝绸服装产品定位在丝绸女装上是十分恰当的。丝绸女装出口销售量比重大, 设计要求高, 如个性化、时尚化、流行化、新颖化等, 技术含量高, 是高附加值的先进产品。如此必须下大力气谋划。
首先, 要做好市场调研。
作为商务英语专业的学生, 搜集国内外关于丝绸女装的生产和销售的资料、情报, 应该说是具备了首要条件。可以通过阅读计算机网络上大量关于丝绸女装的英文相关信息, 也可以通过阅读大量英文报纸杂志, 获取国外关于丝绸女装的情报和相关资料, 存入计算机进行比较分析研究, 提出发达国家丝绸女装产品在技术、质量、设计等方面究竟高在何处的意见;而杭州丝绸女装与之相比差距又表现在哪里。并要用大量数据、资料、情报加以证明。接着要求学生用英文写出调查报告。学生经过全班调查报告的大讨论, 最后做出总结性的英文报告交给丝绸女装出口贸易公司。此种商务英语的写作, 是最能提高学生英语运用能力的重要手段。
丝绸女装贸易公司根据调查报告, 加上本公司的智囊、技术、设计力量的分析研究, 提出了打造“双燕”丝绸女装品牌的方案:
(1) 从单一的丝绸女装平面设计向立体化、多元化设计转变。要引入西方设计理念, 学习西方理念, 就是要把设计品牌、设计销售、设计形象、设计橱窗陈列等要素融入到创意中去。市委、市政府让获得中国杭州十佳的设计师到意大利、法国去培训就是实施转变的切实举措。
(2) 从量到质的转变。从量到质的转变, 是提高丝绸女装质量, 打造“双燕”品牌丝绸女装的关键。除了提高技术因素外, 急需提高检测手段。必须建立国家级丝绸检测中心, 以保证丝绸女装的质量。
(3) 从普通丝绸女装向高附加值的产品转变。杭州丝绸女装具有高附加值品质的不多, 主要是技术含量不高。如丝绸半成品到达欧洲后, 经过再加工其身份大增。主要是技术含量不高, 科研落后, 如印花绸的后整理, 色牢固, 研究十几年, 没有根本性突破。因此, 需要加快资金投入, 引进先进技术装备, 突破技术难关, 实现丝绸女装高附加值化。
(4) 从保守的丝绸女装观念向创意产业理念的转变。创意产业是国际大都市发展到一定阶段而形成的新兴产业。中国香港把创意产业列为科技之后的重要发展产业。上海把创意产业列入“十一五”规划的重要产业。这是社会经济发展到一定阶段, 人们从物质追求上升到精种享受的新阶段。提升杭州的“生活品质”的理念, 实际上就是杭州创意产业的一大特点。如何把发展丝绸导入到杭州的创意产业中去是发展杭州丝绸女装的新课题, 这就需要丝绸女装设计师们的理念有新的升华和飞跃, 设计出一流杭州丝绸和杭州丝绸女装。
通过上述理念、技术、设计的转变和创新, 设计出可能与发达国家同等或高于他们的系列丝绸女装, 并试生产一批向国际市场投放。
其次, 系列丝绸女装投放前发起媒体炒作。
一是组织国外女子模特队表演系列丝绸女装并录像, 配上精心写作的英文广告词, 送往销售目标所在国家的主要电视台播放。
二是召开新闻发布会。请驻中国的各大外国媒体的记者和国外中间商前来参加。 (主持人词、嘉宾致词、发言稿均用英文。)
三是在销售国外目标所在国家的各大报纸杂志上用英文转载新闻发布会盛况和发表杭州丝绸“双燕”品牌系列女装广告。
在一系列活动和广告的猛烈冲击下, 中国杭州“双燕”品牌丝绸女装的知名度在销售目标所在国家迅速攀升, 并有电传和电话前来咨询和询价。经过试销, 杭州丝绸“双燕”品牌系列丝绸女装到底能否打入目标市场, 要看实际出口销售结果。
(三) 辅助思考题
(1) 杭州丝绸“双燕”品牌系列女装能否打入西方目标发达国家服装市场?为什么?
(2) 杭州某丝绸进出口集团公司为打造杭州丝绸“双燕”品牌系列女装发动的媒体冲击活动有何作用?
结束语
高端仿真模拟教学系统 篇9
关键词：HLA,空地导弹,模拟训练,发射控制
0 引言
在现代战争中, 空地导弹往往发挥着决定性作用。例如在2011年发生的利比亚战争中, 多国部队利用空地导弹对卡扎菲政府军目标进行持续打击, 直接引导着战争局势的走向, 取得了显著效果。战时的高效完成任务, 取决于平时的大量训练。而在日常训练中, 空地导弹装备受费用、寿命、数量等因素制约, 难以快速提升战斗力。为了解决训练量与装备寿命等的矛盾, 可采用现代仿真技术开发出相应的模拟训练系统, 以较低的成本和较高的仿真度来满足空地导弹的日常训练需求[1]。
在当前仿真技术中, HLA以其良好的仿真应用的互操作性和仿真资源的可重用性已成为开发分布式仿真训练系统的首选方案, 是当前大型仿真训练系统的主要发展方向。据此本文采用基于HLA技术进行某型空地导弹模拟训练系统设计的开发研究。
1 高层体系结构HLA
高层体系结构HLA由美国国防部提出, 主要目的是促进仿真应用的互操作性和仿真资源的可重用性。HLA将实现某种特定仿真目的的仿真系统称为联邦。联邦由联邦对象模型、若干联邦成员和运行时间支撑系统RTI构成。
HLA显著的特点是通过RTI将仿真应用层同底层支撑环境功能分离开, 即将具体的仿真功能实现、仿真运行管理和底层传输三者分离, 隐蔽各自的实现细节, 从而使开发具有相对独立性, 同时实现应用系统的即插即用。因此, 利用RTI作为仿真支撑系统软件, 进行多领域建模及基于HLA的分布式协同仿真运行, 解决了空地导弹这样复杂系统综合仿真要求的仿真应用互操作性、可重用性、可扩展性和实时性等, 能够达到很好的效果。
2 仿真系统总体结构设计
仿真训练系统主要目的在于提供一个能够满足部队人员进行空地导弹模拟训练的仿真环境, 该系统基于HLA框架, 能够对各个部分进行相对独立的开发研究。系统以飞机、空地导弹和目标为仿真对象, 模拟导弹加载任务规划、飞机发射导弹、电视导引头开机并回传图像、识别并跟踪目标以及摧毁目标等过程。下面开始进行联邦设计。
2.1 设计联邦、确定联邦成员
联邦设计是在系统分析的基础上进行的, 并不需要将每一个仿真实体都作为一个联邦成员, 根据仿真的目的和应用, 每个联邦成员可以包含若干个仿真实体。据此系统可划分成以下几个联邦成员:仿真控制邦员、模型管理邦员、飞机邦员、空地导弹邦员、数据记录邦员以及视景仿真邦员等, 其主要组成如图1所示。
其中, 主要邦员所要完成的功能如下:
1) 模型管理邦员:负责制定仿真过程中的各种模型, 使得仿真以模型驱动的方式运行, 增加仿真的逼真程度, 提高模拟训练的效果。
2) 仿真控制邦员:负责推进仿真运行, 以及各联邦成员之间的同步控制。
3) 指控邦员:用户与系统的接口, 用户通过指控邦员进行模拟训练, 主要有航迹规划, 发射控制导弹, 控制导引头截获目标, 引导导弹打击目标等。
4) 飞机邦员:在模拟训练系统中用于模拟某型空地导弹系统的指挥控制枢纽, 规划导弹的航迹, 控制导弹的发射, 接收导弹回传的信息及视频信号。
5) 空地导弹邦员:模拟导弹的各种工作情况, 模拟导弹型号, 接收飞机邦员信息并反馈, 发送“导弹准备好”信息, 回传末制导视频, 识别目标并跟踪, 摧毁目标。
6) 视景仿真邦员:虚拟飞机座舱、战场环境、目标等。
2.2 系统FOM/SOM开发设计
联邦对象模型 (FOM) 和仿真对象模型 (SOM) 由仿真设计人员制定并颁布。设计对象类和交互类是FOM/SOM设计的最重要内容, 通过它们可实现联邦成员之间的信息交换和互操作。通过设计对象类和交互类, 从而确定各个联邦成员之间的数据流和控制流。系统根据功能需求, 设计了目标、导弹、飞机、环境、干扰和指挥等几个对象类, 控制仿真、指控信息、以及空地导弹四个交互类。对象类的基本属性、属性标识以及数据类型等具体如表1所示, 交互类的参数、参数标识以及数据类型等具体如表2所示。
2.3发布与订购
在HLA中, 系统通过每个邦员公布计划产生的对象类和交互类, 并订购感兴趣的对象类和交互类, 以此实现各个邦员之间的信息交换和互操作。模拟训练系统中各个邦员与对象类交互类的发布订购关系如表3所示:
3 系统实现
3.1 开发环境
系统采用Windows XP操作系统, 以协同仿真平台的高层建筑BH RTI 2.0软件为建模环境, 利用VC++6.0编程软件, 搭建一个集空地导弹通信指挥、发射控制、操作流程及系统教学为一体的仿真模拟训练平台。
3.2 仿真执行过程
仿真执行的具体步骤如下:
1) 仿真开始运行, 系统调用Initialize Federation () 初始化各个数据, 调用Fed.Create Federation () 创建空地导弹模拟训练系统联邦, 调用Fed.Join Federation () 使总控、指控、发控、导弹、数据记录等邦员加入联邦;
2) 系统调用Fed.Init RTI () 获取导弹、控制平台等对象类及其属性, 仿真控制、指控、发控、导弹等交互类及其参数的句柄值;
3) 调用Fed.Publish And Subscribe () 声明对象类、交互类以及各个邦员之间的发布/订购关系;
4) 调用Fed.Initialize Time Management () 声明本训练系统时间推进策略;
5) 调用Create Federation () 类下的派生类, 注册对象类;
6) 判断仿真是否结束, 如果条件不满足, 则进入循环, 继续仿真;如果满足条件, 则进入下一步骤;
7) 调用Fed.Resign Federation Execution () 和Fed.Destroy Federation Execution () 退出并注销联邦, 模拟训练仿真过程结束。
4 总结
本文首先简要讲述了高层体系结构HLA原理, 并重点研究了某型空地导弹模拟训练系统的具体设计开发过程。研究表明, 对模拟训练系统联邦的各个成员的定义及对象类、交互类的设计, 是整个系统设计实现的关键, 在整个设计中具有决定性作用。由于本系统基于HLA开发, 具有较高的兼容性及可扩展性, 可以在后续工作中继续进行空空导弹、火箭弹以及航空炸弹模块的开发, 也可以嵌入或者加载其它仿真训练系统, 构成庞大的仿真训练网络, 这对于未来空地导弹模拟训练系统的进一步开发设计具有一定的参考价值。
参考文献
[1]王利, 赵振南, 张亮.基于HLA的导弹仿真系统[J].信息技术, 2013 (6) :152-156.
[2]陈蕾, 姜允东.某型电视制导空地导弹仿真研究[J].系统仿真技术, 2012, 8 (3) :192-196.
三维虚拟现实仿真模拟系统的应用 篇10
化工过程的模型技术是以化学工程、自动控制、反应动力学、化工热力学等机理为基础的机理模型技术。过程动态仿真模拟系统(OTS)实质上是借助于计算机的计算能力，用数学模型代替实际生产装置，并高度仿真实际DCS操作系统。其工艺过程操作与响应、控制系统操作与响应、操作员界面、工艺流程画面、键盘、联锁响应、操作方式、整个过程变量的动态响应趋势均与实际过程一致，实际工厂操作系统示意图如图1所示。仿真系统示意图如图2所示。
2 三维仿真的定义
三维虚拟现实仿真，就是利用计算机技术和科学计算模型，模拟实际过程的各种现象、操作行为和各种响应。随着计算机技术的不断进步，仿真技术已经深入到了国民生产的各行各业之中。仿真系统按行业分类：在军事上有作战仿真和军事武器仿真;航空航天有飞行器模拟仿真;船舶和交通运输行业有驾驶模拟器仿真;电力系统有电厂、电站和输变电设备等的仿真;建筑行业有建筑仿真;石化、钢铁、煤炭行业有过程工业的工艺模拟仿真;城市公共系统和社会事件仿真。
3 过程仿真和三维仿真的实现
过程工艺模型的开发采用北京华康达计算机应用技术有限公司(HKD)开发的过程动态仿真软件平台GPRES。三维虚拟现实模型的开发采用HKD开发的过程动态仿真软件平台VESSA，以在辽化加氢裂化装置现场采集的影像资料和设计图纸等为基础。控制系统模型采用与该装置实际DCS系统一致的算法。
模型的开发以化学工程机理为基础，以辽化加氢裂化装置的设计数据和生产数据为依据。主要建模措施：过程单元设备模型，以化学工程原理和设备设计数据为基础建模;过程热力学模型，依托ASPEN PLUS软件的热力学方法和数据库建模;反应器模型，借鉴专利商技术和辽化提供的相关资料和数据。
以加氢裂化反应器为例，措施为：
⑴考虑多种加氢反应：
加氢脱硫反应、加氢脱氮反应、加氢脱氧反应、烷烃加氢裂化反应、烯烃加氢裂化反应、二烯烃加氢裂化反应、芳烃加氢裂化反应。
⑵基于反应动力学方程：
式中，PFi为指前因子;CAi为催化活性因子;FR为进料影响;Ei为反应活化能;PPH2为氢气分压;Ci为反应物浓度因子。
⑶考虑多种反应影响因素：
原料组成、催化剂活性、反应温度、反应压力、空速、氢油比、反应热等。
上述措施保证工艺模型具有较高精度(与设计数据对比在仪表量程范围±3%内)。
建立三维模型主要工作有：开发3D引擎(采用VC++，OpenGL等底层开发工具和开发环境);第三方建模工具和自己研发的建模工具相结合(3Dmax,Multigen Creator,AutoCAD,PhotoShop等);模块式设计(使系统易于扩充和维护管理);面向对象建模(增强系统的可修改性和可维护性);与工艺过程模型的接口等。
4 三维虚拟现实仿真的技术创新点
本项目为辽化与HKD合作开发，首次在辽化将虚拟现实技术用于仿真培训系统，在OTS中增加了对生产巡检的培训功能。
传统的OTS技术路线：工艺模型+DCS仿真操作界面+平面的仿现场操作界面。这个路线主要用于对工艺设备、DCS控制等操作的培训。应用虚拟现实的技术路线：工艺模型+DCS仿真操作界面+三维虚拟现实的仿现场操作界面。这个路线除了能用于对工艺设备、DCS控制等操作的培训外，还侧重装置现场操作的培训，如巡检、对动设备的现场操作等，在企业实际生产中尤其重要。
本项目将新兴的三维场景模拟技术与成熟的过程动态模型技术相结合，通过构建高精度、大范围、多层次、多职能的模型，形成一体化、逼真度、可以人机互动的大型仿真软件系统。该系统相对于传统OTS的特点是增加“3D场景+人机互动”功能，是对加氢裂化装置动态仿真的最新研究成果。
5 实现三维虚拟现实仿真的基本步骤
(1）技术准备阶段：
了解熟悉工艺流程，完成和确定仿真系统的总体设计。
(2）模型开发阶段：
根据技术资料，完成工艺模型开发、三维虚拟现实现场仿真、模型集成和测试、建立评分系统等工作。
(3）预验收（PRE FAT）阶段：
做仿真系统性能测试、ATP模型测试程序编写、技术文件编写等。
(4）出厂验收（FAT）阶段：
辽化人员在HKD对整个仿真系统验收测试，包括硬件、系统配置和功能、模型稳定性、模型开/停操作、事故功能、评分功能等。
(5）现场验收和交货（SAT）阶段：
HKD派人员在辽化安装本项目OTS系统;辽化人员对整个仿真系统现场验收，测试主要内容有硬件和FAT中要求修改的内容是否已修改正确、系统的配置和功能、模型稳定性、模型开/停操作、事故功能、评分功能等;之后系统交付使用，开始培训。
6 三维虚拟现实仿真的功能
三维虚拟现实仿真具有以下特性：
(1）实时性：
加载了三维模型以后，整个仿真系统能达到流畅，帧速率不低于24;在预案演练操作过程中，对场景中的设备的干预，应该达到实时性。
(2）可靠性：
系统运行过程中，没有出现非硬件问题的异常退出。
(3）逼真性：
事故模拟基于装置提供的事故处理资料，提高了逼真度和应用性，使应急预案的演练过程和真实的演练接近。
三维虚拟现实仿真功能包括：三维图形显示(装置区总貌、三维人物、三维特效、预案步骤显示);实时和可交互;网络演练;生产巡检功能;预案演练逻辑控制等。
三维虚拟现实仿真和实际生产情况的对比如图3所示。
7 三维虚拟现实仿真的实际效果
辽化公司在系统投运后安排了5次、近40名相关人员在仿真系统上做演练和培训。普遍认为这种虚拟现实的仿真形式很新颖，仿真的逼真度高，实效性较好。主要体现在：
⑴准确性：
过程工艺模型的精度较高，主要变量值与稳态值在仪表量程±3%的误差范围内;动态变化的趋势与实际过程相符合。
⑵逼真性：
对生产实际场景的虚拟现实模拟与实际比较相一致，声响效果的模拟也接近实际。例如，仿真系统按照实际开工方案一倍速度运行，从气密到完全开工正常需要7天时间，与装置实际生产基本一致。
⑶多样性：
增加了装置生产巡检的培训和事故预案的考核功能，满足装置全员的培训需求。
⑷实施性：
仿真的对象是厂区的装置、现场阀门和现场仪表，系统的交互功能让使用者能够对装置进行操作，有同于实际操作一样的感觉，人机互动良好。
⑸趣味性：
采用三维立体化的界面，结合演练的脚本，使操作演练如同做计算机“游戏”，增强了安全操作培训的趣味，有较强的吸引力。
⑹知识性：
仿真系统内容丰富，包涵了多领域的知识。
⑺方便性：
人机界面接近实际，学习人员很容易上手。系统有视频演播、指导练习、操作考评等多种使用方式，方便不同层次的人员使用。
8 结语
经过一年多的使用，该三维虚拟现实仿真模拟系统虚拟现实的仿真效果较好，满足装置全员的培训需求，特别有利于实际操作的培训。
参考文献
[1]吴重光.仿真技术[M].北京:化学工业出版社,2000
[2]申蔚,曾文琪.虚拟现实技术(21世纪计算机科学与技术实践型教程)[M].北京:清华大学出版社,2009
[3]易涛,等.基于HLA架构下的化工安全虚拟现实仿真演练系统[J].计算机与应用化学,2007,4
[4]易涛,等.基于虚拟现实技术的灾难事故仿真系统[J].计算机与应用化学,2009,26(08)
高端仿真模拟教学系统 篇11
[关键词]非线性电路；混沌；Pspice仿真；连续混沌；混沌自治系统
一、引言
混沌理论中的混沌是指服从确定性规律但又具有随机性的运动。综合迄今为止人们对它的认识，混沌至少有以下特点：
1.混沌运动是确定性和随机性的对立统一，它具有随机性但又不是真正的或者完全的随机。
2.对初始状态的敏感依赖性
一般认为当系统具有下列数值特征时则发生了混沌：系统的运动为奇怪吸引子现象；系统运动的功率谱上叠加有尖锋的特点；系统中至少有一个正的李雅普诺夫指数。
二、变型蔡氏电路的工作原理与实现方法
五、结论
从电路仿真和硬件实验可以看出，此电路处于混沌状态，是一种结构简单且易于实现的混沌发生器。
[参考文献]
[1]刘秉正，彭建华.非线性动力学[M].北京：高等教育出版社.2004.
[2]李志忠.基于开关电流技术的离沌电路实现散混[J].微计算机，2007，（1-2）.
声纳目标模拟器实时仿真系统开发 篇12
声纳目标模拟器是一个联机工作的数字仿真系统，它的主要作用是根据设定的海洋环境实时地仿真水听器基阵接收到的运动目标发出或发射的相应信号，以产生鱼雷自导仿真或水声对抗实验所必须的阵元域数据。声纳目标模拟器的使用将有效缩短数字声纳的研发周期，大大减少湖试和海试的次数[2]，因此它的研制已经成为声纳技术发展过程中一个重要组成部分。某型声纳目标模拟器实现了多部声纳基阵信号的仿真任务，其系统结构框图如图1所示。目标模拟器借助于通用阵列信号处理平台，实现了对目标的辐射噪声、侦察脉冲的回波信号、本舰或鱼雷的自噪声、来自环境的背景噪声，以及对传播信道和声纳基阵(最多48个基元)等大量仿真算法的实时处理。显控台是仿真系统显示和控制的终端设备，具有可视化的数据显示、控制和图形输出功能，可以实时控制模拟器处理系统的工作流程。为了实现数据的远传，系统将直接输出阵元域数据。比起通常的设计中通过模拟器加DA板输出模拟信号，很大程度上提高了对数据实时传输能力的要求。本设计利用反射内存网解决上述问题，并选用基于ADSP-TS201S高速阵列信号处理平台(以下称为阵列信号处理平台，由北京中科海讯数字信号处理技术有限公司研制)为整个系统的硬件设计和软件开发都提供了很高的可靠性和方便性。
2 系统硬件环境
本模拟器主要在海军第二代标准信号处理机上完成。该处理机含有信号处理板、信号集成装置、网络接口板和主控板等，系统结构如图2所示。不但要完成目标和环境模拟所需要的数字信号处理运算，而且还要实现与其他分系统的网络数据交换与控制。该平台具备内存反射网和千兆以太网两种网络接口，可支持同时两种网络数据交换模式。
信号处理板是处理机的核心部分，该板选用6片主频为600MHz的ADSP-TS201S芯片，峰值浮点运算能力可达21.6GFLOPS，任何一个DSP都可以通过LINK口将数据传送给其它DSP，每个LINK口最高速度为600M字节/秒，且不占DSP处理器时间，这样在DSP间进行数据传递将会有较高的传输率;系统总线使用CPCI总线，最高传输速率高达133M(字节/秒);板内采用3片ALTERA公司的STRATIX-II系列FPGA实现访问DSP外总线的主机接口，ADSP TS201S在外部总线和主机处理器之间通过外部端口提供了方便和可配置的接口。为了能和各种主机处理器配合工作，主机接口支持流水线或慢速的协议，用于从机访问。每种协议带有可编程的传输参数，例如空闲状态、流水深度、插入等待状态等。
反射内存(RFM)网是一种基于环状或者星状的高速复制型共享内存网络。它能够通过局域网在互连的计算机间提供高效的数据传输，因此要求强实时网络的设计人员已经越来越多地采用这种技术。利用它构建实时局域网十分简单，就是设计一种网络内存板，在分布系统中实现内存至内存的通信，并且不需要额外的软件开销
3 主要功能模块仿真说明
3.1 目标辐射噪声仿真模块的设计
被攻击目标噪声的产生是利用白噪声作为激励噪声源，通过自回归滤波器，得到的具有一定的谱状的信号序列。其中白噪声采用混合乘同余法产生。自回归滤波器系数需要首先得到目标的功率谱分布，目标幅度需要先计算目标到声阵之间的传播损失。
目标功率谱以频率-谱级数组的形式给出，能够反映目标的类型和运动状态，由目标噪声模型或目标噪声数据库确定。
声传播损失根据环境条件、工作频段和敌我空间位置，通过声传播信道仿真模块计算出来的。计算出传播损失后，用目标辐射声源级减去声传播衰减就可得到阵元接收到的目标噪声级。然后再根据阵元接收噪声级对仿真舰船噪声进行谱级控制，使得模拟器输出的目标噪声具有与阵元接收级相对应的幅度。
3.2 声传播信道仿真模块设计
该模块能够根据射线模型计算声线轨迹和声传播损失分布，将信道传递函数和目标回波信号、目标辐射信号，生成含有声传播信道信息的水听器基阵仿真信号。可以反映出海深、海况、海底底质、海底地貌、声速梯度分布、工作频率、敌我双方空间位置、不同传播途径以及插入气幕弹等因素变化。模拟频率10kHz～40kHz。
仿真分为窄带与宽带两类。宽带情况下，从环境特性数据库中调取经过校验的声传播模型，并调取给定海区、给定季节或月份的水声环境参数，结合声纳工作频段，计算声场衰减分布，从而提供了任意机动过程中实时计算目标能量变化的可能。
窄带情况下，针对频段的离散频点用经过校验的模型计算声场的幅度与相位，再用傅里叶反变换得到声信道脉冲响应函数。在离散频点上的声场幅频、相频计算过程中引入实测的水声环境参数、实际的声纳参数、以及目标距离和深度信息。水声信道的脉冲响应与源信号卷积后成为自导声纳阵元接收波形。
3.3 主动目标回波仿真模块设计
由于侦察脉冲和主动回波信号都是确定性信号可以用显函数表示[1]，通常是按照函数表达式计算产生。本仿真采用迭代算法产生各种单频信号和调频信号，然后通过改变迭代参数产生具有不同特性的单频脉冲和调频脉冲信号。
3.4 主动混响仿真模块设计
混响经过简化处理可以被看作是一个可平稳化的高斯随机过程，它的瞬时值符合高斯分布，其包络为指数形式衰减。在仿真中我们用高斯白噪声通过窄带滤波器来模拟混响，混响的带宽与发射信号相比存在着频率扩展，这一方面与海洋中散射体的多普勒和随机相移有关，另一方面也和发射信号包络的时间长度与形状以及声纳系统发射信号的波束宽度有关。海洋混响仿真还以瑞利分布反映混响包络的起伏特征。
3.5 反波束仿真模块设计
反波束形成首先根据基阵结构和目标方位计算入射波到达各基元的时延，并把时延值量化。然后采用存储器寻址方法和从任意时延原型滤波器出发，采用窗函数方法设计内插FIR滤波器，通过选择参数控制误差，可以实现高精度的宽带时延。
4 实时多任务软件的设计与开发
系统的基本功能模块包括：目标信号仿真模块，基阵仿真模块(48路)，背景噪声仿真模块(48路)、混响仿真以及传播信道仿真模块。其结构框图如图3所示。
为了提高系统的实时性，本设计采用多DSP系统对各个功能模块进行并行运算处理。综合考虑各功能模块的运算量，系统选用5块DSP板，另外再加上反射内存网卡、光纤网卡和主控板卡总共8块板卡组成。每个板卡中所定义的节点及所实现的功能如表1所示。
5 声纳目标模拟器显控软件的开发
显控软件是声纳目标模拟器仿真系统中最主要的人机接口。主要完成仿真过程的三维视景演示、参数设置、操作控制和软硬件自检等功能。该它软件基于Windows操作系统，应用Microsoft Visual C++的IDE开发而成。三维视景演示采用建模软件MultiGen Creator进行视景建模，利用Vega进行驱动，并结合Vega的附加模块Vega Marine增强对海洋环境模拟的逼真效果。
6 结束语
本文介绍了某型声纳目标模拟器实时仿真系统的设计与开发过程，目前该系统已经研制工作已经获得成功，并顺利通过了军方的验收。实践证明它能够提供了非常好的仿真结果。
摘要：该文以通用的阵列信号处理系统为运行环境,详细介绍了一种声纳目标模拟器的系统设计与开发过程。并提出了一种基于反射内存网的实时数据传输的解决方案。实践证明,该系统能够很好的模拟出作战目标在设定的海洋环境下的声学特性。
关键词：目标模拟器,反射内存网,并行,DSP
参考文献
[1]李启虎.数字式声纳设计原理[M].合肥:安徽教育出版社,2002.
[2]李蕾,吴永清.声纳基阵信号模拟器实时软件的开发[J].声学技术,2004(3).
[3]杨日杰.现代水声对抗技术与应用[M].北京:国防工业出版社,2008.