| 单词 | 仿真 |
| 释义 | 【仿真】 拼译：simulation 仿真技术是以控制论、相似原理和计算技术为基础，以计算机和专用物理设备为工具，利用系统模型对实际或设想系统进行试验研究的一门综合技术。自20世纪50年代以来，在应用需求的推动下，它与系统工程技术、自动控制技术、电子技术、人工智能技术等互为影响，得到很大发展。由于计算机仿真技术具经济、安全、可重复、可控制、不受气候环境限制、可变时间比例尺、便于改变系统模型实验条件等优点，因此，在军事与非军事部门的工程与非工程领域内，它已成为分析设计、运行、评价系统(尤其是复杂系统)及训练系统操作、运行、维护人员的重要工具。 仿真技术可以有多种分类方法。按模型的类型，可分为连续系统仿真、离散(事件)系统仿真、连续／离散(事件)混合系统仿真及定性描述系统仿真等。按模型的实现方式和手段，可分为数学仿真、物理仿真和半物理仿真。数学仿真是运用数学模型在计算机上进行的仿真，包括在模拟机、模数混合机和数字机上仿真。物理仿真是用实体模型(物理效应模型)或系统实际设备(实物)所进行的仿真半物理仿真是指模型的一部分是数学模型，另一部分是实体模型或实物所进行的仿真。仿真模型中包含实物的叫做半实物仿真，包含人员在内的叫做人在回路中的仿真。仿真技术的研究范围主要有以下5个领域：(1)仿真系统总体技术；(2)仿真理论、方法与建模验模技术；(3)仿真计算机、算法及软件；(4)专用仿真设备及仿真器；(5)仿真试验与结果分析技术。仿真计算机 使用系统模型对系统进行研究，是人类研究自然界最古老的科学和工程方法之一。它的历史可以追溯到2000年前人类在建筑、造船等行业中对系统比例模型的应用，自20世纪40年代末期电子计算机问世以来，利用计算机研究模型的方法(计算机仿真)应运而生。计算机仿真发展的第一个浪潮出现在50年代。当时，模拟计算机仿真技术成为计算机仿真的主流，建立在反馈运算放大器基础上的模拟计算机风行一时。60～70年代，空间技术的发展促进了模拟计算机与数字计算机的结合。60年代末，第1台混合仿真机问世，由此开始了混合计算机仿真的黄金时代，并在60年代末和70年代初期形成了第2个浪潮。混合仿真技术的发展促进了模／数、数／模转换，数字式设置系数，混合操作界面、混合仿真算法及混合操作软件的发展。70年代末，美国ADI公司开始相继推出专为大型连续系统非实时／实时仿真的高性能的异构型外围处理系统SYSTEM10、SYSTEM10PLUS、SYSTEM100，从而使全数字仿真机逐渐成为计算机仿真的主要工具，形成了至今还在飞速发展的仿真计算机的3次浪潮。目前仿真计算机已具有很宽的频谱和型谱，包括：巨型机，小巨型机，全数字专用仿真机，数字／模拟混合仿真机，外围数组阵列机，仿真工作站，微机加各种扩展板，以及正在不断发展的各种并行处理机，分布式计算环境，和神经网络计算机等等。中国自80年代初期开始进行全数字实时专用仿真计算机的研究。1985年，国防科技大学宣布研制成功全数字并行仿真计算机YHF-Ⅰ，在功能上达到STSTEM－10的水平，某些指标有所突破。1993年6月国防科大宣布研制成功浮点同步异构型专用仿真机YHF－Ⅱ型，它与SYSTEM100的性能相当。西工大已研制出峰值速度40MIPS的同构外围并行仿真机的样机。北京数据处理技术研究所与北京计算机应用与仿真技术研究所联合研制成功了异步同构型仿真用小巨型机。仿真软件和算法 仿真软件的发展大致经历了5个阶段：(1)通用计算机语言编程，如用FORTRAN，PASCAL，以及目前的Ada，C，C++等。(2)初级仿真语言如：MIDAS，CSSL，GPSS等。(3)高级仿真语言。如1970～1980年国外推出的连续系统仿真语言CSSLⅣ，DAREP，ACSL；离散事件系统仿真语言，SIMCRIP，SLAM，SIMAN等。北京计算机应用和仿真技术研究所研制成功的ICSL和IHSL、IEAS等使中国的仿真软件研制达到国际80年代中后期水平。(4)一体化建模仿真环境。如美国Pritsker公司1984年推出的TESS，近年来国内清华大学研制的IPSOS，北京计算机应用和仿真技术研究所研制的EIMSS，和它们联合研制的IMSS等。(5)智能并发仿真环境。利用专家的知识以及推理过程对建模，仿真实验，数据的分析处理等仿真的各个阶段提供智能化，一体化并发工作的支持软件环境。另外，对仿真中各种算法的研究也是仿真软件研究中的重要方面，如对各种连续系统仿真的算法，包括刚性问题的算法、间断问题的算法、实时算法、并行算法、对各种采样系统的算法、以及离散事件系统中的排队算法、调度算法、结果处理的各种统计分析算法等等。专用仿真设备和仿真器 国外各种专用仿真设备的研制已达到很高水平，美国可生产有光、声、电等多种武器系统目标和背景特性的仿真器和适合于各种不同尺寸、不同动态特性和精度要求的高性能运动仿真器。此外，国外已出现许多从事仿真技术研究、仿真系统研制及仿真技术应用的专业单位，其中，具有代表性的有：美国的波音公司、马丁公司、洛克威尔公司、空军研究发展中心，英国的英国宇航公司，法国的汤姆逊公司，德国的MBB公司等。国内也进行了专用仿真设备的自行设计与制造，如三轴飞行转台、六自由度动态仿真器，多种目标仿真器，有些产品已达到或接近国外同类产品的性能指标。近几年来，仿真技术及其应用在中国得到了飞速的发展。1988年11月国家科委批准成立中国系统仿真学会。在全国各地各部门陆续建成了一批仿真试验室或仿真中心。其中规模最大的是1992年底通过国家鉴定的北京仿真中心。许多单位还研制了一批应用于各个领域的仿真器，提高了军民多种领域的人员训练水平。其中比较有代表性的项目包括：北京航空航天大学等单位研制的“歼六”、“运七”飞行训练仿真器，清华大学研制的20万kW电站仿真器，北京化工学院研制的通用型石化培训仿真器，上海铁道学院和西南交通大学研制的机车驾驶训练仿真器，第二炮兵工程学院研制的大型地－地导弹发射训练仿真器，等等。建模、验模技术 仿真模型的建立和正确性检验是能否成功完成仿真试验的关键。建模包括：(1)建立系统的数学或逻辑模型，即将被研究的实际系统或设想的系统的抽象成由数学公式，表格数据或逻辑操作表达式的形式。(2)建立系统的仿真模型，即将系统的数学式逻辑模型转换成可在计算机或其它相关的仿真设备上运行的形式。模型的正确性检验是指证明验证的建立的数字及仿真模型与原系统相吻合；建模、验模主要的研究工作包括建模验模理论的研究、对实际系统的研究、实验数据的获取和处理、各种模型辨识技术及软件等等。仿真的应用正在从传统的武器系统设计、航空航天领域、控制系统设计，向核能、电力、石化、农业、作战仿真、交通管理、医学、生物、经济等国民经济的工程与非工程各个领域扩展。目前较热门的应用领域包括：军事领域，制造系统，农业部门。以及各种训练仿真器，如电力，化工，运输工具等等。仿真技术发展的新动向包括：(1)分布式仿真。研究在分布式计算机环境中进行仿真实验的问题，主要课题有两类：仿真模型和实验的并行化和分配；有效的分布仿真环境的建立。(2)面向对象的建模／仿真。主要的研究问题包括：面向对象的建模技术在各个领域中的应用；完善面向对象建模／仿真环境。(3)并发仿真工程环境。实现仿真过程的各阶段并发、交叉、迭代进行的组织管理技术和软硬件环境。(4)智能仿真。包括建立各种专家系统辅助用户进行建模、仿真、结果分析及智能系统的仿真等。(5)嵌入式仿真。将仿真工具和技术嵌入某系统中，参与实时调度、监控、辅助决策，使仿真技术不仅做为系统的设计工具，也对系统的运行提供支持。(6)各种实用的仿真训练器和专用仿真系统的开发、研制。(7)灵境技术与多媒体技术在仿真中的应用。所谓灵境技术(Virtual-reality)是以微电子光学、新材料、微传感器、人体工程技术为基础，通过特殊的装置，使人能感觉到一个虚拟的真实环境，以提高仿真的效果。【参考文献】：1 李伯虎．中国计算机报，1991，33：32 李伯虎，王正中．计算机世界月刊，1992，9：4～63 王正中，李伯虎．系统仿真学报，1990，3：7～14(北京计算机应用和仿真技术研究所李伯虎研究员、王锦高级工程师撰) |
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