分析仪器的计算机仿真

　　1　概　述

　　认识世界是改造世界的前提,而仪器正是认识世界的工具。在信息时代中,分析仪器是源头信息技术,在社会发展过程中发挥着重要的作用。发达国家近年来对分析仪器的发展越来越重视。我国科技部“九五”期间还拨出专款用于启动分析仪器发展计划^[1]。

　　目前,随着现代科技和产业对分析仪器要求的提高,分析仪器事业的发展出现了日新月异的变化,其主要特点如下:(1)分析仪器的制造中大量采用高新技术,使仪器性能得到了很大的提高;(2)分析仪器越来越小型化和操作个人化,使越来越多的人具有了使用专业分析仪器的能力;(3)应用领域不断扩展,主要领域已不再局限于传统的化学、地质、材料等部门,而是开始向医药、生物、环保发展^[2]。

　　然而,分析仪器的应用与发展还存在着不少问题。首先,仪器本身的高科技性和较昂贵的价值,使得希望通过分析仪器从事创新的人的接触仪器的机会少,使得初级使用者对分析仪器的熟练操作的机会少。对学生而言,则普遍存在实习用分析仪器少的矛盾。其次,即使在广大科研单位,受实际条件所限,无法通过进行足够数量的试验来确定分析仪器的最佳操作条件,结果导致仪器分析效率降低。最后,许多单位在采购新方法分析仪器时,因为缺乏对欲购仪器的工作原理、用途、应用范围等方面的了解,导致出现了买非所用、买多用少和重复引进等问题,造成了大量经费的浪费[3]。目前,分析仪器价格昂贵、软硬件要求高、应用人员需要较高专业水平等因素,已经成为广大中小企业从事创新开发的障碍。

　　纵观以上所有问题,仪器昂贵、数量少、缺乏深入了解是一个重要的原因,有必要使广大希望使用分析仪器的人员和潜在使用者无需实际操作即可熟练地掌握操作技能,这就是分析仪器的计算机仿真。所谓分析仪器的计算机仿真,就是通过建立分析仪器的数学模型,利用计算机技术、网络技术、仿真技术和信息技术,在计算机上建立起一套反应特性与真实分析仪器完全相同的虚拟分析系统。分析人员通过操作这台虚拟分析仪器,可以获得与操作真实仪器一样的丰富经验。该仿真系统除了可用于仿真培训,还可以优化操作条件,甚至可以作为虚拟分析仪器用于现场生产装置的在线分析。

　　2　国内外分析仪器计算机仿真的现状

　　计算机仿真技术是伴随着计算机的诞生和以相似理论为基础的模拟技术的应用而出现的,作为一种研究、发展新产品、新技术的科学手段,在航空、造船、兵器、建筑和化工等领域中得到了充分的发展,并取得了巨大的社会经济效益[4]。将计算机仿真技术应用于分析仪器行业,国外已有了较为成熟的仿真软件,而国内尚不多见。即便少数已有的分析仪器计算机仿真系统,也大多专门针对某一类分析仪器,存在着开发周期长、可靠性差、不能资源共享等缺点。