关键词：物流系统仿真 多元平台 物流仿真软件
中图分类号：TP391.6 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）07（a）-0023-02
物流系统仿真是物流类专业的一门主干课程，是验证物流系统设计及优化的重要手段。该课程以概率论和数理统计为理论基础，以计算机技术和可视化技术为技术手段，通过对物流系统各环节进行抽象建模并进行模拟仿真，结合仿真结果进行数据分析从而得出结论，验证物流系统设计以及优化方法的可行性。物流系统仿真课程主要分理论讲解和软件操作两个部分，也有很多院校采用了案例教学法，以典型案例为切入点，在教授软件的使用方法的同时，融入基础理论。大部分院校都是基于某一种软件进行的教学，学生对于物流系统仿真的理解很容易拘泥于某一种平台。为了更好地培养学生在物流系统仿真建模中的抽象思维能力，并使学生更加深入透彻的理解物流系统仿真的实质，该文将从仿真软件多元化的角度，对物流系统仿真课程多元平台建设进行探讨。
1 物流仿真软件平台
物流仿真软件平台很多，其仿真特点及侧重点虽各有千秋，但仿真的思路及结果分析都大同小异。目前从仿真效果的角度主要分为二维仿真和三维仿真两种，二维仿真软件侧重系统流程的模拟，仿真的过程中对计算机的硬件要求较低，运行更为顺畅，而三维仿真软件仿真运行的效果更吸引人，在学习仿真的入门阶段更容易引起学生的兴趣。随着市场需求的发展，许多二维物流仿真软件的高版本也都支持三维效果演示，但是在建模初始阶段还是需要在二维空间进行操作。常见物流系统仿真软件如表1所示。
2 物流系统仿真多元平台整合
众多物流系统仿真平台各有特点及其适用环境，根据学习的难易程度及实际条件，选用了Flexsim、Em-plant和Anylogic3种仿真软件作为整合对象，应用与物流系统仿真课程的教学之中。
考虑到课程学时的限制，整合过程中并未将3种软件全部安排到课程的讲授部分，而是通过课程讲授、课程设计和毕业设计相结合的形式进行多元平台的整合，如图1所示。
（1）讲授部分。课堂讲授部分除了基础理论外，在案例教学当中以Flexsim软件为主，辅以Em-palnt软件。Flexsim软件在解决简单问题时可通过直接拖拽实体和属性设置的方式进行，操作简单，界面友好，可直接进行三维效果演示。通过案例教学培养学生的抽象思维建模能力并熟悉一般物流系统仿真软件的操作流程。在大体掌握了Flexsim软件的使用方法后，引入Em-plant软件，根据软件的特点，从流程仿真的角度针对Flexsim的类似案例进行建模仿真，讲授Em-plant软件的建模思路，及代码编写基础，实现课程讲授部分的两种仿真软件的结合。
（2）课程设计部分。课程设计采用分组的形式，给出实际的案例，分别应用Flexsim和Em-plant两种软件，通过数据调查、系统简化、抽象建模、参数设置、仿真运行、结果分析等环节，针对同一案例进行仿真分析，并比较两种软件的各自特点。
（3）毕业设计部分。毕业设计可用的时间较长，针对同一案例，在Flexsim和Em-plant的应用基础上，再加入Anylogic仿真软件，应用3种软件对案例进行现状仿真分析及优化方案验证。此阶段，学生对物流系统仿真已经有了较为深入的认识和理解，对于一般仿真的流程也较为熟悉，为较快掌握Anylogic软件提供了良好的基础。通过Flexsim、Em-plant和Anylogic三种软件的学习和运用，完成物流系统仿真多元平台的整合。
3 结语
物流系统仿真课程主要是培养学生的抽象思维能力和应用仿真软件解决问题的能力。单一平台的学习容易导致学生思维的模式化和对仿真理解的片面化，在一定程度上对学生的发展将会产生一定的束缚。通过物流系统仿真课程多元平台的建设，可以使学生对物流系统仿真有更为全面和深入的理解。
参考文献
[1] 陈雷雷.建模与仿真课程设计的教学实践与探索[J].实验室研究与探索，2014，33（7）：210-213.
[2] 李晓栋.典型物流仿真软件特点简析与教改探讨[J].广东农工商职业技术学院学报，2013，29（1）：59-62.
【关键词】三维仿真教学软件 开发 应用机制
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2017）04B-0027-03
计算机仿真是在计算机上建立形式化的数学模型，然后按一定的实验方案，利用系统的模型通过模型解算的方法来获得系统动态行为的一种研究系统的过程。计算机仿真技术是以计算机为工具，以相似原理、系统技术、控制理论、信息处理技术以及各种相关领域技术为基础，以计算机和其他专用物理效应设备为工具，根据系统试验目的，建立系统模型，并在不同的条件下，对模型进行动态运行试验的一门综合性技术。随着计算机仿真技术的迅速发展，仿真技术由二维平面图形向三维虚拟现实逐步转化。三维仿真技术具有生动、形象、经济实用等优点，已广泛应用于科学研究、工业制造、交通运输、工程设计、教育培、军事、医疗等众多领域之中。
一、三维仿真技术在职业教育领域的应用
仿真教学是利用实物或计算机创设各种虚拟环境来模拟真实环境，并根据真实环境中的理论和实际操作情况在虚拟的环境中进行操作、验证、设计、运行、优化等的教学方式。它的出现对职业教育的发展产生了极大的推动作用，为新的教学手段开发奠定了基础，使教学方式、方法的改革和创新成为职业教育发展的必然趋势，结合互联网使用，可以使职业技术教育实现远程学习、在线学习，突破传统职业教育依赖于硬件设备进行教学的局限，促进职业教育跃上了一个新的台阶。目前，许多职业院校充分利用现代计算机技术和仿真技术开发了三维仿真教学软件、实验或实习仿真教学系统，开展仿真教学和实验、实训操作训练，如利用数控加工仿真教学系统，可以实现学生编程刀具路径轨迹校验、检查碰撞、工件过切、程序优化等教学过程，尽可能避免未经校验的程序在实机操作过程发生碰撞等危害事故。电梯技术实训仿真教学系统可实现电梯技术中的机械、电路、传感器、变频调速、PLC 控制等技术实训的仿真教学。建立与课程相对应的仿真实验室、仿真实训室、仿真实训车间、工厂，利用仿真实训室开展单项技能训练和综合项目实训，如数控仿真实训室、三维电子导游仿真实训室、财务仿真实训室、冶金仿真实训室、变电仿真实训室等仿真实训室，使学生直观地、低成本地体验生产环境，完整地、清晰地了解生产流程和各个岗位的工作任务等。
二、三维仿真教学软件的开发方式
教育部的《教育信息化十年发展规划（2011―2020年）》明确提出：加快职业教育信息化建设，建设职业教育虚拟仿真实训基地。由此可见，虚拟仿真实训基地是专业实训基地的一个重要组成部分，职业院校要积极建设仿真实训基地等信息化教学设施，组织力量开发适合学校发展需要的仿真教学软件，以满足信息化教学的需要和专业建设的需求。三维仿真教学软件的开发通常有学校自主开发、校企合作开发、软件购置三种方式。学校组织教师自主开发虚拟仿真教学软件，主要是解决教师教学中特定的教学问题，这是提高教师信息技术水平的一个重要举措，也是解决学校信息化教学资源不足的主要途径。例如，广西机电工业学校教师自主开发的基于单片机技能大赛的三维虚拟仿真软件，仿真度高，可以根据训练项目进行编程和调试程序实训操作，包括单片机控制的机械手进行实时仿真等。校企合作开发的虚拟仿真教学软件主要是学校根据自身需要定制的产品，学校根据自身教学需要提出仿真软件系统的总体要求、技术要求、教学模块功能、产品的指标等需求，成立由学校专业教师和企业专家组成的开发小组，教师根据教学目标、教学内容、教学方法、教学认知规律和企业的岗位要求及工作过程进行教学设计，再由软件技术开发公司来负责技术实现。例如，广西机电工业学校开发的基于工作过程的模拟电路分析与制作三维仿真、地质灾害三维仿真等与教材配套、具有学校特色的教学软件。软件购置是学校根据教学需要和使用场所，购置易于实现与其他设备、软件衔接的行业中具有代表性的教学软件系统。
三、三维仿真教学软件开发的流程
教学软件是为实现特定的教学目标、实施特定的教学过程而设计开发的应用软件，教学性是它固有的属性。在开发过程中应将教学设计和软件工程二者有机结合，软件开发团队应该由职教专家和专业技术专家等组成。自主开发和校企合作开发仿真教学软件一般由分析、论证、设计、实现、测试、验收这六个阶段组成，而软件购置则省略了设计和实现这两个阶段，三维仿真教学软件开发的流程如图 1 所示。
（一）需求分析。教学软件的需求分析是保证教学软件开发质量的重要前提。其主要任务是回答“软件必须做什么”，从而确定软件开发的目标和预期效果，并在使用条件分析、软件功能分析和教学特性分析的基础上，确定软件的使用条件、教学功能、教学特性等其他方面的要求。
（二）方案论证。根据软件开发的目标和预期效果，对所要开发的软件产品现状进行比较分析，明确已有教学软件同类产品可以解决的问题和不能解决的问题。依据教学需求分析和已有产品现状分析的结论论证教学软件开发的必要性，从教学软件开发的经费、开发团队的组成及其成员的技术水平、教学功能实现的技术手段等方面论证教学软件开发的可行性，进一步确定开发软件的总目标。
（三）软件设计。为了保证教学软件的教学性、科学性和可操作性，软件设计很重要的一部分工作就是进行教学设计，围绕教学软件的教学目标、教学内容、教学策略和评价方式分别进行分析设计，确定教学软件整体框架结构，功能模块等。
（四）软件实现。软件实现是教学软件开发流程中最能体现教学软件特色的重要环节。首先要进行技术预研，选择合理的开发平台以及软件工具，然后根据软件设计的结果，围绕教学软件的界面、数据库、功能模块等详细规划。比如，对机械部件的实物原型进行三维建模、运动功能、驱动控制、外部数据接口等功能设计。最后，使用 Unity3D 软件作为开发平台，实行仿真环境的场景、环游功能和人机交互功能。具体实现步骤包括：先测量实物的实际尺寸，使用 CAD 软件绘制二维图像（.DWG 格式），然后利用二维图像在 3DsMax 软件中建立三维模型（.FBX格式），最后在 Unity3D 软件中导入三维模型，针对三维模型的碰撞检测以及人机交互功能进行代码的编写。 （五）软件测试。软件测试是确保教学软件|量的重要环节，分为单元测试、整体测试。由教育专家、技术专家、教师和学生对所开发的软件产品进行功能和效果等测试，及时发现软件产品存在的问题，再根据存在的问题和修改建议进行修改优化。
（六）评审验收。教学软件的评审验收需要专家、同行和用户三方结合进行。专家和同行的评审可以保证教学软件的教学功能和技术性功能，用户评审有利于积累教学软件的开发经验。
四、三维仿真教学软件的应用机制
仿真教学软件（系统）应用的主体是教师、学生和在职培训者。应用仿真教学软件的目的主要有三个方面：一是通过仿真教学软件的虚拟交互，使抽象内容形象化，学习活动变得生动有趣味，降低学习难度，调动学习者的学习积极性，从而提高教学效果；二是利用仿真软件开展教学，可以弥补场地、设备和师资的不足，实现理论与实践的同步教学，提高教学效率；三是利用仿真教学软件和网络搭建的平台，打破地域和时间的限制，实现网络教学和远程培训。为更好实现上述目标，必须建立相应的仿真软件运行管理机制、学习者学习机制、教师培训机制、仿真软件应用的考评机制、仿真软件使用评价机制，如图 2 所示。
（一）仿真软件运行管理机制。为教师、学生和培训者提供便捷的教学使用平台是仿真教学软件应用的基本前提，因此教学软件运行管理机制是教学软件应用中最重要的机制。经评审验收后仿真教学软件由学校信息中心或相应的部门进行集中管理，负责教学平台的运行管理和维护。相关的专业教学部门或开发部门负责开发与之对应的教材、学习指导等教学资料，并建立相应的教学平台，为仿真教学软件的应用提供基本的保障。可通过建立完善相关管理制度和明确工作职责来建设仿真教学软件运行管理机制。
（二）学习者学习机制。网络课程在线学习和远程培训的主要对象是在校学生和在职职工。可通过把学生利用网络课程学习或职工参加远程学习的情况与对应课程考核成绩挂钩的方式建立学习者的学习机制。
（三）教师培训机制。教师是仿真教学软件的主要用户之一。教师要对软件的使用方法、应用场合及其主要功能、教学性能要十分清楚，并能熟练演示和操作仿真软件，才有可能在教学实施过程中应用仿真软件进行教学。可采取企业培训、校本培训和开展相关教学教研活动的方式对教师开展培训，并建立教师学习培训跟踪考核评价制度，确保教师会用、想用，使之成为教学中不可缺少的重要手段，提高教师信息化教学应用水平。
（四）仿真教学软件应用的考评机制。教师是教学的组织实施者。要充分调动教师利用仿真软件开展课堂教学或组织实施项目的积极性，改革教学方式、方法和教学模式，（下转第38页）（上接第28页）更好地利用仿真软件辅助教学，提高教学效率和教学质量。建立教师应用仿真软件的考评机制可以从以下几个方面入手。一是将教师应用仿真软件（信息化）教学明确为工作职责之一；二是把教师应用仿真软件（信息化）教学的考评机制纳入教师学期业务考核内容；三是与教师的专业技术职务晋升挂钩，将教师运用应用仿真软件（信息化）教学的能力作为教师的岗位能力，作为资格晋升的必要条件之一；四是建立奖励制度，对教师开发仿真软件和应用仿真软件参加信息化教学比赛给予业务考核加分和物质奖励。
（五）仿真软件使用评价机制。建立有效的仿真软件使用评价机制。从教师、学生、培训者的多维角度，对软件教学功能、性能、效果和可操作性及开发水平等方面进行调查评价，在调查评价基础上分析其使用效率、使用效果、评价反馈意见等，为同类仿真教学软件的开发提供改进的依据和借鉴。
总之，教育信息化已经成为职业教育发展的必然趋势。随着计算机技术和仿真技术水平的不断提高和计算机仿真的硬件与软件成本的逐渐降低，三维仿真教学软件将不断地升级更新，更加智能化、真实化，从而使得仿真软件具有成本较低、贴近真实的工作场景、操作简单、灵活方便、维护容易、学生参与性强、互动性好、易于接受的特点，最终三维仿真教学软件将会在职业教育领域中发挥越来越重要的作用，成为新时期的重要辅助教学手段。
【参考文献】
[1]廖守亿，陈 坚，等.计算机仿真技术[M].西安：西安交通大学出版社，2015
[2]郝丽娜，刘兴刚.计算机仿真技术及CAD[M].北京：高等教育出版社，2009
关键词：机械制造基础；外圆加工；三维仿真；教学
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）01-0158-02
随着现代化教学手段的不断运用，三维仿真技术在教学过程中的应用效果日益明显。机械制造基础作为工科院校的一门专业基础课程，承担着学生从基础向专业学习过渡的重要任务[1，2]。然而，由于机械制造方法及制造工艺过程理论实践性强的特点，如何将枯燥抽象的加工、制造理论生动真实的展现出来已成为教学过程中需要解决的重要问题，外圆加工方法作为机械制造基础课程中的基本知识，便成为需要生动展现的重要对象。鉴于三维仿真技术具有直观性、生动性等优点，本文运用三维仿真软件[3]，研究车削、磨削、镗削外圆加工方法的三维建模及加工过程动态仿真的实现方法，力求提高机械制造基础课程的课堂教学效果。
一、机械制造基础课程中外圆加工方法的特点
外圆加工方法是机械制造基础课程中最基本的加工理论[1]，只有让学生充分理解并掌握该部分内容，才能使学生更有效地理解各类表面加工方案和零件加工工艺过程部分的理论知识。但是在教学过程中，如果仅仅凭借二维图形和语言描述，很难形象展现各种加工过程中零件、刀具、夹具的运动状态及各加工方法的优越之处。例如，车削适合加工回转体外圆面，而对于那些大型的不便回转的支架或箱体类零件，外圆表面的加工可利用镗床镗削，但是镗削非常适合加工不可回转零件上的孔及孔系，一般镗刀是绕刀杆轴线旋转。加工外圆时镗刀杆则需要安装到平旋盘上，以保证镗刀有较大的回转空间[1]。并且为避免镗刀杆刚性不足，镗削不适合加工过长的外圆表面。这些理论若仅凭二维图形表示自然会烦琐抽象，语言叙述更枯燥乏味，如果能展示零件的立体结构，并辅助以零件移动的同时平旋盘与刀具如何旋转，加工时零件外圆表面如何变化的动态过程演示，则会很方便地让学生理解上述问题，并给学生以深刻印象，起到事半功倍的作用。
二、零件外圆加工的三维动态仿真分析
1.外圆加工仿真的实现方法。为了在课堂上展示外圆加工的三维动态过程，利用SolidWorks2013三维仿真软件，进行车削、磨削、镗削加工零件外圆表面的三维动态仿真样机。
利用三爪卡盘装夹加工回转体零件外圆柱面是最常见的外圆车削方法，为展现车削过程中刀具、工件运动的最基本原理，建立车床主轴箱、三爪卡盘、车刀、阶梯轴零件的三维模型，并建立三爪卡盘装夹阶梯轴的装配模型。插入主轴箱，使其固定，再插入三爪卡盘，阶梯轴零件和车刀，添加配合约束，以限定卡盘除绕轴线旋转外的5个自由度和阶梯轴的6个自由度。添加车刀与阶梯轴的配合，保证车刀刀杆垂直与卡盘及阶梯轴零件回转轴线、刀尖与轴线等高，选择拉伸切除命令，绘制断面草图，以实现刀具纵向进给，获得车削阶梯轴外圆仿真动画如图1所示。
外圆磨削是常见的外圆表面精加工方法，为了展现磨削外圆的原理，首先建立砂轮装配体、阶梯轴零件三维模型。为了模拟磨削外圆的真实场景，新建装配体文件，首先插入砂轮装配体模型，使其固定，然后插入阶梯轴零件，添加配合确定砂轮轴与磨床头架及阶梯轴中心线间的位置；为实现砂轮对阶梯轴最大外圆的磨削动作，添加砂轮右侧表面与轴肩左端面距离为0mm，并选择装配体特征菜单的拉伸切除命令，绘制横断面草图，选择阶梯轴为切除对象，更改砂轮装配体状态为浮动，在阶梯轴外圆上添加旋转马达，在砂轮上添加反向马达，选择砂轮与阶梯轴轴肩的距离配合，输入距离值，生成仿真动画如图2所示。
镗削是镗刀旋转作主运动，零件或镗刀作进给运动的切削加工方法。为展现镗削外圆与车削外圆的不同，建立支架三维模型及平旋盘和镗刀模型。为实现镗削加工，建立装配体模型，插入平旋盘及镗刀装配体，使其固定，再插入支架三维模型，添加配合，保证平旋盘外圆与支架外圆同轴，镗刀前端面与支架外圆端面距离，利用拉伸切除命令设置切除外圆直径和长度，更改平旋盘及镗刀状态为浮动，为实现动态过程仿真，并在平旋盘外圆面处添加旋转马达，为展现切削时支架沿平旋盘轴线移动，在支架右侧放置键码并设置拉伸切除距离值，获得仿真动画如图3所示。
2.外圆仿真效果的对比分析。从上述动态仿真可很容易地分析出：（1）车削、磨削、镗削三种外圆方法工作原理不同，车削外圆柱面时，被加工零件旋转，车刀沿着零件回转轴线移动；而磨削外圆是磨具与被加工零件相对旋转的同时，零件沿轴线移动；镗削加工则是镗刀旋转，工件沿着镗刀回转轴线移动。（2）车削和镗削外圆都是利用一把金属切削刀具，切削时已加工表面随刀刃的移动而增大，而磨削则是砂轮上很多磨粒随着砂轮转动来切除零件上的材料，切削层要薄很多。（3）车削外圆时工件轴线必须与回转中心线重合，为避免重心偏移，零件不能过分复杂，而镗削则只需要工件平移进给，因此更适合加工尺寸较大、结构复杂的不易回转零件。（4）镗削外圆时镗刀杆处于悬臂状态，因此不适合加工长度较大的外圆。由此可见上述仿真可在短时间内使学生很容易的理解车削、镗削、磨削外圆的基本理论，可以使外圆加工原理和特点简单化、直观化。
三、结论
分析了机械制造基础课程中外圆加工理论的特点，利用三维仿真软件SolidWorks2013进行了车削阶梯轴外圆、磨削阶梯轴外圆和镗削大型支架外圆的三维建模和动态仿真方法研究，通过三种外圆加工方法动态仿真结果的对比分析发现，外圆加工三维仿真动画直观的展现了三种加工方法所用刀具及加工原理的不同，生动的显示了外圆加工方法的各自特点，为提高机械制造基础课程教学效果打下了基础。
参考文献：
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[2]孙健峰，杨洲，王慰祖.机械制造基础课程教学中存在的问题及改革的思考[J].当代教育理论与实践，2016，8（4）：78-80.
[3]北京兆迪科技有限公司.SolidWorks2013实例宝典[M].北京：中国水利水电出版社，2013.
The Application Research of Cylindrical Processing Simulation in Mechanical Manufacture Foundation Teaching
YANG Li-ping，ZHAO Li-hong，HUANG Xue-mei
（Harbin Engineering University，Harbin，Heilongjiang 150001，China）
【关键词】水下机器人；视景仿真；运动模型；OGRE0.引言
发展海洋是新时代的必然趋势，水下机器人对海洋开发、海洋调查测绘及相当多水下作业都有举足轻重的作用。水下机器人系统的研究和开发中，仿真技术可以缩短其研制周期、提高研发质量和减少经费，避免因系统故障时导致其丢失的严重后果。三维视景仿真技术广泛应用于军事、航海、航空航天、游戏及医疗等领域，是集图形学、图像处理、模式识别、网络等计算机技术高度发展的一门综合性技术。
3Dmax与OGRE（Open-source Graphics Rendering Engine）是近年来得到迅速发展的嵌入Windows三维模型仿真技术。它性能卓越，API具有良好的可移植性。本文通过3Dmax建模和OGRE 3D引擎作为仿真平台，及Qt设计窗口，在Visual Studio2008环境下完成仿真。
首先配置好VS2008和OGRE开发环境，主要是一些插件和动态链接库，定义OGRE将要使用的资源，选择并设置渲染系统。通过初始化使用一些资源，并用这些建立一个场景，启动渲染循环。
1.仿真的一般流程
通常我们先用软件Creator、3Dmax、Photoshop和Auto CAD等画出一维、二维及三维的仿真图形库。一些特殊的如仿生鱼水下机器人建立时图形仿真时用到了自由变形计轴变形及其他样条曲线理论的支持完成。到最后显示的视景仿真一般都是通过Vega或者OpenGL再通过Visual studio编译执行写好的虚拟现实代码等来实现仿真，而且3D仿真大都需要进行碰撞检测。为了设计窗口的方便可能运用MFC或其它工具来设计人机交互窗口，最终形成一个完整的仿真系统。
2.模型的建立
通过3Dmax所得到的水下机器人三维模型。
根据国际水池会议推荐，建立固定坐标系（惯性坐标系）和运动坐标系（附体坐标系）上图的水下机器人也将按此坐标系[1]。
由于完整的六自由度运动方程具有极强的非线性和耦合性，所以需要我们进行解耦进而进行求解。对于方程的简化与求解大多数专家并没有给出，不过我们通常根据不同的水下机器人的形状等特点来适当减少式中的未知量及个数，一般将各方向的运动都简化为平面运动。简化得到的方程式不但有的时候能让我们更容易的得到未知量来实现仿真，而且对于水动力系数等得求解也简单的多。三自由度、五自由度及六自由度的操纵性方程是最常见的，有的为了方便甚至直接简化为一维的线性方程，再通过一些其他的算法来趋紧真实的结果。
水动力模型相对复杂，最简单就是力、力矩对速度、加速度、舵角等的一阶偏导数即线性流体水动力导数。这里就不诸一列举各项研究所用的水动力方程，水动力系数的选取与获得现在一般是通过经验公式、拖曳实验及CFD技术。其中拖曳实验应该是最准确的，但是它也受到实验环境及未知因素的影响。CFD技术已经被张赫等人验证了其具有一定的准确性[2]。
其中附加质量及附加质量所形成的力及力矩经常被放到质量矩阵里面。张赫也提过用面缘法来对惯性水动力系数进行估算。张晓频采用现有的比较成熟的商业流体力学软件FLUENT模拟潜水器的粘性绕流流场，模拟阻力试验、斜航试验和平面运动机构（PMM）试验，求解操纵性水动力系数。建立多功能潜水器六自由度运动的数学模型，编写仿真程序，预报其操纵性能[3]。
带有均衡潜伏系统的数学模型的建立，推进器的推力模型，舵的水动力系数模型及升降系数模型，海流模型、海浪模型及带缆的数学模型等。这些模型有的时候对仿真系统的仿真结果影响不大，有的时候却是起到主要影响作用，因此我们要视情况而定以达到仿真的最佳效果。梁宵构建了舵、翼、桨联合操纵的微小型水下机器人运动仿真系统，讨论PDCE运动控制系统结构及主要组成部分并通过外场试验来验证其可行性及可靠性[4]。
3.视景仿真的应用
不论我们研究什么理论到最后都要进行试验的验证，仿真就是为了使得试验更简单，更直观，风方便，甚至可以做到一些现实中无法做到的假设试验。
张赫过定常流动和非定常流动这两种情况进行不同试验形式的模拟计算，在得到模拟结果的同时，给出相应循环水槽试验结果，最后做出对比结果的分析。其中定常运动包括模拟直航试验和模拟斜航试验，非定常试验包括模拟平面运动机构进行的五种操纵性试验。最后在结论分析中对上述三种数值计算方法进行了总体的比较和分析，并由试验结果给出了用于建立潜水器空间运动方程的各个系数。为了我们的研究需要，可以发挥我们自己的想象合理的去做仿真试验，会得到意想不到的好处与突破创新。
4.结论
建立了动力学模型，研究了对象的水动力性能，得到运动方程所需的水动力、重力、浮力、推进器作用力等，并在此基础上建立了以推进器为主要操纵方式的运动仿真系统，对水下机器人的运动完成视景仿真，得到视景仿真的效果图。我们不但可以做不同的试验来获得水下机器人的操纵性能、适航性及受力变化情况，还可以此来对其进行结构上分析与设计。之后我们还可以将水下机器人的高度智能化进行视景仿真来验证与设计。还可以对某些重要的系数进行参数识别的仿真实验，还要继续加强视景仿真的真实性，来适应需求更高的仿真。 [科]
【参考文献】
[1]贾欣乐，杨延生.船舶运动数学模型.大连海事大学出版社，1999.
[2]张晓频.多功能潜水其操纵性能与运动仿真研究.哈尔滨工程大学硕士学位论文，2008.
中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1007-9416（2012）04-0000-00
1、论文研究背景及意义
近多年来，由于计算机及网络相关技术的迅猛发展，世界经济发展的必然趋势就是数字化，数字城市也逐渐引起了人们的注意。那么怎样应用计算机技术来构建数字城市，近而实现城市的数字化已经引起城市规划及管理人员和城市居民的共同关注。城市仿真技术在构造数字城市过程中发挥着非常重要的作用，因此成为当前一个新的研究热点。仿真(Simulation)技术是利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验的技术，以模拟的方式为使用者创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图形界面，使之在感知行为的逼真体验中获得直接参与和探索仿真技术对象在所处环境中的作用和变化。城市仿真(Urban Simulation)技术就是仿真技术在城市规划、建筑设计等领域中的应用，表现为人机交互、真实建筑空间感与大面积三维地形仿真，即交互式实时三维(Interactive Realtime 3D)。采用虚拟现实技术构造出来的城市视景仿真系统是数字地球的重要组成部分和支撑手段，已经被广泛应用在城市的规划、建设以及管理当中，对于城市发展规划的各个方面都具有相当重要的意义。
2、国内、外的视景仿真工具
MultiGen-Paradigm公司的MultiGen Creator的各版本三维建模软件是世界上流行的实时三维数据库生成系统的软件环境，在仿真系统中得到广泛的应用。Vega Prime是MultiGen-Paradigm公司应用于实时视景仿真、声音仿真和虚拟现实等领域的世界领先的软件环境。Urbansim是基于城市交通需求模拟分析和城市土地综合分析的新型城市发展仿真软件。MagicCity属于WinTel架构基础上的虚拟现实和视景仿真系统。我国在视景仿真系统开发的同时，也在进行仿真系统软件平台的开发。TrueSim v2.0 三维实时仿真软件平台是深圳市创想科技发展有限公司在综合了国内外多项最新三维仿真技术的研究成果以及多年来从事三维仿真研究所积累的多种经验的基础之上推出的具有自主知识产权的仿真平台。神州视景信息技术有限公司自主研发了“基于普通PC和Internet的大规模场景实时漫游引擎系统――SCVR”。 Virtools是一个实时三维虚拟现实编辑软件，可将多种常用文件格式（三维模型、二维图表、声音等）整合到一起，并具备交互功能，能够开发出电脑游戏、建筑仿真、交互娱乐等多种3D产品。
3、本文的研究目的及重要内容
本文通过研究虚拟现实视景仿真技术的相关知识，实现以我们学院校园为虚拟环境的视景漫游系统。通过对虚拟场景的构建，能够实现视景漫游中的自动漫游和交互漫游等效果。本系统应用建筑草图大师Sketchup和MultiGen Creator软件工具来构建虚拟场景中地形及建筑物的三维模型，并建立道路、树木、路灯等虚拟景物，借助Vega Prime软件平台和工具集对校园虚拟场景进行仿真，在VC++开发平台下实现三维景观及模型的交互式（以鼠标、键盘等交互方式）控制，实现了虚拟校园景观的视景仿真漫游系统。
本文主要研究内容和所做工作总结如下：
(1)了解视景漫游技术以及虚拟现实的发展，对国内外虚拟现实技术应用现状进行调研。
(2)对黑龙江农垦科技职业学院的视景环境数据进行搜集和整理，包括地形数据的获取、建筑物数据的获取、纹理数据的获取等等。
(3)研究用虚拟现实建模软件Sketchup、Creator以及三维建模技术、模型真实感技术以及模型优化技术等对地形、道路、教学楼和图书馆等建筑以及校园之中的花草树木等进行建模，构建出虚拟场景模型库，然后用视景漫游软件Vega Prime和VC++对虚拟场景进行漫游和交互控制。
(4)研究模型数据库建模和优化技术问题，模型数据库的建构、调整和优化对提高实时仿真系统中运行的速度和流畅性起着至关重要的作用，成为目前重要的研究课题。
(5)碰撞检测技术。开发虚拟现实仿真系统有一个主要目标就是能够让用户以尽可能接近自然的方式与构建的虚拟场景中的物体直接进行交互。要实现自然的、精确的人机交互功能首先要解决的是碰撞检测的问题。碰撞检测是虚拟场景中动态物体与静态物体之间或动态物体与动态物体之间进行交互的基础。在碰撞检测中有两个问题需要解决，一是检测到碰撞的发生和碰撞的位置，二是计算碰撞后的反应。而碰撞检测是计算碰撞反应的先决条件，因此，碰撞检测是虚拟环境中一个必不可少的部分。
(6)为保证虚拟场景的真实性、生动性及其对用户的感染力，对基于粒子系统的虚拟场景环境特效技术进行研究。
校园视景仿真就是在计算机环境中对真实校园的景观进行虚拟再现，采用虚拟现实相关技术，生成一个实时的、能给用户各种真实感受的三维虚拟环境。利用计算机软硬件及其相关输入输出设备，使用户可以在虚拟的校园场景中进行浏览和交互漫游，感受校园中的风景。利用这种方法可以让更多的人来了解我们的学校，对本校园的环境及交通现状等方面有更深刻的认识。
参考文献
关键词：物流仿真；课程教学；物流
中图分类号：G642 文献标识码：A
0 引 言
随着社会经济的发展，对物流的需求量越来越大，对人才的需求无论从数量上还是质量上都显得更为迫切。目前国内有200多所高校开设了物流管理相关的专业，近年来也培养了大量的物流专业人才满足市场需求。但是由于物流管理专业开设的历史较短，缺乏完整的理论体系和实践经验，因此大量的物流管理教学依然处于不断探索的阶段。
物流管理课程是一门理论与实践性均较强的专业核心课程，对学生专业知识体系的建立具有重要的框架性作用。在教学过程中首先需要使学生产生学习的兴趣与积极性，其次是将理论能够与实际问题相结合，使学生能够学以致用，增强对专业的价值与意义的认同感。因此在教学过程中需要两方面并重，在理性和感性层面加强学生对物流知识的认识，并能直观地感受到物流系统运行的实际情况，避免空洞的理论讲授使学生感觉过于抽象，难以产生学习的动力[1]。因此在物流管理课程教学中不仅需要知道教什么，更应该掌握如何教的方法，实现从感性认识向着理性分析的层面逐渐深入。一般来说，为了能够更好地实现理论联系实际教学，传统做法为带学生进行认识实习，到周边相关企业去参观并了解物流的设施设备、合理布局等方面的内容，但是受制于学时数、成本、组织难度等方面的考量，这种现场教学方式难以大面积的开展。
为了缓解这一需求和实际困难之间的矛盾，本文尝试利用计算机仿真技术的先进成果，将物流系统的运行过程以及实际运行的状态以动态三维可视化的方式向学生展示，并可由学生自己动手参与，通过自行动手调整设备以及参数，观察和研究其中所发生的变化，从而更好地理解物流系统优化的含义以及方法，这对于讲授物流系统组成以及系统优化均具有极强的现实意义，能够有效地调动学生参与的积极性，将灌输式学习向着探讨式与研究式学习的方向发展。这一方法在笔者的课堂教学中嵌入，取得了良好的教学效果，值得在物流管理课程教学中推广与应用。
1 仿真理论与工具分析
仿真理论认为，通过对现实环境的模拟，能够在可控的条件下抽取主要影响系统的要素，使其在接近实境条件下展现系统的功能。仿真最初是从流程仿真开始，逐渐进入二维仿真、三维仿真以及更为接近实境的体感仿真。这一演化过程可以让教学、培训等工作更易于组织，实现成本也更低。例如在美国对伊拉克的沙漠风暴作战中，美国士兵基本上是未曾经历过任何实战的新手，但是却轻易地战胜了伊拉克的有着丰富实战经验的精锐部队。这一战争结果并不意外，因为美军士兵已经在本土进行过多次沙漠作战的仿真演练，而美军认为，这一场实战并不比仿真演习中的场景更困难[2]。这从一个侧面说明了仿真系统的价值和重要性。
随着当代越来越多的系统操作都是通过计算机进行的，操作者也只能通过计算机屏幕上的反馈得知真实系统的运行状况。那么如果仿真系统足够逼真，操作者在采用仿真训练和真实训练并没有太大的不同，但是其成本和效率将发生较大变化，训练者可以轻易地调整一些现实中无法便捷调整的参数，并观察和体验其结果的不同，因此仿真这一方法成为系统开发与人员技能培训等领域不可或缺的重要工具，其价值表现得也越来越明显。
物流仿真作为一个新兴仿真领域，与工业仿真一样得到了较多的关注，当前市场上能够见到的仿真软件主要有以下几类：
（1）流程性系统动力学仿真
这一类工具主要研究系统中的存量与流量的因果关系，其建模过程较为抽象，主要可用于物流系统中库存量决策等问题。
（2）二维平面仿真
此类工具将上一类仿真模型中的流程转化为了二维实体对象，通过设定对象之间的连接逻辑以及对象属性，建立了一个实体物流系统的映射关系，并通过加速系统的运行时间，能够在较短时间内对系统进行仿真模拟，并得到系统分析结果。
（3）三维仿真系统
这是当前业界的热点，这一类仿真软件基于第二类软件基础上进行实体对象的三维模块化，并将物流系统中的各项作业流程采用实时动画的形式加以展现，能够以较为直观的方式展现物流系统的运行，分析其运行结果。
（4）体感仿真
这是下一代的仿真技术的发展方向。体感技术以及虚拟现实技术的不断发展，已经形成了大量可以真实“感触”的虚拟实体，而不是在计算机前用鼠标进行的操作，实验者可以利用体感手套以及VR眼镜操作虚拟环境中的设备与对象，并身临其境地感受到系统的各种状态。这需要软件与硬件系统的整合，当前硬件平台已经较为成熟，而软件方面尚且欠缺，系统的整合仍需要经历一个发展的阶段。但不可否认，这将是未来最有前景的一种仿真形式。
2 物流管理仿真软件选择的基本原则
在物流管理课程教学中引入仿真系统，既需要考虑技术的先进性，同时也要考虑到易用性、成本、适用面等方面因素的影响。为此，经过笔者的实际教学经验总结得出，在软件选择上应把握如下四个方面的原则：
（1）易学易用性
这是一个必要的条件，如果软件复杂度很高，学习起来将花费大量的时间和精力，以及需要较多的编程和其他背景知识的话，会带来较高的技术门槛，将仿真教学变成一个“不可能完成的任务”，这是尤其需要注意的地方，如果从一开始学生就无法对其产生兴趣的话，即便后期能够产生更好的效果，也只是一种空谈而已。因此需要仿真系统强化人机界面，采取搭积木的方式将所需要的对象“拖拽”到工作空间中，并直观地在各个对象间建立逻辑关系，这样的系统才能够使学生迅速入门。
（2）模块标准化
在物流系统中同一类设备往往有各种不同的型号。但是在仿真过程中不需要如此多的不同设备，而只需要将设备的共性部分加以呈现，对主要的功能输出加以描述。例如在实际中叉车有内燃机式和电瓶式之分，每一类下又有更多的指标参数。但是在仿真中并不关注这些差异，而只关注叉车的行驶速度、抬升高度、最大载重负荷等与性能相关的参数，这样就能够有更好的大局观视角，将精力集中于系统的仿真，而不是设备。
（3）接口开放性
仿真系统需要能够适用于多种不同的实际环境，例如在设备的三维模型中或者物流设施的平面布置中，三维仿真系统可能并不擅长于具体设备的建模或者平面布局，但是可以方便地从外部系统中导入AUTOCAD、3DMAX等专门化软件所形成的布局或者对象，便于协作与共享。
（4）可控制性
在仿真系统中，可对于任意实体对象有更多的参数控制，可根据自己的需求任意修改其中的一部分参数，这可以满足一些高端用户对仿真系统的要求，具有更强的仿真能力。
3 物流管理课程仿真教学应用阶段
在物流课程中引入仿真，可分为如下几个阶段：
（1）三维实体设备的仿真
在物流课程中讲授不同物流设备及其应用，传统上介绍设备的功能、参数，以及图片视频等，但是学生并无对设备的直观印象。运输车辆这些常见设备还能够从日常生活中感知得到，但是对于AGV、ASRS等平时看不到的设备，则缺乏一个清晰的认识。通过三维矢量建模，将设备的三维模型根据实体尺寸进行再现，学生可以通过在计算机上用鼠标查看设备的各个不同细节，对其尺寸、部件功能等都能有更清晰的认识，同时矢量模型还可以支持无损缩放，因此，可将设备的细节进行放大，进行详细的介绍和描述。这使学生在了解设备的时候有了更多的可参与性，效果较好。
（2）物流设备在系统中作用分析
物流系统中的设备需要通过链接来形成一个整体需要说明设备在物流系统中的作用，那么需要将设备嵌入在一个真实的场景中，让其工作，表现出设备的功能特征。例如，在一个典型的物流仓库中，由货架、叉车等设备组成了一个仓储系统，那么在给定了输入输出接口的时候，货物的流动构成系统的主要功能，因此可以通过建模将此过程描述出来，如何接货、叉车设备如何实现托盘上架、如何出货等过程均可实现三维动画方式表达，使学生能够了解设备在系统中的作用。
（3）模块化仿真系统运行与优化
作为物流管理，更多地是需要学生在了解系统作用的前提下进行如何才能更好地实现管理这一目标，所谓管理，即在资源受限的条件下实现系统效率的最大化，避免闲置、浪费以及资源配置不足等不经济现象。例如在上一步完成的条件下，对系统中货物的到达进行描述，可以给定一个真实的货物到达时间数量表，或者按照一定的概率分布给定货物到达，在系统中给出货架的存放最大容量，叉车设备的作业时间等参数，那么通过让系统在计算机中快速运行，并得出系统的使用率，使学生对系统瓶颈、优化等概念有更深入的理解。例如，在暂存区货物出现了大量的堆积，而货架利用率尚且不足，叉车却是满负荷工作，此时，学生便易于找到系统的瓶颈，并且尝试着提出采取什么样的方案才能够更好地解决这一问题。这使得学生在学习过程中有了更强地参与和动手的积极性。
（4）模块整合，综合研究
将各个独立的物流系统模块进行整合，从而掌握更为复杂的大系统运行的仿真模拟，对物流有更为成熟的大系统观。物流课程的讲授一般是从系统的七大功能要素展开的，并最终要对其各个功能模块有综合性、整体性的认识，因此，给出各个子系统的接口，并将子系统定义为若干个子模块，这样可以方便地形成一个可运行的大系统，分析各个子系统模块之间的关系，并实现物流效率的提升。在教学过程中加入了这些仿真的手段，使学生能够实现“做中学”，使其产生学习的动力和兴趣，极大地提高了教学的效果。
4 结 论
通过在物流管理教学过程中引入仿真软件Flexsim，极大提升了学生的学习热情，通过布置实际问题的形式，鼓励学生主动地寻找问题答案，学生能够在课后自觉地进行学习和研究，并开始对优化的概念进行思考，在尝试解决系统瓶颈问题时，开始由问题驱动学习理论方法，对课本上所描述的大量抽象概念有了更为清晰的认识。并且通过这一工具的掌握，为后续的运输与配送管理、仓储管理以及物流系统规划等课程的深入学习奠定了坚实的基础，有助于学生将前后所学的内容进行贯通，逐步提高解决更为复杂的物流问题的能力，起到了比参加企业认识实习更好的效果。在教学实际运用过程中，需要能够将企业的真实场景和问题引入到三维建模过程中来，而不仅仅采用一个假设的场景，这样更易于使学生理解物流系统仿真的价值所在。
参考文献：
硬件系统包括仿真服务器、数据库服务器、教员台、变电运维中心学员台、输电运检中心学员台、配电运维中心学员台、专业检修中心学员台以及网络辅助设备等。运维一体化仿真培训系统采用对等结构，教员台和学员台可以相互替换，通过屏幕分配器可将教员机、学员机中任意一台切换至投影仪显示，方便进行教学演示、竞赛考评。同时为了能够让系统在使用上更加方便、灵活，功能上易于扩展、升级，采用了一机多模的工作方式，教员台、学员台上均可实现所有仿真培训功能，各个计算机可以互相替代，一台或几台计算机出现故障不会影响整个仿真系统的稳定运行。系统的硬件架构如图2所示。
二、主要功能及特点
运维一体化仿真培训系统根据国网冀北电力有限公司所辖电网的生产实际与设备现状，将变电运维仿真培训功能、输电运检仿真培训功能、配电运维仿真培训功能以及设备检修仿真培训功能进行一体化设计，并与数字化电网生产管理系统、三维GIS系统有机结合，实现电网生产运行、维护、管理的全过程、全范围、全场景的仿真培训，满足“大检修”体系下国网冀北电力有限公司运维检修人员的技能与技术培训需求。主要功能、适用范围及对象如表1所示。
1.变电运维仿真培训功能在“大检修”体系下，变电运维人员不仅承担了原变电运行业务，还要负责变电设备的带电测试、维护检修等工作。因此，该子系统除了能够实现传统变电站仿真系统所具有的一二次设备建模仿真、倒闸操作、运行巡检、事故及异常处理等功能外，还增加了设备的C、D类检修、常规试验、安全工器具使用等仿真培训功能。新增仿真培训功能很好地适应了变电运维人员工作模式的转变，使培训更加具有针对性。变电运行及变电运维三维仿真场景如图3所示。
2.输电运检仿真培训功能该子系统对典型500kV、220kV、110kV输电线路、输电电缆等进行仿真建模，对铁塔、导线、金具、绝缘子等各种输电设备、线路场景、地理环境以及检测工具设备等进行全范围详细仿真，形成了交互式虚拟场景系统，可以形象地反映出输电设备的正常、异常及事故状态。输电线路运行人员、检修人员、带电作业人员以及输电电缆作业人员可以在相应的仿真工作场景中进行标准化作业训练，提高受训人员操作技能。输电运检三维仿真场景如图4所示。
3.配电运维仿真培训功能该子系统以10kV及以下城市配电网、配电线路、配电站、配电电缆为对象进行1∶1建模仿真。其中配电站仿真包括各类典型配电站仿真（如开关站、环网站、箱式变电站等）以及各种可操作的一二次设备的仿真（如变电所内断路器、闸刀、变压器、继电保护装置等）。配电线路仿真包括典型架空线路、电缆线路的仿真以及杆上变压器、闸刀、跌落保险、避雷器等一次设备的仿真。利用配电运维仿真功能可以对受训人员进行配电线路运行巡视、配电检修、配电带电作业、配电电缆作业等全过程动态仿真培训。配电运维三维仿真场景如图5所示。
4.专业检修仿真培训功能该子系统以500kV、220kV、110kV、35kV、10kV电压等级的变电站典型设备、辅助设备以及仪器仪表等设备为仿真对象，对其整体结构和内部结构进行详细仿真。以专业检修（A/B级）和高压试验岗位技能为基础，以实际生产中标准化工作流程为依据，对各项检修以及高压试验工作进行全场景、全过程和全范围仿真模拟。可以实现专业检修和高压试验基础理论与基本方法、工作原理、工作流程及工艺标准等内容的仿真培训。专业检修三维仿真场景如图6所示。
5.系统主要特点运维一体化仿真培训系统在设计与功能实现上主要具有以下三个特点：（1）系统设计理念先进。运维一体化仿真系统的设计与实现着眼于“大检修”体系建设，改变了传统变电站仿真系统功能相对单一的设计，增加了变电运维、输电运检、配电运维、专业检修的仿真设计，使系统在培训功能及适用性上具有领先水平。系统大量运用3D可视化技术、虚拟现实技术、多媒体技术等先进计算机技术，把文字、图形、图像、声音、动画、影像等多种素材进行集成，加之对作业流程的全方位、全过程、全场景的仿真，使系统具有更加丰富的表现力。良好的交互性、可操作性以及沉浸式、体验式的培训方式可以进一步强化受训人员对知识与技能的理解和掌握，提升培训效果。（2）培训功能针对性强。相较于其他传统的仿真系统，运维一体化仿真系统在培训功能的设置上更加具有针对性和适用性。根据“大检修”体系下运维检修人员的工作特点和岗位技能要求而设计的变电运维、输电运检、配电运维、专业检修四类仿真培训功能，使系统更加适应电力生产发展的新形势，更好地满足运维检修人员技术与技能培训的需要。同时系统采用单元制培训内容管理模式，可以根据学员自身的专业和岗位情况，提供定制的培训方案，进行有针对性的培训，提高培训效率。（3）培训模式新颖灵活。传统的培训模式忽视了成年人学习的固有规律，没有把理论与实际生产生动形象的结合起来，从而导致最后的培训效果不能令人满意。运维一体化仿真系统采用过关、对抗、自助餐式培训模式，学员可以自行选择培训内容，并以完成任务的方式，进入三维再现的实际生产场景中，进行相应的操作，然后系统根据各个知识点对学员操作内容进行考核。这种培训模式可以加深学员对理论及正确操作的理解认识，从而达到最佳的培训效果。
三、仿真系统的培训应用
1.运维检修人员培训运维检修队伍的技术水平和业务素质是保证电网安全运行、保证“大检修”体系建设顺利实施的关键。运维一体化仿真培训系统的主要任务是开展对一线运维检修人员及相关管理人员的安全生产、标准化作业以及事故分析处理等培训，使其提高安全生产意识，熟悉设备情况及业务流程，掌握正常工况、异常工况和事故状态下的操作与处理方法。贴近生产实际的培训内容以及有针对性的培训功能设置有助于全面提高运维检修人员的技术业务素质。
2.竞赛比武与技能鉴定运维一体化仿真系统具有一整套智能考核评价体系以及覆盖全面、内容丰富的理论和操作题库，可以对学员进行理论知识、技能操作和事故处理等方面的考核，并且全面科学地记录学员答题和操作的内容、过程、步骤等，准确、及时、科学、公正地给出评判结果。完善的考核管理与评估管理体系使该系统完全满足对运维检修人员进行考核的要求，适用于开展运维检修人员技能竞赛比武及职业技能鉴定等工作。
3.其他人员的培训随着“大运行”体系建设以及无人值班变电站比例的不断提高，监控人员在变电站值班的机会将越来越少。变电站值班经验不足导致部分监控人员对站内设备具体情况不甚了解。因此，在变电站内一二次设备的特性及运行特点、继电保护原理、故障及异常信号产生和上传原理等内容上，监控人员是存在培训需求的。运维一体化仿真系统能够实现变电站一二设备的精细仿真，形象地反映设备的正常、异常、事故状态及其动作过程，恰好满足监控人员对该部分专业知识提升的需要，可以作为监控人员业务培训的有效补充，提高其技术水平与工作能力。同时系统还可用于新上岗人员的岗前培训，使其提高安全生产意识，在较短的时间内熟悉并掌握日常工作的内容、流程及基本技能。
四、仿真系统的教学应用
运维一体化仿真系统是开展培训的有效载体和良好平台，同时先进的系统设计及完善丰富的培训功能也对培训师的业务能力提出了更高的要求。打造一支结构合理、经验丰富，既有深厚理论功底，又对仿真技术有所研究的培训师队伍，是运维一体化仿真系统培训功能能否得到充分发挥，培训效果能否实现最大化的关键。国网冀北电力有限公司管理培训中心调动内部师资力量进行仿真技术的学习、研究，并成立创新工作室，打造一支由老中青相结合，跨部门、跨专业的高绩效团队，全程参与运维一体化仿真系统的开发、建设、使用及维护。在创新工作室的平台上，通过激励机制引导培训师在仿真技术研究、仿真课程开发、仿真课件制作、仿真教材编写等方面下功夫，拓展了仿真系统的思路，丰富了仿真培训内容，高效能地发挥了仿真系统的作用，提升了培训效果，促进了师资队伍建设。
五、结论
关键词: OpenGL，三维模型，系统仿真
Abstract: this paper introduces the concept of system simulation and OGL in establishing the function characteristic of the simulation model, and the simulation system, and the application of the simulation system based on subject development, very good that the established with OpenGL simulation model is convenient, easy to control the modeling, etc.
Keywords: OpenGL, 3 d model, the system simulation
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1、引言
系统仿真是近30 年在系统科学、系统识别、控制理论、计算技术和控制工程等多种技术发展基础上发展起来的一门综合性很强的新兴技术。计算机系统仿真就是，以计算机为工具，以相似原理、仿真技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术。从计算机系统仿真的定义可以看出，计算机系统仿真包含了三个方面的信息（三要素）：系统、模型、计算机，而联系着它们三者之间的基本活动是：系统模型建立、仿真模型建立、仿真试验。
“系统”是指被研究的对象，任何事物都不是孤立地存在着的。因此，仿真研究的对象也不可避免地与其周围的环境之间存在着相互联系。建立系统模型就是要把待研究的系统从周围的环境中界定出来，并把它描述成数学模型。建立被研究系统的数学模型， 就是为了能用计算机语言实现。从数学模型到仿真模型的转换过程，就是仿真模型建立。只有经过转换后的仿真模型才能为计算机识别并运行。综上所述，建立仿真模型是系统仿真的关键一环，选择什么工具来建模也显的由为重要。在这里就我们的课题，工业机器人动态仿真选用的工具OpenGL来探讨。
2、 OpenGL 的功能特点
OpenGL 是SGI 公司推出的三维图形库（GL），它表现突出，易于使用而且功能强大。利用GL开发出来的三维应用软件颇受许多专业技术人员的喜爱，随着计算机技术的继续发展，GL 已经进一步发展成为OpenGL，OpenGL 已被认为是高性能图形和交互式视景处理的标准。OpenGL最大的特点首先是与硬件无关，可以在不同的平台上得于实现，用OpenGL编制的程序，可以随心所欲的控制三维模型，由于OpenGL同时提供了颜色缓存、模板缓存、深度缓存、累积缓存等基于双缓存技术的动画操作函数，因而可以实现实时的虚拟仿真。其次是建模方便，OpenGL不仅提供基本的三维几何像素生成函数，而且提供了大量的点、线、面以及曲线曲面等基本图元操作函数，可以构建相当复杂的几何造型。第三个特点是高度的真实感显示，由于OpenGL 提供了大量的着色、光照、景深、阴影、混合、消隐、反走样、明暗处理、图像处理、纹理映像、深度检测等功能函数，保证了三维仿真图形显示具有高度的真实感。第四OpenGL 具有出色的编程特性，OpenGL 体系结构评审委员会独立地负责OpenGL规范，使之具有通分的独立性。程序的通用性和可移植性。由于OpenGL可以集成到各种标准视窗和操作系统中，因此基于OpenGL的三维仿真程序有良好的通用性和可移植性。最后是应用广泛，Microsoft 、SGI、IBM、SUN、HP 等都采用OpenGL作为三维图形标准，许多其它软件商也纷纷以OpenGL作为基础来开发自己的产品，目前已成为高质量三维图形的工业标准 。
3、OpenGL 在仿真中的应用
以上的优点决定了OpenGL在建立仿真模型时的优越性，我们在建立多自由度工业机器人模型时选用了OpenGL。
3.1 工作过程
OpenGL的指令的解释模型是客户/服务器模式，既客户(试图用 OpenGL进行绘制工作的应用程序)向服务器(OpenGL的内核)命令，这些OpenGL命令由服务器来解释。基于客户/服务器模式，在网络环境下很容易使用OpenGL，且在不同计算机上的多个客户可以得到在其它计算机上服务器的服务。这样OpenGL就具有网络透明性。
OpenGL的库函数被封装在Openg132.dll动态链接库中，从客户应用程序的对OpenGL函数的调用首先被Opengl32处理，在传给服务器后，被Winsrv.dll进一步进行处理，然后传递给DDI(Divice Driver Interface)，最后传递给视屏驱动程序。
3.2建立的仿真模型
由于机器人是一个复杂的物体，为了建模的方便，有必要把它分解为一个个图形模块。然后把模块集成起来，组成整个机器人模型，同时我们知道工业机器人大体上是由机座，关节和杆件联接组成，据于此我们设置了如下三个图形
模块函数：
（1）基座模块函数
（2）杆件模块函数
（3）关节模块函数
各个模块按不同的顺序进行组合,经过大量的平移和旋转，然后渲染就能得到效果图。
我们可以进行多自由度工业机器人的运动分析和动力分析，相对简化了工业机器人的开发过程，降低开发费用，缩短开发周期。
参考文献
[1]吴重光主编.仿真技术[M].北京: 化学工业出版社,2000,5.
[2]Richard S.Wright ,Jr.Michael.OpenGL超级宝典[M].北京: 人民邮电出版社, 2001,6.
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