仿真设计流程篇1
关键词：aSSURe模式；物流仿真；教学设计
中图分类号：G712文献标识码：a文章编号：1672-5727（2014）01-0093-04
物流是一门综合性学科，在教学过程中进行科学有效的操作和实验是其教学任务中的一项重点。虚拟仿真技术作为第一个推动人们以身体活动获取知识的智能技术，在越来越多的职业院校中得以应用。它所提供的学习和认知方式，不仅仅是逻辑与形象的结合，还有认知能力与感知能力的结合，这对主体认识能力的发展具有重要影响。我校作为以信息技术见长的中等专业学校，在物流管理专业中开设了“物流仿真”课程，使用的是上海乐龙人工智能软件有限公司开发的RaLC软件，用于帮助学生全面深入地理解物流系统和物流设备，可建立反映真实系统规律的仿真模型，对模型进行仿真实验，对实验数据进行分析，进而开展系统方案评价和系统分析。
物流仿真是针对物流系统进行系统建模，并在计算机上编制相应应用程序，模拟实际物流系统运行状况，并统计和分析模拟结果，用以指导实际物流系统的规划设计与运作管理。作为一门课程，“物流仿真”课在教学目标上不同于其他物流理论课和实训课，教学内容也不能局限于软件公司提供的相关模型。它是结合了物流学科相关知识和计算机操作技能的综合性课程。因此，其教学设计和教学方式需要教师精心准备，大胆创新。据此，笔者设计了一堂主题为“实体仓库的模型创建与改进”的物流仿真课。下面对该课程进行简单介绍。
课程内容简介
本课主题为“实体仓库的模型创建与改进”，主要内容是要求学生建构学校实训教室内的实体自动立体仓库的仿真模型，然后提出扩建要求，要求学生在原有模型基础上进行扩容设计。
本课使用仿真技术的必要性体现在：（1）学技术：弥补工位限制。实体仓库内的参数设置更改困难，场地有限、设备种类有限，仓库类型相对单一，且工位有限，要让学生了解更多的仓库类型与控制方式，需要应用仿真技术。（2）增兴趣：突破教学难点。三维动态场景对于帮助学生理解仓库结构、认识设备属性、理解设备逻辑关系具有直观、形象、多样化的作用，仿真对于突破这一教学难点具有不可替代的作用。（3）提素养：对专业的持续关注。中专学生学会仿真软件的使用能够拓展其视野和能力，提升其职业素养，对其将来的职业发展有益。
本课定位为：（1）通过完成一个综合性的任务项目，检验学生对于仓库结构和仿真部件的认知。（2）通过创建三维立体的、动态的、图像化的模型，即时获得系统的运行效果，相比静态的图片或文字，仿真能够最大限度地引起学生兴趣。（3）通过完成一个身边的较为熟悉的任务项目，让学生进行边缘性的参与，获得专业学习的信心和成就感，并对本专业产生持续的关注。
aSSURe模式简介
aSSURe教学设计模式，是由Heinich、molenda、Russell与Smaldino四位学者于2002年提出的，是围绕在教室环境下怎样使用媒体和资源而设计的一套模式，着重于在实际教学情境下，善用多媒体工具来帮助达成教学目标，并鼓励学生互动参与。aSSURe取其六个步骤名称英文动词的首字母，以表达“确保教学成功有效”之意。这六个步骤为：分析学习者；陈述教学目标；选择教学方法、媒体和材料；使用媒体和材料；要求学习者参与；评价与修正。利用aSSURe模式进行教学设计，需要教师分析自己对于媒体、方法的选择，以及对使用情形加以评估，在教学行动反思之后加以调整改善，作为下一次改进教学的依据。
基于aSSURe模式的教学设计过程
（一）分析学习者
一般特征教学对象为中专物流管理专业二年级学生，年龄在16～17岁之间，易受社会不良风气影响，诸如实用主义、拜金主义等。在学习方面也表现得比较功利，自认为有用的就用心学，自认为将来用不上的就不学。心理特征表现为自我意识强、独立性强，希望得到他人的承认和尊重，但同时又表现出自信心缺乏，需要在与教师和同伴的交往互动中获得肯定。中专学生在学习方面往往缺乏正确的态度和方法。在智力因素方面，如记忆力、注意力的持久性等稍显欠缺。他们对课程知识掌握的程度，在很大程度上取决于自身的非智力因素，如求知欲、自信心、责任感等。因此，教师需要在这些方面多下工夫，使学生用非智力因素弥补智力因素的不足。
入门能力我校二年级学生的先修课程包括国际贸易、电子商务、现代物流基础、叉车驾驶等，在相关的课程中接触了一些专业常识，如各种物流基本设施的名称和作用。在学校自有的实训教室内有三种类型的仓库，包括自动立体库、电子标签库和平置库，还有传输设备、搬运设备等。学生观察过仓库的运行，有的甚至在仓库内进行过操作，对此较为熟悉。在技能准备方面，学生前期已熟悉了乐龙仿真软件RaLC的操作界面，学会了基本的设备创建和编辑操作，如传送带系统的生成、货架的生成、部件之间的连接等。
学习风格中专学生不喜欢理论灌输，也不屑于单调的、系统的知识传递，但他们对于色彩、动态等视觉刺激感兴趣，对于需要自己动手操作的内容则参与积极，表现出极大的视觉偏好。这是教师可以利用的学生优势。大部分学生愿意与同伴合作，喜欢宽松的教学氛围，希望教师不是高高在上，能随问随答。学生在适当的激发下能够有活跃的表现，尤其是对三维动态的仿真模型，因其能够即时显示运行效果，学生积极性非常高。
（二）陈述教学目标
教学目标不是限制学生应该学习什么，而是表示学生应当达到的最低学习目标。在aSSURe模式对教学目标的陈述中，包含教学对象、行为、条件、程度四个要素，结合四个要素陈述的教学目标为：
知识目标（1）能够说明自动立体仓库的基本结构。（2）能够归纳自动立体仓库货物出入库的大致流程。
技能目标（1）能运用仿真软件根据实体仓库正确选择所需部件。（2）能将实际的物流设备转换为仿真模型。（3）能为各种部件设置参数，并正确对部件进行连接，完成货物入库和出库。（4）能灵活运用所学知识，根据要求对既有模型加以改进和设计。
情感目标（1）能积极参与师生互动，交流心得。（2）在模型制作过程中能够主动探索，分析差异，自我提高。
（三）选择教学方法、媒体和材料
选择教学方法：任务引领，搭建脚手架选择教学方法最重要的原则是要服务于特定的教学内容。建构主义认为，首先要有完成有意义任务的动机或意图，才能引发有意义的学习；能够引发有意义学习的最富有意义的任务就是问题解决，进行问题解决才能帮助学生获得更好的理解和实际能力。因此，在这堂课上，首要选择的教学方法就是任务教学法。为学生选择一个实际的、有意义的任务是上好一堂课的前提。对于“物流仿真”课程而言，既要让学生理解自动立体库的布局结构，又要运用仿真软件把模型构建出来，这是有一定难度的。因此，最好为学生选择一个他们比较熟悉的、可以随时加以观察的仓库原型，所以在此设计了学校实训室的仓库作为原型。学生对身边的仓库，既熟悉又好奇。因此，仓库是引起学生学习兴趣的切入点。有了需要解决的问题，还要为问题建构内部表征，这是解决问题的最重要技能之一。学习者对问题的描述越全面越精确，解决问题的方法就越好。要设计扩容方案应该从何入手呢？在教师的活动设计中应该体现出解决问题的思路，帮助学生搭好构建认知的脚手架，在教学设计时需要将递进的任务设计成指引框架，使学生在活动过程中不仅能逐步达到完成总体任务的目的，还能体会到类似任务的完成步骤和途径。教学主线设计思路如图1所示。
选择媒体和材料要完成模型的创建和设计，需要熟练运用仿真软件。因此，上课准备的材料包括RalC操作指南、校本教材《物流系统仿真项目》、演示文稿，准备了计算机、投影仪、RaLC仿真软件等。为了动态地展示自动立体仓库的货物入、出库流程和原理，当场请两名操作较熟练的学生运行仓库管理系统，并进行货物的存取、条码的扫描等工作。但学生的理解能力、学习进度不尽相同，不可能随时调用两名学生进行演示。因此，我们将他们操作机械的动态过程制作成视频，作为媒体材料提供给每一个学生，以备他们随时调用查看。
（四）使用媒体和材料
学习环境的设计多数学生愿意与同伴合作交流，在学生之间的讨论中同样会产生新奇的想法。本次课的内容需要学生之间取长补短，因此教室布置为图2所示的形式。将学生分为四个小组，激励学生在建模过程中在小组内部相互交流和帮助，在小组之间则采取竞争的激励方式。在教学形式上，结合现场教学和仿真教学。现场教学侧重学生的观察和教师的讲解，仿真教学则注重引导和学生的操作，指导学生遵循设计规律，发挥自身的主动性和创造性完成学习任务。
教学流程设计设计的教学流程如表1所示。
（五）要求学习者参与
中专学生对于课程和教师的偏好是十分明显的。如果希望学生在课堂上积极参与、产生良性互动，就需要在平时的课堂教学中与学生建立起民主、平等的师生关系，尊重学生个性和差异，多进行正面的鼓励和表扬，尽量给学生自我发挥的空间，使学生习惯于在课堂上很快活跃起来，进行创造性的思考和真正的心理参与，达到对设备的创造性运用。
进行小组竞争，并给优胜小组一定的奖励，能够激发学生参与的积极性。本课结束时教师为竞争获胜小组分发了小小的即时贴。学生特别高兴，说这奖品“好有爱”，有的学生甚至产生了更为深入探究的欲望，为日后的分层教学打下了基础。
此外，在本次课上还采用了作品交流和让学生汇报创作思路的方式，给予学生展示的机会，使他们能产生成就感，更能在学习共同体中产生正面效应，以少带多，使更多学生得到启发，突破教学难点。
（六）评价和修正
学生的设计各有利弊，但评价作为教学的一个重要部分，仍旧是需要精心设计的。教师要让学生学会自我反思，成为评价的主体。让学生根据给出的评判标准，找出不足并加以改进和提高才是评价的主要目的。在此，本课的教学评价分为学生自评和教师评价两部分：学生自评要求在课堂内评价，简单易操作；课后要求学生上传作业，教师完成综合评价。如表2和表3所示。
教学设计的创新与特色
一是精心选择独特的任务。选择的任务难度应处于学生认知发展的“最近发展区”，学生利用已学的知识和技能，通过努力是可以完成的。如任务具有一定的现实意义，学生会给予更多关注，在完成任务时能够获得较多的学习成就感。
二是预留空间鼓励创新。教学设计时预留了较大的创意空间，让学生充分发挥创造力，从货物码上托盘开始，就有学生使用了新的设备，直到设计扩容方案，学生的最终作品是多样的、具有差异性的，能使学生个性化的想法得以展现。
三是适时渗透职业态度培养。在教学过程中不断地给学生以职业态度的影响，比如在制作仿真模型阶段，强调模型要尽量与实体仓库一致，这样不仅是对真实环境的模拟，也体现了严谨的工作态度和职业要求；在扩容设计阶段，则要求学生大胆创新、勇于尝试。
四是教学效果丰富多样。学生作品多样化，充分发挥创意，设计多种扩容方案。
中专学生在学习专业知识的时候，可以说没有丝毫专业基础，这给教师的教学带来很大困难。心理学家杰尔姆·布鲁纳（JeromeBruner）认为，当学习者缺乏相关的经验背景的时候，教学遵循从实际经验到形象性表征，再到符号性或抽象表征的顺序，能够促进学习。遵循这样一个规律，有效地借助媒体和材料，按照aSSURe模式为学生精心设计教学过程，不仅能够提升教学效果和学生的学习成就，也是能反映教师教育教学能力的一个重要指标。aSSURe模式是一个能够完成系统化设计主要步骤的教学设计模式，但也需要教师根据教学对象的实际情况，充分思考学生能做什么、怎么做，选择正确的方法、媒体和材料，加以灵活运用。只有这样，才能搭建起从教学起点到终点的桥梁。
参考文献：
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仿真设计流程篇2
随着现代物流业在我国的飞速发展，物流配送中心的作用越来越受重视。近年来，各行业在进行物流改造过程中，投资建设了相当数量的物流配送中心，例如烟草、图书、医药等。由于配送中心的工艺和流程比较复杂，影响作业效率的因素非常多，如何设计配送中心、如何评估设计方案能否达到预定要求是业主和设计方最关注的问题。在按照理论模型进行设计之外，离散事件系统仿真已经在配送中心系统设计中逐渐成为重要的分析、决策手段。
离散事件系统仿真作为复杂系统分析、评估的有效工具，在诸如航空航天、机械制造、核能等工程系统，以及经济、企业管理、生态环境等非工程系统的预测、控制和决策中都有着广泛的应用。在物流系统规划、设计中采用系统仿真方法。能够具体分析系统关键设备的利用率，评估系统的总体运行能力，用虚拟现实方式直观地演示系统运行状况，发现可能存在的系统瓶颈，对比多种系统设计方案。国内的许多物流项目采用了系统仿真方法进行系统评估，取得了一定的成效。
本文重点探讨在物流配送中心设计中采用系统仿真技术的作用和进行系统仿真的具体方法。同时，结合笔者在物流配送中心设计和咨询方面的工作介绍仿真实例，讨论如何应用仿真分析结果、如何选择仿真分析软件。
物流配送中心仿真的内容
在设计物流配送中心方案时，要考虑未来系统能否满足设计要求，检查系统指标的可实施性。在单一作业与多任务并行交叉运行时，影响作业效率的因素非常多，一旦某个环节与设计的平均作业流量偏差比较大，产生的后果是无法用理论模型或经验来估算的。采用系统仿真就可以分析作业流量波动和特殊情况等对系统运作和关键设备的影响。
物流配送中心的仿真主要从管理角度来分析整个系统的运作、调度和策略，其仿真内容必然涉及相应的自动化物流子系统的仿真。如自动立体仓库、aGV子系统等。物流配送中心的仿真主要有管理调度策略仿真、流程优化仿真和系统配置优化仿真。
1．管理调度策略仿真
物流配送中心的优化目标可以有许多，如配送中心各系统运行的协调性最好、系统运行效率最高、设备利用率最合理、最终客户订单处理平均时间最短、运行成本最低等等。这些目标往往是互相矛盾的。建立物流配送中心的系统仿真模型，可以分析订单排序、拣选策略、储存策略等对物流配送中心运行效率的影响。
在确定订单排序的时候，传统做法是根据客户的紧急程度、客户对配送中心的效益贡献等因素，为客户设定优先级，以优先级决定处理顺序。然而，优先级的设定并没有考虑物流配送中心的运行效率和运行成本。应用物流配送中心的仿真模型，可以根据不同的订单排序结果，进行仿真。预先设定优化目标、选定输出参数，就可以比较各种排序方法对系统目标的影响，达到优化的目的。
货物拣选方式一般分为采摘式和播种式两种。采摘式适用于物品品种多，每个订单所需物品的数量和品种差别较大的情况。如果物品的数量少，订单之间所需物品种类
2．作业过程仿真
物流配送中心的作业流程不能看成单一作业流程，而是根据订单执行的任务不同，执行不同的作业流程。实际上，当系统十分复杂时，配送中心的作业流程多数时间是在交叉作业。在传统的设计方法中，流程设计是根据人们的经验来确定的，而且往往是相互孤立地进行设计。借助仿真就可以有针对性地解决这一类问题。
例如，在大型物流配送中心里，拣选区往往是多层、分区设置，拣选区面积多达几万平方米，拣选作业多是手工配合机械设备完成。拣选的效率和质量决定了一个客户订单的处理效率和质量，并且进一步影响到客户服务的响应时间，即客户服务质量。因此，通过系统仿真优化拣选路径，对于大型的物流配送中心是十分必要的。
3．设备配置与布局仿真
物流配送中心的设备种类多、投资巨大。所配备的物流设备一般包括各种货架(立体库货架、平面库货架、流力式货架、驶入式货架等)、起重堆垛设备(巷道式堆垛机、巷道高架叉车等)、运输设备(自动导引车、辊道输送机、链式输送机、皮带输送机、穿梭车、垂直升降机、积放式输送机等)、分拣设备(高速分拣机、分拣机器人)和包装机等。因此需要慎重考虑设备的布局与配置，在保证系统达到设计能力的前提下，尽可能减少投资，充分发挥设备的效力。
在不同作业情况下运行物流配送中心的仿真模型，得到关键设备的利用率，可以比较好地解决设备配置问题。在设计自动立体仓库时，巷道堆垛机的运行周期是非常重要的运行参数。巷道堆垛机在“单循环”与“双循环”方式工作下的运行周期有很大差异，采用解析模型计算的时候需要设定这两种工作方式的比例，并按照平均行程计算。实际上，拣选方式、货位分配方式直接决定了巷道堆垛机的工作方式。采用系统仿真方法，能够很好地反映巷道堆垛机工作方式与订单拣选方式之间的关联，以及货位分配对行驶距离的影响，得到更可靠的运行参数。文献用automod仿真软件建立了自动立体仓库的模型，仿真分析了多货位巷道堆垛机的运行模式。
根据仿真结果，比较各种设备的利用率，调整设备的数量与参数，保证未来系统中各种设备协调运行。在实际系统中调整系统设备的参数是一件非常费时费力的事情，调试所花费的时间使得整个工程的周期延长。如果在系统方案设计后，就建立系统设备的仿真模型，运行并分析其设备的运行状态，调整不合理的参数，将可以大大缩短物流配送中心的建设周期。
物流配送中心仿真的基本步骤
1．仿真的基本步骤
近年来随着商用系统仿真软件用户界面的不断改进，系统仿真已经变得比较容易。除了具备数据分析、系统建模和实验设计的相关知识之外，正确的仿真步骤是系统仿真成功的重要保证。物流配送中心仿真的基本步骤如下：
(1)确定仿真目标。根据系统要求的不同，仿真目标各不相同，通常涉及管理调度策略问题、设备配置问题、运作流程协调问题、人员调度等问题。
(2)系统调研。系统调研是了解系统运行状况和采集系统数据资料的过程，是为了深入了解系统的总体流程、各种建模参数，以便建
立系统模型。
(3)建立系统模型。系统模型的形式可以是多样的，有文字叙述型、流程图型、图表型、数学表达式型。
(4)建立仿真模型。仿真模型是将系统模型规范化和数字化的过程。同时也需要根据计算机运行的特点增加一些必要的部件。仿真模型主要部件有初始化模块、输入模块、仿真钟、随机数发生器、状态统计计数器、事件表、事件处理子程序和输出模块等。
(5)模型验证与模型确认。模型的验证主要检验所建立的仿真模型(包括系统组成的假设、系统结构、参数及其取值、对系统的简化和抽象)是否被准确地描述成可执行的仿真模型。
(6)运行仿真模型，完成数字实验。由于离散事件系统大多数是随机系统，输入变量带有随机性，因此每一次输入一组随机变量所得结果只是系统的一个随机抽样的仿真结果。要按照系统抽样分析的要求来运行仿真模型。
(7)仿真结果输出。仿真结果输出有实时在线输出和在仿真结束时输出两种方式。当对系统进行动态分析时，往往需要了解各种中间变量或输出变量的实时变化情况。目前商用仿真软件一般都可以提供多种仿真结果输出形式，如表格形式，直方图、饼图、曲线图等图形方式，以及数据文件。
(8)分析仿真结果，形成仿真报告。仿真结果分析是采用统计学方法，对仿真结果的可信度和精度进行分析。对于仿真结果可以有两种角度的分析，一种是从系统优化的角度考虑问题，即对照仿真目标考察仿真结果是否满意；另一种分析是仿真结果是以多大的可信度和精度来反映真实的系统。
2．物流配送中心仿真建模的要素
物流配送中心往往是一个人机结合的系统，既有自动化设备操作，也有人工操作。在进行系统调研和系统建模时，要特别注意收集以下数据和设计方案。
(1)设备选型与特征参数，包括各种设备的结构参数和运动参数。
(2)设备布局与关联，确定设备的布局以及各设备之间的相对位置，它们之间的逻辑关联关系。需要得到整个系统布置的CaD图纸。
(3)有关出入库物流量的信息。货物入库信息，包括到达时间间隔，到达品种、批量、顺序等。客户订单表明了对物流配送中心货物出库的请求。
(4)物流出入库路径、订单拣选次序、货位分配原则、补货方式等配送中心管理原则和运作方式。
(5)与具体物流操作相关的信息，如打包机打包的时间、操作工人完成各种工作的时间等。
例如对于一个自动化立体仓库系统的调研，首先要了解自动化立体仓库的平面布局、设备组成、存放的物品形状、尺寸等静态的参数。其次是订单拣选、货位分配等系统工艺参数。接下来是系统动态参数，如自动化立体仓库中堆垛机、运输机的加速度、速度，出入库物品的到达时间间隔，运输车的装卸时间等。还要收集系统逻辑参数，如自动化立体仓库系统中堆垛机三个方向运行之间的互锁关系，运输机与堆垛机之间的衔接关系，立库与分拣系统运作之间的时序关系、优先级的约定、排队规则的设定、各种解决的原则等。
在物流配送中心运行过程中，大多数事件的发生是可以预定的，但也有很多事件的发生是不确定的，例如货物到达的时间间隔、操作时间等。这些不确定的事件通常服从一定的概率分布，可以用随机变量来表示。采用数据建模方法，根据输入数据可以确定随机变量服从哪一种概率分布并确定概率分布的参数。
仿真实例分析
某配送中心的规模和物流量都很大，入库、补货、分拣和出库流程复杂。这样一个复杂的物流系统很难用解析方法进行定量的分析，采用系统仿真方法可以帮助理解货物操作的流程、提出量化的评价值指标。系统仿真的目标是，评价系统设计方案是否合理、判断整个工艺流程是否顺畅，评价未来配送中心的配送能力和物流效率。该配送中心仿真的具体内容如下：
1．对比自动立体仓库的出入库方法；
2．分析自动立体仓库巷道堆垛机的运行周期与利用率；
3．分析自动立体仓库在进行出库、入库、补货联合作业时有无阻塞产生：
4．分析出库和拣选作业的输送系统是否有阻塞产生；
5．分析出库作业的物流效率。
采用系统仿真软件automod建立了配送中心的仿真模型。整个配送中心的仿真模型如图1所示，包括有16个巷道的自动立体仓库、叉车和传送带。由于整个物流中心的整体流程复杂，在仿真建模过程中进行了适当的简化，主要分析配送中心的部分关键工艺流程。
通过仿真模型对比了不同的立体仓库出入库方法。在出入库物流量相同的情况下，采用不同出入库方式时，巷道堆垛机运行状态的仿真结果如表1所示。采用单侧同时出入库的运作方式，巷道堆垛机的平均运行周期最短，占用率最低。在出入库操作频率比较高的情况下，有很大的机会是入库与出库交替进行，出入库集中在立体仓库的单侧，使得堆垛机取货物的平均距离比较短。当配送中心在比较正常的库存水平上运作时，可以把货物集中存放在靠近出入库端口的一侧，单侧出入库方法的优势就更加明显。
通过仿真分析，发现自动立体仓库的出入库操作主要存在以下问题：
1．拆零操作时间与拆零补货的出库频率不匹配，在拆零补货点上会出现实托盘排队等候。如果托盘的队列比较长，就会导致立体仓库最南侧的在线拣选操作区出现阻塞现象，如图2所示。
2．由于补货的物流量比较大，由拆零补货所产生的物流都要向二层出库输送系统的南侧集中，这部分物流量与在线拣选形成了相互干涉，会在输送带南侧区域产生阻塞。咨询单位提出将设计方案两层传送带改为采用三层传送带。自动立体仓库的三层出入库传送带仿真模型如图3所示。
3．在线拣选的利用率偏低。按照设计要求，每个托盘的平均拣选数量是5．4件。
该配送中心的出库拣选区按照aBC方法分为多个区域，采用了多层传送带输送周转箱，图4是出库拣选区的局部仿真模型。仿真分析出库拣选流程的关键是建立适当的订单模型。建立订单模型需要收集大量的订单数据，数据分析方法也比较复杂。这里根据历史数据和拆零出库比例，计算每个订单的平均拣选数量，建立了简化的订单模型。运行仿真模型的结果表明，每隔30秒发送一条出库订单，单班的出库货物数量接近预定的要求。按照仿真设定的订单结构运行，打包作业点的排队现象明显。如果拆零出库的比例增加，打包操作的时间过长就有可能引起系统阻塞。
通过对配送中心设计方案的仿真分析，用三维图形方式观察系统的运行状态，得到系统出入库能力的定量结果。仿真结果有助于决策者选择正确的设计方案。
结论
建立物流配送中心这种复杂系统的解析模型是很难的，用解析的方法进行系统优化就更为苦难。现在，设计者和咨询公司越来越多地采用系统仿真方法分析、评估物流配送中心的设计方案。国内的许多物流项目采用了仿真手段，对其系统进行论证，有的项目在招标文件中就要求供应商提供设计方案的仿真报告。
正确地进行仿真分析需要掌握系统调研、系统建模、模型验证、数据分析、实验设计、系统仿真软件使用等多方面的知识，还要与设计人员及时沟通掌握必须的专业知识。
系统仿真是一种验证设计的手段，为决策者提供科学的决策支持，不能代替人来做决策。决策者需要具备解读系统建模假设和仿真结果的能力。
在应用系统仿真技术时，要注意区分系统仿真与动画演示之间的区别。如果只是为了更直观的说明工艺流程，采用动画来表现更直接。但是，动画演示无法提供与系统运行相关的数据。系统仿真一定是数据驱动的，能够在一定程度上反映实际系统的状态。
仿真设计流程篇3
【关键词】计算机仿真技术物流实验室建设策略
物流专业最大的特点是实践性强，加强相关设备的投入力度及构建相应的实验室对学生实践操作能力的提升具有重要意义。由于计算机仿真技术存在诸多的优势如成本少、可控性高、可视化等，将其运用到物流实验室中可以带来意想不到的效果。
1构建基于计算机仿真技术的物流实验室的意义
1.1教学方面
在物流教学过程中，除了要传授学生相关的物流知识外，还必须培养其一定的实践操作能力。通过将计算机仿真技术与物流实验室有机结合，能紧跟物流技术的发展变化来及时更新所需的资源，能在并不广阔的场所及资金少的情况下进行各种不同的实验操作，完全达到了物流实践教学的要求，并且学生能够将课堂上所学的知识运用到实际生活中。
1.2科研方面
对于具有丰富理论知识，想有进一步发展的学生来说，基本的理论教学与实践操作很难达到他们的实际所需，特别渴望参与一些深层次的物流系统分析、高级实验活动。为此，构建基于计算机仿真技术的物流实验室是满足学生要求的不二选择，能够为现代社会培养一批高级别的物流管理团队。
1.3社会服务方面
学校在完成培养综合型人才队伍的任务的同时，还肩负着服务社会的责任。由于目前缺乏实践系统，基于计算机仿真技术的物流实验室的建设，很大程度上帮助了教育者利用自身掌握的知识，通过实验室丰富的软硬件资源来承接相关的项目课题，促进企业物流系统的进一步升级，避免不必要的资金投入，综合了物流与其他相关技术、信息技术，减少了社会资源的大量耗费。
2基于计算机仿真技术的物流实验室建设策略
2.1明确具体的建设目标与指导思想
首先，基于计算机仿真技术的物流实验室应配备具有开放性、综合性特点的实验体系，提高学生知识水平的同时，增强其实践操作能力，制定详细完善的教学计划，注重学科发展，将学生创新意识及能力的养成作为教学目标。
其次，基于计算机仿真技术的物流实验室建设必须将系统性、先进性、经济性、实用性作为主要指导思想。实验室应时刻了解先进物流技术、相关教学手段的最新情况，尽可能的集网络技术、多媒体技术、自动识别技术、信息管理与决策技术等为一体；从学科与专业的角度出发，合理使用实验室建设费用，优化配置各类硬软件、场地资源，建立健全物流仿真实验工程体系，为专业设计及毕业设计提供帮助，真正实现涵盖教学、科研、实验、人才培养等内容的教学科研基地。
2.2总体规划
2.2.1硬件设备
基于计算机仿真技术的物流实验室应配置一定数量的电脑，方便学生利用电脑来构建仿真模型。另外，还需购置下列设备：投影机、弧形三维屏幕（笼罩整个实验室，以创设虚拟的物流仿真系统氛围）、在实验室中间放置一台服务器电脑与音响，并和投影机与弧形三维屏幕连接，这样即完成操作平台的设置。同时还要有具备无线遥控功能的激光笔，为相关操控提供便利。
基于计算机仿真技术的物流实验室及其硬件的规划与分配途径是：将实验室划分为教学区与科研区两个不同功能的区域，各自处于不同的空间中。教学区主要为学生的实践教学提供服务，内部共配备了投影机、屏幕、服务器、音响、供学生操作的电脑、遥控激光笔。科研区中主要配备办公桌椅、电脑以及教研人员，是教育者日常开展科研活动的场地。
2.2.2软件设备
软件设施在物流仿真实验室中属于必不可少的工具。由于物理软件的类型众多，因此必须结合仿真系统选择相匹配的软件。比如Flexsim仿真软件，此软件具有通用性特点，在多个行业系统中得到应用。该软件在物流仿真实验中的应用涉及了配送中心拣选仿真、仓库系统出入库仿真、生产物流仿真、机场仿真等领域。由于当前运用的Flexsim软件只涉及一些基本功能，所以还需对其进行升级，添进相配套的优化软件包。
2.2.3建设流程
基于计算机仿真技术的物流实验室建设应遵循循序渐进、分阶段的原则。举例说明，选择相应的实验场所及设备，建设满足教学要求的仿真物流系统及仿真生产物流系统；然后再建设另两个仿真配送中心系统及仿真供应链系统。
在构建仿真物流各系统过程中，应通过委托开发与自行研发相结合的手段。由于对大型仿真物流系统进行开发时会耗费诸多的时间、精力，并且要求有丰富的计算机编程知识，所以应开展招投标活动，委托专业机构开发，同时自己与相关团队协作开展二次研发。
3结论
C上所述可知，在培养物流人才过程中，实验教学环节发挥着不可忽视的作用，为高质量人才的培养提供了坚实的保障。从专业特色角度出发，制定系统完善的培养计划，构建实践性高的物流实验室，致力于将计算机仿真技术与物流实验室紧密结合，这不仅有助于进一步升华实验教学，推动物流健康持续发展，而且还极大地增强了学生的实践应用能力。
参考文献
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作者简介
阮文（1967-），女，福建省仙游县人。工程硕士学位，毕业于哈尔滨理工大学，现为湖南工业职业技术学院讲师。研究方向为计算机应用。
仿真设计流程篇4
关键词：化工单元仿真情景；中职；《化工单元操作》；信息化教学设计
前言：在科技逐渐进步的当今社会中，信息化教育得以迅速开展。目前，我国教育信息化的发展模式还处于粗放式的阶段，无论从硬件还是从软件方面，中职院校专业课程的信息化教育存在着很多问题。新时期，如何将信息化技术引入到课堂教学中，并且在课堂上形成自我魅力，是广大中职院校所面临的难题。在化工单元的仿真情境教学模式下，研究中职院校化工专业教学的信息化设计，对于推动中职院校教学水平提升具有较为积极的意义。
1基于化工单元仿真情景下《化工单元操作》课程教学设计思路
《化工单元操作》教学中包含很多教学内容，在本文中以“流体输送”为例进行分析。在化工单元仿真情景中，实现信息化的课程教学设计，首先需要确定相应的教学思路。由于“流体输送”在实际操作环节供需比较复杂，因此，无论以何种教学方式进行教学，都需要保障教学的简单化、安全性。因而，在化工单元仿真情景下，对课程教学进行设计，可以秉持着：“情景化”“精细化”“扁平化”“集成化”的教学原则。并且在仿真课程设计上充分的尊重学生的认知规律，以企业典型的输送技术为载体，在实际的仿真控件中进行教学。
2基于化工单元仿真情景下《化工单元操作》课程教学过程
基于化工单元仿真情景下的《化工单元操作》信息化课程教学研究，首先需要根据教学内容进行项目分析，不同的化工实训教学模式不同，在分析好实训要求之后再进行教学，所取得的教学效果比较好；其次，教师在仿真情景下向学生进行新知识的介绍，并且引入实训教学操作。最后，对化工单元仿真教学进行的考核与评价。
2.1项目需求分析
项目需求分析是化工操作教学课程设计中的重点，也是保障课程内容能够顺利进行的基础。在流体输送项目中，教师在课堂上将《流体输送实训操作》设计方案发放给学生，并且将学生分组进行试验。不同的小组对于该实验出具不同的方案。项目需求分析工作开始，教师引导下学生在小组内部进行不同项目的讨论，找到项目试验中的问题，以保障试验安全。经过各个小组的分析与讨论，教师引导学生将流体输送实训过程整理为以下任务：①确定流体输送的实现方案；②筛选出比较的输送方式；③确定流体输送的操作流程；④确定流体输送过程所需的设备；⑤将流体输送的流程画出来；⑥在实际操作中如何输送。
2.2新知识介绍
在以上化工教学项目分析之后，教师需要根据本节课程的教学目标，介绍新的知识。化工仿真教学模式中，多媒体仿真教学应用最为广泛。当教学目标确定，教学方案指定之后，教师借助多媒体视频向学生展示流体输送生产全过程。在全过程视频播放环节中，引导学生从整体上把握教学内容，并且理解自己所学重点。当学生对于本节课有了初步的认识之后，此时需要进行细节Flas的播放。注重几种流体输送方式的基本原理、典型输送设备结构以及操作流程形象思维和抽象思维同步进行。该种细节化的演示，能够使得学生能够更加真实的感受。掌握操作流体输送单元设备的具体方法。在化工仿真平台中，包含了实验装置、仪表、质量评分、数据处理等界面，学生在平台上运用仿真引导，进行流体输送。学生经过反复的训练，在网络仿真机上进行反复的开车、停车训练，获得了较多的动手实践机会，并且对于实验的熟练度逐渐提升。仿真软件与流体输送工艺流程紧密相连，利用二维、三维的动画技术，对于设备的内部结构、物料流动状态以及实验作用原理的形象描述都能够加深学生对于知识的理解。
2.3教学操作开展
在中职院校实训仿真实训室中，学生直接的参与到仿真操作平台中，教师进行远程的引导。首先，教师按照《流体输送实训操作》项目方案，在仿真操控台上引导学生进行仿真操作。并且教师边引导学生实际操作，边播放时仿真项目的视频。在实际的实验中，学生需要根据操作评分系统的提示，一步步的进行实验。在仿真软件和实训设备装置中反复进行灌水――加压――开泵――输出流量――调节设备平衡等操作。
2.4教学考核
在化工操作仿真平台中对学生的实训操作环节进行评分考核。学生的实训操作动作与仿真系统中的评分系统相互衔接，不同操作质量模式的分值不同，学生通过质量评分能够发现自我实训操作中的不足，以及需要操作改正的地方。并且在这样的监督模式下，能够有效的规范化学生实训操作。当仿真系统评价之后，教师需要对化工实训课程进行总结，在总结环节中主要包含了设计思路、学生的质疑、答疑的过程、学生小组点评、设计作品的完善。教师从专业化的角度对于学生化工操作中的行为进行评价，能够有效的促进学生改进。
3结论
综上所述，在化工单元仿真情景中，实现信息化的课程教学设计，首先需要确定相应的教学思路。对课程教学进行设计需秉持着：“情景化”“精细化”“扁平化”“集成化”的教学原则。基于化工单元仿真情景下的《化工单元操作》信息化课程教学研究，需要根据教学内容进行项目分析，教在仿真情景下向学生进行新知识的介绍，并且引入化工工艺教学操作。最后，对化工单元仿真教学进行的考核与评价。
参考文献：
[1]彭茜.仿真虚拟实训系统在中职教学过程作用的实证研究[D].北京理工大学，2015.
[2]李春梅.化工仿真软件在化学教学中的应用及改进[D].电子科技大学，2014.
仿真设计流程篇5
关键词：动态仿真；涂装线；automod；计算机
1动态仿真技术应用和方法：
（1）计算机仿真软件。适于三维动态仿真的软件有许多，常用的软件有automod和flexsim等软件。其中automod是目前比较成熟的三维物流仿真软件，可以通过c语言编程对你所需要的复杂动作进行最接近真实的仿真。它主要包括了三大模块：automod、autostat和autoview。（1）automod模块：提供给用户一系列的物流系统模块来仿真现实世界中的物流自动化系统。（2）autoview：可以允许用户通过automod模型定义场景和摄像机的移动，产生高质量的avi格式的动画，用户可以缩放或者平移视图，或使摄像机跟踪一个物体的移动。（3）autostat：为仿真项目提供增强的统计分析工具，由用户定义测量和实验的标准，自动在automod的模型上执行统计分析。
（2）建立仿真模型。根据涂装车间平面布置、输送系统路线、工艺流程建立系统的计算机动态仿真模型，并确立系统基本设备的运行参数。
（3）编写逻辑控制程序。根据涂装车间的工艺流程和系统的逻辑控制关系设置工件运行的规则，以及工件在工艺过程中所需要的工艺时间等编写逻辑控制程序。
（4）运行仿真系统。将涂装车间的产能要求、工作时间、设备利用率、生产节拍、各工序工艺时间、各工序工艺链速等参数输入仿真模型系统，运行此仿真系统。
（5）仿真结果分析和优化。根据动态仿真的运行结果进行分析，分析系统是否存在瓶颈，流程是否畅通，产能能否满足需求。如果系统运行后，结果有不理想之处，要分析原因，调整方案或者修改参数，进行优化设计，直至能够满足涂装车间的生产要求。最终生成三维动画输出结果及仿真报告，为项目管理者和设计者提供参考依据。采用计算机动态仿真技术，业主和设计人员可以在实际生产系统未建立前就能够直观地看到并了解涂装车间实际运行的全部信息，便于项目管理者和设计者对方案进行优化。
2动态仿真技术在大型涂装线设计中的应用实例
（1）根据涂装车间平面布置图、输送系统路线、工艺流程建立仿真模型。
现代化的涂装车间平面布置大多采用三层厂房结构，根据洁净度要求不同和功能不同进行分区。一般主要操作层设置在二层，送排风系统和烘干炉设置在三层，一层设置辅助设施。建立仿真模型范围：从工件移载至前处理电泳橇体开始，到涂装完毕的工件移至总装输送机结束。涂装主要工序包括：前处理电泳工序、电泳打磨工序、密封工序、中涂喷漆工序、中涂打磨工序、面涂喷漆工序、抛光/检查工序、点修工序、注蜡工序和橇体储存及返回。
（2）动态仿真参数输入。
动态仿真所需要输入参数包括：工件尺寸；详细工作时间安排；各工序的工件节距、节拍、工艺链速；各工序间输送机的移动速度及动作；拟采用的设备开动率；大返修率；小返修率
（3）运行动态仿真系统。
涂装车间的动态仿真条件通常分为以下几种条件，以达到不同的目的：（1）条件-0，输入条件“100%负荷条件”，目的“验证100%负荷下的生产能力”；（2）条件-1，输入条件“设计负荷”，目的“验证设计负荷下的生产能力,寻找瓶颈点”；（3）条件-2，输入条件“在设计负荷下修改参数”，目的“改善瓶颈点，并进行验证”；（4）条件-3，输入条件“分解工序运行”，目的“消除上下工序影响，验证各工序之间对产能的影响”；（5）条件-4，输入条件“优化设计后进行验证”，目的“研究如何达到目标产能”。输入参数后运行仿真系统，为了能得到更接近实际的结果，先进行车间填充以基本达到正常生产状态，然后进行100班左右的仿真运行时间。
（4）动态仿真数据、报告。
包括：①统计：可对多种概率分布（均匀、正态、指数、爱尔朗、经验分布等）进行统计分析，并带有随机数生成器。②分析：输入数据分析包括：数据设置分析、最合适建议等，并可导入微软的excel的数据。输出数据分析包括：可输出队列曲线图、柱状图、饼状图等，动态图表显示，用户自定义图表格式，并可将数据输出到微软的excel中。③动画和文档：可产生二维、三维动画，可对摄像机进行移动，缩放，旋转。可按功能性或元素排序自动生成模型文档，产生仿真事件跟踪报告，输入参数值列表等。
仿真设计流程篇6
关键词：开关电源及其软开关技术；Simetrix仿真；UC3842；反激电路
作者简介：张冬梅（1983-），女，广东湛江人，华南理工大学广州学院电气工程学院，讲师。（广东广州510800）
中图分类号：G642.0文献标识码：a文章编号：1007-0079（2013）28-0080-02
为了完善专业的知识结构、配合学校培养应用型人才的办学思路，华南理工大学广州学院电气工程学院为本科生开设了“开关电源及其软开关技术”这门课程。该课程是“电力电子技术”的后续课程，系统地介绍了开关电源电路的结构组成、工作原理、设计方法和开发过程，其综合性、工程性和实用性很强。目前，课程在教学中存在的主要问题：第一，虽然在课堂教学中使用了多媒体课件，但依然需要花费大量精力对电路工作原理及其波形进行描述和分析，学生仅凭听讲还是很难深入理解。第二，在本科生中开设该课程的高校较少，在市场上很难找到针对该课程的实验装置，学生学习的理论知识得不到很好的验证。第三，开关电源的硬件开发是一项知识面要求宽、难度大又危险的复杂技术工作，受时间、空间、物质条件等因素限制，在这方面不能做过多要求，因此学生动手能力得不到真正的锻炼。
为了弥补以上不足，本文提出在课程教学中引入Simetrix仿真工具。借助该仿真软件，学生更容易理解理论知识，还可以在课堂外对所学的知识加以验证以及进行一些设计应用，从而激发学习的兴趣并增强实践能力。
一、Simetrix仿真软件介绍
Simetrix/SimpLiS是一款用于优化设计电力电子电路的高级仿真工具，是由美国transim公司开发的软件包，具有优秀的收敛性能和仿真速度，小信号分析方面独具优势，非常适合于开关电源产品的验证、分析、设计和开发。其内部提供了两种仿真模式——Simetrix和SimpLiS，其中Simetrix包含了一个增强型SpiCe仿真器、原理图编辑器和波形显示器，与其它通用仿真软件相比，Simetrix具有以下特点：[1，2]
特点一：包含丰富的器件模型。模型库不仅包含了理想的电路元件，同时还提供了比较通用的、常见的半导体器件和各类应用广泛的集成电路控制芯片，在此基础上足以构建完整的开关电源系统。
特点二：先进的测量功能。波形可通过选择检测器然后点击原理图生成，或在原理图上放入固定的检测器生成，可在仿真后甚至仿真时查看波形，非常方便。
特点三：强大的波形处理功能。为波形分析提供RmS、frequency、-3dB、FFt等40多种函数，选择这些函数可获得计算结果并显示在波形旁边。
特点四：具有多种分析功能。包括瞬态分析、交流分析、直流分析、噪声分析、传输函数分析等，每种分析功能下又提供多种扫描模式，如频率扫描、器件扫描、参数扫描、模型参数扫描、温度扫描、蒙特卡罗扫描等等。
此外，Simetrix仿真软件的仿真结果与实际非常接近，用户图形界面友好，仿真直观，使用者容易掌握。
二、基于UC3842的反激电路仿真实例分析
反激变换器具有高可靠性、高效率、电路拓扑简洁、输入输出电气隔离、升/降压范围宽、易于多路输出等优点，是小功率开关电源的理想电路拓扑。UC3842是Simetrix仿真工具模型库自带的集成芯片，其器件少、性能良好、价格低廉。综上所述，以UC3842控制的反激电源为仿真实例，电路简单且具有代表性，满足初学者的基本学习要求，具体的仿真电路如图1所示。
1.仿真电路原理
（1）主电路原理。交流输入电压经D1-D4组成的桥式整流及电解电容C1滤波后变成脉动直流电压。该直流电压由功率开关管Q1以很高的工作频率通断，将直流电变换成高频脉冲施加在变压器tX1的初级绕组上，然后由次级绕组输出。当开关管Q1导通时，变压器初级绕组有电流通过并且线性增加，施加在初级绕组上的电压为上正下负，使次级绕组产生下正上负的感应电动势，二极管D5承受反向偏压截止，次级绕组电流为零，变压器储能，这时负载由电容C2放电提供能量。当开关管Q1关断时，初级绕组的磁通量减小，为了维持电流不变而产生下正上负的感应电动势，次级绕组变成上正下负，D5导通，存储在变压器中的能量给C2充电并向负载供电。辅助绕组工作过程与次级绕组相同，一方面经过D6整流、C3滤波后为UC3842供电，另一方面经D7整流、C4滤波后为其提供反馈信号。由于反激变换器不可以空载，所以辅助绕组接假负载R3。最后，在次级绕组和辅助绕组对应输出稳定的12V和15V直流电压。
（2）控制电路原理。[3]交流输入经过整流滤波得到直流电压，通过电阻R1降压后给电容C3充电，当Vp端电压达到启动电压门槛值16V时，UC3842开始工作并提供驱动脉冲，由Vout端输出推动开关管Q1工作。芯片启动后，工作电压由辅助绕组提供。同时，辅助绕组的输出经过R8和R9分压反馈到Vfb端。当电源电压或负载变化引起输出电压变低时，Vfb端的反馈电压减小，UC3842输出的pwm波的占空比增加，开关管Q1的导通时间变长，输出电压升高；反之，当输出电压升高时，占空比减小，Q1的导通时间变短，输出电压降低，从而使输出电压保持恒定，实现稳压。电阻R4用于电流检测，将初级绕组的电流转换为电压信号送入UC3842的Sense端，形成电流反馈。当由于某种原因产生过流时，开关管Q1的漏极电流将大大增加，电阻R4两端的电压上升，Sense端的电压也上升，当该端的电压超过正常值达到1V时，Vout端无输出，Q1截止，从而保护电路。Ref端和osc端外接定时电阻R6和定时电容C6，确定工作频率。Vfb端与Comp端之间接R7和C7补偿电路，用于改善增益和频率特性。R5和C5构成RC滤波电路，削弱电流检测信号中的尖峰脉冲干扰，保证电源正常工作。
2.仿真电路参数设计
本仿真电路的主要技术指标：输入电压Vin：220（1±10%）VaC；输出电压Vo：12V，输出电流io：2.5a；辅助绕组的输出电压VF：15V，开关频率fs：100kHz；效率η：80%。对应图1的仿真电路，完成所有元件参数的计算和电路的设计。
（1）主电路设计和参数计算。根据文献[4]和[5]，已知交流输入电压的范围，可以计算出经过整流滤波电路输出的直流电压范围是238V～342V，然后计算最大占空比为0.37，由此可得高频变压器的次级绕组和初级绕组的变比为0.09。又根据辅助绕组与次级绕组的电压、变比的关系，可计算得辅助绕组与初级绕组的变比为0.11。由前面的计算值结合电源的功率、效率参数，分别得到初级绕组电流峰值为0.67a，电感值为1.3mH。开关管Q1工作于最大输入电压342V的同时还承受了高频变压器的反向电动势，一般为135V，因此Q1的最大漏极电压约500V，最大漏极电流由上可知为0.67a。由文献[5]和[6]可计算，输入整流桥二极管D1-D4的额定电压应大于427V，额定电流有效值应大于0.76a，输出整流二极管D5的最大反向峰值电压为42.8V，同理可得D6、D7的最大反向峰值电压为53.5V。根据文献[7]，输入滤波电容C1的经验值可用输出功率值瓦特数乘以1uF计算，约等30uF。输出滤波电容C2经计算应大于185uF，为了使滤波效果更好，在此取470uF，同理，C3和C4分别取1uF、10uF。假负载R3的功率按额定功率的5%来设计，其值为150Ω。
（2）控制电路设计和参数计算。[7，8]已知开关频率100kHz，通过UC3842的工作频率计算公式：f=1.72/（Rt×Ct），可选取定时电阻R6=15kΩ，并计算定时电容C6=1nF。电流检测电阻R4=1/ipk，其中ipk为初级绕组电流的峰值，由上可知是0.67a，因此R4=1.5Ω。反馈电路的分压电阻R8和R9可通过公式VF×R8/（R8+R9）=2.5V确定，选取R8=20kΩ，R9=4kΩ。UC3842的启动电流在lma左右，考虑到启动时间及R1上消耗的功率，实际设计中R1取30kΩ。R5和C5取典型值，分别为1kΩ、470pF。R7和C7的值以电源的闭环传递函数经过补偿后，截止频率位于工作频率的1/5处并且相位裕量约60°为宜，在此分别取15kΩ、1nF。
3.仿真电路搭建步骤
根据以上计算结果，仿真模型的搭建过程及各种参数设置如下：
（1）点击place＼passives，选择理想变压器（idealtransformers）和电路全部的电阻（Resistor[BoxShape]）、电容（Capacitor）。变压器的初、次级绕组数分别选择1和2，定义次级绕组、辅助绕组与初级绕组的比值分别为0.09和0.11，设置初级绕组的电感值为1.3mH，其他参数采用默认值。电阻、电容值可根据前面的计算结果设置。
（2）点击place＼Frommodellibrary，在nmoS中，为功率开关管Q1选择高频特性较好的moS管iRF840，其电压、电流定额为500V/8a。在Diode中，为输入整流桥二极管D1-D4选择快恢复二极管BY233-600，其电压、电流定额为600V/10a；为输出整流二极管D5选择快恢复二极管mur110，其电压、电流定额为100V/1a；为D6和D7选择快速开关二极管D1n4148，其电压、电流定额为75V/150ma。在pSUControllers中，选择UC3842。
（3）点击place＼Source，选择多功能电源（UniversalSource），设置波形为正弦波，频率50Hz，峰峰值为622V，其他参数采用默认值。
（4）点击Simulator＼Chooseanalysis，选择暂态分析（transient）仿真模式，设置停止时间为20ms，其他参数采用默认值。
三、仿真结果分析
在额定交流输入220V/50Hz、满载的情况下，得到仿真波形如图2所示。6个波形自上而下分别为pwm控制信号、初级绕组电压、直流输出电压、开关管电压、初级绕组电流和次级绕组电流。由波形可知，pwm控制信号的频率约95kHz，占空比为0.32，初级绕组电压范围为-145V～297V，开关管承受最大电压445V，直流输出电压12V，纹波电压约25mV，初、次级绕组电流峰值分别为747ma和8.2a。另外从初、次级绕组电流的关系可知，电源工作在不连续模式。结果表明，本仿真电路参数设计合理，器件选择满足要求，仿真结果与理论基本一致。
四、结论
通过以上简单的仿真实例分析可知，Simetrix仿真开关电源方便、简单、快捷且仿真模型和与电源实物非常接近。教师在课堂讲授的过程中演示仿真，可使讲解变得生动、形象、直观。与实验相比，仿真不受时间、空间、物质条件限制的同时也更安全，教师应鼓励学生在课后使用，不仅加深对原理知识的掌握，锻炼了实践动手能力，还可以提高他们学习的兴趣和积极性，培养创造能力。因此，Simetrix仿真软件对该课程教学具有很好的应用价值。
参考文献：
[1]傅文珍.基于Simetrix的“电力电子技术”仿真辅助教学研究[J].嘉兴学院学报，2013，25（3）：1-5.
[2]杨浩东，王伟.电力电子教学中常用仿真软件对比[J].中国电力教育，2012，（3）：112-113.
[3]陈纯锴.开关电源原理、设计及实例[m].北京：电子工业出版社，2012.
[4]李定宣，丁增敏.开关稳定电源设计与应用[m].第二版.北京：中国电力出版社，2011.
[5]程何小，何卫彬.基于top224Yn的反激式开关电源设计[J].声学与电子工程，2011，（2）：37-39，45.
[6]张维.单端反激式开关电源研究与设计[D].西安：西安电子科技大学，2011.
仿真设计流程篇7
【关键词】网络；虚拟实验室；数字仿真
一、eDa技术的应用
电子设计自动化eDa（electronicDesignautomation）技术是电子设计技术的核心。eDa主要能辅助进行三方面的设计工作，即iC设计、电子电路设计和pCB设计。目前，eDa技术使用普及、应用广泛、工具多样、软件功能强大。广大电子工程人员掌握这一先进技术，这不仅是提高设计效率的需要，更是我国电子工业在世界市场上生存、竞争与发展的需要。
二、电子虚拟实验室设计软件选择
现在的高校电子实验室普遍存在“软件少，硬件多”的问题，所有实验还是以基础训练型为主，比如：电路测试与电工基础实验，模拟电子技术实验，数字电路实验，单片机与接口技术实验等，大部分都是简单容易实现的。综合型和设计型实验很少，比如单片机开发实验等。学生在已安装好实验电路的实验台上来完成操作，从而完成验证定律、定理和结论，缺乏主体意识，没有带着问题去学、去做实验，不利于学生创新能力的培养。为了解决这方面的问题，我们以电子基础课为突破口，引入计算机虚拟仿真技术，创建电子虚拟仿真实验教学平台，不但可以完成各种基本实验，更可以进行设计性、综合性实验。通过虚拟仿真实验，可以观察和分析电路的结构、功能及工作原理，加强对实验原理、规则和实物实验操作要领的认识，使学生感悟和应用最先进的技术，并能引导他们积极主动地去探索新知识。学生可以自行设计电路进行仿真，并能通过观察分析模拟实验结果，及时地验证设计是否正确、合理。目前，众多院校在电路实践教学改革中引入了eDa技术，并建立了eDa实验室。配备了ewB、pspice、multisim、protel、maxplusli、SystemView等电路级仿真的主流软件及配套硬件。本文采用一款能仿真单片机的eDa软件-proteus，在电子虚拟实验室的设计领域得到广泛推广和应用。
三、proteus软件应用
proteus软件是由英国Labcenterelectronics公司开发的
eDa工具软件。该软件集成了高级原理布图、混合模式SpiCe电路仿真、pCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。它是一种混合电路仿真工具，包括模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其电路组成的仿真等。proteus6.7是目前最好的模拟单片机器件的工具，可以仿真51系列、aVR，piC等常用的mCU及其电路。proteus与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机CpU的工作情况，也能仿真单片机电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，是弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾和现象。（1）proteus的工作过程。运行proteus的iSiS程序后，进入该仿真软件的主界面。在工作前，要设置view菜单下的捕捉对齐和sys
tem下的颜色、图形界面大小等项目。通过工具栏中的p（从库中选择元件命令）命令，在pickdevices窗口中选择电路所需的元件，放置元件并调整其相对位置，元件参数设置，元器件间连线，编写程序；在source菜单的Definecodegenerationtools菜单命令下，选择程序编译的工具、路径、扩展名等项目；在source菜单的add/removesourcefiles命令下，加入单片机硬件电路的对应程序；通过debug菜单的相应命令仿真程序和电路的运行情况。（2）proteus软件所提供的元件资源。proteus软件所提供了30多个元件库，数千种元件。元件涉及到数字和模拟、交流和直流等。（3）proteus软件所提供的仪表资源。对于一个仿真软件或实验室，测试的仪器仪表的数量、类型和质量，是衡量实验室是否合格的一个关键因素。在proteus软件包中，不存在同类仪表使用数量的问题。proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似但功能更多。
四、电路设计流程
电路级设计工作流程如图所示，设计者首先确定设计方案，同时选择合适的元器件，然后设计电路原理图。接着进行第一次仿真，包括数字电路的逻辑模拟、故障分析、模拟电路的交直流分析、瞬态分析。系统在进行仿真时，必须要有元件模型库的支持，计算机上模拟的输入输出波形代替了实际电路调试中的信号源和示波器。这一次仿真主要是检验设计方案在功能方面的正确性。
参考文献
仿真设计流程篇8
关键词:仿真电源protel99
中图分类号:tm1文献标识码:a文章编号:1007-3973(2010)04-066-01
1前言
直流稳压电源是能够保证在电网电压波动或负载发生变化时,输出稳定的电压的常用的电子设备。它广泛应用于仪器仪表、工业控制及测量领域中。故设计、制造一个低纹波、高精度的直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。采用电路设计仿真工具对直流稳压电源电路的设计理念和输出进行仿真验证是提高设计质量、降低研制成本、缩短研制周期的有效手段,在电源设计工作中有着重要的实际应用价值。
仿真即对所设计的电路板进行电器特性的分析,检验其是否符合设计者的要求。如果没有防震功能,在设计阶段就无法检验设计的好坏,只能进行无力的实验,这样,一旦设计阶段出现重大失误,那么一切只能重新再来,造成时间和物质上的极大浪费。对于复杂的电路设计来说更是如此??。
protel99Se系统提供了强大的电路仿真功能,能够提供模/数信号的混合电路仿真,本文利用protel99Se软件模拟设计并仿真了直流稳压电源电路,理论计算了该电路的主要参数,模拟分析了该电路工作过程,仿真计算了该电路工作状态,直观地验证了理论分析的结果,并得到相关结论。
2理论分析
直流稳压电源电路如图1所示,其中仿真信号源为频率为50Hz,幅值为311V的正弦波信号,三极管电流放大倍数为205,稳压管D2稳定电压6.8V,其他参数如图所示。
图1直流稳压电源电路图
该电路理论计算如下:
(1)输入电压:
(2)经变比为5:1的变压器变压后,变压器副线圈两端电压:
(3)经D1全桥整流后,再经C1滤波后,由经验公式??估算电路两端输出电压平均值应为:
(4)由于稳压管D2稳定电压为6.8V,故三极管基极与集电极电压即电阻R1两端电压为:
(5)三极管工作在线性放大区,故输出电压为:
3计算机仿真结果
图2输入波形图图3a、b两点电位波形图
图4c点电位波形图图5输出电压波形图
由以上分析结果可以看出:计算机仿真计算的结果中图3与理论计算中的相符合,图4与理论估算中的相符合,图5与理论计算中的相符合。
4结论
(1)计算机仿真结果不但结果更精确,而且速度非常快,大大减轻了电子线路设计人员的计算强度,尤其在需要经常改变电路元件参数时或计算复杂电路时,计算机仿真计算的快捷、方便、精确的优越性就更显得突出。
(2)利用计算机方针软件设计分析电子线路可以省去很多新产品调试时间,也可以及时发现设计中的错误,避免浪费,即节约了成本有提高了效率。
(3)利用protel99Se软件对一个电路进行仿真时,一般步骤是先放置信号源,再设置好自己想要仿真的内容,最后启动仿真程序,输出结果。
(4)计算机仿真结果与理论计算结果很接近,直观的体现了理论计算结果。因此,计算机仿真电路的技术具有很强的实用性。
(项目基金:辽宁省教育厅科研项目2009a788)
注释:
仿真设计流程篇9
1.1物流链资源协作调度优化仿真的评价指标核心类库设计测度物流链资源协作调度优化仿真的常用指标有货运量、货运周转量、物流自营成本、委外成本、闲置资源管理成本和衔接成本。不同要素在不同物流阶段评价重点不同，它们之间相互联系、相互影响，共同服务于协作资源优化配置评价系统的目标。为解决内河港口物流链环境中不同企业、不同物流任务条件下资源优化配置评价元素的异构性、分布性和多样性，建立了一种随元素信息而变化的动态熵权合成方法，将物流链写作资源优化配置调度问题转换成可被描述的动态模糊群体决策过程，遵循层次化、构件化和标准化的设计原则完成相应的核心类库编码。
1.2仿真单元异构数据采集与整合方法设计触发数据处理agent、配送管理agent、包agent、沟通协调agent，各agent各司其职，在处理自身问题的同时不断进行交互和信息共享，并行、协同地完成任务，将任务结果反馈给界面agent。内河港口物流链中各仿真单元在各agent协助下互相通信，交换数据，协作计算，共同支持系统的上述功能。仿真系统的设计应减少仿真单元软件设计和开发上的复杂度，将物流链仿真平台关键数据保存到规则数据库中，规则数据库支持不同数据资源的数据库管理工具以及分布式仿真和协同环境支持结构。为建立相关的仿真系统和体系结构分析提供正确的、一致的和可重用的概念模型。最终使部署在不同系统上的仿真单元在maS/Soa平台上通过智能规则、演化算法、证据理论等智能技术上传业务关键数据。提供一个与物流业务过程相关的信息资源仓库，信息资源库由各种数据元素配置组成，各种数据元素可以配置完成不同的任务，而由各种任务又可以配置成各种应用，并且支持物流业务有序执行。
1.3多式联运下的内河港口物流链资源协作调度平台设计构建仿真平台时，综合考虑区域制造企业集装箱需求量及港口联盟企业集装箱转运能力的实际情况，遵循系统化、简单化、多方位、规范化等规则，确定多式联运仿真模型的抽象粒度。采用复杂适应系统(CaS)理论与智能agent的模式来描述各物流节点仿真行为。针对多式联运物流配置的可能性与特异性，尤其是离线事件发生时的业务流程共性，仿真各物流配送节点作业流程的过程和资源优化配置方法。建立多主体的CaS模型，模拟多式联运过程建立各物流活动节点的agent，每个参与物流活动的组织主体将成为独立的agent，采集业务流数据。通过控制港口物流链在运集装箱数量和转运集装箱数量，尽可能地发挥物流链物流服务能力，使得港口集装箱装卸总量满足区域制造企业所需集装箱在时间、重量上的要求，确定集装箱物流平衡的优化建模方案。
1.4面向多级成本核算的内河港口物流链资源协作调度仿真优化在整个内河港口物流链活动过程中可能产生各种资源的占用与费用支出，既包括物流链内各节点物流运营组织单独作业所产生的内部成本，也包括物流链各节点间协作交流时所产生的通信成本，还包括链内所有节点组织所产生的共同补偿成本。内河港口物流链的分布式成本核算与控制是分级管理的，以物流链及其内部各企业单位为成本管理主体，分解、分配与动态调度物流链中的协作物流活动，根据物流业务的不同特性，计算产生的物流主要成本项目及成本发生的成本动因，整理成本项目之间的流程关系及相互作用关系。Gaa算法的总成本近似计算仿真优化方法，分解、调度和优化物流成本，即在给定顾客需求、外部供应和交纳周期的情况下，运用系统化的管理与控制方法模拟物流系统的运行过程，集中探讨集中式仿真与分布式仿真之间的动态衔接和信息交互关系。最后编码实现核心算法软件库，完成物流链资源协作调度仿真平台最优目标计算。
1.5仿真平台部署及应用实施物流协作调度优化是一个多因素且因素之间关系复杂的非线性多重信息反馈系统，各因素的相互作用决定了物流调度方案的确定过程和最终结果。本项目的数据来源分布在各异构数据库中，数据的提取和转换上采用基于XmL的数据集成中间件技术编写一个通用的接口。通过接口将不同来源的结构化数据结合在一起，异构数据库用户在中间层服务器上对从后端web数据库或其他应用处来的数据进行集成。项目届时将针对浙江海河联运和腹地经济特点，选择具有一定代表性的内河、沿海港口及制造企业，依据地理信息系统，结合河道、公路和港口堆场三维地图提供的准确位置，使用带堆场优先级的水域船舶交通仿真和陆地集卡交通物流链仿真平台，建立面向物流作业的分布式异构协同系统。
2关键技术
2.1基于博弈的资源需求与资源调度行为冲突协调机制从物流供应链整体绩效出发，对于不同节点的可调度资源物流能力，采用统计学的因子分析和回归分析相结合方法进行具体数据分析，将获取得到的各项指标划分为物流生产资料获取能力、物流任务交付能力、资源配置能力、一体化能力、敏捷能力、成本控制能力6个维度。根据内河港口物流链各节点物流装备和协作能力建立动态行为调度追踪监控模拟模型，该模型将根据参与物流行为的各装备工作参数仿真整个物流任务活动过程中数据变化情况，设计异常状况，制造冲突信号，所有数据包括冲突数据入数据库，然后运用博弈论中的合作对策理论和谈判对策理论预先设置不同冲突的解决方案，重新分配物流链共同体参与的各成员资源。
2.2基于Gaaa算法的多级物流成本控制内河港口物流链成员类型不同、企业规模不同服务需求也不同，对物流时间、成本约束比较复杂，所以要对河港物流链相关的成本要素进行识别和分类，包括基于各种约束条件下的物流服务企业选择成本、库存/仓储成本、物流设施使用成本等。物流资源配送采用改进的遗传算法，即传统的遗传算法与蚁群算法的结合算法(Gaaa)来实现，将局部搜索和变异操作融入到遗传算法的交叉与变异中去，通过对问题空间的快速而准确的求解发挥两种算法的优势。
2.3带趋势补偿的仿真单元间数据采集及拟合在调度资源分配实施过程中，参与物流活动的内河港口物流链每个节点数据都可能因为其关联节点响应变化而重新计算问题。模拟GpS物流追踪业务流程建立节点间物流活动的车船工作数据模型，把各装运任务当作离散事件，根据船舶和车辆运输计划和运输参数生成港口船舶岸桥装卸、堆场转移，集卡转运实时工作数据，补充航运交通和道路交通突发状况信息和状态变量，设计准确的数据结构，提出带趋势补偿的组合元模型，杜绝仿真单元间数据拟合滞后现象，解决仿真单元决策误差问题。
仿真设计流程篇10
【关键词】城市轨道交通；供电系统；仿真
1.引言
城市轨道交通供电系统一般由外部电源、主变电所（或电源开闭所）、中压环网、牵引供电系统、动力照明供电系统、杂散电流防护系统和电力监控系统组成。针对城市轨道交通供电系统仿真分析，目前国内外均有成熟的计算理论和应用软件。本文介绍了城市轨道交通供电系统仿真计算的方法和常用软件，并对各软件的市场应用进行了分析。
2.仿真分析步骤
（1）基础数据获取
基础数据包含如下各种数据[1]：
线路数据：线路长度、车站数量、站间距、坡度、曲线、曲线半径等；
机车数据：启动曲线、制动曲线、速度曲线、时间曲线等；
行车数据：发车对数、编组、负载、运行交路、时间等；
供电系统数据：主所进线短路容量、牵引网额定电压、空载电压、接触网和走行轨单位阻抗等。
（2）牵引计算
牵引计算主要是对列车运行过程进行模拟，计算出不同工况下系统所需要的电能和参数。它是整个设计过程的重点及难点，计算所需基础数据较多、计算方式极其复杂、误差对最后结果影响较大。
（3）供电计算
供电计算是根据牵引计算结果，计算各种工况下系统的电流、电压、容量等，从而作为交流、直流供电系统的设计提供依据。交流系统供电计算已经十分成熟，而直流系统供电计算的发展也趋于完善。现在越来越多的软件将牵引计算和供电计算集成在一起，包括列车运行和牵引供电模型在内的综合仿真软件是发展的趋势。
根据上述计算的结果，可以再进行短路及保护整定计算和设备参数选型，从而完成供电系统的设计。最后根据现场试验反馈，可对计算结果进行确认和核对，必要的时候再做出调整。
3.牵引计算方法
牵引供电计算的基本方法主要有三种[2]：
（1）平均运量法：该方法根据系统中各种电气参数的平均值和有效值进行计算。这种方法广泛的应用于供电臂平均电流、有效电流、平均电压损失和电能损失的计算。它能比较准确的计算出系统的平均负荷，但在计算瞬时值和极值时，结果误差较大、实时性也比较差。
（2）概率统计法：该方法建立在概率论的基础上，利用统计学的原理研究牵引负荷的规律性。城市轨道交通的牵引负荷，就某一时刻某一具体的列车而言，其可能处于取流、惰性或静止的情况，其状态是一个随机变量。但对于全线几十辆列车而言，它们不可能都处于相同的一种状态。概率统计法可以考虑各种复杂情况和各种随机因素，输出信息丰富而全面，获得了较为普遍的应用。
（3）列车运行图法：该方法利用列车运行图和由牵引计算得到的列车电流、功率变化曲线，根据某个时间线路上所有列车的工况建立数学模型，从而确定供电区段内的电气参数和负荷变化规律。该方法能最直接地描述牵引负荷的变化特征，特别是瞬时特征，结果最接近真实情况，但这种方法也最为复杂，随着计算机的不断发展和运用，利用运行图进行牵引供电计算无论从原理还是从今后发展方向考虑，都将得到广泛的应用。
4.仿真分析软件
针对城市轨道交通供电系统仿真分析的软件，绝大多数软件是将交流与直流分开进行。其中交流系统发展成熟，应用软件较多，较著名的有西门子公司的netomaC软件。比较成熟的直流牵引供电系统仿真分析软件有德国eLBaS公司的Sinanet、德国iFB公司openpowernet、美国Carnegie-mellon大学的emm；国内的一些设计院和科研所也自行研发了各自的仿真分析设计软件，此外，部分软件可以做到交直流系统统一仿真计算。其中在国内应用最多的商用软件是Sinanet、openpowernet和DCtpS。
（1）Sinanet
德国eLBaS公司的牵引供电仿真系统主要包括weBanet和Sinanet，其中weBanet针对交流牵引供电系统开发。Sinanet可以对直流牵引供电系统进行真实有效的动态模拟仿真，其主要功能有：列车的运行仿真和牵引供电设施运行的动态仿真；牵引变电所运营时牵引负荷功率的动态需求；列车运行时受电弓上工作电压的动态分布；牵引供电网络中各电气参数的动态仿真。
（2）openpowernet
openpowernet软件是由德国iFB公司开发的用于轨道交通电气化系统仿真软件，该软件和瑞士opentrack铁路科技公司网络化轨道交通软件opentrack构成了轨道交通高密度运营及电气化仿真一体化解决方案。其中opentrack负责高密度运输网络化运营仿真，包括基础设施、车辆动力学及牵引计算、信号控制以及时刻表设计与模拟分析，openpowernet负责在该运营规划和条件下开展网络化牵引供电仿真计算与分析。其在供电系统仿真分析方面的主要功能有[3]：列车牵引分析、列车供电和电流曲线、列车受电弓电压、电气设备的供电和电流特性、接触线电压特性、短路电流等级、接触电压评估的轨对地电位、接触网系统的电流分配、预计的沿线电磁磁场、列车和馈电段的电力和能耗等。openpowernet在国内设计研究院有一定的应用，其软件功能和仿真计算结果不如Sinanet准备，且不能进行交流系统仿真，但价格低于Sinanet。
（3）DCtpS
西南交通大学研究开发了“城市轨道交通牵引供电仿真分析软件DCtpS”，包含三个模块：改进的列车运行模拟系统，在该系统中主要完成多质点列车运行仿真器的建立；多导体直流牵引供电仿真模块，在该模块中主要进行直流牵引系统稳态短路计算和列车视为电流源或功率源的直流牵引供电仿真；城轨交直流统一的牵引供电仿真系统，在该模块中主要进行交直流统一的牵引供电计算和基于蒙特卡洛模拟的城轨概率潮流。该套软件目前在广州地铁设计研究院、中铁五院参与的部分项目中已有应用。该软件主要特点是用户界面友好、能进行交直流统一仿真，其结果的收敛特性较交直流分开仿真更好[4]。同时该软件可以根据用户需要进行部分功能的定制，相对国外软件价格也更便宜，更适合国内地铁工程的行情。
（4）总结
综上所述，Sinanet功能强大，计算结果准确，已成为多家设计院牵引计算的首选。DCtpS可定制程度高，界面友好，能够进行交直流统一仿真，且价格较低，应用也越来越广泛。openpowernet在与opentrack配合使用的情况下，也可以作为轨道交通牵引供电系统仿真软件的较好选择。
5.结语
由于城市轨道交通供电系统中牵引网一般采用直流系统，所以其仿真分析相比传统电力系统的仿真具有一定的特殊性。随着计算理论和计算机技术的发展，基于运行图法的交直流统一仿真系统将会是一个重要的发展方向。
参考文献：
[1]于松伟，杨兴山，韩连祥，张巍.城市轨道交通供电系统设计原理与应用[m].成都：西南交通大学出版社，2008.381
[2]万庆祝，陈建业，王赞基.电气化铁道系统计算机仿真的研究进展[J].机车电传动，2006，（03）.