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1、引言
    仿真培训系统是利用计算机仿真各种物理工程技术，构造一种以训练和教学为目的，在某种程度上再现一个真实系统行为的系统。其目的是使接受培训的人员在进行实际生产前，熟悉生产过程中各阶段的操作，以培养一批技术熟练、经验丰富的操作人员。这种培训方式同传统的操作人员培训方式——先学习技术理论和操作规定，再到生产现场，以师傅带徒弟的方法进行技能培训相比，具有无需投料、没有危险性、能节省培训费用、大大缩短培训时间且能模拟操作在现场中绝对不可出现的确良各种事故状态等种种优点。

    采用动态仿真系统培训生产操作人员，在目前国内外先进化工行业较常见。因为通过仿真操作培训，能让操作人员更好地了解和掌握工艺原理、工艺流程和操作规程，让操作人员在仿真系统上“尝试”生产操作，进行开车、运行和停车操作，设置和处理事故，往往使操作人员能在更短的时间内更准确、全面地学会工艺操作。并且仿真培训系统能对操作人员的操作按操作规程的规定进行打分，可以考核培训效果。

    由于本生产装置采用智能数字仪表进行显示和控制，故采用IPC智能控制模式比较适合其操作特点。本文以一种通用监测控制组态软件为人/机交互显示操作界面，通过建立数学模型与组态软件之间的动态数据接口，研制了本装置仿真培训软件。

2、以自控组态软件为图形界面的研制方案
该方案的原理框图见图1。

图1 以组态软件为图形界面仿真培训软件的研制方案

    从图1可见，该方案首先应选择一套自控组态软件，依靠其较强的彩色工艺流程图，工艺参数趋势图、棒图绘制和动态参数显示、命令按钮操作功能，以及较强的动态参数I/O功能，制作仿真培训软件和人机交互操作图形界面，根据工艺术过程机理和数据建立的动态数学模型，用可视化编程语言如Visual C++等编制和编译成可执行软件。数学模型运行软件和自控组态软件同在一个实时多任务操作系统中运行，它们通过实时动态数据库相连。培训人员用鼠标、键盘输入的操作命令如阀门开关、泵和电机的启停，通过点击自控组态软件画面中的命令按钮和阀门、泵、电机图形控件输入组态软件；组态软件把这些输入命令和参数通过动态数据库传送到数学模型运行软件；数学模型运行软件的运算结果，如反应浓度的变化、温度的高低，输出至实时动态数据库传至组态软件显示记录。再在组态软件中设置事故设定、时标设定、快门设定、成绩评定等命令按钮，可实施完善的操作培训功能。

    该方案中自控组态软件与数学模型运行软件之间的实时动态数据交换软件的编制是个关键技术难点。一般可采用两种方法，一是采用动态数据链接库函数（DDL），另一种方法是采用动态数据交换DDE方式。DDL方式适用于数据交换量较多的场合，DDE则用于数据交换量少一些的场合。
 
    通过调研论证，本课题选取了北京金佳诺公司的Century Star工业自动化监控组态软件，作为本方案研制仿真培训软件的开发平台，其具有完备的人机界面（HMI）及监控与数据采集功能（SCADAF）和图形报表功能，性能价格比高。关于该软件的详细技术情况可参见[3]

3、该装置仿真培训软件研制情况
    该装置仿真培训软件研制情况如下：
    3．1完成了该装置带动态检测控制点工艺流程图的绘制，这个流程图画面是该仿真培训软件的主画面，包括了工艺流程中的各个设备、管路、阀门、仪表和自控回路，对各个部件分类进行了编写。该仿真培训流程图采用了Century star的三维绘图功能模块和图库绘制，比较形象逼真。在每幅流程图中都设置了当前日期、时间显示窗口。
    3．2设置了开车、暂停、画面选择、事故设定、开车成绩、曲线显示、报警画面、快门设定、时标设定、停车等仿真培训命令按扭。并编置了与这些命令按扭相对应的子程序和相应的显示画面。
    3．3对流程图中各开度可调的手动阀门，均编程设置了开度调节画面，见图2。其中F键是快开选择按扭，如选择快开按扭，其旁边指示灯变红，每次按增、减键，手动阀门开度增加5%或减少5%。如未选择快开按扭，则每次按增、减键，阀门开度增加1%或减少1%。在该画面中，有阀门开度的数字显示，并用动态棒状图显示阀门开度。按Q键退出阀门开度调节画面。对开关两位式阀门，用鼠标点击，通过改变阀门的颜色来表示阀门的开、关状态。
    3．4对流程图中的调节器，编程设置了调节器参数显示和调整画面，见图3。图中以动态棒图显示测量值和设定值的变化，以动态数值显示阀门开度，设置了自动、手动、串级和快速选择按扭及参数增减按扭。按T打开调节器参数PID整定画面，可快速增减或正常增减PID参数值。

    对全部生产过程建立其数学模型，然后用可视化语言Visual C++对模型进行编程实现。数学模型运行软件通过调用Century Star自控组态软件中的USERDLL（）函数，较好地实现了自控组态软件与数学模型软件之间的动态数据连接，可较好地进行仿真运行。

4、 结论
    对以上所编制的某生产装置仿真培训软件试运行结果表明，该软件能较好地模拟生产动态工况，模拟手工阀门操作和自控仪表调节操作，有较乐观的实际应用前景。

    这说明，本文采用IPC智能控制仿真模式，以Century Star 自控组态软件为显示操作图形界面，以化工动态学方法建立过程式动态数学模型，以动态链接库函数DLL联接组态软件和数学模型运行软件的仿真培训软件研制技术方案是可行的。本文的研究尝试对于研究掌握化工过程动态仿真技术具有积极的意义。对于研究其它化工生产装置的仿真培训软件具有一定的参考价值。

工业图元的设计其实很简单，无非就是由点、线（直线和曲线），要想很好的把最简单的点、线组合成漂亮的工业图元，就需要一个专业的工具来完成，而这个工具目前来说只有一家公司做的相当不错，那就是北京图王的visual graph，到目前为止，我还没有发现国内有哪家公司的产品比visual graph还好的。国外到是有一些，但那毕竟不是本土产业，而且价格比较昂贵，还没有中文版，用起来非常不方便。

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设计的界面存在于人一物信息交流，甚至可以说，存在人物信息交流的一切领域都属于设计界面，它的内涵要素是极为广泛的。


  界面的说法以往常见的是在人机工程学中。"人机界面"是指人机间相互施加影响的区域，凡参与人机信息交流的一切领域都属于人机界面。"而设计艺术是研究人一物关系的学科，对象物所代表的不是简单的机器与设备，而是有广度与深度的物；这里的人也不是"生物人"，不能单纯地以人的生理特征进行分析。"人的尺度，既应有作为自然人的尺度，还应有作为社会人的尺度；既研究生理、心理、环境等对人的影响和效能，也研究人的文化、审美、价值观念等方面的要求和变化"。

  设计的界面存在于人一物信息交流，甚至可以说，存在人物信息交流的一切领域都属于设计界面，它的内涵要素是极为广泛的。可将设计界面定义为设计中所面对、所分析的一切信息交互的总和，它反映着人一物之间的关系。

  一、设计界面的存在

  美国学者赫伯特．A．西蒙提出：设计是人工物的内部环境(人工物自身的物质和组织)和外部环境(人工物的工作或使用环境)的接合。所以设计是把握人工物内部环境与外部环境接合的学科，这种接合是围绕人来进行的。"人"是设计界面的一个方面，是认识的主体和设计服务的对象，而作为对象的"物"则是设计界面的另一个方面。它是包含着对象实体、环境及信息的综合体，就如我们看见一件产品、一栋建筑，它带给人的不仅有使用的功能、材料的质地，也包含着对传统思考、文化理喻、科学观念等的认知。"任何一件作品的内容，都必须超出作品中所包含的那些个别物体的表象。"分析"物"也就分析了设计界面存在的多样性。

  为了便于认识和分析设计界面，可将设计界面分类为：

  1)功能性设计界面接受物的功能信息，操纵与控制物，同时也包括与生产的接口，即材料运用、科学技术的应用等等。这一界面反映着设计与人造物的协调作用。
  2)情感性设计界面即物要传递感受给人，取得与人的感情共鸣。这种感受的信息传达存在着确定性与不确定性的统一。情感把握在于深入目标对象的使用者的感情，而不是个人的情感抒发。设计?quot;投入热情，不投入感情"，避免个人的任何主观臆断与个性的自由发挥。这-界面反映着设计与人的关系。
  3)环境性设计界面外部环境因素对人的信息传递。任何一件或一个产品或平面视觉传达作品或室内外环境作品都不能脱离环境而存在，环境的物理条件与精神氛围是不可忽缺的界面因素。

  应该说，设计界面是以功能性界面为基础，以环境性界面为前提，以情感性界面为重心而构成的，它们之间形成有机和系统的联系。

  二、 设计界面存在的方法论意义

  当机械大工业发展起来的时候，如何有效操纵和控制产品或机械的问题导致了人机工程学。二战后，随着体力的简单劳动转向脑力的复杂劳动，人体工学也进一步地扩大到人的思维能力的设计方面，"使设计能够支持、解放、扩展人的脑力劳动"。在目前的知识经济时代，在满足了物质需求的情况下，人们追求自身个性的发展和情感诉求，设计必须要着重对人的情感需求进行考虑。设计因素复杂化导致设计评价标准困难化。一个个性化的设计作品能否被消费者所认同?新产品开发能不能被市场所接受?在目前，我国大部分企业实力还并不强大，设计开发失利承受力还不很强的情况下，如何系统地、有根据地认识、评价设计，使其符合市场，就需要对设计因素再认识。利用界面分析法，正是使设计因素条理化，避免将人作为"生物人"的片面和走出笼统地说"设计＝科学十艺术"的简单误区。

  现代的人机工程学和消费心理学为设计提供了科学的依据，它们的成功就在于实验、调查和数理表述，是较为可系的。同样对设计艺术而言，进行设计界面的分析，也要有生理学、心理学、文化学、生物学、技术学学科基础。从理论上来说，它要直接建立在信息论和控制论的基础之上。相对于机械、电子设计和人机设计，以往人机界面设计把握了技术科学的认识和手段，忽视了人文科学观念与思想。它的界面设计只能存在于局部的思考范围内，只成为一个设计的阶段。

  有人以功能论来评判设计。"功能决定形态"曾是20世纪上半叶的设计格言，它的提法是片面的。这是因为：第一，功能不是单一的，它包括使用功能、审美功能、社会功能、环境功能等。"过分追求单一的功能会导致将许多重要内容(装饰性、民族性、中间性)被排斥掉"。而且"有些内容并不是’功能’的概念所能包括了的，更何况物质和精神的内容也并不是时时处处等质等量的融洽在一个统一体中，随产品的不同、时期的不同，它们各自的主次地位也随之变化"。在现今信息技术高度发展的时代，情感因素越来越成为设计的主要方面。物质意义上的功能在保持其基础地位的情况下，却日益不能代表情感诉求的表述；第二，按"形态服从功能"而设计的产品，对于不熟悉它的使用者来说是难以理解的，产品要为人们所理解，必须要借助公认的信码，即符号系统；第三，满足同一功能的产品形态本来就不是唯一的，象汽车等成熟的产品，年度换型计划等措施成为商品经济中日益不可避免的现象。社会经济发展到一定程度，才能出现设计的专业需求，而这时人们的基本物质需求已能满足，简单地以物质性功能来决定设计是不恰当的。

  相反，设计界面体现了人一物交流信息的本质，也是设计艺术的内涵，它包括了设计的方方面面，明确了设计的目标与程序。

  三、 设计界面的分析

  按照设计界面的三类划分，有助于考察设计界面的多种因素。当然，应该说设计界面的划分是不可能完全绝对的，三类界面之间有涵义上也可能交互与重叠，如宗教文化是一种环境性因素，但它带给信仰者的往往更多的却是宗教的情感因素。在这里环境性和情感性是不好区分的，但这并不妨碍不同分类之间所存在的实质性的差异。

  1　功能性界面
  对功能性界面来说，它实现的是使用性内容，任何’件产品或内外环境或平面视觉传达作品，其存在的价值首要的是在于使用性，由使用性牵涉到多种功能因素的分析及实现功能的技术方法与材料运用。在这一方面，分析思维作为一种理性思维而存在。如果作为一种处理方式来设计产品，则这种产品会使多种特征性(如民族性、纯粹性)因素中性化，如果去除产品商标，就很难认出是哪国的或哪个公司的产品。当然，这方面也说明了产品中存在着共同性因素，它使全人类能做出同样的反应。人的感觉和判断能力有着国际性的、客观性的特征。

  功能性界面设计要建立在符号学的基础上。国际符号学会对符号学所下定义是：符号是关于信号标志系统(即通过某种渠道传递信息的系统)的理论，它研究自然符号系统和人造符号系统的特征。广义的说，能够代表其他事物的东西都是符号，如字母、数字、仪式、意识、动作等，最复杂的一种符号系统可能就是语言。设计功能界面，不可避免地要让使用者明白功能操作。每一操作对人来说应是符合思维逻辑的，是人性的，而对机械、电子来说则应是准确的、确定无疑的，这双方的信息传递是功能界面的核心内涵。

  2　情感性界面
  一个家庭装饰要赋予人家居的温馨，一副平面作品要以情动人，一件宗教器具要体现信仰者的虔诚。其实任何一件产品或作品只有与人的情感产生共鸣才能为人所接受，"敝帚自珍"正体现着人的感情寄托，也体现着设计作品的魅力所在。现代符号学的发展也日益这一领域开拓，以努力使这种不确定性得到压缩，部分加强理性化成分。符号学逐渐应用于民俗学、神话学、宗教学、广告学等领域，如日本符号学界把符号学用于认识论研究，考察认识知觉、认识过程的符号学问题。同时，符号学还用于分析利用人体感官进行的交际，并将音乐、舞蹈、服装、装饰等都作为符号系统加以分析研究，这都为设计艺术提供了宝贵与有借鉴价值的情感界面设计方法与技术手段。

  3　环境性界面
  任何的设计都要与环境因素相联系，它包括社会、政治和文化等综合领域。处于外界环境之中，"是以社会群体而不是以个体为基础的"，所以环境性因素一般处于非受控与难以预见的变化状态。

  联系到设计的历史，我们可以利用艺术社会学的观点去认识各时期的设计潮流。18世纪起，西方一批美学家已注意到艺术创造与审美趣味深受地理、气候、民族、历史条件等环境因素的影响。法国实证主义哲学家孔德指出："文学艺术是人的创造物，原则上是由创造它的人所处的环境条件决定。"法国文艺理论家丹纳认为"物质文明与精神文明的性质面貌都取决于种族、环境、时代三大因素"。无论是工艺美术运动、包豪斯现代主义或20世纪80年代的反设计，现代的多元化，"游牧主义"(Nemadism)都反映着环境因素的影响。

  环境性界面设计所涵盖的因素是极为广泛的，它包括有政治、历史、经济、文化、科技、民族等，这方面的界面设计正体现了设计艺术的社会性。

  以上说明了设计艺术界面存在的特征因素，说明在理性与非理性上都存在明确、合理、有规则、有根据的认识方法与手段。

  成功的作品都是完善地处理了这三个界面的结晶。如贝聿铭设计的卢浮宫扩建工程，功能性处理得很好，没有屈从于形式而损害功能；但同时又通过新材料及形式反映新的时代性特征及美学倾向，这是环境性界面处理的典范；人们观看卢浮宫，不是回到古代，而是以新的价值观去重新审视、欣赏，它的三角形外观符合了人们的心理期望，这是情感性界面处理的极致。

  四、 设计界面的运用原则

  1)合理性原则，即保证在系统设计基础上的合理与明确。
  任何的设计都既要有定性也要有定量的分析，是理性与感性思维相结合。努力减少非理性因素，而以定量优化、提高为基础。设计不应人云亦云，一定要在正确、系统的事实和数据的基础上，进行严密地理论分析，能以理服人、以情感人。

  2)动态性原则，即要有四维空间或五维空间的运作观念。一件作品不仅是二维的平面或三绝的立体，也要有时间与空间的变换，情感与思维认识的演变等多维因素。

  3)多样化原则，即设计因素多样化考虑。当前越来越多的专业调查人员与公司出现，为设计带来丰富的资料和依据。但是，如何获取有效信息，如何分析设计信息实际上是一个要有创造性思维与方法的过程体系。

  4)交互性原则，即界面设计强调交互过程。一方面是物的信息传达，另一方面是人的接受与反馈，对任何物的信息都能动地认识与把握。

  5)共通性原则，即把握三类界面的协调统一，功能、情感、环境不能孤立而存在。

  五、 设计界面的应用方法

  设计界面所包含的因素是极为广泛的，但在运用中却只能有侧重、有强调的把握。设计因素虽多，但它仍是一个不可分割的整体。它的结果是物化的形，但这个形却是代表了时代、民族等方面的意识，并最终反映出人的"美"的心理活动。

  设计界面的运用，核心是设计分析。在一些国际性的大公司，如索尼、松下、柯尼卡等，都有许多的成功案例可为借鉴。如柯尼卡公司设计其相机时，首先不是去绘制"美"的形和考虑技术的进步，而是进行对象人的日常行为分析，作出故事版(STORY)。它先假定对象人的年龄为35岁，名：Xxxx，从而分析他的家庭、喜好与憎恶，分析他的日常行为，进而考察其人在什么场合需要僚机，从而为设计提供概念(CONCEPT)与目标(TARGET)，进行设计。经过分析，设计师有了明确的概念与目标，并随信息的交互产生了创造力。

  另一方面，设计师自身对社会环境也要进行深入的认识与考察，对设计的作品取向有明晰的认识：是否符合人们的消费预期?是否能感受到人们的审美知觉?日本设计师佐野邦雄先生曾作一图--生活的变迁与设计师的课题，将日本及世界上某些非常有影响性的事件，如技术的进步、企业的发展等等都进行了归纳，进而对设计有了深入的认识与感悟。

  所以，要运用好设计的界面，理性的认识是首要的，其次就是创造性的，而且是有实效性的分析、处理信息。设计不是一成不变的，分析方法也不是一成不变的，设计的界面同样是在人一物的信息交流中变化发展的。

下面是一些用visual graph图形平台做的的例子，图片仅供参考，想知道详细信息，请访问visual graph官方网站咨询，本文不做详细介绍。

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SVG是国际矢量图形文档的一种标准，目前在国际上十分流行。最主要的客户端浏览器插件是Adobe公司出品的。
　　Visual Graph是北京图王软件开发有限公司出品的一款动态矢量图形插件，目前在国内电力、煤炭等工业领域有一定的地位。
　　本文尝试抛开这二者悬殊的开发背景，单论性能作一个客观的比较：
 
　　相同的地方是，二者都内置脚本编程语言，文件都是XML格式，都支持外挂式的图元，图形都可以自定义属性、函数等，都是需要在客户端下载才能运行的互联网插件。
　　图形质量方面，毫无疑问，SVG远优于Visual Graph，后者基本上使用的都是Windows GDI绘图函数，即使也有gdiplus的东西，但是非常有限，而且后者除了图形透明度可调这一点，没有其他任何眩目的特效。
　　不同的地方包括：
　　一、Visual Graph支持在线绘图，SVG插件不支持绘图。
　　二、Visual Graph支持图形拓扑关系连接，当图形移动时，相连接的图形跟随变化。
　　三、Visual Graph支持类似Word一样的在线制表，SVG不支持中国表格。
　　四、Visual Graph能够象Delphi、C#、VB那样作为真正的编程语言使用，可以开发出匪夷所思的功能强大的图元符号，SVG无法达到这个层次。
　　五、Visual Graph插件打包成CAB后，大小只有300K，远远少于SVG。
　　六、Visual Graph仅用“文字、形状、线条”这三类基本图形就可以组合出任何复杂的功能强大的图元（例如列表框、日历控件、各种仪器仪表、各种能做动画的工业设施），SVG需要掌握的基本图形超过１０个。
　　七、Visual Graph的体系对于工业应用比较精练，容易学习掌握。
　　八、Visual Graph在电力行业和煤炭行业的成熟的大型用户比较多，许多省电力公司都用，而且反响极好。SVG目前还处于大家研究学习阶段。
 
　　综上所述，相信Visual Graph目前和今后几年内，仍然会是工业领域一款实用的图形平台。不过，SVG的标准化、高质量，以及免费使用都是它的巨大优势，估计会在很多领域有大量的应用，VisualGraph只有定位于某些特定的行业领域，在细分的市场把产品作精，做成真正针对用户需求解决用户实际问题的产品，才会有很好的发展。
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