時間：2023-03-07 15:17:35
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研究團隊、制藥產業及醫療服務業已經認可生命科學仿真系統的作用。在化學工程師和計算機輔助過程工程專家的幫助下，生物工程師可以運用這些手段解決諸多生理學和醫學問題。
2仿真技術的研究進展
系統生物學要使用定量分析來研究生命系統。起因于處理大量數據的需要。學者通過計算機仿真技術，利用定量分析來處理臨床問題，產生了名叫系統醫藥學的新學科。化學工程師長期參與生物學和生物醫學的定量分析。Peppas和Langer認為在20世紀60年代早期化學工程師就參與生物醫藥工程。Bailey和同事研究出一種控制新陳代謝的手段，這種手段不僅可用于生物制造技術，也可用于其他生物問題。2005年，Solis和Stephanopoulos指出了納米級的系統工程需要解決的問題。2006年，Doyle和Stelling回顧了用計算機仿真技術去分析代謝網絡的一些重要的成果。2009年，Eissing、Chaves和Allgower利用仿真模型來分析細胞死亡。近年來，有許多論文概述了計算機工程師和化學工程師在醫療系統中的作用。對化學工程師，尤其是工藝系統工程師來說，免疫系統是一個采用仿真技術的復雜系統，化學工程師能夠研究免疫系統和病毒之間的相互作用。2004-2005年，Deem開發了一種運用計算機仿真技術研究了病毒和疫苗造成的免疫反應的定量模型。Chakraborty在2003年用仿真技術研究了免疫系統的細胞間的通信，以及免疫反應。2006年，Joly和Pinto認為HIV-1發病機理的數學模型優化了藥物治療的方法。這種方法會導致藥物設計和配方設計的改進。Yin在2007年提議把病毒當作一種產品，研究病毒生長和傳播時需要考慮時空的影響。可以預見，將來人們會用生理學模型和計算機技術設計出最佳藥物配方。為了有效地進行仿真，需要根據生物具體的特性建立多種生理學計算模型。幾年前，學者啟動生理組計劃（PhysiomeProject），旨在尋找人和其他真核生物的計算模型。迄今為止，該計劃主要關注使用CellML標準的細胞電生理學的數學模型。CellML標準是一種使用細胞進程模型的生物物理學模型標準。另外SBML標準是一種能夠辨識生物進程的計算機可讀標準。最近，一個名為虛擬生理人的項目進一步促進了歐洲學者研究生物醫學的建模和仿真。學者開發了一些數據庫去存儲生物模型。細胞模型系統和生物模型數據庫是其中兩個重要的數據庫，兩個數據庫都建議使用CellML標準和SBML標準。學者可使用這兩個數據庫來探索復雜的生命系統。生物模型在藥物的使用方面有重要作用，這不僅是一個通用手段，而且對癌癥治療和眼病治療也有特殊的貢獻。2002年，Cstete和Doyle提出一種生物反饋系統的逆向工程分析原理。2003年，Tyson、Chen和Novak回顧一些生物控制模塊的設計原則。
3簡單系統的建模
2001年，Hangos和Cameron強調明確建立模型的目的，模型是在對現象總結的基礎上，用計算機能夠接受的方式反映規律，建模是下一步仿真計算的基礎。對復雜系統來說建模十分必要。復雜系統不可能設計出含所有現象的實驗，因為部分量不可測量，并且幾個現象間很難找到相互關系。盡管學者已經在測量基因與代謝領域取得巨大進展，但仍有許多生物量無法測量，即便能夠測量出一些，測量的準確性也不夠高。下面的例子是倫敦大學研究得到的一種模型，該模型模擬了血流改變時動脈壁內皮細胞的反應。血流改變刺激細胞產生化學信號，而這些化學信號拉長了內皮細胞，在某些條件下，巨噬細胞在動脈壁上增加了，最后導致動脈粥樣硬化。動脈粥樣硬化斑塊的位置與血流改變的區域息息相關。并造成影響。學者研究出兩個模型來探索這種影響。模型一是細胞表面的血液模型，首先把細胞表面分解成許多不同的小三角形區域（0.4um），這個模型可以看成一個斯托克斯公式的邊界積分表達式，通過該模型可以研究在血流作用下細胞的受力情況。模型二研究了力對細胞骨架的影響，細胞骨架保持細胞形狀，可以使用開爾文體模型研究這個問題，它是由1個緩沖器和2個平行的彈簧構成的黏性彈性系統，開爾文體代表一種將機械力轉化成生化信號的細胞成分，這種生化信號會導致Src激酶的活化，Src激酶會調節Rho激酶和GTP酶（Rac和Rho），而Rho激酶和GTP酶可以控制細胞結構和形態。簡單的展示了該過程。此模型可以解釋很多現象，但仍然有一些問題解釋不了，例如當涉及體內細胞間的通信時，該模型不適用。研究人員建立復雜的仿真模型，這些模型涉及化學和機械領域，可以使用這些模型來進一步研究各種生理學和臨床醫學現象。
4復雜系統的建模
生命系統具有很強的魯棒性，生命系統和多反饋的魯棒性系統相似。建模時要識別模型中的薄弱區域，在該薄弱區域模型可能不夠準確，需要用模型進行預測，這要求修改模型。在復雜模型中，特別要注意內部參數不能測量的區域，當處理涉及復雜生理問題時，這些區域變得很重要。原料中包括必要成分A，A和其它成分一起加到反應器。在該反應器上，一些原料反應生成副產物B。在這個過程中，在一定范圍內控制成分A的數量很重要。在反應器上，A在催化劑C的催化下生成B，B在催化劑D的催化下生成A。A的數量決定CSTR產生C或者D的數量。如果A加入很多，將會產生C催化正反應。如果A加入的很少，將產生D催化逆反應。與此同時，膜反應器過濾掉廢物。這個簡單的工藝流程初步反映了血液中葡萄糖調節機制。葡萄糖由腸道進入血液，并供給其它所有的器官。葡萄糖維持在一定濃度很重要，因為維持在一定濃度可以確保人類各種機能的良好反應，這種調節過程稱為葡萄糖穩態。如果葡萄糖糖濃度高，胰腺產生胰島素，指示肝臟把葡萄糖轉化成糖原，如果血液中的葡萄糖濃度低，胰腺產生胰高血糖素，將糖原轉化回葡萄糖。肝細胞還將血液中廢品送入膽汁，并通過膽管過濾并排泄。這是一個涉及多個器官的復雜系統，探索該系統需要考慮許多器官間的聯系，葡萄糖穩態系統可以用7個模型表示。
1）.胰高血糖素受體模型
通過胰高血糖素模擬肝細胞表面受體的活化，受體活化產生三磷酸肌醇。該模型由5個微分方程構成，分別描述受體的各種狀態、G蛋白的活化和三磷酸肌醇的產生。
2）.鈣模型
模擬由三磷酸肌醇活化產生的鈣信號通路。該模型由2個微分方程構成，分別涉及細胞質和內質網中鈣濃度。鈣模型的前提是Hill方程。
3）.環磷酸腺苷模型
模擬受體的活化和環磷酸腺苷的產生。該模型由5個微分方程構成，分別關于環磷酸腺苷的濃度、S-腺苷甲硫氨酸（SAM）的濃度、受體的比例、不活動的比例以及核定位蛋白激酶A的比例。模型遵守Hill方程。
4）.胰島素模型
模擬肝臟對于胰島素的反應，該模型由1個描述糖原合成酶激酶（GSK）活化的微分方程構成。
5）.血液模型
模擬葡萄糖在血液、肝臟和胰腺之間的運輸，該模型由1個描述血液中葡萄糖濃度的微分方程構成。
6）.糖原分解模型
模擬控制糖原分解與合成的4個因素，葡萄糖及6磷酸葡萄糖的控制、鈣離子的控制、環磷酸腺苷的控制、胰島素的控制。該模型是一個模糊邏輯模型，該模型描述糖原合成酶（Sta，控制糖原合成速率）及糖原磷酸化酶（Pho，控制糖原分解速率）的活性水平。該模型由4個微分方程構成，分別關于糖原磷酸化酶（Pho）、糖原合成酶（Sta）、糖原和細胞內的葡萄糖。
7）.胰腺模型
模擬胰高血糖素或胰島素的釋放。該模型由2個微分方程構成，分別關于胰島素和胰高血糖素的血液濃度。每一個微分方程都要遵循Hill方程。上述7個模型共同構成葡萄糖的調控模型，需要軟件管理系統來協調它們。Saffrey等人在2007年描述一種模型管理系統。該管理系統用來存儲模型和數據。在該系統中，上述的7個模型互相聯系，共同模擬出葡萄糖穩態系統。Hetherington等人詳細描述這個葡萄糖穩態系統的模型。
5完善和應用模型
建立模型以后，需要進一步完善。可以選擇各種不同的實驗者，將實驗者分成多個小組，分別觀察和記錄他們的數據，根據這些數據完善和調整模型，甚至改變模型，最終確定適合不同人的具體的模型。通過這些具體的模型可以預測未來的變化情況，為了達到某些目的也可以設計一些干預措施。在其他領域中，學者已經充分研究了基于模型工程的設計方法，利用這些設計方法可以達到一些想要的結果，雖然這些設計方法還不成熟，需要進一步完善，但值得借鑒。在生命科學中，要特別注意干預措施也可能會導致一些危害。這些干預措施包括環境干預、藥理學干預或基因干預。環境干預通過物理或化學因素，藥理學干預主要通過臨床干預。在上一部分描述的復合模型中，廣泛的使用了計算機輔助過程工程技術，和優化技術尋找最佳解決方案，如糖尿病患者的最佳胰島素劑量；使用隨機技術尋找高敏感度模型的解決方案；使用區間方法確定能夠接受的最壞情況。上述方法和模型已經被用來預防一些疾病。如糖尿病患者很可能患非酒精性脂肪肝（NAFLD），利用上述方法可以提出一些措施，有效地避免Ⅱ型糖尿病患者患非酒精性脂肪肝（NAFLD）。基于模型的方法（例如優化、隨機分析、間隔方法）將促進生物學和醫學的發展，并且隨著生物學和醫學的發展，這些方法將更完善。要在生物學和醫學領域中很好地使用這些方法和模型，必須要掌握生命科學的知識和計算機的知識，單個的研究者常常不具有這兩個領域的知識，因此合作很重要。那些希望從事相關研究工作的學者必須合作，例如通過短期或長期項目，建立一個促進合作的機制。
6結論
1.1宏觀仿真（Macro-simulation）
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。
3結束語
1.1計算機仿真軟件
制造業是我國當前的主力發展領域，是我國經濟的支柱產業，這其中就涵蓋著機械制造以及各種型材的制造等。制造業在當前所面臨的是產品的競爭，所以要在具體的指標上要能夠得到滿足，要求產品的價格是最低的，以及以短時間完成從概念設計到產品上市這一過程，要能夠對客戶的需求的到滿足，對產品所提供的服務要是最好的。為此我國在計算機仿真軟件的使用上就顯得非常必要，這幾個軟件主要是一體化制造系統仿真軟件，這一軟件主要是在車間設計和分析的建模以及仿真軟件，在具體的功能上主要有自動生成離散事件仿真模型，并能夠對這一模型進行仿真。另外就是在制造車間的生產計劃和工藝路徑可以通過表格的形式進行輸入，既能夠通過手工進行輸入同時也能夠通過工藝規劃的模塊進行讀入。再者就是加工過程仿真器，為能夠有效的價格產品設計和開發周期得到有效縮短，在CIMS當中尤其是強調計算機輔助設計和計算機輔助制造的集成，也就是要求從CAD輸出產品設計信息可以直接通過網絡傳送到計算機輔助加工工藝規劃系統，并使其產生刀位軌跡文件。為能夠有效確保加工工藝的合理性及NC代碼正確，要對真實零件切削加工前進行一次試切削。在這一過程中主要就是通過木模進行替代真實的零件，這顯然會對開發的周期有著延長，并在成本上也會比較高。針對加工過程仿真器可以為CAM/CAD集成，尤其是檢驗NC代碼正確性和減少加工過程的碰撞干涉提供支持，所以在這一軟件的應用下能夠起到部分的代替試切的作用。
1.2計算機仿真在軋鋼工藝中的實際應用
現場生產中，小規格的圓鋼在冷床上的運動方式和一般圓鋼有著很大區別，故此要對冷床的基本結構及原理等進行研究，在計算機上根據建立運動模型進行仿真試驗后，結果表明當前生產的最小規格圓鋼能夠利用現有冷床進行生產。研究當中涉及到的冷床是步進回轉式冷床，具有兩種齒板，分別是V型齒板及U型齒板，借助它們相互錯動使得圓鋼一方面做步進運動，而另一方面繞其自身軸進行旋轉。針對這一結構可能出現的問題進行仿真機現場實驗，要能夠從理論的角度進行分析，在半徑小的圓鋼方面可能在翻過V形的齒輪的第二個齒峰的過程中，不能和第二個V形齒的左壁相接觸，這也是其中的一個重要問題，屬于冷床翻鋼的極限。主要就是造成翻鋼的過程中會有不穩定的情況發生，這樣就造成了冷卻不均。根據這一圖示就能看出，在V形齒的第二齒峰和小圓鋼那樣相交或是相切的過程中，U形齒會向下向前，而V形齒則是向上向后，這樣就會出現翻鋼的情況，這只是必要的條件。然后根據磨損的情況和具體的規格進行仿真實驗，針對不同型號的圓鋼進行建模和仿真，正常情況下對90號鋼進行分析，從實際的仿真計算以及表現情況能夠看出小圓鋼在冷床上運動的比較穩定冷卻效果較好。而75號鋼的仿真系統當中的數字模擬仿真，冷床上運動穩定冷卻效果佳，但在穩定性方面相對較差。
2結語
現代控制理論近年來發展迅速，使得我們對各類控制對象有了更好的理解，能夠很好地刻畫實際對象中事件驅動的動態過程，提出了離散事件系統，它的動態行為是由一系列隨機出現的事件驅動的，而且控制理論界已經給出了很多建模方法和建模工具，如Gracefet圖、自動機和Petri網[2,3]。而現有的計算機仿真內容主要是面向連續動態系統，雖然也涉及離散事件系統，但是對離散事件系統建模和仿真方法少有涉獵。離散事件系統的模型大部分來自計算機科學研究領域，現代控制理論和控制工程都離不開計算機，對此類建模工具的了解可以拓寬自動化專業學生的知識結構，提升他們思考和解決計算機控制工程問題的能力。為此，在計算機仿真課程內容中，我們增加了自動機和Petri網的基本概念。考慮到學生缺乏離散數學的基礎，我們擬根據實際對象建模需要，結合Matlab中的stateflow工具箱，介紹離散事件系統的建模和仿真方法。具體內容包括：
(1)離散事件系統概念；
(2)自動機模型；
(3)Petri網模型；
(4)離散事件系統的自動機模型的建模方法；
(5)離散事件系統Petri網模型的建模方法；
(6)自動機的仿真模型的設計方法；
(7)Petri網的仿真模型的設計方法。
另外，現實工程領域大多數系統是混雜系統[4]，既有連續變化的特征，又有事件驅動的特征，而且連續變量子系統與事件系統之間相互作用相互影響。從20世紀60年代，學界就開始了混雜系統的研究，目前已經取得了豐富的成果，涉及混雜系統的建模、分析、控制、調度和優化等問題。其中，建模和分析方法對自動化專業知識體系的構建非常重要，事件驅動的思想能夠讓學生將控制理論與實際過程更好地建立聯系，因此在計算機仿真課程中，我們增加了對混合自動機和混合Petri網的介紹，并結合實例闡述如何給出混雜系統的數學模型以及仿真模型和仿真程序的設計方法。具體內容包括：
(1)混雜系統概念；
(2)混合自動機；
(3)混合Petri網；
(4)混雜系統的混合自動機建模方法；
(5)混雜系統的混合Petri網建模方法；
(6)混合自動機的仿真模型的設計方法；
(7)混合Petri網的仿真模型的設計方法。
二、計算機仿真實踐教學內容改革
計算機仿真是一門實踐性很強的課程，利用代碼將實際對象虛擬到計算機中，這就要求自動化專業的學生不僅要掌握知識概念，還要能夠編寫代碼用計算機實現抽象的概念。如果實驗課內容設計合理，可以很好地鍛煉學生解決實際問題的能力。鑒于自動控制原理大量內容屬于動態系統的分析方法，而仿真是分析系統不可或缺的手段，仿真實踐課程可以鞏固控制原理的抽象的知識。如何設計仿真課程的實驗項目對自動化專業的計算機仿真課程非常重要，圍繞自動化專業課程體系，我們擬設定如下實驗項目：
(1)二階電路的C程序仿真實驗；
(2)單容水箱的C程序仿真實驗；
(3)電機拖動控制系統的C程序仿真實驗；
(4)一階倒立擺的C程序仿真實驗；
(5)立體倉庫系統的自動機模型仿真實驗；
(6)立體倉庫系統的Petri網模型仿真實驗；
(7)Bang-bang控制液位系統的混雜自動機、Petri網模型的仿真實驗；
(8)反應釜復雜控制系統的Matlab仿真。
三、結束語
1.1引水系統
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。
4.水輪調節系統仿真硬件設計
懸架系統是影響汽車駕駛及乘坐舒適性和操縱穩定性的主要部件，是汽車的車架與車橋或車輪之間的一切傳力連接裝置的總稱，其作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力扭，并且緩沖由不平路面傳給車架或車身的沖擊力，并衰減由此引起的震動，以保證汽車能平順地行駛。汽車懸掛系統就是指由車身與輪胎間的彈簧和避震器構成的整個支撐系統。懸掛系統應有支撐車身的功能，改善乘坐的顛簸感覺，不同的懸掛系統設計會使駕駛者有不同的乘坐感受。外表看似簡單的懸掛系統綜合多種作用力，決定著轎車的穩定性、舒適性和安全性，是現代轎車十分關鍵的部件之一。常見的懸掛系統結構由彈性元件、導向機構以及減震器等組成，個別系統則還有緩沖塊、橫向穩定桿等。計算機仿真系統的電控單元控制懸掛系統可根據車載重量、路況條件、行駛速度等來調節懸掛系統的剛度、減振器阻尼力以及車身高度。從而使車輛在各種行駛條件下均可獲得最佳的行駛平穩性和操縱協調性。有多種不同類型的電子控制懸掛系統，以大眾汽車的電子控制空氣彈簧懸掛系統為例，電子控制懸掛系統主要由空氣壓縮機、干燥器、車身高度傳感器、帶有減振器的空氣彈簧、懸掛控制執行器、懸掛控制選擇開關、懸掛用電控單元等組成。在汽車行駛過程中，電控單元不停地接收車身高度傳感器、加速度傳感器(即油門動作傳感器)、制動傳感器、轉向傳感器以及車速傳感器輸出的信號并進行運算、分析和判斷，最終向執行器輸出控制信號，控制車身高度和懸掛剛度。
2計算機仿真技術在汽車懸掛系統的應用特點
電控單元中計算機仿真控制懸掛系統的主要優點有：為提高汽車正常行駛時乘坐的舒適性，可以將彈簧剛度設計得較小，以使車身的自然振動頻率盡可能的低。為提高汽車的操縱穩定性，使汽車的行駛安全性明顯提高，可以將汽車懸掛抗側傾，抗縱擺的剛度設計得比較大。將車輪快速提起，避開障礙物，可以在車輪碰到障礙物(如磚、石等)時，提高汽車的通過性。電控單元可以在汽車載荷變化，在不平路面上行駛時自動保持車身高度不變。仿真技術可以防止汽車制動時車頭的下沖。提高汽車轉彎時的操縱穩定性，可以避免汽車轉彎時車身向外傾斜。為提高車輪與地面間的附著力，可以減小輪跳離地面的傾向。
3總結
1．1信息一體化平臺
信息一體化平臺采用一體化模式，集監控和五防功能于一體。一方面作為后臺監控系統軟件，模擬數據采集處理、運行監控、正常操作、事件和報警處理等，實現常規站監控系統功能，同時新增加智能變電站特有的高級應用功能:一鍵順序控制、告警信息分類、智能告警等;另一方面作為五防系統軟件，嵌入到信息一體化平臺中，不僅保留就地間隔內電氣設備的電氣聯鎖，同時還通過以太網實現相互通信，交換設備的狀態，實現智能變電站站控層、間隔層、過程層3級防誤閉鎖功能。
1．2智能化保護測控系統
智能化保護測控系統按照保護測控裝置的物理原理建立數學模型，采用定值驅動法，當故障發生后計算的故障電流結果到達定值要求時自動啟動保護測控裝置，按照其工作原理進行判別，相關保護動作，報出故障信息報文，有關指示燈點亮，與變電站真實設備保持一致。
2系統功能
智能變電站高級應用功能的仿真是以智能變電站仿真系統為基礎，將智能站高級應用集成于信息一體化平臺中，實現了智能變電站特有的一鍵順序控制、智能告警信息分類、故障綜合分析決策功能的仿真。該系統從其功能上可以作為培訓和測試的平臺。
1)培訓功能。智能變電站高級應用功能是智能站特有的新應用，對運行人員來說是全新的知識，需要進行培訓學習。該系統真實再現了智能變電站場景，可以為運行人員提供一種有效的培訓手段，使運行人員能夠學習智能變電站中的新知識、新技術，提升專業素質。該系統已經投入培訓使用，系統運行穩定，人機界面友好，培訓功能完善，培訓效果逼真。
2)測試平臺功能。智能變電站高級應用功能的仿真還可以為高級應用功能的研究提供測試平臺。由于電力系統的特殊性，不能在真實運行設備上進行任意操作，而該仿真系統通過為其他系統或軟件提供開放的數據接口，可以反復進行操作和設置故障，對被測系統或軟件運行情況進行測試，通過與某公司合作，能夠正確地實現測試功能，為研究智能站高級應用功能提供了一種有效的測試平臺。
3智能告警信息分類的仿真
通過建立故障信息的邏輯推理模型，對故障告警信息分類過濾，并對變電站運行狀態進行實時在線分析推理，能夠實現智能告警功能，可以自動報告站內異常狀態，并根據需求提供分層分類的故障告警信息。智能變電站各種運行告警信息量非常大，包括3類:
1)提示性信息。這類信息不需要特別關注;
2)告警信號。這類信息雖然沒有直接引發事故跳閘，但實際隱含著可能的故障，若不進行綜合分析，消除異常，持續發展會導致事故發生，需要給予重點關注;
3)事故信息。事故信號產生一般都會有保護動作、開關跳閘，要求在盡可能短的時間判斷故障原因，以便上報，并依據調度指導進行故障隔離和恢復操作。因此，需要對故障告警信息進行過濾，提供分層分類的告警信息，以方便運行人員工作。智能告警信息分類的仿真包括以下幾個方面:
1)圖形界面仿真。智能告警信息分類通過信息一體化平臺進行展示，信息告警圖形界面是信息分類結果的直觀展現。在進行仿真開發時，按照智能變電站信息分類的原則，根據告警信號重要性，告警實時顯示窗口由多個頁面組成，包括:全部告警、嚴重保護事件、一般保護事件、SOE、開關刀閘動作和智能告警6類，所示同時還會根據告警信息的級別，通過聲音的方式發出告警。
2)數據庫仿真。智能告警信息量非常大，其仿真時所需的數據量也很多。仿真時全站采集信息采用統一的命名格式。變量命名格式包括:變量名、變量描述、變量單位、變量標識、變量數據指向。變量名是信息的代表，當變量為1時，其變量描述才有意義，該描述會在智能告警圖形界面中顯示出來;變量單位的作用是區分告警信息變量的間隔，是實現變量篩選分類的基礎;變量標識的作用是區分告警信息變量的重要程度，以便于告警信息的分類;變量數據指向主要用于數據通信。
3)告警信息篩選分類功能。由于告警信息總量很大，為滿足不同的關注需求，在告警顯示窗口設置信息篩選的功能，在窗口中選擇某一設備間隔，根據告警信息變量的標識，可以在告警窗口各頁面中自動顯示出有關該間隔的所有信息，將不關注的信息屏蔽。可以通過左上角下拉列表選擇變電站間隔來顯示不同間隔的告警信息，使運行人員更有針對性地查看所需的信息。
4故障綜合分析決策的仿真
故障綜合分析決策是指在故障情況下對事件順序記錄、保護裝置動作及信號、故障錄波數據等進行深入挖掘，通過多專業綜合分析，并將變電站故障分析結果以簡潔明了的可視化界面綜合展示。通常當變電站發生異常或事故時，其處理過程是運行人員按照現場情況、規程及經驗進行判斷處理，這種方式不僅要求值班員非常熟悉變電運行規程、規范及設備運行要求，而且需要較長的分析判斷時間。故障綜合分析決策功能可自動為運行人員提供一個或多個可能的事故分析報告，便于迅速確定事故原因和應采取的措施。
4．1故障仿真
故障仿真是進行故障綜合分析決策仿真的基礎，該仿真系統中對真實系統中可能發生的故障類型進行了分析總結，可實現真實系統中常見故障的仿真。在仿真中故障類型，分為4類，一百多個故障:
1)一次設備故障及異常，包括線路、母線、主變壓器、電容器、所用變、斷路器操作機構、SF6泄露等;
2)保護與測控裝置故障;
3)智能組件故障，包括智能終端、合并單元、網絡故障;
4)低壓交直流故障。其中，一次故障可以進行故障相別、故障距離、故障性質(瞬時/永久)進行分別設置。在仿真中既可以單獨設置一次、二次故障或網絡故障，也可組合一次、二次故障和網絡故障。故障仿真范圍全面，效果逼真。通過仿真系統在培訓中的應用，該系統能夠在故障和異常發生時，能夠真實反應故障現象和保護動作情況，故障信息詳細，為故障綜合分析決策提供分析依據。
4．2故障綜合分析決策仿真的基本結構
故障綜合分析決策仿真的基本結構，以仿真支撐系統為服務器，進行故障模擬、采集信息、建立推理知識庫、故障綜合分析推理，并將分析結果以可視化的形式在信息一體化平臺中展示出來。信息采集是對設備實際狀態信息和故障信息的采集，在仿真時通過支撐系統完成數據的采集;推理知識庫存放專家提供的告警及故障分析知識，推理機完成故障信息的綜合分析，給出推理結果，推理知識庫和推理機以數學模型的形式存放于支撐系統中;推理結果展示是將推理結果以一條條報文的形式展示在信息一體化平臺的告警窗口中。
4．3建立推理知識庫
推理知識庫的知識源自變電運行規程、規范及運行人員的經驗總結，通過分類歸納總結，形成一定的知識規則，在仿真過程中其規則內容包括設備名稱、事件、原因、推理相關信息等。它采用統一建模方式，可以通過修改、完善知識庫中的推理邏輯來提高綜合分析決策的功能。
4．4推理機
推理機是利用類似專家解決問題的思維方式，通過推理機來實現知識庫的價值。在故障發生后，推理機將采集到的告警信息、設備狀態信息與知識庫中的推理建立起關聯關系，采用正向推理策略，按照推理規則進行反復匹配和判斷，最終給出一個或多個合理的推理結果以供參考。
4．5推理結果展示
推理結果展示既是將推理結果以報文的形式展示在信息一體化平臺的告警窗口中，告警窗口“推理信息”頁面提供簡單的故障分析結果報文信息，包括故障發生時間、設備名稱及簡單推理結論，通過雙擊該報文信息調用具體故障分析報告的展示窗口，分析報告顯示的內容包括故障發生的時間和間隔、動作事件、故障原因、故障相關信息分析的結果。通過推理結果展示，可以直觀的看到故障綜合分析決策的結果。
5結束語
1.1教學模式落后
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。
2.6完善會計電算化仿真模擬實踐資料庫
關鍵詞：項目教學法；計算機仿真；創新；實踐
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將該門課程與現代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。近五年的每年30—40人研究生選課，工程碩士每年20人左右選課，課程得到了各專業方向研究生的普遍認同。本人指導的研究生，發表與該課程相關的學術論文近20篇，撰寫的碩士論文均用到計算機仿真技術。
五、結束語
