現(xiàn)代仿真技術(shù)的發(fā)展

1、現(xiàn)代仿真技術(shù)的新發(fā)展現(xiàn)代仿真技術(shù)的新發(fā)展摘自：計(jì)算機(jī)世界仿真技術(shù)是以相似原理、系統(tǒng)技術(shù)、信息技術(shù)以及仿真應(yīng)用領(lǐng)域的有關(guān)專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、與應(yīng)用有關(guān)的物理效應(yīng)設(shè)備及仿真器為工具，利用模型對(duì)系統(tǒng)（已有的或設(shè)想的）進(jìn)行研究的一門多學(xué)科的綜合性的技術(shù)。仿真本質(zhì)上是一種知識(shí)處理的過(guò)程，典型的系統(tǒng)仿真過(guò)程包括系統(tǒng)模型建立、仿真模型建立、仿真程序設(shè)計(jì)、仿真試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析處理等，它涉及多學(xué)科多領(lǐng)域的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的高速發(fā)展以及

2、軍用和民用領(lǐng)域?qū)Ψ抡婕夹g(shù)的迫切需求，仿真技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展。仿真技術(shù)是模型（物理的、數(shù)學(xué)的或非數(shù)學(xué)的）的建立、驗(yàn)證和試驗(yàn)運(yùn)行技術(shù)。現(xiàn)代仿真技術(shù)的特點(diǎn)可歸納為以下幾點(diǎn)：(1)仿真技術(shù)是一門通用的支撐性技術(shù)。在決策者們面對(duì)一些重大的、棘手的問(wèn)題時(shí)，能以其他方法無(wú)法替代的特殊功能，為其提供關(guān)鍵性的見(jiàn)解和創(chuàng)新的觀點(diǎn)。(2)仿真技術(shù)學(xué)科的發(fā)展具有相對(duì)的獨(dú)立性，同時(shí)又與光、機(jī)、電、聲，特別是信息等眾多專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展互為促進(jìn)。因此，仿真技術(shù)具

3、有學(xué)科面廣、綜合性強(qiáng)、應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?、無(wú)破壞性、可多次重復(fù)、安全、經(jīng)濟(jì)、可控、不受氣候條件和場(chǎng)地空間的限制等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，這是其他技術(shù)無(wú)法比擬的。(3)仿真技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用緊密相關(guān)。應(yīng)用需求是推動(dòng)仿真技術(shù)發(fā)展的原動(dòng)力，仿真技術(shù)應(yīng)用效益不但與其技術(shù)水平的高低有關(guān)，還與應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展密切相關(guān)。大量實(shí)例表明，仿真技術(shù)的有效應(yīng)用必須依托于先進(jìn)的仿真系統(tǒng)，只有服務(wù)于應(yīng)用的仿真系統(tǒng)向前發(fā)展了，才能帶動(dòng)仿真技術(shù)的發(fā)展。因此，必須處理好應(yīng)用需求牽引、系統(tǒng)帶技術(shù)

4、、技術(shù)促系統(tǒng)、系統(tǒng)服務(wù)于應(yīng)用的辯證關(guān)系。(4)仿真技術(shù)應(yīng)用正向“全系統(tǒng)”、“系統(tǒng)全生命周期”、“系統(tǒng)全方位管理”發(fā)展。這些都基于仿真技術(shù)的發(fā)展。仿真技術(shù)可以有多種分類方法。按模型的類型，可分為連續(xù)系統(tǒng)仿真、離散系統(tǒng)仿真、連續(xù)離散（事件）混合系統(tǒng)仿真和定性系統(tǒng)仿真；按仿真的實(shí)現(xiàn)方法和手段，可分為物理仿真、計(jì)算機(jī)仿真、硬件在回路中的仿真（半實(shí)物仿真）和人在回路中的仿真；根據(jù)人和設(shè)備的真實(shí)程度，可分為實(shí)況仿真、虛擬仿真和構(gòu)造仿真?，F(xiàn)代仿真技術(shù)

5、1建模與仿真方法學(xué)模型的建立是要確定模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，一般有三種途徑：(1)對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性清楚的系統(tǒng)，利用已知的一些基本定律，經(jīng)過(guò)分析和演繹推導(dǎo)出系統(tǒng)模型；(2)對(duì)那些內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性不清楚的系統(tǒng)，可假設(shè)模型并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證和修正建立模型，也可以用辨識(shí)的方法建立模型；(3)對(duì)于內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性有部分了解，但又不甚了解的，則采用以上兩種方法相結(jié)合的方式。隨著仿真應(yīng)用范圍的不斷拓寬，近年來(lái)，系統(tǒng)建模理論與方法的研究范圍逐漸從定量系統(tǒng)向定性系統(tǒng)拓

6、寬，其中典型的定性系統(tǒng)建模方法有Kuiper法以及各類基于模糊理論的方法等。此外，在離散事件系統(tǒng)及各類并發(fā)分布系統(tǒng)的建模方法中，Petri網(wǎng)及Bond圖方法及其應(yīng)用也有較快的發(fā)展。從建模的方法學(xué)來(lái)看，除了典型的機(jī)理建模及系統(tǒng)辨識(shí)方法外，近年來(lái)正積極發(fā)展模糊優(yōu)化法、人工智能輔助建模方法學(xué)及混合模式（multiparadig進(jìn)一步的研究包括分布式虛擬環(huán)境、虛擬環(huán)境建模、分布式可交互環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)、虛擬環(huán)境顯示、虛擬測(cè)試、分布式多維人機(jī)交互及標(biāo)準(zhǔn)

7、化等。6分布仿真技術(shù)分布仿真技術(shù)作為仿真技術(shù)的最新發(fā)展成果，它在高層體系結(jié)構(gòu)(HLA)上，建立了在一個(gè)廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)分布在不同地域上的各種仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互操作和重用的框架及規(guī)范。分布仿真技術(shù)經(jīng)歷了SIM、DIS2.X和ALSP各個(gè)階段后，最近又提出了高層體系結(jié)構(gòu)（highlevelarchitecture，HLA）。HLA的基本思想就是使用面向?qū)ο蟮姆椒ǎO(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)不同層次和粒度的對(duì)象模型，來(lái)獲得仿真部件和仿真系統(tǒng)高層次上的互

8、操作性與可重用性。進(jìn)一步的研究包括仿真部件和仿真系統(tǒng)高層次上的互操作性與可重用性、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和體系結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范及協(xié)議、虛擬環(huán)境、支撐平臺(tái)與工具、人的行為描述、實(shí)時(shí)決策與演練管理、仿真管理、安全管理、網(wǎng)絡(luò)管理。7基于仿真的采辦基于仿真的采辦（simulationbasedacquisition，SBA）是將建模與仿真技術(shù)應(yīng)用于系統(tǒng)采辦全過(guò)程的一項(xiàng)創(chuàng)新性建議。它能使武器系統(tǒng)的研制縮短周期、節(jié)省經(jīng)費(fèi)、提高質(zhì)量。美國(guó)武器采辦管理的全過(guò)程分

9、為需求分析、概念設(shè)計(jì)、項(xiàng)目定義與風(fēng)險(xiǎn)分析、工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、裝備與運(yùn)行保障、銷毀等階段。SBA系指應(yīng)用于采辦各部門、各個(gè)采辦項(xiàng)目及項(xiàng)目各階段的人員、仿真工具和技術(shù)的集成。SBA將建模與仿真作為一種資源，用于更有效的管理采辦過(guò)程。SBA的體系結(jié)構(gòu)可以從三個(gè)層次來(lái)分析，它們依次是運(yùn)行體系結(jié)構(gòu)（operationalarchitecture）、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（systemarchitecture）和技術(shù)體系結(jié)構(gòu)（technicalarchit

10、ecture）。運(yùn)行體系結(jié)構(gòu)描述有關(guān)采辦的組織結(jié)構(gòu)、相關(guān)活動(dòng)、職能部門、過(guò)程、信息源等；系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)描述支持運(yùn)行體系結(jié)構(gòu)的各種軟、硬件，如平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫(kù)、接口和網(wǎng)絡(luò)等；技術(shù)體系結(jié)構(gòu)包括運(yùn)行體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)中必須遵循的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)則和約定。實(shí)現(xiàn)SBA的重要途徑是建立協(xié)同環(huán)境（collabativeenvironment），協(xié)同環(huán)境包括完成某一特定領(lǐng)域的任務(wù)而組成的專業(yè)人員以及為他們協(xié)同工作提供的可重用和可操作的模型、工具、數(shù)據(jù)庫(kù)等資源

11、，通過(guò)協(xié)同環(huán)境可以實(shí)現(xiàn)資源共享，減少重復(fù)投資。進(jìn)一步的研究包括體系結(jié)構(gòu)、協(xié)同環(huán)境、建模仿真、采辦過(guò)程及組織等。應(yīng)用及發(fā)展仿真技術(shù)的發(fā)展來(lái)自于軍用仿真的推動(dòng)，但它不僅用于軍事領(lǐng)域，在許多非軍事領(lǐng)域也到了廣泛的應(yīng)用。例如：在軍事領(lǐng)域中的訓(xùn)練仿真、武器型號(hào)采辦全過(guò)程和作戰(zhàn)仿真；商業(yè)領(lǐng)域中的商業(yè)活動(dòng)預(yù)測(cè)、決策、規(guī)劃、評(píng)估，游戲；工業(yè)領(lǐng)域中的工業(yè)系統(tǒng)規(guī)劃、研制、評(píng)估及模擬訓(xùn)練；農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)規(guī)劃、研制、評(píng)估，災(zāi)情預(yù)報(bào)、分析系統(tǒng)，環(huán)境保護(hù)；在

12、交通領(lǐng)域，駕駛模擬訓(xùn)練和交通管理中的應(yīng)用；醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的臨床診斷及醫(yī)用圖像識(shí)別，等等。不難預(yù)見(jiàn)，仿真技術(shù)將在軍用和民用、工程和非工程、生物和非生物、微觀和宏觀、思維和實(shí)踐、主觀和客觀、個(gè)體和群體、系統(tǒng)和環(huán)境等領(lǐng)域繼續(xù)獲得廣泛及深入的應(yīng)用。自20世紀(jì)50年代以來(lái)，我國(guó)政府和許多企業(yè)都非常注重仿真技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，建模與仿真技術(shù)在許多領(lǐng)域的系統(tǒng)規(guī)劃、分析、設(shè)計(jì)、實(shí)施、維護(hù)、管理、人員訓(xùn)練等方面發(fā)揮了重要的作用，主要成就有以下幾個(gè)方面：建模與仿