計算機仿真論文全文(5篇)

1引言

研究團隊、制藥產(chǎn)業(yè)及醫(yī)療服務(wù)業(yè)已經(jīng)認可生命科學仿真系統(tǒng)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(yī)學問題。

2仿真技術(shù)的研究進展

系統(tǒng)生物學要使用定量分析來研究生命系統(tǒng)。起因于處理大量數(shù)據(jù)的需要。學者通過計算機仿真技術(shù)，利用定量分析來處理臨床問題，產(chǎn)生了名叫系統(tǒng)醫(yī)藥學的新學科。化學工程師長期參與生物學和生物醫(yī)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(yī)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(shù)，也可用于其他生物問題。2005年，Solis和Stephanopoulos指出了納米級的系統(tǒng)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(shù)去分析代謝網(wǎng)絡(luò)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(yī)療系統(tǒng)中的作用。對化學工程師，尤其是工藝系統(tǒng)工程師來說，免疫系統(tǒng)是一個采用仿真技術(shù)的復(fù)雜系統(tǒng)，化學工程師能夠研究免疫系統(tǒng)和病毒之間的相互作用。2004-2005年，Deem開發(fā)了一種運用計算機仿真技術(shù)研究了病毒和疫苗造成的免疫反應(yīng)的定量模型。Chakraborty在2003年用仿真技術(shù)研究了免疫系統(tǒng)的細胞間的通信，以及免疫反應(yīng)。2006年，Joly和Pinto認為HIV-1發(fā)病機理的數(shù)學模型優(yōu)化了藥物治療的方法。這種方法會導(dǎo)致藥物設(shè)計和配方設(shè)計的改進。Yin在2007年提議把病毒當作一種產(chǎn)品，研究病毒生長和傳播時需要考慮時空的影響?？梢灶A(yù)見，將來人們會用生理學模型和計算機技術(shù)設(shè)計出最佳藥物配方。為了有效地進行仿真，需要根據(jù)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(guān)注使用CellML標準的細胞電生理學的數(shù)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(yī)學的建模和仿真。學者開發(fā)了一些數(shù)據(jù)庫去存儲生物模型。細胞模型系統(tǒng)和生物模型數(shù)據(jù)庫是其中兩個重要的數(shù)據(jù)庫，兩個數(shù)據(jù)庫都建議使用CellML標準和SBML標準。學者可使用這兩個數(shù)據(jù)庫來探索復(fù)雜的生命系統(tǒng)。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(tǒng)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(shè)計原則。

3簡單系統(tǒng)的建模

2001年，Hangos和Cameron強調(diào)明確建立模型的目的，模型是在對現(xiàn)象總結(jié)的基礎(chǔ)上，用計算機能夠接受的方式反映規(guī)律，建模是下一步仿真計算的基礎(chǔ)。對復(fù)雜系統(tǒng)來說建模十分必要。復(fù)雜系統(tǒng)不可能設(shè)計出含所有現(xiàn)象的實驗，因為部分量不可測量，并且?guī)讉€現(xiàn)象間很難找到相互關(guān)系。盡管學者已經(jīng)在測量基因與代謝領(lǐng)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(nèi)皮細胞的反應(yīng)。血流改變刺激細胞產(chǎn)生化學信號，而這些化學信號拉長了內(nèi)皮細胞，在某些條件下，巨噬細胞在動脈壁上增加了，最后導(dǎo)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(qū)域息息相關(guān)。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(qū)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(gòu)成的黏性彈性系統(tǒng)，開爾文體代表一種將機械力轉(zhuǎn)化成生化信號的細胞成分，這種生化信號會導(dǎo)致Src激酶的活化，Src激酶會調(diào)節(jié)Rho激酶和GTP酶（Rac和Rho），而Rho激酶和GTP酶可以控制細胞結(jié)構(gòu)和形態(tài)。簡單的展示了該過程。此模型可以解釋很多現(xiàn)象，但仍然有一些問題解釋不了，例如當涉及體內(nèi)細胞間的通信時，該模型不適用。研究人員建立復(fù)雜的仿真模型，這些模型涉及化學和機械領(lǐng)域，可以使用這些模型來進一步研究各種生理學和臨床醫(yī)學現(xiàn)象。

4復(fù)雜系統(tǒng)的建模

1綜合保障效能評估與質(zhì)量控制

飛機的綜合保障效能是飛機及其保障系統(tǒng)在預(yù)期的使用環(huán)境和條件下經(jīng)濟有效地滿足平時戰(zhàn)備完好和戰(zhàn)時任務(wù)持續(xù)能力的度量。綜合保障效能評估就是在現(xiàn)有飛機研制程序的基礎(chǔ)上，利用適宜的保障效能評估方法和技術(shù)，在飛機研制過程中持續(xù)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(yōu)化、改進建議，實現(xiàn)對新機研制過程綜合保障的有效監(jiān)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(tǒng)是否滿足規(guī)定的系統(tǒng)戰(zhàn)備完好性要求，為調(diào)整保障系統(tǒng)和飛機改型、研制新型號飛機提供必要的經(jīng)驗信息。保障效能是由飛機平臺設(shè)計特性、保障系統(tǒng)設(shè)計及維修保障方案所決定的，是在飛機研制過程中設(shè)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(tǒng)的特性與表現(xiàn)，而且還要考慮飛機的利用率、使用方式、任務(wù)剖面以及使用環(huán)境等。飛機設(shè)計質(zhì)量控制就是要實現(xiàn)飛機及其保障系統(tǒng)滿足規(guī)定的系統(tǒng)戰(zhàn)備完好性要求，飛機設(shè)計質(zhì)量不僅包括飛行平臺具有優(yōu)良的性能，而且還包括其保障系統(tǒng)的性能和配備能夠支撐飛行平臺實現(xiàn)戰(zhàn)備完好、戰(zhàn)時可用的目標。綜上所述，綜合保障和質(zhì)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(tǒng)設(shè)計質(zhì)量的高低。在飛機設(shè)計的各個階段，對綜合保障效能評估即可實現(xiàn)對飛機設(shè)計質(zhì)量進行階段性和系統(tǒng)性地控制。

2評價指標選擇

由于綜合保障和質(zhì)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(shè)計質(zhì)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(shè)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(jié)果對四性和綜合保障工作直接產(chǎn)生影響，這關(guān)系到飛機的設(shè)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(xiàn)戰(zhàn)備完好性要求的實現(xiàn)。飛機設(shè)計質(zhì)量評價指標的確定必須遵循以下原則：（1）以作戰(zhàn)任務(wù)需求、綜合保障各階段的任務(wù)和目標為依據(jù)。（2）參考國內(nèi)、外同類飛機的有關(guān)指標，相似裝備的戰(zhàn)備完好性水平，以及本國的國防工業(yè)科技水平等。（3）環(huán)境條件的約束，包括作戰(zhàn)使用和平時訓練、儲存和運輸?shù)拳h(huán)境條件。（4）預(yù)期使用的新技術(shù)、新產(chǎn)品對保障效能的影響。（5）現(xiàn)役同類裝備的保障方案和新機預(yù)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(xié)調(diào)性（不可互替代性、全面性）和各指標的階段性等。根據(jù)以上原則，結(jié)合相關(guān)標準，選用使用可用度（固有可用度）、能執(zhí)行任務(wù)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(cè)面反映了保障系統(tǒng)設(shè)計質(zhì)量對戰(zhàn)備完好性和任務(wù)持續(xù)能力的影響，其中使用可用度綜合反映飛機在實際任務(wù)過程中的使用情況，主要體現(xiàn)了飛機特性、維修保障、供應(yīng)保障水平對戰(zhàn)備完好性的影響；能執(zhí)行任務(wù)率主要反映在平時條件下飛機保障系統(tǒng)的訓練保障水平；出動架次率主要是反映在戰(zhàn)時條件下飛機維修保障和使用保障水平對戰(zhàn)時任務(wù)持續(xù)能力的影響；再次出動準備時間主要是反映飛機在連續(xù)出動條件下保障系統(tǒng)的使用保障水平；壽命周期費用從經(jīng)濟性的角度度量裝備系統(tǒng)和戰(zhàn)備完好和戰(zhàn)時任務(wù)持續(xù)能力的權(quán)衡。這幾個指標之間具有不可替代性。戰(zhàn)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(tǒng)的特性與表現(xiàn)，而且還要考慮裝備的利用率、使用方式、任務(wù)剖面以及使用環(huán)境等。這五個指標從不同的角度反映了不同設(shè)計和使用因素對戰(zhàn)備完好性和保障效能的影響，涵蓋了飛機設(shè)計特性、保障系統(tǒng)的要素（包括使用保障、維修保障、訓練保障、供應(yīng)保障）和壽命周期費用對飛機設(shè)計質(zhì)量的貢獻。以這些指標作為評價標準，可以實現(xiàn)飛機設(shè)計質(zhì)量全面控制。

3評估方法和模型構(gòu)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(tài)特性的描述；仿真法能夠動態(tài)地描述飛機的維修和使用保障動態(tài)特性，但仿真結(jié)果不夠穩(wěn)定。為了得到客觀、合理和科學的結(jié)果,本系統(tǒng)采用解析法和仿真法相結(jié)合的方法。

1電弧電流信號的數(shù)據(jù)檢測

該高速旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的頻率0~30Hz，掃描區(qū)域半徑0~3.5mm。本次實驗選用25r/s的固定頻率進行數(shù)據(jù)采集。實驗表明，如果焊接工藝參數(shù)一定，設(shè)定水平偏差為變量，則在一個旋轉(zhuǎn)電弧圓周運動的周期內(nèi)，電流的波形具有一定的規(guī)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(shù)。但是在實際操作中，焊接作業(yè)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(shù)據(jù)通過小波濾波后進行歸一化處理。將采集到的不同周期內(nèi)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(shè)定采樣頻率為104Hz，旋轉(zhuǎn)頻率為25r/s，則每個周期內(nèi)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(jié)構(gòu)風險最小化原則要求，采用不敏感損失函數(shù)ε，加入懲罰參數(shù)C和松弛變量ξ（*），ξ（*）=（ξ1，ξ1（*），ξ2，ξ2（*），…，ξb，ξb（*）），得到原始最優(yōu)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(gòu)造拉格朗日函數(shù)進行求解，最優(yōu)問題以Wolfe對偶原則化作凸二次規(guī)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?yōu)闃藴市问?，得到最?yōu)解α=（α1，α1*，…，αl，αl*）T根據(jù)α構(gòu)造出決策函數(shù)為（fx）=1i=1Σ（αi*-αi）K（xi，x）+b（3）式（3）為決策函數(shù)式，其支持向量為非零解所對應(yīng)的矢量。不敏感損失函數(shù)ε的選取可以用來調(diào)整回歸逼近的精確度。根據(jù)式（3）選取新的輸入?yún)?shù)便可得到一個精確的輸出參數(shù)。

2支持向量回歸機的實現(xiàn)

2.1支持向量回歸機的計算原理

設(shè)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(shù)，這樣通過訓練樣本集之外的輸入?yún)?shù)x可以較為精確的計算到相應(yīng)的輸出參數(shù)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(gòu)造核函數(shù)運用

支持向量回歸機解決實際問題時必須構(gòu)建一個合適的核函數(shù)，類型不同的核函數(shù)與之相對應(yīng)的支持相對應(yīng)的向量回歸機類型也不相同，一個合適的核函數(shù)直接決定了所構(gòu)造的支持向量回歸機的運算性能。通過采集的數(shù)據(jù)信息的包角映射建立SVR核函數(shù)，然后修正函數(shù)，以提高核函數(shù)的回歸精度。構(gòu)造核函數(shù)：設(shè)定一個標量函數(shù)式F（x），F(xiàn)（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(shù)K（x，x'）=F（x）F（x'）K（x，x'）（4）令其標量函數(shù)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(shù)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(shù)選為GAUSS核函數(shù)K（x，x'）=exp（-x-x'22σ2）（5）式中σ為歸一化參數(shù)。通過式（5）可以得到初始的支持向量，將其帶入函數(shù)F（x）實現(xiàn)支持向量鄰域內(nèi)黎曼度規(guī)的減小。修正后的GAUSS核函數(shù)大大提高了回歸精度。在Matlab中編寫函數(shù)式M文件，其邏輯流程為：（1）讀取樣本數(shù)據(jù)集；（2）建立數(shù)據(jù)集矩陣；（3）構(gòu)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(shù)；（7）計算各個最優(yōu)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(shù)編碼通過調(diào)用MAD文件里的參數(shù)得出偏差值。

1計算機仿真技術(shù)與物流系統(tǒng)分析

我們利用物理系統(tǒng)運行的相關(guān)理論框架以及模型來實現(xiàn)物流系統(tǒng)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(yè)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(xiàn)相關(guān)軟件的規(guī)劃工作，主要是通過對企業(yè)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(shù)的機制進行綜合評價，對不好的地方進行相應(yīng)修改，這樣就能更好地把計算機仿真技術(shù)運用在物流系統(tǒng)之中了。從性質(zhì)上分析物流系統(tǒng)的仿真技術(shù)，它其實是一種較為典型的系統(tǒng)仿真，主要特點是面向物流業(yè)務(wù)的離散型事件，其最關(guān)鍵的地方就是對于事件的調(diào)度以及隨機變量和仿真時鐘技術(shù)的應(yīng)用，這三個核心技術(shù)是物流系統(tǒng)中的關(guān)鍵所在。仿真時鐘技術(shù)的作用在于對企業(yè)物流系統(tǒng)中對于各個離散不連續(xù)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(tǒng)比較長的運作周期進行調(diào)整，從而實現(xiàn)對各個離散事件的業(yè)務(wù)操作點進行操作，并且還能夠把其作為主要研究對象，構(gòu)建出一整套的物流仿真系統(tǒng)運行機制，把物流業(yè)務(wù)和對象之間的關(guān)聯(lián)也一并制定下來。隨機變量指的是在現(xiàn)實中進行物流操作的時候，對于物流操作的各個環(huán)節(jié)的細節(jié)內(nèi)容已經(jīng)各個工件的主要動作進行虛化，通過這些環(huán)節(jié)里面的受影響因素分析隨機變量對物流系統(tǒng)的各方面影響，從而建立起更加完善的仿真系統(tǒng)，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?qū)谟嬎銠C仿真技術(shù)的自動化物流系統(tǒng)進行完善。

2我國的物流運作現(xiàn)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(diào)查進行分析，調(diào)查出來的結(jié)果顯示出我國的物流行業(yè)運轉(zhuǎn)情況并不是很好。

2.1企業(yè)的庫存期過長、周轉(zhuǎn)時間太慢

通過該項調(diào)查我們可以看出，有百分之八十的企業(yè)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(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品庫存都在三個月以下，百分之七十的商品企業(yè)銷售庫存在一個月以下，這就表明我國的企業(yè)產(chǎn)品庫存時間太長，周轉(zhuǎn)時間太慢，主要還是物流情況差勁導(dǎo)致的，在此我們也能看出我國的物流情況急需得到相應(yīng)改善，從而改變現(xiàn)在這種狀況。

2.2人們對物流的滿意度較低

1CAD標準和構(gòu)件標準化

本文針對不同的變電站構(gòu)件類型，研究其標準化方法，從而可選取標準化構(gòu)件進行組合和建模。特別是在多排架結(jié)構(gòu)建模時，如果沒有標準構(gòu)件庫，模型的建立將需要繁瑣的手工設(shè)置，變得非常復(fù)雜，影響模型的質(zhì)量。標準化的構(gòu)件能夠幫助設(shè)計師迅速建立起復(fù)雜模型，同時也能保證模型的質(zhì)量，提高設(shè)計效率。因此，提供一套標準的構(gòu)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(tǒng)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(gòu)梁(三種形式)、四邊形格構(gòu)梁(兩種形式)、圓鋼柱、人字柱和格構(gòu)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(jié)構(gòu)。圓鋼梁的主要描述參數(shù)為橫向段桿數(shù)、每段桿長度;圓鋼柱的描述參數(shù)包括柱高度、地線柱高度。另外，圓鋼梁在實際工程中會設(shè)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(shù)有起始位置、結(jié)束位置、截面類型、材料類型等。

2.2人字柱(A柱)