化工仿真技术
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化工仿真技术范文第1篇
关键词：虚拟仿真技术；高职院校；化工实训教学；应用
化工行业是国家产业体系的重要组成部分，是国民经济中的支柱产业之一。而在化工生产过程中，往往会使用到易燃易爆等危化品，若操作不当，将会造成严重的安全生产事故，既威胁生产工人的生命安全，又会给化工企业带来不可估量的经济损失。因此，化工生产高度重视从业者的实践操作能力和问题解决能力，这无形中提高了高职院校化工实训教学要求。而对于高职院校来说，在化工实训教学中，若组织高职学生进行工厂实践培训，不仅要投入大量资金，还无法保证学生的安全，使得化工实训教学缺乏效果，不利于高职院校化工人才培养质量的提升。而虚拟仿真技术的出现与应用，为化工实训教学的优化提供了技术保障，既解决了化工实训中安全问题，又可以降低化工实训成本，从而有利于高效开展化工实训教学工作，进而有利于培养高素质化工人才。鉴于此，本文围绕“高职院校化工实训教学中虚拟仿真技术的应用”展开研究具备显著意义和实践价值。
1高职院校化工实训教学中虚拟仿真技术的应用价值
在虚拟仿真技术应用支持下，在高职院校化工实训教学中，化工教师可以模拟真实的化工厂生产系统，这种模拟手段相比其他培训方式，对实践经验不够丰富的学生来说，是一种安全的实践培训手段。在极短的时间内，化工专业学生就可以将学习积累的化工专业理论知识应用在实践中，而在传统实训教学模式中，需要较长的一段时间才能实现。对于高职院校化工专业来说，化工实训课是一门基础性课程，旨在培养高职学生化工专业技能实践能力，帮助高职学生尽早熟悉化工生产流程，有效培养高职学生问题分析能力、问题解决能力，为化工专业学生适应未来化工生产需求提供保障[1]。化工实训课作为化工专业的实训课程，虚拟仿真强调理实一体化，在实训过程中，学生在虚拟场景中完成化工理论和实践操作要点的测验，既可以让高职学生学会如何操作化工机械，又可以帮助学生学会如何解决生产实际问题，为高职学生适应未来化工生产需求夯实基础。在化工实训过程中，高职学生极可能遇到今后工作中的具体问题，并学会如何高效解决这些实际问题，便于高职学生积累一定的生产工作经验，进而有利于高职学生在今后的工作中高效解决一系列化工生产问题。除此之外，虚拟仿真实训融合了工艺和工厂运行知识，高职学生既可以详细地了解整个化工生产过程，又可以深入了解各类化工生产设备的结构及工作原理[2]。例如：在虚拟仿真技术支持下，可将各类反应器、蒸馏塔等结构动态演示出来，这样学生就可以清晰地了解这些设备的结构，从而有利于提高化工生产的安全系数，且有利于降低化工设备运行成本。
2高职院校化工实训教学现状及影响因素
2.1化工实训教学现状
1）教师的化工实训教学经验。基于化工实训教学现状来说，高职化工教师严重缺乏实践经验，其中，大部分教师虽有丰富的教学经验，但是严重缺乏工厂实践经验，这使得化工教师在化工实训教学期间，只能对学生进行理论的指导，无法向学生展现真实的学习过程[3]。另外，实训教学中的培训师除了高校化工专业教师外，还包括企业的工程技术人员，这些人虽有着丰富的化工生产实践经验，但是相对缺乏理论知识和教学经验，无法将生产实践经验有效地传递给高职学生，进而也会影响化工实训教学效果。2）实训教学模式。当前大部分高职院校化工实训课程仍然以课本理论知识讲解为主，且讲解方法也较为单一，主要以教师的示范，学生既定程序的模拟机械操作为主，导致实训与化工生产实际相脱节，进而使得实训缺乏成效，不利于提高学生化工生产实践能力[4]。3）实训教学成果。高职院校由于资源有限，在实训教学中只能展开一些简单的实训活动，对化工生产实践缺乏指导性和实用性。针对这种情况，部分高职院校采购了一定量的实用设备，但是由于师资因素影响，也无法将这些实用设备投入学生的实训，进而制约化工实训效果的提升。
2.2化工实训教学的影响因素
高职院校化工实训教学目的在于让高职学生在校学习期间，提早接触化工生产车间，了解化工生产工艺和生产流程，并对不同类型的生产过程进行分类讨论和交流，以期逐步提升高职学生处理问题、分析问题及解决问题的能力，进而为学生适应化工生产需求夯实基础，以便更好地服务于社会[5]。但是高职院校化工实训教学，在实践中仍然受到诸多因素的制约，不利于实训教学效果的提升。关于化工实训教学的影响因素，总结包括以下几点：1）高职化工人才培养方案往往要求企业同时完成数十人，甚至是数百人的全程实训，这是当前大部分企业难以实现。2）基于高职学生实训安全角度考虑，企业往往会严格限制学生的实习时间和范围，甚至要求学生在实训期间只参考教材，不得触摸具有危险性的设备和化学药剂等，导致高职学生在实训中处处受限而无法全程参与进来，进而使得化工实训流于形式，不利于实训效果的提高[6]。总之，上述问题的存在，使高职学生无法实现化工实训课程目标，导致学生化工生产实践能力严重不足。在当前信息技术不断深入发展的背景下，虚拟仿真技术的发展日渐成熟，被应用在化工实训中，可以有效解决传统实训模式中的各类问题，从而有利于促进高职学生化工实践能力的提升。
3虚拟仿真技术在高职院校化工实训教学中的具体应用
虚拟仿真实训应遵循培养实用性人才的原则，结合当前化工行业对化工专业人才的实际需求，有机融合理论教育、实验实训、虚拟实践等，以促进化工实训教学效果，为培养化工专业复合型人才提供保障。
3.1实训前完善知识结构体系
在高职学生虚拟仿真实训之前，化工教师应预留一定的时间，让学生进一步完善知识结构体系，主要是供学生熟悉生产过程的特点、生产流程和生产工艺，了解相关设备的信息，如结构、工作原理等，以便学生对化工实训具有一个大致的了解，为后续参与实训提供支持。在实训之前知识结构体系完善过程中，高职学生可以进入平台，阅读图文和观看视频介绍等，学习化工生产工艺、设备操作和工艺流程等化工生产知识。在此基础上，高职学生需要根据实训要求，明确自己实训过程中的问题，并写出实训报告，通过模拟实际训练获得问题的答案，以达到实训目的。
3.2化工实训教学过程
虚拟仿真实训具有在线原因选择、信息、互动交流、成果展示等功能，对于高职学生来说，基于在线选择功能，可以利用电脑、手机等智能移动设备远程连接虚拟仿真实训平台，并进入到实训平台展开后续实训操作。在虚拟仿真实训中，学生可以在三维模拟仿真工厂中工作，并根据实训要求来选择合适的虚拟实验。在模拟工厂中以角色扮演形式与平台中已经设置好的管理人员进行有效互动，学习化工生产安全知识和技能，化工设备结构、化工设备工作原理等重要知识点。在虚拟仿真实训过程中，管理人员可以结合学生实训课程目标，设置大量的实训任务，并按照由易入难的顺序排列任务，这样一来，高职学生在执行任务时，完成一个个知识点的学习，并可以从中获得一定的自信心，从而有利于提高学生的主动性和积极性。不仅如此，高职学生通过完成所有的任务，就可以掌握各项实训知识和技能，并在此过程中，辅以仿真软件可以全面了解化工生产过程、原理、方法等，有利于提升学生化工生产的实践能力。
3.3实训教学评价过程
学生完成各种虚拟仿真实训操作之后，虚拟仿真软件可以同步完成数据收集、整理和分析等工作，并将高职学生模拟实训操作实时数据以实训报告方式在线生成出来。在此基础上，虚拟实训系统将对高职学生的实训成果进行量化评价，并给予相应的考核等级。这样一来，不仅实现了量化考核高职学生化工实训效果的目的，还可以明确高职学生在实训中的不足，从而有利于化工教师调整实训方案，有针对性地组织高职学生进行实训，进而有利于促进高职学生化工实践能力和知识水平的全面提升。
4结束语
传统模式下的高职院校化工实训教学，仍然存在众多难题，不利于化工实训教学质量的提高，进而对高职化工专业人才培养质量产生了直接性影响。因此，在新时期背景下，高职院校化工专业应以适应化工技术发展需求为出发点，注重化工专业学生实践能力的提升，为提升高职学生就业和职业竞争力夯实基础。这要求高职院校在化工实训教学中，明确当前高职院校化工实训教学难点和问题，注重教学方法的创新。而通过本文分析可知，虚拟仿真技术的出现和应用，为化工实训教学提供了一条安全且高效的路径，既可以弥补传统化工实训教学缺陷，又可以让学生更安全地完成各项化工实训任务，从而有利于提升化工实训教学质量，进而提升化工专业学生的实践能力。因此，作为高职院校的化工教师，应加强先进技术和理论的学习，将虚拟仿真技术与化工实训教学结合起来，锻炼高职学生的化工实践能力。
参考文献
[1]王珏.疫情防控形势下化工单元操作实训课程线上教学探索实践[J].职业教育（中旬刊），2020，19（4）：71–74.
[2]侯兰凤，陈少峰，王春晓，等.“三层次四平台”化工虚拟仿真教学的探索与实践[J].化学工程与装备，2020（1）：288–290.
[3]林福星，林碧凡，鄢树枫，等.立足地方产业、服务地方经济的仿真化学实训教学——三明学院化学化工人才培养经验探究[J].教育教学论坛，2020（1）：277–278.
[4]赵志刚，冉茂飞.虚拟仿真技术在化工实习实训教学中的应用探讨[J].山东化工，2019，48（20）：190–192.
化工仿真技术范文第2篇
关键词：水利水电工程 建筑信息模型BIM 可视化仿真
前言
本文以水利水电工程的施工动态过程作为研究对象，使用基于BIM技术的计算机仿真技术和三维可视化技术对水利水电工程的动态施工过程进行演示模拟，并且结合动态可视化信息管理技术和方法对水利水电工程的动态施工过程进行研究。探索基于BIM技术的计算机仿真技术和三维可视化技术应用于模拟水利水电工程的施工动态过程的可行性。本文主要包括了以下内容：1.BIM简介；2. BIM技术在水利水电工程中的应用；3.可视化建模研究。
1.BIM简介
BIM（Building Information Modeling）指的是建筑信息模型，它就是通过数字化技术，在计算机中建立一座虚拟的建筑，一个建筑信息模型就是提供了一个单一的、完整一致的、逻辑的建筑信息库。
BIM技术作为一种应用于工程设计建造管理的数据化工具，可以利用参数模型对各种项目的相关信息进行整合，并且可以使信息在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中得到共享和传递，让工程技术人员对各种建筑信息加以判断，作出正确的理解并提出高效的应对，使设计团队以及包括建筑运营单位在内的各方建设主体拥有协同工作的基础，达到提高生产效率、节约成本与缩短工期方面的目的。BIM一定是贯穿在建筑整个生命周期中，使设计数据、建造信息，维护信息等大量信息保存在BIM中，在建筑整个生命周期中得以重复、便捷地使用。下图显示了在建筑设计、建造、维护的整个过程中，围绕的核心就是BIM。
2. BIM技术在水利水电工程中的应用
2.1 水利水电工程施工导流三维动态可视化仿真方法研究
水利水电工程在对导流进行设计和管理的施工过程中，一般需要使用大量的数据和图形信息。譬如水坝地区的水文、地形、地貌、地质资料和枢纽设计、施工场地布置和施工导流方案设计等各式各样的数据和图纸。如何对这些错综复杂、数量繁多的信息进行高效、快速的取得、管理，是提高设计效率和施工管理水平的关键。施工导流的方案设计作为施工组织设计的重要环节，它的设计过程及其复杂，并且设计出来的导流方案没办法做出实际的、直观的比较。所以在水利水电工程导流设计中实现BIM水利水电工程施工过程可视化仿真技术可以形象直观的表达出导流设计的实际效果，有着重大的现实意义。
2.2 利用BIM可视化仿真展示混凝土坝施工过程的三维动态过程
由于需要注意施工现场温度、应力、浇筑机械设备布置和浇筑能力等因素的作用，在对混凝土坝进行施工时，需要根据施工现场温度、应力、浇筑机械设备布置和浇筑能力对将混凝土坝使用一定的原则进行分缝分块浇筑。但是对混凝土坝浇筑的数量大，通常需要浇筑上千上万快混凝土，并且由于混凝土坝进行浇筑的施工约束条件过于复杂，就造成人工安排浇筑顺序和进度是一件难度较高的事。现在通常在一般的水利水电工程中使用的是凭经验用类比的方法，按照每月升高的浇筑层数和混凝土浇筑强度的指标来作为施工计划的参照指标。但是使用每月升高的浇筑层数和混凝土浇筑强度的指标作为参照指标没有系统的定量技术分析，使得在对大坝施工的过程中无法准确的判断施工各阶段的进度和混凝土坝升高过程是否能达到大坝施工的要求。
因为由于计算机和系统仿真技术的出现，特别是系统仿真技术的不断发展，使得我们可以在计算机上将混凝土上坝施工的动态过程真实的模拟出来。通过对不同的混凝土施工方案进行模拟，观察产生的施工动态过程，然后根据不同施工方案下混凝土施工进程的模拟的各项定量指标进行预测，然后制定出一个科学、合理、准确的混凝土坝施工进度计划。通过在计算机系统上输入各种可影响浇筑施工的变量，建立一个混凝土坝的施工系统模型，在这个模型的基础上建立一个可模拟水利水电工程的仿真计算软件。然后使用这个软件对水利水电工程进行模拟建设，通过输入可实行的机械配套方案和相应的施工技术参数，可以计算出机械配套的数量最优比、机械的最优利用率、每月的混凝土浇筑强度，并且还能获取对应的施工方案下对大坝进行浇筑施工的详细规划进度表。
3.可视化建模研究
建立一个能形象的、准确的展示工程施工的动态过程的三维数字模型是能实现水利水电工程动态施工仿真信息的可视化查询和分析功能的一个重要前提。这个数字模型应当具备能够展示施工现场一些静态和动态信息，譬如施工现场的地形地貌、施工工程建筑物和施工设施的分布位置、材料运送途径等具体信息。实现水利水电工程的可视化仿真是利用Navisworks软件和其他建模技术完成的，这种可视化仿真的建立由初数据的收集分析、数字模型的建立，然后使用Navisworks对其进行渲染。水利水电工程建筑的施工技术将直接关联作用到水电水利的效益和产生的影响，它并不只是简单的一个工程而已，它是构成整个水电水利工程的一个重要要素。
结束语：
BIM建筑信息模型在工程中的应用，使得建筑行业引发了第，它在工程中的应用不仅降低了成本，还使得工程从规划设计到施工、运营管理各阶段的质量有所提高。BIM的不断发展，使得水利水电行业也引入了BIM理念。本文通过基于BIM技术对水利水电工程施工进行可视化仿真研究，真实准确的反应出水利水电的工程动态施工过程和仿真数据。
参考文献：
[1] 徐东扬.基于数字技术的建筑方案设计研究：[硕士学位论文].湖南.中南大学.2010
化工仿真技术范文第3篇
关键词：可视化仿真 GIS 地下洞室群 施工导截流 大坝 施工总布置
一、研究背景
水利水电工程往往规模大、投资多、施工难度大，因而在工程设计和管理过程中，确定合理的施工方法，优化选择施工机械及配套组合，制订切合实际的施工进度计划，高效简便地对施工信息进行管理，直观形象地反映复杂施工过程，对于确保工程建设如期完成和降低工程造价都是至关重要的。为达到上述目的，除了在施工组织设计中要充分考虑工程特点和具体施工各种条件外，若能在事先对工程施工的运行发展过程和施工中各项活动的协调关系等状况进行预测和评价，将对工程施工组织计划的正确决策提供可靠的依据。可视化仿真技术的产生与发展正好适应了这种客观需要，它为解决施工中上述问题开辟了新的途径。
国外从20世纪70年代开始提出循环网络仿真技术（CYCLONE），至今已发展了一系列的工程仿真应用软件，但这些研究成果及仿真软件主要应用于土木工程施工如高层建筑施工、土石方工程等。20世纪80年代初，天津大学率先在全国开展水利水电工程施工过程仿真方法研究，在近20年的发展中取得了大量开拓性的成果和社会效益。近年来，又在推动水利水电工程设计和管理向可视化、数字化方向发展方面做了大量研究工作。借助于计算机科学、系统科学和工程科学与技术的迅速发展，重点研究了三维动态可视化仿真理论与方法及其在水利水电工程中的应用，获得了一系列富有创新性的理论方法与应用研究成果。
在开展可视化仿真及其在水利水电工程中的应用研究工作中，存在以下三个关键技术问题：
1．可视化技术与系统仿真技术结合的途径
建立基于GIS的交互式可视化仿真系统框架，将可视化技术与系统仿真的各个环节相结合，实现仿真建模可视化、仿真计算可视化、仿真结果可视化。
2．可视化仿真技术在水利水电工程中的应用问题
根据水利水电工程的特点和实际需要，将可视化仿真技术与具体的工程问题相结合，提出可视化仿真技术在水利水电工程中应用的具体途径。
3．可视化仿真软件的通用化问题
水利水电工程施工系统仿真软件的通用化不仅是关键技术问题之一，而且是推广应用的前提。
二、基于GIS的三维动态可视化仿真技术
1．可视化仿真涵义
可视化仿真（Visual Simulation VS）是计算机可视化技术和系统建模技术相结合后形成的一种新型仿真技术，其实质是采用图形或图像方式对仿真计算过程的跟踪、驾驭和结果的后处理，同时实现仿真软件界面的可视化，具有迅速、高效、直观、形象的建模特点。使用可视化技术以后，系统的子模块用形象的图形来表示，并可通过鼠标在屏幕上直观形象的操作，就可以完成整个仿真任务。一般可视化仿真包含三个重要的环节，即仿真计算过程可视化、仿真结果可视化、仿真建模过程的可视化。
2．全过程动态仿真理论与方法
全过程动态仿真理论融合了面向对象的图形辅助建模、动态仿真、网络计划分析与优化、动态演示、数据库等技术，把整个施工过程作为一个整体，对施工全过程进行跟踪模拟。
全过程动态仿真理论的特点就是体现了系统工程的思想。它是针对整个水利水电工程施工系统进行的，所有的优化及调配目标是使整个系统达到最优，而不是局部达到最优。它把整个施工过程作为一个大的系统，综合考虑系统中各个单项工程之间、各个工作面之间相互影响、相互制约的关系，分析整体的施工进度、施工强度等关键问题，获得更为真实的施工情况，从而达到为施工组织设计提供科学依据的目的。仿真流程图见图1。
3．面向对象的图形辅助仿真建模技术
仿真是一种基于模型的活动，建模是仿真过程中十分重要的一个环节。如何能够实现简化而又灵活的建模过程是仿真研究的重要课题。
面向对象方法的应用使建模过程变得自然直观，用户可以把被仿真系统的各种活动都看成对象，并根据这些对象的类属关系和本身特性直接构造仿真模型。这种建模过程十分类似于人类所习惯的对客观世界中事件分类的思维过程，所以使仿真用户感到由物理模型到计算机模型的过渡非常自然。面向对象方法的继承性，使仿真系统十分容易扩充。同时，利用对象类层次结构的合理设计，可以达到最高的代码重用率。
在系统仿真中应用图形技术，能够描述许多用语言难以表达的信息，图形辅助建模就是利用鼠标在计算机屏幕上绘制系统模型或用模型库中已有的系统元件拼合系统模型。
面向对象的图形辅助建模的基础是系统的可分性，即认为系统是由子系统组成的，而子系统又可分解成更原始的子系统。由于这种性质的存在，构造模型的方式是通过连接组成系统模型的成分模型（子模型）来建造总体模型。对于一个复杂的施工系统而言，按施工系统的层次性，可将其分解为相对简单和独立的子系统，而子系统间的相互联系和影响可在子系统模型间设置相应耦合接口而加以协调，这样可将各个子模型拼接起来而构成整体系统模型。施工系统的运行规律通过施工系统模型中各实体的属性与状态的变化来反映和体现。根据上述，便形成了面向对象的图形辅助仿真建模思想。
4．基于GIS的较全面的仿真三维动态数字模型构造及其可视化方法
（1）数字地形模型建立
地表数字地形模型（Digital Terrain ModelDTM）是整个工程施工三维数字模型的重要组成部分，这里既是所有工程建筑物布置及施工活动的场所，也是施工过程中地形动态填挖的受体。水利水电工程一般均建在地形起伏较大的高原和山区，因此施工区地表DTM采用TIN模型来实现。建立工程地表DTM由地形等高线原始数据按一定的算法生成TIN模型。
（2）动态实体参数化数字建模
按照实体对象的属性，可将其分别用点、线、面、体等四类图形数据结构来表达。动态实体的数字模型尚需反映其属性信息，几何图形与其属性的一一对应关系建立可利用GIS的空间数据组织结构来实现。同时为反映工程施工的动态过程，在其数据结构中除了描述几何特征及属性外，还体现时间特征。
实体建模若采用参数化建模方法，可大大简化建模过程。参数化实体建模是一种通过相关几何关系组合一系列用参数控制的特征部件而构造整个几何结构模型的技术。整个建模过程可描述成一组特征部件的组装过程，而每个部件都由一些关键的参数来定义。
（3）地形动态填挖
地形填挖表现为DTM模型的修改，实质上是对地形TIN模型进行操作。即用足够大的开挖（填筑）初始形体面转化的TIN模型，与地形TIN两者生成相交边界，再从地形TIN上沿相交线切去填挖初始形体面所包含的地形区域，同时从填挖形体TIN模型中以相交线为边界切去多余的开挖（填筑）边坡区域，最后把两个修正后的TIN合并构成一个经填挖后的地形DTM。在填挖计算过程中可同时得到填挖区域表面积与填挖体的工程量。
5．基于GIS的三维动态演示方法
基于GIS的三维动态演示是对任意时刻系统仿真面貌的再现，它反映了仿真系统内部数据场的动态变化过程。利用仿真模块得到工程系统的动态信息，包括时间、建筑物几何形状及其属性等，生成工程施工系统各环节某一动态变化单元i对应的图元（施工、水位单元等）任意时刻t的面貌Vi（t），则t时刻的工程整体面貌可表示为V（t）＝Σvi（t），n为总的图元数。其中，vi（t）＝fi（Xi，Yi，Xi，t），表示在动态施工过程中，包含时间信息的图元的几何形状，它随时间的变化而变化。把工程施工任意时刻的整体面貌贮存在图形库中，并与其一一对应的属性数据建立联系，从而在动画演示时，按时间顺序读取图形库中的形体数据及相对应的属性信息，不断更新绘图变量和属性变量赋值，同时不断刷新屏幕显示。这样就实现了整体工程施工过程的三维面貌及相应信息的动态显示。
6．基于GIS的交互式可视化仿真系统结构
基于GIS系统仿真的可视化表现在建模过程中利用GIS的信息可视化采集，以及在仿真可视化操作过程中利用GIS的动态信息可视化表达。由于GIS特有的空间信息组织机制，使得其实现这些功能有着先天的优势。同时，在可视化仿真系统中，用户可根据显示的图像交互控制仿真的各个阶段，直到对所模拟的现象获得理解与洞察。在这一过程中，用户可以通过系统提供的操作界面随着可视化仿真系统反馈的结果来同步保持交互对仿真过程的控制。
图2表示的是一个基于GIS的系统交互式可视化仿真的框架模型，在此模型中清晰地反映了GIS在系统仿真中结合的具体环节，以及用户控制仿真进程的实现手段。 三、可视化仿真技术在水利水电工程中的应用研究
1．复杂地下洞室群施工动态可视化仿真与优化方法研究
地下厂房系统施工开挖量大，施工强度高，施工条件复杂，是一个极其复杂的过程。由于工序的作业时间的随机性，容易产生随机排队现象而影响其他作业；由于地下洞室系统纵横交错，布置密集，高差大，施工通道少，使得各工序配合与相互干扰错综复杂；在安排各个洞室施工先后顺序及隧洞施工顺序时，需要考虑对工程的总工期、围岩稳定、通风散烟条件、施工强度以及交通运输等问题的影响。各个洞室施工在时间、空间上的逻辑关系复杂，传统横道图难以直观地揭示其复杂的时空关系。因而仅靠设计人员采用传统的方法分析计算，难以确定合理的施工机械设备配套方案、制定合理的施工进度计划和施工组织设计方案，难以全面、快速、准确地掌握施工全过程。
基于上述问题，提出了复杂地下厂房施工系统可视化仿真理论方法，并研制开发了相应的计算机软件ESAS，其基本构成见图3。通过地下洞室群施工全过程动态仿真，可以对施工过程进行定量计算与分析，进行多方案的比较和优化，直到得出满意方案。
2．水利水电工程施工导截流三维动态可视化仿真方法研究
水利水电工程施工导流设计和管理过程，往往需要涉及大量的数据及图形信息，如坝区的水文、地形、地质资料以及枢纽设计、施工场地布置和施工导流方案设计等各种数据及图纸。高效、简便地对这些信息进行管理，是提高设计效率及施工管理水平的关键之一。同时，施工导流方案设计是施工组织设计的重要环节，其设计过程复杂，对不同的导流方案很难进行直观的比较，所以实现施工导流形象直观的表达具有重大的现实意义。
为此，提出水利水电工程施工导截流三维动态可视化仿真理论与方法，并实现施工导截流可视化信息管理与三维动态演示系统CDMIS。此系统充分利用地理信息系统（GIS强大的空间数据分析与处理能力，建立三维施工导截流场地布置模型，以及在此基础上实现可视化的信息查询及管理等功能，从而实现设计过程中信息的可视化管理，同时实现施工导截流三维动态演示。水电工程施工导截流三维动态可视化仿真系统（CDMIS）结构图见图4。
3．混凝土坝施工过程三维动态可视化仿真与优化方法研究
混凝土坝施工，考虑到温度、应力、浇筑机械设备布置和浇筑能力等因素的影响，需将混凝土坝体按一定的原则进行分缝分块浇筑。由于混凝土坝浇筑量大，浇筑块数以千、万计，浇筑块之间的施工约束条件十分复杂，这就给安排浇筑顺序和进度带来极大闲难，使人工安排浇筑块、浇筑顺序几乎成为不可能。目前在制定混凝土坝施工组织计划时，传统的方法是凭经验用类比的方法按月升高若干浇筑层和混凝土浇筑强度等指标来控制施工计划的进程。这种方法由于缺乏系统的定量计算分析，在论证施工各阶段的筑坝进度以及各混凝土坝段升高过程是否能满足大坝施工各方面的要求时总感到论据不足。
随着计算机和系统仿真技术的迅速发展，尤其是系统仿真技术在复杂系统运行中的推广应用，使得有可能在计算机上实现对混凝上坝施工的动态过程的仿真实验。事先拟定不同的混凝土坝施工方案，并对施工动态过程进行仿真，可预测不同施工方案下混凝土施工进程的各项定量指标，这对制定合理的混凝土坝施工进度计划将提供科学可靠的决策依据。在充分考虑各种浇筑施工影响因素的情况下，建立混凝土坝施工系统的数学逻辑模型，并在此模型基础上编制计算机仿真软件。通过选取各种可能的机械配套方案及输入不同的施工技术参数进行大坝施工过程的仿真计算，可得到最优机械配套的数量、机械的利用率、混凝土月浇筑强度、逐月累计混凝土浇筑方量过程曲线。同时还可得到相应某施工方案下大坝浇筑施工的详细进度计划、各控制阶段的筑坝进程面貌等。而且通过混凝土坝浇筑仿真还可对其不同的浇筑规则对坝体上升进程的影响进行分析和研究。
同时，利用基于GIS的三维动态演示系统来表现复杂混凝土坝施工过程。通过建立坐标系，把现实世界的事物在计算机中对应位置重现出来，建立实体的数字模型，并按照一定方式将实体与其属性一一对应，从而反映实体的静态空间特征。同时利用过程信息，生成三维动画，为描述复杂的施工过程提供可视化手段。
4．水利水电工程施工总布置三维动态可视化仿真方法研究
水利水电工程施工总布置是对工程施工场地在施工期间进行的空间规划。由于水利水电工程施工场地布置几乎包括了一切地上、地下已有的、拟建的建筑物，一切为施工服务的临时性建筑物（包括砂石加工系统、混凝土系统等），因此布置过程非常复杂。
对枢纽主要建筑物施工全过程进行分析，并在此基础上实现各建筑物施工关系之间的协调，以实现直观的施工总布置形象全过程三维动态仿真，使施工场地布置随工程进度计划尽可能形象、直观、迅速地演示现场施工场地变化过程。不仅能直观显示枢纽施工组织设计的成果，而且将极大地方便工程施工总布置决策及管理。水电站施工总布置可视化仿真系统（CLMIS）的总体结构见图5。
四、结束语
可视化仿真的理论和方法包括全过程动态仿真理论、图形辅助仿真建模方法、基于GIS的三维动态数字模型构造及其可视化方法、基于GIS的三维动态演示方法及基于GIS的交互式可视化仿真系统结构等，实现了仿真建模、仿真计算过程及成果的可视化。
化工仿真技术范文第4篇
关键词：计算机；仿真；技术；环境；执法
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2011) 18-0000-01
Computer Simulation Technology Application in Environmental Law Enforcement
Zhou Jing
(Changzhou Environmental Monitoring Unit,Changzhou 213022,China)
Abstract:This paper studies the computer simulation technology in environmental law enforcement applications,analysis of the advantages of computer simulation technology and the specific implementation,and enforcement of environmental chemical companies as an example,chemical companies environmental systems Fencheng water,air and solid Waste three parts,to establish a chemical environment,the system dynamics simulation model,has some practical significance.
Keywords:Computer;Simulation;Technology;Environment;Law enforcement
一、计算机仿真技术的优点以及实施过程
（一）计算机仿真技术的优点。计算机仿真技术可以十分迅速的对多种方案进行比较，通过计算机能够在很短的时间之内对多种方案进行仿真模拟；计算机仿真技术的成本比较低，它和真实的原型试验的不同之处是，它是虚拟现实技术，不会破坏原型，需要的只是软件的开发和应用费用，而且，只要软件投入到使用中，它就能够进行多个方案的计算，并且具有极高的重复使用率，总体成本比较低；计算机仿真技术的可靠性高；计算机仿真技术的实用性强，它可以在多个方面进行应用，只要是能够用数学进行描述的模型，几乎都是能够用计算机来对系统的行为进行模拟，并且还能够对未来的发展趋势进行预测等等。
（二）计算机仿真技术的实施过程。首先就是模型的建立，按照研究对象以及研究目的的不同，在进行仿真之前，首先就是要按照实际的问题来抽象出一个确定的系统，并给出系统的边界条件以及约束条件，接着利用数学、动力学以及其他学科的相关的只是来把这一系统用数学表达式进行描述，这也就是我们所说的数学建模，按照研究目的的不同，系统的数学模型也不同，具体可以划分成为静态模型、动态模型、离散事件动态模型以及混合时间动态模型等等。其次就是要进行模型的输入，也就是要结合软件的不同特点来对前一步中所建立的数学表达式输入成计算机所能够处理的形式，也就是仿真模型，这一模型是进行计算机仿真的关键之所在。接着是模型的仿真计算，把前一步所得到的仿真模型载入到计算机中的计算模块中，并根据预先设定好的实验方案来进行仿真的计算，这也就是我们所说的“模型仿真计算”。
二、化工企业环境系统的仿真模型
仿真模型的建立
对于化工企业来讲，资源对系统的影响主要体现在固体废弃物污染、水污染以及大气污染这三方面对环境的影响，所以，环境系统的结构是把资源作为核心，并且是由污水处理系统、大气污染的处理系统以及固体废弃物污染处理系统构成的，具体情况如下：
（一）污水处理系统。以苏南某个县区的化工工业园区的化工企业所排放的废水为例，废水中的污染物主要就是五日生化需氧量、化学耗氧量、氨氮含量、悬浮固体物质以及石油类等等，另外还有一些少量的铁离子、硫离子以及氯离子等等污染物，经检测，只有化学需氧量是超标的，所以污水处理系统把化学耗氧量存量作为状态变量，把化学耗氧量产生量、化学耗氧量的减少量以及化学耗氧量的自然降解量来作为速率变量，并同时用多个辅助变量来和其他的子系统相互连接。这样，就能够把这一模块的结构关系进行确定。并可以得出以下的方程：
水污染化学耗氧量存量（CSWR）CSWR.K=CSWR.J+DT×（CCSL.JK-CJSL.JK）
化学耗氧量产生量（CCSL）CCSL.JK=CCSL.JK+CSHWSL.JK
生产废水化学耗氧量产生量（CSCFSL）CSCFSL.JK=SCFSPFL.JK×pndz.k
生产废水排放量（SCFSPFL）SCFSPFL.JK=GYZCZZ.JK SCFSPFLgfwypfl.k
生活污水化学耗氧量产生量（CSHWSL）CSHWSL.JK=SHWSCSL.JK×Indz.k
生活污水产生量（SHWSCSL）SHWSCSL.JK=P.K×rjwscsl.k
化学耗氧量减少量（CJSL）CJSL.JK=CZRXJL.JK+CXJL.JK
化学耗氧量自然消解量（CZRXJL）CZRXJL.JK=CSWR.K×czrxjxs.k
化学耗氧量自然消减量（CXJL）CXJL.JK=WSCFSL.JK×（fsnd.k-dbnd.K）
污水厂进废水量（WSCFSL）WSCFSL.JK=IF THEN ELSE（FSZL.K×fscll.k>=WSCCLL.K，FSZL.Kfscll.k）
废水总量（FSZL）FSZL.K=SCFSPFL.JK+SHWSCSL.JK
污水厂污水处理能力（WSCCLL）WSCCLL.K=WSCLTZ.K×wywscll.k
污水处理投资（WSCLTZ）WSCLTZ.JK=HBZTZ.K×wstzl.k
区域地表水化学耗氧量浓度（CDBSND）CDBSND.K=bjnd.K+CSWR.K÷njjll.K
水质相对污染度（SZXDWRD）SZXDWRD.K=CDBSND.K÷bjnd.K
（二）大气污染处理系统。对于化工工业区化工企业排放的大气污染来讲，主要污染物有二氧化硫、二氧化氮、总悬浮颗粒物等等。现在把二氧化硫存量作为状态变量、把二氧化硫产生量和消减量作为速率变量，同时把多个辅助变量和其他子系统相互连接。这样，就能够把这一模块的结构关系进行确定，就可以列出相应的方程，其方法和上述方法相同。
三、结语
总之，环境执法工程的计算机仿真是一项比较系统且较为复杂的工程，利用计算机仿真技术能够为环境执法人员搭建出一个真实且能够自然交互的管理平台，从而为环境执法人员工作的有效开展提供有力的依据。
参考文献：
[1]孙玉峰.矿区环境系统力学仿真模型的建立[J].辽宁工程技术大学学报,2006,2
化工仿真技术范文第5篇
【关键词】物流服务；计算机仿真技术；应用
随着科学技术的发展，自动化技术在物流行业中的应用增多，提高了工作效率的同时，自动化系统也越来越复杂。对于管理者而言，需要在生产过程中谨慎考虑每一个决策。在对B2B、C2C服务模式的特性与共性研究基础上，对物流服务评价指标体系进行设计，通过确定物流服务质量评价维度，在不同模式下，对电子商务物流服务质量评价指标体系进行构建。在这一背景下，计算机仿真技术的出现满足了物流服务的需求，管理者也将计算机仿真技术用于自动化物流系统中，提高了管理质量及服务质量。
1计算机仿真技术与自动化物流系统概述
计算机仿真技术在计算机技术的发展背景下也呈现出快速发展的趋势。计算机仿真技术是对研究对象应用数学模型进行模式，实现对研究对象了解的目的。对于计算机仿真技术而言，包含的学科内容比较多，如控制、多媒体及计算机技术等，属于多领域、跨专业的综合性学科。现阶段，人们也越来越多的会应用到计算机仿真技术，其发展潜力非常大。尤其是在一些研究对象对人体有危害或自身存在危险性中，通过计算机仿真技术都能解决。如核电站、宇宙飞船等研究。在物流行业的发展中，提高物流服务质量是行业发展的基础，而自动化物流系统的应用，能够促使物流服务质量的提升。自动化物流系统属于复杂的系统工程，在物流各个作业环节中集合了光、机、电等技术，实现了全过程自动化作业。该系统属于综合性计算机集成化物流管理系统，包含自动化高架立体库、自动引导车及往复式穿梭车、自动化输送、逻辑控制等系统。
2计算机仿真技术应用的步骤与方法
2.1仿真软件的选择
现阶段，市场中的计算机仿真软件种类非常多，适合物流系统仿真的软件数量也特别多，不同软件具有不同的特点、优势及局限。因此，在对物流系统仿真软件进行选择时候，要结合实际情况来选择。尽管仿真软件的种类较多，但其主要模块的功能都是一致的，主要包含以下模块：①Conveyer。仿真系统的速度、斜坡及宽度等参与均由该模块设置，由滚筒传输、非积放式传输及含积放式系统混合构成，其功能非常强大。②PathmOVer。在往复穿梭车、自动引导车及升降机等模型汽车中应用广泛且效果较好。③AS/RS。模块主要功能是自动存取，仿真系统自动仓的确定按照货架参数的选取实现。④Kine-matoc。对物流系统运行过程进行模拟是该模块的主要功能，对对象的自由度、运动方向等在仿真模型中定义，保证实体动作的详细模拟，如码盘动作、机械臂动作等。⑤BidgeCrane。机械臂的移动由该模块控制，实现对获取的拾起、下放等操作。⑥POWerFree。与Conveyer模块的功能基本类似，都是对目标对象进行控制，不同之处是该模块主要针对的是悬挂在空中的对象。⑦TanksTIPes/Trains。主要针对气体、液体等物体进行处理，如配置、传输等。⑧AutOVie。用户可通过模型自定义相机的移动和场景，对高质量画面进行采集。同时，用户可对相机进行设置，实现采集画面的逼真，对图像可进行平移、缩放等处理。⑨Autostat。对仿真结果进行收集与分析，按照用户既定目标，给予参考方案，如降低成本、提高工作效率等方案。对仿真系统进行合理选择以后，就可以进行具体操作，
2.2建立仿真模型
按照系统工作流程与实际工作需求，对系统仿真模型进行构建，并对仿真系统相关运行参数进行确定。仿真模型建立以后，要进行逻辑控制程序的编写，依据自动化物流系统的工艺流程、物料流动过程及逻辑控制过程等仿真系统在对物料自动处理时需要的时间，对逻辑控制程序进行编写。
2.3仿真系统运行
在自动化物流系统中，应用计算机仿真技术，能够对物料出现的时间频率依据物流系统实际需求量进行计算，在物流自动化仿真系统中直接输入计算出的值，就能够对该仿真系统进行运行。根据物流系统生产班次，决定仿真系统的运行时间，二者的对应的关系，也可按照大物流系统来模拟。
2.4仿真结果优化分析
按照该仿真系统的运行结果来看，需要对无流量是否满足需求、流程是否畅通、系统是否存在问题等进行分析。对无流量是否满足要求按照数据统计结果能够直接判断。与传统的物流方式不同，商务物流整合了物流与电子商务的资源。商务物流在我国也经历了多年的发展，当前商务物流模式主要包含B2B、C2C两种。企业对企业的商务物流采用B2B模式，主要针对企业电子商务物流进行研究；消费者对消费者的商务物流采用C2C模式，主要以零售电子商务为研究内容。本文结合两种服务模式的特点与共性，设计电子商务物流评价指标体系，为物流方案的科学、合理建立提供依据。
3计算机仿真技术在物流行业中的应用前景
在通信、电力、生物、化工、交通等诸多行业和领域内，对计算机仿真技术已经普遍应用，并且随着技术的不断发展成熟，在更多的领域内必然会有更多的应用。在物流服务中应用计算机仿真技术，手下要对电子商务两种常用模式的特定与共性进行研究，B2B与C2C二者的共性主要表现为：在物流服务的内容方面二者是类似的；特性表现为：B2B是针对企业与企业之间的合作，而C2C是针对消费者对消费者之间的合作，将两种模式合作应用，能够使产业链更完整。在自动化物流仿真系统中，可对参数输入进行改变，实现对生产情况及波动进行仿真，模拟对系统带来的冲击，避免一些无法预料的因素出现，对系统堵塞可直观、形象的给出解决方案。能够在系统未投资建设前，就能够对自动化物流系统的生产信息及实际流程进行全面了解。现代物流产业在我国的起步时间较晚，因此在物流服务评价指标体系设计方面，还存在诸多不足，需要对电子商务物流服务从不同层面、不同角度来全面分析，对所涉及到的各类因素进行综合评估，并集合相关评价指标构成评价体系，实现不同模式下评价内容的不同。在实际工作开展中，要坚持遵循中心、重要、基本、关键及必要五大原则，确保评价指标体系的客观合理。本文对整体物流服务质量评价指标制度及物流服务质量评价量表进行参考，对评价的维度与模式从便利、可靠、响应及关怀四个方面确定，实现度电子商务物流服务的跟东与定位定价，促使我国物质服务质量的不断提升。
