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篇1

【關(guān)鍵詞】 枕頸畸形；寰樞關(guān)節(jié)脫位；齒突畸形；游離齒突

doi：10.3969/j.issn.2095-4174.2015.08.008

枕頸畸形是脊柱外科的一種常見病，可導(dǎo)致上頸椎不穩(wěn)定，加速下頸椎的退變進程[1]，往往合并頸髓及延髓受壓，并使之處于危險狀態(tài)，摔倒、撞擊等輕微損害可引起神經(jīng)癥狀加重甚至危及患者的生命。本病常需要采用手術(shù)治療[2]，以求恢復(fù)上頸椎的正常解剖關(guān)系，重建其穩(wěn)定性，并解除頸髓壓迫；但由于枕頸部毗鄰延髓及小腦等重要結(jié)構(gòu)，解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而致使該部位手術(shù)的難度大、風險高，如手術(shù)方法選擇不當，可造成嚴重的后果。對各種類型枕頸畸形手術(shù)方法的選擇，國內(nèi)外都予以極大的關(guān)注，也提出了很多新的、有效的手術(shù)方法。本文通過回顧分析本院收治的126例枕頸畸形患者的臨床資料，總結(jié)不同類型枕頸畸形的手術(shù)方法選擇，為臨床醫(yī)生在治療枕頸畸形的術(shù)式選擇上提供幫助和參考。

1 臨床資料

選取2005年3月至2012年8月在本院就診的枕頸畸形患者126例。男58例，女68例；年齡13～67歲，平均（37.4±9.2）歲。臨床診斷為枕頸畸形合并寰樞椎可復(fù)性脫位74例，合并難復(fù)性寰樞椎脫位24例，合并寰樞椎半脫位20例，齒突畸形及游離齒突8例。單純局部癥狀35例，表現(xiàn)為枕頸部疼痛不適、活動受限，尤其以旋轉(zhuǎn)活動受限較為明顯。神經(jīng)壓迫癥狀82例，單純神經(jīng)根疼痛癥狀11例，主要表現(xiàn)為枕大神經(jīng)及耳大神經(jīng)分布區(qū)的刺激性疼痛；頸髓壓迫征71例，癥狀輕者表現(xiàn)四肢麻木、乏力，或肢體深反射活躍，重者可有單癱、四肢不全癱，甚至有呼吸困難癥狀。局部癥狀合并神經(jīng)系統(tǒng)壓迫9例。根據(jù)患者臨床癥狀，采用日本骨科學會（JOA）制訂的JOA-17分評分法對患者手術(shù)前后的脊髓功能進行評價，并根據(jù)公式計算術(shù)后改善率。術(shù)后改善率=（術(shù)后評分-術(shù)前評分）×100% /（17-術(shù)前評分）。

影像學檢查，術(shù)前常規(guī)行頸椎X線片、枕頸部CT平掃及頸椎MRI平掃等相關(guān)檢查，明確患者脫位情況和脊髓受壓情況。寰椎前弓后緣與齒突前緣相對應(yīng)點的距離（ADI） > 3 mm（成人）及 > 5 mm（小兒）診斷為脫位，張口位X線上表現(xiàn)為齒突與兩側(cè)塊間距 > 3 mm診斷為寰樞關(guān)節(jié)半脫位。

2 方 法

2.1 術(shù)前準備 對于合并寰樞椎脫位的患者，術(shù)前行顱骨牽引。起始牽引質(zhì)量為3 kg，根據(jù)患者具體情況逐日加大牽引質(zhì)量，最大為5 kg。定時行床旁頸椎側(cè)位及張口位X線片，以便及時了解寰樞椎脫位的復(fù)位情況，并根據(jù)X線片所示復(fù)位情況調(diào)整牽引角度及質(zhì)量等。牽引約1周后床旁拍攝X線片。根據(jù)寰樞椎復(fù)位情況選擇手術(shù)方式：可復(fù)位者，行經(jīng)后路寰枕或寰樞植骨融合內(nèi)固定術(shù)；難復(fù)位者，行經(jīng)口咽入路寰樞關(guān)節(jié)松解復(fù)位后路枕頸固定術(shù)?；颊咴\療路線見圖1。經(jīng)口咽入路的患者術(shù)前應(yīng)檢查口腔有無感染灶，術(shù)前3 d起采用慶大霉素霧化吸入，同時用質(zhì)量分數(shù)為3%的硼酸液漱口，每日3～4次，術(shù)前當日使用適量廣譜抗生素。

2.2 手術(shù)方法及要點 麻醉方法均采用經(jīng)口咽或經(jīng)鼻氣管插管全身麻醉，術(shù)中所用植骨塊均取自自體髂骨。手術(shù)方式選擇見表1。

2.2.1 經(jīng)后路寰樞椎椎弓根植骨融合內(nèi)固定術(shù)

麻醉成功后，患者取俯臥位，頭部置于頭架上并保持持續(xù)牽引，頭頸部稍屈曲。術(shù)區(qū)常規(guī)消毒鋪巾，取枕外隆突向下沿后正中線做6～9 cm切口，依次切開皮膚、皮下組織、項韌帶等，剝離椎旁肌，顯露C1后結(jié)節(jié)和C2～3棘突，切斷C1～2棘間韌帶，骨膜下剝離至后結(jié)節(jié)旁17～21 mm的后弓。用神經(jīng)剝離子探查C1后弓內(nèi)側(cè)壁和寰椎側(cè)塊的范圍，注意保護椎動脈。充分顯露樞椎椎板至雙側(cè)側(cè)塊關(guān)節(jié)部分，以及樞椎椎弓峽部上面和內(nèi)側(cè)緣，注意保護損傷C2神經(jīng)。寰椎椎弓根螺釘進釘點取C1后弓與C1側(cè)塊背面的連接處，在該處用磨鉆磨去適量皮質(zhì)骨，用椎弓根探子由此處進入，沿C1側(cè)塊長軸輕輕進入側(cè)塊，深度約21～23 mm。用球形頭探針探查確認釘?shù)浪谋诩暗撞渴欠裢暾萌攵ㄎ会?。?jīng)C型臂透視機確認進針位置、角度、深度恰當，選擇適當長度的螺釘擰入。樞椎椎弓根螺釘植釘點取C2下關(guān)節(jié)突根部中點，用開口錐開口后沿C2椎弓根走形逐漸深入到椎弓根。經(jīng)球形頭探針探查釘?shù)浪谋诩暗撞客暾?，?jīng)透視確認進針位置、方向、深度準確。用絲攻攻絲，選擇適當長度的螺釘擰入。再次透視確認C1～2處于復(fù)位狀態(tài)及螺釘位置、方向準確，安裝連接棒，固定。取右骼骨松質(zhì)顆粒骨20～25 g，植骨，逐層關(guān)閉手術(shù)切口。

2.2.2 經(jīng)后路樞椎或C2～3椎弓根螺釘枕頸植骨融合內(nèi)固定術(shù) 患者取俯臥位，將頭部置于頭架上適當牽引并使之稍屈曲。術(shù)區(qū)常規(guī)消毒鋪巾，取枕骨粗隆至C3縱行手術(shù)切口，依次切開皮膚、皮下組織、項韌帶，充分暴露枕骨粗隆、枕骨、寰椎后弓、C2、C3椎板及雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)外側(cè)。如經(jīng)顱骨牽引后仍有頸髓壓迫癥狀者，依據(jù)上述方法（寰樞融合術(shù)中已敘述），植入C2椎弓根螺釘。部分患者需要將融合內(nèi)固定延長至C3，依上述方法，植入C3椎弓根螺釘。枕骨板需根據(jù)枕骨曲度進行預(yù)彎，使之與枕骨面相緊密相適合。枕骨板最上螺釘植入顱骨近中線枕部隆凸下方，經(jīng)過枕骨板螺孔鉆孔直至穿透枕骨內(nèi)板，測深后擰入螺釘固定。其余2枚螺釘分別按枕骨板上的位置依次擰入并固定。預(yù)彎兩根連接固定棒，兩端分別連接于枕骨板和C2及/或C2～3椎弓根螺釘上。經(jīng)C型臂透視顯示寰樞椎復(fù)位、釘棒位置良好，進一步固定擰緊螺帽。取骼骨松質(zhì)骨20～25 g，用咬骨鉗制成細骨顆粒，去除后部部分皮質(zhì)骨，制成植骨床，生理鹽水反復(fù)沖洗傷口，做枕頸后部表面植骨。

2.2.3 前路松解復(fù)位后路枕頸植骨融合內(nèi)固定術(shù) 患者取仰臥位，于手術(shù)臺調(diào)至頭高腳低位，并保持顱骨持續(xù)牽引。術(shù)區(qū)常規(guī)消毒鋪巾。用下頜關(guān)節(jié)撐開器撐開口腔，充分顯露咽后壁。取咽后壁正中切口，用骨剝將咽縮肌及黏膜向兩側(cè)分開，暴露出寰椎前弓和樞椎體的前面，用撐開器將軟組織緩慢分開。將前縱韌帶沿寰椎前弓下緣切斷，再將頸長肌、頭長肌等肌肉橫斷，此時寰椎關(guān)節(jié)會部分復(fù)位。將雙側(cè)側(cè)塊關(guān)節(jié)囊切開，顯露出側(cè)塊關(guān)節(jié)腔，用刮匙刮除關(guān)節(jié)腔內(nèi)的粘連組織，并伸入關(guān)節(jié)腔內(nèi)用力向上撬拔寰椎側(cè)塊，使寰椎關(guān)節(jié)盡可能完全復(fù)位。經(jīng)C型臂透視機透視確認寰椎關(guān)節(jié)復(fù)位滿意后，以生理鹽水沖洗傷口，用可吸收線縫合咽后壁切口。持續(xù)顱骨牽引情況下，改為俯臥位，頸椎稍屈曲。再行后路枕頸植骨融合內(nèi)固定術(shù)（手術(shù)方法同上）。

2.3 術(shù)后處理 術(shù)后常規(guī)使用抗生素1 d，以預(yù)防感染。前路手術(shù)患者鼻飼飲食1周，2～4 d拔除引流管（引流量 < 50 mL?d-1）。術(shù)后3 d常規(guī)拍攝頸椎正側(cè)位及張口位X線片，觀察內(nèi)固定及植骨情況。如術(shù)中行脊髓減壓，可給予地塞米松靜滴3～5 d。頸托保護3個月，3～7 d后鼓勵患者下床活動。術(shù)后分別在3，6，12，24個月復(fù)查X線片，以了解內(nèi)固定、植骨融合及畸形矯正情況。

2.4 課題設(shè)計 回顧分析既往枕頸畸形患者臨床及相關(guān)存檔資料，包括臨床病歷資料、影像學檢查及隨訪資料等，統(tǒng)計比較手術(shù)時間、術(shù)中出血量、JOA評分表評分、術(shù)后改善率等，評價各種手術(shù)的臨床療效及其安全性，進而分析各種枕頸畸形的理想術(shù)式。

2.5 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 21.0軟件進行統(tǒng)計分析。計量資料以表示，兩組樣本均值比較采用獨立樣本t檢驗，多組樣本均值比較采用單因素ANOVA方差分析，多組間兩兩比較采用LSD法；計數(shù)資料采用χ2檢驗；并發(fā)癥比較采用秩和檢驗。檢驗水準α = 0.05。

3 結(jié) 果

3.1 一般結(jié)果 所有患者均獲得隨訪，隨訪時間13～72個月，平均（37.4±11.2）個月；所有患者術(shù)后均獲骨性融合，其中4例延遲愈合，1例因術(shù)后感染行二次手術(shù)。術(shù)后102例患者癥狀消失或基本消失，20例明顯改善，4例輕度改善，術(shù)中未發(fā)生頸動脈及脊髓損傷等情況。按照手術(shù)方式不同分為3組：寰樞融合組、枕頸融合組、前后路聯(lián)合組。3組手術(shù)時間依次為（169.02±10.24）min、（166.58±10.03）min、（201.33±13.46）min；術(shù)中出血量依次為（237.47±21.63）mL、（242.25±21.92）mL、（327.88±16.27）mL。見表2、圖2、圖3。

3.2 療效評價 患者術(shù)后JOA評分改善（8.6±1.4）分，改善率達83%。手術(shù)前后各組JOA評分比較，差異均有統(tǒng)計學意義（P < 0.05）。各組間平行比較，差異均無統(tǒng)計學意義（P > 0.05）；術(shù)后與末次隨訪比較，差異均無統(tǒng)計學意義（P > 0.05）。見表3。

3.3 術(shù)后并發(fā)癥 寰樞融合組2例患者術(shù)后3個月復(fù)查頸椎X線片示植骨塊明顯可見，給予消炎、促骨生長等藥物對癥治療，于術(shù)后8個月均達骨性愈合。

枕頸融合組術(shù)后1例患者發(fā)生切口局部脂肪液化，并持續(xù)滲出，給予對癥處理，并于術(shù)后15 d行傷口清創(chuàng)縫合術(shù)，定期換藥，4周后傷口愈合。1例患者在術(shù)后4個月復(fù)查示植骨延遲愈合，經(jīng)復(fù)查頸椎CT示所植自體髂骨被逐漸吸收，經(jīng)再次行后路枕頸植骨融合內(nèi)固定術(shù)，術(shù)后3個月獲骨性愈合。

前后路聯(lián)合組術(shù)中并發(fā)腦脊液漏1例，術(shù)中立即行硬脊膜縫合修補術(shù)，術(shù)后給予對癥處理，患者頭痛頭暈6 d后緩解，未發(fā)生顱內(nèi)感染等并發(fā)癥。2例患者術(shù)后10個月時因原切口被顱骨內(nèi)固定螺釘磨破而發(fā)生感染，再次入院經(jīng)對癥治療。感染控制后，取出內(nèi)固定并再次行后路枕頸植骨融合內(nèi)固定術(shù)，術(shù)后3個月獲骨性愈合。

3.4 頸椎旋轉(zhuǎn)功能喪失情況 術(shù)后3組患者頸椎旋轉(zhuǎn)功能均有所喪失，寰樞融合組、枕頸融合組、前后路聯(lián)合組在術(shù)后3個月隨訪時頸椎旋轉(zhuǎn)功能喪失情況依次為（62.02±6.84）%、（82.03±4.85）%、（66.75±13.64）%（圖中目測接近80%）。見圖4。

4 討 論

4.1 手術(shù)入路選擇 寰樞椎脫位是枕頸畸形最常見的合并癥，寰樞椎脫位導(dǎo)致上頸髓及延髓受壓和上頸椎不穩(wěn)，由于上頸椎對于壓迫容忍度較大，當出現(xiàn)臨床癥狀時，往往已失去保守治療機會，通常需行手術(shù)治療，常用的手術(shù)方式有寰樞椎融合及枕頸融合。通過融合上頸椎，達到穩(wěn)定上頸椎的目的。就其入路而言，臨床上常用的有以經(jīng)口咽入路和經(jīng)后側(cè)入路兩種術(shù)式為主，也有部分學者報道經(jīng)側(cè)方入路，但有局部解剖復(fù)雜、手術(shù)風險大、暴露困難等缺點，限制了該入路的應(yīng)用。后路入路容易顯露，術(shù)野較大，便于安置內(nèi)固定，在臨床應(yīng)用中以后路手術(shù)居多。前路手術(shù)主要采用經(jīng)口入路，用于松解粘連或者畸形的寰齒關(guān)節(jié)，手術(shù)視野深在，暴露困難，且術(shù)后一旦感染容易波及神經(jīng)中樞，十分兇險。本組126例均采用枕后入路，其中24例由于寰齒關(guān)節(jié)及側(cè)塊關(guān)節(jié)局部存在粘連或骨性連接等因素導(dǎo)致復(fù)位困難，需采取經(jīng)口松解，寰樞關(guān)節(jié)復(fù)位充分，術(shù)中采用碘伏原液浸泡，術(shù)后常規(guī)應(yīng)用抗生素等預(yù)防措施；但術(shù)后隨訪過程中依然發(fā)現(xiàn)有患者發(fā)生口腔相關(guān)感染。

4.2 上頸椎融合的選擇 由于枕頸畸形存在寰樞關(guān)節(jié)脫位并發(fā)癥或風險，進而導(dǎo)致延髓等生命中樞受壓，常需上頸椎融合，常用的經(jīng)典術(shù)式有：鋼絲固定+骨融合技術(shù)、Apofix椎板鉤技術(shù)、經(jīng)寰樞椎側(cè)塊關(guān)節(jié)螺釘內(nèi)固定技術(shù)（Mageal技術(shù)）、寰樞椎側(cè)塊釘板或釘棒技術(shù)和寰樞椎椎弓根螺釘內(nèi)固定技術(shù)等[3-7]。以上技術(shù)均可取得不同程度的治療效果，但也存在技術(shù)難度大、操作復(fù)雜、并發(fā)癥較多等不足。臨床上，無論寰樞融合還是枕頸融合均可喪失部分頸椎活動功能，尤其是旋轉(zhuǎn)功能[8-9]。從生物力學的角度來看，寰樞椎融合保留了寰枕關(guān)節(jié)的正常結(jié)構(gòu)和功能，患者頭頸部的屈伸功能得以保留，對頭頸部旋轉(zhuǎn)功能的限制也相對較小[10-11]，較符合生理結(jié)構(gòu)，故該術(shù)式更為有效合理。有學者研究發(fā)現(xiàn)，對于上頸椎不穩(wěn)采用后路短節(jié)段椎弓根螺釘系統(tǒng)固定具有很好的術(shù)后即時穩(wěn)定性[12-13]。盧旭華等[14]發(fā)現(xiàn)，寰樞椎椎弓根螺釘固定可以滿足上頸椎各個方向所需求的穩(wěn)定性。對于伴有寰樞椎脫位或半脫位的枕頸畸形患者來說，經(jīng)術(shù)前牽引可達到理想的復(fù)位效果；或頸術(shù)中頸前路松解后可復(fù)位者，均可行寰樞椎融合術(shù)。譚明生等[15]研究證實，伴有不可緩解的枕頸部疼痛、脊髓神經(jīng)根刺激及壓迫癥狀，以及寰齒關(guān)節(jié)間距 > 5 mm的寰樞椎脫位，均需行寰樞椎及枕頸融合。本組共有49例行寰樞融合，53例行枕頸融合，其中包括8例齒突畸形，20例寰樞椎半脫位，74例可復(fù)性寰樞椎脫位。其中5例患者因MRI示頸脊髓時間受壓迫較重而行后路椎管擴大減壓術(shù)。此102位患者術(shù)后均獲得滿意療效。

4.3 經(jīng)口入路的選擇 對于合并難復(fù)性寰椎脫位的枕頸畸形患者的治療，傳統(tǒng)的手術(shù)方法是經(jīng)口咽入路切除齒狀突或部分椎體，以達到脊髓減壓的目的；但這種手術(shù)方式存在相當高的危險性。Jain等[16]發(fā)現(xiàn)，74例手術(shù)患者中，術(shù)后即刻脊髓功能減退的就有17例，而且其中7例沒有得到恢復(fù)，在隨訪中，14.9%的患者癥狀加重。此手術(shù)的缺點主要在于：①不能達到理想的寰樞關(guān)節(jié)復(fù)位；②沒有對寰樞關(guān)節(jié)不穩(wěn)進行融合固定；③在脫位的前提下切除齒突操作不便，不易完全將其切除，且容易損傷硬膜和造成寰樞椎不穩(wěn)的后遺癥。為此筆者采用前路松解減壓使之復(fù)位，之后再做后路植骨融合。寰樞椎復(fù)位不僅可以解除頸髓壓迫，恢復(fù)其正常解剖結(jié)構(gòu)，而且便于后路手術(shù)的操作[17]。前路松解復(fù)位而不需要切除頂壓在硬膜上的骨質(zhì)，可以降低損傷硬膜的風險。由于經(jīng)口咽手術(shù)的切口屬Ⅱ類切口，易于感染；但本手術(shù)僅在椎管外操作，不涉及脊髓，所以術(shù)后感染很少波及脊髓，且咽后壁組織較薄，一旦感染形成膿腫，膿液較易從切口破溢達到引流之目的，亦不會造成脊髓壓迫。由于單純前路寰樞椎松解復(fù)位無法避免由于部分沒有被橫斷肌肉所造成的回縮力而導(dǎo)致復(fù)發(fā)的風險[18-20]，所以必須依靠椎弓根釘棒系統(tǒng)固定并使枕頸或寰樞椎融合，而傳統(tǒng)的鋼絲固定等技術(shù)無法達到此目的。近些年，對于外傷所造成的難復(fù)性寰樞椎脫位，經(jīng)口咽寰樞椎復(fù)位鋼板固定技術(shù)可以獲得滿意效果，此種術(shù)式不僅簡化了手術(shù)過程，而且顯著縮短了手術(shù)時間[21-23]；但能否應(yīng)用于枕頸畸形所合并的寰樞椎脫位尚待進一步的研究。

4.4 個體化手術(shù)的優(yōu)勢 枕頸畸形常合并多種畸形，任何一種術(shù)式均無法滿足治療的需求，臨床上常需個體化選擇手術(shù)方案。對于寰樞椎均滿足螺釘置釘要求者，應(yīng)優(yōu)先采用寰樞椎融合，以最大限度地暴露上頸椎的活動功能；因寰椎側(cè)塊或椎弓根存在畸形無法置釘者，則可采用枕頸融合，術(shù)后應(yīng)加強康復(fù)鍛煉，增加頸椎活動代償；寰齒關(guān)節(jié)存在阻礙寰樞關(guān)節(jié)復(fù)位因素者，常需經(jīng)口松解手術(shù)。本研究發(fā)現(xiàn)，在枕頸畸形的治療中；解決頸髓壓迫和重建上頸椎穩(wěn)定是治療成功的關(guān)鍵；而根據(jù)患者枕頸畸形的不同類型，選擇不同的手術(shù)入路和手術(shù)策略，在保證手術(shù)安全、有效的前提下，應(yīng)盡可能保留患者上頸椎的活動度和功能，方能達到臨床療效的最佳化。

5 參考文獻

[1] 王圣林，王超，Kirkham B，等.寰樞關(guān)節(jié)不穩(wěn)或脫位患者上頸椎曲度改變對下頸椎的影響[J].中國脊柱脊髓雜志，2009，19（7）：502-505.

[2] Goel A，Desai KI，Muzumdar DP.Atlantoaxial fixation using plate and screw method：a report of 160 treated patients[J].Neurosurgery，2002，51（6）：1351-1356.

[3] Wang C，Yan M，Zhou H，et al.Atlantoaxial transarticular screw fixation with morselizedautograft and without additional internal fixation：technical description and report of 57 cases[J].Spine，2007，32（6）：643-646.

[4] 王超，王圣林，閆明.借助于樞椎椎板釘重建寰樞關(guān)節(jié)穩(wěn)定的初步臨床報告[J].中華外科雜志，2008，46（20）：1557-1561.

[5] Wright NM.Posterior C2 fixation using bilateral，crossing C2 laminar screw：case series and technical note[J].J Spinal Disord Tech，2004，17（2）：158-162.

[6] Lapsiwala SB，Anderson PA，Oza A，et al.Biomechanical comparison of four C1 to C2 rigid fixative techniques：anterior transarticular，posterior transarticular，C1 to C2 pedicle，and C1 to C2 intralaminar screws[J].Neurosurgery，2006，58（3）：516-521.

[7] 郝定均，方向義，吳起寧，等.經(jīng)寰椎后弓上頸椎穩(wěn)定性重建的解剖學研究[J].中華骨科雜志，2011，31（4）：339-342.

[8] Sim HB，Lee JW，Park JT，et al.Biomechanical evaluations of various C1～2 posterior fixation techniques[J].Spine（Phila Pa 1976），2011，36（6）：E401-407.

[9] Ringel F，Reinke A，Stüer C，et al.Posterior C1～2 fusion with C1 lateral mass and C2 isthmic screws：accuracy of screw position，alignment and patient outcome[J].Acta Neurochir（Wien），2012，154（2）：305-312.

[10] Ruf M，Melcher R，Harms J.Transoral reduction and osteosynthesis C1 as a function-preserving option in the treatment of unstable Jefferson fractures[J].Spine（Phila Pa 1976），2004，29（7）：823-827.

[11] Bransford R，Chapman JR，Bellabarba C.Primary internal fixation of unilateral C1 lateral mass sagittal split fractures：a series of 3 cases[J].J Spinal Disord Tech，2011，24（3）：157-163.

[12] 尹東，劉斌，王巧民，等.寰樞椎不穩(wěn)后路椎弓根螺釘固定的三維有限元分析[J].中國臨床解剖學雜志，2008，26（5）：539-542.

[13] Zhang QH，Teo EC，Ng HW，et al.Finite element analysis of moment-rotation relationships for human cervical spine[J].J Biomeeh，2006，39（1）：189-193.

[14] 盧旭華，陳德玉，衰文，等.釘棒系統(tǒng)在寰樞椎骨折脫位中的應(yīng)用[J].中華創(chuàng)傷骨科雜志，2006，8（2）：189-190.

[15] 譚明生，張光鉑，李子榮，等.寰椎測量及其經(jīng)后弓側(cè)塊螺釘固定通道的研究[J].中國脊柱脊髓雜志，2002，12（l）：5-8.

[16] Jain VK，Behari S，Banerji D，et al.Transoral decompression for craniovertebral osseous anomalies：perioperative management dilemmas[J].Neurol India，1999，47（3）：188-195.

[17] 王超，閻明，周海濤，等.難復(fù)性寰樞關(guān)節(jié)脫位的手術(shù)治療[J].中華骨科雜志，2004，24（5）：290-294.

[18] 韓應(yīng)超，潘杰，王善金，等.上頸椎韌帶對寰樞椎穩(wěn)定性影響的生物力學研究[J].中華骨科雜志，2013，33（6）：628-634.

[19] Kakarla UK，Chang SW，Theodore N，et al.Atlas frac-tures[J].Neurosurgery，2010，66（3 Suppl）：60-67.

[20] Debernardi A，D'Aliberti G，Talamonti G，et al.The craniovertebral junction area and the role of the ligaments andmembranes[J].Neurosurgery，2011，68（2）：291-301.

[21] Yin QS，Ai FZ，Zhang K，et al.Transoralatlantoaxial reduction plate internal fixation for the treatment of irreducible atlantoaxialdislocation：a 2 to 4-year follow-up[J].Orthop Surg，2010，2（2）：149-155.

[22] Ai FZ，Yin QS，Xu DC，et al.Transoral atlantoaxial reduction plate internal fixation with transoral transpedicular or articular mass screw of C2 for the treatment of irreducible atlantoaxial dislocation：two case reports[J].Spine（Phila Pa 1976），2011，36（8）：E556-562.

篇2

關(guān)鍵詞：交換分布仿真；通信技術(shù)；標準；研究

分布交互仿真技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)通信工程中有著良好的應(yīng)用前景，而且對通信行業(yè)的發(fā)展有著促進作用，可以提高信息傳輸?shù)男剩€要保證信息傳輸?shù)陌踩?。分布交互仿真技術(shù)在軍事領(lǐng)域中發(fā)揮著較大的價值，可以提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男Ч?，但是這項技術(shù)的應(yīng)用時間比較不長，相關(guān)部門還沒有建立完善的管理制度，這不利于對分布交互仿真技術(shù)進行管理與優(yōu)化，限制了通信網(wǎng)絡(luò)行業(yè)的發(fā)展，而且制約了通信技術(shù)的提升。在研究分布交互仿真技術(shù)時，可以參考國外的先進經(jīng)驗，將其更好的應(yīng)用在軍事通訊中，從而提高我國的軍事力量。

1 分布交互仿真概述

分布式交互仿真是科技不斷發(fā)展的產(chǎn)物，其在社會各個領(lǐng)域中有著廣泛的使用，這項技術(shù)還需要借助計算機等設(shè)備，可以保證信息數(shù)據(jù)更快的傳輸，可以作為通訊工具，實現(xiàn)通信方式的多樣性發(fā)展。我國對分布交互仿真技術(shù)的研究比較晚，所以這項技術(shù)與國外先進水平有著較大差距，為了縮小差距，提高我國數(shù)據(jù)通信水平，研究人員需要對分布式交互仿真技術(shù)的特點以及應(yīng)用范圍進行更好的研究，這樣也有利于分布式交互仿真系統(tǒng)的推廣。

1.1 概念

分布交互仿真是一種綜合性仿真環(huán)境，它一般采用協(xié)調(diào)一致的結(jié)構(gòu)、標準和協(xié)議，通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將分散在各地的仿真設(shè)備進行互聯(lián)，其特點主要表現(xiàn)為分布性、交互性、異構(gòu)性、時空一致性和開放性。分布交互仿真技術(shù)主要解決兩個問題：一是使大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的仿真成為可能；二是降低仿真成本。

分布交互式仿真技術(shù)可以實時計算并生成一個反映實體對象變化的三維圖形環(huán)境。通過計算機等設(shè)備，實驗人員不僅可以“進入”這種虛擬環(huán)境（主要是視覺聽覺環(huán)境），直接觀察事物的內(nèi)在變化并與其發(fā)生相互作用，還能通過開放式的中斷處理來模擬各種隨機事件，給人一種“身臨其境”的真實感。

1.2 分布交互仿真的發(fā)展

在分布式交互仿真發(fā)展的早期階段，通訊層和應(yīng)用層是很難截然分開的。在應(yīng)用層，為了能將實體的數(shù)據(jù)傳給其它實體，每個仿真應(yīng)用都為自己所生成的實體定義了一個結(jié)構(gòu)或數(shù)據(jù)塊，其中包括了傳送實體信息所必要的數(shù)據(jù)定義。這樣的數(shù)據(jù)可稱之為“不規(guī)范的數(shù)據(jù)”?？梢哉f，這種數(shù)據(jù)定義方式完全滿足了實體間數(shù)據(jù)交換的需要，但缺點是每個實體的數(shù)據(jù)定義各不相同。每個仿真應(yīng)用中不但要有本地實體的數(shù)據(jù)定義，還要有其它節(jié)點的實體的數(shù)據(jù)定義，才能在接到一個數(shù)據(jù)包后按照正確的格式來理解它。當網(wǎng)絡(luò)中要增加一個新實體時，其它仿真應(yīng)用中都要增加這一實體的數(shù)據(jù)定義。

1.3 分布交互方針的特征

分布交互仿真最大的特征便是沒有中央服務(wù)器。分布交互仿真是嚴格的對等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在它里面所有數(shù)據(jù)傳送給所有仿真應(yīng)用，而數(shù)據(jù)的拒絕與接收依賴于接收者的需要。取消了中央服務(wù)器，分布交互仿真減少了由于一個仿真應(yīng)用向另一個仿真應(yīng)用傳送信息的時間延遲。時間延遲嚴重影響網(wǎng)絡(luò)仿真的實時性和有效性。舉例說明，當一仿真應(yīng)用向目標開火以后，被擊中的目標必須盡可能快知道將要發(fā)生的軍事行動，使其作出相應(yīng)的防衛(wèi)反應(yīng)，通訊設(shè)備的延遲引入可能導(dǎo)致對方力量的加強，戰(zhàn)場態(tài)勢的變化。

2 分布交互仿真中數(shù)據(jù)通信的研究

隨著信息技術(shù)為主的高新技術(shù)發(fā)展和廣泛應(yīng)用，計算機數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到前所未有的重視，它已成為分布交互仿真技術(shù)中的關(guān)鍵所在，這也是造成我國分布交互仿真技術(shù)與國外存在差距的主要原因之一。同時，由于我國沒有分布交互仿真技術(shù)規(guī)范和標準，這使得我國的分布交互仿真技術(shù)研究存在多樣、復(fù)雜以及多元化特征，因此就需要我們在工作中給予高度重視也探索。在目前的實時數(shù)據(jù)通信技術(shù)分析中，它主要包含了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性、及時性，數(shù)據(jù)發(fā)送的可行性、方便和快捷性，信息接收系統(tǒng)的智能性和自動化要求。

2.1 數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用現(xiàn)狀

經(jīng)過的一段時間的研究表明，分布交互仿真技術(shù)中實體的數(shù)量在不斷增多，仿真性能和仿真優(yōu)越性也發(fā)生了翻天覆地的變化，這就給接受領(lǐng)域的額工作人員大大的增加了負擔，使得整個管理實體數(shù)量發(fā)生了一個瓶頸。此外，在這種交互方式中，我們需要滿足人們在回路上存在的仿真需要，但是對事件驅(qū)動、時間驅(qū)動上存在的仿真問題則無需要給予過多的重視和分析。

2.2 實時數(shù)據(jù)通信協(xié)議分析

實施數(shù)據(jù)通信是基于網(wǎng)絡(luò)條件下的計算機數(shù)據(jù)分析，它在應(yīng)用的過程中是以網(wǎng)絡(luò)通信部分和實現(xiàn)基礎(chǔ)為標準的，它在應(yīng)用中需要解決的問題就是如何將信息從網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點快速、準確的傳遞給另外一個節(jié)點，這個過程中是一個快速、及時傳遞的過程，它和人與人之間的交流一樣，采用合理、簡單的語言進行溝通無疑要比復(fù)雜的語言快捷的多。因此，在通信協(xié)議的制定中，它是針對網(wǎng)絡(luò)通信為基礎(chǔ)開展的，協(xié)議利用是否合理、科學和科學將直接關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)通信的實現(xiàn)，也決定著網(wǎng)絡(luò)通信工作的開展。

在一個分布式交互仿真系統(tǒng)中，必須要以科學的通信標準進行控制。在目前的交互仿真系統(tǒng)中，常見的協(xié)議包含了TCP/IP協(xié)議，它在應(yīng)用中是以傳輸控制協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)訪問協(xié)議為核心，它已經(jīng)廣泛的被世界多個國家重視和認可。目前，HLA網(wǎng)關(guān)能轉(zhuǎn)化各種協(xié)議使用的PDU類型：實體狀態(tài)、開火、爆炸和碰撞，這些能夠支持DIS的仿真器。HLA網(wǎng)關(guān)預(yù)定是以聯(lián)邦對象模型（FOM）為依據(jù)的數(shù)據(jù)，它們放在設(shè)置文件中，且在運行時改變。另外RTI還提供詢問、刪除以及時間管理等服務(wù)。

結(jié)束語

分布式交互仿真技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用范圍，其可以在不同的條件下運行，在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中應(yīng)用分布式交互仿真系統(tǒng)，可以保證數(shù)據(jù)通信的質(zhì)量，也可以通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性以及安全性。當前社會，經(jīng)濟發(fā)展比較快，社會中各行各業(yè)都對通信技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用，對通信行業(yè)的服務(wù)水平有著較高的要求，相關(guān)技術(shù)人員需要對傳統(tǒng)的通信技術(shù)進行改進，還可以提供更多的通信方式，這樣才能滿足不同行業(yè)的需求，才能保證網(wǎng)絡(luò)通信發(fā)揮著更大的價值。

參考文獻

[1]烏云高娃.多線程技術(shù)在中的應(yīng)用[J].計算機工程與設(shè)計，2004（4）.

[2]蘇慶堂，馬長青，劉賢喜.基于C/S的多路實時數(shù)據(jù)通信的研究[J].計算機時代，2004（1）.

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關(guān)鍵詞 多媒體計算機輔助設(shè)計 土木工程 新進展

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A

隨著工業(yè)化的飛速發(fā)展，計算機已經(jīng)成為現(xiàn)實生活中不可或缺的重要元素，隨著計算機發(fā)展形成的多媒體計算機輔助設(shè)計是一門可以跨學科的新技術(shù)，而且在土木工程應(yīng)用中有著卓越的優(yōu)勢，所以已經(jīng)越來越多的被引入土木工程的各個領(lǐng)域。多媒體計算機輔助設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)土木工程師和計算機的實時交互，使得工程師在進行設(shè)計時能夠充分的發(fā)揮想象力，因此受到了廣泛的關(guān)注。

1多媒體計算機輔助技術(shù)在土木工程教學中的應(yīng)用

我們知道，在土木工程教學中，經(jīng)常需要對學生講解大量的工程問題以及施工技術(shù)，然而這些知識僅僅根據(jù)老師的口頭傳授根本對學生們的學習產(chǎn)生不了多么大的作用，上課效果一點也不令人滿意，有了多媒體計算機輔助設(shè)計之后可以將課堂上要使用的各種信息有效地組織在一起，老師們可以在課堂教學中適當?shù)囊胍恍┍容^形象的可視化的土木工程應(yīng)用成果，學生們也會比較感興趣，而且課堂上有什么不懂的也可以自己在計算機輔助設(shè)計軟件上再設(shè)計一次，從而加深對課堂的理解。多媒體計算機輔助技術(shù)能夠使得課堂上的土木工程設(shè)計成果更加可視化，還可以減少了老師上課講解的時間，這樣老師就有更多的時間對同學們進行切身的指導(dǎo)。學生們也能夠應(yīng)用計算機輔助設(shè)計軟件來提高自己的設(shè)計能力，對自身的潛力的挖掘起著十分重要的作用，因此被廣泛的的應(yīng)用在了土木工程教學中。

2多媒體算計輔助設(shè)計的各個衍生學科在土木工程領(lǐng)域的新進展

隨和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，各種應(yīng)用也如雨后春筍般的展示在人們面前，多媒體計算機輔助設(shè)計的出現(xiàn)對土木工程設(shè)計領(lǐng)域的進展有了巨大的推動作用。以下我們就針對計算機輔助設(shè)計的各個衍生學科在土木工程領(lǐng)域的的應(yīng)用進行詳細的介紹。

2.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用

作為多媒體計算機輔助設(shè)計的衍生學科，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也得到了十分廣泛的應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠把計算機的應(yīng)用提高到一個更嶄新的領(lǐng)域，它能夠使得計算機更加人性化，使得人們不需要在進行復(fù)雜的計算機操作就能夠得到想要的效果。在土木工程領(lǐng)域中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠切實的解決很多問題，在進行土木工程設(shè)計時可以為人們提供多維信息感知模型，可以使得設(shè)計方案更加生動形象，并且還能夠進行虛擬性能測試，能夠更好地向土木工程師展示設(shè)計的優(yōu)缺點，從而進行下一步的改善，使得設(shè)計更加滿足人們的需求。

2.2分布式多媒體協(xié)同技術(shù)在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用

分布式多媒體協(xié)同技術(shù)能夠使得多個用戶在同一個虛擬環(huán)境中進行各類交互式仿真，它可以完美的將各種多媒體信息整合在一起，而且可以實現(xiàn)實時的人機交互要求，能夠利用計算機實現(xiàn)多個工作任務(wù)同時完成，因此完全滿足了現(xiàn)代工程建設(shè)的需要。土木工程中的設(shè)計和建設(shè)工作需要實現(xiàn)實時的交互，需要進行多媒體新信息的整合，土木工程領(lǐng)域的在從需求到實現(xiàn)的工作中都對分布式多媒體協(xié)同設(shè)計有極大的需求。

2.3多媒體仿真技術(shù)在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用

信息處理技術(shù)和計算技術(shù)的發(fā)展使得多媒體仿真技術(shù)應(yīng)用而生。隨著計算機技術(shù)的日益成熟，多媒體仿真技術(shù)已經(jīng)越來越先進，已經(jīng)產(chǎn)生了功能強大的仿真軟件，這些仿真軟件的可靠性也越來越高，工程評估的能力也越來越強大，有的甚至可以實現(xiàn)實時的交互功能。土木工程設(shè)計工作是一項比較復(fù)雜的工程，需要對多種因素進行考慮，而且設(shè)計工序繁瑣，各個工序之間關(guān)系也比較復(fù)雜，如果有一部分沒有設(shè)計好將可能導(dǎo)致整個工程的失敗。如果在進行設(shè)計時如果采用多媒體仿真技術(shù)可不但可以輕松實現(xiàn)各個功能的設(shè)計，還能夠進行實時的仿真，然后根據(jù)仿真的結(jié)果再進行進一步的修改，從而使得設(shè)計更加完美，更加具有保障性。如果將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在多媒體仿真技術(shù)中，在實現(xiàn)仿真模型的建立和實驗?zāi)M中我們還可以更加形象的看到可視化的設(shè)計效果，能夠使得土木工程設(shè)計工作更加輕松便捷，因此在土木工程中應(yīng)用的十分廣泛。

多媒體計算機輔助技術(shù)主要以交互方法完成土木工程的設(shè)計工作，并且各種衍生軟件還能夠?qū)崿F(xiàn)圖形的編輯、修改、存儲、顯示，而且具備比較完善的機械標準件參數(shù)化圖庫供人們使用，所以得到了廣泛的歡迎。

3結(jié)語

多媒體計算機輔助設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)土木工程學科教學的有效化，并且各個衍生學科的發(fā)展都使得土木工程設(shè)計更加完美，更加具有保障性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)使得土木工程設(shè)計更加可視化，分布式多媒體協(xié)同技術(shù)能夠更進一步的滿足土木工程設(shè)計的從需求到實現(xiàn)的工作的高效性，多媒體仿真技術(shù)輕松實現(xiàn)各個功能的實時仿真?？傊嗝襟w計算機輔助技術(shù)的出現(xiàn)能夠促使土木工程領(lǐng)域有更多的新進展。

參考文獻

[1] 吳煒煜，任愛珠.多媒體計算機輔助技術(shù)在土木工程領(lǐng)域的新進展[J].土木工程學報，2000，01：11-12.

[2] 任愛珠.土木工程計算機技術(shù)新進展及研究熱點[J].土木工程學報，2011，06：53-59.

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【關(guān)鍵詞】半實物仿真 飛行控制 實時性 MATLAB/simulink

1 引言

仿真技術(shù)綜合了當代科學技術(shù)中多種現(xiàn)代化專業(yè)手段，在科學技術(shù)領(lǐng)域起到了極其重要的作用。半實物仿真技術(shù)是所有仿真技術(shù)中仿真置信度很高的一類，它的應(yīng)用不僅局限于理論研究，更多被工程設(shè)計、開發(fā)測試使用，從早期的航空、航天逐步擴展到今天的軍事、電子、通信、交通、艦船等多種行業(yè)。計算機技術(shù)的快速發(fā)展使得半實物仿真的核心――實時仿真計算機的運算能力得到極大提升，從傳統(tǒng)的純數(shù)字仿真逐步向人在環(huán)半實物仿真領(lǐng)域擴展。

傳統(tǒng)物理試驗或飛行試驗驗證直觀、真實，但是費時費力，且驗證不充分，一旦失敗則會造成較大的經(jīng)濟損失，甚至發(fā)生嚴重的事故。純數(shù)字仿真簡單易懂，但難以模擬試驗件的復(fù)雜特性，仿真精度不高。半實物仿真結(jié)合了實物試驗和數(shù)字仿真的優(yōu)點，將系統(tǒng)中的部分實物引入到計算機仿真系統(tǒng)中，既可以在實驗室條件下對試驗件進行各種狀態(tài)下的測試驗證，又可以保證試驗測試的可靠性和安全性。國內(nèi)外的飛機或飛機部件的供應(yīng)商在飛機的研發(fā)測試中大都應(yīng)用了半實物仿真技術(shù)。

本文旨在淺述通用的飛行控制系統(tǒng)半實物仿真平臺設(shè)計思路，為以后試驗設(shè)計提供基礎(chǔ)。

2 系統(tǒng)設(shè)計

本文飛行控制系統(tǒng)半實物仿真平臺采用一體化設(shè)計，是基于MATLAB/simulink飛行仿真模型的實時仿真系統(tǒng)。飛行控制系統(tǒng)半實物仿真平臺的基本架構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)可分為5個子系統(tǒng)：

（1） 實時仿真系統(tǒng)：為系統(tǒng)的主體部分，完成實時仿真和信號轉(zhuǎn)換功能，包括仿真主計算機（上位機）、實時仿真計算機（下位機）、信號轉(zhuǎn)化換算機、信號調(diào)理機箱、接線盒及附件（包括工作臺、機柜、電源、電纜等）。主要進行飛機模型實時解算，信號實時轉(zhuǎn)換及傳遞。

（2） 綜合控制臺：由仿真測試計算機和仿真測試控制軟件組成，完成實時仿真過程中數(shù)據(jù)顯示、曲線繪制和數(shù)據(jù)管理等功能，一般放置在近試驗人員的測控間，方便試驗人員實時分析及監(jiān)控數(shù)據(jù)。

（3） 模擬座艙及儀表系統(tǒng)：是仿真中用戶和系統(tǒng)進行交互的設(shè)備，使系統(tǒng)支持人在回路的飛行仿真試驗，駕駛員可通過駕駛盤（桿）、腳蹬、油門等對飛機進行操縱控制，并通過虛擬儀表顯示，對飛機的參數(shù)進行監(jiān)控。

（4） 實時網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)：為系統(tǒng)的通訊設(shè)備，包括以太網(wǎng)和反射內(nèi)存網(wǎng)兩種網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)中對實時性要求不高的部分采用以太網(wǎng)傳輸；實時性要求較高的部分采用光纖反射內(nèi)存網(wǎng)通訊。

（5） 簡易視景系統(tǒng)：模擬飛機座艙外的景象，給座艙內(nèi)的駕駛員以足夠的視場角的景象顯示。簡易視景系統(tǒng)一般由圖形生成子系統(tǒng)、投影子系統(tǒng)、音響子系統(tǒng)組成，能接收來自實時仿真計算機傳遞的飛行數(shù)據(jù)，并進行3D顯示。

2.1 實時仿真系統(tǒng)。實時仿真系統(tǒng)為整個半物理仿真平臺的主體部分。本系統(tǒng)構(gòu)建引入分布式布局思想，設(shè)計一對多的分布式模式。采用RTW-xPC作為實時仿真的框架。在半物理仿真系統(tǒng)中，飛機無法以物理部件的形式出現(xiàn)，為保證實時性飛機模型需要運行在實時仿真目標機上。飛控系統(tǒng)中其他部件的實現(xiàn)方式均有物理和數(shù)字兩種方式。當缺少該部件時可借助實時操作系統(tǒng)保證部件模型仿真的實時性，將運行該代碼的仿真目標計算機代替真實部件在半物理仿真系統(tǒng)中的位置。物理信號和數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換以及物理部件在系統(tǒng)中的接口均通過信號轉(zhuǎn)化計算機實現(xiàn)。

飛行仿真模型是實時仿真系統(tǒng)的核心。在仿真主計算機的MATLAB/simulink環(huán)境下完成飛控系統(tǒng)離線和實時仿真模型的搭建，并運行在實時仿真計算機內(nèi)。模型所模擬的部件要與真實物理部件的參數(shù)一致，是對物理部件的分析、抽象而建立，是真實系統(tǒng)的近似模型。在Matlab/Simulink環(huán)境下搭建模型，運用了模塊化的設(shè)計思想，便于今后對模型的修改和完善，提高系統(tǒng)的通用性。

2.2 模擬座艙及儀表系統(tǒng)。模擬座艙及儀表系統(tǒng)是半物理仿真平臺中的人機交互設(shè)備。模擬座艙采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬生成飛機在空中的飛行環(huán)境條件，使仿真人員具有身臨其境的“真實”感覺。儀表系統(tǒng)從實時網(wǎng)絡(luò)上接收實時仿真計算機發(fā)送來的飛機位置、姿態(tài)等信息，向駕駛員反饋飛機的實時操縱狀態(tài)和飛機飛行狀態(tài)，另一方面采樣駕駛盤（桿）、腳蹬、油門的輸出信號。當駕駛員操縱時，反映設(shè)備狀態(tài)的模擬量輸出就發(fā)生改變，模擬信號經(jīng)過采樣濾波處理后，輸出給實時網(wǎng)絡(luò)。

虛擬儀表軟件開發(fā)平臺主要采用GL Studio，它可以創(chuàng)建實時的、三維的、照片級的互動圖形界面。GL Studio生成的C++和Open GL源代碼可以單獨運行，也可以嵌入其他視景軟件中使用，且能夠方便的被其他目標優(yōu)化平臺使用。

2.3 簡易視景系統(tǒng)。簡易視景系統(tǒng)一般由視景計算機、投影系統(tǒng)、音響系統(tǒng)和視景管理軟件組成。由專門的視景軟件配合硬件在視景柱幕上生成3D景象。音響系統(tǒng)一般包括音響計算機、功放等，模擬飛機飛行中的各種聲音，包括那飛機起飛著陸及正常飛行的氣流聲、發(fā)動機聲、起落架收放聲等。

3 結(jié)論

本文提供了一種通用且實時可靠的飛行控制系統(tǒng)半物理仿真平臺設(shè)計手段。平臺采用一體化設(shè)計原則，可以在線調(diào)參、實時查看試驗及飛行效果，極大地提高了試驗效率。

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關(guān)鍵詞：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；工作原理；網(wǎng)絡(luò)通信；多線程

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)16-21246-04

Design of Communication Based on Winsock in the DIS hardwareCin-the-loopSimulation Training System of Container Crane

SONG Tie-cheng,XU Kai-yu,LIANG Gang

(Dept. of Communication and Information System Shanghai Maritime university, Shanghai 200135,China)

Abstract: This paper analyses the requirements of DIS hardwareCin-the-loop Simulation training system of container crane. And a method is proposed to achieve high speed communication base on Winsock in the data interaction. The principal of this design and some important functions used in this application are introduced in this paper. Practice has proved that technology of asynchronous socket based on message and multithreads is a good way to achieve high-speed communication in DIS hardwareCin-the-loop Simulation training system of container crane.

Key words: System construction;Operation principle; Communication; Multithreads

1 引言

集裝箱起重機分布式交互半實物仿真駕駛訓練系統(tǒng)是在已經(jīng)研制成功的集裝箱起重機半實物仿真駕駛訓練系統(tǒng)[1]的基礎(chǔ)上，根據(jù)港航企業(yè)綜合訓練的需要和港口碼頭起重機裝卸作業(yè)實際要求，基于分布式仿真技術(shù)，改進現(xiàn)有單機仿真訓練器，研制開發(fā)多數(shù)量多類型起重機的協(xié)同交互式綜合訓練器。增加產(chǎn)品的技術(shù)附加值，滿足港航企業(yè)對協(xié)同培訓的發(fā)展要求，提高產(chǎn)品的國際競爭力的需求進行研發(fā)的。

該仿真系統(tǒng)是基于DIS ( Distributed Interactive System)協(xié)議，結(jié)合起重機操作及操作監(jiān)控的特點而進行研發(fā)的起重機操作的仿真系統(tǒng)。它構(gòu)造了一個虛擬的起重機操作環(huán)境，以滿足對學員進行訓練的要求。整個仿真系統(tǒng)具有對由不同類型的多臺起重機和一個教員平臺構(gòu)成，各仿真器結(jié)點分別模擬各種不同的實際裝備。仿真過程開始后，各仿真器結(jié)點之間需要通過網(wǎng)絡(luò)傳送大量的實時信息，以協(xié)調(diào)和控制各仿真結(jié)點程序的運行。因此，各仿真結(jié)點之間網(wǎng)絡(luò)的通信是集裝箱起重機分布式交互半實物仿真駕駛訓練系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。

網(wǎng)絡(luò)通信有很多種實現(xiàn)方法，其中Winsock是一套開放的、支持多種協(xié)議的Windows環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)編程接口。在實際的應(yīng)用中，它已經(jīng)成為Windows網(wǎng)絡(luò)編程事實上的標準。根據(jù)集裝箱起重機分布式交互半實物仿真駕駛訓練系統(tǒng)的特點，采用了UDP協(xié)議，應(yīng)用套接字和多線程技術(shù)來滿足該系統(tǒng)中各仿真結(jié)點信息傳遞的實時、高效、交叉、對等性的要求[2]。

2 系統(tǒng)功能

整個系統(tǒng)分為學員系統(tǒng)（圖1）、教員臺控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)模塊組成[3]。

當學員在駕駛室操作臺進行操作時，相應(yīng)信號經(jīng)過PLC及信號采集系統(tǒng)轉(zhuǎn)換后把信息送入計算機，計算機根據(jù)接受到的數(shù)據(jù)，運行相應(yīng)的動力學模型，把計算結(jié)果輸入視景系統(tǒng)，控制圖形輸出，實時反映出仿真圖象。通過加入視點，實現(xiàn)多視點切換。圖2為該視景系統(tǒng)的一個畫面。

圖1 學員系統(tǒng)工作原理 圖2仿真駕駛訓練系統(tǒng)部分視景畫面

教員臺控制系統(tǒng)包括教員臺主機、視景監(jiān)視屏、駕駛室操作監(jiān)視器以及相關(guān)的輸入輸出設(shè)備，其核心是用VC++6.0編制的教員臺控制系統(tǒng)程序。該系統(tǒng)可以完成以下主要功能：系統(tǒng)自檢、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、操作訓練科目和難度設(shè)定、操作訓練環(huán)境條件設(shè)定、系統(tǒng)控制及仿真過程監(jiān)視、故障設(shè)置、仿真過程的記錄和重演、自動評分和操作錯誤分析等等。

網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)交換機、專用和通用以太網(wǎng)卡、網(wǎng)絡(luò)線、視頻分配器等配以相應(yīng)的TCP/IP通訊協(xié)議組成。該系統(tǒng)將負責駕駛室系統(tǒng)、PLC邏輯控制系統(tǒng)和教員臺系統(tǒng)之間各種數(shù)據(jù)信號、視頻信號的傳送。

由于仿真訓練系統(tǒng)在實際應(yīng)用中，需要同時對多臺不同類型起重機的操作及場景進行模擬，這就要求系統(tǒng)具備優(yōu)異的兼容性、擴展性和計算能力。通過各仿真平臺間的通信，實現(xiàn)系統(tǒng)的分布式，提高系統(tǒng)的性能。圖3為仿真駕駛系統(tǒng)通信示意圖。

圖3 仿真駕駛系統(tǒng)通信示意圖

3 系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)通信的實現(xiàn)

3.1 集裝箱起重機DIS的通信特點

半實物仿真駕駛訓練系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊主要是通過網(wǎng)絡(luò)交換機來完成的。該結(jié)構(gòu)負責將各駕駛室操作臺的經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的操作信號和PLC產(chǎn)生的數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)交換機傳遞給教員控制系統(tǒng)、學員系統(tǒng)，以運行數(shù)學模型模塊和進行圖形驅(qū)動；將教員控制系統(tǒng)的命令和設(shè)定的參數(shù)傳送給學員系統(tǒng)；教員控制系統(tǒng)通過切換接收學員系統(tǒng)傳送的數(shù)據(jù)監(jiān)控學員操作；學員系統(tǒng)也可以通過選擇接收其他學員的操作數(shù)據(jù)察看操作情況；將吊具或集裝箱的運動軌跡數(shù)據(jù)回傳給教員臺記錄下來，以便重演。系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 集裝箱裝卸橋半實物仿真駕駛訓練系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)圖

基于半分布式交互仿真系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信特點，在教員控制系統(tǒng)與學員系統(tǒng)間的通信采用了流式套接字。操作臺與學員系統(tǒng)，及學員系統(tǒng)間采用了數(shù)據(jù)報套接字。

3.2 主要使用函數(shù)[5-6]

3.2.1 套接字建立函數(shù)

SOCKET WSASocket(int af,int type,int protocol,LPWSAPROTOCOL_INFO lpProtocolInfo,GROUP g, DWORD dwFlags);

對于UDP協(xié)議，應(yīng)寫為:

SOCKET m_sSend，m_recv;

m_sSend = WSASocket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0,NULL,0,0);

m_recv = WSASocket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0,NULL,0,0);

3.2.2 套接字綁定函數(shù)

int bind ( SOCKET s，const struct sockaddr* addr, int namelen)

需要注意兩點：

(1)IP地址的填寫。由于要使用的是廣播通信方式，地址應(yīng)設(shè)為INADDR_ ANY；

(2)端口號的分配。為兩套接字指定特定端口，指定范圍在1024一65536，可任意指定。端口號從一個16位無符號數(shù)(u_short類型數(shù))主機字節(jié)順序轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序，需要使用htons( )函數(shù)。

SOCKADDR_IN addrSock;

addrSock.sin_addr.S_un.S_addr =htonl(INADDR_ANY);

addrSock.sin_family = AF_INET;

addrSock.sin_port = htons(8000);

if(SOCKET_ERROR == bind(m_sSend,(SOCKADDR*)&addrSock,sizeof(SOCKADDR)))

{

AfxMessageBox("綁定失??！");

}

SOCKADDR_IN addrSock;

addrSock.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY);

addrSock.sin_family = AF_INET;

addrSock.sin_port =htons(7000);

if(SOCKET_ERROR==bind(m_recvt,(SOCKADDR*)&addrSock,sizeof(SOCKADDR)))

{

AfxMessageBox("綁定失?。?);

}

3.2.3數(shù)據(jù)發(fā)送與接收函數(shù)

int WSASendTo(SOCKET s ,LPWSABUF lpBuffers, DWORD dwBufferCount, LPDWORD lpNumberOfBytesSent, DWORD dwFlags,const struct sockaddr Far*lpTo, int iToLen, LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped,LPWSAOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionRoutine);

int WSARecvFrom(SOCKET s ,LPWSABUF lpBuffers, DWORD dwBufferCount, LPDWORD lpNumberOfBytesSent, DWORD dwFlags,const struct sockaddr Far*lpTo,int iToLen, LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped,LPWSAOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionRoutine);

需要注意的是，由于各仿真結(jié)點信息、傳遞的交叉性，要求發(fā)送函數(shù)具有發(fā)送廣一播數(shù)據(jù)的能力。對接收函數(shù)沒有特殊要求。

3.2.4設(shè)置套接字為非阻塞處理方式

在網(wǎng)絡(luò)通信中，由于網(wǎng)絡(luò)擁擠或其它原因，阻塞可能隨時出現(xiàn)。Winsock對可能產(chǎn)生阻塞的函數(shù)提供了阻塞和非阻塞兩種處理方式。在阻塞方式下，收發(fā)數(shù)據(jù)的函數(shù)在被調(diào)用后一直要到傳送完畢或者出錯才能返回；對于非阻塞方式，函數(shù)被調(diào)用后立即返回，當傳送完畢后，由Winsock給程序發(fā)送一個事先約定好的消息。

在默認狀態(tài)下，Socket以阻塞方式工作。由于系統(tǒng)對實時性要求較高，因此要求Socket以非阻塞方式工作。為了實現(xiàn)非阻塞通信，Winsock提供異步選擇函數(shù)WSAAsynSelect ( )、套接字I/0控制函數(shù)ioctlsocket( )、事件選擇函數(shù)WSAEventSelect()等幾種方法。

根據(jù)實際需要，系統(tǒng)采用了基于消息的異步套接字，實現(xiàn)非阻塞通信。

int WSAAsyncSelect(SOCKET s,HWND hWnd, unsigned int wMsg,long lEvent)

該函數(shù)為指定的套接字請求基于Windows消息的網(wǎng)絡(luò)事件通知，并自動將該套接字設(shè)置為非阻塞模式。

注冊事件并定義消息響應(yīng)函數(shù)：

ON_MESSAGE(UM_SOCK,OnSock)

afx_msg long OnSock(WPARAM wParam, LPARAM lParam);

HWND hwnd =AfxGetMainWnd()-> GetSafeHwnd();

if(SOCKET_ERROR==WSAAsyncSelect(m_socket,hwnd,UM_SOCK,FD_READ))

{

AfxMessageBox("注冊網(wǎng)絡(luò)事件失敗！");

}

4建立多線程機制[6]

4.1 建立多線程

在系統(tǒng)中，系統(tǒng)使用了兩個套接字。一個套接字用于數(shù)據(jù)接收，另一個用于數(shù)據(jù)發(fā)送。基于集裝箱起重機分布式交互半實物仿真駕駛訓練系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信特點，該系統(tǒng)專門啟動一個工作線程來監(jiān)視數(shù)據(jù)的接收情況，以滿足該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信的實時性和高效性，同時也提高了通信的可靠性。而在主線程中則根據(jù)需要使用另一個套接字來發(fā)送數(shù)據(jù)。

4.2 保持線程間的同步

在多線程處理時，線程之間經(jīng)常會同時訪問一些資源數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致資源操作上的沖突。在集裝箱起重機分布式交互半實物仿真駕駛訓練系統(tǒng)中，工作線程不斷接收數(shù)據(jù)并寫人數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，而主線程也要從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)進行處理。顯然，兩線程都要訪問同一數(shù)據(jù)區(qū)，為了避免訪問沖突，必須進行必要的沖突控制。

進行沖突控制，通常采用通過設(shè)置互斥體對象、通過設(shè)置信號燈、通過設(shè)置事件對象和通過設(shè)置臨界區(qū)等方法，這里只討論設(shè)置事件方法。首先，調(diào)用函數(shù)CreateEvent創(chuàng)建事件對象:HANDLE CreateEvent ( );然后，在線程訪問共享資源之前調(diào)用WaiteForSingle0bject，共享資源訪問完畢后，調(diào)用SetEvent（）將事件對象重新設(shè)置為有信號狀態(tài)。

下面一段代碼顯示了創(chuàng)建接收數(shù)據(jù)工作線程和在工作線程中保持線程同步的程序片斷：

HANDLE g_hEvent;

g_hEvent = CreateEvent(NULL,TRUE,FALSE,NULL);

if( g_hEvent ==NULL)

{//事件創(chuàng)建失敗!;

}

DWORDThreadld;

HANDLE ThreadHandle=CreateThread(NULL,0, receiver , this , 0 , &ThreadId );

if(!ThreadHandle)

{

AfxMessageBox(“創(chuàng)建失敗！”);

}

DWORD WINAPI receiver(LPVOID lpParameter)

{ …

WaitForSingleObject(g_hEvent,INFINITE);

…//訪問共享數(shù)據(jù)區(qū)

SetEvent(g_hEvent);

…

}

5 結(jié)束語

實踐證明，基于消息的異步套接字和多線程技術(shù)是一種較好地實現(xiàn)集裝箱起重機分布式交互半實物仿真駕駛訓練系統(tǒng)高速網(wǎng)絡(luò)通信的方法。目前，我們已經(jīng)成功地應(yīng)用該方法實現(xiàn)了仿真駕駛訓練系統(tǒng)的高速網(wǎng)絡(luò)通信，為該系統(tǒng)的研制成功奠定了堅實的基礎(chǔ)。文章所討論的基本內(nèi)容，對其它分布式交互仿真系統(tǒng)也具有一定的參考價值。

參考文獻：

[1] 蔡志剛.集裝箱裝卸橋仿真系統(tǒng)[J].計算機輔助工程,2007(02):65-67.

[2] 李志強,胡輝良.Winsock在坦克分布式交互仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子計算機,2002,2(154):51-54.

[3] 李劍,梁崗,王重華.集裝箱裝卸橋仿真訓練系統(tǒng)通信功能的實現(xiàn)[J].上海海運學院學報, 2002(03):58-61.

[4] 張煜,張新艷.仿真技術(shù)在港口集裝箱裝卸作業(yè)中的應(yīng)用[J].武漢交通科技大學學報,2000,12(6):680-683.

[5] 曹衍龍,劉海英.Visual C++網(wǎng)絡(luò)編成實用案例精選[M].北京:人民郵電出版社,2006:21-37.

篇6

關(guān)鍵詞 編程；軟件；matlab；仿真技術(shù)；測控系統(tǒng)

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1671―7597（2013）031-092-01

現(xiàn)在全世界范圍內(nèi)都在大力發(fā)展工業(yè)、服務(wù)業(yè)、航天航空及計算機產(chǎn)業(yè)，這些產(chǎn)業(yè)和領(lǐng)域也在不斷的發(fā)展和壯大，但是檢測和控制也就顯得越來越困難，需要有更加先進的測控系統(tǒng)和測控系統(tǒng)設(shè)計。測控系統(tǒng)的設(shè)計通常是一個模擬和仿真的過程，通過電子計算機技術(shù)及軟件編程，提供一個模擬和仿真測控系統(tǒng)工作的平臺。20世紀80年代以來，我國測控系統(tǒng)設(shè)計開始走上正軌，并且不斷學習和吸收國外先進的測控技術(shù)，但是隨著電子技術(shù)和數(shù)字信息技術(shù)的發(fā)展以前的測控系統(tǒng)逐漸不能夠適應(yīng)時代的需求。在測控系統(tǒng)設(shè)計過程中需要不斷的對系統(tǒng)工作過程進行仿真模擬，不斷的進行各種參數(shù)的修改和運算，以前測控系統(tǒng)模擬和仿真技術(shù)不能夠很好的適應(yīng)設(shè)計需求，所以需要有更加先進的仿真平臺。

1 matlab及matlab仿真技術(shù)

Matlab是一個起源于美國的數(shù)學軟件，它能夠完成各種復(fù)雜的運算，還能夠用于數(shù)據(jù)的開發(fā)、數(shù)據(jù)的可視化、數(shù)據(jù)分析等，這款軟件一經(jīng)開發(fā)就迅速被人們所關(guān)注并且投入使用，尤其是在測控系統(tǒng)中。Matlab有兩個重要部分所組成即，matlab與Simulink，其中matlab主要用于數(shù)據(jù)的運算和開發(fā)等方面，它的原理和基礎(chǔ)是矩陣，用矩陣解決各種復(fù)雜的數(shù)學計算問題，matlab要比C語言和fortran簡單和快捷的多，并且吸收了C、C++、JAVA等軟件的優(yōu)點，更為普及。Simulink則為模型建造、數(shù)據(jù)分析和仿真提供一個環(huán)境，Simulink不需要進行許多步驟的書寫，使用非常簡單和快捷，而且仿真細節(jié)到位，能夠模仿真實的情況，現(xiàn)在許都領(lǐng)域已經(jīng)用Simulink軟件進行系統(tǒng)仿真和模擬。

matlab仿真技術(shù)是基于matlab與Simulink的仿真技術(shù)，它能夠通過對復(fù)雜數(shù)據(jù)的運算、處理和分析，對模擬對象的工作和工作環(huán)境進行仿真，這種技術(shù)能夠非常精致的模擬每一個細節(jié)。matlab仿真技術(shù)操作簡單、工作效率高，除了有同類別軟件一些功能（運算符號），還有矩陣和向量運算方法進行數(shù)據(jù)處理和分析。matlab仿真技術(shù)的可視化功能也是非常強大的，在仿真過程中還能夠?qū)D像進行處理，進行動畫制作等高級指令。matlab仿真技術(shù)的可操作性也非常強，它軟件的數(shù)據(jù)源是可以根據(jù)用戶自身需要而改變的，對源文件進行替換和修改，在仿真過程中能夠更加靈活和便捷。

2 matlab仿真技術(shù)在測控系統(tǒng)中的應(yīng)用

測控系統(tǒng)可以是單一的檢測系統(tǒng)或者是控制系統(tǒng)，但是一般情況下檢測與控制是相互聯(lián)系，緊密不分的兩部分，文章所指的測控系統(tǒng)包括檢測與控制兩方面。測控系統(tǒng)自產(chǎn)生以來大致有集中測控系統(tǒng)、DCS測控系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)分布式測控系統(tǒng)，無論每一種測控系統(tǒng)，都是為了適應(yīng)時代的需求而產(chǎn)生與完善的，測控系統(tǒng)在設(shè)計過程中需要不斷的對各種參數(shù)和設(shè)備進行調(diào)控和更改，這就需要對測控系統(tǒng)進行模擬運轉(zhuǎn)和仿真。

現(xiàn)在的測控系統(tǒng)工作量較大，而且運算復(fù)雜、困難，在設(shè)計和投入使用前期需要有嚴格的仿真過程，在計算機技術(shù)和軟件編程技術(shù)快速發(fā)展的今天，仿真技術(shù)也在不斷的創(chuàng)新和突破。matlab仿真技術(shù)就是用matlab軟件對測控系統(tǒng)的運作進行建模，對其現(xiàn)實中的工作進行仿真，把各方面的數(shù)據(jù)和設(shè)備調(diào)配到最佳的工作狀態(tài)，使整個測控系統(tǒng)的工作效率達到最高，然后系統(tǒng)才能夠投入使用。

matlab仿真技術(shù)能夠通過Simulink預(yù)定義庫模塊即，建造測控系統(tǒng)的庫模塊，然后通過交互式的圖形編輯器組合和管理較為直觀的模塊視圖，再通過軟件的一些功能進行代碼和程序的生成，就能夠達到模型建立的效果。在Simulink測控系統(tǒng)仿真模型庫中整個測控系統(tǒng)仿真的流程是：信號的產(chǎn)生與輸出、編碼、解碼、調(diào)試、解調(diào)，而且可以通過仿真模式對整個測控系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)進行仿真。在matlab仿真技術(shù)中能夠使測控系統(tǒng)在虛擬的工作環(huán)境中運轉(zhuǎn)，并且能夠?qū)ο到y(tǒng)各項數(shù)據(jù)和配置進行無限次的修改，直到滿足測控要求之后。matlab仿真技術(shù)是基于matlab與Simulink的，通過一些代碼和數(shù)據(jù)的處理、運算，發(fā)出一定的指令進行建模，而且它的可視性非常強，能夠很直觀的進行仿真過程，為測控系統(tǒng)的設(shè)計打下堅實的基礎(chǔ)。

matlab仿真技術(shù)在測控系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠為測控系統(tǒng)的設(shè)計提供較為真實的模型和運作環(huán)境，并且不斷的進行各種數(shù)據(jù)的調(diào)控，為測控系統(tǒng)投入使用高效運作提供依據(jù)。

3 結(jié)束語

測控系統(tǒng)的發(fā)展從簡單到復(fù)雜，從低效到高效已經(jīng)有了一定的發(fā)展歷史和基礎(chǔ)，matlab仿真技術(shù)在測控系統(tǒng)中的應(yīng)用更加豐富了仿真系統(tǒng)的設(shè)計方案。matlab仿真技術(shù)能夠為測控系統(tǒng)提供一定的依據(jù)，在matlab仿真系統(tǒng)的輔助下，測控系統(tǒng)能夠進行不斷的優(yōu)化和創(chuàng)新，使其能夠更加實用復(fù)雜的工作和工作環(huán)境。

參考文獻

[1]張德豐，楊文茵.matlab仿真技術(shù)與應(yīng)用[M].清華大學出版社，2012.

[2]孫傳友.測控系統(tǒng)原理與設(shè)計（第2版）[M].北京航空航天大學出版社，2007.

[3]鐘麟，王峰.MATLAB仿真技術(shù)與應(yīng)用教程[M].國防工業(yè)出版社，2004.

篇7

【關(guān)鍵詞】EDA仿真 SMT虛擬教學 教學改革 云計算

1 引言

EDA（Electronic Design Automation）是指以計算機為工作平臺，融合應(yīng)用電子技術(shù)、計算機技術(shù)、智能化技術(shù)最新成果而研制成功的電子CAD通用軟件包。主要能輔助進行三方面的設(shè)計工作，既IC設(shè)計、電子電路設(shè)計和PCB設(shè)計。EDA技術(shù)經(jīng)過了三個階段的發(fā)展。從70年代的（CAD）階段和80年代的（CAE）階段，到90年代的電子系統(tǒng)設(shè)計自動化（EDA）階段。EDA技術(shù)代表了當今電子設(shè)計技術(shù)的最新發(fā)展方向。它不僅為電子技術(shù)設(shè)計人員提供了“自頂向下”的設(shè)計理念，同時也為教學提供了一個極為便捷的、科學的實驗教學平臺。電工電子類專業(yè)課程中的電工基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)都可以通過EDA仿真軟件，進行電路圖的繪制、設(shè)計、仿真試驗和分析。應(yīng)該說將EDA仿真軟件應(yīng)用到電工、電子類專業(yè)的教學中是一種教學手段的創(chuàng)新，也是提高教學質(zhì)量的優(yōu)選方法。

以下主要討論EDA在SMT虛擬教學中的應(yīng)用。

2 SMT貼片工藝虛擬仿真教學

SMT貼片工藝是我國大中專院校電子組裝技術(shù)必修的一門課程，是電子組裝技術(shù)與設(shè)備專業(yè)的一門職業(yè)技術(shù)課程，一門核心技術(shù)課程，是本專業(yè)學生畢業(yè)后直接任職SMT生產(chǎn)（工藝）技術(shù)員崗位，從事電子產(chǎn)品生產(chǎn)制造（SMT）工作的主要支撐課程。通過本課程的學習，使學生具備高新電子制造企業(yè)高技術(shù)崗位。而由于我國多數(shù)學校在實驗設(shè)施上不能滿足學生學習條件，使得SMT貼片工藝虛擬仿真教學得到了快速的發(fā)展。虛擬仿真教學也可以對社會上沒有電子組裝技術(shù)的人去學習SMT貼片技術(shù)帶來了可能性。

隨著國內(nèi)電子行業(yè)的快速發(fā)展， 我國己成為世界電子產(chǎn)品制造大國，而表面貼裝技術(shù)（SMT） 在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)中占據(jù)十分重要的位置。SMT是將表面元器件貼裝到PCB上，通過波峰焊或回流焊加熱而使PCB與元器件之間實現(xiàn)機械和電子連接的過程，作為電氣互聯(lián)技術(shù)的主要組成部分和主體技術(shù)， 已成為現(xiàn)代電氣互聯(lián)技術(shù)的主流，被譽為“電子組裝技術(shù)的第三次革命”。因此，讓學生了解SMT的生產(chǎn)過程和生產(chǎn)工藝就顯得特別重要。

傳統(tǒng)的物理實驗教學，在時間、空間和實驗條件等方面會受到限制，缺乏一定的靈活性，不利于物理實驗教學的實施與開展。隨著計算機仿真技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，一種基于Web技術(shù)、VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建的開放式網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實驗教學系統(tǒng)產(chǎn)生――虛擬實驗室。虛擬實驗室作為推動教育模式進化的一種有效方法，逐漸成為近幾年來國內(nèi)外實驗教學和遠程教學研究和應(yīng)用的熱點。虛擬實驗室不僅可以克服傳統(tǒng)實驗教學人力、物力、財力投入大的問題，更為遠程實驗教學的實施提供了條件和技術(shù)支持，也為遠程教育的質(zhì)量提供了有力的保障。

貼片機是SMT生產(chǎn)線中的關(guān)鍵設(shè)備，主要完成元器件的貼裝功能。貼片機的貼裝精度及穩(wěn)定性將直接影響到所加工電路板的品質(zhì)及性能，它對整個生產(chǎn)線的產(chǎn)品精度，生產(chǎn)效率，實際產(chǎn)量和生產(chǎn)能力起決定性的作用。而我國的SMT設(shè)備研制水平非常落后，尤其是貼片機方面與國外上的差距正在不斷擴大，因此本文將深入研究貼片機制造工藝過程的虛擬仿真技術(shù)，加深學生對貼片機知識的認識和理解，為學生獨立自主地進行學習與實踐創(chuàng)造良好的條件。

3 EDA虛擬仿真技術(shù)在SMT貼片工藝虛擬仿真教學中的應(yīng)用

3.1 虛擬環(huán)境下PCB文件BOM表和坐標文件的導(dǎo)出

貼片機是用來實現(xiàn)高速、高精度地貼放元器件的設(shè)備。貼片機編程是指通過按規(guī)定的格式或語法編寫一系列的工作指令，讓貼片機按預(yù)定的工作方式進行貼片工作，但前提是需要知道所加工的PCB文件里的BOM表和坐標文件。Protel99se是一種簡單易學的畫圖軟件，通過該軟件，學生可以快速了解貼片機的編程過程所需PCB文件的BOM表和坐標文件。在Protel99se中PCB板的工藝圖片和導(dǎo)出的BOM表信息如圖1所示。

3.2 PCB貼片機的三維實體模型建模

貼片機的三維實體模型構(gòu)建研究主要構(gòu)建貼片機的機架、PCB傳輸機構(gòu)、貼裝運動系統(tǒng)和供料槽。主要通過反復(fù)的查閱貼片機的相關(guān)資料，對貼片機的分類、架構(gòu)和工作原理進行了解，在三維軟件建模的過程中（如PRO/E軟件），根據(jù)模塊間組合裝配的程度進行反復(fù)修正。三維實體模型建模各組件模塊的功能組合分析如圖2所示。

3.3 PCB貼片運動過程虛擬仿真設(shè)計

貼片機貼片運動過程虛擬以建立的模型為依托，根據(jù)貼片機運動的原理進行仿真參考設(shè)計。即以貼片機的實際生產(chǎn)為前提，以功能模塊為仿真對象，在整個仿真過程建立一條主線，把握好部分與整體的協(xié)調(diào)運動來進行貼片機的供料系統(tǒng)運動模擬、傳輸機構(gòu)運動模擬和貼裝運動模擬。在整個仿真設(shè)計的過程中，需要不斷根據(jù)零部件的運動配合和裝配約束等問題對模型的運動進行反復(fù)測試，并發(fā)現(xiàn)其中存在的不合理性，和不斷調(diào)整運動仿真的順序，以增強各部分模塊間的裝配和運動配合，讓仿真更接近真實的實驗。貼片機的運動形式如圖3所示。

4 虛擬化技術(shù)在云計算中的應(yīng)用

云計算的特征體現(xiàn)在虛擬化、分布式和動態(tài)可擴展。虛擬化， 是云計算最主要的特點。每一個應(yīng)用部署的環(huán)境和物理平臺是沒有關(guān)系的， 通過虛擬平臺進行管理、擴展、遷移、備份， 種種操作都通過虛擬化層次完成； 動態(tài)可擴展是指通過動態(tài)擴展虛擬化的層次， 進而達到對以上應(yīng)用進行擴展的目的； 分布式是指計算所使用的物理節(jié)點是分布的。從云計算的最重要的虛擬化特點來看， 大部分軟件和硬件已經(jīng)對虛擬化有一定支持， 可以把各種 IT 資源、軟件、硬件、操作系統(tǒng)和存儲網(wǎng)絡(luò)等要素都進行虛擬化， 放在云計算平臺中統(tǒng)一管理。虛擬化技術(shù)打破了物理結(jié)構(gòu)之間的壁壘， 代表著把物理資源轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嬁晒芾碣Y源的必然趨勢。在未來， 所有的資源都透明地運行在各種物理平臺上， 資源的管理都將按邏輯方式進行， 完全實現(xiàn)資源的自動化分配， 而虛擬化技術(shù)則是實現(xiàn)這一理想的唯一工具。針對云計算， 虛擬化技術(shù)的融合和應(yīng)用應(yīng)面向高級虛擬主機、應(yīng)用和資源， 以及虛擬化存儲等方面。

同樣的，SMT虛擬仿真教學也可以運用到云計算中去，可以把創(chuàng)建好的虛擬教學視頻通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆贫?，那么，無論學校硬件設(shè)施如何，老師們都可以通過云端下載網(wǎng)絡(luò)視頻，進行視頻教學，這樣就避免了由于學校硬件設(shè)施而不能開課的問題，這也是現(xiàn)代教學改革的一種體現(xiàn)方式，更有利于我國教育良好的發(fā)展。

5 結(jié)束語

本文通過對EDA仿真技術(shù)的分析，提出了EDA仿真技術(shù)在SMT虛擬教學中的應(yīng)用；此技術(shù)不僅可以用在硬件設(shè)施不足的院校，更為成人學習帶來了可能性，通過用理論學習和虛擬教學相結(jié)合的思想構(gòu)建了一種以體驗式學習為指導(dǎo)的貼片機制造工藝虛擬仿真實驗；提出用三維實體建模軟件完成貼片機的機架、PCB傳輸機構(gòu)、貼裝運動系統(tǒng)和供料槽的模型創(chuàng)建的思想；最后討論了虛擬仿真在云計算中的應(yīng)用，為教學等提供了更有利的方案。

參考文獻

[1]周洪波.云計算技術(shù)、應(yīng)用、標準和商業(yè)模式[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[2]周志近.波峰焊工藝及常見問題分析[J].現(xiàn)代顯示，2009，02：61-63.

[3]楊良軍，匡銳. 回流焊的工藝特點及研究[J].科技廣場，2011，01：191-193.

[4]李娟娟.物理虛擬仿真實驗系統(tǒng)的設(shè)計研究[D].揚州大學，2012.

[5]黃慕雄.高校教學型虛擬實驗室建設(shè)的現(xiàn)狀與建議[J].電化教育研究，2005，09：77-80.

[6]楊帆.SMT貼片機的運動控制研究[D].西南交通大學，2006.

[7]李春泉.SMT產(chǎn)品制造網(wǎng)格若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D].上海大學，2007.

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關(guān)鍵詞：雷達電子對抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)；集成技術(shù)；反射內(nèi)存網(wǎng)；信息技術(shù)

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）02-0074-02

為了完善現(xiàn)代作戰(zhàn)體系，滿足作戰(zhàn)訓練系統(tǒng)的實際需求，應(yīng)加強各種仿真技術(shù)的合理使用，實現(xiàn)雷達電子對抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)構(gòu)建，使得仿真系統(tǒng)集成技術(shù)可以滿足全要素、高逼真度的模擬需求，為作戰(zhàn)理論的豐富及體系的完善提供可靠的參考依據(jù)。因此，需要加強對雷達電子對抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)功能特性的深入理解，靈活運用各種集成技術(shù)優(yōu)化系統(tǒng)的服務(wù)功能，保持系統(tǒng)在現(xiàn)代作戰(zhàn)體系及作戰(zhàn)模擬訓練中的應(yīng)用良好性。因此，需要深入研究雷達電子對抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)的集成技術(shù)，擴大該仿真系統(tǒng)的實際應(yīng)用范圍。

1 雷達對抗的基本原理及方法

1.1 雷達對抗的基本原理

所謂的雷達是指通過運用測定目標對電磁波反射現(xiàn)象來找出目標位置的設(shè)備。雷達的工作過程為：雷達發(fā)射機安按照合理的方式像空中領(lǐng)域發(fā)射一定強度的電磁波，當電磁波遇到障礙物時將會散射，雷達接收機將會接收到經(jīng)過調(diào)制后的反射回波，通過信號處理方式得出被測目標的相關(guān)信息。雷達對抗的基本原理是：性能可靠的雷達對抗設(shè)備通過偵察的方式接收到目標雷達發(fā)出的電磁信號，進而對這些電磁信號進行全面地分析與處理，獲得目標雷_的各個參數(shù)，結(jié)合雷達信號處理專業(yè)知識，獲取目標雷達的各種狀態(tài)信息，最終將分析結(jié)果及時地傳送給干擾機及相關(guān)設(shè)備的過程。雷達對抗的基本條件有[1]：（1）像空間領(lǐng)域發(fā)送電磁信號；（2）接收機在一定的時間內(nèi)接收到強度高的電磁信號；（3）目標雷達的各個參數(shù)、狀態(tài)信息處于雷達對抗設(shè)備能夠處理的范圍內(nèi)。

1.2 雷達對抗的基本方法

結(jié)合雷達對抗的基本原理及條件，可以選擇不同的雷達對抗方法，實現(xiàn)對目標雷達參數(shù)與狀態(tài)信息的采集、處理。雷達對抗的基本方法主要包括[2]：（1）采取有效的措施及時地破壞目標雷達探測電磁波傳播路徑；（2）將產(chǎn)生的各種干擾信號發(fā)送到雷達接收即中，擾亂雷達對目標信號的實時檢測，降低其獲取信息的準確率；（3）減少目標雷達的截面積，確保其狀態(tài)信息及參數(shù)收集的可靠性。

2 反射內(nèi)存數(shù)據(jù)通信原理分析

作為一種可靠的實時網(wǎng)絡(luò)，反射內(nèi)存網(wǎng)的合理運用，可以快速地確定與分享各種實時數(shù)據(jù)，滿足雷達對抗設(shè)備的實際需求。反射內(nèi)存網(wǎng)的主要特點有：具有良好的傳輸確定性，可預(yù)測性能強；軟硬件平臺適用3范圍廣、傳輸糾錯能力強；可以滿足中斷信號的實際需求。

反射內(nèi)存網(wǎng)正常工作時內(nèi)部的反射內(nèi)存板卡對各種傳輸介質(zhì)有著較強的依賴性，可以使反射卡的各個節(jié)點之間能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)共享及數(shù)據(jù)拷貝。在多種總線的支持下，可以確定反射內(nèi)存板所占有的內(nèi)存地址，確保計算機向反射內(nèi)存板輸入數(shù)據(jù)時數(shù)據(jù)能夠在相同內(nèi)存地址的作用下存儲到指定的位置，在滿足安全訪問條件的前提下其它的計算機在可以隨時訪問這些數(shù)據(jù)，優(yōu)化反射內(nèi)存版讀寫方式。同時，由于反射內(nèi)存網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸依賴于硬件，不需要考慮各種通信協(xié)議，通過軟件代碼編寫方式能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)讀、寫，滿足了實時系統(tǒng)快速反應(yīng)周期的多樣化需求[3]。與此同時，反射內(nèi)存光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)置中采用了先進特殊的技術(shù)，確保了分布實時系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，保持了分布?jié)點間數(shù)據(jù)通訊的良好性。因此，為了達到信息傳送中斷的實際需求，應(yīng)注重反射內(nèi)存光纖網(wǎng)絡(luò)的合理使用。

3 雷達對抗系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)

現(xiàn)代建模與仿真技術(shù)主要是指以相似的原理、模型理論、系統(tǒng)技術(shù)及建模與仿真應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)的技術(shù)為基礎(chǔ)，通過對計算機網(wǎng)絡(luò)、專業(yè)仿真設(shè)備的合理使用，構(gòu)建出已有的或者設(shè)想過的系統(tǒng)，進而進行分析、評估、維護等方面的綜合性技術(shù)。

雷達對抗系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)的主要特征有：（1）動態(tài)性。可以對事物的動態(tài)過程進行描述，實現(xiàn)連續(xù)事件與離散事件的有效分析；（2）分布性、系統(tǒng)性及實時性。復(fù)雜的仿真系統(tǒng)是由多個分布式計算機共同組成的；建模與仿真可視為一個完整的系統(tǒng)，是由多種關(guān)系共同組成的；仿真系統(tǒng)構(gòu)建時需要充分考慮實時性需求，并將時間管理理念融入到系統(tǒng)構(gòu)建中；（3）交互性、一致性及可行性。仿真系統(tǒng)構(gòu)建中包含了多個模型，不同的信息之間交互性強；一個完整的仿真系統(tǒng)中包含了多個視圖、幀速率、模型與數(shù)據(jù)，但需要保持這些組成部分的一致性；建模與仿真得到的結(jié)果是可信的，需要滿足使用者的實際需求。

在構(gòu)建可靠的雷達電子對抗異構(gòu)系統(tǒng)過程中，需要注重建模與仿真技術(shù)體系的不斷完善。該體系主要包括建模技術(shù)、建模與仿真支撐系統(tǒng)的各種技術(shù)、仿真應(yīng)用技術(shù)。像數(shù)據(jù)可視化建模技術(shù)、多視圖建模技術(shù)、模糊識別、連續(xù)系統(tǒng)建模技術(shù)等，可以為建模與仿真技術(shù)體系的不斷健全提供可靠地保障[4]。同時，需要加強對武器裝備仿真、作戰(zhàn)仿真組成的軍用仿真的深入分析，注重戰(zhàn)役仿真、戰(zhàn)術(shù)仿真、技術(shù)仿真、訓練仿真等不同軍用仿真技術(shù)的合理運用，擴大電子戰(zhàn)建模技術(shù)的實際應(yīng)用范圍。

4 基于反射內(nèi)網(wǎng)橋接的雷達電子對抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)集成架構(gòu)技術(shù)要點分析

該仿真系統(tǒng)集成技術(shù)使用中的異構(gòu)性具體表現(xiàn)在：（1）參考模型方面的異構(gòu)。通過對不同集成技術(shù)及仿真系統(tǒng)實際作用的分析，可以結(jié)合不同顆粒度的建模方式實現(xiàn)建模分析；（2）仿真實現(xiàn)方式異構(gòu)。通過對計算機模擬及其它模擬方式的適應(yīng)，有利于實現(xiàn)聯(lián)合試驗仿真系統(tǒng)構(gòu)建；（3）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面的異構(gòu)，結(jié)合不同仿真試驗對象的實際需求，應(yīng)注重RTI以太網(wǎng)及系統(tǒng)時鐘實時網(wǎng)絡(luò)的合理運用，優(yōu)化仿真系統(tǒng)通信機制，優(yōu)化雷達對抗性能?；诜瓷鋬?nèi)網(wǎng)構(gòu)成的雷達電子對抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)集成架構(gòu)技術(shù)要點具體表現(xiàn)在以下方面：

4.1 基于反射內(nèi)存網(wǎng)異構(gòu)橋接的相關(guān)機制

構(gòu)建可靠的雷達電子對抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)，需要充分考慮作戰(zhàn)效能層面的實時模擬及射頻信號方面的實物模擬。作戰(zhàn)效能層面的實時模擬有利于計算機仿真分系統(tǒng)，需要集合TCP/IP協(xié)議及RTI以太網(wǎng)通信體制的作用，構(gòu)建出可靠的點對點通信模式，滿足逼真度強、超實時仿真實驗需求；視頻信號層面的實物模擬仿真分系統(tǒng)依賴性系統(tǒng)時鐘與射頻電纜相結(jié)合的聯(lián)結(jié)方式，增強了仿真系統(tǒng)模擬的實時性。體現(xiàn)了仿真系統(tǒng)模擬分析中的復(fù)雜性。

在可靠的系統(tǒng)集成技術(shù)支持下，雷達電子對抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)構(gòu)建中需要充分地考慮模擬實時性、模擬粗粒度滿足模擬細粒度等原則的要求，制定出完善的系統(tǒng)集成方案，并將系統(tǒng)開發(fā)成本控制在合理的范圍內(nèi)，促使半實物仿真分系統(tǒng)支持下異構(gòu)仿真系統(tǒng)信息與運行方控制之間可以實現(xiàn)實時交互，保持不同體制下仿真方式的互通性，確保各種仿真方式的良好操作性。

4.2 基于反射內(nèi)存網(wǎng)異構(gòu)仿真系統(tǒng)集成架構(gòu)技術(shù)要點

確定反射內(nèi)存網(wǎng)橋接的具置，有利于實現(xiàn)雷達電子對抗異構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)等不同異構(gòu)形式的銜接，增強仿真系統(tǒng)內(nèi)部各構(gòu)件之間的互聯(lián)互通性。同時，設(shè)置好的每個橋接席位都需要安裝反射內(nèi)存卡，并在光纖交換機及相關(guān)傳輸介質(zhì)的作用下形成具有良好拓撲結(jié)構(gòu)的放射內(nèi)存網(wǎng)。通過對基于反射內(nèi)存卡應(yīng)用軟件的合理使用，有利于實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)所有數(shù)據(jù)的讀寫交互，確保@些數(shù)據(jù)能夠在最短的時間內(nèi)被處理，保持數(shù)據(jù)與時間的同步性[5]。

在處理時鐘數(shù)據(jù)的過程中主要依賴于半實物橋接席位，促使雷達能夠?qū)z測到的目標信息及時地寫入發(fā)射內(nèi)存卡，并在反射內(nèi)存網(wǎng)的支持下使得其它的橋接席位能夠?qū)崟r地讀取系統(tǒng)數(shù)據(jù)。在雷達電子對抗異構(gòu)仿真控制系統(tǒng)運行過程中，通過對反射內(nèi)存網(wǎng)原理的利用，可以對時鐘信息進行實時的讀取，提高不同節(jié)點時間推進過程中節(jié)拍信息獲取效率，并在信息處理機制作用下優(yōu)化雷達搜索目標、跟蹤航跡數(shù)據(jù)工作性能。

4.3 雷達電子對抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)運行的不同方式

為了使雷達電子對抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)能夠處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)，需要在選擇集成技術(shù)的過程中充分考慮系統(tǒng)運行的不同方式。系統(tǒng)的仿真設(shè)計階段、試驗運行階段、綜合效能評估階段中各類仿真工具軟件的合理使用，可以為系統(tǒng)運行方式的有效選擇提供必要的參考依據(jù)[6]。雷達電子對抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)運行的不同方式主要包括：（1）時間受限方式；（2）時間控制方式；（3）時間控制與時間受限相結(jié)合方式；（4）時間控制與時間不受限方式。通過這些不同運行方式的合理使用，可以為雷達電子對抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)運行效率的提高及服務(wù)范圍的擴大提供可靠地保障，促使效能仿真系統(tǒng)作用下的所有數(shù)據(jù)信息能夠高效傳遞，實現(xiàn)對目標物的實時追蹤與鎖定。

5 結(jié)語

綜上所述，這些不同的集成技術(shù)在現(xiàn)代雷達電子對抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)運行中起著重要的保障作用，最大限度地滿足了現(xiàn)代戰(zhàn)爭戰(zhàn)略計劃制定與實施的實際需求。因此，需要結(jié)合當前部隊深化改革及國防事業(yè)快速發(fā)展的要求，健全軍隊指揮管理體系，增強作戰(zhàn)訓練計劃制定合理性，提高雷達電子對抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，在各種集成技術(shù)的作用下保持電子戰(zhàn)場作戰(zhàn)水平的了良好性，為部隊電子對抗能力的全面提高打下堅實的基礎(chǔ)。與此同時，需要在雷達電子對抗異構(gòu)仿真系統(tǒng)集成技術(shù)優(yōu)化中注重信息技術(shù)及計算機系統(tǒng)的合理使用，保持這些集成技術(shù)的先進性，充分地發(fā)揮出這種仿真系統(tǒng)在未來電子戰(zhàn)場的各種優(yōu)勢，促使我國軍隊整體作戰(zhàn)水平能夠始終保持在更高的層面上。

參考文獻

[1]吉峰.雷達電子干擾信號建模與仿真設(shè)計研究[D].大連理工大學，2013.

[2]朱峰.對有源電子掃描陣（AESA）綜合射頻系統(tǒng)的干擾技術(shù)研究[D].江蘇科技大學，2014.

[3]彭春光.基于語義交互和動態(tài)重構(gòu)的兵棋推演系統(tǒng)概念框架及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D].國防科學技術(shù)大學，2010.

[4]彭勇.作戰(zhàn)仿真模型體系分析及其模型設(shè)計與實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].國防科學技術(shù)大學，2011.

篇9

1.學生校外實習困難重重

企業(yè)走向市場，更加注重生產(chǎn)效益、技術(shù)保密和生產(chǎn)安全，學校難以建立長期穩(wěn)定、專業(yè)對口的校外實習基地。企業(yè)對學生下廠實習的態(tài)度從積極到應(yīng)付，進而變?yōu)橄麡O，各種限制條件很多，實習往往變成了參觀。筆者學院與兗礦魯南化肥廠一直保持著密切的校企合作關(guān)系，化工專業(yè)學生在完成氨合成、尿素等專業(yè)課程的學習后，在該廠進行為期1個月的生產(chǎn)實習。但1999年以后，由于企業(yè)政策的變化，生產(chǎn)實習開始變得困難，學生的實踐技能培養(yǎng)遭遇了尷尬。

2.增加實訓工位，提高動手能力的要求

學生校外實習變得困難重重，于是實習只能依托校內(nèi)實習基地。但由于經(jīng)費不足，各實訓室所能提供的實習工位嚴重不足，遠遠不能滿足實訓教學的要求。理論學習與實踐操作嚴重脫節(jié)，使學生的職業(yè)技能和職業(yè)綜合素質(zhì)的培養(yǎng)不到位，特別是在講授有關(guān)工藝流程，裝置開、停車和事故處理相關(guān)內(nèi)容時，學生厭學，教師難教，教學質(zhì)量出現(xiàn)了滑坡。

1990年，北京化工大學仿真中心在國內(nèi)首先提出并倡導(dǎo)采用全數(shù)字仿真技術(shù)解決本科生的工程實踐教學問題。2005年，筆者學院開始把仿真訓練軟件引入生產(chǎn)實習教學環(huán)節(jié)，這一系統(tǒng)投資小、運行和維護費用較低，能夠兼容多種典型的化工流程，具有工業(yè)級規(guī)模精準的靜態(tài)與動態(tài)特性，因此在有效滿足實習工位的前提下，很好地滿足了實訓教學的要求。

3.企業(yè)自動化控制技術(shù)發(fā)展的必然要求

化學工業(yè)是國民經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)，大型化工基地遍布全國。隨著我國改革開放和現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展，化工企業(yè)的規(guī)模迅速擴大，大量先進的生產(chǎn)裝置被投入生產(chǎn)，這些新投產(chǎn)的裝置具有很高的自動化和信息化水平。目前，國內(nèi)外大中型化工生產(chǎn)裝置普遍采用DCS(分布式控制系統(tǒng))，以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的集中顯示和分散控制。2009年，國家安全監(jiān)管總局也下發(fā)文件將涉及危險化工工藝的化工企業(yè)作為自動化控制改造的重點?？梢灶A(yù)見，自動化控制是今后一段時期化工裝置控制技術(shù)發(fā)展的方向。

4.節(jié)能降耗、減少開支的需要

仿真培訓系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，為我國化工職業(yè)技術(shù)訓練開辟了一條新的途徑。它在保障安全生產(chǎn)、降低操作成本、節(jié)能、節(jié)省原料、保障人身安全、保護生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮了越來越大的作用。

5.企業(yè)技能鑒定和員工培訓的必然要求

近年來，越來越多的企業(yè)將仿真系統(tǒng)應(yīng)用于初級工、中級工和高級工的技能等級鑒定。如，中國石化的四個高級技師基地將仿真系統(tǒng)用于技師培訓與考核；在山東省職業(yè)技能鑒定中心下發(fā)的《高級化工總控工操作技能考核準備通知單》中，要求把化工單元操作仿真軟件或化工單元操作訓練裝置作為實操考核內(nèi)容項目。

仿真系統(tǒng)已經(jīng)成為企業(yè)員工培訓不可或缺的手段。目前，石化企業(yè)已經(jīng)全面應(yīng)用仿真系統(tǒng)，新建或改造裝置操作技能培訓、在崗人員技能提升培訓、系統(tǒng)操作員的技能培訓、新入廠操作人員與技術(shù)人員的操作技能培訓。

二、化工仿真軟件涵蓋的培訓內(nèi)容

目前，國內(nèi)大中專職業(yè)院校普遍采用北京東方仿真控制技術(shù)有限公司開發(fā)的教學培訓軟件。筆者學院化工仿真培訓的主要內(nèi)容包括單元操作仿真和工段級仿真兩個層面，單元操作培訓使用北京東方仿真控制技術(shù)有限公司的CSTS2007版本，基本涵蓋了所有常用化工操作單元，見表1。

工段級仿真（五套）：甲醇合成工段、常減壓煉油、丙烯酸甲酯、空氣分離、乙醛氧化制醋酸，涉及煤化工和石油化工等相關(guān)領(lǐng)域。

三、化工仿真培訓的不足

當然，再好的仿真軟件也代替不了實際生產(chǎn)，因此，有條件的學校還是應(yīng)該購置實驗實訓設(shè)備，結(jié)合仿真軟件開展教學，效果會更好。正版仿真軟件價格不菲，而國外職業(yè)教育實習仿真軟件雖發(fā)展較快，但由于涉及知識產(chǎn)權(quán)和軟件漢化等制約因素，引入國內(nèi)還需時日。同時，仿真技術(shù)并非十全十美，其不足主要體現(xiàn)為以下幾個方面。

一是軟件的開發(fā)需要采集化工裝置的各項工藝參數(shù)建立數(shù)學模型，但因為各種影響因素相互制約，實際生產(chǎn)時的工藝條件變化比仿真模擬時要復(fù)雜得多。二是程序開發(fā)有漏洞，違反操作規(guī)程的程序設(shè)計時有發(fā)生。三是一機（計算機）一位（工位），在裝置開、停車過程中，操作者既擔任內(nèi)操角色，又擔任外操角色，無法訓練兩個角色間的團隊配合及協(xié)調(diào)行動。四是軟件無法模擬現(xiàn)場裝置的實際動手操作，也就是培訓中還需要培養(yǎng)操作人員對現(xiàn)場裝置的幾何空間概念的把握，以及對操作設(shè)備與部件的操作力度、動態(tài)時機的把握。

四、仿真技術(shù)的發(fā)展展望

1.3D仿真軟件的研制開發(fā)

3D仿真軟件具有化工工藝仿真、場景展示、設(shè)備展示、系統(tǒng)展示、結(jié)構(gòu)展示、功能特性展示、參數(shù)展示、工作原理展示等傳統(tǒng)2D仿真軟件所不具備的功能。通過3D仿真模擬，學生可體驗真實化工工藝系統(tǒng)的所有功能（開采和生產(chǎn)過程、操作、控制、性能、安裝、維護等）。軟件人機界面友好，功能齊全，流程簡明，更易于學習、掌握。

北京東方仿真控制技術(shù)有限公司已經(jīng)開始了3D仿真軟件的研制開發(fā)，并取得了初步成功，目前正處于測試和推廣應(yīng)用階段。相信在不久的將來，3D仿真軟件會逐步取代傳統(tǒng)2D仿真軟件。

2.全流程級半實物仿真工廠的建立

隨著我國煤化工和石油化工的快速發(fā)展，裝置不斷大型化、復(fù)雜化，自動化水平普遍提高，這對職業(yè)技術(shù)培訓提出了更高的要求。為提高技術(shù)培訓的成效，在仿真培訓硬件設(shè)施上，需要建立典型的、有代表性的、有較強適應(yīng)性的流程級、規(guī)?；瘜嵱栄b置，特別是要求仿真培訓系統(tǒng)不但能夠模擬控制室內(nèi)的計算機控制系統(tǒng)（DCS）的操作，還應(yīng)當模擬現(xiàn)場裝置的實際動手操作，也就是要培養(yǎng)操作人員對現(xiàn)場裝置的幾何空間概念的把握和對操作設(shè)備與部件的操作力度、動態(tài)時機的把握，其中還必須包括控制室操作人員與現(xiàn)場操作人員的團隊配合及協(xié)調(diào)。這些訓練內(nèi)容對于實際生產(chǎn)中復(fù)雜系統(tǒng)的開停車、非正常工況的處理以及事故緊急狀態(tài)處置等非常重要。

篇10

Abstract: The virtual reality technology is one has the potential extremely the front research direction, faces one of the 21st century's important technical. The virtual reality technology application's domain is also getting more and more broad, the typical application domain has the education to apply, the project to apply, the entertainment application and the commercial use, but in the commercial use domain appears gradually the 3D network hypothesized commercial city is a virtual reality technology model application, the virtual reality technology has brought the infinite vitality in the hypothesized commercial city's application for the entire electronic commerce.

關(guān)鍵詞:虛擬現(xiàn)實 3D虛擬商城 分布式虛擬現(xiàn)實

key word: Virtual reality 3D hypothesized commercial city distributional virtual reality

一、引言

隨著Internet的發(fā)展,人們的商務(wù)行為已經(jīng)從傳統(tǒng)商務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮由虅?wù)。在各種各樣的電子商務(wù)中,最為重要的一種就是網(wǎng)上商店。人們可以足不出戶,在家里的電腦上就可以買到幾乎所有的商品。目前除了2D網(wǎng)頁式的實現(xiàn)方式以外,分布式虛擬環(huán)境是網(wǎng)上商店的一種更新、更好、更合適的實現(xiàn)方式。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(VR, Virtual Reality)也被稱為虛擬環(huán)境 (Virtual Environment. VE)、人工現(xiàn)實((Artificial Reality),電腦空間((Cyberspace).是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)。它是作為一種綜合計算機圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、人機交互技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、立體顯示技術(shù)以及仿真技術(shù)等多種科學技術(shù)而發(fā)展起來的計算機領(lǐng)域的新技術(shù),目前所涉及的研究應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)包括軍事、 醫(yī)學、心理學、教育、科研、商業(yè)、影視等,VR技術(shù)已經(jīng)被公認為是 21世紀重要的發(fā)展學科以及影響人們生活的重要技術(shù)之一。

虛擬現(xiàn)實的研究開發(fā)工作可追溯到80年代初。如1983年美國國防部(DOD)制定了SIMENT的研究計劃;1985年SGI公司開發(fā)成功了網(wǎng)絡(luò)VR游戲DogFlight。到90年代初,美國率先將虛擬現(xiàn)實技術(shù)用于軍事領(lǐng)域,主要用于以下四個方面:虛擬戰(zhàn)場環(huán)境;進行單兵模擬訓練;實施諸軍兵種聯(lián)合演習;進行指揮員訓練。一些著名大學和研究所的研究人員也開展了對分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的研究工作,并陸續(xù)推出了多個實驗性DVR系統(tǒng)或開發(fā)環(huán)境,典型的例子有美國NPS開發(fā)的NPSNET(1990)、瑞典計算機科學研究所的DIVE(1993)及英國Nottingham大學的AVIARY(1994)。

目前虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)主要劃分為四個層次:一是桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),也稱窗口中的VR。它可以通過桌上型機實現(xiàn),所以成本較低,功能也最簡單,主要用于CAD(計算機輔助設(shè)計)、CAM(計算機輔助制造)建筑設(shè)計、桌面游戲等領(lǐng)域。二是增強現(xiàn)實性虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),又稱為混合虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),它是把真實環(huán)境和虛擬環(huán)境結(jié)合起來的一種系統(tǒng)。三是沉浸虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),如各種用途的體驗器,使人有身臨其境的感覺,各種培訓、演示以及高級游戲等用途均可用這種系統(tǒng)。四是網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)(Distributed Virtu al Reality,DVR),它在因特網(wǎng)環(huán)境下,充分利用分布于各地的資源,協(xié)同開發(fā)各種虛擬現(xiàn)實的利用。網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實將分散的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)或仿真器通過網(wǎng)絡(luò)連接起來,采用協(xié)調(diào)一致的結(jié)構(gòu)、標準、協(xié)議和數(shù)據(jù)庫,形成一個在實踐和空間上互相耦合的虛擬/合成環(huán)境,參與者可自由地進行交互作用。目前,分布式虛擬交互仿真已經(jīng)成為國際上的研究熱點,相繼推出了 DIS、MA等相關(guān)標準。網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實在航天中極具應(yīng)用價值,例如,國際空間站的參與國分布在世界不同區(qū)域,分布式虛擬現(xiàn)實訓練環(huán)境不需要在各國重建仿真系統(tǒng),這樣不僅減少了研制費設(shè)備費用,而且也減少了人員出差的費用和異地生活的不適。它通常是浸沉虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的發(fā)展,也就是把分布于不同地方的沉浸虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)通過因特網(wǎng)連接起來,共同實現(xiàn)某種用途。

分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在遠程教育、科學計算可視化、工程技術(shù)、建筑、電子商務(wù)、交互式娛樂、藝術(shù)等領(lǐng)域都有著極其廣泛的應(yīng)用前景。利用它可以創(chuàng)建多媒體通信、設(shè)計協(xié)作系統(tǒng)、實境式電子商務(wù)、網(wǎng)絡(luò)游戲、虛擬社區(qū)全新的應(yīng)用系統(tǒng)。典型的應(yīng)用領(lǐng)域有:(1)教育應(yīng)用:把分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)用于建造人體模型、電腦太空旅游、化合物分子結(jié)構(gòu)顯示等領(lǐng)域,由于數(shù)據(jù)更加逼真,大大提高了人們的想象力、激發(fā)了受教育者的學習興趣,效果十分顯著。同時,隨著計算機技術(shù)、心理學、教育學等多種學科的相互結(jié)合、促進和發(fā)展,系統(tǒng)因此能夠提供更加協(xié)調(diào)的人機對話方式。(2)工程應(yīng)用:當前的工程很大程度上要依賴于圖形工具,以便直觀地顯示各種產(chǎn)品,目前,CAD/CAM已經(jīng)成為機械、建筑等領(lǐng)域必不可少的軟件工具。分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的應(yīng)用將使人員能通過全球網(wǎng)或局域網(wǎng)按協(xié)作方式進行三維模型的設(shè)計、交流和,從而進一步提高生產(chǎn)效率并削減成本.(3)商業(yè)應(yīng)用:對于那些期望與顧客建立直接聯(lián)系的公司,尤其是那些在他們的主頁上向客戶發(fā)送電子廣告的公司,Internet具有特別的吸引力。分布式虛擬系統(tǒng)的應(yīng)用有可能大幅度改善顧客購買商品的經(jīng)歷。(4)娛樂應(yīng)用:娛樂領(lǐng)域是分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。它能夠提供更為逼真的虛擬環(huán)境,從而使人們能夠享受其中的樂趣,帶來更好的娛樂感覺。

三、3D虛擬商城

目前,電子商務(wù)潮流充斥著整個社會,給整個經(jīng)濟社會帶來了無限商機,隨之出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)世界中的在線虛擬商城也擁有很多好處,比如可以每周七天每天24小時不間斷營業(yè),用戶可以很方便地通過搜索來找到他所需要的項目和產(chǎn)品,還有很重要的是不用實體店面可以節(jié)省很多的成本。但是,在線虛擬商城中,用戶總會覺得產(chǎn)品太少,而且覺得只你一個人在購物,很孤單。在這種環(huán)境下,用戶不愿意像在實體店中那樣逗留很久。最終,在網(wǎng)上虛擬商城中的消費也大打折扣。為了滿足人們的更高需求,突破2D網(wǎng)頁界面的網(wǎng)頁的3D虛擬商城等正在逐步走入并將逐漸占領(lǐng)整個商業(yè)市場。

3D虛擬商城是一種基于Internet的虛擬購物環(huán)境,它采用C2C的電子商務(wù)模式,讓用戶在3D虛擬環(huán)境中漫游,能進行交互式的操作,全面虛擬了購物的瀏覽、挑選、支付的過程,使用戶有身臨其境的感受;同時還會提供數(shù)字化的管理,商品分類清楚,搜索方便,具有完備的財務(wù)系統(tǒng)和可靠的安全系統(tǒng),確保購物的有效性,完整性和機密性。3D虛擬的商城中3D語音和圖像功能為顧客提供身臨其境的、互動以及網(wǎng)絡(luò)一體化的虛擬世界。顧客可以通過創(chuàng)建個人化的“虛擬替身”(avatar),在3D虛擬商店中瀏覽商品和購物,同時與來自世界各地的其他顧客和銷售人員互動交流;其次,顧客也可以參加由虛擬商店職員提供的商品演示或使用指導(dǎo);第三,顧客可以通過組建社會化或虛擬的購物群組,與他們的朋友、家人和同事共同舉辦網(wǎng)上購物聚會,共同分享購物的樂趣與經(jīng)驗,開創(chuàng)全新的輔助式電子商務(wù)或社交性購物的概念;第四,網(wǎng)上客戶服務(wù)將變得盡善盡美,客戶將不再需要通過電子郵件、點擊通話或瀏覽數(shù)百頁的網(wǎng)上論壇來尋找所需的答案。一旦有任何疑問,便可立即登錄,向客戶服務(wù)代表尋求幫助、或者詢問另一位信用評級較高的顧客;第五,企業(yè)更可以利用網(wǎng)上商店,在虛擬環(huán)境中測試新的店面設(shè)計和構(gòu)思。因此建立并發(fā)展3D虛擬商店具有實際意義。

四、DVR(Distributed Virtual Reality,DVR)在虛擬商城中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(VR)是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界,提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬,讓使用者如同身歷其境一般,可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。而虛擬現(xiàn)實技術(shù)的興起,為人機交互界面的發(fā)展開創(chuàng)了新的研究領(lǐng)域;為智能工程的應(yīng)用提供了新的界面工具;為各類工程的大規(guī)模的數(shù)據(jù)可視化提供了新的描述方法。它充分利用計算機硬件與軟件資源的集成技術(shù),提供了一種實時、三維的虛擬環(huán)境(VirtualEnvironment),使用者完全可以進入虛擬環(huán)境中,觀看計算機產(chǎn)生的虛擬世界,聽到逼真的聲音,在虛擬環(huán)境中交互操作,有真實感,可以講話,并且能夠嗅到氣味。DVR技術(shù)的發(fā)展始終圍繞它的三個特征而前進,即沉浸感、交互性和構(gòu)想。這三個重要特征與其相鄰近的技術(shù)(如多媒體技術(shù),計算機可視化技術(shù)等)相區(qū)別,沉浸感是指計算機生成的虛擬世界能給人一種身臨其境的感覺,如同進入了一個真實的客觀世界; 交互性是指人能夠很自然地跟虛擬世界中的對象進行交互,操作或者交流;構(gòu)想是指虛擬環(huán)境可使人沉浸其中并且獲取新的知識,提高感性和理性認識,從而深化概念并萌發(fā)新意。因而可以說虛擬現(xiàn)實可以啟發(fā)人的創(chuàng)造性思維。這些特點均為三維虛擬商城的建立和發(fā)展提供了良好的技術(shù)支持,基于DVR平臺的三維虛擬商城將是電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)商城發(fā)展的必然趨勢。

其中三維虛擬商店的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和模型的研究、三維虛擬商店的碰撞檢測方法、三維虛擬商店的動態(tài)交互等都是基于DVR的技術(shù)支持。三維虛擬商店的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和模型的研究是為了提高系統(tǒng)的安全性和綜合性能,方便以后對系統(tǒng)功能進行完善和擴張進行的,系統(tǒng)采用MVC三層結(jié)構(gòu)。對系統(tǒng)的關(guān)鍵信息進行了封裝,而且大部分業(yè)務(wù)邏輯處理都集中在服務(wù)器上,提高系統(tǒng)安全性和性能。三維場景的碰撞檢測對于提高虛擬系統(tǒng)的真實性、增強虛擬環(huán)境的沉浸感有至關(guān)重要的作用;三維虛擬商店的動態(tài)交互主要研究三維虛擬場景中物體的動態(tài)添加、三維場景中物體的材質(zhì)的更新、三維場景與數(shù)據(jù)庫的關(guān)聯(lián)等問題。

虛擬商城的展示在國外發(fā)達國家得到了廣泛的應(yīng)用,成為實物展示的重要互補。我國在虛擬商店展示領(lǐng)域的研究比較落后,對虛擬展示系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)沒有形成完整的理論和方法,特別在商店的設(shè)計與制作方面,缺乏有效的開發(fā)平臺。而網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)的發(fā)展為商家與客戶進行信息交流開辟了一條新途徑,特別是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展,為網(wǎng)上最終實現(xiàn)網(wǎng)上虛擬展示的“真實化”提供了可能。

參考文獻:

[1] 楊孟洲.分布式虛擬環(huán)境中一些關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].中國知網(wǎng):浙江大學. 2000.5

[2] 蘇建明,張續(xù)紅,胡慶夕.展望虛擬現(xiàn)實技術(shù)[J].計算機仿真, 2004年1月,第21卷第1期,18-21.

[3] 張峰美,戴軍.分布式多用戶三維虛擬校園系統(tǒng)[J].廣東技術(shù)師范學院學報,2007年第12期,86-89.