計算機仿真論文全文(5篇)

1引言

研究團隊、制藥產業及醫療服務業已經認可生命科學仿真系統的作用。在化學工程師和計算機輔助過程工程專家的幫助下，生物工程師可以運用這些手段解決諸多生理學和醫學問題。

2仿真技術的研究進展

系統生物學要使用定量分析來研究生命系統。起因于處理大量數據的需要。學者通過計算機仿真技術，利用定量分析來處理臨床問題，產生了名叫系統醫藥學的新學科。化學工程師長期參與生物學和生物醫學的定量分析。Peppas和Langer認為在20世紀60年代早期化學工程師就參與生物醫藥工程。Bailey和同事研究出一種控制新陳代謝的手段，這種手段不僅可用于生物制造技術，也可用于其他生物問題。2005年，Solis和Stephanopoulos指出了納米級的系統工程需要解決的問題。2006年，Doyle和Stelling回顧了用計算機仿真技術去分析代謝網絡的一些重要的成果。2009年，Eissing、Chaves和Allgower利用仿真模型來分析細胞死亡。近年來，有許多論文概述了計算機工程師和化學工程師在醫療系統中的作用。對化學工程師，尤其是工藝系統工程師來說，免疫系統是一個采用仿真技術的復雜系統，化學工程師能夠研究免疫系統和病毒之間的相互作用。2004-2005年，Deem開發了一種運用計算機仿真技術研究了病毒和疫苗造成的免疫反應的定量模型。Chakraborty在2003年用仿真技術研究了免疫系統的細胞間的通信，以及免疫反應。2006年，Joly和Pinto認為HIV-1發病機理的數學模型優化了藥物治療的方法。這種方法會導致藥物設計和配方設計的改進。Yin在2007年提議把病毒當作一種產品，研究病毒生長和傳播時需要考慮時空的影響。可以預見，將來人們會用生理學模型和計算機技術設計出最佳藥物配方。為了有效地進行仿真，需要根據生物具體的特性建立多種生理學計算模型。幾年前，學者啟動生理組計劃（PhysiomeProject），旨在尋找人和其他真核生物的計算模型。迄今為止，該計劃主要關注使用CellML標準的細胞電生理學的數學模型。CellML標準是一種使用細胞進程模型的生物物理學模型標準。另外SBML標準是一種能夠辨識生物進程的計算機可讀標準。最近，一個名為虛擬生理人的項目進一步促進了歐洲學者研究生物醫學的建模和仿真。學者開發了一些數據庫去存儲生物模型。細胞模型系統和生物模型數據庫是其中兩個重要的數據庫，兩個數據庫都建議使用CellML標準和SBML標準。學者可使用這兩個數據庫來探索復雜的生命系統。生物模型在藥物的使用方面有重要作用，這不僅是一個通用手段，而且對癌癥治療和眼病治療也有特殊的貢獻。2002年，Cstete和Doyle提出一種生物反饋系統的逆向工程分析原理。2003年，Tyson、Chen和Novak回顧一些生物控制模塊的設計原則。

3簡單系統的建模

2001年，Hangos和Cameron強調明確建立模型的目的，模型是在對現象總結的基礎上，用計算機能夠接受的方式反映規律，建模是下一步仿真計算的基礎。對復雜系統來說建模十分必要。復雜系統不可能設計出含所有現象的實驗，因為部分量不可測量，并且幾個現象間很難找到相互關系。盡管學者已經在測量基因與代謝領域取得巨大進展，但仍有許多生物量無法測量，即便能夠測量出一些，測量的準確性也不夠高。下面的例子是倫敦大學研究得到的一種模型，該模型模擬了血流改變時動脈壁內皮細胞的反應。血流改變刺激細胞產生化學信號，而這些化學信號拉長了內皮細胞，在某些條件下，巨噬細胞在動脈壁上增加了，最后導致動脈粥樣硬化。動脈粥樣硬化斑塊的位置與血流改變的區域息息相關。并造成影響。學者研究出兩個模型來探索這種影響。模型一是細胞表面的血液模型，首先把細胞表面分解成許多不同的小三角形區域（0.4um），這個模型可以看成一個斯托克斯公式的邊界積分表達式，通過該模型可以研究在血流作用下細胞的受力情況。模型二研究了力對細胞骨架的影響，細胞骨架保持細胞形狀，可以使用開爾文體模型研究這個問題，它是由1個緩沖器和2個平行的彈簧構成的黏性彈性系統，開爾文體代表一種將機械力轉化成生化信號的細胞成分，這種生化信號會導致Src激酶的活化，Src激酶會調節Rho激酶和GTP酶（Rac和Rho），而Rho激酶和GTP酶可以控制細胞結構和形態。簡單的展示了該過程。此模型可以解釋很多現象，但仍然有一些問題解釋不了，例如當涉及體內細胞間的通信時，該模型不適用。研究人員建立復雜的仿真模型，這些模型涉及化學和機械領域，可以使用這些模型來進一步研究各種生理學和臨床醫學現象。

4復雜系統的建模

1綜合保障效能評估與質量控制

飛機的綜合保障效能是飛機及其保障系統在預期的使用環境和條件下經濟有效地滿足平時戰備完好和戰時任務持續能力的度量。綜合保障效能評估就是在現有飛機研制程序的基礎上，利用適宜的保障效能評估方法和技術，在飛機研制過程中持續開展綜合效能評估，評價出研制過程各階段的綜合保障效能，提出優化、改進建議，實現對新機研制過程綜合保障的有效監控；在部署/使用階段開展保障效能評估，驗證飛機及其保障系統是否滿足規定的系統戰備完好性要求，為調整保障系統和飛機改型、研制新型號飛機提供必要的經驗信息。保障效能是由飛機平臺設計特性、保障系統設計及維修保障方案所決定的，是在飛機研制過程中設計，逐漸形成、并在使用過程中不斷保持的。綜合保障效能的度量不僅考慮飛機平臺及其使用特點、可靠性與維修性、保障系統的特性與表現，而且還要考慮飛機的利用率、使用方式、任務剖面以及使用環境等。飛機設計質量控制就是要實現飛機及其保障系統滿足規定的系統戰備完好性要求，飛機設計質量不僅包括飛行平臺具有優良的性能，而且還包括其保障系統的性能和配備能夠支撐飛行平臺實現戰備完好、戰時可用的目標。綜上所述，綜合保障和質量控制具有共同的目標，綜合保障效能的高低反映了飛機平臺及保障系統設計質量的高低。在飛機設計的各個階段，對綜合保障效能評估即可實現對飛機設計質量進行階段性和系統性地控制。

2評價指標選擇

由于綜合保障和質量控制具有共同的目標，反映綜合保障效能的指標即可作為飛機設計質量控制的評判標準。飛機的綜合保障效能不僅取決于飛機的設計性能，同時也取決于飛機的使用和保障。綜合保障效能評估結果對四性和綜合保障工作直接產生影響，這關系到飛機的設計、研制，并決定著綜合保障最終目標——以可承受的壽命周期費用實現戰備完好性要求的實現。飛機設計質量評價指標的確定必須遵循以下原則：（1）以作戰任務需求、綜合保障各階段的任務和目標為依據。（2）參考國內、外同類飛機的有關指標，相似裝備的戰備完好性水平，以及本國的國防工業科技水平等。（3）環境條件的約束，包括作戰使用和平時訓練、儲存和運輸等環境條件。（4）預期使用的新技術、新產品對保障效能的影響。（5）現役同類裝備的保障方案和新機預期的保障方案、使用與維修保障資源的約束條件。（6）費用、進度等約束條件。（7）其他約束條件，如充分考慮各指標之間的協調性（不可互替代性、全面性）和各指標的階段性等。根據以上原則，結合相關標準，選用使用可用度（固有可用度）、能執行任務率、出動架次率、再次出動準備時間和壽命周期費用作為評價指標。這五個指標從不同的側面反映了保障系統設計質量對戰備完好性和任務持續能力的影響，其中使用可用度綜合反映飛機在實際任務過程中的使用情況，主要體現了飛機特性、維修保障、供應保障水平對戰備完好性的影響；能執行任務率主要反映在平時條件下飛機保障系統的訓練保障水平；出動架次率主要是反映在戰時條件下飛機維修保障和使用保障水平對戰時任務持續能力的影響；再次出動準備時間主要是反映飛機在連續出動條件下保障系統的使用保障水平；壽命周期費用從經濟性的角度度量裝備系統和戰備完好和戰時任務持續能力的權衡。這幾個指標之間具有不可替代性。戰備完好性的度量不僅考慮飛機及其使用特點、可靠性與維修性、保障系統的特性與表現，而且還要考慮裝備的利用率、使用方式、任務剖面以及使用環境等。這五個指標從不同的角度反映了不同設計和使用因素對戰備完好性和保障效能的影響，涵蓋了飛機設計特性、保障系統的要素（包括使用保障、維修保障、訓練保障、供應保障）和壽命周期費用對飛機設計質量的貢獻。以這些指標作為評價標準，可以實現飛機設計質量全面控制。

3評估方法和模型構建

3.1評估方法

可用的方法可分為解析法和仿真法兩類。解析法能夠準確地計算各類效能指標，但缺乏對飛機維修和使用保障動態特性的描述；仿真法能夠動態地描述飛機的維修和使用保障動態特性，但仿真結果不夠穩定。為了得到客觀、合理和科學的結果,本系統采用解析法和仿真法相結合的方法。

1電弧電流信號的數據檢測

該高速旋轉電弧傳感器的頻率0~30Hz，掃描區域半徑0~3.5mm。本次實驗選用25r/s的固定頻率進行數據采集。實驗表明，如果焊接工藝參數一定，設定水平偏差為變量，則在一個旋轉電弧圓周運動的周期內，電流的波形具有一定的規律性，通過電流波形的變化特點可以得到焊點的水平偏差的參數。但是在實際操作中，焊接作業很容易受到外界因素的影響，如熔池的震蕩、飛濺等，這樣獲得的電流信號就有了干擾因素，即使在偏差一定的情況下，檢測到的電流也不相同。所以為了減小這些因素的影響，將采集到的數據通過小波濾波后進行歸一化處理。將采集到的不同周期內的同一點的電流信號進行縱向的平均值處理，取該均值為這點的電流信號，這樣便減小了外界因素的影響。設定采樣頻率為104Hz，旋轉頻率為25r/s，則每個周期內可以采集到416個點的信息，然后將各個點的電流信息進行小波濾波、歸一化、均值處理后得到樣本波形保證結構風險最小化原則要求，采用不敏感損失函數ε，加入懲罰參數C和松弛變量ξ（*），ξ（*）=（ξ1，ξ1（*），ξ2，ξ2（*），…，ξb，ξb（*）），得到原始最優化問題minτ（W，ξ*）=12W2+C1l1i=1Σ（ξ1+ξ1*）（1）s.t.（Woxi+b）-yi≤ε+ξi，i=1，2，…，lyi-（Woxi+b）≤ε+ξi，i=1，2，…，lξi*≥0，i=1，2，…，l構造拉格朗日函數進行求解，最優問題以Wolfe對偶原則化作凸二次規劃問題min121i，j=1Σ（αi*-αi）（αj*-αj）•K（xi，xj）+ε1i=1Σ（αi*+αi）-1i=1Σyi（αi*-αi）1i=1Σ（αi-αi*）=0αi≥0αi≤Cn變為標準形式，得到最優解α=（α1，α1*，…，αl，αl*）T根據α構造出決策函數為（fx）=1i=1Σ（αi*-αi）K（xi，x）+b（3）式（3）為決策函數式，其支持向量為非零解所對應的矢量。不敏感損失函數ε的選取可以用來調整回歸逼近的精確度。根據式（3）選取新的輸入參數便可得到一個精確的輸出參數。

2支持向量回歸機的實現

2.1支持向量回歸機的計算原理

設定輸入的訓練樣本集為D={（xin，yk），k=1，2，3，…，l}式中xin∈Rn，yk∈R。通過訓練樣本可以得到一個決策函數，這樣通過訓練樣本集之外的輸入參數x可以較為精確的計算到相應的輸出參數y。際工程中可操作。提高焊縫跟蹤精度前（下）后（上）的焊縫形貌。

2.2構造核函數運用

支持向量回歸機解決實際問題時必須構建一個合適的核函數，類型不同的核函數與之相對應的支持相對應的向量回歸機類型也不相同，一個合適的核函數直接決定了所構造的支持向量回歸機的運算性能。通過采集的數據信息的包角映射建立SVR核函數，然后修正函數，以提高核函數的回歸精度。構造核函數：設定一個標量函數式F（x），F（x）≥0。令F（x）的最大值在支持向量處取得，最小值在支持向量以外點處取得，得到修正后的核函數K（x，x'）=F（x）F（x'）K（x，x'）（4）令其標量函數F（x）的最小值在支持向量處取得，最大值在其他以外點處取得。這樣修正后的核函數對支持向量回歸的精度有所提高。由于實際操作中支持向量一般都是不知道的，所以通常的初始核函數選為GAUSS核函數K（x，x'）=exp（-x-x'22σ2）（5）式中σ為歸一化參數。通過式（5）可以得到初始的支持向量，將其帶入函數F（x）實現支持向量鄰域內黎曼度規的減小。修正后的GAUSS核函數大大提高了回歸精度。在Matlab中編寫函數式M文件，其邏輯流程為：（1）讀取樣本數據集；（2）建立數據集矩陣；（3）構建矩陣f，LB，UB；（4）計算初始核矩陣；（5）計算初始α值；（6）計算修正函數；（7）計算各個最優解α，將最后求的各個α值和變量值保存到MAD文件，然后編寫決策函數編碼通過調用MAD文件里的參數得出偏差值。

1計算機仿真技術與物流系統分析

我們利用物理系統運行的相關理論框架以及模型來實現物流系統的仿真操作，首先需要對流程有一個具體的分析以及解讀，并且要對企業的物流運作流程和機制有一個認識，之后再通過計算機來實現相關軟件的規劃工作，主要是通過對企業的實際物流操作進行一次次的過程模擬，然后對物流的效果以及仿真技術的機制進行綜合評價，對不好的地方進行相應修改，這樣就能更好地把計算機仿真技術運用在物流系統之中了。從性質上分析物流系統的仿真技術，它其實是一種較為典型的系統仿真，主要特點是面向物流業務的離散型事件，其最關鍵的地方就是對于事件的調度以及隨機變量和仿真時鐘技術的應用，這三個核心技術是物流系統中的關鍵所在。仿真時鐘技術的作用在于對企業物流系統中對于各個離散不連續的物流操作點進行合理的鏈接以及處理，這樣就可以及時地對大型的物流機電系統比較長的運作周期進行調整，從而實現對各個離散事件的業務操作點進行操作，并且還能夠把其作為主要研究對象，構建出一整套的物流仿真系統運行機制，把物流業務和對象之間的關聯也一并制定下來。隨機變量指的是在現實中進行物流操作的時候，對于物流操作的各個環節的細節內容已經各個工件的主要動作進行虛化，通過這些環節里面的受影響因素分析隨機變量對物流系統的各方面影響，從而建立起更加完善的仿真系統，是否能夠進行準確的評價往往都是依靠隨機變量提供的信息，并且能夠對基于計算機仿真技術的自動化物流系統進行完善。

2我國的物流運作現狀分析

我們通過對2003年的第四次中國物流市場的供需狀況調查進行分析，調查出來的結果顯示出我國的物流行業運轉情況并不是很好。

2.1企業的庫存期過長、周轉時間太慢

通過該項調查我們可以看出，有百分之八十的企業原材料庫存時間在一周到三個月期間，百分之八十四的生產企業產品庫存都在三個月以下，百分之七十的商品企業銷售庫存在一個月以下，這就表明我國的企業產品庫存時間太長，周轉時間太慢，主要還是物流情況差勁導致的，在此我們也能看出我國的物流情況急需得到相應改善，從而改變現在這種狀況。

2.2人們對物流的滿意度較低

1CAD標準和構件標準化

本文針對不同的變電站構件類型，研究其標準化方法，從而可選取標準化構件進行組合和建模。特別是在多排架結構建模時，如果沒有標準構件庫，模型的建立將需要繁瑣的手工設置，變得非常復雜，影響模型的質量。標準化的構件能夠幫助設計師迅速建立起復雜模型，同時也能保證模型的質量，提高設計效率。因此，提供一套標準的構件模型庫就變得十分必要。

2變電站塔架的標準化

本文研究的建模系統向用戶提供了110kV、220kV、500kV、750kV四種變電站類型下常見梁、柱形式的建模。它主要包含圓鋼梁、三角形格構梁(三種形式)、四邊形格構梁(兩種形式)、圓鋼柱、人字柱和格構柱等。

2.1圓鋼梁和圓鋼柱

圓鋼梁和圓鋼柱是110kV變電站類型中常見結構。圓鋼梁的主要描述參數為橫向段桿數、每段桿長度;圓鋼柱的描述參數包括柱高度、地線柱高度。另外，圓鋼梁在實際工程中會設置掛線點，電線從掛線點處穿過;圓鋼柱上的地線掛點處會有地線掛載，默認為地線柱的最高點。要特別注明的是，一般提到的桿，其描述參數有起始位置、結束位置、截面類型、材料類型等。

2.2人字柱(A柱)