作者简介：路永婕（1981-），女，甘肃靖远人，石家庄铁道大学机械工程学院，讲师；陈娜（1979-），女，辽宁辽阳人，石家庄铁道大学信息学院，讲师。（河北 石家庄 050043）
基金项目：本文系石家庄铁道大学教育教学改革研究项目（项目编号：110408、110326）的研究成果。
中图分类号：G642?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）32-0033-01
在20世纪80年代，随着计算机科学技术的进步与发展，导致了虚拟样机技术（VPT，virtual prototyping technology）的出现，从而加快了工业发展的步伐。虚拟样机技术以自身的优势大大提高了工业产品的设计和研发的效率，极大地缩短了产品的生产和制造周期。目前虚拟样机技术在各领域的企业和研究机构里已经取得了良好的经济效益，得到了广泛的应用。因此各企业单位对熟练掌握虚拟样机技术的人才需求不断增长，这就势必要求在高等教育过程中更加注重培养大量的此类人才，以满足人才市场的巨大需求，进一步促进我国工业水平的提高。
虚拟样机技术作为一种先进的技术，在推动工业发展的同时也为高等教育培养高质量、高水平的人才提供了良好的手段和思路。在机械工程类本科教学实践中充分应用虚拟样机技术将会有力地促进工科类教学方式和教学体系的改革，会大幅度地变革旧的教学模式，实现大学生学习的多元化和主体化，使学生跟随工业技术发展的步伐，牢固夯实知识要点，掌握学科体系。
一、虚拟样机技术的理论依据与应用前景
虚拟样机技术是一种基于虚拟样机的数字化设计方法，该技术结合了先进的建模技术、仿真技术、信息技术、优化技术、制造技术和先进的信息管理技术，涵盖了工业产品的概念、设计、实验、生产和制造的各个环节。可见，虚拟样机技术重点强调了工业产品的系统观，它针对产品的全生命周期，对产品进行全方位的测试、分析与评估，实现了不同领域的虚拟化的协同设计。
总之，虚拟样机技术是以虚拟样机为主体，可视化为界面，仿真分析为主要手段，三维造型软件为工具，建立起的多学科、多领域、多角度的协同设计平台。在机械领域中，虚拟样机技术以机械系统运动学、动力学、传热学和控制理论为核心理论，几乎涵盖了机械工程体系中的各个子系统。目前基于虚拟样机技术，涌现出来了大量成熟的商业化软件，大体可以分为几何建模（SolidWork，UG，Pro/E）、结构分析（ABAQUS，ANSYS，NATRA）、多体动力学（SIMPACK，ADAMS，DADS）、液压与控制（AMESIM）、振动与噪声（SYSNOISE，AUTOSEA）等几个范畴，在机械工程、航空航天、国防和医学等各个领域发挥越来越重要的作用，在企业中已经得到了普遍的应用，获得了很多的成功案例。
因此在运用虚拟样机技术进行工业生产时，需要具备扎实的计算机、运动学、动力学和控制学多个学科的知识，这就对高等教育人才的培养提出更高的要求。从上述虚拟样机技术的内涵和理论依据可以发现，该技术具有很强的实践性强、可重复性和操作直观的特点，所以这些特点既是学生最终学习的目的，也为教师提高教育水平提供了很好的手段。
二、充分发挥虚拟样机技术在机械工程类教学中的作用
1.培养学生的仿真分析意识
在计算机技术高速发展的今天，基于虚拟样机技术的仿真分析已经日趋完善，分析的结果可靠、逼真，在工业生产中已经被广泛认可。所以，在教学过程中应引导学生积极掌握和利用仿真分析的技巧，在学习和吸纳新知识时充分应用仿真的手段进行分析和验证，提升对知识的理解程度，提高对专业知识的认知水平，形成良好的仿真分析习惯。
由浅入深地让学生在学习过程中随时借助虚拟样机技术对书本中的例题、课程设计中的案例和毕业设计命题从仿真的角度预演解题过程，树立起良好的仿真意识，这不仅提高了学生分析、解决问题的能力，而且在反反复复的仿真实践中对虚拟样机的综合应用能力得到提高，对专业知识的准确应用也会有一个比较深刻的认识。
2.注重理论与仿真实践结合
在机械工程相关专业的学习中，“机械原理”、“机械设计”、“机电控制”、“测试技术”等都是必修的专业基础课程，在以往的教学中，学生在掌握这些课程时比较头疼，教师在教授过程中诠释概念、分析原理时也比较吃力。分析其中的原因，主要就是学生在认知这些专业知识之前，相应的背景知识比较欠缺，对难懂的知识点存在很大的陌生感，教学的效果差强人意。然而虚拟样机技术恰恰可以弥补这一点，可以在教学的各个阶段都发挥不同的效用，在每门课程学习之前，教师可通过基于虚拟样机技术的成功工程案例的展示，激发学生对本专业知识求知的欲望，对课程设计的过程产生浓厚的兴趣，以最短的时间融入到课堂中。
有学者认为,虚拟技术是指以网络技术、多媒体技术等具有物理实体特征的信息技术为物质基础,建构虚拟技术场域的技术中介手段。这种分析比较明确地表述了虚拟技术实体不是虚拟的,作为存在于现实空间的技术表现形态,它是具有物理特征的技术,虚拟技术的“虚拟”性在于是建构虚拟技术场域,即网络虚拟空间的技术中介手段。虚拟技术实现了波普尔所描述的世界1、世界2和世界3的高度契合与统一,在理论上具有同构性,从这个意义上说虚拟技术是具有革命性的技术形态。也有学者认为,所谓虚拟现实技术,是指在计算机软硬件及各种传感器(如高性能计算机、图形图像生成系统,以及特制服装、特制手套、特制眼镜等)的支持下,生成一个逼真的、三维的、具有一定的视、听、触、嗅等感知能力的环境,使用户在这些软硬件设备的支持下,能以简捷、自然的方法与这一由计算机所生成的“虚拟”世界中的对象进行交互作用。
从词源看,“虚拟”一词是由英文virtual reality(虚拟现实,又译虚拟实在)派生出来的。在英文中,表示“虚拟的”词语并非unreal(不真实的)、visional(虚幻的)、pretended(虚假的)或fictitious(编造的),而是virtualiter,意为“具有可产生某种效果的内在力的”,源于拉丁语“virtus”、“virtualis”。中世纪神学家兼逻辑学家邓?司各脱曾赋予这个词最初的哲学含义。他从唯史论的基本观点出发,认为事物的概念不是以形式的方式,而是以产生某种效果的内在力量或者能力的方式涵盖其经验性的内容,从而构成形式上统一的现实。因此,事物的概念就是一种虚拟的现实。他试图用“虚拟的”这个词来沟通形式上统一的实在与人们杂乱无章的经验之间的鸿沟,他把虚拟实在赋予事物或过程经验的某些方面,把经验等同于实在。从这个意义上来说,人类思维、意识的发展过程,人类运用概念、符号进行抽象思维来认识自然的过程,就是一个不断虚拟化的过程。人的历史和经验,要依靠文字虚拟过程来传递、保存。印刷文字和图像的物理持性中,包含了虚拟化了的人类经验,使得人不必亲身经历,便可以继承祖先的历史和经验。显然,这种借助意识、概念和符号的虚拟是现实在人脑中的表现形式,同时也是人认识现实世界的方式。
牛津大学出版社出版的《牛律辞典》(1989)对目前计算机及通信等科技领域里经常使用的“virtual”解释是:“Not physically exiting as such but made by software to appear to do so from the point view of the program or the user。”可以翻译为:一种由软件生成的非物理存在,但从程序和用户角度来看像真的一样。虚拟特指用0、1数字方式去表达和构成事物及其关系。商务印书馆出版的《牛津高级英语学习词典》(OALD)中对“虚拟的”(virtual)一词的解释是:实质上的,但尚未在名义上或正式获得承认。《美国传统辞典》对virtual的解释是:“Existing or resulting in essence or effect though not in actual fact,form,or name”,意为“虽然没有实际的事实、形式或名义,但在实际上或效果上存在和产生的”。
“虚拟”一词的当代用法,来自计算机技术和软件工程。在计算机技术中的虚拟存储器、虚拟服务器和企业管理中的虚拟组织等语汇中,“虚拟的”意味着“虽然是无形或非正式的,但在功能上相当于……”。因此具体地说,虚拟就是用数字方式去构成这一事物,或者用数字方式去表达这种关系,从而形成一个与现实不同但又具有现实特点的数字空间。
计算机科学家用“虚拟内存”来代表计算机以这种方式设置的RAM(随机存取存贮器)。虚拟内存技术不添加硬件即可扩展计算机的数据存储,例如,在个人计算机上,虚拟内存可以是RAM的一部分,仿佛它就是硬盘存储空间。这种虚拟磁盘可以像硬盘那样来用,但却不用受实际的机械磁盘的物理限制。随着计算机和信息技术等的发展,虚拟的意义有了扩展。正如美国学者迈克尔?海姆(Michael Heim)所指认:“‘虚拟’一词的涵义后来变成了任何一种计算机现象,从计算机网络上的虚拟邮件到虚拟工作组,到虚拟图书馆甚至虚拟大学,可谓应有尽有。在每种情况下,这个形容词所指的是一种不是正式的、真正的实在。当我们把网络空间称为虚拟空间时,我们的意思是说这不是一种十分真实的空间,而是某种与真实的硬件空间相对比而存在的东西,但其动作则好像是真实空间似的。”从数字化虚拟技术的实践应用来看,虚拟技术在电子计算机领域已经获得了非常广泛的应用。“虚拟内存”(Virtual Memory)、”虚拟存储器”(Virtual Storage),“虚拟主机”(Virtual Host/Virtual Server)、“虚拟光驱”、“虚拟终端”(VPC)、“虚拟专用网”(VPN)成为经常被使用的电子计算机术语。
这些计算机专用术语基本上可以解释为:以电子计算机硬件技术为技术基础,以软件技术为技术解决方案,在计算机或网络上建构出来的具有真实硬件功能的虚拟的技术存在方式。这些技术存在方式是建构虚拟世界的技术基础。我们可以发现,虚拟技术既包括硬件技术也包括软件技术,是硬件技术与软件技术高度契合的数字化关系表达方式。今天软件工程师们一般是在一种不是正式的、不是真实的但又是实际的意义上来使用这个术语,也就是说相对于自然的、物理的存在来说,虚拟实在让主体在感觉层面上产生具有效果上的等同性。同时软件工程师们也没有把虚拟实在所构成的空间环境简单地称为可能世界,因为在现实世界中许多不可能发生的现象在计算机系统中能够发生,虚拟蕴含着比可能更宽泛的哲学内容。
从认识论的角度来理解,“虚”是一种主观存在,特指大脑对“实”的感知、认知和加工以及在此基础上形成的意象和意境。意识是大脑的本能,意识运动的机制形成人类大脑的思维。人类通过思维形成对“实”的意象和意境。从本质上来看,“虚”是存在于大脑之中的东西。“虚”的主体或精髓――意识或思维――不能以外在的形式精确再现。但却可以通过语言、动作、表情、文学艺术等形式对其进行描述,我们可以广义地称其为“虚拟”。 正如尼葛洛庞帝(Nicholas Negroponte)在《数字化生存》中所说:“虚拟现实能使人造事物像真实事物一样逼真,甚至比真实事物还要逼真。”
参考文献:
随着时代信息技术的发展高中信息技术教学呈现多元化的发展方式，但是在教学中教师经常会出现网络模块教学和课件制作的问题，为了解决这一问题可以采用虚拟信息技术加以解决。虚拟机技术是在一台物理计算机上把硬盘和内存专门进行划分，虚拟成具有逻辑功能的计算机，这个虚拟计算机同计算机一样具有自己的CPU、CMOS、显卡、网卡、硬盘、内存。可以如同普通计算机一样进行计算机硬盘区分和格式化，同样也可以进行软件的安装与操作。在虚拟环境下学生操作计算机模拟一些实际计算机练习。这样的方法使得学生可以在更大程度上操作计算机，弥补了实际操作中的一些空缺，具有管理简化的诸多优势。
一、虚拟信息技术概述
运行虚拟机的实际物理计算机叫宿主计算机，在宿主计算机上可以同时运行多个虚拟计算机系统，并且各个虚拟计算机之间各自运行自己的操作系统，相互不会产生干扰。在虚拟的环境中学生可以模拟实际的一些计算机操作，极大的弥补了当前教学资源不足的现状。虚拟技术是应用软件实现虚拟真实操作环境，可以最大程度的提高计算机使用效率，可以减少物理服务器的处理，另外我们通过虚拟服务器可以由磁盘文件和配置文件构成，通过大量复制这些文件就可以快速的产生新的虚拟机，进而实现虚拟设备的大量增加，满足学生上机实操需要，提高了计算机使用效率。虚拟机通过主机设备的虚拟而成，拥有自己的BIOS，我们可以更改BIOS参数，这个设置和真实的操作系统是一致的，也可以拥有自己独立的网络地址，功能更加全面。在虚拟机的使用中如果虚拟机出现了问题，可以通过点击还原按钮简单的实现故障排除，还原更加便捷。这项技术的应用受到了很多教师的欢迎
使用虚拟信息技术，教师可以把更多的时间放到教学中来，脱离了紧张的计算机硬件维护，在紧凑的高中教学实际中采用打造一个高效的学生实践环境，提升了机房的服务学生的水平，而且可以让学生大胆的探索未知领域，对学生实践能力的提高的培养具有促进作用。
二、虚拟信息技术的应用
1.系统操作模模拟
在信息技术课程教学中，最为基础的训练就是系统操作训练。在传统的教学中教师让每个都可以通过实践操作来学习是非常不容易的，造成在课堂上讲系统操作的现象，很难与教师形成良好的互动。在虚拟信息技术操作中，学生在虚拟机上可以有更大的操作空间更为自由的权限来进行实操，在这个过程中学生遇到问题可以及时和教师进行互动交流，及时的解决问题，教师也可以及时的在学生操作中将学生普遍遇到的问题进行集中重点讲解，这种在实践中的操作极大的提高了学习效率，激发了学生兴趣和热情，对计算机教学改革创造良好的条件。
2.实验模拟
在新课程改革的大环境下，教学任务不单单是对学生进行知识的传授，更是对学生实践操作能力的培养。新课程改革不但要求学生要有扎实的理论功底也需要有扎实的实践能力。高中虚拟信息技术的推广使用，可以让学生在搭建的虚拟网络实验中进行完全仿真的实践操作的科目练习，这样的虚拟训练可以有效锻炼学生自主学习能力和实践操作能力，进而达到计算机教学《新课标》所规定的实践目标。网络现在已经成为生活中必不可少生活必须，网络操作中的实践联机和网络病毒防范操作是学生必须会掌握的能力，在课本教学中对此部分的讲授非常有限，通过虚拟机技术教师可以构建虚拟网络实验室，进行网络IP地址修改、真实病毒攻击和防病毒的实践操作和演示。另外对于其他科目的实验模拟也可以利用虚拟信息网络进行模拟，扩展了模拟实验的使用范围，促进高中生综合素质的培养。
3.数据保护和恢复
在虚拟机出现问题后可以简单的点击还原按钮来实现还原，由于学生对计算机兴趣非常大，经常会进行一些探索性的操作，经常会造成数据的丢失。面对这样的问题可以利用专业的数据恢复软件进行恢复，一般采用Recover、Test Disk、PhotoRec软件进行数据恢复。具体在虚拟机中的应用，步骤为在一台虚拟机系统中拷贝一个文件为验证各种类型的文件都正常恢复，在文件夹中拷入文档、声音、图片等）到虚拟机的某个盘符中，再删除该文件夹；然后运行Recover my files 软件，进入其操作界面，点开始恢复，选择要恢复类型（文件或驱动器），单击“继续”扫描磁盘，已删除列表中显示已删除的文件，选择文件进行恢复。
三、总结
在高中信息技术教学中采用虚拟机技术，符合薄弱学校和学科的实际发展。利用虚拟机技术可以为学生搭建一个更为广阔的实践操作平台，激发了学生实践动手操作能力，培养了实践精神。另外可以减少机房资金的投入力度和管理难度，进而提高信息技术教学的有效性，让学生在实践操作中提高综合素质能力。
参考文献：
[1]王泽通.虚拟机技术在网络实训教学中的应用[J].电子技术与软件工程，2016（15）.
引言
随着世界经济的快速发展，市场竞争日趋激烈，这种外部因素的影响下，机械产品要提高竞争力、满足客户需求，就必须针对市场环境和需求，改变产品开发模式，提高产品技术含量。随着计算机技术的快速发展，现代信息技术已逐渐的应用到机械产品的设计与研发中，并成为提高产品质量和性能的一种新技术手段，同时也为虚拟样机技术的发展和应用提供了更为方便的操作平台[1]。
1 虚拟样机技术的概念
虚拟样机技术是一种通过综合运用计算机辅助设计中先进的建模、信息管理和多领域仿真等对产品进行设计和分析的方法。利用虚拟样机技术建立产品计算机模型，对模型进行仿真分析，根据分析结果指导产品的后续研发以及产品的改进设计；同时可以分析机械产品在不同应用环境下的整体性能，进而对产品的质量性能进行评价[2-3]。
在以往的机械产品研发过程中，对方案进行论证、根据经验进行初步的设计、后续的细节进一步修正或改进设计等一系列流程总是在不断的循环讨论当中。为了验证设计是否合理、可行，功能能否实现，还需要对物理样机进行多次的测试实验，根据实验结果，再对产品的设计方案进行改进，同时再次制造或改进物理样机进行实验以达到设计的要求。在机械产品设计和研发中应用数字化的虚拟样机技术改变了产品设计样机建造测试评估反馈设计的传统设计流程，避免了物理样机的生产及其修改加工，节约了设计研发成本。通过数字化的计算机辅助设计技术，可迅速缩短产品开发周期，同时也有利于不同设计工作的协同进行。
2 虚拟样机技术的特点
传统的产品开发过程如图1所示，机械产品的设计是一个不断的循环过程。为了验证设计方案是否合理，需要制造样机进行性能测试，但设计过程中往往需要对设计及样机进行多次改进，才能获得符合要求的设计方案，这种设计方法往往耗时、耗力、耗物。
图1 传统产品开发过程
利用虚拟样机技术对机械产品进行的设计研发是一个并行的过程，其设计流程如图2所示。通过对多种设计方案进行如有限元、运动学和动力学等仿真分析，对仿真结果比较，最终确定一个最优化的方案，产品研发周期短，研发成本低，有效地提高了产品质量。
图2 虚拟样机技术产品开发流程
与传统设计方法对比，虚拟样机技术主要有以下特点：
（1）全新的研发模式。传统的产品设计研发是一个串行的过程，而采用虚拟样机技术则可以实现产品不同设计工作的同时进行，通过仿真得到产品在不同使用环境下的动态响应，进而评价不同设计方案可行性。
（2）产品研发周期短、成本低、质量高。基于虚拟仿真平台建立初步设计完成后的产品模型，对所建模型进行多次仿真试验，这样省去了样机的制作时间，缩短产品开发周期，同时也能够提高产品的质量和性能。
（3）实现动态设计的重要手段。企业间可以通过网络将各自的产品的信息进行传递，以便双方就一些产品设计信息进行交流，同时可以就设计问题进行讨论，实现了不同时间、地点、人员对产品设计的进行。
（4）支持产品的全方位测试、分析与评估。利用虚拟样机技术对产品在不同应用环境下的动态响应进行仿真，根据结果对产品结构进行分析，得到产品全方位的测试结果，有利于对产品进行全方位的分析和评估。
3 虚拟样机技术的应用与发展
虚拟样机技术在国外已得到了深入的研究，并已成功的应用在汽车制造、武器装备制造、船舶制造、医疗机械制造等诸多制造行业中。无论是海里的军舰、奔驰的火车等这些大型复杂的机械系统，还是自行车的链条、减速器的齿轮等较小的结构件，虚拟样机技术在其研发过程中都有应用，并为产品的设计生产提供了重要的保障。
随着我国对虚拟样机技术的研究不断开展，虚拟样机技术在我国应用的领域也在不断扩大，但主要集中在一些大学、科研院所和一些大型的制造企业。其中武汉理工大学利用虚拟样机技术实现了计算机对船用起重机在各种工况下作业过程的三维可视化仿真分析[4]；西北机电工程研究所采用虚拟样机联合仿真平台实现了发射药协调器的机电液一体化仿真[5]；交通运输部水运科学研究院对轨道式集装箱门式起重机虚拟样机模型进行了动力学仿真，并对门架结构进行了可靠性分析[6]；辽宁工程技术大学通过建立采煤机、掘进机和刨煤机的刚柔耦合模型，对不同工况下机械部件的可靠性、动态特性进行了分析，将虚拟样机技术成功的应用于工矿企业的产品设计研发当中[7]。
虽然我国对虚拟样机技术的研究虽然取得了快速的发展，但在理论和实践的深度方面的研究与国际水平还存在着较大的差距，应用范围还不够广阔，还有很大的提升空间。
4 结束语
虚拟样机技术作为一种新兴的设计制造技术，有着广阔的发展和应用前景，并且已被广泛的应用到机械制造业的设计研发中，对其进行深入的研究，有利于提高产品的质量，使其能够及时的适应市场经济发展的需要。同时对虚拟样机及其关键技术进行研究，扩大该项技术的工业应用领域，对于我国制造业的发展也具有重大的战略意义。
参考文献
[1]张卫，吴慧中.虚拟样机概念及体系结构研究[J].组合机床与自动化加工技术，2002（10）：12-14.
[2]刘国昌，韩虎.基于ADAMS协同仿真技术的研究与实现[J].起重运输机械，2008（6）：38-40.
[3]胡蓉，胡如夫.机械产品虚拟样机协同开发技术[J].机床与液压，2003（7）：145-146.
[4]杨宝林.基于虚拟样机技术的船用起重机技术结构动力学仿真[D].武汉：武汉理工大学，2008.
[5]梁辉，王玉林，马春茂，等.发射药协调器虚拟样机建模与仿真[J].兵工自动化，2011，30（5）：86-88.
中图分类号：P2文献标识码： A
一、前言
虚拟样机技术对泥浆泵仿真有着重要的作用。虽然我国在此方面取得了一定的成绩，但依然存在一些问题和不足需要改进，在科学技术突飞猛进的新时期，加强虚拟样机技术的进一步研究，对我国国泥浆泵仿真的发展有着重要意义。
二、虚拟样机技术概述
机械工程中的虚拟样机技术又称为机械系统动态仿真技术，是国际上20世纪80年代随着计算机技术的发展而迅速发展起来的一项计算机辅助工程（CAE）技术，是当前设计制造领域的一门新技术。该技术以机械系统运动学、动力学和控制理论为核心，加上成熟的三维计算机图形技术和基于图形的用户界面技术，将分散的零部件设计和分析技术集成在一起，提供一个全新的研发产品的设计方法。它利用软件建立机械系统的三维实体模型和力学模型，分析评估系统性能，从而为物理样机的设计和制造提供参数依据。
传统的设计方式是由下到上：从部件设计到整机设计。这种设计的弊端是往往把注意力集中在细节而忽略了整体性能。这种情况在国内经常发生。借助于虚拟样机技术，传统设计过程被逆转了。设计过程先从整机开始，按照“由上到下”的顺序进行，这样可以避免在系统设计方面的失误。
虚拟样机技术在设计的初级阶段――概念设计阶段就可以对整个系统进行完整的分析，可以观察并试验各个组成部件的相互运动情况。使用系统仿真软件在各种虚拟环境中真实的模拟系统的运动，它可以在计算机上方便的修改设计缺陷，仿真试验不同的设计方案，对整个系统不断改进，直至获得最优设计方案，再做出物理样机。运用虚拟样机技术，可以大大简化机械产品的设计开发过程，大幅度缩短产品开发周期，大量减少产品开发费用和成本，明显提高产品质量，获得最优化和创新的设计产品。
三、制造虚拟样机的基本过程
制造虚拟样机的过程就是上述各种先进技术相互支持、相互融合的过程。
首先是进行机械设计，设计的原始数据来自设计要求、应改进的缺陷、干涉尺寸、装配环境等。当方案制定后，设计师开始构造复杂的几何形状和工程关系。在设计的早期阶段，要求设计师给定全约束、全尺寸是不可能、不现实的，重要的是建立一些方程和规则，以体现一些最重要的工程数据，使零件在设计准则下可自动修改。在完整、安全的网络环境下，设计小组成员不必操心数据的完整性，他们能够共享数据，并能主动控制修改和更新。
零件最终的形状和尺寸来自各个方面的综合考虑，如装配、应力、加工等，在制定设计文件时，工程技术人员要决定如何描述最后的零件和装配。生成图纸时，设计尺寸要转换成工艺尺寸以体现加工、检测的要求。这张图纸和其他技术文件(如应力分析、振动、热分析等)构成设计的最主要部分。
最后是对最终的设计产品进行仿真。仿真能预测产品在实际环境中的性能，它包含了一系列步骤，从力学分析、建模、施加负载和约束，到预测其在真实工况下的响应。仿真的真正用意不是得到几个数据，而是评估产品的性能和优化产品的结构，进而指导设计，改进设计。
在产品设计和仿真阶段，需要使用一些应用软件(如三维产品设计软件、有限元分析软件等)。根据设计尺寸并利用这些软件，便可以在计算机上构造产品的虚拟样机，为最终投产做好准备。
四、虚拟样机开发技术的特点
虚拟样机开发技术与传统产品设计技术相比，具有如下特点：
(1)面向系统级设计的观点。强调在系统的层次上模拟产品的外观、功能和在特定环境下的行为；
(2)涉及产品全生命周期。虚拟样机可应用于产品开发的全生命周期，并随着产品生命周期的演进而不断丰富和完善；
(3)支持分布式协同设计。虚拟产品开发技术将产品的模型定义在计算机上利用计算机网络通讯技术，使处于异地的产品设计人员也可方便地进行交流，协同进行产品的开发。支持不同领域人员从不同角度对同一虚拟产品并行地进行测试、分析与评估活动。
虚拟样机技术是一门综合多学科的技术。虚拟样机技术的发展历程正如物理样机设计制造技术发展过程中从CAX向集成优化的现代集成制造系统(CIMS)的发展历程一样，复杂产品虚拟样机开发已成为一个系统工程――复杂产品虚拟样机工程。虚拟样机技术的出现，不仅仅是一种新技术的应用，而是设计思想的变革，将对制造业产生深远的影响。
五、虚拟样机技术的基础
虚拟样机技术的发展有赖于以下几项技术的发展和进步。
(1)智能设计技术。
CAD技术的出现是产品设计历史上的一个里程碑，它在很大程度上缩短了产品设计的周期，减少了设计人员的工作量。但现有的CAD技术注重于外形细节设计行为，却忽略了产品概念信息的描述。实际上，设计人员总是先考虑产品的功能，然后才设计出产品的外形。因此，对虚拟样机技术来说，产品描述应是超越几何性的。
由于虚拟样机技术对概念设计的要求，智能设计技术需要将用于概念设计的分析工具(如有限元分析、快速原型等)、计算机辅助概念设计和CAD技术有机地集成起来，支持产品几何定形前的功能规划和计算。通过分析这种幕后的功能计算，虚拟样机系统指导设计者怎样将几何形状转化为易于装配的、满足功能要求的、具有合适工艺的设计图形。
(2)并行工程。
并行工程是集成各种技术，并行设计产品及相关过程的一种系统方法，同步实现设计、分析评估、制造、装配、核算和管理。它要求产品开发人员从一开始就考虑到产品整个生命周期的所有因素(质量、成本、工艺、结构、性能等)，且要求实现计算机网络环境下的协同工作。要实现同步的目标，其实质就是整个工作都要在一个共享的数据库下进行信息交互。
(3)仿真工程。
对于虚拟样机系统来说，必须有一套能有效支持可制造性分析的产品、工艺和生产系统模型。产品模型必须能够管理与制造加工有关的数据(如形位公差等);工艺模型包括统计分析、计算机工艺仿真、制造数据库和制造规则库等;生产系统模型包括系统生产能力和生产特性的描述及系统动态行为和状态的描述。虚拟样机系统需要对上述模型进行数字化仿真和可视化，以对产品设计、工艺设计进行评估和优化。
(4)网络技术。
在网络上进行分布式设计与制造是虚拟企业的生产方式。利用分布式设计与制造，可以实时地决定合作厂家，实现异地产品设计和制造，不仅节约了时间，而且由于分布节点之间的关系建立在一种全面合作和开放式体系的基础上，所以有利于设计、规划和处理问题。
六、虚拟样机技术在泥浆泵仿真中的应用
泥浆泵是在钻井过程中，将泥浆加压后携带出井底的岩屑和供给井底动力钻具的动力，向井底输送和循环钻井液的泵。泥浆泵在石油工业和工程领域应用广泛。现代工业的小断发展对泥浆泵提出了更多更新的要求，使得钻井泵结构的介理性、工作性能的优越性和可靠性成为设计时的重要指标。然而，传统的设计与制造过程，需要经过概念设计、产品设计和制造样机进行试验等，这一过程无法缩短设计周期，对市场的灵活性小。因此，为了提高市场竞争力，各企业必须小断缩短新产品的研发周期，提高产品质量、性能，降低开发成本。
随着计算机仿真技术的发展，虚拟样机技术日益广泛地应用在各个领域。它从分析解决产品整体性能及其相关问题的角度出发，解决了传统的设计与制造过程的弊端。极大地增加了效率，降低了成本。因而，利用计算机仿真对石油钻井中常用的泥浆泵进行分析具有现实意义。
1、泥浆泵的结构及参数
石油矿场所用的泥浆泵一般是山柴油驱动的卧式的双缸双作用泵或三缸单作用的活塞泵。泥浆泵一般由驱动部分（底座、传动轴、齿轮、偏心轮、连杆、十字头等)和水力部分（泵缸、活塞、吸入阀、排出阀等)组成。其工作性能主要体现在排量、压力、冲数以及功率上。对NB8-600型泥浆泵，其最大传动功率为600马力，活塞冲程400mm，最大冲数65冲/min。
2、基于虚拟样机技术的泥浆泵运动学、动力学仿真
（1）仿真三维模型的建立
利用机械参数化三维仿真软件Pro/E建立了NB8-600泥浆泵部分系统的三维有限元模型，并进行模型干涉检验、修改、图2是简化后的总装配图模型。
（2）仿真过程
采用ADAMS12.0进行仿真分析.流程图如图3所示：
（3）仿真结果
通过仿真分析可以得到设计时所需要的各种重要曲线和参数，如主轴、连杆、十字头、拉杆、活塞等运动部件的位移、速度、加速度大小、运动规律和受力情况等。分析这些曲线和数据可以知道在运动过程中，各构件的受力是否满足应力许可值，以及是否能达到强度要求，如果不能满足设计要求则需要修改模型。本文经过几次仿真分析和对模型的修改后得到了能够满足工况的设计理论模型，为系统设计提供了依据。
3、结论
虚拟样机技术作为一种新型的、基于集成化产品和过程开发策略的新的产品设计、开发、评估手段，在各个行业正越来越受到重视，在产品研发中起到了显著的作用。根据虚拟样机技术的基本理论，结介泥浆泵的相关资料，利用机械设计自动化软件Pro/E建立了NB8-600型泥浆泵三维模型，并使用虚拟仿真分析软件ADAMS12.0进行了模型的运动学、动力学分析和局部优化设计，得到了系统模型的运行规律和小同驱动力下的运动、受力情况，为改进结构设计、节约设计周期和成本提供了理论依据和方法
七、结束语
虚拟样机技术是泥浆泵仿真的核心。因此，在泥浆泵仿真的后续发展中，要加强虚拟样机技术的运用与思考，确保虚拟样机技术水平的提高。
参考文献
[1]陈小川等.虚拟制造技术研究概况综述[J].机械制造，2009(12):8-10.
中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2013）03-0284-01
什么是GUI？为什么要将信息理论在GUI中应用与发展？
GUI 是 Graphical User Interface 的简称，即图形用户界面，通常人机交互图形化用户界面设计经常读做“goo-ee”，准确来说 GUI 就是屏幕产品的视觉体验和互动操作部分。
简言之GUI就是为了方便界面使用而做的设计，使用的非常广泛，大到个人电脑小到手机都有GUI设计的应用，但主要的应用是手机通讯移动产品。
如果说信息理论对GUI有什么影响，那么这种影响一定是信息技术的理论对GUI设计的影响。
信息技术，是主要用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称。它主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件。它也常被称为信息和通信技术。主要包括传感技术、计算机技术和通信技术。
1.信息技术理论对GUI的发展第一个帮助就是让GUI的实现成为了可能，可以说没有信息技术的支撑，图像处理技术的发展，现在的GUI都不可能出现。
2.信息技术为GUI的操作方式提供了可能，信息技术不更新，GUI的发展也会陷入停滞，有很多东西是没有技术就无法实现。GUI只能研究用户怎么用习惯，但不能研究怎么样能让玩家更加舒适。没有信息技术理论的发展就没有GUI技术的发展。
3.图片在信息中是很重要的一环，人们获取信息最快的途径就是文字和图片以及数字影像。从广义的方面信息技术包含了图形处理技术，初步看来是包含与包含于的关系，传播信息的方式有很多，形式也多种多样，可以是口头的，可以是触感的，可以是嗅觉的，可以是图像的，可以是丰富多彩的，因为人的身体是灵活的。而图像却不这样，图像在一定情况下是固定的。
图像技术初始并不丰富，可以说有些单一调，一开始并不人性化，每天人们就是用着键盘对着图片敲敲打打，操作方式十分的单调。但事后来科技技术的发展，人们渐渐发现了图像技术可以有更好的，更自然的表达，GUI技术虽然好用，但是没有信息理论的支撑也是不行的，因为信息技术可以说是GUI设计的一个驱动，起了很大的推动作用。
GUI简单的说只是图形操作的一种设置，有时更像人机工程学，研究怎样使用户用的比较顺手，用户怎样用的更加快速。信息技术则更像一种设计的理念，刚开始的时候受限于技术，但是随着技术的发展可以实现。两个东西相辅相成使信息技术促进了数字艺术的发展，而GUI技术促进了数字艺术的流行。
信息技术对GUI设计的集大成就是虚拟现实技术。
虚拟现实技术可以说是能将GUI设计发展到极致的手段，能将图片与立体声光影完全的结合起来，可以说越来越简练。
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）17-0128-02
计算机已经成为大学生学习中必不可少的工具之一，计算机组装与维护课程除了作为计算机专业必修的基础课以外，也作为高等职业类学校公选课之一，受到广大学生的欢迎。计算机系统安装与调试是《计算机组装与维护》课程中的一项重要的实验项目，该实验是理论与实践的有机结合，重视培养与提高学生的实践能力、动手能力，掌握该技术后，学生能自己安装与调试计算机系统，方便了日常应用，同时还会对学生的未来就业产生一定的影响。
1 虚拟机技术
1.1简述虚拟机技术
虚拟机，也就是虚拟计算机，指的是在一台物理计算机的基础上虚拟出来的逻辑计算机。虚拟机技术指的是利用计算机软件来模拟硬件的技术，通过利用虚拟机技术，可以在一台物理计算机的基础上虚拟出来一台、多台虚拟计算机，进行操作系统与应用软件安装、硬盘分区、CMOS设置、格式化以及应用测试，而且每一台虚拟计算机都可以独立运行，就像真正的计算机一样，且每一台虚拟计算机的操作系统之间也不会互相干扰。因此，在实际对虚拟机进行操作的过程中，可以对其进行操作系统安装、磁盘分区、格式化等，甚至虚拟机的系统崩溃，也不会对其他虚拟机系统、主机产生影响。基于虚拟计算机的这个特点，其非常适合学生进行计算机系统安装与调试实验，即便是操作失误，也不会对主机软件资源、硬件造成破坏，便于维护、管理。
1.2常用虚拟机软件
就目前来说，较为常用的虚拟机软件主要有三种：①Microsoft Virtual PC；②Virtual Box；③VM ware。通过对比分析这三种虚拟机软件发现，与其他两种相比，VM ware的功能更加出色，且综合稳定性也更好，更能满足产品研发以及教学科研的要求。因此，本研究中以VM ware为例，探讨虚拟机技术在计算机系统安装与调试实验中的应用。
1.3虚拟机的运行原理
在主机的操作系统上，VM ware是作为一个软件进行直接运行的，VM ware软件在主机操作系统上为虚拟机系统提供了一虚拟操作平台，而虚拟机的功能则主要通过这一虚拟操作平台实现（如图1）。从根本性质上来讲，虚拟机就是一个软件，其与一般的应用软件一样，只能依靠主机才可以完成操作。就功能方面上看，主机、虚拟计算机之间的差别并不是很大，也就是说虚拟计算机有主机所具备的所有功能，唯一的一个不同点就是虚拟计算机的运算速度相比较于主机来说比较慢。
1.4虚拟机的主要特点
以VM ware软件为例，探讨虚拟机的特点发现，其主要有以下几个特点：第一，可以同时运行多个操作系统。虽然VM ware软件仅仅是对一个虚拟机进行模仿，但与计算机相同的是其也具备BIOS，还可以修改和设置BIOS参数，从而能够在一个计算机上同时运行多个虚拟操作系统，还可以实现虚拟系统、主机系统之间的切换，此外，主机系统也可以参与虚拟机的任务，从而有效避免了由于主机系统受到损坏而导致的虚拟机程序数据损坏的问题；第二，虚拟机操作系统之间相对独立。由于虚拟机系统是独立的，且有着自己的网址，同时有主机所具备的所有功能，因此，在多台虚拟机系统同时运行的过程中，如果其中一台虚拟机出现问题或故障，其他的虚拟机系统也不会受到影响；第三，能够兼容多个版本。虚拟机能够兼容多个版本，那么在虚拟机的同一操作系统上安装不同版本的时候，就无需重新进行硬盘分区。例如，在“Red Hat Linux”目录下安装“Turbo Li flux”的时候，就无需重新进行硬盘分区。
2 计算机系统安装与调试实验项目的内容和特点
计算机系统安装与调试实验重视培养与提高学生的实践能力、动手能力，本文讨论的虚拟机技术应用主要针对的是计算机软件系统模块，包括CMOS和BISO设置、硬盘分区与初始化、操作系统安装、驱动程序安装、系统的维护、工具软件安装与卸载等等。
计算机系统安装与调试实验项目的主要特点有：第一、知识更新速度较快。新的时代背景下，科学技术更新换代的速度不断加快，在计算机领域表现得尤为突出，无论是计算机软件、还是计算机硬件，更新的速度均比较快，往往学生还没有掌握好现有的技术、产品，而新技术、新产品又迅速出现，为适应社会需要，教学内容也要不断更新；第二，技能要求比较高。计算机系统安装与调试实验，重视技能培养，注重培养与提高学生的动手能力、实用技能，其目的是使学生通过实验，掌握计算机主板设置方法，并且对计算机软件、操作系统进行安装与维护，能够处理、解决实际问题。
3 虚拟机技术在计算机系统安装与调试实验中的应用
3.1设置虚拟光驱
考虑到系统的安装与调试，需要各种安装光盘，而在实际的实验操作环境下，安装光盘的使用会有很多不利因素，如读盘速度、光盘磨损、光盘的管理。利用成熟的“光盘映像文件制作/ 编辑/转换工具”将相关的光盘制作成ISO 格式的文件，形成ISO 镜像库进行统一的管理。通过应用虚拟机技术，可以把ISO文件当作虚拟光驱，也可以利用真实光驱设置虚拟光驱。在使用光驱时，就可以直接通过网络下载ISO镜像文件，这样不仅在很大程度上节约了教学经费，节省了学校的开支，还大大减少了实验准备的时间，有利于提高教学效率。
3.2设置CMOS与BIOS
在启动虚拟机系统时，与启动普通计算机的过程一样，先进行自检之后，通过DEL进入BIOS，设置参数。这一实验地主要目的是练习开机启动顺序、计算机日期与时间、USB控制、CPU频率以及BIOS密码开机密码的设置等。每一台虚拟机均具备独立BIOS，也可以通过BIOS实现上述实验目的，在设置BIOS时，可以把光驱放在第一启动顺序中，从可以为之后的操作系统安装提供良好的基础。
3.3硬盘分区与初始化
在通用的学生上机机房中，硬盘分区与初始化这一实验是显然是不允许进行的，因此，教师可以利用虚拟机技术指导学生完成这项实验。不管是硬盘分区，还是硬盘初始化，不仅可以利用工具软件实现，也可以通过在DOS环境下用命令实现，但大多数情况下是利用工具软件实现的。具体的做法如下所示：通过镜像文件、物理光驱，引导虚拟机系统启动DOS环境，之后使用分区软件或者命令进行硬盘分区、硬盘初始化，这些操作均是处于虚拟机系统中，因此不会破坏硬盘数据。
3.4安装操作系统
由于通用机房中配备了还原保护措施，因此，在通用机房中无法进行安装操作系统的实验，因此，教师可以利用虚拟机技术指导学生完成这项实验。虚拟机中安装操作系统，与普通计算机安装操作系统相同，均是利用光盘或ISO镜像文件安装的，安装方式、安装流程也与普通计算机一样。
3.5 ghost备份
在计算机组装、维护时，克隆软件是一种应用比较频繁的软件，在计算机出现故障或问题，且通过还原不能使其恢复正常，这时就可以利用ghost恢复系统，为此，需要进行克隆，并在系统恢复时取代损坏的系统。为节约学生时间，计算机实验室可以向实验学生提供需要安装或恢复的系统备份，在日常的实验课中，保存不同实验环境下形成的镜像文件或GHO 文件，以待日后使用。
3.6病毒测试
随着计算机技术的迅速发展，病毒查杀的重要性日趋凸现出来，成为计算机操作的一项主要内容，因此，在计算机系统安装与调试实验项目教学过程中，也要重视病毒测试方面的内容。利用虚拟机技术开展实验，通过进行CPU虚拟以及硬件端口、寄存器的虚拟，并用调试程序把病毒程序调入到虚拟机系统中来，就可以使学生清楚地看到病毒执行的过程。需要注意的是做病毒测试时，建议关闭虚拟机与主机的共享和文件互通功能，虚拟机若不需要网络，关闭虚拟机网卡，这样可以避免对宿主计算机和网络产生影响。
4 结束语
综上所述，虚拟机技术在计算机系统安装与调试实验项目教学过程的科学、合理、有效应用，不仅可以良好地保护硬件，大大降低了实验教学的成本，还丰富了教学环境，最佳程度上提供了真实的模拟环境，从而可以为学生提供更多的实验机会，有利于教学效率、教学效果的提高。
参考文献：
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[4] 阳树铭.虚拟机技术在中职计算机组装与维护课程教学中的作用[J].新课程研究（中旬刊），2014（05）：99-100.
1 医学实验教育的现状
（1）课时减少、教学质量难以保证：随着课改的进行，提倡减少上课时间以学生能动性学习为主，各门课的课时数都在减少，然而，在减少理论课课时的同时实验课的课时同样相应的减少，那么就面临着这样的问题：减少的实验课的内容得不到学习，或者内容不减但匆匆了事学得不精。
（2）医学实验涉及的内容大都难于理解，比较抽象，例如elisa、pcr等现代医学常用技术，学生都是从微观水平理解其原理以进行分析，而学生在实验课中操作及观察结果则是宏观水平，即使得到实验结果，却不能深刻体会其反应原理，对于实验意义、适用范围的理解更是不充分。
（3）现有的教学模式：现有的教学模式都是老师用有限的课时匆匆讲完所学的很多内容，上实验课时也是老师先讲解实验步骤，自己再一步一步做，与其说自己做实验不如说体会实验过程，学生在其中很少能够得到思考，只是机械地完成课程任务，这样的教学模式无法培养学生学习的主观能动性与创造性，更不会深刻理解教学内容从而学以致用。
（4）课堂实验开展的仅仅只是一部分有代表性、易操作、经济、常用的简单实验，对于那些需要昂贵仪器、比较耗时的实验大多并不开展。尤其是有些实验可能学生本身会很有兴趣，希望亲自感受而学校却并未开展的，这无疑对于学生的积极性会起到消极作用。
（5）实验课的资源紧张：无论在哪门实验课中同学们经常会被要求分组，从而多人共做一次实验，而开展的实验大都较为简单可以自己独立完成，而且有时好不容易可以共同做一次复杂实验，还因为资源紧张而被要求做教学实验，没有锻炼机会，这些都不利于学生动手能力的提高、对实验的理解。
（6）医学相关技术的发展与开展技术实验的落后：理论课上学生经常会了解一些先进的实验技术，充分学习常用的实验技术，可是在实验中我们往往面对的是过时淘汰的机器，甚至有的机器自己并没有上手调试的机会而仅仅是看，这样就会更加打消学生的积极性，久而久之也会使学生自身产生懒惰、依赖心理。
2 科研型研究生的需求
经过调查发现我校科研型研究生对医学实验教学方式改革的需求主要有下列几方面：（1）通过理论课可以让学生初步理解实验原理，了解其应用范围，然后通过实践中遇到的问题进行思考，确定自己解决相应问题的方法。（2）学生应该有独立动手的机会，可以体验实验中所要面临的各种问题，积累经验，即使出错也会找到原因进行纠正，这样才会不断的强化、深刻理解、从而可以应用自如。（3）无论是常规还是较先进的技术都可以得到锻炼，并且对于一些耗时较长、不需要观察过程的实验可以忽略其过程而较快的观察结果，省时省力。
3 虚拟实验室教学的重要性
3.1 虚拟实验室（virtual laboratory）的定义
虚拟实验室是由计算机生成的一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。是由以计算机仿真技术为核心的虚拟实验和用于运行虚拟实验的网络结构等构成的实验室。其核心虚拟实验是指按照实验教学的基本要求，在计算机系统中采用虚拟现实技术实现的各种虚拟实验环境，以虚拟现实技术为基础，实验者可以像在真实的环境中一样运用各种虚拟实验器械和设备，对建立起来的实验模型进行实时仿真操作，完成各种预定的实验项目，所取得的学习或训练效果等值于甚至优于在真实环境中所取得的效果。虚拟实验的开展符合教学现代化的要求，有利于学生素质的提高。
3.2 虚拟实验室的优点
（1）多感知性：虚拟实验室运用虚拟现实技术，除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该具有人所具有的一切感知功能。由于相关技术，特别是传感技术的限制，目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种。
（2）交互性：是指学生在虚拟实验室中用人类的自然技能实现对虚拟环境的操作。通过身体运动等自然技能，实现对环境中对象的操作；运用虚拟模拟技术计算机则根据学习者的身体运动等，来实时调整环境中相关对象的状态。这种交互性可以使医学院校在保证办学质量的前提下，大大降低办学成本。
（3）现实性：虚拟实验室通过虚拟现实技术可以最大限度地模拟实验，尽量创造其真实性，可以充分估计到学生操作过程中遇到的各种实际问题，例如，学生在操作过程中将试管放入离心机中，若未按要求放置，其可模拟出试管破坏，试剂损失的情景以提醒学生操作中应注意的相关基本问题。
（4）开放性：实验者可以自由地进入或退出虚拟实验室，具有良好的开放性。学生随时可以进行模拟实验，这成为他们预习与复习实验的好帮手。增加了学生的实验有效时数，提高了实验效率，对实现实验内容的远程教育起到了很大的推动作用。
虽然，虚拟实验室在各个方面都显现出优越性，但其也有自身的弊端。例如长期处于虚拟环境中难免会对现实生活中的实验缺乏实物感，不能预期突发状况；长期处于理想环境中对于提高学生的心理素质、积累经验同样产生影响；对于那些需要观察实验过程的实验也不能很好地体会。尽管如此，这些不足还是可以通过经常进入真正的实验室，切身感受实验过程而弥补。
4 结束语
实验是科学研究最重要的手段之一，科学的发展主要依赖实验的发展，虚拟实验室是一项非常好的教学方法，它是与许多相关学科领域交叉、集成的产物。虚拟实验快速、方便、简洁，比较真实地模拟了整个实验的过程, 学生不受时间和空间限制随时可以操作实验，为科研型研究生提供了生动、逼真的实验学习环境，学生能够成为虚拟环境的一名参与者，可以极大地调动学生的学习积极性，突破实验教学的重点、难点，在培养科研型研究生的实际操作技能方面起到积极的作用并且可以接触现有条件不能开展的实验，将理论与实践很好地结合起来学习。建设医学虚拟实验室符合当前高校的发展方向，将为实验教学开辟新天地，应该被各高校广泛应用，以提高高校学生的素质。这个领域的应用潜力是巨大的，应用前景也是很广阔的。
参考文献
[1] 王志荣,黄一虹.诊断学虚拟实验室的创意与建立.中国高等医学教育,2007.
[2] 陈源红,唐华英等.谈谈建设医学免疫学虚拟实验室的必要性.右江民族医学院学报,2011.
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2012）05-0173-03
随着计算机技术的迅猛发展，仪器技术由模拟仪器、数字仪器、智能仪器逐步发展到了虚拟仪器。虚拟仪器越来越受众多科研及技术人员的关注，其应用领域遍及教育、通讯、工业等各个行业。在此背景下，越来越多的高职院校组建虚拟仪器技术实验室，开设相关课程，培养虚拟仪器技术类科研与应用人才。然而，在虚拟仪器技术重要特点的数据采集处理方面，多数高职院校限于使用现有的仪器设备完成固定的实验项目，阻碍了学生创新能力和可持续发展能力的发展。我院通过将虚拟仪器技术与Proteus仿真技术相结合，在虚拟串口软件的支持下实现了单机硬件通信仿真，不但培养了学生虚拟仪器技术的基本理论知识、实践技能、工程应用能力，还加强了学生对课程间相互联系的理解，取得了较好的效果。
虚拟仪器概念及特点
虚拟仪器的概念 虚拟仪器主要由通用的计算机资源、应用软件和仪器硬件等构成。使用者利用应用软件将计算机资源和仪器硬件结合起来，通过友好的图形界面来操作计算机，完成对测试信号的采集、分析、判断、显示和数据处理等功能。虚拟仪器中的硬件主要用于解决信号的调理以及输入、输出问题。而软件主要用于实现对数据的读取、分析、处理、显示以及对硬件的控制等功能，这些功能在传统电子仪器中往往通过硬件来实现。常见的虚拟仪器组建方案如图1所示。
虚拟仪器的特点 虚拟仪器技术是目前测控领域中最为流行的技术之一，它的硬件部分往往具有很大程度上的通用性，软件是系统的核心，这样使其实现不是强调物理形式。它利用接口设备完成信号的采集、测量与调理，利用I/O计算机软件实现信号数据的运算、分析和处理，利用显示器丰富的显示功能来多形式地表达和输出检测结果。虚拟仪器具有传统仪器的基本功能，同时又能根据实验要求随时进行定义，实现多种多样的应用需求，具有扩展灵活、界面友好、操作简便、性价比高等特点，特别适合于高校的教学实践。因此，虚拟仪器相对于传统仪器的优势是显而易见的，如表1所示。
虚拟仪器课程教学实践探索
本实例通过使用虚拟仪器开发软件LabVIEW进行上位机开发，下位机使用Proteus硬件仿真软件开发，完成虚拟仪器与单片机的通信，控制LED有序工作。
LabVIEW简介 LabVIEW是NI公司开发的虚拟仪器应用程序编程环境，是一种图形化的编程语言，特别适合测控应用软件的开发。它具有所有通用编程环境的标准功能，如数据结构、循环结构和事件处理。其内置的各种专业工具软件包可满足工程应用开发的需要。因此，LabVIEW不仅仅是一门编程语言。
Proteus简介 Proteus是由英国Labcenter公司开发的一款可以实现数字电路、模拟电路、微控制器系统仿真以及PCB设计等功能的EDA软件。通过Proteus软件的虚拟仿真技术（VSM），用户可以对基于微控制器的系统包括接口电子器件一起仿真，可在原理图设计阶段对所设计电路和编写程序进行验证、评估，避免了传统电子电路设计中修改方案带来的重复工作。
基于虚拟仪器的单片机LED控制器 现以应用实例说明基于虚拟仪器的单片机LED控制器的设计方法。
1．虚拟仪器控制面板。图2和图3分别是使用LabVIEW编写的上位机通信程序的前面板和程序框图。可以看到，以0x39为握手信号，结合LabVIEW前面板上的8位LED信号，组成2个字节的控制信号，共同输出到VISA串口控制器，即PC机的RS232串口，传送至单片机串行接口。其中，8位的LED控制器，0、1、2、3号LED控制器表示选择单片机控制的LED灯灯号，如0001表示选择1号灯，0101表示选择5号灯；4号LED控制器表示选择的灯是亮还是灭；5号LED控制器表示单片机控制的LED灯以流水灯形式亮起，且循环两遍；6号LED控制器表示单片机控制的LED灯全灭；7号LED控制器表示单片机控制的LED灯全亮。优先级由7号LED控制器依次降低。另外，在发送数据之前，首先完成串口数据配置，设置波特率为9600b/s，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验。这样，一个基于LabVIEW环境下的单片机串口通信系统就建立起来了，在前面板中输入相应的控制值，就可以看到单片机做出响应。
2．基于Proteus的单片机仿真界面。图4为使用Proteus软件编写的单片机LED控制器，通过P2口接8个LED灯，使用上位机发送来的控制数据实现亮灭控制。由于PC机的串口和单片机的串口电平不同，需要使用MAX232芯片做电平转换，但是这里使用Proteus软件进行模拟，不需要加芯片，同样可以正常运行。对图5COMPIM控件进行配置，完成与上位机相同波特率等参数的设置。在完成了电路仿真设计后，可以将在Proteus软件上设计的单片机硬件电路实物化，从而大大提高学习效率。
3．虚拟串口软件Virtual Serial Ports Driver XP（VSDP XP）。在完成基于虚拟仪器和Proteus软件的应用开发后，需要使用两台PC机进行串口通信，实现虚拟仪器与Proteus软件编写的单片机应用程序的上下位机通信。VSDP XP是一款虚拟串口仿真软件，可以和Proteus、LabVIEW结合使用，通过虚拟非调试解调器电缆模拟RS232串口连接，可使虚拟串口看起来就像标准的硬件串口一样。这样，就可以使用一台PC机，在安装虚拟串口软件VSDP XP下，实现虚拟仪器上位机与单片机下位机之间的数据通信，不仅提高了实验设备利用率，也为学生进行虚拟仪器数据采集设备开发创造了便利的条件。
以上一个简单的应用示例帮助学生更加了解虚拟仪器的特点，打破了实验设备的局限，提高了学生对虚拟仪器课程的学习兴趣，锻炼了学生自主开发基于虚拟仪器应用系统的综合设计能力。学生可以在此基础上进行扩展，开发出更加复杂的虚拟仪器控制系统，通过已经学习的单片机课程完成数据采集设备开发，实现D/A、A/D、电路控制等多种功能。
虚拟仪器是当前测量仪器发展的一个重要方向，它为各行业、各学科提供了一个通用的设计、研究、实验环境，同时它也是学生多门理论课程融合、理论与实践结合的一个很好的环节。对虚拟仪器课程教学的实践探索，不仅让学生在实践中深化对理论的认识，也提高了学生的创新能力，自己设计虚拟器件激发了学生的积极性和主动性，取得了较好的教学效果。
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目前大多数工程设计都进行了新技术改革，并且也取得了一定的进步和发展，在实现产品设计现代化和提高工作效率上，有一定的成效。在虚拟样机技术使用于工程机械领域的过程中，许多产品设计实现了非物质化依赖化，主要依靠虚拟样机技术便可以实现产品设计的整个流程，有利于新产品设计技术的不断开发利用，实现新科技环境下的新技术开发。
1虚拟样机技术的特征
（1）概念的新颖性。虚拟样机技术在工程领域有着颇为成功的运用，其特征之一在于设计概念的新颖性，是一种全新的机械产品设计理念。传统的仿真机主要是对于单个子系统的模仿，人们已经逐渐意识到这种仿真机即使针对整个系统的性能都进行了优化，但并非这种简单的将已经得到优化的子系统进行叠加就可以使得整体系统得到优化。虚拟样机技术而是强调整体优化大于机械式的叠加优化，使得虚拟整机与虚拟环境进行不断的耦合，对于各种产品设计方案进行检测、评价，不断改进产品的设计方案以达到最优化，实现整体最优而不是局部优化。（2）设计的系统性。通过整机结构、液压系统、控制系统等的独立设计，实现局部优化促进整体优化是传统的产品设计方法惯用的套路。在虚拟样机技术中，注重各个子系统之间的动态交互与协调求解，改善了传统产品设计中，因设计考虑不周，在产品开发之后发现不足导致的浪费现象。通过虚拟样机技术，逐渐建立起各个子系统之间的多体动力学虚拟样机，实现产品的协同设计，及时的发现设计中存在的问题，解决问题，以系统的测试分析来驱动整个产品设计过程。
2虚拟样机技术的实际应用
（1）虚拟样机技术在国外的运用。早在美国最早研制出无图纸研发飞机波音777时，虚拟样机技术就已经在飞机研发的设计、装配、性能评价以及分析评估上发挥了重大作用，这项技术的应用不仅使得波音777飞机的研制成本大大降低至75%，而且使得制造周期大大缩短一半，并且确保了产品最终一次性成功装接，实现了飞机制造的一次伟大成功。著名的生产工程机械商JohnDeere公司在解决工程机械在高速行驶时的蛇行现象以及重载下自己震动问题时，积极地采用虚拟样机技术进行原因查找，并且大胆的进行方案改进，虚拟样机技术大大提高了产品的高速行驶性能与重载作业性能，解决了传统方式无法查找原因的问题。还有类似福特公司等美国的汽车制造公司也都相继采用了虚拟样机技术来进行样图的设计和产品检测、评估，其目的之一就是降低开开产品的成本，减少在研发使用的过程中存在的风险，从而改进产品的质量，并且获得较好的经济效益，由此来达到自己生产产品的目的。（2）虚拟样机技术在国内的运用。虚拟样机技术在国内的主要应用体现在对于虚拟样机技术的技术内涵、组成运行模式进行进一步的探讨，深入的研究虚拟样机技术在自主研发平台上的发展前景以及在科技高速发展过程中的环境支持。多领域研究虚拟样机技术有助与对于该技术的深入开发，实现虚拟样机技术在于各个行业内的广泛应用。在国内的虚拟样机技术应用实例比较多，在许多科学研究中广泛应用虚拟样机技术进行深入的开发，获得了较好的成果，这项技术为国内制造业创新发展带来了无限可能。研究员也纷纷将虚拟样机技术分散应用于汽车制造业、工程机械业等等各个行业，国防工业以及航天航空业等进行更加广泛的应用，不断的促进虚拟样机技术的完善和发展，增强我国的企业产品开发能力。
3虚拟样机技术在工程机械上的应用以及前景
（1）虚拟样机技术在工程机械上的使用流程。虚拟样机技术在工程机械上的应用优势主要体现在能够保证产品设计的美观性、舒适性。安全性、可靠性、制造的简便性以及可维护性等等。由于虚拟样机技术具备其他技术所没有的可视性特点，因此可以再计算机虚拟现实环境中进行技术设计、产品组装以及性能优化等，并且综合考虑产品的外观设计在虚拟的环境中进行进一步的尺寸模型分析，利用可以被直接操纵和修改的生成模型进行产品的不断完善。市场上一些成熟的软件，如：CAD、CAE等都可以进行虚拟工程机械设计，虚拟样机技术主要是利用图1流程进行产品的开发利用。上述流程借助商业上的三围CAD软件进行构图设计分析，进一步实现虚拟样机技术在工程机械设计上的有效利用。（2）虚拟样机技术在工程机械上的发展情况。虚拟样机技术的广泛应用能够实现产品设计的低成本、高效益，并且摆脱产品设计的物质依赖性，是一种全新的开发模式，将会给工程机械设计带来重大影响。主要的发展前景体现在：加快产品更新换代、引发一轮虚拟产品的销售潮，企业引发新的竞争点和增长点、促进企业间联盟、加快技术人员的技术提高，优胜劣汰速度。如此一来，将有利于产品的研发和企业的发展，以及人员素质的不断提高，可见，在新时代虚拟样机技术将成为工程机械产品开发的主流，引发全球经济新挑战。
4结语
文章讨论了虚拟样机技术在工程机械上的应用，探讨了虚拟样机技术的特征以及该技术在国内外的应用情况，大胆的畅想了新技术在工程机械上的开发利用情况，虚拟样机技术的发展将有助于新产品设计开发，同时促进工程机械流程的不断改革完善，促进我国工程机械设计实现高效、资源节约、发展迅速、人员配置合理的高效设计系统。
参考文献
中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1672-7800（2013）001-0141-02
1云计算相关概念
从本质来看，云计算是一个软件概念，云计算的目标就是通过各种各样的软件技术，整合、挖掘、管理和高效利用两极化发展的单机整机和多机整机硬件系统资源。从公众的角度来看，云计算就是网格计算、瘦客户端、负载均衡、效用计算的混合体，是一种通过Internet以服务的方式提供动态可伸缩的虚拟化资源的计算模式。
2云计算和虚拟化的关系
云计算是网络技术发展到一定阶段的产物，其核心在于网格计算，它通过整合离散的计算资源来形成一个统一的基础计算设施（Infrastructure），作为提供服务的主体，然后通过效用计算，在这个庞大的资源池里，按使用资源的多少进行收费。
由此看来，云计算研究的重点在于网络计算，本质就是计算机的虚拟化。虚拟化最初的目标是提高机器的使用效率，最常用的虚拟化技术可能是通用的OS系统都支持的虚拟内存技术，它使应用程序认为它拥有连续的可用的内存，而实际上，它通常是被分割为多个物理内存碎片，在需要的时候进行数据交换。目前就虚拟化的研究与应用来说，虚拟化朝着两个方面发展：单机虚拟化（SingleSystemVirtualization）和多机虚拟化（MultiSystemVirtualization）。单机虚拟化是基于Hypervisior技术，把一个机器分为若干个机器使用，自VMWare技术出现之后，得到异常迅猛的发展，它可以把一台普通计算机或PC模拟成同时运行多个操作系统的机器，如图1。早期的单机虚拟化应用主要是一台机器上模拟各种系统去做测试，在一台PC机器上可以模拟Mac、Linux等不同平台，这对于需要制作跨平台软件的小公司来说，无需配置那么多的测试机器，大大节约了成本及能耗；VMWare也被用在各种数据中心模拟各种OS环境，为不同的应用服务，以及用于安全考虑的孤立环境（Jail）的建立。
图1VMWareworkstation实例
由于以VMWare为主的单机虚拟化在IDC数据中心获得巨大的成功，所以，人们在讨论云计算的时候很容易把它和云计算混为一团。而实际情况是单机虚拟化和云计算并无直接关联，在Google内部后台中运行着大部分的LinuxPC或者RISCWorkstation服务器，所使用的虚拟化技术并非是单机VMWare虚拟化技术，而是类似于PVM（parallelVirtualmachine）和MPP（MassivelyParallelProcessing）那样的专用多机高性能集群（HPC）虚拟化技术。同样，Amazon、Microsoft、Yahoo等大型企业也都是使用类似的多机虚拟化技术，让用户感觉是一台专用的计算机在为自己服务。多机虚拟化技术结合了基于网络的分布式计算，才能算是真正的云计算技术。
多机虚拟化技术是促使云计算发展的里程碑的技术之一。云计算是基于HPC（HighPerformanceComputer）技术，它也是基于机群、集群技术，具体一些就是多机虚拟技术。在这里我们所说的多机其实是多系统，是分布式并行耦合的多机系统，是把异构OS虚拟化为同构的系统，即把不同的机器虚拟化为运行在同一个OS版本的机器，以便于多机虚拟化系统的管理及其他功能。为更好地支持云计算，许多单机虚拟化的厂商都在原有Hypervisor虚拟化技术的基础上开发多机虚拟机，即云计算操作系统（CloudOS），从而进军云计算市场。典型的云计算市场有VMWare的vSphere4（图2）、微软的oVirt系统和Google的Hadoop。
图2VMWare的vSphere4体系结构
其中，最著名的机群技术当属COW（ClusterofWorkstations），它属于MPP（MassivelyParallelProgressing，大规模并行处理），只不过它只是一种松耦合的MPP，而且它可以把机构内的所有机器都集群到一起。由于它采用了基于机群（Clustering）技术，所以又叫做HPC（HighPerformanceClustering）高性能机群系统。COW系统中的计算节点主要都是闲置的计算资源，如办公室中的PC等，都是采取普通的局域网进行联机的。这些工作站点白天都是作为普通的工作站来使用的，但是大部分的计算机都是处理文档编辑或者是收发邮件、网页浏览等工作，90%的CPU和内存都处在空闲状态，其实这些空闲的计算机资源是可以被充分利用的。这就是HPC调度管理软件要处理的问题，使用COW把这些闲散的计算机资源的计算节点组成机群，通过网格计算、高度的多机虚拟化技术，把这些闲散的计算节点按照一定的组合方式组合起来，并提供一定限度的计算机资源给中央节点。从用户的角度看来，这些中央节点就类似一台超级高性能计算机了。这就是多机虚拟化技术，它把多机多系统的计算节点组成群组，统一通过一个入口向外提供服务.
从另一个层面来看，虚拟化是一个接口封装和标准化的过程，封装的过程会根据不同的硬件会不同，通过封装和标准化，为在虚拟容器里运行的程序提供适合的运行环境。这样，通过虚拟化技术，可以屏蔽不同硬件平台的差异性，屏蔽不同硬件的差异所带来的软件兼容问题；通过虚拟化技术，可以将硬件的资源通过虚拟化软件再重新整合后分配给软件使用。虚拟化技术实现了硬件无差别的封装，这种方式很适合于部署在云计算的大规模应用中。
但是虚拟化只是云计算中的重要技术之一，并非是云计算的所有，云计算技术中还包括分布式计算、效用计算等。但是，在当前云计算浪潮汹涌的态势下，各个地区都纷纷建立了所谓的云计算中心，其实只不过是将若干台计算机进行虚拟化罢了，然后将虚拟化后的资源提供给用户使用，这种所谓的云计算实际上是不伦不类多台计算机虚拟化而已。
虚拟化的本质核心是摆脱硬件束缚，在各种硬件上部署虚拟化产品之后，形成统一的操作界面，类似于JVM或者是C#的主机托管，其实都是虚拟化技术的体现，从应用软件的跨平台，到硬件上的平台无关性，再到用户界面，都是一致标准化的。对于这个方面，云计算恰恰相反，它是提供各种不同的平台来适应不同的界面，以满足不同的用户需求。
正是由于虚拟化拥有在软件层的封装和在硬件层的隔离这类特征，所以虚拟化技术能够成为众多云计算方案中所采用的技术平台。但是虚拟化不能解决本地终端的计算问题，同时，虚拟化也不能实现将所有的计算都转移到远程执行。但是虚拟化可以实现动态资源分配，并非针对远程的计算机资源。将资源池里的计算资源当做本地计算资源来使用也是一种实用虚拟化技术，它的本质是将资源池的资源进行本地化虚拟的过程，而且将计算资源本地化也需要虚拟化计算来重新分配资源。
3结语
