关键词：电子技术课程体系融合
电子技术课程体系中包括了模拟电子、数字电子、电子系统仿真、CAD、硬件描述语言、课程设计、实验等课程，其中模拟电子技术和数字电子技术为专业基础课，侧重知识的系统性和理论分析，而电子系统仿真、CAD、硬件描述语言等课程为专业应用工具课程，是将理论转化为实践的桥梁，侧重于实际操作和应用，其中的EDA技术已经成为数字系统设计的必备技术，也是当今技术领域的前沿技术［1］。所以整个电子技术课程体系是相互融合和促进的，课程和课程之间有着非常密切的联系，但在教学实践中，还不能有效地将其很好地融合在一起，传统的模拟电子和数字电子教学实践只注重理论教学，课堂内容单调，学生学完之后并没有掌握解决实际问题所需的方法和能力。而在学习电子系统仿真、CAD、硬件描述语言等课程时，需要用到先前学过的数字电子和模拟电子的知识时，学生往往又倍感生疏，致使教学效果不好。这种割裂式的教学模式极大地浪费了教学资源，致使学生在学习过程中思维连贯性差，不能建立电子技术知识体系，思路狭窄。
我在多年的教学实践的基础上，结合教学实际，提出一种全新的教学模式，即把电子技术的理论教学、实验、课程设计、仿真、CAD、EDA、硬件描述语言等充分融合，课程的学习互相穿插和渗透，从而把孤立的课程形成一个教学体系，在教学实践中充分实现。同时在电子技术的基础上结合当今技术领域先进的知识和发展趋势，对学生进行新技术的引导，使学生在掌握好基础的同时，以最快的方式跟踪时展。
一、学科融合的基本思路
1.在模拟电子技术的教学过程中融合CAD和系统仿真技术。
在模拟电子的教学中，充分利用仿真软件能直观得到结果的优势，把理论教学与仿真有效结合，利用波形分析讲解电路功能是经常使用的一种方法。但是，传统的讲解只是在黑板上或者在投影屏幕上进行理论分析，学生看不到更直观的图像和结论，如果在课堂上结合Protel或EWB中的仿真功能，在课堂上讲解波形分析的同时，又给学生介绍仿真的概念和仿真工具的应用。这样一方面可以使学生掌握理论知识，另一方面可以使学生掌握一种仿真工具，在以后的课程设计或者是课外电子制作中加以应用，能大大地提高学生的学习兴趣和分析问题的能力。
2.在数字电子技术中融合EDA技术。
数字电子相对于模拟电子发展的空间较大，速度也很快，在教学中应大胆抛弃过时的技术和知识，采用“案例法”进行教学。在此基础上，应最大限度地在课堂上结合相关课程的新知识和新技术。特别是在有关数字电路的设计章节，我们可以在课堂讲解中结合利用最新的EDA技术、硬件描述语言，以MAX+PlusⅡ或Quartus［1］软件为载体进行数字电路的设计、仿真。
3.以上提到的在教学课堂中的应用的各种技术，并不需要我们占用大量的课时对其进行讲解，它们是为模拟电子和数字电子课程服务的。我们利用它们来获得我们需要的波形或者结论，在这个过程中潜移默化地使学生了解这些技术，拓宽视野。
4.鼓励学生自学相关软件，也可以通过作业由在作业本上做题逐渐向完成一个整体实物设计倾斜，工程可以是很简单的命题，但要求其有一套完整的材料：VHDL程序［2］、图纸、仿真结果等来加强引导这方面能力的培养。
5.经过前期模拟电子和数字电子课程中对CAD、EDA、系统仿真的应用和介绍，学生已经具备了一定的基础知识，则在具体讲解这些课程时，就可以提高难度，加快进度，尽快地与社会工程实践接轨。
6.以课程设计和实验为载体检验课程体系融合教学效果。课程设计和设计性实验是综合性很强的教学环节，能直接地体现电子技术课程体系融合的教学效果。
二、电子技术课程中多课程融合实例
我以用74161设计9进制计数器为例介绍在数字电路教学中的一个过程。
第一步，进行理论分析和设计，设计出9进制原理图，如图1。
图19进制计数器原理图
第二步，为了更直观地表现9进制计时器的计数效果，在课堂上我们用MAX+PlusⅡ软件进行仿真，教师对软件MAX+PlusⅡ简单介绍和演示，在仿真软件中画出相应的9进制原理图，如图2；
图274161组成的9进制计数器
第三步，进行波形仿真［4］，如图3。
图39进制计数器波形图
第四步，布置课外作业，采用反馈置位法［3］完成9进制计数器功能，给出电路原理图和仿真结果。
通过该实例，使学生初步接触到数字仿真软件MAX+PlusⅡ，并通过波形图直观地看出9进制的结果，加深了学生对计数器的理解，并为以后设计仿真同类电路提供了有效的方法。
我们按照这一思路，在自动化专业班级进行了对比实验，结果表明在课程设计，实验等教学环节上，采用课程体系融合的班级动手能力，分析和解决问题能力明显好于采用传统教学培养的学生。大多数学生能独立地完成理论设计，模拟仿真，实物制作等环节。
三、结语
实践证明，将软件应用等技术类的课程融合到模拟电子和数字电子等理论类课程中去，既使理论课程变得生动直观，帮助学生更好地理解所学的理论知识，又给学生介绍了电路分析和设计的工具，使电子技术教学系统性更强，理论与实践之间的结合更紧密、更自然，也使后续的技术类的课程结合了应用，有的放矢。教学实验结果表明体系融合式教学方法在学生基础理论和实践环节的教学中均有较好的效果。
参考文献：
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关键词：家具数字仿真个性定制快速设计
中图分类号：TS664.01文献标识码：A文章编号：1007-9416（2015）07-0000-00
Abstract：Furnituremanufacturingtraditionaldesignapproachhasbeendifficulttomeettheglobalizationofmarkets，thedemandforindividualrequirements.Howtoimprovethequalityoffurnitureproducts，shorteningproductlifecyclesfurniture，furnituremarkettomeettheneedsofpersonalizedcustomfurniturebusinessisacommonproblemfaced.Digitalsimulationplatformfurnitureproductsthroughitsvastlibraryofstandardparts，usedpartslibrary，variabletypeofproductsmanufacturedmodellibraryconceptualdesignandvariantdesign，therebyenhancingthecorecompetitivenessofenterprisesradically.Thisarticleintroducesanumericalsimulationbasedplatformandpersonalizedcustomfurnitureproductdesignprocess，andthearchitectureandkeytechnologiesofdigitalsimulationplatformforaanalysis.
Keywords：furniture；digitalsimulation；personalizedcustom；rapiddesign
随着用户对家具的个性化要求不断提高，家具制造行业正在发生以下方面的变化：（1）激烈的市场竞争以及数字化生产技术的应用使家具产品的生命周期缩短；（2）传统家具市场逐渐呈饱和趋势，以整体衣柜、整体橱柜为代表的更具选择性的销售行为使家具市场朝着个性化、多样化的方向快速发展；（3）用户售前体验和使用质量已经成为用户购买的首要因素之一；（4）数字化制造可以大大加快产品的开发速度并降低开发风险。
1家具制造行业现状
近年来，自动化的家具制造装备普及应用使我国家具行业有了飞速发展，但是大多数企业仍然以工厂模式设计、生产传统家具，设计环节大部分也只是采用通用CAD软件。与德国等制造业强国相比，我国家具制造业存在的主要问题是：（1）家具产品以低端固定产品为主，缺乏原创性和定制化；（2）劳动力成本和材料价格上升等原因致使成本增加，传统家具企业竞争优势正在减弱，一大批小型家具企业面临倒闭。这些问题促使家具行业与其他相关产业相互渗透、交叉、重组，行业融合有深入发展趋势。当前，以“互联网+家具”的数字化家具设计与制造模式处于萌芽期，发展潜力巨大。与此同时，政府扶持下的产学研一体化进程加快，互联网制造和产品虚拟化设计受到空前重视。
如何能在高质量低成本的基础上缩短家具产品的生命周期，开发出具有市场竞争力的产品，是家具制造企业普遍面临的问题。企业能否根据用户的个性需求快速地设计制造出定制产品，已经成为企业能否占领市场、发展壮大的关键。数字仿真技术支撑下的快速设计方法，用户个性定制支撑下的快速设计理念将成为家具行业未来设计发展的主要方向。
2定制化家具产品设计方法
传统的家具生产中，卖方主导市场，生产出标准产品供用户选择，消费者对商品没有选择的主动权，卖方只关心产品数量，很少考虑市场的个性化需求。传统的家具产品设计流程如图1所示。
在经融危机、劳动力成本上升、传统家具市场逐步饱和等因素的冲击下，家具制造企业必须转型升级。同时，面对消费者不断变化的个性化需求，制造过程需要不断缩短产品生命周期，降低生产成本，更加直接的面对用户需求设计家具产品。此时，更高效的家具产品设计流程如图2所示。
上述对比可知，数字化定制设计来源除了概念设计（分析用户需求生成概念产品的设计活动）外还有变形设计（修改参数或局部调整结构的设计活动）。与传统的概念设计相比，现在的概念设计来源不单单是用户需求下的重新设计，而是家具产品标准件、常用件标准库支撑下的组合设计，其设计效率更高。新增的变形设计则是根据用户的实际需求，对已有的可进行生产制造的产品模型进行合理改动并快速生成，新产品的设计周期更短。在庞大的由标准件库、常用件库、可变型制造的产品模型库组成的数据库支撑下，产品的开发设计时间会大幅缩短。同时，概念设计中补充进来的新数据将进一步的扩充标准数据库，从而促进后续的开发设计，使整个开发设计形成良性循环。
此外，与传统的基于通用CAD的家具产品设计流程相比更高效的家具产品设计流程中多了通过建立虚拟产品模型（样机），并对其做仿真测试与实验的步骤。一方面，设计人员通过虚拟家具产品能够更好的模拟其生产出来的效果，提升用户的售前体验，评估是否满足购买需求；另一方面，设计人员通过虚拟产品能够发现可能遇到的设计缺陷、制造缺陷等。
家具产品的虚拟设计可通过搭建家具产品数字仿真平台来实现。
3数字化仿真平台研究
数字仿真技术，就是在数字化参数下运用一个虚拟的系统模拟真实系统的技术。数字仿真技术已经成功应用在航空航天、信息、生物、材料等领域，并在产品研制的全生命周期中得到广泛的使用。在家具设计领域，该技术尤其是在家具组建库的建立以及三维渲染效果方面有待进一步探索。图3给出了家具产品数字仿真平台的整体研究架构。
数字化仿真平台的研究构架中，通过基础项目的研究，完成各项数字化支撑技术进而开发出各类工具，最终完成整个平台的搭建。在虚拟现实技术VR（VirtualReality）等设备的支持下，以家具行业工艺和知识库为基础，通过相关学科的优化算法来研究家具三维数据下的动态工艺生成、三维渲染、拆单排样等技术。并以三维引擎为核心研究仿真元模型建模技术、模板定制技术、组件模型装配技术、模型资源库中的家具产品分类标准技术。这些技术的互动则是通过虚拟交互动作规则与虚拟交互产品行为算法来实现的。在这些支撑技术的基础上，开发相应的管理工具、模型建模、装配仿真工具以及配套的数据Web交互系统和接口。
以下5点是建立数字仿真平台的关键：（1）三维数据引擎。平台主要是面向设计与虚拟交互，其中存在大量的三维图像实时互动，这对系统的三维数据引擎提出了较高的要求。三维数据引擎作为底层开发工具支撑着高层的图形软件开发，它包含了基本图形的通用算法和工具的封装。三维引擎还包括仿真图形的三维渲染算法，使得用户能够观测到逼真的设计效果图。（2）零件族模型的信息模型描述。产品建模是变型设计的必要手段，而建模的核心任务是建立能够变型的产品和零件族模型。而零件族模型的变型能力（尺寸变型能力和局部结构变形能力）与所建立的信息模型描述息息相关。因此，零件族模型的信息模型即其数据结构的确定非常重要。（3）设计过程中的数据层次结构的建立与维护的算法。在产品设计过程中，需要确定一种数据结构类型来描述组件间的层次关系，并确定相关实现算法。（4）产品设计中的基于约束的选配算法。大批量定制设计是根据产品主体结构、零部件主模型和文档来进行，根据产品特性可将所要选配的模块分为：基础模块、必选模块和可选模块。在选配时，已被选配的模块可能对后者选配时有约束作用，因此需借助于关联矩阵，构建基于属性约束的选配算法。（5）产品设计中的装配建模技术。目前比较典型的装配方法有两种：自底向上和自顶向下的建模方法。但在大批量的定制设计中，装配的自动化程度决定了装配建模的速度，采取上述方法进行装配建模不能满足设计要求，因此需要研究基于特征约束的预定义的装配方式。
4平台实现
定制家具数字化设计与仿真平台（图4）采用VisualStudio2010环境开发，基于OpenGL三维图形引擎。平台构建了板式家具零件族模型和组建库，并建立了模型组件间的形变关系约束与装配参数约束，平台能够根据设定的家具外形尺寸自动生成组建尺寸和加工工艺，目前已经初步应用于衣柜等板式定制家具产品的仿真设计。
5结语
家具产品数字仿真平台革新了企业的产品设计和生产方式。一方面，在三维建模环境中，由家具行业标准件库、常用件库支撑的概念设计能有效的缩短家具产品的设计周期，平台能直接根据用户个性定制的需求完成家具产品的变形设计；另一方面，数字化设计平台能够与企业的自动化生产线进行对接，从而实现设计数据驱动生产的定制家具制造执行系统。平台有效提升了定制型家具企业的产品设计效率，显著缩短家具产品的生命周期，降低企业的生产成本，通过数字化的方式控制生产，还有效的降低了出错率。
参考文献
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数字艺术是运用数字技术和计算机程序等手段对图片、影音文件进行的分析、编辑等应用，最终得到完美的升级作品。它广泛应用于平面设计、三维技术的教学和商业设计等用途，并随科技进步被大众接受和认可。广义的数字艺术就是数字化的艺术，以数字技术为载体，具有独立的审美价值，都可以归类到数字艺术。数字艺术作品一般在创作过程中全面或者部分使用了数字技术手段。数字艺术包括交互媒体设计、数字影像艺术、虚拟现实设计、新媒体艺术等。交互媒体设计指以互动媒体为载体的设计，数字影像艺术包括数字动画、dv电影、数字影视广告和片头……；虚拟现实设计是指数字博物馆、数字商城这样的虚拟空间设计；新媒体艺术对应传统美术、雕塑，是以数字技术为手段和材料的纯艺术形式。数字艺术是指以数字科技的发展和全新的传媒技术为基础，是人类理性思维和艺术感觉巧妙融合一体的艺术。数字艺术作品必须在实现过程中全面或者部分使用了数字手段。数字艺术作品主要包括以下形式：录象及互动装置，虚拟现实，多媒体，电子游戏，卡通动漫，网络游戏，网络艺术，数字设计，电脑插画，电脑动画，3d动画，数字特效，数字摄影，数字音乐以及音乐影像等。也就是说，本文由http://收集整理数字艺术是艺术和科技高度融合的多学科的交叉领域，涵盖了艺术、科技、文化、教育、现代经营管理等诸多方面的内容。数字艺术的运用领域以及它的影响度，以下着重从数字表演，数字影像两个领域浅析。
首先是数字艺术中的数字表演与仿真技术是一个发展中的全新交叉学科，是计算机科学技术、光学工程等工程科学和艺术学、心理学、社会学等人文学科的交汇点。在数字表演过程中，艺术家通过传感器和软件来控制表演空间中的图像、演员、音效和灯光等表演元素，将通过仿真技术实现的虚拟表演元素与传统文艺表演的表演元素融合起来，从而获得了前所未有的手段来控制表演的空间和时间。这种虚实结合的新型艺术形式不仅改变了传统的表演形式，也促进了技术手段的发展，并对艺术和技术的融合提出了挑战。随着现代数字技术的快速发展，传统的表演要素、表演方式、表演规律等急剧变化，多种表演艺术门类和多种工程技术要求实现天衣无缝的融合，从而促成了数字表演技术的诞生；而仿真技术为这种跨领域、跨平台的协作提供了理论基础和技术支撑。数字表演与仿真技术是按照文艺表演的生产服务流程，将数字化表演与现代仿真技术相结合，从而全面提升文艺演出创意、编排、演出、推广等创新能力的新型交叉学科。它主要研究数字表演的艺术性、技术性、社会学价值；数字表演的实体建模、空间建模、行为建模；数字表演的仿真创作平台、实现平台和呈现平台；广场与室内表演仿真技术、远程剧场技术和数字表演评估技术等。主要研究方向有数字表演基础、数字表演建模技术、表演仿真平台技术和数字表演仿真应用技术等。
其次是数字艺术领域中的数字媒体技术在舞蹈影象中的运用随着人们的研究会越来越广。形成纷繁复杂的舞蹈影像世界。舞蹈艺术正朝着多元化、现代化、多媒介化和全方位感官刺激的方向迅速发展。从只有画面没有声音的纯肢体语言表达，到声、光、电多方位辅助表演，再到电脑艺术、行为艺术、展示艺术等多艺术门类的相互借鉴，舞蹈艺术表演和教学正走向一条艺术语汇更丰富、情感氛围更浓烈、视觉美感更具冲击力的变革之路。大众传媒的运用、传播拓宽了舞蹈爱好者和舞蹈教学工作者的视野，提高了舞蹈艺术全民参与和鉴赏的水平。舞蹈艺术的教与学在现代信息和多媒体技术的辅助下，逐步推陈出新，并在内部深化改革，最终赢得更大的发展。
影像舞蹈正是在这样的获取环境与需求中诞生，并成为舞蹈艺术的重要分支，在舞蹈作品舞台数字艺术分为两大类，一是以计算机为平台的静态艺术。二是七个子项的动态艺术。它包括了两维静态艺术，两维动态艺术，三维静态艺术，三维动态艺术，视频艺术，虚拟现实和数字表演。数字艺术总体讲是以技术为主，艺术为辅，艺术与技术相结合的专业。而数字艺术在舞蹈中的运用主要体现在以下几个方面。一，动画。二，动作捕捉。三，动作跟踪系统。四，高清摄影及播放系统。五，三维立体投影技术。这是一种运动轨迹的建模，通过同步编舞，运用3d软件建设动作数字模型。六，影像和舞者互动装配系统。利用实时抠像到另一个空间上去跳舞。是一个数字化的虚拟环境。这就形成了一个大种的舞蹈，是一个大众的互动世界。在舞台上，观众直接看通过舞者的动作经过播放在大屏幕上的数字影像。利用多媒体技术中的影像手段，可以多角度展示不同舞蹈类型的文化背景，把握舞蹈艺术肢体语言的情感语义和形态构成。舞蹈的风格韵律、情感等内容是很难用语言解释清楚的。利用多媒体，可以使舞蹈以直观、形象、生动的画面准确地表达，获得充分的感知
关键词：
半物理仿真；多领域建模；硬件接口；可视化；Modelica
中图分类号：TB391.9文献标志码：B
0引言
半物理仿真（HardwareinLoopSimulation，HILS）在机电系统设计与开发过程中的作用越来越显著，也是当前机电控制系统仿真技术发展的重点.当前的HILS主要基于MATLAB/SIMULINK模型实现.近年来，随着电子技术的发展和嵌入式控制的广泛应用，机电系统的复杂化程度不断增加，成为集机、电、液、控等不同领域子系统为一体的综合体系.采用传统的SIMULINK和AMESim等单一领域建模仿真方法和工具软件对此类系统进行整体设计与分析时，不同领域的子系统之间形成相互作用、互相耦合的复杂关系，导致建模过程十分繁琐和复杂，很难实现系统级的仿真分析应用.基于Modelica的多领域建模和仿真方法能很好地解决系统建模仿真过程中的耦合问题，使得其开始被越来越广泛地关注和应用.
随着工程中越来越普遍地使用Modelica多物理系统建模仿真方法，当前的HILS方法和技术很难与其结合应用.在实际工程应用中，需要分别建立系统的数字仿真模型和HILS模型.这就使得系统设计分析工作前后无法衔接，导致系统设计过程复杂、工作量大、研发周期长.因此，有必要研究支持Modleica多领域数字模型的HILS技术，从而解决当前系统设计分析中因模型不统一而存在的问题.其中，用于关联数字仿真模型与HILS硬件接口的控制模块是首先需要研究解决的关键技术之一.
1硬件接口控制模块作用和原理
硬件接口控制模块是HILS目标机中板卡信号接口与数字仿真模型之间的连接纽带，用于实现数字仿真模型与目标机板卡接口之间的数据和信号传递，以及在建模环境中实现对目标机板卡的通道选择、精度转换等硬件参数设置，也是人机和模型设备间的交互接口.建模环境中的硬件接口控制模块称为硬件接口模型，多个硬件接口模型组成硬件接口模型库.在建模环境中，硬件接口模型与普通模型的使用方法相同，并且可以通过GUI界面设置其参数.
在MATLAB/SIMULINK中，硬件接口模型的作用见图1.硬件接口模型实际为相应目标机板卡接口的驱动程序函数集，其运行于MATLAB，SIMULINK，StateFlow和RTW等与RTSoftware和RTHardware之间，在各个分布软件之间起信息传递和资源共享等作用.在建模环境中，对硬件接口模型进行操作，实际就是对其相应的目标机板卡接口进行操作；对硬件接口模型进行参数设置，实际就是通过板卡接口驱动程序实现对板卡接口的硬件参数设置.硬件接口模型必须满足2点技术要求：1）符合数字仿真模型的建模规范，能够在同一建模环境中实现两者的统一建模；2）自身可以生成目标机运行的实时代码，能够在目标机中实现与数字仿真模型生成的实时代码一起运行.
硬件接口模型在当前HILS系统中的具体作用体现为：1）标准I/O功能；2）指定部分模型为定时执行；3）指定部分模型为软件中断；4）指定部分模型为硬件中断；5）指定中断和定时任务的优先级；6）支持单采样频率和多采样频率；7）支持单任务模式和多任务模式；8）支持连续、离散、混合系统.
在当前以MATLAB/SIMULINK为建模环境的HILS应用中，硬件接口模型存在的不足与面临的问题有：1）数字仿真模型无法添加硬件接口模型时，必须对数字仿真模型进行分解处理，该过程只能通过手工分解方式实现，增加开发工作量，降低开发效率；2）当前用于控制系统的HILS应用的硬件接口模型均基于MATLAB/SIMULINK实现，对于Modelica多领域物理模型等在其他建模环境中所建立的模型必须通过相应技术转换为SIMULINK模型，且必须满足SIMULINK模型的仿真原理和求解计算要求，这使得建模过程复杂，并且相关软件必须支持模型转换和联合仿真.
导致MATLAB/SIMULINK建模仿真软件中的硬件接口模型出现上述不足的原因，一是数字仿真模型与HILS模型之间无法逆向转换，数字仿真模型中添加硬件接口模型后，模型之间的信号传递中断，模型的完整性被破坏，转换后的HILS模型无法进行离线仿真，必须分别建立数字仿真模型和HILS模型；二是受限于MATLAB/SIMULINK建模机理，其主要用于控制系统建模，对控制器进行HILS验证时，SIMULINK很难建立机、电、液等统一模型.
2基于Modelica的硬件接口模型原理分析
Modelica是一种开放的、面向对象的、以方程为基础的多领域建模语言，可以跨越不同领域，建立包括机械、电子、电力、液压、热和控制等的复杂系统模型.基于Modelica规范的建模机理，可以很好地解决MATLAB/SIMULINK无法建立多领域模型这一难题.
通过分析MATLAB/SIMULINK建模仿真软件中的硬件接口模型工作原理可知，在Modelica中实现硬件接口模型，也用以关联Modelica数字仿真模型的输入/输出信号与HILS目标机板卡接口，因此硬件接口模型必须满足Modelica建模规范要求，并且能够与Modelica数字仿真模型一并生成目标机可运行的实时代码.同时，Modelica数字仿真模型中添加硬件接口模型后，还必须保持模型的完整性，使得Modelica的HILS模型依然可以进行离线仿真，实现Modleica数字仿真模型与HILS模型的逆向转换.
硬件接口模型破坏数字仿真模型完整性的关键原因是硬件接口模型将原数字仿真模型分解为多个子模型（即任务或子任务）.根据模型编译原理，对于无信息关联的模型，编译过程中将分别进行独立处理.添加硬件接口模型后，由于失去了模型之间的关联信息，使得分解后的模型在编译过程中无法对各个子模型之间的信息进行传递.
基于Modelica规范的模型编译原理主要是对模型的映射关系和模型方程的平坦化进行处理.在模型编译过程中，编译器需要对模型进行平坦化和实例化处理，陈述式的、面向对象的、具有层次结构的Modelica文本模型，被映射为平坦化的微分方程、代数方程和离散方程集合.因此，在Modelica建模环境中，欲实现硬件接口模型不破坏Modelica数字仿真模型完整性，必须针对模型编译过程中的模型映射关系和平坦化原理及处理技术进行相应的技术研究.
以图2中数学方程及其对应的Modelica数字仿真模型为例，Modelica模型映射及平坦化后的方程见图3.
根据Modelica模型映射规则，若在图2模型中虚线上圆圈标记位置加入硬件接口模型，则可以将硬件接口模型映射为一个输入与输出相等的方程，即“HI.inPort1=HI.outPort”.按照图中虚线将模型分解为2部分子模型后，两者的映射方程见图4.
完整的Modelica模型被映射为2个方程块后，两者之间的关联关系依然为“HI.inPort1=HI.outPort”，并且分解后的模型和平坦化方程依然满足Modelica规范中“变量数等于方程数”的基本规则.
从上述分析可以看出，在硬件接口模型映射过程中，只要保持其关联关系信息，就可以保持原数字仿真模型的完整性，因此，在硬件接口模型实现过程中，必须采取相应的措施和方法，使得模型编译过程能够识别该信息.此外，从模型平坦化方程中也可以看出，硬件接口仅适用于分解模型中无耦合关系的2个子模型，这与系统HILS应用过程中硬件接口模型的应用工况完全符合.
3基于Modelica规范的硬件接口模型实现
由于当前Modelica规范不完全具备建立硬件接口模型的功能，因此必须基于Modelica规范采用扩展Modelica语法方式建立HILS目标机板卡的硬件接口模型库，从而实现在Modelica建模环境中以硬件接口模型方式表达目标机板卡的相关信息.[56]对于Modelica模型编译器及其用于HILS目标机的代码生成器，应采用增加目标机硬件系统的分层次处理方法，由单元至整体、由组件至系统分别建立子任务、任务、内核或处理器、目标机.根据目标机硬件系统层次划分，对HILS模型依次进行定义和设置，以确定数字仿真模型分解出的各个子任务和任务最终运行的目标机，或者用于确定其运行于目标机处理器的具体内核.
在HILS目标机板卡接口模型库中，需要建立以下几个主要子模型库[9]：
1）接口子模型库，是目标机板卡接口模型库的基本部件库，用以定义板卡及板卡的通信接口，即确定目标机板卡的使用边界，选择目标机的板卡等实际硬件，并实现HILS模型与目标机板卡管理.板卡接口可以是同一个目标机中的板卡外部I/O，网络通讯接口或者目标机内部的任务通信接口.
2）通讯子模型库，是HILS目标机板卡接口模型库的中心部分，也是系统数字仿真模型转换为HILS模型时必需使用的子模型库.用于协助开发目标机中各个板卡接口的开源驱动程序，同时也是板卡接口驱动程序的框架定义，能够通过图形化界面实现用户与板卡接口之间的信息交互.
3）配置子模型库，用以设置HILS目标机处理器和各个板卡的任务、子任务、信号采样和输出保持等参数，并将其定义为通用模板，在此基础上进行应用扩展.
以电机转速闭环控制为例，基于Modelica规范的硬件接口控制技术，开发硬件接口模型库，采用Modelica标准模型库中的信号源、计算、PID控制、电机和负载等基础模型组件，通过可视化的拖放式建模操作方法，建立电机转速控制多领域HILS模型，见图5.
示例模型主要由3部分构成：转速控制器子模型controller.ref，速度反馈控制器子模型controller.feedback和电机设备子模型plant.在HILS过程中，3个子模型均以独立任务实时运行.其中，转速控制子模型映射任务和速度反馈控制器子模型映射任务运行于同一目标机中，两者之间通过目标机内部的任务接口进行数据通信；电机设备子模型映射任务运行于另一目标机中.
3个子模型之间的硬件接口模型使用通信子模型，其将模型分解为3个不同部分，同时也作为任务或子任务接口，并用于调用硬件驱动和配置硬件运行参数.示例模型中的comedi模块[10]属于配置子模型库，用于配置目标机的运行参数，包括时钟、初始化、网络通信地址等信息.通讯子模型和配置子模型共同把HILS模型映射到多个目标机中，通过两者的配置信息，使得Modelica数字仿真模型可以自动转化为HILS模型.
4结束语
研究基于Modleica规范的硬件接口控制技术，提出一种不同于传统SIMULINK模型接口的、新型模型设备接口设计方法和一种新的HILS模型的建模方法，同时扩展多领域物理模型设计过程中的延伸应用，有效地支持多领域混合复杂机电系统建模仿真设计及HILS分析验证.基于Modleica规范建立的硬件接口模型，可以很好地与Modelica数字仿真模型运行于同一建模环境中，实现Modelica数字仿真模型与HILS目标机板卡接口的关联以及两者之间的信息传递，并可以实现对HILS目标机和板卡接口进行相应的参数设置和信号输入/输出控制.该接口模型技术可简化建模仿真应用过程，提高系统研发效率，降低研发工作量.
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SunJinping
（西安铁路职业技术学院，西安710014）
（Xi'anInstituteofRailwayTechnology，Xi'an710014，China）
摘要：针对职业教育技能应用型人才的培养目标，研发出了数字电子技术课程实践项目。数字电子技术是一门实践性很强的课程，为了打好专业理论知识和实践技能的基础，分四种类型设计了30个实践项目，其中功能认知型12个、技术应用型8个、仿真测试型6个、创新设计型4个。实际应用表明，四个层次的实践项目对学习掌握数字电子技术，提升实践技能起到了有效的强化作用。
Abstract:Appliedforvocationaleducationskillstrainingobjectives,developedthepracticeofdigitalelectronictechnologycurriculumprojects.Digitalelectronictechnologyisaverypracticalcourse,inordertolayasolidtheoreticalknowledgeandpracticalskillsofprofessionalbasisforthedesignofthefourtypesof30practicalprojects,ofwhich12cognitivefunction,technologyandapplication8,simulationtesttype6,innovativedesigntype4.Theapplicationshowsfourlevelsofpracticelearningprojectfordigitalelectronictechnologytoenhancethepracticalskillstoplayaneffectiveroleinstrengthening.
关键词：数字电子技术实践项目功能认知技术应用创新设计
Keywords:digitalelectronics；practicalprojects；cognitivefunction；technologicalapplication；innovativedesign
中图分类号：TN79+1文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）15-0217-02
0引言
随着信息数字化技术在各个专业领域的广泛应用，数字电子技术（以下简称“数电”）在电类专业中的作用不可替代。为了打好专业知识和技能的基础，提升实践操作和技术应用能力，针对职业教育培养目标，对数字电子技术的实践项目进行了研究和开发。
1“数电”实践项目研发思路
“数电”课是西安铁路职业技术学院（以下简称“我院”）精品课程，是一门面向全院电类专业的专业基础课。课程网站资源丰富，利于学习、训练、提高、参考。在实训资源建设时，为突出技能培养，体现教、学、做一体化，实现边学、边看、边做，提高实践操作能力，提供全方位的网络学习，除了有实训项目的电子指导书外，要有音频配置的实训项目多媒体课件，下一步还要进行实践示范录像资源建设。为此，对实践项目进行了整合优化，删除了分立元器件及其性能测试的内容，保留了集成器件的功能验证，增加了集成器件的功能扩展和应用，提出了创新设计的方案要求，以及虚拟仿真实验的项目。同时，为那些没有实训条件，或无法实施项目教学的，提供较全面的实践资料。
2“数电”实践项目研究与开发
职业教育的目标是培养技能应用型人才，“数电”的课程目标是掌握数字集成电路和芯片的逻辑功能及应用，具备用中、小规模集成电路设计与分析简单电子产品的能力，以及组装、维修、检测、调试能力。所以，设置实验实训项目时，按照知识和技能循序渐进、不断强化的过程，分四种类型设计了30个实践项目，其中功能认知型12个、技术应用型8个、仿真测试型6个、创新设计型4个，如表1所示。
2.1功能认知型实践项目功能认知型实践项目，是为了培养数字电子技术基本技能而设计的项目，如表1所示。针对数字电子技术中涉及到的最基本的元器件，为熟悉、掌握其功能和特点，共有12个项目，实践目标是按照集成芯片手册熟练地掌握其逻辑功能检测方法，学会判断芯片代号、管脚排列规律和特点，正确使用和处理使能端、控制端、多余端及相互转换。实践要求学会正确选用同一功能、不同种类的集成芯片。即，同是与非门，如何区分TTL系列与CMOS系列，如何区分TTL74与54系列，以及如何区分74、74S、74LS等芯片。特别要清楚地掌握集成电路手册里芯片功能表（真值表）中各个状态的含义及对应关系，并通过功能测试仪、逻辑功能实验箱或实训台测试验证其功能。通过功能认知型项目的实践表明，集成电路芯片功能的验证使理论知识和实际技能得到了有机的融合，操作技能得到有效提高和锻炼，为正确灵活地选用集成芯片奠定了基础。
2.2仿真测试型实践项目仿真测试型实践项目是为了提高新技术应用能力而开发的。它利用软件Multisim构建仿真实验平台，设计一些在实际操作中难以观察和测试的项目，如TTL与非门传输特性、组合电路竞争与冒险、触发器空翻和振荡现象等共6个项目，如表1所示。仿真型项目的实践目标是利用新型虚拟实验仿真软件，实现需要采用示波器、信号发生器、万用表、稳压电源等仪器测试的项目，学会用虚拟仪器进行仿真实验。实践要求了解TTL与非门的主要技术参数指标；正确判断组合电路竞争冒险产生的时间和种类，学会实现和测试消除组合电路竞争冒险的方法；了解触发器空翻、振荡现象产生和消除的过程。实践证明，虚拟仿真型项目的设计和应用，不仅能够清晰地观察到一些难以测试的现象，直观地反映理论知识，而且可以避免实际操作中元件和仪器设备的损耗，特别是对电子创新设计与制作，提供了最直观、便捷的论证、确认及调试的仿真手段。
2.3技术应用型实践项目技术应用型实践项目在功能验证型实验的基础上，为强化集成电路芯片功能的拓展应用能力而设计，共有8个项目，如表1所示。实践目标是学会用基本集成芯片实现组合逻辑电路，掌握逻辑器件的功能扩展，并用虚拟软件仿真。实践要求熟悉逻辑器件的功能扩展，譬如用两个3线-8线译码器如何扩展为4线-16线译码器，并用其实现组合逻辑电路、彩灯显示电路等形式的典型应用实践内容，还有编码、译码、显示综合应用实践项目等。一方面熟悉组合电路的设计方法，另一方面强化编码器、译码器、选择器等逻辑部件的功能扩展，锻炼知识和技能的融合能力，尤其是虚拟仿真软件的应用，为创新设计实践项目奠定基础。
2.4创新设计型实践项目创新设计型实践项目4个，如表1所示。它为提升“数电”课程综合应用能力而设计。其实践目标是熟练掌握数字电路设计仿真制作方法，把“数电”课程涉及的知识和能力通过这些项目的实践达到融会贯通。实践要求打造“数电”综合应用能力，从产品的设计仿真、器件的市场调研论证与购置、印制板的制作、电路的组装调试、到产品使用说明书的编写，以及产品答辩，全过程实践，致力于培养分析问题和处理问题的能力、拓展技术应用和创新设计能力。而且，这些项目在学习单片机时，我院设计也采用单片机技术实现同样的功能，进一步加深了对功能的了解，强化了知识的衔接和融合。
3实践项目的实施方法
我院是西安市电子技术类实训基地，西安市教育局计划投入1200万元资金进行建设，已投入500万元建成电子技术实验箱类、插件式实验台类、开放式综合实训台类和虚拟仿真类不同方式等各种相关实验实训室，有力地确保了“数电”课程改革及实践项目的实施。以上研发设计的四类实践项目，在实施过程中按照教、学、做一体化教学方式，根据课程的学习模块，按任务项目的知识相关点交叉进行。如功能认知型中TTL与非门逻辑功能验证，仿真测试型中TTL与非门输出特性仿真测试，技术应用型中组合逻辑电路设计，按学习模块循序渐进实施，对一个知识点使其在深度广度上体验得淋漓尽致。特别是创新设计型实践项目，是课程知识技能的大综合，通常安排一周时间集中完成。这样，可以全力以赴、反复推敲每一个细节、工艺和过程。
4结束语
四种类型的实践项目对学习掌握数字电子技术、提升实践技能起到了有效的强化作用。尤其是虚拟仿真实验不但简便易行，而且具有交互性、可操作性，真实感与实际的仪器情境雷同，元件选择范围广泛，电路修改方便，减少了试验元器件的损坏，能极大地提高教学效果，也为真实的实验打下基础，为电子创新设计提供了研究、开发、论证的便捷手段。也为应用电子技术专业课程解构、重构进行了尝试和铺垫。
参考文献：
[1]孙津平．数字电子技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2005.
[2]常桂兰，王成安，任桂兰．数字电子技术[M].北京：中国铁道出版社，2008.
[3]杨翠峰，王永成．数字电子技术实践[M].大连：大连理工大学出版社，2009.
[4]江晓安．数字电子技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，1990.
关键词：数字仿真模拟小流域坝系
一、问题的提出
小流域坝系是黄土高原沟道治理的基本单元，是由骨干坝、淤地坝、小水库等沟道工程组合形成的洪水防御体系和生产体系。坝系的形成、发展和运行是一个复杂的动态系统过程，经历坝系的建设、形成直至达到相对稳定等阶段，与流域的植被覆盖度、土地利用、暴雨洪水、水土流失程度和人类活动密切相关，坝系的建设也受到政策和投资的控制，影响因素多，关系复杂且相互制约。目前人们对这一过程的了解还仅仅限于数字计算，对内部的演变规律和各种因素的影响程度不得而知，对坝系的形成与发展过程缺乏形象直观的描述，不能适应现阶段的生产与科研的要求。
计算机仿真模拟技术是一种高科技手段，它以计算机为工具，将人们根据自己的理解而建立的数学模型，借助于计算机求解的过程，预测未来运行结果。也可以通过调整模型的参数，比较结果而达到优化设计的目的。小流域坝系形成发展过程的仿真模拟，就是将坝系工程中的骨干坝作为主要研究对象，建立起集信息采集、数据处理、动态过程模拟和优化设计为一体的综合系统，以计算机软件系统为支撑，以专家系统为技术支持，对坝系工程的建设、淤积、效益等动态演变过程进行预测模拟，并采用三维直观的方式通过计算机表现出来。在模拟运行的过程中，通过对主要参数指标的不断调整与修正，获得坝系工程的建设密度、布局、规模、效益等一系列规划技术经济指标，达到优化设计的目的。
二、系统设计构思
1．问题定义
小流域坝系的形成发展过程，主要涉及工程建设、防洪安全和坝地生产等几个关键控制因素，在运行中主要反映在两个时间系列上：长期运行模拟与次暴雨运行模拟。
（1）小流域坝系长期运行仿真模拟
坝系中的有些因素是无法控制或较难控制的，如流域的地形和地质条件、流域植被覆盖度、侵蚀强度等；有些是可以控制的，如坝系工程的布局、建设规模、结构和建设时序等。当坝系建设实施后，受洪水泥沙的作用，库容将随着淤积而逐年减少，坝地面积逐年增加，当达到一定的条件后可投入生产发挥效益。而伴随着这一过程，坝系工程的防洪能力也将逐年降低。同时坝系工程的淤积过程还受到其在流域内所处的位置、枢纽结构以及流域坡面治理等因素的影响，坝系的长期运行仿真即是模拟这一过程，并通过模拟过程中对可控制因素参数的调整，达到优化设计的目的。
（2）小流域坝系次暴雨洪水运行仿真模拟
黄土高原水文泥沙的主要特征是洪水历时短、强度大、洪量小、含沙量大。洪水是造成坝系工程水毁破坏的主要原因。预测坝系工程在运行过程中某一时段的状态，了解其抵御洪水的能力及一旦发生水毁可能造成的破坏以及范围，建立防洪预警，对初期坝系建设方案的规划或运行过程中坝系配套改建方案的设计，为坝系工程的加固与改建提供决策依据，具有十分重要的作用。
次暴雨洪水运行仿真是长期运行仿真模拟序列中某一个时段的进一步细化模拟。在长期仿真的过程中，可实时选择典型时段进行次暴雨仿真，以消除一些不利因素，使规划结果更加合理，同时可适当简化系统的复杂程度。
2．系统设计
（1）模块设计
仿真模拟系统主要包括以下几个计算模块：
①坝系工程布局位置识别模块。采用数学的方式将坝系工程之间存在的相互位置关系和水沙传递规律表现出来。
②洪水与泥沙计算模块。建立小流域内不同频率洪峰模数、洪量模数、洪水过程关系曲线和侵蚀量计算数学模块。
③淤积过程推算模块。根据各坝之间的水沙传递规律，建立各单坝淤积库容、坝地面积逐年增加量计算数学模型。
④坝系防洪能力计算模块。坝系工程的防洪能力随着时间的推移而逐年降低，是一个逐渐衰减的过程，与工程在坝系中的作用、所处位置以及自身的结构等密切相关。防洪能力计算应充分考虑以上各种因素，适度考虑坡面治理措施的改变对侵蚀模数和洪水的影响，分别建立没有溢洪道和设置有溢洪道两种坝系运行方式的数学模型，还应建立工程水毁对下游工程乃至整个坝系所造成危害程度与影响范围计算模型。
（2）系统设计
坝系运行动态仿真模拟系统是一个集数据存储、分析计算、仿真演示和优化规划为一体的综合系统，通过专家系统将它们连接在一起。需要特别指出的是，小流域数字地图将是系统工作的基础平台，拟采用“3S”技术获取与处理。
①数据存储。采用数据库的方式，将大量的坝系工程基础数据（包括数值、图形等）进行存储，以便于在计算与演示过程中的调用与交换。
②分析计算。分析计算是系统的核心部分，主要解决坝系有关工程位置识别、洪水泥沙计算、淤积过程推算和防洪能力计算等。
③仿真演示。仿真演示是系统的另一个重要内容，其功能主要是将分析计算的结果在计算机上采用三维模拟的方式表现出来，达到直观、美观、实用的效果。此部分内容也是系统研究与开发的难点所在。
④优化规划。计算机的仿真模拟可以多次重复进行，有关参数（如工程的数量、位置、规模、建设时序等）可以在模拟的过程中，通过专家系统对有关技术指标的分析研究，不断地进行调整，经过多次反复比较，达到优化的目的。
小流域坝系数字仿真模拟系统设计框图见图1所示。