時間：2023-12-05 09:56:51
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇虛擬仿真技術應用，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
【摘要】隨著時代的發展，科技的進步，虛擬仿真技術在實訓教學中的作用也越來越明顯。虛擬仿真技術的應用可以有效地提高教學的質量和效率。本論文通過闡論虛擬仿真實訓系統的虛擬仿真機器人機械臂模型用到的三維建模技術及軟件（如Maya、Max等）、原理以及虛擬仿真技術的應用領域和發展趨勢，從而研究它的價值和市場經濟效益，并探析了虛擬仿真實訓系統開發的技術在實訓教學中的應用。
【關鍵詞】虛擬仿真技術/平臺；虛擬仿真訓練系統；實訓教學
一、虛擬仿真實訓系統的三維建模技術及軟件研究
虛擬仿真系統的功能主要體現在它可以讓使用者借助于專用的視、聽、觸覺等具有感知功能的設備，進入仿真系統制造的虛擬空間，并且還能夠與虛擬環境中的人和物體進行實時交互，從而感知和操作虛擬環境中的各種對象，最終達到身臨其境的效果。它的組成主要是把計算機作為主要的部分，其次綜合利用三維圖形、多媒體、仿真等技術構建起一個逼真的虛擬系統。從它的組成部分和應用程序來看，虛擬仿真實訓系統對三維圖形的利用還是十分頻繁的，因此我們應當對其進行重點研究。虛擬仿真實訓系統在工業機器人上的應用設計主要是利用三維建模軟件，通過虛擬現實標準語言建立虛擬環境中的實體模型表現出來，最后通過描述它們之間的結構關系，快速、真實地顯示三維虛擬工業機器人，并為工業機器人控制系統提供一個研究觀察平臺。本段主要通過對虛擬仿真實訓系統的三維建模技術及軟件研究，來發現虛擬仿真技術的優點和研究其未來的發展方向。
Maya軟件是美國Autodesk公司出品的世界頂級的三維動畫軟件，通過對Maya軟件的運用，能夠使虛擬仿真實訓系統在一定程度上提高制作三維動畫的效率和品質，調節出仿真的角色動畫，使其得出更加真實的效果。這是因為Maya軟件不僅僅包括一般三維和視覺效果制作的功能，而且還能夠和世界上最先進的建模、數字化布料模擬、毛發渲染、運動匹配技術相結合，使得虛擬仿真實訓系統所創造出的畫面更加真實有立體感。
二、虛擬仿真技術在各領域內的作用
隨著科技的發展，虛擬仿真技術在一些高科技等高端領域的地位越來越凸顯出來，地位與作用也逐漸提升。尤其是在移動互聯網的應用與開發、手機游戲設計及其所用到的一些主流引擎甚至高端引擎方面的價值更為突出。
Maya軟件是虛擬仿真技術的一種，它應用的對象是專業的影視廣告，角色動畫，電影特技等。它能夠在工作的過程中展現的比較靈活，易學易用，制作出動畫的效率非常高，渲染出畫面的真實效果比較強，它對畫面中角色動作的捕捉尤為清晰，與畫面角色的綁定的聯系性也十分緊密，是虛擬仿真實訓系統中一個比較不錯的系統軟件。MAX軟件它最開始的應用是在電腦游戲中的動畫制作，后來又進一步的開始參與影視片的特效制作，MAX軟件還被廣泛地應用于廣告、影視、工業設計、建筑設計、多媒體制作、游戲、輔助教學以及工程可視化等領域，也就是虛擬仿真實訓系統當中。它強大的立體三維功能被新媒體、影視動畫、游戲動畫等領域廣泛運用。
三、虛擬仿真技術為機器智能實驗課帶來的好處
虛擬仿真技術的應用為現代化的社會帶來了許多的方便，讓機器實驗課、項目實訓的智能科學與技術專業實驗教學越來越豐富化。虛擬仿真技術的應用可以有效地提高教學的質量和效率。通過對虛擬仿真技術的應用，使得上級和下級、老師和學生的客戶信息以及實訓項目、實訓指導、模擬操作、技能測評等等的信息存儲在管理信息庫中，與此同時，上級和下級或是老師和學生之間就可以通過客戶機對下級或者學生之間的實訓進行遠程的指導與管理。
隨著時代的發展，科技的進步，虛擬仿真技術在在現代職業技能教學中的作用也越來越明顯。虛擬仿真技術的不斷完善和發展，將為機器智能實驗課等實訓課程帶來更多的方便和益處。由于它能夠為人們提供一種高級的人機接口，具備交互性、想象性、沉浸性等特點，所以它主要的應用領域在政府、企業、學校等這些需要實訓學習環境的地方。
四、虛擬仿真實訓系統的應用領域和發展趨勢
作為一項新興的科學技術，虛擬仿真技術還處在一個不斷探索前進與不斷完善的階段當中，其發展趨勢呈一個不斷上升的大幅增長的趨勢。從目前來看，雖然目前政府、教育部門、學校、教師都已經認識到了虛擬仿真技術對于職業教育實踐性教學環節的重要作用和發展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決，因此虛擬仿真技術正在與教育、培訓等領域不斷地相適應和匹配。
其次，雖然目前政府、教育部門、學校、教師都已經認識到了虛擬仿真技術對于職業教育實踐性教學環節的重要作用和發展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決。雖然目前政府、教育部門、學校、教師都認識到了虛擬仿真技術對于職業教育實踐性教學環節的重要作用和發展前景，但在實際中，依然存在著許多問題亟待解決。例如：虛擬仿真技術對計算機及相關硬件的要求比較高，但是這些方面的發展不能夠滿足人們對虛擬仿真技術的需要，虛擬仿真軟件數據是一個龐大的數據庫，三維立體仿真軟件的應用對顯卡和顯示器等也有很高的要求，也就是說，虛擬仿真系統對硬件的要求較高。因此需要對計算機及相關硬件的發展有一個更高的要求。最后，教學類虛擬仿真軟件的質量還有待提高、對虛擬仿真技術的研發標準也不統一和對虛擬仿真技術應用不夠廣泛等等，這些都是需要發展改善的地方，也是未來虛擬仿真技術發展的一個大的趨勢。
五、虛擬仿真實訓系統的價值和市場經濟效益
虛擬仿真實訓系統作為一個高端的科技系統，對政府、企業、學校等的發展，起到了至關重要的作用，并為其創造了更大的價值。同時虛擬仿真技術的不斷發展，也在打開了市場，擴大了市場份額的同時為市場創造了更多的經濟利益。
在市場經濟為主導的今天，虛擬仿真實訓系統也為市場經濟的發展做了一定的貢獻，為市場經濟的發展添磚加瓦，在自己發展得同時也促進了市場經濟的發展。因此，我們應當不斷地發展虛擬仿真實訓系統，使其深入到更多的地方，讓更多的地方和人們體會到虛擬仿真實訓系統為人們帶來的價值。
總結
虛擬仿真實訓系統的日漸完善，使得人們的生活也不斷的豐富活躍起來，政府、企業、學校等地方對其的應用，也促進了虛擬仿真實訓系統的發展。本論文通過闡論虛擬仿真實訓系統的虛擬仿真機器人機械臂模型用到的三維建模技術及軟件（如Maya、Max等）、原理以及虛擬仿真技術的應用領域和發展趨勢的研究，探討了虛擬仿真實訓系統的價值和市場經濟價值，同時也為虛擬仿真實訓系統的發展奠定了理論基礎。
參考文獻：
[1]劉仲波 李瑞濤 《擬仿真技術在城市軌道交通工程實訓中的應用》 吉林大學交通學院、吉林交通職業技術學院 2012年第12期
依據企業現有的三坐標數控鏜銑床用CATIA軟件進行機床部件的三維實體造型建模，如主軸、床身、導軌、刀庫等；接著以STL格式輸入到VERI－CUT軟件系統中進行組裝，組裝時應把握其裝配約束關系（即幾何約束關系、運動約束關系和排斥約束關系）設定機床坐標系、部件坐標系和它們之間的關系，然后根據機床的拓撲關系進行裝配。虛擬仿真數控機床建模完成后，要設置各運動部件的運動參數，如工作行程范圍、刀具補償等，其中主軸中心到主軸端面的距離和主軸線的偏移距離參數較為重要，應正確設置，以免影響仿真結果的正確性。
2虛擬仿真數控鏜銑床應用研究
通過虛擬仿真數控機床的建立，除對機床的運動進行論證和虛擬設計好所應用的機床夾具外，主要是對數控加工過程進行仿真論證，以解決刀具運動軌跡錯誤、刀具干擾選擇錯誤等問題，同時，利用虛擬仿真技術可以進行加工過程的優化，以充分利用機床和提高生產率。
2．1驗證數控加工過程的錯誤
進行仿真驗證時，通過系統應用等軟件將零件的加工信息轉換為STL格式輸入到仿真加工系統生成數控加工程序，最后進行仿真加工，驗證程序軌跡是否存在錯誤。在實際工作中，由于輸入數據有誤造成仿真加工時零件形狀錯誤與輸入圖形信息不符，如刀具未進行補償、未抬刀、啃刀等，此時可返回原圖形信息輸入模擬數據，進行檢驗校正干涉碰撞錯誤，這是數控加工經常產生的錯誤之一。驗證時觀察刀具對非加工部件，如對工作臺、夾具等的干涉、碰撞及對工件非加工表面的碰撞，也可對經常發生的干涉現象進行專門的驗證。
2．2優化數控加工程序
應用VERICUT軟件時，其帶有在知識庫基礎上建立的優化模塊，根據所加工小樣的類型選擇加工機床參數、應用刀具參數、金屬切削數據庫等知識進行加工過程的優化，其優化內容主要為粗加工、精加工及高速切削加工時的優化。
2．2．1粗加工優化
為提高生產效率、達到盡快去除粗加工余量的目的，根據已給出的進給量對刀具走刀路徑上應去除的金屬材料進行速度優化，實現粗加工安全、穩定、高效率。
2．2．2精加工優化
切削力的變化是影響加工尺寸精度和表面粗糙度的主要因素，為此在刀具切入、切出時應調節進給率，使其切削力產生較小的變化，減少振動，從而提高加工質量、延長刀具的使用壽命。值得注意的是，在用球狀銑刀加工傾斜面或曲面時進給量會有較大影響，加以適當調節則可使切削平滑、順利地進行。
2．2．3高速切削加工優化
在工件刀具不產生振動的前提下，高速切削是切削加工的發展方向，通過高速切削不僅可提高生產效率，同時會降低工件的表面粗糙度值。減少切削力的優化方法主要是控制進給量，保持較為穩定的切削力和切屑去除率，通過實際應用對球狀銑刀加大進給率，提高主軸轉速進行精加工的效果較好。當然也可采用優化切削速度，即對主軸轉速進行精加工優化，達到提高表面質量的目的。
3應用特點
利用虛擬仿真技術對數控加工進行仿真試驗，通過一段時間應用獲得較為顯著的效益，主要表現在以下幾方面。
3．1提高生產效率
通過仿真切削加工的優化，提高了加工過程的合理性，針對不同加工對象優化切削速度和進給量，使其達到最優切削狀態，減少刀具的非正常損壞，從而減少輔助時間，提高加工效率。
3．2提高加工質量
據統計，飛機制造業新機研制過程中加工廢品的30％是由于工人操作不當造成，60％是由于數控程序錯誤造成，10％是其他原因而形成；為此，利用該仿真系統可模擬加工過程，提高了數控編程的正確性，可以大大減少廢品的產生。
3．3減少數控機故
數控加工時，刀具的碰撞、干涉會導致較大的損失，采用虛擬仿真技術可以避免并減少機床和刀具在加工時不必要的損失。縮短新產品的研制周期新產品研發時，加工出合格的關鍵零、部件是其中重要環節之一。傳統方法試制單一零件耗時費力，容易出現廢品，而通過虛擬仿真技術則可基本上驗證了所編數控程序的正確性和可靠性，為新品試制節省了大量時間，降低了新品試制的成本和研發周期。
4結語
1虛擬仿真技術能創造情景教學，充分調動學生學習的積極性
情景教學法是適合中職院校學生的一種教學方式，提升學生的學習興趣，使學生可以更快的融入到課堂教學中，情景的設計可以和實際情況相結合。虛擬仿真技術就是實現可以在課堂上給學生模擬真實環境的平臺，培養學生的實際操作能力，改變目前只能進行理論教學的現狀。
電子技術教學中更多是進行電路的教學，虛擬仿真技術可以有效的將真實的電路工作情況給學生呈現出來，讓學生可以親自觀察所有復雜的電路情況。使教學不再局限于苦思冥想的抽象理論教學中，而是能夠更直觀、更明了在虛擬平臺上給學生展現出來，讓學生直白的理解理論知識。例如利用flash動畫將PN結的多子的擴散和少子的漂移直觀的表現出來，以利于學生對PN結概念、形成過程以及導通條件的理解。
再如將電子技術教學中放大電路的電阻、電容、晶體管、電源通過虛擬技術multisim模擬出來，再采用multisim里模擬測量工具直觀的測出電壓、電流的關系，從而更好地理解晶體管的放大、飽和、截止，以及放大電路三種組態。有了直觀的呈現，學生就會產生學習積極性，學習積極性得到提高就解決了學習的根本問題。
2虛擬仿真技術能架起理論與實踐相結合的橋梁
課堂上學生的參與度直接影響著課堂氣氛，虛擬仿真技術可以讓學生有身臨其境的感覺，讓學生更主動的參與課堂教學，對知識的掌握更加牢固。中職院校進行電子技術教學時的重點就是電路教學，可以利用虛擬技術將實際的電路操作臺在課堂上模擬出來，讓學生可以真正的動手將電路中出現的各種問題進行解決，從實際操作中掌握知識點、理解理論知識，將理論教學和實踐教學相結合，使學生畢業后更容易接手實際工作，達到出校園就有能力進入社會的培養目標。
3虛擬仿真技術中穿插小組探討式教學，更有利于學生創造力的培養
探討式教學可以培養學生的思考能力和自主學習的能力，電子技術教學僅僅依靠教師是不夠的，更多的是需要學生自己進行探索，將教師講授的知識自己實踐、驗證之后才能更好的掌握，虛擬仿真技術在課堂上的應用就是給學生提供一個自主學習、合作學習探討的平臺。
電子技術教學中對電路的分辨是所有教學的基礎，對于電路的理解和學習，可以讓學生以小組的形式利用仿真虛擬技術系統來進行自主學習，找到各種電路圖之間的區別，加深學生的記憶，從而更好的掌握對電路圖的分辨能力。例如同一個電路各組件可以有不同的取值，讓學生一小組討論各取值之間的理論情況，通過Multisim等仿真技術加以驗證。
再例如讓學生通過學習整流電路理論的學習，各自設計整流電路，最后在Multisim實現出來，以小組的形式討論誰的設計更成功，成功了，成功在哪？失敗了，錯在什么地方。通過小組的探討，與其他同學設計結果的對比，學生能找到自己的問題所在，從而更好地培養學生的創造力。
而且虛擬仿真不需要耗材，在虛擬仿真軟件上面可以隨意設置原件參數，也不會把設備燒壞，這樣更有利于學生大膽的嘗試和創新。
4應用虛擬仿真技術存在一定的挑戰
目前虛擬仿真技術并沒有在所有院校的電子技術教學中得到應用，主要原因就是沒有專門的教師對這項技術進行學習，還無法完全掌握這門技術以便應用到實際教學中，因此，想要更好的應用虛擬仿真技術，首要條件就是要在學校內組建一支教師隊伍專門進行該技術的研究學習，熟練掌握是基礎，還要有能力對其他教師進行指導，使虛擬仿真技術在電子技術教學中得到普及。進行電子技術教學的教師更應該積極主動的進行學習，使課堂教學的氣氛更加輕松愉快，學生的學習效果得到提升。
5虛擬的模擬操作應該與實際操作結合起來進行教學
虛擬仿真技術雖然可以在課堂上讓學生體會實際操作的感覺，但是卻不可以完全代替實際操作，因為模擬操作系統是人工設置的，很多實際操作中會出現的情況在虛擬系統中并不能夠完全體現，所以仿真虛擬系統的應用在電子技術教學中只是起到了輔助作用，實際的操作練習也是很重要的，絕不可以將實際操作的重要性忽略掉，而是應該將兩者的優點結合起來，進行綜合教學，有效的提高學生的電子技術操作水平。
6結束語
我國科技的進步發展在中職教學中得到了充分的體現，尤其在電子技術的教學上更是有著很大的意義，虛擬仿真技術在中職的電子技術教學中得到應用是提升學生實際操作能力的途徑之一，使學生未來適應工作的能力得到加強，讓學生走出校園就可以得到企業單位的認可，增加學生的就業概率，使學生在競爭力極強的社會上更容易站穩腳跟，獲得更大的發展機會。
參考文獻：
[1]陳閩蜀.虛擬仿真技術在中職電子技術教學中的應用分析[J].蘭州教育學院學報，2015（03）：111-112.
[2]徐冬冬.中職電子技術教學中虛擬仿真技術的運用[J].大東方，2016（04）：195.
作者簡介：李承玉（1983-），男，云南保山人，講師，理學學士，研究方向：電氣自動化。
1.1 虛擬現實仿真技術在高職實踐教學中的研究現狀
虛擬現實是人們通過計算機對復雜數據進行可視化操作與交互的一種全新方式，與傳統的人機界面以及流行的視窗操作相比，虛擬現實在技術、思想上有了質的飛躍[1]。
虛擬現實仿真技術目前在國內外發展較快，廣泛應用于高校實踐教學、企業生產加工、醫學研究、軍事等領域，美國的虛擬現實仿真技術代表著行業領先水平[2]。
我國許多高校和研究機構也已經利用虛擬現實仿真技術，開展教學和實驗實訓方面研究與開發，廣泛應用于高校的實踐教學，將會對其教學模式改革起到極大推動作用[3]。國內的一些高職院校，將仿真技術軟件廣泛應用于三維造型設計、數控模擬加工等實踐教學環節，收到了較好的教學效果。
1.2 虛擬現實仿真技術在高職實踐教學中應用研究的意義
利用虛擬現實仿真技術構建一個虛擬的實訓場所和學習場景，可減少高職院校因實訓設備不足而產生的影響因素。通過進一步整合教學資源，提高實訓設備的利用率，提高學生學知識、練技能的濃厚興趣，提高實踐教學效果和學生的實踐應用能力，具有深遠的意義。
2 虛擬現實仿真技術在高職實踐教學中的研究內容
2.1 虛擬現實仿真技術進行虛擬設計實踐教學的應用研究
傳統設計是設計者根據產品用戶的需要，將所設計產品的結構通過圖紙表現出來，經過計算或者經驗認證后，再投入生產試制中進一步檢驗其結構設計的正確性與合理性。而虛擬現實仿真技術在實踐教學應用研究中主要體現在以下幾個方面：
2.1.1 利用虛擬現實仿真技術開展UGCAD模塊實踐教學的應用研究
對于工業用戶，EON Professional帶有高端的CAD和3D數據格式轉換模塊，它通過優化，快捷地把各種CAD和3D數據轉換成EON格式。其基本模塊支持30多種格式，如AutoCAD，CADKEY，KGES，Maya，3ds max，LightWave，SOFTIMAGE 3D和SolidWorks等。此外，它還支持關鍵幀（key-frame）、自動常規校正、頂點縫合、幾何/平面削減、保持UV貼圖和紋理的情況下任意調節的組合貼圖。
我院機械類專業實施實體建模、特征建模和自由形狀建模三個模塊的實踐教學，使學生能夠方便地建立二維和三維線框模型、掃描和旋轉實體、進行布爾運算及建立表達式。掌握圓柱、圓錐、球、圓臺、凸墊及孔、鍵槽、腔體、倒圓角、倒角等命令的操作。能采用逆向工程，通過曲線/點網格定義曲面，通過點擬合建立模型。還可以通過修改曲線參數，引入數學方程控制、編輯模型。
2.1.2 利用虛擬現實仿真技術開展MoldWizard模塊實踐教學的應用研究
實施MoldWizard注塑模具設計模塊的實踐教學研究，要求學生能進行中等復雜程度的注塑模具和冷沖模設計。掌握UG MoldWizard（注塑模具設計向導）的操作界面，熟練掌握數字化裝配，中等復雜產品的分模、添加模架、鑲塊、滑塊、電極、澆注系統、冷卻系統以及選用各種標準件等有關內容。
2.1.3 利用虛擬現實仿真技術開展產品分析模塊實踐教學的應用研究
以UG軟件為平臺，開展UG產品分析模塊的實踐教學研究，分析與探索產品模型受力、受熱后的變形。以模具企業設計崗位的崗位知識、能力、情感要求為課程目標，以模具產品為項目載體，以Moldflow模流分析軟件為工具，按工作過程來設計教學活動、組織教學。使學生掌握基本CAE分析方法的基本過程，為將來工作中實際應用提供必要的理論基礎。
通過模擬塑料的成型過程，可以找出產生這些缺陷的原因，再采取相應的措施來避免。塑料在模具中的成型性能也因模具的澆注系統的設計、塑料的性能、成型的壓力和溫度不同而不同。通過使用CAE軟件分析，有助于讓學生懂得如何優化其模具設計，使生產出來的塑件避免出現各種質量缺陷，優化產品設計及選取合適的注塑工藝等。
通過模流分析軟件的模擬，可以很容易看到是否出現困氣問題，然后根據以上改善方法，擬定初步改善方案，用模流分析進行模擬驗證，得出模流分析結果，對其進行分析比較，這樣就能充分利用模流分析的虛擬模擬仿真，大大節省了試模成本，這就是模流分析之所以能夠得到越來越多人認可的原因。
2.2 虛擬現實仿真技術進行虛擬制造實踐教學的應用研究
利用虛擬現實仿真技術，了解UG CAM的加工類型和特點；掌握UG軟件在銑削加工方面應用知識；熟練掌握UG自動編程的常用命令和基本操作；掌握零件自動編程的一般步驟，并能根據零件特點選擇合適的加工方法。
在CAM自動編程和數控加工中，運用UG軟件的仿真功能對后處理程序進行模擬，用UG數控仿真軟件對加工過程進行仿真，檢查優化其加工工藝的合理性，有效地提高機床的加工效率和模具加工質量。
2.3 虛擬現實仿真技術進行虛擬裝配實踐教學的應用研究
在虛擬仿真實訓室開展模具虛擬拆裝和裝配的實踐教學研究，包括進行產品裝配建模、裝配路徑與順序的設計、零件裝配過程運動分析等內容。
通過虛擬實訓室，開展模具結構的拆裝實驗，模具成型過程的運動仿真，模具知識的索引等實踐教學環節的教學研究。對UG軟件進行二次開發，開發出模具結構認知與虛擬拆裝軟件系統，完成典型模具的虛擬裝配等實踐環節的教學。
3 虛擬現實仿真技術在實踐教學中擬解決的關鍵問題
3.1 虛擬現實仿真技術在高職實踐教學中的應用與研究，有效地避免了高校實驗實訓設備不足的影響因素。學生通過虛擬實驗項目的學習與訓練，減少其真機操作時出現許多失誤問題。
3.2 虛擬現實仿真技術在高職實踐教學中的應用與研究，教師利用虛擬現實仿真技術教學時，與實訓室技師經常切磋技藝、探討操作問題，提高了教師的實踐教學水平。
3.3 虛擬現實仿真技術在高職實踐教學中的應用與研究，改變了學生被動學習的方式，提高了學生學習興趣、綜合實踐能力和高職實踐課堂教學效果。
【關鍵詞】傳統教學，虛擬仿真技術
科技發展帶動著教育方式的更新。傳統課堂教學方式已經遠遠不能滿足現代教學發展的需求。多媒體虛擬仿真技術逐漸應用到現代課堂教學中。
一、傳統教學的弊端
首先，傳統課堂教學方式重理論講授，實踐操作沒有提升到同等高度。但實際上，知識本身就是具有生動的、豐富的實際內容，而作為他的表述性的語言文字、符號圖表等等則是抽象和簡約的。學生在課堂上學習的教材只是由漢字和語法匯集成的書本知識，這就要求學生不論學習什么知識，都要透過語言文字、符號圖表把它們所代表的實際內容想清楚，以至想"活"起來，按照教育心理學的觀點，這樣的學習才是有意義的學習，即理解性的學習。
其次，傳統課堂教學方式重理性認識、輕感性認識。在傳統課堂教學中，感性認識被認為是只能提供認識的具體材料，唯有理性認識才能把握事物的本質。這種感性認識與理性認識之間被人為地設置一道鴻溝。這種重理性、輕感性的理念會影響教學追求理論化、抽象化，不利于學生對知識的掌握。教育心理學研究表明，學生掌握知識的過程是一個感性認識和理性認識相結合的過程。如果學生的感性認識豐富，表象清晰，想象生動，形成理性認識及理解書本知識就比較容易。反之，要掌握書本上的概念、公式、原理等就比較困難。
從心理學的角度看，感性是指人的感知、想象、情感、靈感、直覺等心理機制與功能；理性是指人運用概念進行推理、判斷的心理機制與功能。傳統課堂教學缺乏對人的感性因素的刺激和滿足，從而也使其自身喪失了應有的感染力和召喚力。再次，傳統課堂教學方式重視結論，輕視過程。在很多學科的學習過程中結論與過程的關系是學生求知過程中的一個十分重要的關系。重結論、輕過程正是傳統靜態知識觀的反映和體現。重結論、輕過程的教學只是一種形式上走捷徑的教學，把形成結論的生動過程變成了單調刻板的條文背誦，它從源頭上剝離了知識與智力的內在聯系。就認識活動而言，它主要是學生自主閱讀獨立思考的過程。現代教育心理學研究指出，學生的學習過程和科學家的探索過程在本質上是一樣的，都是一個發現問題、分析問題、解決問題的過程。這個過程一方面是暴露學生各種疑問、思維、障礙和矛盾的過程，另一方面是展示學生聰明才智、獨特個性、創新成果的過程。
重理論、輕實踐，重理性、輕感性，重結論、輕過程，使以書本知識為本位的課堂教學喪失了素質教育的功能。改革課堂教學首先要進行價值本位的轉移，即由以知識為本位，轉向以發展為本位。以發展為本位并非不要傳授書本知識，而是要把傳授書本知識服從、服務于學生的發展。為此必須著眼于更新知識觀和學習現。知識的直觀化、形象化、情感化、個性化、活動化、智慧化是通往素質的必經之路，是教學通向發展的必經之路。
二、現代教學方式進步
現代教學方法有了很大的進步與發展，無論從形式還是內容都較傳統教學有所提高。隨著計算機技術，多媒體技術和網絡技術的深入發展，虛擬技術逐漸由商業環境走向現代的教育教學領域。無論是幼兒園、小學、初中、高中、大學，還是各種各樣的培訓機構，都涉及到現代多媒體虛擬仿真技術的產物。大眾對虛擬教學儀器環境和人類文明的認知不能僅僅局限于一般的瀏覽，在試驗、教學儀器、管理、校園生活等因素基礎上三維立體仿真教育系統應運而生。一個完整的虛擬校園教育體系真實、交互的特點正好是虛擬仿真技術的精髓和魅力所在，也將會對教育方式的變革起到極大推動作用，將會為教育事業增添強大的生命力。
當今社會已經步入數字科技信息時代。加快虛擬仿真技術在現代教育領域開發應用。如虛擬仿真實訓平臺、網絡課程、虛擬仿真動畫（工作過程模擬軟件）、通用素材庫等多種形式的教育數字化信息資源。
三、現代的教育數字化發展
虛擬仿真技術周期短、安全性高、真實感強等特點 ，已逐漸成為現代教育領域不可缺少的組成部分。原來老師黑板寫，學生底下記的時代已近過去。各種層出不窮的虛擬仿真實訓平臺、虛擬仿真動畫、網絡課程，提升了現代教育的實力，改變了現代教育的理念，升華了現代教育的層次。一系列計算機虛擬仿真技術在現代教育的應用發揮著不可取代的作用。
現代教育數字化研究和開發是迎合科技發展，將仿真技術應用到教育教學中，提高現代教育數字化信息化進程，完善了現代教育的結構。虛擬仿真技術的發展影響著現代教育。一個具備高素質的教育平臺，不單單是對硬件的需求，教育軟實力的發展程度同樣制約著該教育平臺的高度。現代教育機構的競爭、學習、發展，在多方面體現在多媒體虛擬技術的發展程度。做好現在教育領域多媒體仿真技術的研究與應用，是對當代教育領域新的發展空間的拓展，具有劃時代的意義。
多媒體仿真技術在現代高校教學過程中虛擬平臺的搭建，如虛擬仿真動畫的設計與制作。特別是針對“課堂上無法實際操作”高難度教學內容，例如：建筑外立面效果替換、某生產工藝的生產流程、某建筑的建造流程展示、某儀器設備的使用、維護、保養。提高教學質量，真正實現《教育部關于加快推進職業教育信息化發展的意見》中，加快開發現代課堂教育數字化優質信息資源。
通過多媒體虛擬仿真技術形象化模型信息的特點，針對實際課程有的放矢。依據課程特點設計合理有效的多媒體仿真平臺，針對教育教學方法提出實際改革方法。（促進教育教學觀念轉變，引領教學內容和教學方法改革； 推動多媒體仿真技術在現代高校數字信息化進程。
虛擬仿真技術的交互性、逼真性、虛擬性、沉浸性在現代課堂教學中，充分發揮其特色，有效的輔助教師現代課堂教學。切實推進現代教育廣泛、深入、有效地應用數字信息技術，不斷提升現代高校虛擬仿真平臺、虛擬仿真動畫、網絡課程、虛擬環境的建設，全面加強數字信息技術支撐現代課堂教學改革發展的能力，以先進的現代教育數字信息技術改造傳統教育教學模式，以信息化促進現代該等教育現代化的進程。
參考文獻：
[1]姜大源，關于職業教育課程體系的思考[J].中國職業技術教育，2003（5）.
Abstract：With the reform of medical mode and the development of innovation education， training high quality medical talents has become an important mission for each of medical colleges. As an important teaching method of training high-quality practical medical talents，virtual simulation technology plays an important role in promoting medical experimental teaching reform and innovating medical education teaching mode and training in the standardization of the medical students' comprehensive skills.Virtual simulation experiment teaching has been carried out in Chengdu Medical College by virtual experiments platform and clinical simulation laboratory teaching system constructed， which promotes the students' innovation ability and improve the teaching quality.
Key words：experimental teaching；virtual simulationtechnology；medicine
高等醫學教育屬醫學生的臨床前技能教育階段，實驗教學和臨床見習、實習的實踐教學貫穿了整個醫學教育過程的始終。充分的實驗室訓練操作是醫學生獲得必要的綜合技能的重要環節[1]，在醫學實踐教學環節中，通過計算機網絡向學習者提供“自主、交互、開放”的數字化的虛擬實驗環境是國內外高等醫學教育革新教學手段的普遍潮流，已成為現代教育技術應用的一大趨勢。
1 傳統醫學形態學實驗面臨的挑戰
隨著高等教育改革的不斷深化，幾乎每個普通高等醫學院校都面臨招生規模急劇擴大引發的場地、設備、師資等教學資源短缺等問題困擾，加上醫學專業特殊性、傳統的醫學實驗、實踐教學模式已面臨重大挑戰。
1.1 人體教學標本資源日趨緊張
在醫學教學中，人體解剖標本的觀察和直接參與尸體解剖是加強實踐性教學、培養學生動手能力的一個重要環節。近年來，隨著招生人數的不斷擴大，多數醫學院校已經出現人體尸體標本嚴重短缺的現象，并且影響到了實驗教學的質量，有的院校甚至取消了局部解剖學的尸體解剖環節[2]。雖然，許多醫學院校已逐漸開展了社會人士的遺體捐獻工作，在一定程度上緩解了尸源不足的問題，但距離教學需要仍相距甚遠。此外，隨著醫療技術的進步以及我國病理尸檢工作的萎縮，一些比較常見的疾病如感染性/傳染性疾病、寄生蟲病等也已很難獲得教學標本，使得實驗教學資源日趨緊張。
1.2 實驗項目單一、陳舊
多年來，實驗教學一直處于從屬地位，實驗內容多側重于驗證性實驗，自主實驗及綜合實驗項目明顯不足。醫學科學發展迅猛，一些新技術、新理論不斷涌現，而實驗內容過于單一陳舊，更新速度嚴重滯后，十分不利于醫學生實踐能力及創新能力的培養。部分涉及生物醫學前沿技術的實驗項目，可能由于實驗儀器或耗材昂貴，或實驗準備或操作時間太長，或操作專業性要求太高，也限制了實驗項目的廣泛開展。
1.3 缺乏與時俱進的教學手段
傳統實驗教學多采用老師示教、講解，學生按照實驗指導按部就班的實驗，然后撰寫實驗報告，缺乏豐富多樣的教學方法和手段，很難激發學生的學習熱情，實驗室也難以做到真正意義的開放，不利于學生自主學習模式的開展和規范化的實驗技能培養，因此，教學效果難以得到保證。
1.4 實驗室安全管理難度加大
近年來，隨著中央與地方院校共建項目的逐漸實施，大量先進儀器購入以及現代化實驗室的建設，加上許多大學生創新、開放實驗項目的開展，使大量的不同層次的學生走進了基礎醫學實驗室，人員流動性增大，實驗實驗室利用率明顯加大，容易出現各種安全問題，如實驗動物、實驗藥品、實驗操作、生物危害與生物安全等問題[3]，給基礎醫學實驗室的安全管理帶來了巨大挑戰。
2 醫學虛擬仿真實驗的特點
醫學虛擬仿真實驗是針對醫學實驗的現象及過程，通過仿真、虛擬現實、多媒體等技術及相關設備將操作實踐與實驗材料、實驗儀器、實驗內容、實驗方法步驟等有機結合在一起，從而模擬現實的實驗環境，對仿真試劑或人體器官、“實驗動物或標本”等進行虛擬操作，實現對學習操作人員的各種感官反饋的模擬，獲得身臨其境的學習體驗。可完成某種預定的實驗項目，所取得的學習或訓練效果等價于甚至優于在真實環境中所取得的效果[4]。虛擬仿真實驗具有激發學生學習興趣、內容豐富、體驗逼真、安全無污染、節約成本、高效開放等特點。醫學虛擬仿真實驗是醫學與信息技術深度融合的產物，在生物醫學實驗教學、臨床教學、疾病診斷、假體植入、手術模擬、康復保健、遠程醫療等諸多方面有著廣闊的應用前景，近年來已在國內外多所醫學院校開展運用[5]。
3 醫學虛擬仿真實驗教學平臺的建設
成都醫學院醫學虛擬仿真實驗教學中心是以“以實為本、以虛補實、虛實結合”和“安全、開放、共享”為原則，依托基礎醫學實驗教學中心、臨床醫學實驗教學中心、藥學實驗教學中心、檢驗醫學實驗教學中心等4個省級實驗教學示范中心，通過整合全校虛擬仿真教學資源而建立的，是基于校園骨干網覆蓋的“集約、合作、開放”的、采取“校―企合作、校―校合作、校―院（醫院）合作”方式建設的“共建、共管、共享”實驗教學平臺，2014年該平臺正式成為100所國家級虛擬仿真實驗教學中心。
該中心資源由仿真實驗室資源和虛擬數字資源兩大部分組成。仿真實驗室由高功能模擬人、心肺聽診、心肺復蘇、綜合穿刺、外科手術、OSCE考試等6個仿真功能實驗室組成，可開展綜合類技能訓練類實驗30項。虛擬數字資源主要包括基礎醫學、臨床醫學、藥學、PBL實驗教學等5個模塊組成，可開展虛擬操作實驗300項。中心現有專兼職教學、開發、管理人員31人，其組成人員分為3類：第一類為具有醫學專業背景的人員組成（26人，其中正高5人，副高12人）；第二類為具有信息工程及網絡技術專業背景人員組成（3人，其中正高1人，副高2人）；第三類為外聘企業技術人員（2人，均為高級工程師）。中心主任由主管教學副校長擔任，全面負責中心的規劃和建設。
4 我校虛擬仿真實驗的應用
我校虛擬仿真實驗面向臨床醫學、麻醉學、醫學影像學、護理學、藥學、醫學檢驗學等所有專業的本、專科層次醫學生及研究生開放。據2013年數據，已開設16門實驗課程，年實驗學生人數達5100人/年，年實驗人時數達816400人時數時/年，開放實驗課達139500人時數/年；培訓住院醫師2166人次；成為四川省規范化住院醫師臨床技能大賽的指定承辦單位。
近幾年隨著學生虛擬實驗開展力度的加大，虛擬仿真實驗教學平臺對我校實驗教學的貢獻度也不斷提高，已取得了一批教學成果。2010年和2012年，參加全國大學生基礎醫學創新實驗大賽各獲1項三等獎。2011年獲第十二屆“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品決賽一、二、三等獎、優秀獎各1項；2011年首屆全國護士執業水平技能大賽獲理論成績一等獎、技能三等獎、團體二等獎；2012年獲第三屆全國高等醫學院校大學生臨床技能競賽分區賽一等獎、總決賽一等獎；2013年、2014個分獲第四屆全國高等醫學院校大學生臨床技能競賽分區賽一等獎、總決賽二等獎。
【論文摘要將虛擬仿真技術引進教學領域后對傳統教學手段產生了強烈沖擊。本文針對航空電子裝備教學中如何應用虛擬仿真技術給出了應用方法和心得。
1.引言
自 20世紀 9O年代以來,以計算機仿真技術 、多媒體技術和虛擬現實技術為特征的“虛擬仿真實驗室”開始在世界各地出現,并逐步滲透到教學領域。作為一種新型的實驗教學手段,虛擬仿真教學對傳統的教學手段產生了強烈沖擊,并引發了教學領域一系列深刻的變化。種種跡象表明,虛擬仿真教學將是今后實驗教學改革的一個重要發展方向。本文結合多年來在航空電子裝備教學中應用虛擬仿真技術的經驗,探索在航空電子裝備教學軟件中應用虛擬仿真技術的方法和心得。
2.虛擬仿真技術簡介
虛擬仿真技術是對虛擬現實技術和系統仿真技術的合稱。
2.1虛擬現實技術
虛擬現實技術就是利用三維建模技術,構建一個和現實世界的物體和環境相同或相似的虛擬三維場景,并能響應用戶的輸進,根據用戶的不同動作做出相應的反應。虛擬現實的關鍵技術主要有動態環境建模技術、實時三維圖形 天生技術、立體顯示和傳感器技術等。虛擬現實技術主要側重于對真實物體物理特征的仿真,也稱為視景仿真,它主要用于產品設計和展示、貿易廣告、游戲設計等。
在航空電子裝備教學中,大量用 到對裝備的外觀 、結構 、組成 、連接 、機安裝位置的展示 ,傳統教學大都采用實物展示 的方法 。近年來隨著大量航空電子裝備 的更新換代,因受經 費、場地及使用壽命等因素的限制 ,傳統教學方法 已遠遠不能滿足要求 ,而采 用虛擬現實技術的展示方法則 以其廉價 、無場地限制和效果 良好得以廣泛應用。
目前有大量成熟的軟件平臺可以進行視景仿 真的開發,主流平臺Creator Vega Vega Prime VTree OPENGVS QUEST3D VRTOLLS EON、WEB3D、JAVA3D、GLStudio等。其中,MULTIGEN公司的虛擬現實數據庫 OPENFLIGHT已經成為 了產業標準 ,在軍事 、航空航天等領域應用都 比較成熟 。在航空 電子裝備虛擬仿真軟件的開發中我們采用r Vega Prime、GLStudio和 EON作為視景仿 真開發的技術平臺 ,解決物理模型的創建、場景顯示等新題目。該平臺可以達到照片級 的視景仿真效果 .同時采用嵌進 OPENGL技術來解決物理模型 的交互新題目。
2.2系統仿真技術
系統仿真技術是伴隨著計算機技術的發展而逐步形成的一門新興學科 .它通過建立實際系統 的數學模 型 ,利用計算機運算來達到對被仿真系統的分析、探究、設計等目的。系統仿真技術主要側重于對真實系統的內在機理、運動方式 的仿真,也稱為行為仿真。系統仿真技術最初主要用于航空、航天、原子反應堆等價格昂貴、周期長、危險性大實際系統試驗難以實現等少數領域,后來逐步發展到電力、石油、化工、冶金、機械等一些主要產業部分,并進一步擴大到社會系統、經濟系統、交通運輸系統、生態系統等一些非工程系統領域。 在航空電子裝備教學中,對裝備工作原理的講解既是重點也是難點。傳統教學方法主要通過教員的講述,配合一些靜態的圖形幫助學員理解 .教學效果主要依靠于教員的授課水平和技巧 。近年來.我們嘗試將系統仿 真技術應用到航空電子裝備教學中,根據被仿真裝備的工作原理,建立系統的數學模型,并根據裝備的不同工作狀態,對模型進行動態運行.結合虛擬現實技術實現的逼真場景.較好地模擬實際裝備的工作情況。利用該技術開發、研制的教學軟件不但可供教員教學使用.也可供學員自學,并達到了較好的教學效果。
目前,有很多成熟的系統仿真開發平臺軟件.如 Simulink、SystemView等,這些軟件以其功能強大和使用方便、易用性受到廣大用戶歡迎.但價格較為昂貴,且大多未提供對外的仿真數據接口.仿真系統應用的靈活性、擴展性和可變性受到很多限制。當然也可自行開發適用 的仿真開發平臺軟件。在航空電子裝備虛擬仿真軟件的開發中我們采用的是自行開發的系統仿真平臺軟件。
3.虛擬仿真技術在航空電子裝備教學中的應用方法和步驟
3.1建立仿真模型
這里所說的仿真模型既包括反映航空電子裝備外觀、結構的三維物理模型 ,也包括揭示其內在工作機理及行為的數 學模 型。對三維物理模型的建立,主要依據裝備本身的物理狀態,其原則就是在盡量減小面數的同時進步逼真度。對系統數學模型的建立,則需要視系統的復雜程度進行取舍和優化,本著夠用為度的原則 ,以盡量減小運算量。建立數學模型時 ,還應考慮到系統運行時的參數調整。
3.2創建仿真裝備的虛擬場景并驅動
對于虛擬場景的驅動,根據使用方式的不同采用了不同的方式假如進行的僅是裝備外觀、結構的展示,可使用EON進行動作的編輯和驅動;假如需要對裝備進行虛擬操縱仿真,則使用 GLStudio軟件先進行操縱面板、虛擬儀表的編輯和制作,然后再利用 Vega Prime驅動以實現更復雜的交互操縱。
3.3系統集成
系統集成就是將上述做好的模型、場景按照教學軟件所需的形式將其有機的整合在一起,使之成為_個完整的 、規范的教學軟件。系統集成可以使用目前常用的軟件開發平臺如 VB、vc++等。由于上述虛擬現實驅動軟件如 EON、GLStudio及Vega Prime等均以ActiveX控件方式提供 了可用 于常用 軟件開發平臺的運行插件,因此,系統集成變得十分方便。編寫程序時,只需考慮軟件功能的布置,注重程序間的兼容性即可。
系統集成時,還需要將系統行為仿真的結果通過視景仿真表現出來,即用行為仿真的數據來驅動三維物理模型的動作。由于系統行為仿真采用了專門的運行平臺,和視景仿真處于不同的系統進程中.因此這種驅動是通過兩進程間的實時通訊來完成的。這里還需要考慮進程間的同步新題目。
關鍵詞:虛擬仿真技術；機械工程；實驗教學
高校工科類專業中,操作實踐是教學中重要的組成部分,我國大部分院校都設立了工科類的專業操作實驗室,為學生動手能力和創新能力的提高創造條件。在傳統的機械工程實驗教學中,使用儀器設備的密集程度非常的高,使得實驗的復雜程度大大增加。很多儀器設備的價值昂貴,體積結構為實驗的操作帶來極大不便。學生只能在教材知識的基礎上刻板地進行實驗的操作,在這種情況下學生的創新能力和主觀能動性就不能得到發揮。眾多高校在實驗室的更新建設中,因為受到資金的限制,會繼續使用舊的儀器設備,這些設備在長期的使用過程中出現機能老化,已經不能滿足當前機械工程實驗教學的需要。在計算機技術不斷發展的基礎上,虛擬仿真技術的應用成為現在機械工程實驗教學中普遍的教學手段。
1機械工程實驗室的虛擬實驗改進
現在高校實驗教學中的問題越來越突出,制約著教學效率和質量,突出體現在很多院校的實驗基地和實驗單位的建設能力非常有限,不能滿足學生自己動手操作要求,不能實現對學生進行基礎理論知識深化和了解。很多院校為了節省資金,減少出現實驗設備的安全問題等,在進行實驗教學的時候,主要是以參觀和講座的形式進行實踐培訓,學生基本沒有實踐動手的機會。在這種情況下,就會造成學生畢業后,參加相關工作沒有機械設備操作的經驗,無法獨立完成工作的內容。尤其在是實驗教學的過程中,學生會逐漸失去對實驗知識的學習動力和興趣,對學生長遠發展造成負面影響。所以在科學技術不斷發展的今天,機械工程該實驗室教學要轉變傳統的教學模式,采用先進的科學技術更新教學理念和教學手段,實現實驗教學方法和教學的完善。在院校的機械教學中,實驗教學是學生進行知識學習和鞏固的重要手段,是學生實踐操作能力培養的根本方法,是當今院校機械制造專業教學中最為重要的環節,是現代化機械人才培養的基本途徑。通過現代化的教學方式可以最大程度提高學生實踐動手能力,保證學生在實驗動手操作的基礎上對基本理論知識進行理解和完善。通過這樣的實踐實驗教學,可以使學生合理將基礎知識理論與實踐內容相結合,在動手實踐過程中逐漸形成獨特的自我知識技能認知能力。現在大多數院校利用的是CAD機房,然后在此硬件設施的基礎上,實現部分實驗室教學方式的改革。并且引進虛擬仿真技術對現有的實驗設備進行更新和改進。在機械工程實驗室教學中應用虛擬仿真技術,不但可以避免在實驗教學過程中出現設備的故障隱患,還能最大程度提高學生的實踐動手能力,為學生專業理論知識的學習提供科學實踐依據。對實驗室部分設備裝置進行傳動性能實驗、數控加工仿真實驗和減速器裝配實驗,最大程度提高了機械工程實驗教學的效率和質量。
2虛擬仿真技術在機械工程實驗教學中的典型應用
2.1帶傳動性能測試實驗
帶傳動性能測試實驗是機械工程專業實驗室教學中的一個重要組成部分,其主要是讓學生能夠直觀地觀察帶傳動的彈性滑動和打滑現象,還能有效地對實驗中的相關機電設備的承載能力進行分析,根據分析的數據參數實現對帶動問題的控制。進行傳動性能測試實驗的時候,需要利用的機械設備有力傳感器、電動機、轉矩力測桿、光電測速裝置、發電機等。這些實驗機械設備主要通過人工實現傳動性能測試,這樣的測試方式主要的特點是人工費用會高于設備使用的費用。在虛擬仿真技術的基礎上,進行帶傳動性能測試系統的設計可以最大程度提升機械工程實驗教學效率和教學質量。
2.2數控加工仿真實驗
數字加工技術是現代制造業中一個核心的技術,在現代制造業的進步和發展過程中發揮著至關重要的作用。數字加工技術是綜合計算機應用技術中的微電子技術和機械加工技術。現在眾多院校的機械自動化成為一門重要的專業,這門專業的核心內容是在數控機床的操作中利用數控加工技術。但是數控機床的價格非常高,設備運作形式單一,并且運行程序的設置相當復雜,不能實現對每一位學生實驗操作需求的滿足,這種復雜性的實驗操作,只能滿足極少部分學生的需求,嚴重制約了機械工程實驗教學的效率。虛擬仿真技術在機械工程實驗教學中的應用,可以實現讓每一位學生加入到具體的機械工程實驗中來,對機械機床加工環境和流程才形成一個系統認知。
2.3減速器裝配實驗
機械設計的一個基礎項目是減速器在機械設備中的使用。在傳統的減速器實驗教學中,都會利用實物代替減速器的教學方法。虛擬仿真技術在機械工程實驗教學中的應用,實現了通過實物模擬模型的拆卸,進行減速器的構成結構的直觀講解。
3虛擬實驗室建設的構想
在進行虛擬實驗室建設思路設計的時候,首先,可以不考慮實驗室應用設備的操作性,也就是保證實驗室需要操作實踐的目標和任務與相關機械工程專業知識系統相統一,然后再研究實驗設備的穩定性。其次,要構思虛擬仿真平臺的建設,例如：機械操作平臺中的仿真器、ECU和虛擬演示平臺等。在整個虛擬仿真系統框架的設計中,主要是滿足院校機械工程類專業學生實驗操作的需要,所以一定要保證虛擬仿真實驗結果的精確性,才能確保學生對理論知識的掌握和鞏固。一般構建虛擬實驗室要進行仿真計算,觀察相關系數,觀察預先系數與實際操作系統是否統一。再次,仿真器的構建設計,隨著計算機軟件技術在機械工程實驗中的應用,虛擬仿真器代替了原來操作實驗中的實物操作,最大程度簡化了實驗步驟。并且仿真器可以利用USB實現與虛擬演示平臺的鏈接,在實驗的過程中可以保證虛擬演示平臺及時接收到虛擬實驗仿真信號,通過PWM模塊實現向ECU傳輸一定頻率的方波,在多媒體上模擬機械設備的工作原理,在虛擬實驗進行的時候仿真器利用USB將仿真實驗得到的數據傳送到模擬演示平臺,實現學生實驗操作的參數需要。最后,建立虛擬仿真系統,利用相關的計算機應用軟件,編輯建立應用模塊,結合相關的3Dmax建模工具建立虛擬演示平臺中的技術模塊,將模塊中的內容以特定的文件格式導入虛擬演示平臺中,最終讓學生在虛擬演示平臺中進行相關機械工程實驗操作。
4結語
綜上所述,虛擬仿真技術在現代院校機械工程專業實驗教學中的應用,可以克服傳統實驗中的眾多實驗問題,保證學生能夠主動參與到實驗操作中來,提高機械工程實驗教學的質量。所以,院校應該重視對機械工程實驗室的虛擬實驗改進,以及虛擬仿真技術在機械工程實驗教學中的具體應用手段和方法,對傳統的實驗教學進行更新和補充。虛擬實驗要緊密結合現代科學技術和先進的計算機應用技術,滿足機械工程專業學生實驗操作要求的同時,適應院校實驗室敬愛教學的改革和發展。
參考文獻
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[關鍵詞]虛擬仿真技術；治安教學訓練
應用型人才是公安院校人才培養工作的目標，而實踐能力是人才培養工作的重要內容，治安課程是建立在治安專業理論基礎上的應用性課程，具有較強的實踐性，治安專業在實踐能力訓練中卻大量存在實戰訓練中的高度危險性以及不可及、不可逆的訓練環境條件和內容（比如處置、事故現場處置和暴力犯罪的處置、巡邏盤查等），這為發展治安學虛擬仿真實驗教學提供了需求和空間。虛擬仿真技術是計算機、智能、傳感、圖像處理與模式識別、音響與語音處理、網絡等多個領域技術的綜合性技術。迅速發展的現代教育訓練技術把虛擬仿真技術引入到了實踐性的教育訓練中，使傳統的教育模式進一步得到改變，也使得教與學的方式發生了革命性的變化。治安管理虛擬訓練系統主要用于公安院校治安專業學員和公安干警崗位能力訓練，為公安院校創新開展實訓教學提供有效支持。基于虛擬仿真技術內涵分析，探討治安課程虛擬仿真訓練環境設計以及在治安教學領域中的應用前景。
一、虛擬現實及相關技術
（一）虛擬現實概念及特點解析
虛擬現實（Virtual Reality，簡稱VR，又稱靈境），是指以計算機技術為核心的現代高技術生成融視覺、聽覺、觸覺等多位一體的虛擬環境，使用者利用匹配的設備以現實的方式與虛擬環境中的對象進行自然交互，從而讓使用者會形成親臨真實環境的體驗。虛擬環境指利用計算機建構的有逼真色彩的立體幾何圖像，它既可以是某特定的真實環境，也可以是能夠滿足使用者需求的虛構虛擬環境。匹配的設備指穿戴于使用者身上或置于使用環境中的傳感裝置。比如：頭盔式顯示器、數據手套等設備。自然交互是指用現實活動方式對虛擬環境內的對象進行互動并得到實時反饋，如使用者運動等。虛擬現實具有的三個特點。
一是沉浸性。虛擬仿真技術的沉浸性是其在訓練領域的應用技術最突出的特點，運用該技術使受訓者能全身心進入到建構的虛擬環境中，調動其感覺器官達到同真實環境相似或相同的逼真程度，成為知識掌握、能力訓練直接w驗化的工具。這種逼真體驗不是獲得的間接經驗，而是受訓者在逼真模擬情境中通過自身的體驗獲得的直接經驗，因此，利用虛擬仿真技術使受訓者獲得的知識和能力效果最好的。
二是交互性。交互性是虛擬現實技術不同于其它媒體技術的重要特征，體現虛擬現實技術創設的是一個開放的互動性人機環境，利用先進的人機接口，通過多樣受訓者感覺通道的實時模擬交互，當使用者做出如手控、語言命令等相應的操作時，創設的情景里能具有相應的回應。因此，交互性是指使用者對創設的情景的可操作度和從情景里獲得到回應的實時性。
三是構想性。構想性特征反映了虛擬現實技術運用具有無限寬廣的想象范圍，可拓展人的認知廣度與深度，可任意構想現實不存在或是發生可能性小的情景。
隨著虛擬仿真技術的在教育訓練中的運用，虛擬仿真技術的沉浸感、交互性、構想性三屬性，提高了受訓者的綜合能力培養效率。
（二）虛擬現實技術
1.利用三維建模技術，構建虛擬訓練環境。三維建模技術需要CAD和視覺建模等技術的結合，以此提高數據獲取的效率，當然在構建虛擬環境中更多需要采用視覺建模技術。而對象物體的三維模型是三維模型建構的基礎。在治安學針對治安管理中的虛擬三維訓練環境建構，通過建構相應的管理、處置環境圖庫，包括處置背景、場景、各種警用裝備和處置人員等，為使用者創造一種變化多樣、逼近真實的立體環境，使用者能夠有置身其中的臨場感覺。在訓練中，可以采用綜合了照片、影像和現實街區數字地形數據等生成處置區域三維立體環境，以幾乎一致的三維環境來訓練執行處置任務的學員，可以提高執行任務的效率。
2.交互技術。虛擬現實系統運用的交互技術主要功能是對物體和各種輸入的處理。用戶要完成的任務通過仿真引擎輸送到虛擬空間，并計算完成動作并呈現在虛擬環境中。虛擬現實中的人機交互方式多樣，可以通過計算輸入設備，也可利用數據手套、跟蹤器、三維探針、操作桿等交互技術等。比如：數據衣、手套可計算出身體、手的空間位置和狀態，關節的位置和方向可通過手指動作以及各個部位傳感器來確定，為使用者提供真實的三維交互方式，從而實現對虛擬環境中物體的操作，數據手套是VR系統常用的交互設備。
3.傳感技術。傳感技術包括定位、跟蹤、感知反饋等技術。虛擬環境用戶的定位和跟蹤主要是通過空間傳感器來確定。跟蹤系統由發射和接收器、電子部件等構成。比如，聲音跟蹤可以包括多個發射、接受和控制單元，它可以與其它設備相連，如，數據衣和手套等。視覺跟蹤技術是跟蹤投影在圖像投影平面不同時刻和不同位置上的光，確定跟蹤對象的空間動靜狀態。感知反饋是使用者感知圖像、聲音、作用力等的過程。視覺反饋包括實體造型、光照模型、消影、紋理影射等內容。立體視覺反饋顯示器可以使用者兩眼呈現視差的平面圖像合成并呈現立體視覺反饋。
4.計算處理技術。計算處理技術具有快計算、大儲存能力、強處理能力屬性，主要包括數據轉換與預處理、實時仿真圖像生成與顯示、聲音合成、多維信息數據融合、轉換、壓縮以及數據庫的生成、模式識別以及信息檢測、合成和識別、分布式與并行計算等綜合性計算技術。可以說虛擬現實系統是以高性能計算技術為核心的創新科技，是系統性能強弱的根本。
二、虛擬治安管理訓練模塊及環境設計
（一）虛擬治安管理主要訓練模塊
虛擬治安管理訓練模塊，采用虛擬現實三維仿真引擎進行開發，主要模擬接處警、公共安全危機處置和消防仿真演練的各類場景、人物角色、工具設備和工作流程。以工作流程為主線，以交互的方式進行教學實訓。主要開發以下實訓模塊：一是接處警教學實訓模塊。包括接警、處警、現場控制和現場制止違法犯罪行為等三維交互教學實訓子系統。二是公共安全危機管理教學實訓模塊。包括了群體性危機事件處置、恐怖襲擊危機事件處置、公共事故災難危機事件處理等三維交互教學實訓子系統。三是消防仿真應急演練模塊。包括演練培訓與考核、消防監督檢查、消防裝備與滅火技術、火災救援指揮等三維交互教學實訓子系統、應急疏散等三維交互教學實訓子系統以及通過動作捕捉系統進行交互演練的半實物實訓系統。
（二）虛擬治安管理訓練環境設計
虛擬現實技術與治安管理實訓相結合，可以產生虛擬治安管理及相關問題處理環境，這樣的仿真世界如同身臨其境，操作者能夠進入該環境，直接參與該環境中事物的變化過程并能互動。虛擬治安問題處理環境設計這是基于治安問題分析模型、治安問題處理等虛擬現實，是呈現治安管理及問題處理系統的三維空間和處理過程的虛擬仿真環境，訓練者可以根據構想和意愿去構建完善治安管理及問題處理時空關系、分析和處置模型等，并能實時檢測交互結果，通過循環性反饋結果獲取規律性認識。
一個高效虛擬現實系統，都需要設計模型、處理數據、分析評估等程序。當然，治安管理及相關問題處理虛擬現實系統也需要。根據虛擬現實系統的三屬性及其之間關系，可以將治安管理及相關問題處理虛擬現實系統訓練看著為一個空間系統，由治安管理相關載體和物理條件所構成。
通過虛擬現實系統實現環境逼真模擬，首先要進行治安管理及相關問題處理環境設計，即將治安管理及相關問題處理環境進行數字處理，這種把環境建構處理成符合治安管理及相關問題處理模擬訓練要求的設計過程，就是治安管理環境的仿真設計。為了能夠真實模擬治安管理及相關問題處理過程，就需要經過設計使用和驗證過程，以保證模擬效果和質量。
治安管理虛擬訓練系統涉及數據處理和感知虛擬現實。通過治安管理及相關問題處理數據來識別虛擬環境，并將其模型化，也就是將虛擬環境數據轉變為計算機認知虛擬環境模型。虛擬環境感知是以運用虛擬環境影像、聲音等內容呈現治安管理環境，訓練者運用操作系統體驗感覺管理環境，實現現場情況觀察、態勢走向把握以及決策輔助的目的，并評估和接受感知結果。治安管理虛擬訓練系統是以數據處理虛擬仿真為核心，由于模型驅動導致數據信息變化可通過虛擬環境感知轉遞到訓練者，同時，人機交互也可改變數據處理的結果。
建立虛擬治安管理環境需要現實調研獲得特征數據。特征數據擁有精確坐標和特征編碼，用于表現虛擬現實環境，比如建筑、道路、廣場等。對于虛擬三維環境設計，要根據標準數據生成街區等公共場所中的靜態以及運動物體，然后覆蓋紋理，生成虛擬場景。對于治安管理環境，可以用航拍照片和特征紋理的方法建模，紋理可以通過掃描用數字相機拍攝場景照片和手工繪制圖片生成，三維模型建立完成后，可以進行特殊效果處理。
三、虛擬現實在治安學中的應用前景
高速發展的信息技術，虛擬現實與GIS技術的有效結合實現了虛擬仿真，治安管理及問題處理訓練仿真系統就是利用虛擬現實和GIS技術的仿真系統。近年來，公安院校大力加強校內外實踐教學，虛擬仿真實驗教學是公安院校實踐教學建設的重要內容，是公安實戰能力的重要基礎。虛擬現實技術創造了一個新的訓練環境，將訓練領域和結果接近真實的展示，使其沉浸于其中，激發訓練創造性思維，這將學生技能提高到一個前所未有的水平，通過虛擬仿真實驗教學，也促進治安學實踐教學的整體素質和教育水平。
（一）學生的教育訓練
虛擬現實技術運用于教育訓練，將更能引起受教育者的興趣，提高教學訓練效果。對治安學有關的教育訓練，傳統的治安專業知識大都以教科書來呈現，通過講授以及借助于文字案例、有關的視頻等教學工具來實現，但如能借助于虛擬現實技術，就可以將直觀的綜合性治安信息搭建模型，利用虛擬現實系統的功能系統，讓受訓者通過一次次足不出戶的虛擬經歷就能置身于治安問題處理和能力訓練。治安學虛擬仿真訓練主要結合接處警、公共安全危機處置、公共場所治安防控、治安事故現場處置等，包括的內容涵蓋人群管控、違法犯罪的現場制止、公共安全危機管理、治安秩序管控、應急救援等教學訓練模塊，每個模塊根據實際工作內容的復雜程度和工作量的大小不同定制開發一個或多個虛擬三維仿真模擬場景，旨在盡可能真實的還原公共安全工作的真實環境和人物行為，讓參訓者沉浸在高仿真的環境中，產生身臨其境的感觀體驗，從而達到最佳的教學實訓效果。目前，公安院校在處置訓練上存在較多問題，由于受現實訓練條件限制，實訓展開次數少，如果訓練操作不當還可能出現危險，如果運用仿真系統實現模擬發生及處置全過程，可以實現訓練者在場景中沉浸，并能運用多種方法控制現場、處置事態，觀察處置中的變化過程，可以讓處置訓練者體驗并學習到如何對各種處置環節和情形做出反應，并且對處置結果進行直觀評價。
（二）研究者理論研究
虛擬現實技術為治安學理論研究提供了特殊手段和方法，利用它可以為治安學理論進行全過程研究，讓學者完全沉浸于計算機環境中的三維場景，充分表達學者構想，并得到構想形成的結果，獲得規律性的認識。特別是一些難以記憶、掌握的統計數據可以轉換成直觀性強三維圖形圖像，尋找各種治安現象之間的關系，更能理解和把握，達到研究目的。比如警察巡邏規劃和治安防控制w系建設研究。
（三）課程虛擬實驗
利用虛擬現實技術可創建一個基于計算機為核心的虛擬實驗平臺，利用虛擬仿真技術進行技能訓練、虛擬實驗，創設的虛擬環境的演示物可擺脫實驗室所需昂貴的器材，降低實驗成本，而實驗效果基本接近現實技能訓練的教學效果。對于不具備現實條件開展訓練的項目，也能在此環境實現。比如：對公共場所危爆物品處置，傳統的教學訓練主要依靠講授和視頻展開，而虛擬現實技術提供體驗公共場所危爆物品的處置現實環境，并將結果呈現以此檢驗科學性、合理性。
（四）治安實踐應用
關鍵詞：仿真軟件；高職；機電一體化；實訓教學
中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1671―1580（2013）1―0054―02
一、虛擬仿真技術在實訓教學中的優勢
1.保證每個學生得到充分訓練
虛擬仿真實訓完全可以做到一人一機，保證每個學生都能得到充分訓練。仿真操作可縮短材料、儀器或工卡量具的準備過程，操作完成后，也節省了回收時間，極大地提高了操作效率。
2.節能減耗安全
引入仿真操作教學，最根本的好處是對原材料、工量具、儀表設備的節約。如機械拆裝作業操作一次，零件清洗需消耗煤油，安裝需加脂、油，多次拆裝還會對軸、軸承座等造成磨損，操作錯誤，還可能引起人身傷害、設備的毀壞等嚴重事故。仿真操作過程可以實現無油料消耗，避免設備和元件損壞，極大地降低操作消耗和環境污染。仿真操作不會對操作對象如設備、儀表、元件等造成實質性損害，更不會因操作失誤對學員造成人身危害。
二、虛擬仿真技術在實訓教學中的主要問題
1.仿真軟件產品難以兼顧學校的特定需求
市場上推出的各種教育仿真軟件由于專業的批量生產方式，難以兼顧所有學校的特定需求，如在仿真的實訓設備上與具體學校的真實設備不盡相符，在功能模塊上與職業院校的教學方案也還不能完全匹配，因此不能確保每個學校都能做到仿真實訓與實操實訓良好銜接。
2.與真實實踐仍有較大差距，易造成誤導
采用虛擬現實技術教學時，能夠為學習者提供接近實際的虛擬場景，學習者大多通過鍵盤、鼠標操作進行技能訓練，獲得實踐經驗。但這種方式終歸不是真正動手實踐，在一定程度上降低了技能訓練效果。同時，采用這種方式進行危險性操作時不會造成損失，容易使學生產生錯誤的安全感覺，養成在實際工作中不遵守操作規程的不良習慣。
3.弱化師生情感交流，情感培養缺失
采用虛擬現實技術教學時，需要借助計算機或網絡終端，使本來直接的師生關系變得復雜，師生之間的交流處于“半隔離”狀態，教學中的“人―機”關系或“人―機―人”關系削弱了師生之間的直接交流，不利于情感目標（如思想品質、心理素質等）的實現。
三、虛擬仿真技術在機電一體化專業實訓教學中的應用策略
1.購置引進與校本開發相結合，建設仿真教學資源
職業院校機電一體化專業通常涉及機、電、液、氣等多方面學科，口徑寬，知識面廣，目前市場上還沒有哪一個軟件能夠全面滿足機電專業實訓教學需要。另外，同是機電專業，不同的職業院校專業定位、教學內容、教學載體等也是不盡相同的，市場上通用的仿真軟件難以兼顧所有學校的特定需求，因此，需要廣辟渠道，采取購買引進和校本開發等多種途徑，建設仿真教學資源，為機電專業教學提供支持。
（1）購買引進
對于所需求的已經被同類院校的專業廣泛認可和應用的仿真軟件，可直接購買引進。如對于數控機床編程與操作的仿真實訓，我校購進了上海宇龍軟件有限公司的數控加工仿真系統；對于PLC編程訓練，則引進了廣州超軟科技有限公司的PLC仿真訓練與智能考核系統等，這些軟件已經比較成熟，對學生學習掌握編程和調試的基本知識和技能起到了良好的效果。
（2）校本開發
如果市場的商業仿真軟件不能滿足學校的特定需求，或對于部分實訓項目，市場還沒有成熟的仿真軟件，則可進行仿真實訓教學資源的校本開發。如機電設備機械部件的裝調與維修是我院機電一體化專業主要的教學模塊之一，目前市場上相關仿真軟件有汽車廈門創壹軟件公司開發的數控機床虛擬實訓系統、沈陽柏年信息技術發展有限公司開發的CA6140普通車床拆裝與檢修仿真實訓系統等，這些軟件雖然能較好地展示部分機械產品的機械結構、安裝過程，但在機械裝配調試工藝的展示方面還不能滿足我院的需要。我院與上海宇龍軟件有限公司合作，共同開發了“機電一體化專業實訓仿真系統”軟件。軟件總體架構采用“虛擬教學系統平臺+專業課程軟件包”結構。根據機電一體化專業的典型工作崗位特點，教學內容總體上分為典型機械部件的拆裝與調整（機械原理、拆裝與維護課程軟件包）、機電設備電氣系統的裝調與維修（機電控制、PLC、傳感器與檢測技術等課程軟件包）、液壓氣動系統的裝調與維修（液壓氣動裝調課程軟件包）等三個模塊（以后可根據需要擴展）。仿真實訓注重裝配調試工藝的展示，突出裝配圖識別、裝調工藝制訂、調試和檢測等基本技能的養成訓練，注重將職業教育與國家職業標準相結合，并提供了實訓和考核的功能。
2.虛擬和實際相結合，開展實訓教學
虛擬仿真實訓教學有助于學生理解實訓內容，并在一定程度上提高學生的動手能力，但虛擬仿真實訓本身有一定的局限性，并不能完全代替實物實訓。如在機械部件安裝調試實訓教學項目中，涉及到各種各樣典型的機械零部件、機械結構的裝配和調整，用到的裝調工具，包括扳手、拔銷器、拉馬、芯棒、百分表等種類、型號很多。采用虛擬仿真實訓教學軟件，學生雖然也能使用到這些機械設備和工具，但部件的安裝是程序化、理想化的，不像實際那樣會遇到各種情況，工具的使用也只是用電腦鼠標點擊就可以了。學生即使在仿真實訓中得心應手，到實際操作中也可能會無從下手。因此，在進行虛擬仿真實訓的基礎上，安排后續的實操實訓，或有目的地安排一些實訓內容在真實環境中操作完成，以彌補仿真實訓教學的不足。 3.優化仿真實訓教學模式，加強情感交流
由于情感教育在促進學生個性發展、開發身心潛能、優化教育教學過程等方面發揮著重要作用，因此仿真實訓教學實施過程中，不僅要確保教學效率，還要注重師生之間、學生相互間的情感交流，培養學生團隊合作和協同解決問題的能力。
我校在仿真教學實踐中，逐步探索出四階段式教學模式：①仿真演示講解原理。教師講解設備結構、工作原理，一邊講理論一邊通過計算機仿真軟件實時展示，使學生從枯燥的理論教學中解脫出來，給學生一個直觀的認識。②實訓操作步驟演示。重點講解操作流程及注意事項。③學生模擬操作、教師巡回指導。學生利用仿真軟件進行操作仿真，教師巡回指導，及時掌握學生學習動態。④學生分組實際操作、教師巡回指導。讓仿真模擬考核通過的學生直接進入真實的實訓環境進行實際操作，并提交最終作品。在③、④環節中，采用分組討論、協作學習等形式設計教學，注重師生和生生之間情感互動，培養學生團隊合作和協同解決問題的能力。教師在巡回指導中，對學生的學習情況要及時給予激勵評價，這樣可以使學生始終保持樂觀開朗、積極向上的心態，愉快地完成訓練任務，促進學生健康人格的形成和全面發展。
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關鍵詞：虛擬數控；加工過程；仿真技術
虛擬數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。由于切削的系統是一個較復雜的加工系統，因此，在加工的過程仿真技術還具有一定的不成熟性，也就是在虛擬的數控加工過程中還存在著諸多的問題需要解決。
1.在虛擬數控的加工過程中對仿真技術的主要分類
隨著科技的進步，虛擬數控加工技術在制造業加工領域得到了廣泛的應用，而仿真過程是虛擬的制造技術最關鍵的技術和最主要的核心內容。物理的仿真技術與幾何的仿真技術是對虛擬數控的研究與探索的最主要的兩個方面。
1.1.對物理的仿真技術的解析
物理的仿真技術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生的各種參數，且各參數數據間相互耦合。所以，在建模的過程中怎樣綜合看待數據參數及影響的原因，是在切削的過程中建模的最關鍵所在。
1.2.幾何的仿真技術的解析
在幾何的仿真加工過程中，并不考慮切削力與數據參數及別的原因對切削的加工過程的具體影響，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 虛擬現實系統的構成
2.數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過程，在切削的加工過程中出現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的過程中依然存在一定的不成熟技術，主要是由于在數控的加工過程中，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果，這就直接導致了在虛擬的數控加工過程中出現的相應的局限性。
2.1.仿真的模型具有較差的實用性
現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，以增加實際的系統及仿真的系統之間的飽和程度，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
現在存在的仿真模型一般都是根據具體的工況，根據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，如果這時其中有數據參數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進行結合
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，幾何的仿真技術與物理的仿真技術在具體的加工過程中并沒有充分的做好結合的工作。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境，現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.對總體結構的仿真系統進行解析
數控機床的具體加工系統是由幾部分組成，數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，要想完成數控的加工仿真的技術過程，就必須建立健全一套數控機床的幾何模型，并在此基礎上完善數控機床往運動模型發展的進度，進而完成數控機床加工的過程中仿真技術的應用。
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聯，同時在一定程度上也有利于在進行裝配的序列規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系，相反的，圖的結構能夠更加容易的表達出各個零件之間的相互關系，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系及相關的路徑，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系，而且結構也較復雜，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，對裝配的幾何關系進行的具體描述；第二，裝配的拓撲關系的具體描述；第三，對零件的層次性進行結構的解析；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，能夠采取層次的結構手段。
3.2.完善仿真模型技術的應用
在系統的應用過程中，裝配體的表達方式是一棵樹的形式，樹的相關根節點所表示的就是用戶所需要的相應的裝配體，零件在樹樁的結構中使用的是較低層中的葉結點來進行表達，其中非葉結點的具置不會發生變化，也只有處在一個層次的裝置單元會產生約束位置的變化，處在不同層次的裝置單元會產生相應的從屬關系的變化，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。
結語：
現代虛擬的仿真技術，在發展的過程中要逐漸的將技術應用到數控的加工過程中，對仿真技術進行不斷研究與探索，主要提升數控的加工仿真系統的相關質量，建立健全仿真技術的整體結構，逐漸實現仿真技術手段及方法的多樣性應用，以加強模型仿真技術的適應性與可靠性。
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關鍵詞：計算機仿真 工業工程 實驗教學
計算機仿真技術是繼數學推理與科學試驗之后認識世界自然規律的第三類基礎方法。基于計算機仿真技術的虛擬教學是指利用實物和計算機軟件共同模擬出真實的情境，讓學生在模擬的情境下進行探究和學習。這種教學方法生動形象，接近現實工作場景，有利于提高學習興趣，使學生在短時間內進入相應情境，真實的體驗如在現實中執行任務的感覺，以達到更快掌握技術手段的目的，而且這種教學方法可以利用計算機軟件的優勢創造出靈活多樣的工作場景且不受行業限制，使學生對實踐問題的認識更深入，采用的應對方法更靈活。由此“計算機仿真技術”便成為專業學習及實際應用中的重要方法和技術手段。工業工程作為管理科學與工程的二級學科，其人才培養目標是培養出面向生產、管理、服務的高級專業技術和管理人才，面向的工作崗位主要有制造業現場管理、產能計算、生產計劃與控制、項目管理、精益生產等，以及服務業的流程優化、工作研究等。其中，制造業涉及行業范圍廣、產品種類多、工序過程各異，因此，在教學過程中需要通過一系列系統的實驗項目培養學生專業的問題提煉能力及問題分析能力，并采用專業的技術方法和手段有針對性的對問題本質進行處理。然而，正是由于工業工程方法應用行業的廣泛性及多樣性，使得我們不可能如其他5類工程學科般擁有自己典型的實驗實訓設備，亟需我們在實踐教學過程中探索新的教學方法與實驗支撐技術。
1工業工程實驗課程教學現狀分析
工業工程類實驗課程的教學，在傳統的教學模式中，主要是以“理論課+實驗室”的模式，強調學生對工業工程專業基本方法和技能的掌握與應用，如，工作研究、動素分析、人機工程、物流工程、流程優化、現場改善等基本技能與方法論。傳統的實驗教學過程中，基本上遵照如下流程：首先，引導學生進行以上理論課的學習，使學生知道、了解并掌握這些基本的專業手法與技能；其次，通過開設相關實驗課程讓學生對所學的這些技術方法展開實踐，從而幫助學生達到訓練并養成工業工程專業素養的目的。然而，目前所開設的相關實驗課程均是就某一獨立技術方法而展開的較為單純的技能訓練，如，工作研究的實驗主要是針對動作研究、動素分析、生產節拍平衡開展具體分析過程實踐，幫助學生深刻體會這些基本專業手法的實際應用場合；人因工程，主要是通過系列人因實驗帶領學生親身體驗，感受高度、亮度、顏色、頻繁度、規律度等人因影響因素帶給人視覺、聽覺等感官的切實感受，從而探討基于人因的合理化設計、布局及工作安排；設施規劃布局則是基于物流分析方法，通過物流強度度量，分析部門間的相關性強度，從而為合理布局、物流優化提供有效參考。以上這些實驗均對學生在工業工程專業基本方法技能的培訓上起到了有效效果。然而，卻并未在促進學生養成工業工程職業素養上發揮強化作用。原因在于，缺乏像物流工程、系統工程、系統建模及仿真優化等這類有關工業工程系統設計、管理及優化的主干課程的綜合性實踐項目，要設計出針對本專業基本技能方法的綜合性實踐項目，需要的制造業相關設備、產品品種等數量巨大，且耗費大、成本高，很難從實際操作入手，計算機仿真方法不失為解決此問題的一種有效方法。基于計算機仿真技術的虛擬教學則以其高效率、低成本、內容豐富、性能有效和安全等優勢得到越來越多的應用和推廣。因此，應該將“項目教學”“案例教學”“教、學、做”一體化和基于計算機仿真技術的虛擬教學的方法結合起來，充分發揮各自的優點，提升實踐教學效果。基于計算機仿真技術的虛擬教學很容易與其它先進的教學方法相結合，因此，在工業工程類實驗課程的教學中，將基于計算機仿真技術的虛擬教學與其它教學方法相結合，有助于提高實驗課程教學效果，而且成本低、效率高，使學生可以不受場地、行業、設備與產品的限制，使學生更好的掌握專業技能和方法，并通過基于計算機仿真平臺開發的綜合性實踐項目，鍛煉學生的工業工程系統設計、管理及優化的綜合能力，培養學生的專業素養，從而促進本專業人才培養效果的提升，計算機仿真技術在工業工程類實驗課程的教學中具有重要的意義。
2計算機仿真技術在實驗課程教學中的應用
計算機仿真技術為人們提供了一個理想的實踐教學手段，目前國內外已經普遍將其應用于軍事訓練、課程教學、運動訓練以及醫學研究等方方面面。美國是計算機仿真技術虛擬現實的起源地，現在美國計算機虛擬仿真技術的發展水平也比較高，在這個領域代表了國際先進水平，也是第一個把虛擬仿真技術應用在教育教學中的國家，目前在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件等幾個方面，形成了一個比較系統的虛擬仿真教學儀器架構。如，美國的卡羅萊納州立大學利用Java技術建立了基于Web的探索式虛擬物理實驗室，主要有以下幾個模塊：基于JavaApplet的虛擬實驗設備和實驗設施、相關的實驗課程模塊、實驗結果評價模塊、協作模塊。在歐洲，英國在計算機仿真技術虛擬現實的相關領域處于領先地位，研究出了虛擬仿真軟件包，并應用在教學儀器和工業安全培訓等方面。如，英國的諾丁漢大學在教育和學術方面對虛擬仿真技術進行了研究與探索，其目標主要在于探索桌面虛擬仿真的輸入設備應用上。此外，該小組還和其他學校緊密合作，將其仿真系統應用在了特殊學生教育中。在中國，目前各個大學和科研機構也廣泛采用計算機仿真技術建立虛擬場景進行相關領域的教學與研究。例如：中國科技大學開發出第一套基于虛擬仿真的教學儀器系統——利用虛擬仿真技術進行幾何光學實驗平臺的開發，系統將計算機輔助教學儀器的智能化儀器、計算機技術、虛擬仿真和物理教學儀器等有機結合，把物理教學儀器系統推進到了新的領域；北京潤尼爾網絡科技有限公司以北京郵電大學強勢的網絡、通訊、電子三門學科為基礎，采用JavaApplet技術、B/S結構、J2EE框架，為解決高校日趨緊張的實驗設備及實驗場地等實驗教學問題，由北京郵電大學網絡教育技術研究所組織精英力量，經過多年研究，開發出了配套的虛擬實驗系統。通過對國內、外的基于計算機仿真的虛擬現實教學應用情況進行對比，我們發現：當前，國外基于計算機仿真的虛擬實驗比國內開發時間早，應用相對成熟，不管是在仿真器材還是仿真軟件上都比較豐富、且功能較多；同時，國外很多成熟的仿真實驗產品價格普遍偏高，且技術難度也不太適合本科學生，更適合研究所或工程師使用。盡管如此，我國還是有很多現行的成熟的計算機仿真軟件供我們選擇，這些成熟的仿真軟件具有界面友好、可擴充性、支持二次開發等特性，甚至大多實現模塊化利于定制化實驗的開發，基本上能滿足國內高等院校實驗教學需要及豐富的仿真實驗需求。因此，國內很多高校及科研院所普遍采用購買成熟的仿真軟件產品，基于自身的仿真實驗需求進行對應的二次開發，從而設計出適合自己的基于計算機仿真的虛擬實驗平臺，并得到了很好的應用發展。就工業工程類實驗課程而言，現在市面上流行的仿真軟件，如，Flexsim、witness、em-plan等都能提供給我們一個良好的仿真實驗平臺，供我們在這些平臺上進行綜合性實踐項目的構建和開發。
3基于計算機仿真技術的實驗教學模式開發
在深度分析學生學習特點和企業真實需求的基礎上，基于建構主義學習理論和混合式學習理論，按照社會發展對人才培養的要求，結合計算機仿真實驗教學設計的基本原則，借鑒信息化和項目教學、案例教學設計方法，探索出基于實踐項目、真實案例和工作任務的計算機仿真實驗教學模式，實現了“教、學、做”一體化的實驗設計。該模式由“項目導入、制定計劃、實施計劃和成果展示與評價”4個環節組成，其中，計算機仿真實驗教學貫穿了該模式的所有環節。下面簡單介紹該模式的具體實施方案。
（1）在“項目導入”環節，專業教師的活動包括：借助選定的計算機仿真實驗平臺，導入項目任務及目標、展示項目結果，讓學生對項目有一個直觀的認識，然后再布置具體的實踐任務；利用計算機仿真實驗平臺，讓學生明確自己應當完成的具體任務和完成任務后可以獲得哪些知識以及達到什么樣的技能水平；在充分考慮學生的現有知識和能力水平的基礎上，適當采取分工協作方式，安排具體的任務完成時間及成果的評定方法等。
（2）在“制定計劃”環節，學生的活動包括：通過自主學習、分工協作等方式，對具體實踐項目的目標、任務進行分析；確定任務所涉及的專業方法和技能手段，充分應用已掌握的專業知識和能力，借助計算機仿真實驗平臺，設計出仿真實驗模型幫助決策與優化；確定仿真實驗任務的實施步驟，為仿真實驗任務的實施做好充分的準備。
（3）在“實施計劃”環節，學生的活動包括：在計算機仿真實驗平臺上，按照擬定的計劃，逐步完成實踐項目的仿真任務；在完成實踐項目仿真任務的過程中，學生通過應用所學專業知識和技能，建構自己的專業知識，從而幫助自己養成專業素養。
（4）在“展示與評價”環節，學生的工作包括：在計算機仿真實驗平臺上展示自己的實踐項目仿真成果；參與討論和評價；通過對比分析，學生對自己的實踐項目展開進一步的仿真優化處理。
4結語
將計算機仿真技術與項目教學、案例教學更加緊密的結合起來，能夠更好的實現“教、學、做”一體化，并且，在顯著改善實驗教學條件、提升實驗教學效果的同時，減少了設備消耗，尤其是耗材的使用量，節省了實驗經費，而且克服了時間與空間上的限制，使工業工程綜合實驗課的開課率和學生的專業綜合能力得到顯著提升。計算機仿真技術在專業實驗教學方面的應用前景廣泛,值得深入研究。
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