時間:2023-03-21 17:01:24
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2運動學方程的建立
冰壺在冰面上滑行可以視為剛體的平面運動,可以將其分解為質心的平動和繞過質心軸的定軸旋轉。以前衛線的中心為O,前衛線中線為x軸,垂直于x軸的是y軸,垂直與冰面的為z軸建立坐標系。
2.1旋轉
冰壺的質量為m,開始時的角速度為,冰壺與冰面間的摩擦系數為μ,μ的大小與溫度T有關,可表示成假設摩擦力是均勻分在整個低面圓盤上,故計算摩擦力矩時,應將圓盤分解為許多的以轉軸為圓心的同心環來考慮。
3仿真系統結構
為了實現冰壺運動軌跡的仿真,根據前面所述的運動方程模型,需要先確定冰壺運動軌跡的一些參數。為此將冰壺運動軌跡仿真系統分成兩部分,即基礎參數設置和動態模擬。基礎參數設置中分別輸入初速度、初始角速度和溫度。冰壺場地兩營壘之間的距離近30米,所以在沒有任何干擾的情況下,冰壺應可以自由滑行20米才是有可能到達營壘。
描述公鐵聯運系統各要素及其規律的細節程度較低,主要通過集聚行為來對物流及交通流進行描述,僅僅對車流在路段和節點的流入流出行為進行描述,而對兩種運輸方式的切換及列車、車輛的運行過程中的行為等細節行為不進行描述。常見的宏觀仿真軟件有TransCAD、TRIPS、CUBE、VISUM及EMME等。
1.2中觀仿真(Med-simulation)
能夠較高程度的對系統要素及其規律進行描述,以列車或者貨車組成的隊列為基本單元,在對車流在路段和節點流入流出行為進行描述的同時,能夠對兩種運輸方式的切換及列車、車輛的運行過程中的行為進行簡單的近似描述。常見的中觀仿真軟件有CONTRAM、TISI和INTEGRATION等。
1.3微觀仿真(Micro-simulation)
描述公鐵聯運系統各要素及其規律的細節程度較高,對于物流和交通流以單個列車、車輛為基本單位進行描述,對兩種運輸方式的切換及列車、車輛的運行過程中的行為能夠較為真實地反映。常見的微觀仿真軟件有Corsim、Paramics、Trans-Modeler、AIMSUN、SimTraffic、VISSIM、MITSIM及Synchro等。
1.4次微觀仿真(Submicroscopic-simulation)
描述公鐵聯運系統各要素及其規律的細節程度最高。例如:次微觀仿真模型在對運輸方式切換行為進行描述的同時,還要對車輛承載量的改變對車速的和費用的影響等進行描述。
2公鐵聯運物流仿真平臺建設及關鍵技術研究
2.1公鐵聯運物流工程仿真平臺的建立
采用先進的物聯網及信息技術,以公鐵聯運物流業務流程管理為核心,集成交通運輸工程、物流工程、現代物流運籌規劃、計算機控制技術、信息處理技術、工業現場總線通訊技術、分布式數據庫技術、實時數據庫技術等學科和技術,建立針對公鐵聯運物流的高連接性、精確性、集成性、動態性、實時性的要求,區別于一般物流概念的學習實驗室或演示實驗室,建立基于實際工程項目應用為背景的公鐵聯運物流工程仿真平臺。
2.2不同運輸環節的無縫連接
采用基于XML的EDI技術協調公鐵聯運的各個環節,完成兩種不同運輸環節的無縫銜接,深入研究公鐵聯運信息的傳輸效率及跨地區傳輸,進而實現跨區域的實時信息傳輸、遠程數據分布式和集中式處理的結合以及多個異地局域網連接等。
2.3公鐵聯運的信息集成服務的研究
通過多目標協同優化方法對公鐵聯運多式聯運的信息集成服務進行研究,達到物流過程中信息的高效共享和業務的協同聯動,實現跨區域,跨行業,跨部門的信息共享,充分發揮信息集聚效應,達到降低成本提升效率的目的。
2.4公鐵聯運物流安全控制與研究
建立基于GIS的公鐵聯運物流安全監控系統,根據該系統采集的數據以及歷史數據,建立預警數據庫,對數據信息進行定性和定量分析,作出識別、診斷和決策。
長期以來,我國高等教育受前蘇聯模式的影響,以及人才匱乏、教學資源緊缺的現實,存在著偏重理論知識的傳授而忽視學生獨立動手能力、綜合分析問題和解決問題能力的問題,統一培養口徑、重“學”輕“術”、偏重課堂教學、忽視實踐鍛煉等做法,使得我們培養出的人才實踐能力嚴重不足,創新能力嚴重欠缺。當今世界,各主要國家無不把競爭與創新上升到國家戰略高度。美國從2004年推出了創新型人才培養的國家戰略,強調將仿真作為核心技術手段,推動國家技術進步。也是從2004年起,我國政府把自主創新從一般性號召提升到國家戰略高度,也非常重視仿真技術的研究與應用,創立了若干與仿真有關的國家級實驗室與工程技術中心,以響應科技發展需求。以創新型國家戰略目標為衡量標準,就必須關注高校教育的創新問題[1]。
2.CDIO理念成為教育創新的最佳模式
CDIO(Conceive-Design-Implement-Operate,構思—設計—實現—運行)是一個新型的工程教育模式,它由美國麻省理工學院、瑞典查爾姆斯技術學院、瑞典林克平大學、瑞典皇家技術學院等4所工程大學發起,全球23所大學參與,合作開發的一個國際工程教育合作項目。CDIO在當前得到了國際高等工程教育的共識,這種人才培養模式的理念主要體現在以下4個方面:具有國際先進性、具有實踐可操作性、具有全面系統性及具有普遍適應性。
二、基于CDIO理念的仿真新概念的提出
1.仿真的基本定義
1961年,G.W.Morgenthater首次將“仿真”定義為“在實際系統尚不存在的情況下對于系統或活動本質的實現”。這一定義忽略了實際系統存在時仍然需要做仿真的情形,對此,Korn在其1978年出版的著作《連續系統仿真》中,將“仿真”定義修正為“用能代表所研究的系統的模型做實驗”。這一概念從研究角度強調了仿真是一種類型的實驗。Spriet認為模型是仿真的基礎,于1982年將“仿真”定義為“所有支持模型建立與模型分析的活動即為仿真活動”。考慮到仿真已廣泛應用于產品開發與技能培訓等眾多方面,Oren于1984年建立了仿真的基本概念框架“建模-實驗-分析”,并在此基礎上定義“仿真是一種基于模型的活動”,并從此開創了現代仿真技術。但是,如果將所有基于模型的活動都定義為仿真,而不對“活動”加以界定,則難免忽略了仿真過程的完整性,比如,不能認為“基于模型的評估活動”為仿真,那只是仿真過程中的一個階段。
2.仿真新概念的提出
我國教育工作者引入CDIO以來,取得了諸多成果。本文作者參照CDIO“構思-設計-實現-運行”這一主線,認為仿真首先要“構思”目的、手段、步驟及結果的分析等,然后有針對性地“設計”某項活動,并按照設計要求,為活動的“實現”做好充分準備,并按一定的步驟和方法實施活動,繼而“運行”所實現的模型系統,對獲得的結果進行分析,研究是否達到了仿真目的,如果達到了,則仿真成功,如果沒有達到,則重新進行一個新的CDIO過程。基于上述分析,本位提出“仿真是一種基于模型的CDIO活動”,該概念將仿真和CDIO緊密結合起來了,既適應于實驗,又適應于技能培訓等其他活動,而且突出了仿真的過程特性,具有鮮明的指導意義,優點明顯。
三、仿真新概念的教學實踐
1.控制系統計算機仿真技術教學面臨的問題
(1)教學內容問題。該課程現行的教學內容主要包括系統的數學模型、連續系統仿真、離散事件系統仿真、仿真工具介紹及仿真的應用等,相關內容與《自動控制原理》、《現代控制理論》、《數值計算》、《數據結構與算法》、《數學建模》、《參數估計與檢測》、《系統辨識》等課程有交叉和重疊。有關“數學模型”及“狀態空間方法”在《自動控制原理》、《現代控制理論》中有詳細講述,“數值積分法”的內容在《數值計算》中有詳細講述,“建模方法”在《數學建模》、《參數估計與檢測》、《系統辨識》等課程中有詳細講述,仿真工具介紹及仿真的應用等在《Matlab/Simulink程序設計與應用》課程中有大量講授等。當主要教學內容限定為上述內容時,不可避免地出現與其他課程內容交叉和重疊的現象,令教師和學生無法準確界定和掌握仿真課程的核心內容,使得教學效果不佳。
(2)教材選用問題。《控制系統計算機仿真》課程的教學,曾經采用過的教材達8種之多。對教材進行分析發現,有一類近似于以Matlab為基礎講述自動控制原理,有一類主要講述仿真的算法與實現,不涉及具體工具,還有一類屬于仿真技術綜述的,尚不足以支持仿真課程體系建設,難以滿足實踐需求。
(3)教學方法問題。就教學方法來說,本課程的教學主要還停留在傳統的教學理念與方法上,通常是按照教學大綱規定的內容或者教材內容,結合多媒體進行按部就班的教學。如上所述,由于本課程在教學內容和教材選用方面存在的問題,常規教學方法面臨諸多弊端,難以把握仿真的核心概念,更難以培養實踐能力,嚴重滯后于時展和科技進步的步伐。
2.仿真新概念下的教學改革實踐
有些高校研究了控制系統計算機仿真課程教學改革問題,但依托核心理念的改革尚顯不足,對CDIO實施的關鍵問題,尚不有不同的認識。作者負責的控制系統計算機仿真技術的課程教學和改革中,借鑒同行方法,以先進CDIO理念為指導,采用案列教學方式,著眼于培養仿真專業的創新型人才,進行了教改研究與實踐,簡要介紹如下:
(1)教學大綱的運用與修改。教學工作通常要遵守教學大綱的規定,不能隨意更改,但是對于教學改革項目可以適當放寬。總體而言,以遵守教學大綱的指導性原則為主,以遵守具體內容的限制為輔,以掌握核心概念、掌握課程精髓為基本原則,以實踐為基礎,以創新為目標,適當安排基于課題的“研討式”教學內容。增加課外實驗課時,增加任課教師和實驗員,通過第二課堂引導學生從事一個完整的“仿真項目”,以教學團隊的方式完成教學任務,改革教學考核方式。
(2)研討式教學方式。結合學生的興趣點與能力培養目標,課題組設計了若干個研討項目,鍛煉學生設計、構思能力,限于篇幅,本文簡要介紹一項。安全帽佩戴方式問題。安全帽是工程施工人員在工作現場最重要的勞動防護用品,其佩戴方法有標準方法和經驗方法。利用所學的仿真知識,比較兩種方法中是否存在較優的方法,并給出佩戴建議。這一課題誘導學生提出了仿真人的概念,通過不同的高空墜物方式,檢驗仿真人的受傷程度,進而檢驗安全帽的佩戴方式。本項討論在教學上結合采用多媒體教學、實際軟件編程過程展示、課堂研討小型項目、課外實踐大型項目等多種方式,以掌握CDIO核心概念、仿真課程精髓為目標,以是否能在實踐中靈活運用為檢驗標準,面向優秀創新型人才培養,引發了學生們的學習熱情,并取得了若干優秀的成果,并且其影響力已擴展到大學畢業后的一生。
2我國的物流運作現狀分析
我們通過對2003年的第四次中國物流市場的供需狀況調查進行分析,調查出來的結果顯示出我國的物流行業運轉情況并不是很好。
2.1企業的庫存期過長、周轉時間太慢
通過該項調查我們可以看出,有百分之八十的企業原材料庫存時間在一周到三個月期間,百分之八十四的生產企業產品庫存都在三個月以下,百分之七十的商品企業銷售庫存在一個月以下,這就表明我國的企業產品庫存時間太長,周轉時間太慢,主要還是物流情況差勁導致的,在此我們也能看出我國的物流情況急需得到相應改善,從而改變現在這種狀況。
2.2人們對物流的滿意度較低
通過表1我們可以看出,生產企業里面的3PL相比較自理物流來看,在滿意度方面差別很大,對于自理物流的評價主要是不完全滿意,對第三方的物流評價就不是這么固定了,分布相對分散,滿意、不完全滿意和不滿意都有一部分。而在商業企業中,對物流不完全滿意的比例是最大的,這就表明第三方的物流服務是好于自理物流的。再從不滿意的原因分析,企業內部對于物流服務的關心側重在于物流信息的操作質量以及運作能力,對運作成有不滿意的評價也占一小部分,這就說明我國的物流系統還是不夠完善,物流行業的成本需要進一步降低。通過上述現狀我們可以看出,我國現如今的物流運作水平還是比較落后的,所以說我們應該加大對物流系統的優化工作,提高物流系統的服務水平已經在物品運輸上的成本的降低,只有這樣才能保證我國的物流行業繼續發展下去,才能讓企業的競爭優勢得以凸顯。
3基于計算機仿真技術的自動化物流系統設計
3.1企業內部的生產物流系統
當企業內部開始安排并且計劃著在生產領域實行物流系統并且提出運行的總體方案時,應該根據企業內部的實際情況以及生產出的產品的需求多設計出幾套不同的物流方案,然后對這些方案進行分析比較,不論是對哪一套方案進行分析,都需要在企業內部的產品生產系統中采集需要的樣品進行分析。此外,我們可以在這一流程里面融入計算機仿真技術,這樣就能夠對多套方案進行實際情況下的運作模擬操作、物流運作的績效評估以及企業產品的生產試驗等等。一般而言,計算機仿真技術在企業的物流系統中加以應用,主要在原材料的購買、運輸以及儲存,還有整套產品的生產流水線以及產品的加工、出庫這些方面有所體現,它能夠對上述的過程進行動態化的仿真模擬操作,從而能夠對生產環節的效率進行提升,還能夠降低原材料等物質的運輸成本,可以讓企業內部的物流系統各項指標得到改善。此外,通過計算機仿真技術的物流系統我們可以有效地對生產設備的功能進行檢查,還可以檢驗企業的訂單要求和生產環節的匹配程度,還有交通工具的有效利用,物流的運輸方式和運輸路線是否最優,生產物資的原材料經過的環節是否達到了最簡等等。現在看來,物流系統中融入自動化計算機仿真技術可以有效地對企業物流的各個方面進行檢驗,能夠極大的對物流系統進行完善,在促進其優化方面起著重要的作用。
3.2適用于港口的物流系統
在港口的物流系統中加以應用計算機仿真技術,主要是在港口物流系統的環節以及相關領域的規劃方面得以體現,即船舶泊位設計、貨柜堆場設計、裝運搬卸工藝設計等的合理分配和資源優化上,另外對于現實港口管理系統的策略制定和優化方面也是計算機仿真系統要解決的一個重點問題,最主要的目標就是想對港口物流作業的調度進行實時化的實現,包括港口生產調度、貨柜堆場作業控制、車輛作業路線等,我們對這些線路環節進行仿真操作以及分析,能夠對港口的物流作業系統有一個科學合理的評判,對其整體的流程進行有一定的積極影響,此外,還能實現對于物流系統整體的錢能診斷以及深入分析。我們在分析之后的基礎上對港口物流系統進行改進優化,選擇最優的改進方案,就能達到最好的改進效果。目前計算機仿真技術在港口物流貨柜堆場的管理中已經實現了實時立體化全景象管理和控制,這在很大程度上對各種貨柜的存放、搬運以及出入情況進行了改善,操作起來更加的方便,從而提高了企業的生產效率。
由于水輪機是一個動態元件,在工作時,其內部結構的變化和運動相對于穩定時要復雜很多,所以在進行水力瞬變的計算中,工作人員通常采用水輪機在穩定情況下工作時的綜合特性曲線去確定水輪機流和水輪機力矩特性,但是在水輪機穩定狀態下的綜合特性曲線不包括尾水管和蝸殼不稱定工況時水流慣性對水輪機特性曲線的影響。在計算水輪機綜合特性曲線時如果引水管道很長,其影響對于整體的綜合特性曲線影響不大,所以可以忽略。反之,則要進行一些運算確定其特性曲線而不可忽略。在計算機對水輪機調節系統進行仿真建模時,由于實際的水力發電站中線路復雜,所以在建立模型是必須要對整個水力發電系統中的所有管道通路進行編號,這樣可以有效地避免重復而出現的誤差,也可以提高整體的工作效率。在對于系統管道進行編號后,由于整體管道過多,同時建立其仿真模型非常麻煩,工作人員通常需要把管道分成若干個網格,網格的邊界點作為計算節點,然后在網格內部進行仿真,然后進行最后統一的計算,建立合理的引水系統。
1.2電液隨動系統
現代水輪機調速是由電子調節控制器和電液隨動系統兩部分構成。對于前一部分我國研究的比較深入,技術比較成熟。但對于電液隨動系統基本保持原有體制并在此基礎上進行一部分優化微調。微調主要分為模擬電調和微處理器電調兩種方法。但是這兩種方法都是采用電液隨動系統。電液隨動系統作為水輪機調速的執行部分,是其中不可缺少的重要組成部分。但是由于在水輪機調速系統中工作油液量大,流動路徑較長,并且與大氣和壓縮空氣直接接觸,使得工作油液內的金屬微粒、油泥、纖維等機械雜質較多,并且由于酸堿、水分所引起的油質劣化十分嚴重,又由于電液隨動系統可靠性差,綜合所有因素,電液隨動系統油孔容易被堵塞,多次工作后斷線,強度低等缺點。但是通過電子計算機仿真系統對此進行仿真,可以滿足不同情況下的水輪機調節系統,使效果達到最優值。
2.水輪機調節系統仿真算法
2.1引水系統仿真算法
在仿真編程時,引水系統特征線方程與水輪機聯立作為一個部分,引水系統采用特征線法求解;水輪機的流盆和力矩可由模型特性曲線上查得。調速器和發電機等部分的徽分方程作為另一部分,并分為存在大擾動和小擾動兩種情況考慮。由于存在大擾動時,水輪機參數變化很大,超出其線性范圍,因此小擾動模型不適用。為此調速器和發電機采用差分方程的方式建模,采用特征線原理求解。將上述兩部分交替求梁晨哈爾濱電機廠有限責任公司黑龍江哈爾濱150040解,即為水輪調節系統動態仿真結果。
2.2電液隨動系統的傳遞函數
將電液隨動系統中的步進電機,主接力器作為積分環節,液壓缸、主配壓閥作為一階慣性環節。同時記錄導葉控制信號的限幅,步進電機輸出限幅,步進電機輸入信號死區以及液壓缸、主配壓閥死區等5個主要非線性。并且利用連續系統離散化非線性系統數字仿真,即可得電液隨動系統傳遞函數。
3.仿真系統具備功能
3.1水輪機特性的計算
在求解非線性方程組時,如果沒有水輪機流量特性和力矩特性的全特性,就只能在模型綜合特性與逸速特性的基礎上延長使用,所以在求解非線性方程組時,必須知道水輪機流量特性和力矩特性的全特性。同時將水輪機的特性參數用數組的方式在計算機中儲存,需要儲存的參數有:導葉開度,機組單位轉速,機組單位流量和機組力矩。但是由于實際值與計算機所儲存的理想數值存在誤差,所以在實際計算出的數值與計算機儲存的數值不相等,可以通過拉格朗日公式或者四點插值方法計算求得與單位流量個單位力矩所對應的計算值。
3.2仿真系統步長計算
由于理想情況下和現實情況存在誤差,從而導致計算結果不準確,為了減小誤差,使計算結果與實際情況更加符合,仿真計算時的步長必須取得足夠小,分割的足夠精密。步長的確定原則是:仿真系統計算步長的時間必須小于計算機微調調速器的采樣時間,這樣才能最小的減小誤差,同時步長的計算必須在上述條件下同時也滿足水擊計算的特征方程曲線。當步長計算不能滿足水擊計算特征方程曲線時,應該在仿真系統中適當的調整波速使得步長滿足其條件。
2基于計算機仿真技術的自動化物流系統設計
2.1企業內部的生產物流系統
當企業內部開始安排并且計劃著在生產領域實行物流系統并且提出運行的總體方案時,應該根據企業內部的實際情況以及生產出的產品的需求多設計出幾套不同的物流方案,然后對這些方案進行分析比較,不論是對哪一套方案進行分析,都需要在企業內部的產品生產系統中采集需要的樣品進行分析。此外,我們可以在這一流程里面融入計算機仿真技術,這樣就能夠對多套方案進行實際情況下的運作模擬操作、物流運作的績效評估以及企業產品的生產試驗等等。一般而言,計算機仿真技術在企業的物流系統中加以應用,主要在原材料的購買、運輸以及儲存,還有整套產品的生產流水線以及產品的加工、出庫這些方面有所體現,它能夠對上述的過程進行動態化的仿真模擬操作,從而能夠對生產環節的效率進行提升,還能夠降低原材料等物質的運輸成本,可以讓企業內部的物流系統各項指標得到改善。此外,通過計算機仿真技術的物流系統我們可以有效地對生產設備的功能進行檢查,還可以檢驗企業的訂單要求和生產環節的匹配程度,還有交通工具的有效利用,物流的運輸方式和運輸路線是否最優,生產物資的原材料經過的環節是否達到了最簡等等。現在看來,物流系統中融入自動化計算機仿真技術可以有效地對企業物流的各個方面進行檢驗,能夠極大的對物流系統進行完善,在促進其優化方面起著重要的作用。
2.2適用于港口的物流系統
在港口的物流系統中加以應用計算機仿真技術,主要是在港口物流系統的環節以及相關領域的規劃方面得以體現,即船舶泊位設計、貨柜堆場設計、裝運搬卸工藝設計等的合理分配和資源優化上,另外對于現實港口管理系統的策略制定和優化方面也是計算機仿真系統要解決的一個重點問題,最主要的目標就是想對港口物流作業的調度進行實時化的實現,包括港口生產調度、貨柜堆場作業控制、車輛作業路線等,我們對這些線路環節進行仿真操作以及分析,能夠對港口的物流作業系統有一個科學合理的評判,對其整體的流程進行有一定的積極影響,此外,還能實現對于物流系統整體的錢能診斷以及深入分析。我們在分析之后的基礎上對港口物流系統進行改進優化,選擇最優的改進方案,就能達到最好的改進效果。目前計算機仿真技術在港口物流貨柜堆場的管理中已經實現了實時立體化全景象管理和控制,這在很大程度上對各種貨柜的存放、搬運以及出入情況進行了改善,操作起來更加的方便,從而提高了企業的生產效率。
在高頻電子線路教學內容中,概念多、難點多、數學推導多,同時還會涉及到非線性分析法,因此學生在學習過程中經常會覺得枯燥、難學。通過實驗展示可以使教學中的難點得到化解。但在實際教學中,因為受到空間和時間條件的限制,在實際教學中實物演示受到了制約。在高頻電子線路教學中要找到教學過程中的教學難點、抽象點,要準備例如振蕩器平衡的調制系數、穩定條件等多個仿真實驗,在課堂情境教學中應用,為學生在認識上提供更加便利的條件,提高教學效率。
1.2課程統籌教學
通常情況下,在高頻電子線路教學中,理論課與實驗課是分開的,兩者相互獨立,這樣在實際教學過程中難免會出現理論與實踐脫節情況,主要表現在時間和內容上脫節,教學過程中的驗證性試驗無法在及時的加深學生對教學內容的理解,導致了教學效果大大降低。在教學過程中為了完整性經常會對一些操作簡單、結論明顯的實驗也安排相應的實驗環節,這浪費了實驗課程。在教學過程中應當對這一現象進行合理改革,對課堂教學和實驗教學中的內容進行統籌,課堂教學結束后,應當安排相應的驗證性實驗;部分理論課程可以在實驗課程上進行,可以一邊做實驗一邊傳授理論知識。針對每個驗證性實驗,設計相應的仿真預習,利用計算機仿真代替實驗內容,通過預習報告的方式完成。通過實踐證明,采用此種教學方式不僅解決了教學時間,而且提高了學生在自我學習中的管理能力。此外,計算機仿真通過計算機對實驗條件和環境進行了模擬,學生可以進行多次實驗,并且可以對實驗過程中的參數進行自行修改,這樣不僅縮短了實驗時間,而且對實驗設備也起到了一定保護作用,避免學生在實驗過程中因為操作不當而給設備造成損傷。
2仿真教學應用實例
Multisim11是高頻電子線路教學中經常被應用的一種軟件,仿真分析具體步驟如下:依據設計和原理創建電路原理圖,然后依據實驗情況對電路圖選項進行設置,開啟仿真開關,使電路運行,再借助仿真儀器,獲取理想的仿真結果。解調、調制電路是組成通信設備的重要部分,解調和調制方式對系統的性能有著巨大影響,同時也是在高頻電子線路學習中的難點。
2.1普通AM(調幅)信號波形仿真
調幅是振幅調制的簡稱,調幅包括:抑制載波、普通調幅等,普通調幅是其中最基本的一種,其余調幅都是有普通調幅演變來的。依據調幅信號形成的基本原理,在Multisim11下創建普通調幅電路,開啟仿真后可以可在雙蹤示波器上看到低頻調制信號與普通調幅信號波形對比圖。對直流電壓V3進行調整,使電路調幅系數進行改變但V3與1V相等時,調幅系數將超過1,則為方正波形,發生調幅現象,已調波在經歷檢波后將無法恢復到原有的形態,屬于嚴重失真,因此在實際教學中應當盡量避免此現象的發生。
2.2二極管包絡檢波器仿真波形
二極管構成的包絡檢波器性能強,結構簡單,因此被廣泛應用與檢波電路教學中,經過解調后輸出的信號能夠對輸入信號的包絡進行合理反映,仿真電路如圖4所示。開啟仿真,對電路參數進行調整,便可得到獲得調解后信號與輸入信號兩者的對比。但在對電路參數調整過程中,如果沒有對電路參數進行正確選擇,二級管包絡檢波器在實際工作中極有可能發生負峰切割失真和惰性失真。因此,在實際操作過程中要注重電路參數的調整。
3計算機仿真應用需要做好輔助工作
(1)整合教學內容對課堂、實驗教學內容進行整合,在使用計算機仿真前,教師需要做大量工作。首先,教師要對教學中的內容進行詳細統籌。例如,在教學過程中,哪些部分課堂講解的內容需要利用計算機仿真代替,哪些教學內容應當通過計算機仿真演示,又有哪些內容使需要通過計算機仿真對學生進行指導。
(2)編制輔助教學手冊對高頻電子線路教學內容進行整合后,教學應當精細編制輔助教學手冊,對進行過程進行指導。輔助教學手冊中的內容應當通俗易懂,計算機仿真的思路、目的、步驟等內容要言簡意賅,便于學生理解和運用。
(3)改革考核制度考核是檢驗教學成果的主要手段,既然在高頻電子線路教學中引入了計算機仿真,那么在考核中也應當有所體現。在考核過程中不僅要涵蓋大綱的教學要求,同時也要加入計算機仿真考核。在考核上應當做出合理的改革,主要體現在總成績的構成上。通過實踐應用表明,合理的考核結構,不僅能夠使計算機仿真教學在高頻電子線路教學中起到更好的作用,同時對學生的學習起到了一定督促作用。
一些多媒體的技術開始被應用到電算化教學中,但在教學模式上依然采用傳統的填鴨式教學模式,僅僅是由將過去的板書或者是書本轉化成多媒體課件來展示,從本質上還是填鴨式教學,沒有進行互動式教學,老師在課堂上完全是個人在講述知識,而學生是被動地接受知識,對于時間性較強的會計電算化顯然不利于教學效果的提升。
1.2教學目標不明確
會計電算化的教學目標不明確是目前教學方面所面臨的最大問題,其主要表現一方面是完全遵循考證為原則進行教學,而且這種教學目標還具有典型性,很多院校都不同程度的使用了這種教學目標;另一方面,以完成教材中的教學內容為核心,并不聯系當前社會的需要,忽略了科技應用實踐能力的培養。
1.3理論不能夠緊密聯系實踐
會計電算化教學最為關鍵的要素就是要讓學生能夠充分熟悉財務理論的基礎上擁有一定的操作能力,這樣才能夠讓學生很快在工作崗位上發揮作用。但目前在教學過程中,更多偏重的是理論上的教學,考核的內容也基本上是理論知識,導致了很多學生雖然考試分數高,但是實踐操作能力差。
1.4老師綜合素質有待提升
當前,很多院校老師其理論知識認識程度較深,是這方面的專家,但是很多老師同樣也缺乏具體的實踐操作能力。也就是說,院校中那種雙師型老師數量并不多。這無疑會影響到學生的實踐能力的培養。另外,老師在考核和評價學生方面也不注重實踐能力的考察,采用的教學軟件也相對單一,這些都會嚴重制約教學效果的提升。
2提升實踐應用能力的教學策略
2.1豐富教學內容提升實踐層次
首先,增加財務鏈賬務核算月份的內容,讓學生能夠掌握跨月或者跨年的財務核算能力。然后,要豐富相關財務軟件的教學內容,特別要結合供應鏈來進行財務教學,實現學生能夠充分掌握供應鏈和財務鏈的有效結合,這樣就能夠有效地幫助學生更好地將知識應用到實踐。最后,在軟件管理教學時,還需要增加分析預測決策等方面的教學,要知道會計電算化不僅有助于進行基層管理,而且也有助于高層決策的管理。
2.2科學選擇軟件并及時進行升級
由于當前社會上存在的軟件種類很多,除了考證的專用軟件用友之外,還有金蝶等應用都非常廣泛,這些不同的財務軟件在功能和操作等方面既有一定的雷同,也有一定的差異。因此,老師除了使用考證用的軟件進行教學之外,還需要引入其他同行的軟件進行分析對比教學,讓學生充分了解不同軟件之間的差異,從而有助于學生更加深入的理解財務知識,作為院校必須要對兩套以上的財務軟件進行對比教學,要保障軟件的及時升級和更新,要與社會企業的應用保持同步。
2.3分階段教學提升實踐的仿真屬性
會計電算化課時要科學合理增加,特別是要加大實踐教學的課時量,并從軟件操作和仿真模擬兩個階段進行實踐教學。在軟件操作階段,主要的教學內容是讓學生能夠充分理解該軟件所包含的財務管理思想以及具體的操作方法。而在仿真實踐環節,就需要運用實踐材料進行電算化的核算,模擬企業財務管理過程中的電算化核算工作,并創設相應的財務管理環境,讓學生在這個過程中扮演相應的角色,從而結合具體的工程事項進行財務核算,并讓學生能夠明白自己的崗位職責和相關技能要求。通過這種類似真實的現場財務管理環境來進行仿真實踐,就能夠有效提升學生的實踐應用能力。
2.4構建電算化實踐基地,創新校企合作模式
由于目前很多院校在會計電算化實踐應用能力方面和企業相比還是存有一定的差距,為了讓院校的教學效果能夠滿足企業的需求,那么通過校企聯合的方式,構建會計電算化的實踐基地,這樣就能夠讓學生更好地實現企業級應用的教學。對于學校來說,可以提供相應的理論知識的教學以及仿真教學材料。而對于企業來說則能夠通過大量的實踐應用人員的指導讓學生能夠更加熟練地掌握企業會計電算化的主要工作模式,或者組織學生進行參觀學習,企業為學生提供相應的實習崗位,通過這種方式來消除教學和企業人才需求之間的差距。
2.5促進老師綜合素質的提升
針對老師在實踐應用能力相對較低的問題,院校應該從下面兩點來進行解決:①要加強對老師的培訓工作,選擇一些專業的老師參加相關財務軟件的培訓,或者和財務軟件企業進行合作,派老師到這些財務軟件企業進行進修,并讓老師參與企業的財務軟件實施或者ERP實施工作,提升老師的實踐應用能力;②通過利用寒暑假期間,引導老師到企業內部進行頂崗工作,通過具體的工作環境來提升老師的綜合素質,從而為仿真實踐教學提升必要的實踐基礎能力。
關鍵詞:項目教學法;計算機仿真;創新;實踐
中圖分類號:G642.4 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2017)24-0144-02
一、前言
研究生教學有其突出的特點,他們中多數人理論基礎扎實,獲取書本知識能力強。但同時也存在創新意識和創新能力不足、工程應用背景不夠的缺點。本人通過十多年研究生教學的實踐,結合本學院研究生專業方向、課程內容針對性強等特點,對如何在研究生教學改革中突出培養學生的自學能力、創新能力,增強學生的創新意識與工程應用能力等問題進行了一些改革創新。
二、課程定位及課程特點
隨著現代工業的發展,科學研究的深入與計算機軟、硬件的發展,計算機仿真技術已成為分析、綜合各類系統,特別是大系統的一種有效研究方法和有力的研究工具,計算機仿真技術已經廣泛應用在各技術領域、各學科內容和各工程部門。仿真技術已經在國防軍事、國民經濟、社會生活的眾多領域發揮了重要的作用,國內外眾多學者認為,仿真技術“正在成為與理論、實驗并列的第三種認識和改造客觀世界以及科學研究的手段”,因此仿真技術
被認為是“使能”技術。計算機仿真技術是仿真科學與技術涉及到的有關具體仿真技術中最為基礎的部分,具有綜合性、多學科交叉等特點。
為了拓寬機械工程專業基礎,提高培養對象的整體素質,更好地適應社會對機械工程專業人才的需求,高校工科專業的研究生應掌握一定的計算機仿真知識與技能。計算機仿真技術課程是我校機械工程學院面向所有研究生各專業方向的研究生開設的一門專業基礎課程,考慮專業應用需求并結合教學實踐情況,課程目的是通過本課程的學習,要求學生掌握計算機仿真技術方面的基本理論,基本知識和基本技能,培養學生分析問題和解決問題的能力,為今后分析、綜合各類工程系統或非工程系統提供一種有力的工具,以便能靈活應用所學的計算機仿真技術為本專業工作服務。
一方面,基于仿真技術課程的內容方法較多,實踐性強的特點;另一方面,授課對象專業方向較多、授課學時有限等特點,如何解決在有限的教學課時內講授內容繁多的仿真內容、對計算機仿真技術課程進行教學方法和手段的改革探索和實踐,以達到計算機仿真技術教學目標。
三、教學內容的設置和教學方法的選擇
課程開設初期,由于只是機械電子工程專業方向的同學選修,所以所講內容基本針對該專業方向進行設置。隨著選修人數的不斷增加,以及選修學生所屬專業方向的擴大,專業方向包括:機械制造及其自動化、機械電子工程、機械設計及理論、車輛工程、機械工程(專業學位)等,基本涵蓋了機械工程學院的所有專業方向。
計算機仿真技術課程涉及多個交叉學科,緊密相關的課程包括數值計算方法、計算機編程、計算機圖形學、高等數學、自動控制原理、現代控制理論、優化設計等課程。如何講出本課程的特點,并充分結合相關課程內容,必須在教學內容的選排上下功夫。
項目教學法是一種以任務驅動、以項目為基本教學單元,將理論教學和實踐教學有機融合在一起,強調綜合能力的培養在研究生教育中的重要性,突出學生在整個教學過程中的主體地位。因此,為了滿足各個專業方向學生的要求,使他們能夠掌握一門工程分析技術,為后續的學術論文和碩士學位論文的撰寫提供計算、分析和仿真手段,本人在講授該門課程的過程中,逐年對教學內容、教學手段和教學考核方法等不斷進行調整和完善。
1.采取項目專題方式進行教學內容的講授,調整授課內容,采用專題教學方法使課程主題內容分明,有利于將仿真方法講深、講透。
2.擴展所授課程內容涵蓋的范圍,包括數值計算、優化設計、圖形可視化、控制系統特性仿真、控制系統設計以及與外部軟件的接口等內容,以滿足各專業方向學生的需求。
3.增加與課程相結合的實驗教學內容。計算機仿真技術本來是實踐性很強的綜合性技術,仿真技術本身是在對控制系統分析的過程中不斷完善和發展起來的。因此并結合各個專業研究生的不同研究方向,靈活設計若干個專題實驗,使學生學以致用,培養學生將該門課程應用于實際工程的能力。
4.采用多個工程應用實例進行教學,從系統應用、數學建模、仿真建模、模型求解以及特性分析等,使學生從生產實際認知的研究對象,提升到理論高度的學習,應用所學的各科理論知識和技術手段,進行數學建模、仿真建模的建立,并對模型求解以及特性進行分析,獲得直觀結果,提高學生學習興趣,最終解決實際工程問題,培養學生解決工程實例問題的能力。
5.結合學科前沿,進行課堂討論。研究生在初步掌握了對系統的模型、仿真算法設計、仿真及結果分析這一流程后,為強化計算機仿真在實際工程的應用概念,在此基礎上,以項目形式,開展課程學科前沿以及⒏妹趴緯逃胂執技術融合等專題討論。
6.增加實驗環節,培養研究生工程實際應用能力。利用各種平臺,擴充計算機仿真技術資料,提供最新的仿真案例,結合教學團隊的科研課題,設計實驗項目,培養研究生工程實際應用能力。
四、項目教學法的教學效果
基于項目教學法計算機仿真技術課程的教學方法改革與實踐,滿足機械工程學院各個專業方向研究生的需求,教學方法和手段的完善,使研究生自主學習能力、創新能力和工程應用能力等得到了進一步的提高。
計算機仿真技術作為工科研究生的必備研究手段和技術,使學生掌握一門工程分析技術,為后續的課題研究、學術論文和學位論文的撰寫提供計算、分析和仿真手段。
物流專業最大的特點是實踐性強,加強相關設備的投入力度及構建相應的實驗室對學生實踐操作能力的提升具有重要意義。由于計算機仿真技術存在諸多的優勢如成本少、可控性高、可視化等,將其運用到物流實驗室中可以帶來意想不到的效果。
1 構建基于計算機仿真技術的物流實驗室的意義
1.1 教學方面
在物流教學過程中,除了要傳授學生相關的物流知識外,還必須培養其一定的實踐操作能力。通過將計算機仿真技術與物流實驗室有機結合,能緊跟物流技術的發展變化來及時更新所需的資源,能在并不廣闊的場所及資金少的情況下進行各種不同的實驗操作,完全達到了物流實踐教學的要求,并且學生能夠將課堂上所學的知識運用到實際生活中。
1.2 科研方面
對于具有豐富理論知識,想有進一步發展的學生來說,基本的理論教學與實踐操作很難達到他們的實際所需,特別渴望參與一些深層次的物流系統分析、高級實驗活動。為此,構建基于計算機仿真技術的物流實驗室是滿足學生要求的不二選擇,能夠為現代社會培養一批高級別的物流管理團隊。
1.3 社會服務方面
學校在完成培養綜合型人才隊伍的任務的同時,還肩負著服務社會的責任。由于目前缺乏實踐系統,基于計算機仿真技術的物流實驗室的建設,很大程度上幫助了教育者利用自身掌握的知識,通過實驗室豐富的軟硬件資源來承接相關的項目課題,促進企業物流系統的進一步升級,避免不必要的資金投入,綜合了物流與其他相關技術、信息技術,減少了社會資源的大量耗費。
2 基于計算機仿真技術的物流實驗室建設策略
2.1 明確具體的建設目標與指導思想
首先,基于計算機仿真技術的物流實驗室應配備具有開放性、綜合性特點的實驗體系,提高學生知識水平的同時,增強其實踐操作能力,制定詳細完善的教學計劃,注重學科發展,將學生創新意識及能力的養成作為教學目標。
其次,基于計算機仿真技術的物流實驗室建設必須將系統性、先進性、經濟性、實用性作為主要指導思想。實驗室應時刻了解先進物流技術、相關教學手段的最新情況,盡可能的集網絡技術、多媒體技術、自動識別技術、信息管理與決策技術等為一體;從學科與專業的角度出發,合理使用實驗室建設費用,優化配置各類硬軟件、場地資源,建立健全物流仿真實驗工程體系,為專業設計及畢業設計提供幫助,真正實現涵蓋教學、科研、實驗、人才培養等內容的教學科研基地。
2.2 總體規劃
2.2.1 硬件設備
基于計算機仿真技術的物流實驗室應配置一定數量的電腦,方便學生利用電腦來構建仿真模型。另外,還需購置下列設備:投影機、弧形三維屏幕(籠罩整個實驗室,以創設虛擬的物流仿真系統氛圍)、在實驗室中間放置一臺服務器電腦與音響,并和投影機與弧形三維屏幕連接,這樣即完成操作平臺的設置。同時還要有具備無線遙控功能的激光筆,為相關操控提供便利。
基于計算機仿真技術的物流實驗室及其硬件的規劃與分配途徑是:將實驗室劃分為教學區與科研區兩個不同功能的區域,各自處于不同的空間中。教學區主要為學生的實踐教學提供服務,內部共配備了投影機、屏幕、服務器、音響、供學生操作的電腦、遙控激光筆。科研區中主要配備辦公桌椅、電腦以及教研人員,是教育者日常開展科研活動的場地。
2.2.2 軟件設備
軟件設施在物流仿真實驗室中屬于必不可少的工具。由于物理軟件的類型眾多,因此必須結合仿真系統選擇相匹配的軟件。比如Flexsim仿真軟件,此軟件具有通用性特點,在多個行業系統中得到應用。該軟件在物流仿真實驗中的應用涉及了配送中心揀選仿真、倉庫系統出入庫仿真、生產物流仿真、機場仿真等領域。由于當前運用的Flexsim軟件只涉及一些基本功能,所以還需對其進行升級,添進相配套的優化軟件包。
2.2.3 建設流程
基于計算機仿真技術的物流實驗室建設應遵循循序漸進、分階段的原則。舉例說明,選擇相應的實驗場所及設備,建設滿足教學要求的仿真物流系統及仿真生產物流系統;然后再建設另兩個仿真配送中心系統及仿真供應鏈系統。
在構建仿真物流各系統過程中,應通過委托開發與自行研發相結合的手段。由于對大型仿真物流系統進行開發時會耗費諸多的時間、精力,并且要求有豐富的計算機編程知識,所以應開展招投標活動,委托專業機構開發,同時自己與相關團隊協作開展二次研發。
3 結論
C上所述可知,在培養物流人才過程中,實驗教學環節發揮著不可忽視的作用,為高質量人才的培養提供了堅實的保障。從專業特色角度出發,制定系統完善的培養計劃,構建實踐性高的物流實驗室,致力于將計算機仿真技術與物流實驗室緊密結合,這不僅有助于進一步升華實驗教學,推動物流健康持續發展,而且還極大地增強了學生的實踐應用能力。
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