化工原理實(shí)驗(yàn)仿真軟件簡介

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1、化工原理實(shí)驗(yàn)仿真軟件簡介 在教育領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)不僅是一門學(xué)科，而且正逐漸成為有效的教學(xué)媒體和 教育管理的有力工具。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)是以計(jì)算機(jī)為媒介，通過學(xué)生——計(jì)算機(jī) 之間的交互活動達(dá)到教學(xué)目的的一種手段。 1. 化工原理實(shí)驗(yàn)?zāi)M的發(fā)展 實(shí)驗(yàn)?zāi)M(Experiment Imitation)是利用計(jì)算機(jī)的高級圖形功能模擬真實(shí)的實(shí) 驗(yàn)環(huán)境，通過計(jì)算機(jī)與操作者之間的交互活動，達(dá)到輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的。實(shí)驗(yàn) 模擬既是計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的一個重要組成部分，也可以自成體系，這種現(xiàn)代化的 新方法，有助于培養(yǎng)學(xué)生分析問題、處理問題、解決問題的能力。 化工原理實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)為輔助化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)而設(shè)計(jì)的軟件包。近

2、年來， 國內(nèi)許多高校在化工原理實(shí)驗(yàn)?zāi)M方面做了大量的工作，因?yàn)榛ぴ韺?shí)驗(yàn)?zāi)M 必須依托實(shí)際的實(shí)驗(yàn)裝置，而各高校的化工原理實(shí)驗(yàn)裝置不盡相同，再加上實(shí)驗(yàn) 模擬投資小、運(yùn)行費(fèi)用低、安全、高效等特點(diǎn)，因而受到了高度的重視。北京化 工大學(xué)早在1985 年就開發(fā)了一套多功能的單元操作實(shí)驗(yàn)?zāi)M軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng) 具有動態(tài)畫面、音響效果、啟發(fā)教學(xué)、錯誤處理、自動評分等功能特點(diǎn)。由于開 發(fā)時(shí)間較早，其最大的缺陷是不能獨(dú)立于西文 DOS 系統(tǒng)運(yùn)行，而需要 CCDOS 中文漢字系統(tǒng)支撐。華南理工大學(xué)開發(fā)的化工原理實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)則較先進(jìn)，該系 統(tǒng)自帶中文字庫，可以脫離中文漢字系統(tǒng)運(yùn)行，并且具有窗口式中文界面提示、 畫面

3、清晰、動畫與聲響結(jié)合。此外，浙江大學(xué)開發(fā)的化工原理實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)軟件 的特點(diǎn)是以該校的實(shí)際裝置為依托，圖像具有3D立體效果。從以上的開發(fā)成果 可以看出，化工原理實(shí)驗(yàn)?zāi)M軟件從最初的非中文界面，發(fā)展到依托中文操作系 統(tǒng)，再發(fā)展到自帶中文字庫脫離漢字操作系統(tǒng)，最后發(fā)展到充分利用多媒體技術(shù) 和3D圖像技術(shù)，而且界面日趨友好，功能日斬增多。 2. 化工原理實(shí)驗(yàn)?zāi)M的特點(diǎn) 化工原理實(shí)驗(yàn)?zāi)M通過計(jì)算機(jī)模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作，使學(xué)生能快速地掌握如 何操作化工單元過程，熟練地測定、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而且可以提高學(xué)生對化工原 理理論課程的學(xué)習(xí)興趣。它具有如下特點(diǎn)： (1) 實(shí)驗(yàn)?zāi)M可以模擬傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過程，形象生動、簡

4、明易懂，既有科學(xué)性又 富有趣味性，有利于增強(qiáng)教學(xué)效果，可在較短的時(shí)間內(nèi)使學(xué)生了解化工原理實(shí)驗(yàn) 單元操作的方法和技巧。 (2) 實(shí)驗(yàn)?zāi)M可以快速完成耗費(fèi)時(shí)間很長的實(shí)驗(yàn)，并可不斷地重復(fù)各個實(shí)驗(yàn) 過程，有利于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，降低實(shí)驗(yàn)運(yùn)行費(fèi)用。 (3) 實(shí)驗(yàn)?zāi)M可以按實(shí)驗(yàn)者的意圖任意改變“實(shí)驗(yàn)條件”，模擬許多非正常 的操作，有利于改善學(xué)生在實(shí)驗(yàn)裝置上操作的安全性。 (4) 實(shí)驗(yàn)?zāi)M可以清晰地觀察實(shí)驗(yàn)的變化規(guī)律，使學(xué)生獲得更多的感性認(rèn) 識，有利于培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。 3. 化工原理實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)的組成 開發(fā)化工原理實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)的目的在于將先進(jìn)的模擬技術(shù)與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教 學(xué)相結(jié)合,改進(jìn)實(shí)驗(yàn)

5、教學(xué)的效果，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。該模擬系統(tǒng)以基于Windows 操作平臺，全部實(shí)驗(yàn)均采用標(biāo)準(zhǔn) Windows 圖形窗口界面。具有人機(jī)界面友好、 圖像分辨率高、多任務(wù)操作、操作簡單（通過鼠標(biāo)就可完成全部實(shí)驗(yàn)?zāi)M過程）等 優(yōu)點(diǎn)。本模擬系統(tǒng)是以普通微機(jī)為基礎(chǔ)的小型模擬培訓(xùn)系統(tǒng)，共由八個化工原理 實(shí)驗(yàn)組成：流體流動阻力的測定實(shí)驗(yàn)；離心泵性能的測定實(shí)驗(yàn)；過濾實(shí)驗(yàn)；固體 流態(tài)化實(shí)驗(yàn)（包括氣固、液固兩個系統(tǒng)）；傳熱膜系數(shù)的測定實(shí)驗(yàn)；精餾實(shí)驗(yàn)；填 料塔解吸傳質(zhì)系數(shù)的測定；干燥速率曲線的測定實(shí)驗(yàn)。雖然本模擬系統(tǒng)以 Windows 為操作平臺，卻對微機(jī)配置要求較低。 硬件環(huán)境為：386DX/33以上CPU； 4M

6、以上內(nèi)存；VGA/SVGA顯示器；鼠 標(biāo)；鍵盤。 軟件環(huán)境為：中文 Windows3.2或中文 Windows 95；英文 Windows3.1或英 文Windows95外掛中文支撐系統(tǒng)（如中文之星、Rich Win等）。 4. 化工原理實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)的功能 本模擬系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能包括化工原理實(shí)驗(yàn)操作訓(xùn)練、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的讀取和 數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)?zāi)M操作評分及思考題測試及評分、聯(lián)機(jī)在線幫助等，其基本結(jié) 構(gòu)如圖 1 所示。 M思考題涎試及評分 實(shí)驗(yàn)數(shù)is坯理 ￡樓扭操件及評分 圖 1 化工原理實(shí)驗(yàn)?zāi)M的結(jié)構(gòu) （1） 化工原理實(shí)驗(yàn)?zāi)M操作訓(xùn)練。這是實(shí)驗(yàn)?zāi)M的核心所在，根據(jù)窗口菜單

7、提示，學(xué)生通過鼠標(biāo)選擇相應(yīng)正確的實(shí)驗(yàn)操作，就可以完成全部實(shí)驗(yàn)?zāi)M操作過 程。 （2） 化工原理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)讀取與數(shù)據(jù)處理。在實(shí)驗(yàn)裝置穩(wěn)定運(yùn)行情況下，學(xué)生 必須正確選擇讀取數(shù)據(jù)的時(shí)機(jī)和選擇正確的控制節(jié)點(diǎn)及時(shí)讀取儀表數(shù)據(jù)；正確讀 取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，由計(jì)算機(jī)自動對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，學(xué)生可以查看實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí) 驗(yàn)結(jié)果以圖形和表格兩種形式輸出，符合實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式。為了今后具備獨(dú)立的自 主版權(quán)，本模擬系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理沒有借助任何圖形圖像軟件包，而是通過自 己開發(fā)的動態(tài)連接庫完成全部實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖形顯示及輸出。 (3) 實(shí)驗(yàn)?zāi)M操作評分及思考題測試。根據(jù)學(xué)生模擬操作過程中的正確操作 步驟數(shù)給出實(shí)驗(yàn)?zāi)M操作的成績評估

8、；在完成模擬操作后，將實(shí)驗(yàn)基本知識以選 擇題的形式給出，可在學(xué)生回答完測試題以后進(jìn)行計(jì)算機(jī)自動評分，并給出測試 成績，通過測試，可幫助學(xué)生鞏固實(shí)驗(yàn)知識。 (4) 化工原理實(shí)驗(yàn)?zāi)M的聯(lián)機(jī)在線幫助。該幫助系統(tǒng)是完全Windows風(fēng)格的 聯(lián)機(jī)在線幫助，在實(shí)驗(yàn)?zāi)M操作過程中遇到困難，可隨時(shí)打開幫助系統(tǒng)獲得有關(guān) 軟件使用、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等方面的幫助信息。 (5) 啟發(fā)式。即在實(shí)驗(yàn)操作失誤等情況下聲音提示報(bào)警，并且通過彈出消息 對話框，給以適當(dāng)?shù)奈淖中畔?，幫助糾正錯誤。 (6) 快速信息提示。每個化工原理實(shí)驗(yàn)均有眾多的設(shè)備及儀表，當(dāng)鼠標(biāo)在各 個設(shè)備或儀表上停留一、兩秒鐘后

9、，就回彈出浮動信息條，注明該設(shè)備或儀表的 名稱及簡單功能介紹。學(xué)生在開始模擬實(shí)驗(yàn)操作之前，可先采用此方法熟悉實(shí)驗(yàn) 流程，提高實(shí)驗(yàn)?zāi)M操作的效率。 上述結(jié)構(gòu)中，聯(lián)機(jī)在線幫助、啟發(fā)式、浮動信息條正是采用 Windows 作為 操作平臺所帶來的獨(dú)有特色。鑒于以上功能，系統(tǒng)不失為一個界面友好、操作簡 單、功能強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)?zāi)M軟件。 5. 化工原理實(shí)驗(yàn)?zāi)M軟件的設(shè)計(jì)過程 化工原理實(shí)驗(yàn)?zāi)M軟件的設(shè)計(jì)，要求做到真實(shí)無誤地反映化工原理實(shí)驗(yàn)的操 作程序、動畫與實(shí)驗(yàn)流程相結(jié)合、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理正確，這是軟件設(shè)計(jì)時(shí)首先要考 慮到的。另外，從軟件開發(fā)技術(shù)的角度看，還要根據(jù)化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求和 特點(diǎn)，確定軟件的總體

10、結(jié)構(gòu)，合理地選擇操作系統(tǒng)和軟件開發(fā)工具，即程序設(shè)計(jì) 語言，本軟件采用 Delphi 編寫了幾乎全部的程序代碼等。針對以上要求及軟件 所實(shí)現(xiàn)的功能，在軟件的設(shè)計(jì)過程中，我們按以下步驟進(jìn)行： (1) 查閱有關(guān)資料，閱讀實(shí)驗(yàn)教材，透徹理解實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)要求，加強(qiáng)對 實(shí)驗(yàn)知識的理論認(rèn)識； (2) 熟悉實(shí)驗(yàn)流程，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的實(shí)際操作，掌握實(shí)驗(yàn)規(guī)律； (3) 收集與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的物性數(shù)據(jù)，并從以前積累的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中挑選出具有代 表性的數(shù)據(jù)，形成原始數(shù)據(jù)文件； (4) 使用繪圖工具與Delphi程序設(shè)計(jì)語言相結(jié)合，繪制包括實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀表、 管路在內(nèi)的靜態(tài)實(shí)驗(yàn)流程圖； (5) 采用 Delphi 語言編寫模擬軟件，實(shí)現(xiàn)軟件眾多功能的模擬代碼，包括問 題回答、動畫、數(shù)據(jù)處理等軟件功能模塊； (6) 軟件的調(diào)試與修改。