仿真科学创新沙龙第三期

全国仿真创新应用大赛系列活动之仿真科学创新沙龙第三期于2022年7月7日星期四晚上8点再度登场。本次沙龙的主讲嘉宾有北京大学第一医院的吴问汉教授，吉林大学的王典教授，大连交通大学的赵科教授和哈尔滨工程大学的唐滨教授，共有220人参加了本次沙龙活动。沙龙由首都师范大学马楠同学主持。

主持人马楠介绍本次沙龙的参会嘉宾，特别感谢北京大学，吉林大学，大连交通大学，哈尔滨工程大学等院校对本次创新沙龙的参与和支持。

北京大学第一医院吴问汉教授 “外科器械与医用人工材料的进步”

医学创新是理念、方法、规模、技术、药物、材料等多方向的发展，而医学仿真也有机理、功能、形态等多方向的应用，并通过实际案例说明仿真创新在临床医学中的应用。

01 手术方式的创新

例如在手术过程中，开腹与腔镜微创的不同应用，还有手术缝合方法的创新。

02医用耗材的仿真创新

过去的临床操作过程中，医用耗材多以纱布为主，现在有更好的可吸收止血材料等医用耗材的应用。

03医用修复材料的仿真创新

例如天然骨材料、医用金属材料、医用生物陶瓷、医用高分子、医用复合材料等。

04 医疗器械的仿真创新

例如医用腔镜下切割缝合器，手术机器人系统，目前的手术机器人可以由医生通过电脑远程操控完成精细手术操作，通过配置人体工程效应工作台和高清3D显示器，通过指尖的控制，达到更好的手眼协调性。

05 患者搬运车应用

应用于ICU患者的搬运和翻身，手术全流程无需人工搬抬患者，减少在人工搬运过程中的二次伤害等。

医学仿真创新应用的目的致力于医疗服务智能化。

吉林大学王典教授“虚拟仿真+”教学体系建设与实践

国家虚拟仿真相关政策支撑与举措

教育部高等教育司印发的2022年工作要点中明确指出，虚拟仿真作为现代数字化技术，是推动高等教育教学改革的一个重要手段，应全面推进高等教育教学数字化。

虚拟仿真实验教学课程建设

虚拟仿真课程建设的初衷及必要性就是解决现实实验教学中的难以完成的难点和痛点问题。

课程建设过程：以《地震勘探野外采集实验》为例讲解如何建设虚拟仿真实验教学课程：确定虚拟仿真实验教学课程建设的必要性；明确虚拟仿真实验教学课程建设的目标；设计虚拟仿真实验教学课程结构；申报体会等。

虚拟仿真教学体系建设

依托国家级中心—地质资源立体探测虚拟仿真实验教学中心，现已从中心建设、项目建设、课程建设扩展到体系建设，拓展为通识教育的卓越课程、创新创业教育课程、新生研讨课、认识实习课程、大学生创新创业训练计划等活动课程；基于竞赛建设的智慧探测梦工厂；线上线下的科普共建活动；自主研发教学软件和设备，并获得教学仪器发明专利1个，科研成果转化与课程思政建设；开展校企合作，与国内知名虚拟仿真资源建设公司建立了长期、良好、稳定的校企合作关系。

“虚拟仿真+”建设思考

虚拟仿真作为一种先进的现代技术方法，与学科知识、教学手段相结合，就能产生新的教学内容与教学形式，从传统的板书教学、多媒体教学，逐渐发展到可交互的沉浸式的新型教学形式，带给大家全新的教学体验。虚拟仿真可加的内容很多，会形成一个庞大的体系，未来虚拟仿真课程建设方向要逐步形成体系化、标准化和装备化。

相信依托虚拟仿真技术和全国仿真创新应用大赛，与我们的学科相结合，会呈现出更多的成果，希望更多的老师加入到仿真创新建设的队伍中来，通过大赛促进教育教学改革，促进学生学习能力的提升。

大连交通大学赵科教授“电气仿真设计案例解析”

01竞赛方式

自主创新的方式，参赛作品对于应用领域不设限，只要符合比赛要求均可报名参赛。

02竞赛工具

本竞赛对建模方法和程序开发不做限定，可使用开源或者商业软件，对仿真使用对操作系统平台亦不做限制。参赛者需要建立一个能正确运行的仿真模型或设计一款仿真应用软件，结合自身专业知识，围绕电力设备、输电线路、电机驱动、数字电路等仿真设计方案，内容包含可视化模型(三维、二维、2.5D均可）、可调变量的输入输出界面、动态状态曲线演示等。软件分为五大类：电路设计及仿真的软件如CAD、Eplan、CADe_simu；PLC编程软件如西门子博途；电磁仿真软件如HFSS、MaxWell、SolidWorks、CST；建模控制软件如MATLAB；以及其他半实物仿真平台。

03案例浅谈

研究背景及意义：光伏能源作为一种绿色可再生资源，其替代传统化石能源的潜力正不断被开发。但光伏发电自身受影响因素较多，直接并入电网会对电网产生冲击，影响电网的频率以及电压稳定，进而造成巨大损失。

从光伏发电系统研究现状、光伏电池数学模型、光伏电池的输出特性研究、最大功率追踪原理、MPPT仿真分析等方面进行了详细介绍。

04案例展望

光储协调并网包括光储系统、储能蓄电池建模、储能DC/DC变换器控制、储能系统整体仿真、光储联合系统、并网逆变器控制策略等创新扩展步骤。

哈尔滨工程大学唐滨教授“中国自主工业软件创新与发展”

“中国自主工业软件创新与发展”—从题目看偏向于工业应用，现在除了工业界关注中国自主工业软件问题，教育界特别是学校也已经把工业软件的人才培养提升到一个重要议题，希望大家多关注中国自主工业软件的严峻形势。

工业软件基本概念

指专用于或主要用于工业领域，以提高工业企业研发、制造、管理水平和工业装备性能的软件。

工业软件可分为运营管理、生产控制、研发设计、协同集成和嵌入式工业软件几大类别。其中最关心的卡脖子最严重的是研发设计类工业软件，是基于物理、数学原理等基础学科，与学科和专业关联性强的基础性工业软件，是工业软件的关键核心。

CAE (Computer Aided Engineering）计算机辅助工程，采用模拟仿真数字化手段，提前预知一些产品的力学性能、材料性能、气动性能等，是“工业互联网”、“数字孪生”等新理念的基础，在工业制造业中的作用无可替代。

无处不在的仿真，从高端装备研制，到中小型企业普惠仿真，例如武器装备研发、新能源电磁材料、汽车装备研发、医学生物工程等都可以借助仿真技术进行仿真实验，以缩短进行产品研发的周期。

案例分享：汽车模拟仿真设计验证-CFD计算风阻系数、汽车结构优化和创成式设计、大连理工大学团队设计的2022年冬奥会滑雪头盔等数字化模型设计案例。

中国工业软件发展现状

目前工业软件在垂直行业应用范围覆盖国内90%的行业，但是在这些工业软件当中，我国自产的工业软件份额不足5%，而且这些软件短期内还很难达到工业应用的程度。国家出台了一系列的政策来支持工业软件的发展，特别是近两年也得到了工业界和金融界的高度重视和青睐。

自主工业软件开源解决方案

研发设计类工业软件开发难度大、周期长、涉及学科多，目前普遍存在团队协同困难、缺少复合人才、运营体系不健全等问题。促进和加快国产自主工业软件 （研发设计类） 开发，需要从三个方面入手：工业软件研发标准体系建设，工业软件产品化的平台开发，工业软件商品化的生态构建。

基于开源驱动自主工业软件创新发展

倡议以开源的形势，低成本聚集资源共享、多要素协同创新、开放创新的商业模式，要充分认识开源思想，合理利用开源成果，站在人类共同智慧的基础上，各自发展具有创新性、独特性的科学工程成果。

从项目来源、项目开发、人才及技术储备、增强竞争力等方面介绍CAE开源解决方案：为何选择开源工业软件路径、开发研发平台及服务体系、平台研发新引擎、CAE研发开源社区构成、FastCAE。平台、产品开源授权模式、典型应用等内容。

希望通过本次沙龙的分享，倡导更多的同仁来关注和参与中国自主工业软件的创新发展，共建中国自主工业软件研发的创新生态！

沙龙最后，主持人马楠同学再次感谢为我们带来分享的四位专家以及前来参加本次沙龙活动的各位专家和老师们。