摘要隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，加工過程仿真技術(shù)越來越受到業(yè)界的重視。本文研究了加工過程仿真技術(shù)在演示金屬切削加工過程中的應(yīng)用，旨在通過這種方式加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于金屬切削加工過程的理解，同時(shí)讓學(xué)生了解加工過程仿真技術(shù)在實(shí)際過程中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，在學(xué)習(xí)好理論的基礎(chǔ)上學(xué)會(huì)應(yīng)用加工過程仿真技術(shù)進(jìn)行分析，營造一種積極向上的課堂氛圍，達(dá)到理想的授課效果。

關(guān)鍵詞金屬切削加工有限元Deform教學(xué)改革

0引言

金屬切削加工技術(shù)仍然是機(jī)械制造行業(yè)的主要加工方法。它通過刀具和工件的相互作用去除工件表面的多余材料，以獲得理想的加工形狀、加工精度和表面質(zhì)量的工件。因此，金屬切削加工技術(shù)在本科生的教學(xué)工作中占有重要的地位，機(jī)械類本科生都開設(shè)有關(guān)于數(shù)控機(jī)床、機(jī)械加工制造技術(shù)等相關(guān)課程。隨著技術(shù)的發(fā)展，越來越多的數(shù)控仿真軟件的出現(xiàn)使本科生在數(shù)控機(jī)床操作水平上有了很大的提升，但是對(duì)金屬切削過程中涉及的理論并沒有很大改觀?，F(xiàn)在許多專家學(xué)者都對(duì)金屬切削過程進(jìn)行了研究，但是由于切削過程的復(fù)雜性，還沒有統(tǒng)一的理論來解釋加工過程中的各種物理現(xiàn)象，這對(duì)本科生對(duì)加工過程的理解造成了一定的困難。而加工過程仿真技術(shù)的出現(xiàn)為這一問題帶來了轉(zhuǎn)機(jī)，本文主要研究加工過程仿真技術(shù)在演示切削加工過程方面對(duì)于本科生教學(xué)工作的幫助。

1有限元仿真技術(shù)

有限單元法（FiniteElementMethod,FEM）是一種以計(jì)算機(jī)為手段，通過離散化將研究對(duì)象變換成一個(gè)與原結(jié)構(gòu)近似的數(shù)學(xué)模型，再經(jīng)過一系列規(guī)范化的步驟以求解應(yīng)力，應(yīng)變和位移等參數(shù)的數(shù)值計(jì)算方法。它是一種通用的近似計(jì)算方法，也是解決工程實(shí)際問題的強(qiáng)有力的數(shù)值計(jì)算工具。目前，有限元法在航空，航天，機(jī)械，汽車，鐵路，船舶，交通，建筑，電子，地質(zhì)礦產(chǎn)，水利水電，石油化工，生物醫(yī)學(xué)以及科學(xué)研究領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用，并越來越受到業(yè)界的高度重視。現(xiàn)在較為流行的有限元分析軟件有ANSYS、ABAQUS、Deform和AdvantEdge等，這些軟件對(duì)研究金屬切削過程中的溫度、切屑形狀、刀具應(yīng)力等提供了良好的前后處理和求解環(huán)境。各個(gè)有限元軟在單元、建模、材料模型和自適應(yīng)網(wǎng)格能力等方面具有各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。因此為了有效地模擬切削過程中所關(guān)心的方面和問題，需要綜合考慮分析問題的難易程度和仿真結(jié)果表現(xiàn)形式等多方面的因素，合理地選擇有限元分析軟件。

1、電子商務(wù)仿真應(yīng)用

1.1電子商務(wù)信任

由于互聯(lián)網(wǎng)自身具有的開放性、虛擬性、匿名性和時(shí)空分離性等特征，進(jìn)而產(chǎn)生物理距離容易造成信息混亂。加之，我國的社會(huì)信用體系建設(shè)還處于初步階段，人與人之間的信任意識(shí)偏低。因而造成電子商務(wù)信任成為制約我國電子商務(wù)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展最主要原因，如果電子商務(wù)信任問題可以得到有效的解決，則其發(fā)展優(yōu)勢(shì)會(huì)更為突出。目前，電子商務(wù)模式多為B2B、B2C、C2C和G2C等，交易風(fēng)險(xiǎn)無處不在、交易對(duì)象的不確定性和復(fù)雜性，直接導(dǎo)致了對(duì)信任的依懶性，電子商務(wù)信任問題是決定網(wǎng)上交易成功與否的關(guān)鍵因素。理論模型是實(shí)證研究的先導(dǎo)，眾多學(xué)者從管理學(xué)的角度提出了信任管理模型，相關(guān)經(jīng)典模型如下。第一代信任管理系統(tǒng)PolicyMaker是由Blazeetal(1996)開發(fā)的，PolicyMaker管理系統(tǒng)是根據(jù)相應(yīng)策略和憑證來進(jìn)行有關(guān)信任決策的，它描述一個(gè)值得信賴的動(dòng)作，該動(dòng)作是由接受一組局部的政策聲明、一系列的證書和一個(gè)字符串來實(shí)現(xiàn)的。Williametal（2000）提出自動(dòng)信任協(xié)商模型（ATN：AutomatedTrustNegotiation）該模型實(shí)現(xiàn)了在多個(gè)虛擬組織環(huán)境下，通過資源共享和協(xié)作，可以迅速地建立信任關(guān)系。仿真分析技術(shù)在電子商務(wù)信任系統(tǒng)中得到了充分的應(yīng)用，國內(nèi)學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了深入的分析探討。郭洪海等（2009）改進(jìn)了Sporas模型，在Sporas模型的基礎(chǔ)上增加了交易量、交易次數(shù)等變量并引入了懲罰因子，提出了一種基于C2C模式的社區(qū)成員E-Sporas信譽(yù)值計(jì)算模型，并進(jìn)一步運(yùn)用仿真模擬實(shí)驗(yàn)的方式驗(yàn)證了E-Sporas信譽(yù)值計(jì)算模型對(duì)治理損毀名譽(yù)和謀取信譽(yù)這兩種不正當(dāng)行為有著積極的正面效果。卞佳（2008）應(yīng)用Matlab為仿真工具，結(jié)合Monte-Carlo隨機(jī)抽樣方法建立了電子商務(wù)信用評(píng)價(jià)的仿真系統(tǒng)，分別針對(duì)買家行為、賣家行為和信用評(píng)價(jià)改進(jìn)前后對(duì)比三種系統(tǒng)方式進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了信用評(píng)價(jià)對(duì)買賣雙方存在正向引導(dǎo)作用。李季等（2011）在借鑒了信任衰減向量的基礎(chǔ)上，開發(fā)了P2P網(wǎng)絡(luò)信譽(yù)模型，并且還應(yīng)用仿真實(shí)驗(yàn)的方式驗(yàn)證了P2P網(wǎng)絡(luò)信譽(yù)模型可以提高資源的利用效率，同時(shí)，也還可以提高買賣交易的成功率。

1.2電子商務(wù)物流供應(yīng)鏈

電子商務(wù)物流供應(yīng)鏈?zhǔn)请娮由虅?wù)產(chǎn)業(yè)與物流運(yùn)輸業(yè)高度融合所形成的電子商務(wù)物流供應(yīng)鏈系統(tǒng)，使線上和線下密切聯(lián)系起來，具有高度信息化、先進(jìn)現(xiàn)代化和廣泛社會(huì)化的特征。電子商務(wù)物流供應(yīng)鏈與傳統(tǒng)意義上的物流運(yùn)輸相比，它更嚴(yán)格要求物流服務(wù)企業(yè)充分應(yīng)用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來進(jìn)行物流派送跟蹤管理，進(jìn)而準(zhǔn)確快速的完成派送服務(wù)，定時(shí)和定點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)電子商務(wù)的最終目標(biāo)。供應(yīng)鏈協(xié)會(huì)所提出供應(yīng)鏈運(yùn)營參考模型（SupplyChainOperationReferenceModel，SCOR）概念已得到眾多學(xué)者的認(rèn)可，SCOR模型的框架由計(jì)劃、采購、生產(chǎn)、配送和退貨這五個(gè)基本管理流程所構(gòu)成，每一個(gè)環(huán)節(jié)都有獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)。只能通過這些相對(duì)獨(dú)立的實(shí)體來協(xié)調(diào)系統(tǒng)的完成其每一環(huán)節(jié)的主要內(nèi)容，才可以實(shí)現(xiàn)對(duì)供應(yīng)鏈的有效管理。計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)作為現(xiàn)代輔助決策的一種方式，將其運(yùn)用在電子商務(wù)供應(yīng)鏈中有著突出的實(shí)際作用。唐秋生（2011）建立了電子商務(wù)環(huán)境下需求不確定性的庫存“雙源”和銷售“雙渠道”閉環(huán)供應(yīng)鏈庫存優(yōu)化模型，并針對(duì)“推式”和“拉式”兩種不同生產(chǎn)模式的特點(diǎn)對(duì)模型進(jìn)行了比較，應(yīng)用Matlab仿真軟件對(duì)數(shù)值進(jìn)行仿真分析，仿真分析驗(yàn)證了“拉式”生產(chǎn)模式優(yōu)于“推式”生產(chǎn)模式。周慶等（2002）在Agent遺傳分層有色戶petri網(wǎng)的基礎(chǔ)上提出了高級(jí)Petri網(wǎng)，以研究供應(yīng)鏈配送系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為，其所描述的模型為適應(yīng)性主體執(zhí)行層的動(dòng)態(tài)模型。第三方物流將作為電子商務(wù)中物流配送業(yè)務(wù)運(yùn)作的主導(dǎo)模式，趙亮等（2012）通過應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)對(duì)第三方物流服務(wù)體系運(yùn)行模式進(jìn)行模擬仿真，以探索當(dāng)前我國電子商務(wù)第三方物流服務(wù)面臨的瓶頸問題，并針對(duì)仿真結(jié)果提出探索性解決措施與方案。

1.3電子商務(wù)顧客忠誠度

1、電子商務(wù)仿真應(yīng)用

1.1電子商務(wù)信任

由于互聯(lián)網(wǎng)自身具有的開放性、虛擬性、匿名性和時(shí)空分離性等特征，進(jìn)而產(chǎn)生物理距離容易造成信息混亂。加之，我國的社會(huì)信用體系建設(shè)還處于初步階段，人與人之間的信任意識(shí)偏低。因而造成電子商務(wù)信任成為制約我國電子商務(wù)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展最主要原因，如果電子商務(wù)信任問題可以得到有效的解決，則其發(fā)展優(yōu)勢(shì)會(huì)更為突出。目前，電子商務(wù)模式多為B2B、B2C、C2C和G2C等，交易風(fēng)險(xiǎn)無處不在、交易對(duì)象的不確定性和復(fù)雜性，直接導(dǎo)致了對(duì)信任的依懶性，電子商務(wù)信任問題是決定網(wǎng)上交易成功與否的關(guān)鍵因素。理論模型是實(shí)證研究的先導(dǎo)，眾多學(xué)者從管理學(xué)的角度提出了信任管理模型，相關(guān)經(jīng)典模型如下。第一代信任管理系統(tǒng)PolicyMaker是由Blazeetal(1996)開發(fā)的，PolicyMaker管理系統(tǒng)是根據(jù)相應(yīng)策略和憑證來進(jìn)行有關(guān)信任決策的，它描述一個(gè)值得信賴的動(dòng)作，該動(dòng)作是由接受一組局部的政策聲明、一系列的證書和一個(gè)字符串來實(shí)現(xiàn)的。Williametal（2000）提出自動(dòng)信任協(xié)商模型（ATN：AutomatedTrustNegotiation）該模型實(shí)現(xiàn)了在多個(gè)虛擬組織環(huán)境下，通過資源共享和協(xié)作，可以迅速地建立信任關(guān)系。仿真分析技術(shù)在電子商務(wù)信任系統(tǒng)中得到了充分的應(yīng)用，國內(nèi)學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了深入的分析探討。郭洪海等（2009）改進(jìn)了Sporas模型，在Sporas模型的基礎(chǔ)上增加了交易量、交易次數(shù)等變量并引入了懲罰因子，提出了一種基于C2C模式的社區(qū)成員E-Sporas信譽(yù)值計(jì)算模型，并進(jìn)一步運(yùn)用仿真模擬實(shí)驗(yàn)的方式驗(yàn)證了E-Sporas信譽(yù)值計(jì)算模型對(duì)治理損毀名譽(yù)和謀取信譽(yù)這兩種不正當(dāng)行為有著積極的正面效果。卞佳（2008）應(yīng)用Matlab為仿真工具，結(jié)合Monte-Carlo隨機(jī)抽樣方法建立了電子商務(wù)信用評(píng)價(jià)的仿真系統(tǒng)，分別針對(duì)買家行為、賣家行為和信用評(píng)價(jià)改進(jìn)前后對(duì)比三種系統(tǒng)方式進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了信用評(píng)價(jià)對(duì)買賣雙方存在正向引導(dǎo)作用。李季等（2011）在借鑒了信任衰減向量的基礎(chǔ)上，開發(fā)了P2P網(wǎng)絡(luò)信譽(yù)模型，并且還應(yīng)用仿真實(shí)驗(yàn)的方式驗(yàn)證了P2P網(wǎng)絡(luò)信譽(yù)模型可以提高資源的利用效率，同時(shí)，也還可以提高買賣交易的成功率。

1.2電子商務(wù)物流供應(yīng)鏈

電子商務(wù)物流供應(yīng)鏈?zhǔn)请娮由虅?wù)產(chǎn)業(yè)與物流運(yùn)輸業(yè)高度融合所形成的電子商務(wù)物流供應(yīng)鏈系統(tǒng)，使線上和線下密切聯(lián)系起來，具有高度信息化、先進(jìn)現(xiàn)代化和廣泛社會(huì)化的特征。電子商務(wù)物流供應(yīng)鏈與傳統(tǒng)意義上的物流運(yùn)輸相比，它更嚴(yán)格要求物流服務(wù)企業(yè)充分應(yīng)用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來進(jìn)行物流派送跟蹤管理，進(jìn)而準(zhǔn)確快速的完成派送服務(wù)，定時(shí)和定點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)電子商務(wù)的最終目標(biāo)。供應(yīng)鏈協(xié)會(huì)所提出供應(yīng)鏈運(yùn)營參考模型（SupplyChainOperationReferenceModel，SCOR）概念已得到眾多學(xué)者的認(rèn)可，SCOR模型的框架由計(jì)劃、采購、生產(chǎn)、配送和退貨這五個(gè)基本管理流程所構(gòu)成，每一個(gè)環(huán)節(jié)都有獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)。只能通過這些相對(duì)獨(dú)立的實(shí)體來協(xié)調(diào)系統(tǒng)的完成其每一環(huán)節(jié)的主要內(nèi)容，才可以實(shí)現(xiàn)對(duì)供應(yīng)鏈的有效管理。計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)作為現(xiàn)代輔助決策的一種方式，將其運(yùn)用在電子商務(wù)供應(yīng)鏈中有著突出的實(shí)際作用。唐秋生（2011）建立了電子商務(wù)環(huán)境下需求不確定性的庫存“雙源”和銷售“雙渠道”閉環(huán)供應(yīng)鏈庫存優(yōu)化模型，并針對(duì)“推式”和“拉式”兩種不同生產(chǎn)模式的特點(diǎn)對(duì)模型進(jìn)行了比較，應(yīng)用Matlab仿真軟件對(duì)數(shù)值進(jìn)行仿真分析，仿真分析驗(yàn)證了“拉式”生產(chǎn)模式優(yōu)于“推式”生產(chǎn)模式。周慶等（2002）在Agent遺傳分層有色戶petri網(wǎng)的基礎(chǔ)上提出了高級(jí)Petri網(wǎng)，以研究供應(yīng)鏈配送系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為，其所描述的模型為適應(yīng)性主體執(zhí)行層的動(dòng)態(tài)模型。第三方物流將作為電子商務(wù)中物流配送業(yè)務(wù)運(yùn)作的主導(dǎo)模式，趙亮等（2012）通過應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)對(duì)第三方物流服務(wù)體系運(yùn)行模式進(jìn)行模擬仿真，以探索當(dāng)前我國電子商務(wù)第三方物流服務(wù)面臨的瓶頸問題，并針對(duì)仿真結(jié)果提出探索性解決措施與方案。

1.3電子商務(wù)顧客忠誠度

一、污水處理系統(tǒng)仿真軟件概述

污水處理系統(tǒng)仿真軟件一般由動(dòng)力學(xué)模型、模型表達(dá)、參數(shù)校正、數(shù)值分析、數(shù)據(jù)表達(dá)和用戶界面等模塊組成。在污水處理領(lǐng)域，用于數(shù)學(xué)模擬的軟件可分為四個(gè)層次：一是電子數(shù)據(jù)表，可進(jìn)行穩(wěn)態(tài)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)針對(duì)普通微分方程的簡(jiǎn)單數(shù)字程序；二是低端通用型語言（如FORTRAN、C、Basic等），創(chuàng)建模型的靈活性最高，但耗時(shí)費(fèi)力；三是通用仿真軟件（如Mathematica、MATLAB等），能夠執(zhí)行模型運(yùn)算，可從網(wǎng)上下載；四是專業(yè)仿真軟件（如BioWin、WEST等），主要由預(yù)定義的工藝模型單元庫構(gòu)成。WEST3.7.5將用于本文污水處理系統(tǒng)仿真和工藝分析。WEST軟件是由比利時(shí)Hemmis公司與Ghent大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的、用于污水處理工藝動(dòng)態(tài)模擬的專業(yè)仿真軟件。通過引入組件單元（如活性污泥反應(yīng)器、沉淀池、傳感器等），軟件可幫助用戶使用分級(jí)圖形編輯器構(gòu)建模擬對(duì)象，并建立組件單元間的關(guān)聯(lián)；后臺(tái)模型庫中提供了大量的組件模型以供選擇。軟件為高級(jí)用戶提供了二次開發(fā)平臺(tái)，通過MSL數(shù)據(jù)庫可實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)模型庫的自定義擴(kuò)展。WEST軟件目前在歐洲、北美、亞洲和澳大利亞擁有許多用戶，在工業(yè)廢水和生活污水處理領(lǐng)域均有應(yīng)用。

二、模擬仿真在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

目前上海市共有53家城鎮(zhèn)污水處理廠，其工藝包括厭氧/缺氧/好氧、缺氧/厭氧/好氧、氧化溝、Unitank、MSBR等，千差萬別的工藝使學(xué)生在多家污水處理廠的參觀實(shí)習(xí)過程中很難把握其本質(zhì)。因此，針對(duì)不同處理規(guī)模、工藝差別較大、處理目標(biāo)不盡相同的污水處理廠，如何提煉污水處理運(yùn)行管理中具有普遍規(guī)律性的內(nèi)容并掌握應(yīng)用就成為畢業(yè)實(shí)習(xí)教學(xué)的重點(diǎn)。由于大部分城市污水處理系統(tǒng)均采用二級(jí)生物處理工藝，通常涉及到厭氧、缺氧、好氧和固液分離4個(gè)處理過程，以滿足COD降解、懸浮固體去除、硝化、反硝化和強(qiáng)化生物除磷的需要，因此引入ASM模型對(duì)典型生物處理系統(tǒng)進(jìn)行研究將具有普適性的意義。此外，對(duì)污水處理廠能夠進(jìn)行調(diào)控的操作變量進(jìn)行梳理，可概括出污水生物處理系統(tǒng)的6大操作變量：進(jìn)水流量、流量分配、剩余污泥排放、污泥外回流、好氧池混合液回流量、供氧量或溶解氧設(shè)定值。為此，可通過計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)操作變量進(jìn)行詳細(xì)分析，以得到不同運(yùn)行參數(shù)下影響污水處理廠出水各指標(biāo)的最佳調(diào)控變量。典型的計(jì)算機(jī)仿真工藝流程如圖1所示。在計(jì)算機(jī)仿真教學(xué)過程中，兼顧了系統(tǒng)整體介紹和細(xì)節(jié)分析，既通過仿真分析介紹了控制變量對(duì)出水水質(zhì)的影響，又通過動(dòng)力學(xué)模型分析解釋了污水處理廠控制參數(shù)設(shè)置的合理性。如參觀污水處理廠的溶解氧設(shè)定范圍為2~3mg/L，為了有助于學(xué)生分析其設(shè)定范圍的合理性，在實(shí)習(xí)過程中引入了ASM中開關(guān)函數(shù)的概念，并通過模型演示介紹了溶解氧對(duì)反應(yīng)速率的影響（見圖2）。通過相關(guān)的模擬仿真分析，加深了學(xué)生對(duì)實(shí)習(xí)過程中污水處理過程工藝控制的認(rèn)識(shí)，有助于學(xué)生理論知識(shí)與實(shí)踐知識(shí)的融會(huì)貫通。為了更好地突出數(shù)學(xué)模型仿真教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，在畢業(yè)實(shí)習(xí)過程中，首先給學(xué)生布置部分問題，讓學(xué)生帶著問題進(jìn)行污水處理廠的現(xiàn)場(chǎng)參觀學(xué)習(xí)。待完成現(xiàn)場(chǎng)參觀學(xué)習(xí)后，要求學(xué)生進(jìn)行實(shí)習(xí)內(nèi)容總結(jié)，數(shù)學(xué)模型仿真與實(shí)例分析安排在實(shí)習(xí)內(nèi)容總結(jié)之后。在計(jì)算機(jī)仿真演示之外，要求學(xué)生結(jié)合專業(yè)知識(shí)對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行估計(jì)。與此同時(shí)，結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真和數(shù)學(xué)模型計(jì)算對(duì)實(shí)習(xí)過程中參觀污水處理廠的工藝特點(diǎn)和存在問題進(jìn)行分析。在工程實(shí)例分析中，選取上海市的典型污水處理廠氨氮去除效率高但出水總磷濃度過高的案例進(jìn)行分析，并通過計(jì)算機(jī)仿真分析提出運(yùn)行管理建議?？紤]到氨氮和總磷的協(xié)同達(dá)標(biāo)問題，通過模擬仿真分析建議增加排泥量降低系統(tǒng)污泥齡以有效降低出水總磷，并適當(dāng)降低好氧曝氣過程中的溶解氧控制值，以防剩余的溶解氧干擾反硝化和厭氧釋磷，這也有助于降低出水總磷濃度。

三、實(shí)踐教學(xué)效果分析與建議

實(shí)踐表明，將計(jì)算機(jī)仿真教學(xué)與污水處理廠現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)結(jié)合，能收到很好的實(shí)習(xí)效果。與傳統(tǒng)的參觀實(shí)習(xí)方式相比，計(jì)算機(jī)仿真作為對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過程的等效描述，能以其獨(dú)有的技術(shù)和效果為學(xué)生提供一個(gè)良好的多通道學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和訓(xùn)練創(chuàng)造性思維的氛圍。通過系統(tǒng)性的對(duì)污水處理工藝過程進(jìn)行描述分析，學(xué)生能夠?qū)F(xiàn)場(chǎng)參觀實(shí)習(xí)的感性認(rèn)識(shí)上升到系統(tǒng)分析的理性認(rèn)識(shí)高度。仿真操作不僅可以使學(xué)生將所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合起來，也可以為他們的思維提供一個(gè)寬廣的空間。計(jì)算機(jī)仿真分析的工藝流程演示有助于學(xué)生樹立起全局觀念和學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，這是因?yàn)榉抡娣治鲂枰孟到y(tǒng)的觀點(diǎn)對(duì)污水處理工藝的運(yùn)行管理及可能達(dá)到的效果和出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，要求運(yùn)用所需知識(shí)探索各種參數(shù)之間的相互影響，才能得出最佳的運(yùn)行管理效果。從2011年和2012年的畢業(yè)實(shí)習(xí)教學(xué)效果來看，基于數(shù)學(xué)模型的污水處理工藝仿真演示對(duì)提升教學(xué)質(zhì)量有非常明顯的效果，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和動(dòng)手能力都得到了較大的提高。從學(xué)生實(shí)習(xí)報(bào)告的質(zhì)量來看，對(duì)工藝流程和單元模塊作用的分析較以往深入，對(duì)實(shí)習(xí)過程中問題的回答方向性也更為明確。當(dāng)然，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用的前提是對(duì)相關(guān)模型的深入了解，但目前教學(xué)環(huán)節(jié)中尚缺乏對(duì)污水處理數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)講授，這就造成學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)模型與結(jié)果分析的理解較為吃力。因此，在實(shí)踐教學(xué)中簡(jiǎn)化了建模與模型分析的步驟，要求學(xué)生集中更多精力用于模型結(jié)果的分析。另外，由于數(shù)學(xué)模型仿真分析是一項(xiàng)耗時(shí)費(fèi)力的工作，在2011年和2012年畢業(yè)實(shí)習(xí)引入計(jì)算機(jī)仿真分析時(shí)，僅采用多媒體課件的形式進(jìn)行結(jié)果的分析演示，今后將考慮分步驟引入案例小組討論、模擬仿真分析實(shí)驗(yàn)等內(nèi)容。

摘要：本文首先介紹了定性仿真的產(chǎn)生背景及理論發(fā)展?fàn)顩r，然后說明了定性仿真在各領(lǐng)域的應(yīng)用情況，最后對(duì)定性仿真的發(fā)展方向進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：定性仿真，定性模型

1定性仿真的產(chǎn)生與理論現(xiàn)狀

定性仿真(QualitativeSimulation)是以非數(shù)字手段處理信息輸入、建模、行為分析和結(jié)果輸出等仿真環(huán)節(jié)，通過定性模型推導(dǎo)系統(tǒng)的定性行為描述。定性仿真是系統(tǒng)仿真的一個(gè)分支，是系統(tǒng)仿真與人工智能理論交叉產(chǎn)生的新領(lǐng)域。相對(duì)于傳統(tǒng)的數(shù)字仿真，定性仿真有其獨(dú)到之處：這種仿真能處理多種形式的信息，有推理能力和學(xué)習(xí)能力，能初步模仿人類思維方式，人機(jī)界面更符合人的思維習(xí)慣，所得結(jié)果更容易理解。

定性仿真的研究中，美國學(xué)者起步較早。70年代后期，美國XEROX實(shí)驗(yàn)室的JohndeKleer和SeelyBrown在設(shè)計(jì)一個(gè)電路教學(xué)系統(tǒng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，以常規(guī)的數(shù)學(xué)模型和仿真方法難以使學(xué)生很快明白電路的工作過程，而在實(shí)際教學(xué)中，老師并不是先給出數(shù)學(xué)公式，而是先講解電路的工作原理，采用定性的描述方法，那么是否可以用計(jì)算機(jī)來模擬這一方法呢？同樣在許多的實(shí)際工作中，人們更多的是依靠這種對(duì)系統(tǒng)原理性的理解，而這種理解的基礎(chǔ)就是定性知識(shí)。很多專家學(xué)者開始探索如何在數(shù)字仿真中引入定性知識(shí)。

1983年，JohndeKleer和SeelyBrown發(fā)表了有關(guān)定性仿真的第一篇論文AQualitativePhysicsBasedOnConfluence?[1]，產(chǎn)生了巨大反響，揭開了定性仿真研究熱潮的序幕。美國麻省理工學(xué)院的KennethD.Forbus則對(duì)定性仿真理論作了全面的總結(jié)[2]；1986年美國德州大學(xué)的BenjaminKuipers在QualitativeSimulation”一文中提出了動(dòng)態(tài)仿真算法QSIM[3]，使定性仿真接近于實(shí)用。1984年人工智能雜志第一次出版了關(guān)于定性問題的專集。此后定性問題的研究成為人工智能和系統(tǒng)建模與仿真領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，許多學(xué)者加入到這一研究領(lǐng)域中，產(chǎn)生了大量的研究成果。1991年，人工智能雜志又出版了有關(guān)定性推理的第二本專集，標(biāo)志著該領(lǐng)域理論研究逐漸成熟并且向應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展。90年代以來，該領(lǐng)域的研究情況可謂方興未艾，在IEEE的相關(guān)雜志上和撊斯ぶ悄軘?shù)葒H刊物上經(jīng)?？梢钥吹蕉ㄐ苑抡娣矫娴难芯砍晒鴥?nèi)該領(lǐng)域的研究起步較晚，目前從事定性理論研究的僅限于少數(shù)院校的少數(shù)研究者。