Simulationsoftwareanditsengineeringapplicationsisanoptionalcourseforvehicleengineering.Thiscoursewillmakestudentsmasterthelawandmethodofusingsimulationsoftwaretosolveengineeringproblems,andunderstandthedifferentdesignphilosophiesoftextprogramminglanguageandgraphicalprogramminglanguage,andgettheabilitytoanalyseandsolvecertaincomplexengineeringproblems.Andtheknowledgeinthecoursewillbecomeasolidfoundationforthefurtherstudyorworkonthedesign,manufacture,test,management,researchandteachinginautomotiveengineeringandsomerelatedfields.
课程基本信息
课程名称
仿真软件工程应用
课程编码
422044
英文名称
Simulationsoftwareanditsengineeringapplications
课程学时
28
课程学分
1.5
课程类别
专业教育课程
课程性质
选修课
开课学期
第7学期
课内实验学时
6
适用专业
车辆工程
开课单位
汽车系教研室
选用教材
《仿真软件工程应用》实验指导书
主要参考书
[1]JeffreyTravis,JimKring.乔瑞萍译LabVIEW大学实用教程（第三版），北京：电子工业出版社，2015
[2]聂春燕张万里，MATLAB和LabVIEW仿真技术及应用实例，北京：清华大学出版社，2008
[3]张岩等编著ANSYSWorkbench15.0有限元分析从入门到精通，北京：机械工业出版社，2014
制定人
许楠
2018年9月
二、教学大纲
1、教学目标
1.1教学目标
通过本课程的学习，使学生达成如下培养目标：
1.总体掌握并理解所学仿真软件的基本用法与建模流程，明确仿真手段目前在车辆学科中的特色，与试验方法互补作用以及其工程应用价值。理论方法-掌握所学文本型语言与图形化语言仿真软件中变量、数据类型、模块化设计、结构体、函数及其子函数等概念，能够运前修课程的所学知识建立仿真模型，并采用科学、合理的计算手段求解各指标参数。（支撑毕业要求指标点5.1）
2.具备工程应用及团队协作能力，使学生熟悉数字化仿真技术的应用，初步掌握工程上常用仿真软件的使用方法，包括Matlab，LabVIEW和Ansys等商业软件，并有能力利用软硬件结合的方式解决工程问题。本课程将提高学生应用仿真软件解决实际问题的能力，为后续专业课程的学习打下坚实的基础。（支撑毕业要求指标点9.2）
Throughlearningthiscourse,thestudentswillachievethefollowingtargets:
1.Overallmasterandunderstandthesimulationsoftwarelearnedthebasicusageandmodelingprocess,thecurrentlyfeaturedofthesimulationmethodisinthevehicleengineeringdiscipline,andcomplementaritybetweentheexperimentalmethodanditsengineeringapplicationvalue.Theoreticalmethod-Mastertheconceptslearnedtextuallanguageandgraphicalsimulationsoftwaressuchasvariables,datatypes,modulardesign,structure,functionanditschildfunctions,andusetheknowledgelearnedtobuildsimulationmodelandsolvetheparametersbyreasonablecalculationmethod.(Supportinggraduationrequirement5.1)
2.Thecoursewillenablestudentstobefamiliarwiththeapplicationofdigitalsimulationtechnology,andmasterthemethodshowtousetheengineeringsimulationsoftware,includingthecommercialsoftware:Matlab,LabVIEW,andAnsys.Thiscoursewillimprovethestudents’abilityofsolvingpracticalproblemsbysimulationsoftware,andlayasolidfoundationforthestudyofsubsequentprofessionalcourses.(Supportinggraduationrequirement9.2.)
1.2教学目标与毕业要求指标点对应关系
表1教学目标与毕业要求指标点对应关系
教学目标
毕业要求指标点（二级）
教学目标1：总体掌握并理解所学仿真软件的基本用法与建模流程，明确仿真手段目前在车辆学科中的特色，与试验方法互补作用以及其工程应用价值。理论方法-掌握所学文本型语言与图形化语言仿真软件中变量、数据类型、模块化设计、结构体、函数及其子函数等概念，能够运前修课程的所学知识建立仿真模型，并采用科学、合理的计算手段求解各指标参数。
5.1能够理解、掌握、选择、使用现代计算机软硬件等工具选择与使用技术，并进行基于仿真计算的预测与模拟。
教学目标2：具备工程应用及团队协作能力，使学生熟悉数字化仿真技术的应用，初步掌握工程上常用仿真软件的使用方法，包括Matlab，LabVIEW和Ansys等商业软件，并有能力利用软硬件结合的方式解决工程问题。本课程将提高学生应用仿真软件解决实际问题的能力，为后续专业课程的学习打下坚实的基础。
9.2在车辆工程领域中充分发挥团队合作精神，并能针对具体问题体现一定的组织能力。
2、教学要求
教师要积极备课，认真准备实验；在课堂内进行大纲解读，使学生清楚本课程具体的课程目标，通过该课程的学习应掌握的知识和获得的能力；对课程内容要融会贯通，切忌照本宣科。注重知识的拓展，并在课堂上加强思政教育。
通过理论知识教学，结合典型实例分析，充分利用多媒体动画教学使学生掌握理论知识，具备分析问题解决问题的能力。通过实验教学培养学生动手操作能力，了解实验过程，具备工程实践基础。
成绩评价体系标准真实、严谨、公平、公正、公开，能促使学生学习的积极性。
3、预备知识或先修课程要求
工程图学、理论力学、材料力学、机械原理、线性代数、高等数学
4、教学方式
表2教学方法（与教学目标对应）
教学方法
教学方法包括：理论部分以课堂讲授为主，配以适当的讨论，采用多媒体授课。实验以演示教学、实践教学为主。
5、实验环境和设备
计算机、ArduinoUNO、温度传感器、面包板、排线等
6、课程教学内容、学时分配及与教学目标的对应关系
6.1课程教学内容与学时分配
第一章Matlab基础及编程实践（8学时）
第一节Matlab软件简介及组成、MATLAB桌面布局及命令窗口的使用、变量和表达式
第二节脚本文件与函数文件，Eps()函数，数值迭代方法
第三节Matlab的矩阵运算与图形命令
第四节MatlabGUI设计及基本操作
本章内容简介（重点）：
介绍Matlab软件的基本知识与应用，M文件的编制与调试、GUI的基本操作。
Chapter1MatlabFundamentalsandProgrammingPractice(8ClassHours)
1.1TheIntroductionandStructureofMatlab,anditsDesktopLayout,theUsageofCommandShell,VariateandExpression
1.2ScriptFilesandFunctionFiles,Eps()Function,NumericalIterationApproach
1.3MatlabMatrixOperationsandGraphicalCommand
1.4MatlabGUIDesignandBasicOperation
TheIntroductionofThisChapters(Emphasis):
Tointroducethefundamentalknowledgesandusage,compilationanddebuggingofM-File,fundamentaloperationofGUIinMatlabSoftware.
第二章LabVIEW虚拟仪器技术实践（8学时）
第一节LabVIEW虚拟仪器软件概述、运行机制、操作面板、控制面板和功能面板
第二节结构控制程序的执行（for循环和while循环），循环次数的计算与显示
第三节LabVIEW的复合数据与图形显示
第四节LabVIEW中的数据采集
介绍虚拟仪器的基本概念、图形化编程语言（G语言）基本原理与特点、LabVIEW编程环境；LabVIEW程序设计的语法规则、程序结构和基本编程技巧；以及LabVIEW与Arduino硬件平台在数据采集中联合应用。
Chapter2LabVIEWVirtualInstrumentTechnologyPractice(8ClassHour)
2.1LabVIEWVirtualInstrumentSoftwareOverview,OperationMechanism,OperationPanel,ControlPanelandFunctionPanel
2.2TheRunofStructureControlProgramming(forloopandwhileloop),CalculationandDisplayofcycleindex
2.3LabVIEWCompositeDataandGraphicDisplay
2.4LabviewDataAcquisition
TointroducethebasicconceptsofVirtualinstrument,imagingprogramminglanguage(GLanguage)fundamentalprinciplesandcharacteristic,LabVIEWprogrammingenvironment;LabVIEWgrammar,structure,techniqueofprogrammingdesign;combinedapplicationfordataacquisitioninLabVIEWandArduinoplatform.
第三章ANSYS软件基础及有限元分析实践（4学时）
第一节ANSYS软件简介及组成、ANSYS软件的功能、界面及求解过程
第二节ANSYS软件在力学分析和非线性分析中的实际应用
介绍有限元法的基本原理和求解步骤，有限元分析软件Ansys的基本应用以及在工程中有限元分析的具体应用实例。
Chapter3ANSYSFiniteElementAnalysisTechniques(6ClassHours)
3.1TheIntroductionandStructureofANSYS,anditsFunction,InterfaceandSolvingProcess
3.2TheUsageofANSYSinMechanicalAnalysisandNonlinearAnalysis
Tointroducethebasicprinciplesandsolvingstepsoffiniteelementmethod,theusageoffiniteelementsoftwareANSYSandapplicationexampleoffiniteelementanalysis.
第四章汽车虚拟样机技术（2学时）
第一节车辆的动力性仿真及应用
第二节车辆的经济性仿真及应用
介绍Cruise软件的基本原理，建模方法以及在汽车产品设计中的具体应用实例。
Chapter4VehicleVirtualPrototypingTechnology（2ClassHours）
4.1SimulationandUsageofVehicleDynamicPerformance
4.2SimulationandUsageofVehicleEconomicPerformance
Tointroducethefundamentalprinciples,methodofbuildingmodelsandapplicationexampleinthedesignofvehicleinCruise.
6.2教学内容与教学目标对应关系
表3教学内容与教学目标对应关系
教学内容
理论课程内容
实验课程内容
7、实验项目内容、学时分配、实验小组
7.1实验目的与任务
通过实验教师的讲解、示范和学生的动手实践，培养学生的实际动手能力，试验设备的操作技能，试验项目的设计能力和试验结果的分析能力。对应试验项目的具体培养任务如下：
①使学生深入掌握仿真软件的使用方法，能够应用Matlab、Labview和Ansys设计简单的测试程序。
7.1ExperimentalObjectiveandMission
Byteachers’explanation,demonstrationandstudents’experiments,totrainstudents’practicalmanipulativeability,operationalskillsforequipment,designabilitytoprojectandanalyticalabilitytothetestresults.
Correspondingtothespecifictaskoftrainingthepilotprojectsareasfollows:
①ToenablestudentstomasterusagemethodsofSimulationsoftwareanddesignsimpletestprogrammingusingMatlab,LabVIEWandANSYS.
②Toenablestudentstomasterusagemethodsofprogrammingandbuildthehardwareandsoftwaresystem.
7.2实验教学基本要求
①使学生熟悉Arduino硬件平台和LabVIEW软件，能够设计温度模拟量数据采集程序。
②使学生能够使用MatlabGUI图形化的设计方法编制程序。
③使学生能够使用Ansys进行有限元分析。
7.2BasicRequirementofExperimentTeaching
①ToenablestudentstobefamiliarwithArduinohardwareplatformandLabVIEWsoftware,andtodesignaprogrammingoftemperatureanalogfordataacquisition.
②ToenablestudentstoprogramusingthedesignmethodofMatlabGUIimaging.
③ToenablestudentstousefiniteelementanalysisinANSYS.
7.3实验教材或指导书
实验使用自编《仿真软件工程应用试验指导书》
7.3TeachingMaterialorInstruction.
表4实验项目一览表
序号
实验项目
内容提要
实验
类型
学时
分配
主要仪器
设备
地点
考核
形式
1
基于汉诺塔问题的程序设计
熟悉Matlab编程环境，采用MatlabGUI图形化程序设计方法显示汉诺塔计算结果。
设计性
2
计算机、Matlab软件
汽车电控实验室
根据实验操作，实验报告进行评价：优、良、中、及格、不及格。
基于arduino平台的labview数据采集系统设计
了解Arduino硬件平台，分别设计LabVIEW的前面板与控制插件。
综合性
Arduino硬件平台及传感器，计算机，LabVIEW软件
3
基于ANSYS的力学分析试验
利用ANSYS软件对机械结构进行力学分析
计算机、Ansys软件
8、考核要求、考核方式及成绩评定标准
8.1考核方法
表5考核方法（与教学目标对应）
考核方法
1、针对学习效果进行考核。
2、考核方式：实验报告
3、考核依据：实验报告
8.2考核标准
表6考核标准
考核方式
评价标准
0~59
60~69
70~79
80-89
90~100
课程作业
不能理解并使用现代计算机软硬件等工具选择与使用技术，不能进行基于仿真计算的预测与模拟，结论不正确。
能够简单使用现代计算机软硬件等工具选择与使用技术，并进行简单的基于仿真计算的预测与模拟，结论不够准确。
基本能够理解并使用现代计算机软硬件等工具选择与使用技术，并进行基于仿真计算的预测与模拟，结论基本准确。
能够理解并使用现代计算机软硬件等工具选择与使用技术，并进行基于仿真计算的预测与模拟，结论较准确。
能够理解并熟练使用现代计算机软硬件等工具选择与使用技术，并进行基于仿真计算的预测与模拟，结论准确。
在车辆工程领域中不能发挥团队合作精神，针对任何问题都不能体现组织能力
在车辆工程领域中偶尔发挥团队合作精神，并能针对单一问题体现一定的组织能力
在车辆工程领域中能在一定程度上发挥团队合作精神，并能针对简单问题体现有限的组织能力
在车辆工程领域中较好发挥团队合作精神，并能针对一般问题体现一定的组织能力。
在车辆工程领域中充分发挥团队合作精神，并能针对具体问题体现一定的组织能力。
8.3成绩评定
（1）平时成绩
采用百分制。由教师根据出勤及课堂表现的实际完成情况，给出成绩。
（2）课程实验
打分采用百分制。最终实验成绩按照百分制给定。
表7《仿真软件工程应用》课程实验评分标准
平时成绩及实验表现（30分）
0-9分
10-19分
20-30分
不听从老师指挥，不配合实验组工作，干扰实验进程。
实验规划较差，在老师多次督促下能够操作仪器，沟通协作能力较差，实验现场记录潦草。
实验规划较好，能够在老师指导下操作仪器，沟通协作能力一般，实验现场记录较为准确。
实验规划得当，过程衔接紧密，能够主动操作仪器，沟通协作能力较强，实验现场记录详细、准确。
实验报告考核标准（60分）
工整性（15分）
完整性（15分）
准确性（20分）
创新性（10分）
0分
15分
20分
10分
不采用专用实验报告用纸，字迹潦草，难以辨认。
采用专用实验报告用纸，字迹清楚，报告整洁。
缺少必要的报告项目，项目内容有缺失
包含习题的全部必要项目，各项目内容完整。
实验数据记录不准确，数据处理计算错误，结果不可信，数据图表错误或表达不科学。
实验数据记录准确，数据处理计算完整、准确，结果可信，数据图表准确、表达合理。
（3）成绩评定
本课程考核性质为考查，综合考虑平时表现和实践实验的表现确定总成绩，计算公式如下：
平时成绩（含考勤及作业）、试验成绩均按100分计，则学生最终评定成绩为：