时间：2023-07-12 17:07:13
关键词：建筑工程；施工；虚拟仿真技术；应用发展
Abstract: with the rapid development of social economy, the virtual simulation technology in architectural engineering in the construction of use, can prompt found construction, the deficiencies in the improvement of construction quality at the same time, still can fundamentally save the cost of construction project investment for the future of input use lay the foundation. In this, this article in view of the construction of the application of the virtual simulation technology development, do the following discusses.
Keywords: building engineering; The construction; Virtual simulation technology; Application development
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
在21实际科学技术迅速发展的时代，计算机技术的普及，在推动社会发展的同时，还极大的改变了人们的日常生活。计算机智能系统在建筑工程施工中的运用，能够有效的规范工程施工技术，提高工程的管理水平，为建筑工程的施工质量提供有效的保障。在当前我国建筑工程施工领域中，常用的软件系统主要包括专家系统、 智能管理系统、 办公自动化系统等几个方面，这些计算机技术的应用，在原有的基础上弥补了传统施工方法及理论上的不足，避免了工程施工中不必要的麻烦。在此，本文从虚拟仿真技术、虚拟仿真系统在建筑施工中的应用以及虚拟仿真技术在工程施工中的研究和应用展望等三个方面出发，针对虚拟仿真技术在工程施工中存在的问题及完善途径，做以下简要分析：
一．虚拟仿真技术
在当前工程施工建设中，虚拟仿真技术是指通过计算机图形技术、计算机仿真技术、传感器技术、显示技术等多种学科的优势，为人机 对话提供了更直接和更真实的三维界面，并能在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境，使用户身临其境。在虚拟技术使用的过程中，除了能够对制定技术进行虚拟模仿外，还能通过真实逼真的环境，为技术的实提供相应的环境支持，在当前社会发展的过程中，虚拟仿真技术在多个领域中得到了飞速发展。而虚拟仿真技术在建筑工程施工中的运用，其核心在于通过同虚拟仿真技术，真实的再现工程施工中的各个环节，确保施工程序的规范化、科学化，在保障施工质量的同时，还能发现施工过程中存在的问题，以便在实际施工中能够将其造成的损失降到最低。由此可见，虚拟仿真技术在建筑工程施工中有着极其重要的作用。
二．虚拟仿真系统在建筑施工中的应用
在当前人们的日常生活中，虚拟仿真技术作为一门新兴的学科，已经广泛应用到各个行业中，而虚拟建造在形成使用的过程中，至今仍没有形成统一完善的体系，其中既包括技术原有，也在一定程度上存在着较大的资金投入。在当前我国虚拟建造理论形成的过程中，主要体现在以下几个方面：首先，通过对建筑理论的研究，将建筑理论融入到虚拟建造中，为其下一步的施工环节奠定基础。其次，在虚拟仿真技术在建筑施工领域的运用，能够凭借自身的可视化仿真优势，将施工过程中的整体施工体系，清晰的反映出来，以便在实际施工中能够及时的弥补施工过程中存在的不足，确保施工活动的顺利进行，在节省大量施工成本的同时，还能为其下一步的发展奠定基础。最后，虚拟仿真技术在建筑行业中的应用，其核心在于计算机软件研制与系统开发。
三．虚拟仿真技术在工程施工中的研究和展望
随着社会经济的迅速发展，建筑行业也在原有的基础上取得了进步，而虚拟仿真技术在建筑工程施工领域中的运用，不是一朝一夕就能形成的，而是需要长时间的积累与发展。且在其具体实施的过程中，其核心取决于计算机硬件和仿真软件本身的发展。在当前虚拟仿真技术实施的过程中，其存在的问题主要表现在以下几个方面：
首先，在虚拟仿真系统开发实施的过程中，对计算机的硬件平台提出了较高的要求，且在研究开发的同时，需要在专业的工作站及实验室中进行。由此不难看出，企业在进行虚拟系统研究开发的过程中，需要投入大量的资金建造实验室，同时还要购买国外先进的设备与软件，这些，都在一定程度上限制了虚拟仿真技术的应用。
其次，虚拟仿真技术在建造工程施工运用的过程中，需要借助国外进口的软件平台。然而在其实际实施的过程中，结合着我国当前社会的发展现状，在施工企业虚拟仿真系统的集中型软件几乎不存在，再加上建造工程本身施工周期长、规模大、施工程序多等影响因素，对项目开发的成本及技术都提出了较高的要求，而这些，都是当前从事虚拟仿真技术研究人员应解决的。
最后，在虚拟仿真技术研究开发的过程中，人才作为其研究的主体，不仅关系着虚拟仿真技术的研制开发，还在一定程度上关系着建造企业的生产发展。由此就需要建造企业在实施虚拟仿真技术的过程中，其核心基础自爱与培养自己的开发骨干，确保在软硬设施具备的前提下，能够全方面的开展虚拟仿真技术的研究。
面对当前社会经济的发展形式，虚拟仿真技术在建造工程施工中的运用，已经成为社会发展的必然形式，同时也是科技发展的必然结果。在我国一些大型施工企业，其工程技术人员具备高水平的软件研发能力，且在研究的过程中，加上计算机的辅助，能够结合着建造工程的实际状况，将虚拟仿真技术运用进去，真实的再现建筑施工中的每一个施工环节，通过逼真的环境渲染，能够使施工管理人员第一时间发现施工活动中存在的问题，并及时的采取措施进行避免，在减少建筑工程成本投入的同时，还能保障工程的施工质量，为其今后的投入使用奠定基础。
仿真技术的应用使仿真软件取得了飞速发展，新的并行计算方法、 新的仿真平台和编程技术使其具有更好的可扩展性。实行校企 （研） 联合是加快建筑业科技进步， 推进施工现代化的一个重要捷径。建筑企业采用与专门科研院所合作的方式， 充分利用高等院校的科研实力和人才优势， 建立起长期的合作伙伴关系， 积极开发和应用虚拟仿真系统。
总结：
综上所述，随着社会经济的迅速发展，虚拟仿真技术在建筑工程施工中的运用，能够及时的发现施工过程中存在的问题，通过相应的措施将其避免；同时能够在原有的基础上规范施工程序，完善工程的施工管理，在确保工程施工质量的同时，还能在原有的基础上促进我国建筑行业的发展，为我国社会的发展做出杰出的贡献。
参考文献：
[1]禹禄君.探究虚拟仿真技术应用的新模式[J].长沙通信职业技术学院学报，2008，(04) .
[2]吴青萍，张慧敏.建筑工程施工中虚拟仿真技术探索与实践[J].常州信息职业技术学院学报，2009，(06) .
【关键词】虚拟仿真技术；建筑工程；施工
近年来随着社会经济的不断发展，计算机技术也开始普及，并在建筑工程中得到广泛应用，促进了管理水平与施工技术的提高，对施工科学的进步与发展也起到了非常重要的作用。现阶段建筑施工中主要应用的软件系统有CAD辅助系统、智能管理系统以及办公自动化系统等等，这些计算机技术的广泛应用对传统施工理论是一种改造与发展，同时也为传统的施工方法带来了新的理念，目前在建筑施工过程中应用虚拟技术已经成为可能，通过虚拟技术的应用，建筑施工将会创造更大的经济效益与社会效益。
一、虚拟仿真技术在建筑施工中的应用
虚拟现实技术主要结合了计算机方针技术、计算机图形技术以及现实技术等多种学科的优势于一身，使人机交互对话成为了可能，为其提供了更加真实、直接的三维界面，同时还在多维的信息空间中搭建虚拟的信息环境，用户在使用时会产生一种身临其境的感觉。虚拟现实技术一方面结合了仿真技术的优点，另一方面为用户提供更加真实的环境效果，在很多领域中都有非常广泛的应用。
仿真技术是基于系统动态模型的一种实验方式，具有经济性与安全性的优势，在很多领域中都有广泛的应用，例如航空航天、电力、交通等等，此外，在煤炭、化工等领域中也有很好的应用。
二、虚拟仿真系统在建筑施工中应用的意义
虚拟现实技术主要指在工程施工过程中对施工进行模拟，首先需要在施工之前掌握各种构建在结构中的相互关系即相对位置，在实验中通过多种方法，对工况应力进行计算，使方案得到优化，其产生的意义主要可以从以下几方面进行探讨。
（一）优化施工方案
在建筑工程施工过程中，施工组织、施工方法的选择都要建立在一定的施工经验基础上，从这一方面来说具有一定的局限性。与此同时，现代建筑都具有鲜明的个性，所以施工就不能完全重复，虚拟仿真技术的使用可以在方案中将施工组织与施工方法科学、直观的展示出来，并将方案的对比定量完成，这对于方案的优化是非常有利的，促进了最有施工的真正实现。
（二）引入新的施工技术
虚拟仿真技术在工程施工中的应用可以最大限度的降低技术人员对施工工艺进行试验的成本，帮助施工人员革新思路，同时还可以将新技术的成效完美的展示出来，大大缩短新技术的引入与推广时间。
（三）施工管理更加便利
施工仿真技术可以对施工全过程进行事先的模拟，在模拟的过程中就可以将施工管理中容易出现的安全、质量等隐患及时找出来，并采取相应的措施对这些隐患区域进行强化，使施工现场的管理效果及施工质量得到明显提高。
（四）便于进行安全生产培训
施工虚拟仿真技术可以将施工过程情况直观的显示出来，有了这种技术的帮助，操作人员就可以更加全面的来哦接操作流程，做到优质的完成工程施工任务。
（五）大型工程设计
施工虚拟仿真技术可以对设计是否合理进行考察，从而可以更好的修改拟改进部位，获得的设计效果将会更加令人满意。同时，设计的方针对设计单位与施工单位以及业主之间进行设计交底也是非常有利的。
（六）建筑市场管理
在招标过程中，施工虚拟技术可以直观的对比各方的成效，评标的公正性与透明度因此得到增加，这对建筑市场的规范性管理是非常重要的。
（七）其它方面
施工虚拟仿真技术的开发一定会带动虚拟现实技术的广泛应用，应用到建筑业的其它方面，并充分带动城市规划的优化和虚拟现实技术的发展。
三、建筑施工中虚拟仿真系统的研究与应用前景展望
（一）应用现状
现阶段虚拟现实始终作为一门新兴科学而存在，虚拟建造直到现在也没有得到一个十分明确的提法，现阶段的研究主要集中的理论、研究以及系统的层面上。
（二）应用展望
仿真技术是否可以在建筑施工领域中得到广泛引用，主要取决于仿真软件及计算机硬件的发展，现在虚拟仿真技术在工程施工中存在的问题主要有：1）虚拟仿真系统的开发及应用对硬件的要求比较高，而且要在专用的实验室或工作站中进行，进行系统开发时需要投入大量的人力和资金，同时演示过程中还会受到设备的限制，移动起来也不是很方便。2）在开发单项工程时，需要用到从国外进口的VR软件平台。因为现在工程施工中几乎没有成型的虚拟仿真系统软件，所以需要开发一个新项目，这需要较高的成本，开发出的系统应该是专用的集成型的软件系统，从而为单项工程的开发奠定坚实的基础。3）现阶段我国的一些建筑集团已经建立了属于自己的设计研究院，这无疑为施工企业技术人才的培养创造了有利条件。
目前我国一些施工企业洪的技术人员已经具有非常高的技术研发能力，很多建筑施工集团已经成为施工软件研发的主力军。另外，一些高校和科研机构也开始极力开发工程施工中涉及的技术软件，在工程实践等方面对集成控制等技术进行积极的探索与引用。真个工程施工领域中的计算机辅助软件正在逐步形成，并为人工智能理论与方法的推广奠定了基础。
随着仿真技术应用的领域越来越广泛，相关软件也取得了突飞猛进的发展，同时新的仿真平平台、计算方法以及编程技术将会体现出更好的可扩展性，并在多种领域中得到应用。此外，对仿真系统进行的微机化探索在在不断发展之中，并已经取得了一定的成效，这为虚拟现实在微机上的应用成为了可能。通过对集成型、通用性施工软件的开发，一定会加快软件的普及速度，并使单项工程的开发成本得到降低。
结语：
综上所述，目前高新技术已经开始日益发展，建筑也一定要勇于创造，积极吸纳新技术，从而促进工程施工技术的不断发展，为现代化的实现创造条件，这成为建筑工程施工企业适应激烈的市场竞争的重要途径。
参考文献：
[1]杜晓刚. 虚拟仿真技术在建筑施工中的应用分析[J]. 中华民居，2011，（6）.
[2]郑亚文. 虚拟仿真技术在建筑施工中的应用研究[J]. 施工技术，2009，（12）.
关键词：仿真模拟；虚拟场景；实践教学
近年来，建筑业总产值一直保持快速增长，在未来相当长一段时间内，这种趋势还将延续。特别是随着中国城市化进程的深入与加快，建筑业面临着又一波前所未有的发展机遇，据不完全统计，今后10年，建筑业将以年均0.7～0.9个百分点的速度继续增长，到2020年，我国城镇化率约为60%。建筑工程技术专业是土建施工类专业群中的龙头专业，随着人才需求的持续增长，各高职院校培养规模近年来呈指数式膨胀。但是随着以BIM技术应用为主的建筑领域新技术向工程建造全过程的进一步推广，建筑业也面临行业转型升级对人才培养质量带来的挑战，企业对毕业生质量要求越来越高。另一方面，由于建筑产品生产周期长、风险高、规模庞大、参与生产管理需要的人员众多、建筑材料绝大部分不能回收和重复使用等因素，使学生无法真正参与到建筑产品的实际生产过程，现场和项目教学难以真正实现，制约了校内实训有效开展，也极大地限制了学生专业技能的学习与训练。因此，寻找适合校内实训开展的项目和任务驱动的载体是建筑工程技术专业校内实训设计的一大难点。
教育部《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》（教高〔2006〕16号）中明确指出：“要充分利用现代信息技术，开发虚拟工厂、虚拟车间、虚拟工艺、虚拟实验。”因此，运用现代仿真虚拟技术，设计相应的系统模型，对假想的或实际的建筑场景和项目进行动态模拟，解决模拟施工与实际生产之间相互关联的问题，可以在很大程度上有效提高学生的操作技能、专业理论知识及职业素养。
1 仿真实训室的建设
1.1 建设思路
通过仿真模拟教学平台的搭建，将学校教育方式转化为以学生为中心的教学模式。为学生提供全时段全方位的理论与实践学习资源，帮助提升岗位核心竞争力，为学校提供新的理实一体化教学模式，提高信息化教学水平，最终实现校企在人才培养上双向互助，提升社会服务能力。
1.2 建设内容
高职建筑工程技术专业主要培养从事建筑工程施工与管理、工程测量、工程预决算及工程监理等工作，具有理论基础扎实、专业素质高、实践能力及可持续发展能力强，擅识图、能计算、懂技术、会管理的复合型、创新型、发展型技术技能人才。因此，我们从分析本专业所对应的核心职业岗位（施工员岗位）工作任务与专业能力的要求，按照虚拟企业、虚拟场景、虚拟设备以及虚拟工程项目、企业生产工具、生产对象、生产场景、基地管理制度等原则，构建专业仿真实践教学体系。
2 模拟实训项目的开发
虚拟实训项目的开发以构建符合仿真教学实际的“教、学、管、评、控”的运行模式为原则，以深化学校理实一体的人才培养模式为指导，深入分析建筑技术应用与施工管理教学过程，通过虚拟技术紧扣施工工艺、直击教学难点，实现多维仿真和真实场景模拟，提高学生学习的主动性；通过网络技术辅助学生课下练习、及时巩固知识，实现单人训练、多人竞赛和互动交流，提高学生学习的积极性；同时，通过数据库技术跟踪学生学习轨迹，实现学生知识点掌握情况的统计与分析，提高教学评价的科学性。
2.1 构建仿真教学“教、学、管、评、控”的运行模式
围绕“教”与“学”建立虚拟仿真教学系统、资源库系统、题库系统、数据管理系统；围绕“管、评、控”实现统一登录用户界面、数据信息系统的建立，实现教学信息的有效传递与分析反馈，合理安排和及时调整教学进度。实现平台功能与内容的嵌入。
2.2 解决传统教学弊端，实现立体化的教与学
仿真虚拟教学系统的建设，着重规避传统教学的弊端，扩充专业教学和信息资源，利用技术优势，直击教学难点。结合实际的教学内容，设计仿真实训项目脚本的深度。以学校专业化的教学力量为依托，以企业成熟技术与先进技术应用为基础，通过项目的顶层设计、需求调研、规范专业教学基本要求、制订专业教学标准，开发核心课程，不断提高教学深度。
2.3 依托专业教学管理数据库，合理安排教学
建立数据管理系统，实现教学安排的规范性及教学信息反馈的搜集，便于合理调整教学进度与方式。通过资源、课程的管理，让专业教师实现个性化、针对性的课程安排和设置；通过练习、考试、经验积分的管理，实现教学成果的考察及数据信息反馈搜集。
3 仿真模拟实训的效果
3.1 学生层面：提升知识整体贯穿能力，提高学生岗位核心竞争力
仿真虚拟实训项目的开展实现了信息化教学资源的任意调用，它以学生对建筑领域核心岗位项目的学习作为一个整体，以虚拟技术还原真实的施工场景，通过施工现场的三维展示和立体情境漫游，能够在课上、课下为学生提供系统化的技能知识点串联和全天候的校内实践操作机会，剔除了以往学生实践的时间和空间限制，将理论与实践相融合，让学生更好的掌握教学内容，熟悉技能实际应用需求，培养学生独立分析和解决工程实际问题的能力，有效的提高了学生岗位核心竞争力，为职业发展奠定良好的基础。
3.2 学校层面：以教学信息化建设带动教学改革，促进专业建设
在教学过程中引入计算机、虚拟仿真等现代技术，解决了专业教学理论课堂抽象生硬，施工细节讲解不到位、工艺操作方法难以演示的问题，其次，通过仿真模拟教学，将学生碎片化的知识进行系统性的整合，提高学生的专业知识和技能运用，为专业教学改革提供了全新的思路，有助于提升本专业的建设水平。
3.3 社会层面：有利校企合作项目的开展，促进学校与社会人才的接轨
在仿真虚拟项目实践教学环节联合建筑类优势企业，运用其优势资源（案例图纸、生产项目等）共同进行课程的二次开发，实现学校人才培养与企业的无缝对接。其次，利用仿真虚拟教学易于理解的特点和直观的场景，与企业合作开展建筑系统员培训、建筑工人技术交底等项目，提升专业服务产业的能力。
参考文献：
[1]朱正国.高职建工专业仿真模拟综合实训项目的开发与实践[J].中国职业技术教育，2013（23）.
[2]刘 芳，莫品疆，梁承龙.利用虚拟仿真技术构建高职实践教学环节的应用研究――以高职建筑工程技术专业为例[J].大 众 科 技，2014（182）.
[3] 于双和.应用虚拟仿真技术，推动职教实训改革[J].中国教育信息化，2009（15）.
关键词：仿真技术土木工程实践教学实习
中图分类号： TP337 文献标识码： A 文章编号：
实践能力的培养在土木工程专业教学中具有重要的地位。实践能力培养主要通过各类实验、实习(认识、生产和毕业实习等)、课程设计及毕业设计等实践性教学环节来实现。其中，实习教学是土木工程专业最为活跃的实践教学环节，是实施专业知识教育、获得感性认识、提高实践能力和创新意识的有效途径，在高素质的土木工程人才综合培养中具有不可替代的重要作用。因此，如何有效地开展实习教学，保证实习环节的教学质量，切实提高学生的实践动手能力成为众多高校土木工程专业人才培养面临的一个重要课题。
1土木工程专业实习存在的问题
土木工程专业实习具有其自身特点，一是实习地点多为工程施工现场，环境复杂，具有一定安全隐患；二是工程进度受工程规模和气候影响较大，学生实习期间一般只能观察到某一项静态工程或工程的部分施工环节，不可能是全部施工工程；三是由于教学计划安排上的要求和人员组织上的需要，实习一般具有集中性，即时间集中、人员集中；四是实习地点一般较为分散。
由于以上特点，土木工程实习长期以来存在以下问题[1-3]：
一是实习安排常与实习内容脱节。按照教学计划，专业实习一般均集中安排在学期初、学期末或某一集中时间段，这种时间上的集中安排，无力考虑工程的实际进度状况，施工现场条件往往与教学大纲的要求存在偏差。而且由于施工过程一般较长，在集中安排的实习时间内仅能观摩到几个分项工程的施工过程，无法掌握项目施工的全部过程。
二是实习手段落后、教学模式单一。长期以来，实习教学模式多为教师统一指导下的集体行动，教师讲、学生听，只观摩、无实践的现象较为普遍。
三是实习经费不足、条件受限。近年来，高校招生规模不断扩大，办学经费日趋紧张，在实习地点的选择上受到极大限制。而且由于学生人数增多，真正动手及细致观察的机会大大减少，大大降低了实习效果。
四是施工企业接待实习热情不高。企业一般更多顾及管理上和生产上的问题，不愿接待学生实习，即使勉强接受，也很少安排学生亲自动手操作，也极大地影响了实习效果。
五是指导教师缺乏实践经验。高校教师尤其是青年教师，多数是从普通高校毕业直接进入高校任教，他们理论水平虽然较高，但从校门到校门的工作经历使得实践经验普遍缺乏。再加之很多学校师资有限，实习学生多，指导教师少，很难保证对学生的有效指导。
针对上述问题，各高校采取了各种措施以期解决学生实践能力培养的问题，如加大实践教学学时、改变组织形式或在实践内容上做局部调整等等，但问题并未得到根本解决。
2仿真教学的概念
仿真也称为模拟，就是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术，是用计算机生成一个虚拟世界，使用户借助视觉、听觉及触觉等多种传感通道与虚拟世界进行自然的交互。仿真科学与技术是人类继理论、实验之后的一种全新的认识、改造和创造客观世界的重要手段。
仿真教学是一种多通道综合作用的教学方法，是仿真技术在教学实践中的具体应用，是教育信息化建设的具体化。通过将学员置身于仿真环境之中，从而充分调动其感觉通道、运动通道和思维通道的学习机能，大幅提高接受知识的效率。研究资料已经表明，对采用仿真和传统的教学方法对比教学后，学员记忆内容前者约为后者的二倍以上[4]。
仿真教学相比于传统的教学方法，具有节约成本、安全无风险、不受时空限制、形象直观等优点，能够为学生提供生动、逼真的虚拟学习环境，从而加速和巩固学生学习知识的过程。
3土木工程专业仿真教学的层次及定位
仿真技术对于软、硬件的要求较高，限于目前的研究水平和资金支持状况，不同领域对于仿真的程度有不同的要求。根据用户参与仿真的不同形式以及沉浸的程度不同，一般可以把仿真划分为四个层次。
1)桌面式:桌面仿真以计算机的屏幕作为用户观察虚拟境界的窗口，一般通过各种外部设备(如鼠标、追踪球、力矩球等)来驾驭虚拟环境。参与者利用计算机屏幕观察虚拟环境，并操纵其中的物体，但由于周围现实环境的干扰，参与者并不能完全投入虚拟环境中。这种仿真尽管缺乏完全投入的功能，但是相对容易实现，成本相对较低，因而，应用面比较广。
2)沉浸式:高级仿真系统提供完全投入的功能，使用户有置身于虚拟境界之中的感觉。它利用头盔式显示器或其它设备，把参与者的视觉、听觉和其它感觉封闭起来，并提供一个新的、虚拟的感觉空间，并利用位置跟踪器、数据手套、其它手控输入设备、声音等使得参与者产生一种身在虚拟环境中、并能全心投入和沉浸其中的感觉。
3)增强式:增强式不仅是利用虚拟现实技术来模拟现实世界，而且要利用它来增强参与者对真实环境的感受，也就是增强现实中无法感知或不方便感知的感受。
4)分布式:分布式虚拟现实系统就是多个用户通过计算机网络连接在一起，同时参加一个虚拟空间，共同体验虚拟经历。如，虚拟作战演习。
考虑到土木工程专业实习教学的特点以及目前的仿真技术水平，一般的仿真模拟可定位在桌面式层次，即利用数字摄影、摄像技术对实际工程主要工序的施工环节进行记录，建立作为虚拟场景的背景；或者利用三维图形绘制技术对虚拟世界进行建模。然后对基本资料进行“深加工”，利用虚拟仿真技术，模拟施工的全过程。这样，既基本可以满足教学的需要，也相对容易实现。较高级的仿真模拟可以考虑其他层次。
4结语
将计算机仿真技术引入土木工程专业实践教学环节，创建土木工程虚拟仿真与现场实践相结合的实践教学模式，是一种创新性改革，具有重要理论和实践意义。仿真技术应用于实习可以有效提高和完善实践教学，加强学生实践能力的培养。在实践教学中利用多媒体和虚拟现实技术，许多施工操作程序可以在模拟环境中演练，可以再现和虚拟工程的作业过程，把工程现场、实验等搬进课堂，让学生通过室内“实习”去认识工程、获取经验、开阔视野、提高专业素养。将仿真技术应用于实践教学是利用虚拟现实技术仿真或虚构某些情境，供学生观察、操纵、建构其中的对象，使他们获得实际实践过程得到的体验，可以作为现场实习的有益补充。
参考文献：
[1]宁宝宽,鲍文博,黄杰,黄志强.土木工程专业多元化实践教学与应用型人才培养研究[J]高等建筑教育,2010(19):40-43.
[2]王作文,孟晓平.土木工程施工实习教学改革与实践[J], 高等建筑教育，2010(19): 108-111.
关键词 虚拟技术 园林 实训教学
Abstract This paper analyzes the advantages of Virtual Reality in Landscape training teaching. Propose the conditions and assumptions of the Virtual Reality training base construction. From the perspective of curriculum system， Exploring Virtual Reality in Landscape Practice Teaching. Object is to provide new ideas， new approaches and new directions for the Landscape Practical Teaching reform of Technical College Education.
Keywords virtual reality； landscape architecture； practical teaching
虚拟现实技术（Virtual Reality），简称VR，是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界。这种技术的特点在于，能产生一种人为虚拟的环境，为用户提供视觉、听觉和触觉等感官的模拟，通过交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户沉浸到该环境中。随着数字化进程的不断加速，电脑多媒体技术的飞速发展和广泛应用，虚拟现实技术也逐步走进课堂。教育部文件中明确指出高等职业教育要大力推行工学结合，突出实践能力培养，改革人才培养模式，其中实验、实训、实习是 3 个关键环节。①
1 虚拟仿真技术在园林实训教学中的优越性
园林是一门综合性学科，它运用植物、水体、木材、石材、不锈钢等多种材料，通过改造地形，筑山、叠石、理水，种植树木花草，营造建筑和布置园路等途径创作，同时吸收文化、历史等人文内容，并结合特定环境创造出形态各异的美的空间。这就需要园林设计师具有高度丰富的想象力和时空观，因此虚拟现实技术在现代园林设计中具有重要的作用。②由于虚拟仿真技术的情境性、交互性和多感知性等特点，其在园林实训教学中同样也具优越性。
1.1 情景性
利用VR技术可以虚拟建立园林景观，展现园林丰富的景观内容。例如，植物的色、香及季相变化，景观亭子的造型、材质、大小，经典的古典园林空间，居住区小区园林环境空间，甚至大型森林公园的整体环境展现。学生可以不出教室，就获得与亲临真实场景一样的体会，在空间中随意游走，从而充分感受园林景观中的色彩、光影和动静变化，从而丰富感性认识，加深对空间场景的理解。
1.2 交互性
首先，在实训教学阶段，教师可以运用虚拟仿真平台实现对学生的管理和指导。例如教师登录虚拟实训平台，根据实训课程要求先对实训内容进行相应的理论讲解，然后通过互动平台学生实训的目的、内容、计划、流程、具体要求和注意事项。其次，学生在听教师讲解完理论知识后，可以根据自己掌握到的知识进行在线练习，完成一定量的练习后才可以进行相应技能的在线测试。最后，师生之间、学生之间也可以通过虚拟实训平台进行交流和互动。学生在实训过程中如果遇到困惑和问题都可以随时咨询老师或者与其他同学讨论解决，加强师生间的互动交流，同时也提高了学生之间的团队协作能力。
1.3 创造性
通过使用VR技术可以发挥学生的主观能动性。在亲身体验三维空间的同时，学生可以实时进行可视化编辑，调整三维空间场景、调整模型的大小、材质、空间位置，对不同场景效果进行推敲和比对，从而激发学生的创造性思维。
2 园林专业虚拟仿真实训基地建设的相关支持条件
2.1 虚拟仿真实训基地建设所需的硬件设备
为了实现虚拟显示的沉浸特性，必须具备人体的感官特性，包括视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉等。因此建立虚拟仿真实训室，首先需要虚拟现实技术领域相关的硬件设备。F阶段虚拟现实中常用到的硬件设备，大致可以分为四类。（1）建模设备，如计算机和3D扫描仪；（2）显示设备，如虚拟现实头盔，双目全方位显示器，CRT终端-液晶光闸眼镜，大屏幕投影-液晶光闸眼镜，CAVE洞穴式虚拟现实显示系统等。（3）声音设备，如三维立体声和语音识别。（4）交互设备，如数据手套，力矩球，操纵杆，触觉反馈装置，力觉反馈装置，运动捕捉系统，机械式运动捕捉，声学运动捕捉等。
2.2 虚拟仿真实训平台所需的软件技术
虚拟仿真实训平台的搭建还需要有相关软件技术的支撑。包括以下几种：
（1）虚拟仿真实训教学管理系统：针对在线教育而研发的管理后台，可以让老师和学生进行实时交流。其功能需要有通过权限号和密码登录，分管理端和客户端。包括个人信息中心、教学管理、教学资源库、翻转课堂、实训任务、仿真实训等模块。
（2）虚拟仿真实训识图与构造软件：将二维图纸与三维模型对应展示，完成对一些建筑小品、构件大样、植物种类的细节进行展示。利于初学者克服对于二维表现抽象思维的不理解，帮助学生培养空间想象的能力，使学生构思得以在实时生成的三维世界中充分发展，协助教师完成课堂识图教学。
（3）虚拟仿真园林规划和设计软件：软件需具备相关的绘图功能，如设置坐标，添加设计素材图库，绘制图框等。此外，软件还需具备兼容功能，支持AutoCAD，3Dmax，Sketchup，Photoshop等相关设计软件。
2.3 专业软件技术团队与园林专业教师合作建立数字库
为了使虚拟仿真实训平台更能切合园林专业的实训教学体系需求，园林专业教师需要参与配合建立数字库系统。首先，园林专业教师需搭建虚拟仿真实训课程体系，根据课程需要提出数字库所需要的各种素材。例如，提供景观建筑小品实训课程中所需要的各类亭子、花架、景墙的相关设计图纸。其次，由专业的软件技术团队提供技术指导和支持，将二维图纸素材变成三维虚拟仿真实训素材。最后，搭建分类数字库系统，用户可以在使用中随时能方便地提取任意模型素材。
3 园林实训实践中适用虚拟技术辅助教学的课程
园林虚拟仿真实训系统具需要根据针对专业特色进行开发，为园林实训提供一种交互性教学和实训性体验环境，协助教师完成课程教学与实训。老师可以通过虚拟技术来深化教材内容，学生可以通过虚拟技术软件完成相应的实训操作。虚拟仿真实训系统的开发需要具有良好的延续性、实用性、可操作性和开放性，使其功能可适用于园林设计类、园林工程类以及一些专业基础类课程的实训环节。
3.1 设计类课程实训
设计类的课程实训包括园林规划设计课程实训，居住区景观设计实训，景观建筑小品设计实训等。传统的园林设计教学在课堂上无法实现从各个空间角度去鉴赏、剖析园林案例及体验园林景观设计的全过程。③而虚拟仿真实训平台可以在课堂上虚拟展示出案例场景，可以实现无需走出课堂学生就能亲身体验和考察成功案例，实现让学生身临其境地“进入”园林，从任意角度w验设计作品，充分感受园林的空间、色彩、尺度、材料、肌理、质感甚至声音。例如，景观建筑小品实训课程中，学生可以通过虚拟实训平台，将自己设计的成果建立成为三维的立体模型，让学生直观感受自己的设计方案，从空想的平面图纸直接实现虚拟的模型，学生可以直观感受建筑小品造型、构造、材质、体量和空间，从而增加学习兴趣，提高设计能力，培养应用型设计人才。又如，在居住区景观设计实训课程中，虚拟仿真实训系统设置有专门的居住区场地模块。学生可以根据自己的设计构想，在虚拟仿真的场地中通过改造地形，放置园林建筑小品模型，放置园林植物模型等手段去进行空间设计实训。在视角的选择上，还可以根据需要进行选择，如人视步行、匀速车行、甚至鸟瞰飞行等不同运动方式和速度从不同角度去体验。例如，在园林规划设计实训课程中，学生可以选择鸟瞰视角，从空中看到全局的设计景观，从整体角度分析规划设计的可行性和合理性。
3.2 园林工程类实训
园林工程施工课程对学生动手能力要求很高，需要进行大量的实训训练。而工程类的某些施工现场含有一定的危险系数，不适合还没熟练掌握施工技能的学生直接到去现场实训。虚拟仿真实训系统能提供真实的360度全方位三维施工现场模型场景，提供给学生进行模拟操作的实训场地，使学生身临其境，模拟相应的工作角色，为学生将来到现场实习打下良好的基础。同时由于真实性强，学生对于遇到的问题也会产生较强的求知欲，提高学习的兴趣，自觉练习施工技巧操作，从而能更好更扎实地掌握各项操作技术。
学生可以像玩游戏一样进行各种实训通关。首先，由教师先启动虚拟动画进行技能示范演示，向学生讲解和展示每个实训技能操作的内容、步骤和要求，使学生对实训任务有直观的了解。然后，学生通过反复操作练习，熟悉并掌握某个施工流程和技术要点进行通关检测。学生在进行通关检测实训中，每通过一关即是完成一项实训作业，评价系统会自动对每项操作进行打分，分数需要达到设定值以上，才能晋级下一个实训任务。以驳岸施工实训为例，学生可以使用皮尺、石块、铁锹、碎石、石灰、水泥、砂石等工具模型，先通关“测量放线”关卡，才能晋级下面的“挖槽”、“夯实基础”、“浇筑基础”、“砌筑岸墙”等关卡。最后，系统会对学生总体的实训情况进行评价，教师通过启动互动交流平台，指导和解决学生在实训时遇到的问题。例如哪些同学的动作不标准，哪些同学操作的步骤出现错误，哪些同学所选用的材料有误等问题，都能通过互动交流平台指出。同时，老师一方面可根据学生实训反应出的问题，如某些触控界面指示不清，某些色彩和实物反差较大，某些预设步骤可控性不强等，对相应的模块进行调整和改进；另一方面，教师可与时俱进地在模块中添加新技术或是新材料使之与现行的施工程序和行业规范保持一致，保证学以致用，提高模拟效果。
3.3 专业基础类课程
园林制图与识图属于专业基础类课程，课程内容中轴测、透视、投影等占有很大比例，相对于其他专业课程来说比较枯燥乏味。虽然现今课堂已经使用PPT和FLASH等多媒体教学辅助，但是其给出的形体直视图方向单一，不能进行多方向观察，也不能进行现场实时编辑修改，精度效果仍然不能满足教学要求。虚拟仿真实训平台设置的课程实训系统，可以根据教材章节划分模块内容，如绘图基本知识、投影基本知识、轴测图、透视图、剖面与断面、施工图绘制、构造识别等。使用虚拟仿真实训平台，可以通过点击平面图纸来对应三维模型，每个模型都可以任意变换观察角度和形状，随意拆分叠加和剖切，并且生成对应的二维图纸。实训系统数据库中内置大量的建筑构建模型，通过点击能读取构造知识点及相应的制图规范，模型界面和图纸界面可以相互转换进入或是同时打开对比，大大提高学生对制图规范的记忆能力以及空间思维能力。
4 结语 （下转第129页）（上接第102页）
科技在飞速发展，技术也在完善，园林专业需要紧跟时代的步伐，园林实训课程要不断改革创新，探索一种新的教学模式，调动学生的主观能动性，培养学生成为有创新意识、有过硬专业技术的人才。
注释
① 耿晓东，戴群，丁小晏.虚拟实训在园路工程施工课程实践教学中的应用[J].现代农业科技，2013（9）：328-331.
[关键词]虚拟制造技术；船舶制造；应用策略
中图分类号：U671.99 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）15-0114-01
随着环境与资源之间的矛盾越来越深，虚拟制造技术应用计算机、信息以及仿真技术，在船舶的制造中进行仿真。通过对船舶的生命周期进行模拟，预测船舶性能。从而有效地提高船舶的质量，降低船舶制造的成本，显著地提高船舶制造的效率。在产品的设计和开发中，很难预测一些潜在的问题，只有等到船舶制造真正地投入到生产和使用中才会发现其存在的问题。但如此一来不仅造成了大量资源和材料的浪费，也大大地延长了船舶开发的周期。采用虚拟制造技术能有效地解决这些问题的发生。主要原因在于虚拟制造技术为船舶的制造提供了设计方案以及可制造性的环境，可以及早地发现船舶在设计中存在的问题，预测产品的性能和指标。
一、虚拟制造技术
虚拟制造是从船舶的设计、制造到报废整个生命周期中。虚拟制造能完成整个船舶的设计过程，从而实现船舶在加工、装配、拆卸以及回收处理整个过程的仿真的设计。虚拟制造技术能对船舶的功能、经济以及生命周期进行预测，评价资源利用率，可以为船舶的设计人员提供改进的依据。如此便能显著地提高船舶的设计质量，降低船舶设计中存在的问题和缺陷。提高船舶制造的规则以及加工生产的合理性，进一步优化船舶制造的质量。船舶在制造的过程中，通过仿真船舶的生产计划，可以时资源进行合理地优化配置。显著地缩短船舶制造的周期，降低船舶制造的生产成本。
（一）材料模拟仿真
虚拟制造技术在船舶材料的模拟仿真中，将材料制备工艺中微观过程学进行模拟，将船舶制造材料的成分、结构以及性能进行优化设计。
（二）虚拟加工
虚拟制造技术在船舶制造中可以对船舶制造的整个加工过程进行仿真模拟。仿真模拟包括对船舶中工件几何参数、轨迹等仿真过程，对加工过程中各项物理参数进行预测与分析，对船舶的运动、动力学进行仿真。这些仿真设计便能在船舶设计的阶段动态的呈现出来，并能预测船舶的性能。
（三）虚拟装配
在虚拟制造技术中，虚拟装配是将计算机仿真以及虚拟现实技术进行联合。从而在计算机上进行船舶的仿真装配，而虚拟装配的首先要在计算机辅助设计系统创建出虚拟的船舶模型，再利用虚拟的环境进行船舶性能的试验、仿真。其中虚拟装配主要是根据船舶设计的外形以及性能等真实地模拟出来，操作者可以采用交互方式来控制船舶装配的过程。然后根据此来评估船舶的可装配性，并在此基础上优化船舶的装配过程，显著地提高船舶一次试制的成功率。从而大大地降低产品生产的成本，节约产品制造的时间。
（四）虚拟包装
虚拟包装是将船舶的外形以及装饰设计的与真实船舶外观设计无异，采用虚拟包装，操作者能在虚拟的环境中对设计进行修改，对船舶的外观设计进行评价，使其更加地合理和美观。目前已经开发研制出虚拟包装图制作软件，能对产品的外观进行虚拟包装图制作。
二、影响虚拟制造技术在船舶制造中应用的因素
采用虚拟制造技术能在真实产品的制造前，预测产品的性能以及制造系统的状态，从而可以帮助操作者预先作出产品的决策以及优化方案。目前我国在虚拟船舶制造基础上，拥有一批掌握先进制造技术的人才。我国有能力在船舶制造上实施虚拟制造技术，影响虚拟制造技术在船舶制造中应用的因素为：
（一）在船舶制造中采用虚拟制造技术是一个不断认识和完善的过程，在采用虚拟制造的过程中，要在目前船舶制造企业现有条件的基础上，不断地发现问题和解决问题，从而使虚拟制造技术在实现其在船舶制造企业的内部逐步实施。
（二）采用虚拟制造技术要充分地调动人力资源的创造性，并最大限度地发挥工程技术人员的主观能动性。鉴于此，船舶公司的工程技术人员要不断地提高自身的专业素质和技能。对工程技术人员定期开展教育和培训，以提高工程技术人员对船舶制造企业的目标认识。提高工程技术人员在吸收、消化以及应用信息上的能力，提高其创造力。
（三）在船舶制造中采用虚拟制造技术，能将产品的竞争者、供应者以及用户之间的关系产生变化。在采用虚拟制造技术的船舶企业，企业之间的竞争优势取决于产品，也就是船舶在市场上投放的速度。并要不断地满足各个用户的需求。
（四）采用虚拟制造技术，要不断地去吸收和借鉴先进的船舶制造技术和工艺，并以此来提高船舶制造企业在市场上的竞争力。
（五）虚拟制造技术的应用，要不断地提供必要的物质和组织资源，并加强对工程技术人员创造性以及主观能动性的支持。
（六）拟船舶制造技术的实施是一个长期的过程，需要在企业实践过程中不断地改进，并实现船舶制造企业全面虚拟制造化。
结论
综上所述，由于虚拟制造技术在船舶制造中的应用，基本上不会去消耗资源和能量，船舶的设计、开发以及实现过程均在计算机上完成的。这样的方式极大地提高了船舶制造的生产率，显著地降低了船舶制造的成本，提高了船舶企业在市场上的竞争力。除此之外，能够有效地对船舶制造的成本、风险以及生产的进度进行预测，及时地对设计中不合理的因素进行修改。降低了时间成本，缩短了船舶开发周期。
参考文献
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【关键词】《电力电子技术》 虚拟仿真实验 建设
电力电子技术是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，其应用范围非常广泛，涉及一般工业、交通运输、电力系统、通信网络、计算机、新能源发电等，因而《电力电子技术》已成为本科教学阶段的专业基础课程。同时，电力电子技术又具有很强的实践性，故而实验在教学中占据着十分重要的位置。然而由于课程难、内容多、课时少，在实际教学过程中，通常都只留出极少课时甚至没有留出课时让学生自主开展实验与训练。
虚拟仿真实验教学是依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通信等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，学生在虚拟环境中开展实验，达到教学大纲所要求的教学效果。虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和高校实验室建设的重要内容。
为进一步推进我校实验教学信息化建设，加快专业实验教学与现代信息技术的深度融合，努力实现优质实验教学资源的共建共享，切实加强学生创新精神和实践能力的培养，我们开展了《电力电子技术》虚拟仿真实验教学中心的建设工作。
一、建设的任务和原则
《电力电子技术》虚拟仿真实验教学中心的建设任务是实现真实实验不具备或难以完成的教学功能，在涉及高危或极端的环境、不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或综合训练以及现有实验条件不足或学生自主开展实验与训练等情况时，提供可靠、安全和经济的实验项目。《电力电子技术》虚拟仿真实验教学中心的建设必须充分体现虚实结合、相互补充、能实不虚的原则。
二、建设的内容
《电力电子技术》虚拟仿真实验教学中心的建设内容为：
1.虚拟仿真实验教学资源。发挥学院的电气工程学科专业优势，积极利用企业的开发实力和支持服务能力，充分整合信息化实验教学资源，以培养学生综合设计和创新能力为出发点，创造性地建设与应用高水平实验教学资源（包括软件共享虚拟实验、仪器共享虚拟实验和远程控制虚拟实验等），提高实验教学能力，拓展实验领域，丰富实验教学内容，降低成本和风险，开展绿色实验教学。
2.虚拟仿真实验教学的管理和共享平台。建设具有扩展性、兼容性、前瞻性的管理和共享平台，高效管理实验教学资源，实现校内外、本地区及更广范围内的实验教学资源共享，满足多地区、多学校和多专业的虚拟仿真实验教学的需求。探索学校和企事业单位（包括企业、科研机构、政府机构等）共建共管的新模式和新途径，建立可持续发展的虚拟仿真实验教学服务支撑体系。
3.虚拟仿真实验教学和管理队伍。建设教学、科研、技术人员结合，核心骨干人员相对稳定，结构合理的虚拟仿真实验教学团队，形成一支教育理念先进、学术水平高、教学科研能力强、实践经验丰富、勇于创新的虚拟仿真实验教学和管理队伍。
4.虚拟仿真实验教学中心的管理体系。以虚拟仿真实验教学资源的开放共享和充分使用为目标，系统制定并有效实施保障虚拟仿真实验教学的教师工作绩效考核、经费使用管理、实验教学中心维护与可持续发展等政策措施，建立有利于激励学生学习和提高学生创新能力的教学效果考核、评价和反馈机制。
三、建设的办法
为了确保《电力电子技术》虚拟仿真实验教学中心建设工作的顺利开展，需要采取切实可行的办法：
首先，学院制定出台相关政策措施、中心建设与管理的各项规章制度等文件，并责成相关人员出具中心建设规划与实施方案。
其次，中心开发教学软件、多媒体课件、在线网络课程、教学视频等数字教学资源，且课件要求可在浏览器环境播放。
再有，虚拟仿真实验教学中心的视频材料包含实验教学中心环境全貌、设备全貌、实验项目操作界面和功能界面等内容，反映虚拟仿真实验教学建设、应用和共享的基本情况。
最后，对于虚拟仿真实验教学中心，学校在实验室建设经费中给予一定的建设经费资助，学院也加大校企合作力度，加大经费投入力度。
四、结束语
教学效果和学生的收获是教学研究的出发点和落脚点。针对实际教学过程中极少留出课时甚至没有留出课时让学生自主开展实验与训练的状况，笔者介绍了开展《电力电子技术》虚拟仿真实验教学中心建设工作的情况，涉及建设任务和原则、内容、办法等，希望能起到抛砖引玉的作用。
【参考文献】
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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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关键词：计算机技术；图形图像处理；应用
Abstract: The application of computer technology is more and more widely, the whole society into the information age, modern computer technology in the application of image processing on the break mode method of traditional image processing, so that it has good reappearance function, more flexible application, applicable scope is wide. Especially the BIM technology for the application of graphics and image building, is brought about a revolutionary upgrade. At the same time and the virtual simulation technology in the latest architectural aspects of the application, the computer image processing technology is becoming more and more important in building construction.
Key words: computer technology; image processing; application
中国分类号：TU71 文献标识码：A 文章标号：2095-2104（2012）03-0001-02
随着社会现代化的大发展，在很多的生产施工中，为了保证工作的高效、安全、准确，都趋向于生产的自动化。建筑业是国内经济的几大经济支柱之一，将计算机技术与工程建筑业结合在一起的趋势是有目共睹的。在追求低能耗、低污染、可持续发展的大背景下，工程建设信息化已成为时展的必然方向[1]。利用计算机技术对图形图像的处理就是通过计算机对图片进行修饰，分割，除噪等一系列的步骤，从而实现对图形图像的优化设计。计算机技术在建筑业方面的发展经历了两次重要的变革。早期出现的计算机辅助CAD技术使工程建筑业由传统的手工画图阶段转变为二维的计算机绘图阶段，给建筑业带来来了第一次的技术革命。随着建筑业与计算机技术的进一步的结合应用，又出现了专业应用于建筑业的3DStudio,FormZ,VIZ等技术。本文从工程建筑方面的角度出发，探讨几种计算机技术在施工图象处理的科学策略和应用，比如，虚拟仿真技术，BIM技术等。
BIM技术的应用研究
BIM（建筑信息模型）技术是在社会对工程建筑领域的管理技术的需求增长的条件下应运而生的，是建筑业图形图像处理的二次革命。在建筑制造行业，大概有三分之一的工程是需要再次返工的，这样就导致超过半数的劳动力以及资源流失，十分之一的材料损耗。不难察觉有数以亿万元的经济损失，而BIM技术就是针对该问题的突破性研究。对建筑业来说，BIM技术在建筑过程的应用可以设计出精确的三维模拟和能耗模型，高效的实现高效率、高质量、低风险的、低损耗的理念，轻松的完成建筑项目，从而带来更大的经济效益。BIM技术的应用是贯穿于建筑的整个过程。现今已有一些成功的应用案例，例如美国webcor公司，旧金山某基督教堂的虚拟施工模型。并且计算出后期施工的一系列数据（如图二）。只是应用简单的CAD是无法满足设计要求的。施工模型图如图一所示：
图一
图二
在施工阶段的应用主要体现在以下几个方面：
第一、可以创建三维逼真的设计方案图，给人以真实、直观的视觉感受，可以根据施工顺序的选择，形象的展示各个环节的施工方案，还可以进行四维的模拟，对比选择不同的施工方案建立好的BIM模型，大大提高了三维渲染精度与效率，最终给客户更为直观的图形图象展示。比如在地铁盖挖逆坐施工中起到了很大的作用。
第二、有效虚拟施工过程，协同作用强。三维直观的可视化功能加上时间维数，就可以虚拟施工过程，将施工计划与实际的工程进展做对比，这样有效的四维协同，可以让工程师对项目的各个过程都了解得很清楚，以便对施工过程中可能出现的问题进行提前的防备，BIM技术和施工方案、施工模拟有效的结合可以大大减少人力物力的损耗，减少返工和修整，提高建筑质量，节约资源成本，缩短工程建筑周期。
第三、优化设计方案，精确计划，提高质量。BIM技术最大的特点和优点就是三维立体逼真的可视化，它可以使图形图像形象地展示在人们的眼前。利用这个技术可以在施工前检测在施工过程中可能出现的碰撞和错误损失，进而进一步优化设计方案，尽量减少返工，提高施工的质量。
虚拟仿真技术在建筑施工中的应用研究
虚拟仿真技术包括虚拟和仿真两个方面，虚拟技术和仿真技术有效结合，并成功应用于设计施工中，打破了传统的设计和施工模式，它具有高度仿真性，无破坏性，可无数次反复试验，可控性高等优点，还具有高效、施工质量高、成本低等特点。其本身的软件平台是Revit软件，是基于上述的BIM信息模型而配套的技术。对于建筑设计中的结构和水暖加以概念性建模。它是迄今为止最经济有效的综合集成方法,是推动技术进步的战略技术。主要的虚拟仿真过程如图三所示;
图三
首先是利用现有的计算机水平建立三维模型，接着就是虚拟施工环境。某集团的新建住宅小区就是这一技术应用的实际案例，其平面是一个矩形图，建筑面积为24.3万m2。该建筑的设计造型需要使用很多的钢型结构，导致整个吊装工程巨大。只有通过虚拟仿真技术才能实际需求，得到一个可视化的虚拟模型，在施工前有一个准确的预估。建筑施工中图形图像的处理就是将设计出来的图形转化为更为直观的、形象的三维图像的过程，施工过程就是把图像转化为建筑实物的过程。在传统的建筑模式中，保证施工质量的条件是经验丰富的工程师，但这有很大的缺陷，光凭借经验往往使得在施工过程中出现缺乏全面性、客观性，具有主观性、盲目性等缺陷，也会出现很多难以控制的问题。虚拟技术在建筑领域的应用大大弥补了这一不足，虚拟技术下建立的图形具有高仿真性，交互性，沉浸性。工程师可以根据需要进行施工虚拟实验，从而在不断的实验中找到最佳的方案，实现设计图形的最优化，达到节约资源成本，缩短工程周期，提高质量等目的。
利用计算机技术对图形进行处理可以极大地提高形成图片的效率及提高图片的质量，也会给工作带来极大的方便，提高工作效率。图形的处理技术包括图形的屏幕显示，图形的字符处理以及成图。首先是利用CDI和位映像图来展现初步的绘图的效果，然后就是对图形的尺寸、特性用参数表示，所以在图片上进行尺寸的单位的标注也是图片处理的技术之一。
虚拟仿真技术为建筑的整个过程构造了一个整体、综合的环境，虚拟场景中的任何一个物体，都可以有高度仿真的声音、动作画面模拟，使画面的真实感强，它的三维动画的应用。如图四就是通过计算机仿真技术制作的该小区的外观效果图：
图四
虚拟仿真技术可以实现对施工全程的分析，施工过程中的细节都以高清晰的画面的形式展现出来，人们可以根据自己的需要在画面上做修改，并且这项技术在预防施工过程可能出现的安全隐患具有很好的预测性。未来的图象处理技术的发展，主要是朝着高度清晰、三维成像及多位成像、自动化、智能化的方向发展的，在技术的研究中，主要是将理论和实际操作结合起来，计算机技术在图象处理中的应用也将得到进一步的发展。
三、总论
图象处理技术的应用越来越广泛普遍，CAD、CAM技术对于建筑工程设计的基础构图中也有充分应用。在建筑施工中对图形图像的处理给我们的社会带来很大的经济效益，可以不费成本的无数次的反复试验施工过程，然后对施工过程进行细致的分析，尽量减少各种浪费，减少人力资源的耗损。BIM技术对图形图像的处理实质上也是对施工过程的一个模拟的过程，在计算机上近乎逼真的动态模拟，让我们如身临其境，达到一定实质性的效果。随着时代的进步，该技术所提供的数据会越来越详细和全面，对于建筑施工行业会带来巨大的革命。同时，5D技术也会在计算机图像处理中越来越多的应用。建筑设计等等中的问题依靠计算机技术的进一步发展来带动其变革。综上所述，计算机技术在建筑领域的应用有待于进一步的推广和深入的发展。
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1．1方案设计
运用3D虚拟仿真技术来对某矿工伤事故现场以及虚拟矿工等进行三维建模，对工伤事故进行分析，使该事故案例还原出逼真的事故场景，提高了仿真效果。方案设计思路如图1。方案设计思路过程:首先是案例资料搜集与整理，理清事故发生的地点、事故经过等;其次是预想摄像机镜头的摆放，包括场景的转换等，以便出现好的镜头效果;在电脑中进行仿真模型构建，包括人物、设备及环境等进行建模;进行静态、动态仿真环境设计，重点是照明、及光能传递设计;随后进行场景优化、渲染，碰撞检测后修改等三维动画开发;最终进行效果展示。
1．2事故案例整理
1)事故经过。某矿运输工区班长带领3名工人，从采区甩道向208外横管运送4辆装溜槽的平板车。约17:00，当车辆运至回风巷2道风门外车场时，某矿工将4辆车1次挂上(按规定1次应挂2辆)，4辆车的总长度大于2道风门之间的距离。某矿工和另1人将第1道风门打开后，前3辆车进入风门之间，某矿工和工友又去推第2道风门，推风门过程中，车辆向下移动，某矿工躲闪不及被挤伤。2)事故主要原因。风门之间轨道存在向下的坡度，车辆下滑;矿工违章作业，违反措施规定1次挂4辆车;现场运输环境复杂，电绞钢丝绳过风门;违章同时推开第2道风门。
1．3仿真模型的构建
1)虚拟人物建模。对人体的运动结构的分析，基于人体骨架模型，并结合构造实体几何法(CSG)创建整个人体几何模型。最后采用蒙皮技术把人体骨骼和外形皮肤链接起来。2)设备建模。井下设备建模采用多边形建模，用图像处理软件作出材质贴图，贴在模型的外表面。对于复杂的模型，先做装置的精模，然后在精模的基础上再派生出一个简模;3)巷道建模。巷道模型根据巷道图、巷道照片数字化建模，以便表现矿井巷道的整个概貌。4)环境建模。环境建模需要根据实际地物之间的拓扑关系来完成，其中，巷道模型的精度等问题的解决可以大幅度提高数字化的效果，给人身临其境之感。
1．4静态和动态环境仿真
静态环境仿真，根据巷道参数和风门、矿车等设备外观尺寸来构造事故现场;动态环境仿真，对矿车运行、人员行走等效果采用先进的物理模块及反应堆动力学技术，更自然真实的反应模拟事故案例过程，本系统用Bullfrog环境特效编辑器进行编辑。照明技术是3D三维虚拟仿真技术的重中之重，采用全局光照明技术，提高光斑特效的表现范围;采用体积光技术，表现诸如机械装置的照明设备、井下工人头灯对周围环境的影响等，运用了光线追踪(LightTracer)和光能传递(Radiosity)技术。
1．5三维仿真动画的开发制作
在建模和仿真的基础上，进行展示策划，运用仿真软件开发平台，对事故案例进行开发和集成，制做完成事故案例的还原再现动画软件。
1．6技术关键
1)场景优化技术。通过动态加载、场景分割与拼接、遮挡剔除场景优化等技术可以一定程度上解决硬件资源和高质量场景要求矛盾的问题。2)模型分割技术。使用模型分割技术，观察者离物体近时，使用第1级最多细节的物体模型，当观察者离物体较远时，渲染出第2级LOD图形，并由此类推，渲染出不同细节的LOD图形。3)碰撞检测技术。为了使虚拟场景更逼真，避免产生运动物体相互发生穿透现象，采用碰撞检测技术，进行碰撞效果反应，并进行调整和修改。
1．7还原效果展示
经过精心的研究制作，该事故三维动画视频播放时间为3min56s，逼真地再现了事故的全部过程，画面清晰，给人一种身临其境的感觉，图2，图3为视频部分截图。
2效果分析
从事故仿真应用效果来看，3D虚拟仿真技术以比较逼真、形象、容易理解的方式描述和显现事故场景和过程，让观者有身临其境之感，清楚的看到了事故发生整个过程。事故直接原因、事故产生的隐患等，也能形象的展现在观者眼前。工作人员能够通过现场情景再现，清楚的进行施工安全评价、安全价值分析，从而确定施工过程中可能出现的危险行为和预防措施，进行针对性超前预控管理。受安全教育的人员直观地了解事故经过，对人的不安全行为、不良安全习惯导致事故的原因深有体会。同时，这种方式增强了安全教育的趣味性，提高了职工参与安全教育的积极性，真实的提高了职工的安全教育效果。3D虚拟仿真技术，汇集可视化技术、采矿工程虚拟现实技术、安全科学与技术等，建立煤矿的安全生产虚拟环境，将不可见的一些不安全行为操作及其造成后果展现出来，即以虚拟现实形式形象、直观地表现出来，在安全管理工作方面发挥独特的作用。
3结语
【关键词】PLC 变频器 虚实结合 项目化教学
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2017）05C-0154-02
目前，以可编程控制器（PLC）与变频器为主体的电气控制系统日益广泛应用于工业企业及日常生活公共设施等众多行业领域，起到关键的控制作用，企业对此方面人才的需求量和要求程度也日益提高。对于培养电气自动化技术人员的理工科院校来说，PLC与变频器应用技术课程教学和实训效果水平的提升显得尤为重要。
一、PLC与变频器应用技术教学的特点和现状
PLC与变频器一般都有具体的控制对象，比如自动化生产线、机床、电梯等，而现在学校里的PLC与变频器的实验实训设备大多是实际设备的模型，虽然能较好展现工业控制现场，教学效果好，但存在设备昂贵、体积大，实训室难以配备多台，没足够的工位给学生培训；或是配置了一些低成本的PLC实验箱，虽然可以大量配备，但这种实验箱没有真实的被控对象，常用LED亮灭来模拟输出控制对象动作，演示不形象、不直观。现在高职学生普遍基础较差，理解能力欠佳，不易理解被控对象的控制过程，很难将程序和工业的现场联系起来，学生只能凭空想象控制对象动作，在很大程度上影响了学生的学习兴趣和积极性。
随着计算机应用技术的不断发展，计算机仿真技术日渐成熟和普及，人们可以利用不同的仿真技术制作出多种形式的虚拟设备动画模型，由于形象逼真、色彩丰富、动感十足，学生普遍很感兴趣，应用在教学上，用来演示真实设备工作的过程，学生易于理解和接受，并且成本低、不占地方空间，所以可以用它来弥补现有实验设备的不足和缺陷。教育部早在2006年《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》中提出高等职业院校要按照教育规律和市场规则，要充分利用现代信息技术，开发虚拟工厂、虚拟车间、虚拟工艺、虚拟实验；以及在《2011―2020年教育信息化十年发展规划》中提出职业教育实践教学水平应显著提升，要加强实践教学，创新仿真实训资源应用模式，提高使用效益。虚拟技术可以在实际设备、现场难以具备的时候起到很好的替代作用，但是，对于PLC与变频器应用技术课程，如果只是一味地利用虚拟仿真设备模型来开展专业教学和实训，学生只是增长了某方面的计算机操作能力，而实际设备操作、设置、装配能力并没有得到相应锻炼，这样不能达到社会的用工标准和要求。所以，虚拟技术还应结合实际实验设备一起来展开教学，才能取得良好的人才培养效果。
二、虚实结合教学模式的构建
如何利用虚拟仿真技术来仿真实际设备，既让学生能够有直观的感受，又结合实验室设备实物器件来锻炼学生的实际操作装配能力，这需要构建一个虚实结合的教学平台，并制定合理的教学实施方案。我们课程团队经过调查分析，选择了适合的软件来设计虚实相结合的仿真设备平台，并制定相配套的的项目化教学方案，投入到教学实施实践，取得了不错的效果。
（一） 虚实结合教学平台的搭建。目前国内也有不少高校将虚拟控制对象运用于电气、电子应用技术的教学与实训，主要有以下三种情况，我们进行了分析比较：
1.直接购买教学设备厂商开发出的仿真软件来搭建平台，这种方案优点是虚拟设备和实际实验设备互动性好，作为学校和教师方面也比较省事，买来即用。但是缺点也很明显，首先是价格昂贵，更重要的是教师在实际应用中很难根据教学的实际情况或特殊要求，对软件进行实时更改或再开发，制约了应用效果。
2.还有一些学校组织教师利用Flash、CorelDraw等软件开发仿真系统，这类仿真效果虽然色彩、动画等方面都很好，但它们也只限于动画演示，往往只能解决学生理解设备动作过程的问题，并不能与电气、电子工业设备进行通讯，无法实现实际设备和仿真动画的互动。所以用其作为开发软件来设计虚实结合的仿真设备平台并不理想。
3.另外一些本科、高职院校利用了工业组态软件来设计仿真电气、电子的控制对象。工业组态软件是一款工业级的现场监控和过程控制软件，具有强大、丰富的动画制作功能，并且能与现场的各种工控设备包括PLC、变频器通信连接互动，随时反映实际设备的动作情况。制作难度对于从事自动化教学的教师不算困难。
经过以上对比分析，选择工业组态软件来制作PLC、变频器的仿真控制对象是比较理想的。接下来我们采用比较流行的组态软件“组态王”软件在课余时间制作电脑仿真动画模型，制作的虚拟设备模型项目有：工作台自动往返运行；运料小车变频自动往返运行；十字路通灯控制；动感喷泉喷泉PLC＼变频控制；感应自动门PLC＼变频控制。
在实体设备方面，我们采用的PLC与变频器实训台，体积不大，一间实训室可配备十几台，每个实训台上的设备实物单元包括西门子S7-200PLC控制器、西门子MM440变频器、输入开关＼按钮单元、输出继电器单元、输出接触器单元、三相交流异步电动机单元，每个实训台都配有一台电脑来储存和演示虚拟动画设备模型。这样构成了虚实结合的PLC与变频器综合实训平台。
（二）实施方案设计。在本课题研究之前，我们教学团队已对该课程实施了项目化改革，取得了良好效果，在此基础上，根据课程项目化依靠实际工程项目展开教学的特点，我们进行了如下虚实结合的设计：
1.在教W项目引入时，利用设计好的虚拟仿真设备模型进行动画演示设备的动作过程，给学生一个形象的展示，让学生从生动的动画画面中了解控制的要求。
2.进行项目相关知识点和技能点培训，对相关知识点和技能点进行讲解，利用PLC与变频器实训台上的设备实物器件对学生进行实际动手训练。
3.项目调试阶段，学生掌握相关知识、技能之后进行项目任务的完成，要求在实训台上对设备实物器件进行电气接线，进行设备调试，在调试过程中，学生可以利用PLC的输入输出实物器件的动作来检验PLC程序、变频器参数是否正确，也可以联接虚拟仿真模型来检验。
4.在项目验收阶段，教师利用虚拟的计算机动画仿真模型结合实训台实物器件来验收，要求做到相应的实物器件动作正确，仿真动画也动作正确，则说明学生接线正确，程序调试到达控制要求。
（三）实施效果对比观察。经过充分的准备，进到实施阶段，我们采用了对比实验的方法来观察实践效果：一部分班级采用虚实结合的方法进行教学（以下称为实验班），另一个班级则没有采用，还是原有方式（以下称为非实验班）。
首先，一开始在项目的引入上，在实验班我们通过多媒体投影将计算机动画仿真在课堂上演示，例如小车变频变速动画，小车速度的变化效果生动形象，学生的注意力和兴趣一下子被吸引上来。而非实验班主要靠教师借助PPT和图片来讲解，学生反应则没有这么强烈，部分学生没能关注到老师讲解的内容上。
接下来的教学，实验班所表现的学习热情和积极性明显强于非实验班，他们能更积极地学习项目所需的知识，更主动地投入各项训练，所以教W进展得更为顺利。
在进行到项目调试阶段，实验班对于控制要求的疑问明显要少于非实验班。由于调试过程中会有各种各样意料不到的情况和结果发生，非实验班对控制要求上的疑问无法自行解决，经常会向老师反复提出，而实验班在遇到问题时往往能通过反复观察动画仿真演示来进一步理解控制要求，并且理解得比较准确、到位。相比之下，采用虚实结合的方式教师不需要花太多时间去解释和分析控制要求，可以有更多时间用在协助指导后进的学习小组。
在项目验收阶段，实验班教师用仿真软件的PLC联机控制画面来验收学生项目调试成果，是否能达到控制要求，通过画面的动作很容易判断学生们调试的程序是否达到要求，对于没有达到控制要求的，通过切换到演示画面进行对比，很容易就让学生信服与控制要求的差距。非实验班教师在验收时则比较麻烦，首先需要靠试验台上的指示灯亮灭来推想设备的动作，这样相比之下就得多花费一些时间。其次在一些比较复杂的控制问题上，没有虚拟动画的演示则需要靠大量文字来描述控制要求，而高职学生普遍对文字理解能力不强，容易产生偏差，调试的成果与控制要求不符，往往容易和老师产生争议。就算教师花了很大精力来解释和说服，也不一定能做到让学生真正理解和信服，这样就影响了学生对老师的信任感。
经过一个阶段的对比试验，收到了明显的效果，可以看到采用虚实结合模式的班级，学生学习兴趣、积极性得到更大提高，对复杂的控制要求更容易理解和把握，学习成绩明显高于没有采用的班级，同时他们的动手装配能力得到很好的锻炼。学生在同期的各级技能竞赛、创新项目设计中获得了多项优异成绩。
采用基于工业组态技术的虚实结合的项目化教学模式将虚拟仿真动画设备模型与实验设备实物有机结合在一起，可以实现虚实结合、优势互补；利用工业组态技术能模拟出多种PLC控制对象，把不容易在教学环境中展示的自动化生产线、自动化设备生动地呈现，而且内容扩展更新也极为方便。这样不仅可以大幅降低教学设备投入成本，又可以丰富学生的课堂内容，激发学生学习的兴趣及主动学习的热情；结合实验设备实物器件，能很好地锻炼学生的实际动手操作能力。该模式对于PLC与变频器应用技术教学效果起到很好的帮助和提升，在增强和促进教学质量提高方面具有积极的意义。
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关键词：虚拟制造技术；现代机械工程设计；机械制造；机械产品；机械设计
文献标识码：A中图分类号：TH166文章编号：1009-2374（2016）05-0073-02
作者简介：伊纪斌（1994-），男，山东淄博人，山东理工大学国防教育学院学生，研究方向：机械设计
随着知识经济和工业制造的快速发展，现代化的市场要求产品生产厂商要以最快的速度、最优的品质、最短的研发时间、最低的成本消耗和最佳的服务来满足顾客的需求。传统设计一般是在图纸结合产品的特性和设计的具体要求进行的，在机械设计的过程中需要提前对设计中的设备装配的干扰因素的不确定进行考虑，但是产品在装配中的缺陷只有在产品开发的后期才能暴露出来或者在产品的试制阶段和装配中显现出来。如果设计的零件已经开始投入生产了，那么损失就更加严重了。产品的质量在传统的设计和制造方式上不能得到很好的保证，并且传统设计的工艺比较粗糙、开发的效率低、花费时间比较长、耗费的资金比较大。在变化速度快、持续性发展和不可预测性市场中难以适应。因此，企业的生产活动需要具备高度的柔性和快速的反应，与此同时信息技术的飞速发展保证了机械制造的先进性，信息化的使用对于现代机械工程设计十分重要。
1虚拟机械制造技术
以往传统的机械设计技术的设备条件比较差，设计技术性不强，传统的设计观念比较保守，设计的手段主要依靠的是粗略的计算和估算，主要是在较多的简化和静止化假设中完成机械工程的设计，传统设计具有较大的随意性，并且设计的关键过程还对设计者的经验和设计习惯具有很大的依赖性。设计的过程很难实现合理、高效和准确。但是在现代化虚拟设计的相关技术可以很好地实现设计经验依赖性强、设计过程静态性和设计理念随意性向现代化设计精确性、以数据知识工程和专家系统为保证的设计方式的发展，虚拟计算机技术需要对必要的信息进行检索、分析和收集。最终找出最优的设计方案和数值运算的方式，当然也会对CAD技术和人工智能技术、数据库技术等进行大量的应用。虚拟机械制造技术主要是在虚拟环境下对计算机的模型进行虚拟分析的一种计算机设计技术。该技术集成并综合应用了综合性的机械制造环境，主要包括了各种仿真、分析、应用等工具以及信息模型和控制工具等。虚拟制造需要经历的主要阶段有装配产品的概念设计、动态仿真、回收利用。依靠虚拟制造技术，机械设计人员不需要将所有的零件设备生产制造出来，可以通过对零件模型的建立，随后对零件进行虚拟装配，并对各零件部位之间的装配间隙进行干涉、对装配的状态实现检查，对零件设计中的错误及时发现，如果零件不符合设计要求，可以依靠计算机技术方便及时更改模型，最后形成新的零部件设计图和装配图，达到设计、装配和制造检验的协调。
2虚拟制造技术的关键
虚拟制造技术包含了许多方面，主要有设计技术的提出、产品制造过程的抽取、原模型的建立、集成基础结构、建模仿真等。下面就对虚拟制造技术中的关键技术进行详细的介绍：
2.1虚拟技术中的建模技术
虚拟指的是在系统中将现实制造系统映射到虚拟环境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、计算机化的抽象描述和表示。VMS建模的主要内容有生产模型建立、产品模型建立、工艺模型建立的信息化体系结构的建立。生产模型中有静态描述和动态描述两种。静态描述主要是关于对系统生产能力和生产特性。动态描述是在已经被得知的系统状态和需求的性质上对产品的整个过程进行全面的预测。在制造过程中我们将种种实体对象总的称之为产品模型。在产品的模型建立中需要对产品的明细、形状特征等方面进行描述。对于VMS而言，要实现产品实施过程的全部继承必须具备完整的产品模型。因此在虚拟制造中的产品模型不再是单一和静止的，它可以运用抽象的技术实现各种模型面貌的提取。工艺模型主要指的是在制造过程中对产品的工艺参数和关于产品功能的各种因素进行联系，最终实现对产品模型和生产模型之间相互作用的反映。
2.2虚拟制造技术中的仿真技术
仿真指的是通过计算机实现复杂现实系统的抽象化和简洁化最终形成的系统模型，并且在仿真的基础上对模型进行应用，最终得到相应的系统性性能分析。仿真主要以系统模型为主体的研究方法，它对实际的生产系统没有直接的干扰作用，并且仿真系统可以对计算机的计算能力进行应用，实现在短时间内完成在实际工作中需要很长时间的工作，有效缩短了生产决策的时间，最大化地避免了对人力、物力和资金的投入以及浪费。计算机技术还有很好的仿真修复功能，最大化地保证了方案的最优。仿真技术过程的主要步骤有系统研究、数据收集、系统模型建立、仿真算法的确定、仿真模型的计算、仿真模型的运行、结果的输出和分析。仿真在产品的制造过程主要被分为制造的仿真和加工的仿真。在系统产品的开发中主要涉及的是产品建模、设计交互行为仿真等。方便对设计结果的评价，及时进行反馈，降低产品设计中的错误。加工过程的仿真主要有切削、装配、检验及焊接、压力加工和铸造等。以上两种仿真过程是相对独立的，两者不能实现集成，而VM中应建立全面过程的统一仿真。
2.3虚拟制造中的虚拟现实技术
虚拟现实技术的目的是改善计算机的交互方式，提高计算机的可操作性，它是在对计算机图形系统和多种显示以及控制等接口设备的基础上，以交互的三维环境为人提供沉浸体验的技术。虚拟现实技术主要由图形系统和多种接口设备组成，使人在虚拟环境中感受到真实的沉浸感觉，交互性计算机系统是虚拟现实系统的基础。虚拟现实系统中有操作者、机器和人机接口。它帮助提升人和计算机间的和谐度，同时也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下实现对真实世界的模拟。在用户交互输入以及输出修改虚拟环境的条件下，使人达到身临其境的沉浸感觉。VM的关键技术之一就是虚拟现实技术。
3机械虚拟样机技术介绍
虚拟样机技术在机械工程设计中被称作机械系统动态仿真技术，它是20世纪80年代在计算机技术的快速发展中发展起来的一种计算机辅助技术。在计算机建立样机模型后，对模型的多种动态性能进行具体的分析，最后对样机方案实现改进。用数字化模型代替物理性的样机。通过虚拟样机技术的作用，简化了机械产品的设计开发过程，有效缩短产品开发的时间，最大程度降低产品的开发成本和费用，实现产品质量和系统性能的提升，使设计产品实现最优化和最具创新性。综合以上优势，该技术一经出现就受到了众多工业发达和高等院校及设计和生产企业的重视，许多著名的产品开发设计者都对该技术进行了引入并运用在自身产品的开发中，并且取得了极好的经济和生产效益。在机械工程设计中应用仿真技术对零件进行设计、生产工序等方面的选用以及工艺参数、加工工艺、装配工艺等构件的运动性等均可以实现建模仿真。
4虚拟制造技术在机械工程中发挥的优势
4.1强大的通用性和分析处理复杂问题的能力
虚拟样机技术建立和发展的基础是分析力学和多体运动力学，该技术的关键是对复杂机械系统进行自动建模。因此，大多数的虚拟样机技术软件主要运用的是带约束乘子的微分代数混合方程。令每个构件都有六个自由度是它的核心，还要要求其对多余的自由度进行限制，实现其具有良好的通用性，达到适用性强的目的。与此同时，虚拟样机技术还对机械系统的详细环节进行考虑，具体指弹性、接触和摩擦等因素。
4.2为机械系统建模带来便利
传统的机械系统建模中要先建立运动分析，随后在运动分析的基础上进行动力分析，这中间需要许多的图形分析和公式推导。但是图形的分析和公式的推导过程往往比较复杂，并且错误率高。同样的建模过程中设计人员只需要将机械的构成方式和连接方法以及相应的物理参数实施输入，其后的建模和求解只需要计算来完成就可以了，极大地帮助设计人员承担了许多的设计难度。
4.3强大的后期处理能力
在传统的分析方法上通常得出的是大量的数据，数据的理解还要依靠丰富的经验和理论。但是运用虚拟样机计算软件为复杂性的数据提供了可视化技术，使得设计人员直观地看到机械设计的性能和运动效果。
5结语
虚拟制造技术实现了现代工程机械工程设计领域中的设计、试制等一系列过程的直观性。实现了在产品真正制造出来前，可以在虚拟的制造环境中生成产品的原型，更好地替代现实中的硬件产品，更方便地对设计产品的性能和可生产性进行评估，极大地缩短了产品的设计和生产周期，最大化地节约了产品开发的成本，保证产品的开发和设计可以适应市场的灵活性的变化。虚拟制造技术是现实技术和计算机仿真技术在机械制造中的综合应用。在现代化计算机虚拟设计技术的帮助下实现对众多产品的开发和设计，不仅不会造成实际物质的浪费，并且还能更直观地了解产品生产的具体情况，打开了机械制造和设计的全新局面。
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