认识世界的第三种方法精
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——它以“发展高科技、实现产业化”为宗旨，在国家科委(科技 部)直接领导和各有关部门的大力支持下，经过近10000名专家、 技术人员和管理人员不懈的努力，立足国情，创新发展，从早期 的以信息集成为特征的“计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System）开始，发展到以信息集成 和企业优化为特征的现代集成制造系统（Contemporary Integrated Manufacturing System），走出了一条具有中国特 色的CIMS之路，取得重大进展，并在国际上取得了一席之地。 其中,“现代”的含义是计算机化、信息化、智能化。“集成” 包括信息集成、过程集成及企业间集成等三个阶段的集成优化、 企业活动中三要素及三流的集成优化、CIMS 有关技术的集成优 化及各类人员的集成优化等。此处的“制造”是“广义制造”的 概念,它包括了企业产品全生命周期中各类活动的集合。
仿真的分类
模拟仿真 数字仿真 按计算机类型分类 混合仿真 全数字仿真 分布式仿真
仿真的分类
实时仿真
根据仿真时钟和实际时钟
的比例关系分类
亚实时仿真(或离线仿真)
超实时仿真
仿真的分类
按照应用领域分类
连续系统的仿真（如国防、化工、冶金、造纸等） 离散系统的仿真（如制造业等） 复杂系统的仿真（如社会、经济、环境、网络等） 生命系统的仿真（仿生学等） 数字娱乐与虚拟现实 人机交互 其他
1966年，雷诺（T.H. Naylor）给出“仿真”的定义 ——仿真从应用到理论的成熟
仿真技术的发展历程
20世纪70年代，软件技术的发展为数字仿真技术的广泛应用奠定 基础 ——以FORTRAN为代表的高级语言与多种专用仿真语言（如 MIMIC、DSL/90、CSSL、CSMP等）的诞生
1978年，美国推出AD10数字/模拟混合计算机 ——仿真技术深入应用于军事、武器装备等领域
到现在为止，我国的仿真技术与世界同步，与时俱进 ——经过20多年的发展，目前我国的仿真技术从理论到实际应用 都已达到与世界同步的水平，广泛应用于教育科研、生产制造、 民用娱乐、军事装备以及企业经济管理等许多领域，仿真技术已 成为不可或缺的重要工具
关于863/CIMS主题计划
1986年提出了863/CIMS主题计划
仿真技术的发展历程
1773年，法国自然学家G.L.L.Buffon（蒲丰）的估计圆周率π“投 针实验”（蒙特卡罗法） ——最早的仿真实验方法
1946年2月15日，世界上第一台通用电子数字计算机“埃尼阿克” （ENIAC）宣告研制成功 ——计算机仿真成为可能，现代仿真技术时代的开端
1955年，模拟计算机仿真快速发展 ——汇编语言阶段，程序编制的困难限制了数字仿真技术的发展
系统 仿真建模
仿真实验 计算机
仿真遵循的基本原则——相似原理
几何相似
相似方式
环境相似 性能相似（ 数学相似）
其它， 比如思维相似， 生理相似等等
几何相似
A
ac
B
C
b
A’
a’
c’
B’
C’
b’
几何相似条件：
a=' b=' c' abc
舰船模型在水槽中的运动阻力实验
NF-3全机低速风洞
环境相似——虚拟现实（VR）的基本要素
而21项国防关键技术中位列第6项
仿真技术在中国的发展
20世纪70年代，引进、跟踪和发展仿真技术
1986年提出了863/CIMS主题计划
1993年，中国“银河仿真II型机”研究成功 ——达到国际先进水平
1999年，“银河高性能分布计算机”在长沙诞生 ——标志着我国的仿真技术已达到国际领先水平
认识世界的第三种方法 —仿真（Simulation）
主要内容
认识世界的方法 仿真的概念 仿真的分类 仿真的应用 仿真技术的发展与展望
主要内容
认识世界的方法 仿真的概念 仿真的分类 仿真的应用 仿真技术的发展与展望
认识世界的传统方法
认识世界的传统方法有两种： 理论研究、实验研究
仿真是信息时代认识世界的第三种方法
仿真结果须依靠实验研究来检验，但它具 有自身的特性，核心就是计算机的建模、 运行和分析。
中介的区别反映了不同时代认识活动的方 式不同。
仿真可处理理论与实验不能解决或难以解 决的问题, 如对现有的复杂巨系统、尚未 存在的复杂系统、危险性大或代价高昂系 统等进行的探索。
虚拟城市 虚拟房地产及户型
仿真的应用——三峡建坝仿真
定向爆破仿真 淤积仿真
水坠筑坝仿真 三峡大坝全景图
仿真的应用——战场对抗
战场对抗
仿真的应用——核武器试验仿真
1964年10月16日，中 国第一颗原子弹爆炸 成功
1967年6月17日，中 国在西部某地上空爆 炸成功一颗氢弹
仿真的应用——变电站操作培训仿真
虚拟现实（Vertual Reality）
性能相似（数学相似）
其它
思维相似
逻辑思维相似 形象思维相似
生理相似（尚不完善，发展中…）
主要内容
认识世界的方法 仿真的概念 仿真的分类 仿真的应用 仿真技术的发展与展望
仿真的分类
物理仿真 按模型分类
数学仿真
实物仿真 半实物仿真 实时仿真 在线仿真 数字仿真 模拟仿真 非实时仿真 离线仿真
仿真技术的发展趋势
虚拟现实技术 离散事件系统的深入研究和应用
——随着管理科学、柔性制造和计算机集成制 造系统的不断发展，离散事件系统仿真问题的 重要性凸现。 应用于大系统和复杂问题 ——随着仿真技术的发展，将会促使诸如宇宙 的起源、社会的发展、未来的战争以及新材料 的开发等科学难题的研究得以有效开展。
虚拟现实 技术的特 征
Immersion 沉浸
3I
Interaction
Imagination
交互
构思
伯第亚（G.Burdea）的虚拟现实技术三角形
虚拟现实系统
桌面式立体 显示系统
立体头盔
数据手套
触觉人 机交互 装置
虚拟现实案例
实验室路线虚拟（视频）
虚拟驾驶模拟系统（视频）
主要内容
认识世界的方法 仿真的概念 仿真的分类 仿真的应用 仿真技术的发展与展望
仿真技术的优点
经济 ——如空间飞行器的一次飞行试验
安全 ——如载人飞行器、核电装置中的应用
快捷 ——如系统分析与设计、产品的前期开发和 新理论的检验等
仿真技术的发展趋势
全数字仿真系统 ——基于多CPU并行处理技术，增强仿真系 统的实时性
应用网络技术 ——发展分布式数字仿真系统
仿真软件的智能化 ——各种专家系统与智能化技术应用于仿真软 件的开发，使人机界面、结果输出、综合评判 等方面达到更高境界
共同点 ： 它们的研究对象都是客观世
界。
认识世界的传统方法
不同点： 所采用的中介不同 。 理论研究 以人脑抽象推理为中介 实验研究 以可控条件下实验或实 际对象为中介
仿真是信息时代认识世界的第三种方法
仿真的研究对象： 客观世界
主要中介 计算机硬件、系统软件、 仿真设备等
成果形式 信息的仿真结果
现代建模与仿真技术发展中的几个焦点
网络化建模仿真技术 综合自然环境的建模与仿真技术 智能系统建模及智能仿真系统 复杂系统/开放复杂巨系统的建模/仿真技术 虚拟样机工程技术 高性能计算机 基于普适计算技术的普适仿真技术
变电站集中监控(SCADA)仿真培训系统
仿真的应用——SARS流行仿真
SARS病毒
中国内地SARS传 播过程示意图
仿真的应用——恐怖袭击仿真
美国普渡大学（Purdue University）研究员利用电脑来 模拟911事件中，世贸中心北塔受攻击的情況
仿真的应用——可视化仿真（虚拟制造）
虚拟现实（VR，Virtual Reality）
仿真的分类
按照方法论分类
定性仿真与定量仿真 模拟仿真或实物仿真、数字仿真、模拟数 字混合仿真或半实物仿真 人（机器）在回路仿真
其他
仿真的分类
按照功能分类
建模方法 模型结构 模型驱动机制 模型的互操作 验模方法 模型重用 模型的聚合与分解 模型分析 仿真的可视化 其他
仿真的分类
构造仿真系统
在军事应用领域中 仿真系统的分类
1983年，美国国防高级研究计划局（DARPA）与陆军共同制定 了仿真组网（SIMNET）计划
1984年，William Gibon提出“虚拟现实”的概念 1985年，美国推出性能更强的AD100数字/模拟混合计算机
——可用于洲际导弹/多目标飞行器的实时仿真 1992年，美国政府提出22项国家关键技术，仿真技术位列第16项，
主要内容
认识世界的方法 仿真的概念 仿真的分类 仿真的应用 仿真技术的发展与展望
仿真的概念
定义 （Orën于1984年提出）
仿真是一种基于模型的活动 ，就是 采用建立数学模型和物理模型（物理 效应设备）的方法对客观事物进行抽 象、映射、描述和复现。
计算机仿真三要素及三个基本活动
系统建模 模型
虚拟仿真系统 实况仿真系统
百度文库
智能仿真系统
主要内容
认识世界的方法 仿真的概念 仿真的分类 仿真的应用 仿真技术的发展与展望
仿真的应用——数字仿真
仿真模型的建立、程序 的编制——数字仿真的 重要工作
数字仿真软件
实时仿真（图示也是半实物仿真）
仿真结果（图，表，动画等）
仿真的应用——建筑设计仿真
仿真的分类
模拟仿真 数字仿真 按计算机类型分类 混合仿真 全数字仿真 分布式仿真
仿真的分类
实时仿真
根据仿真时钟和实际时钟
的比例关系分类
亚实时仿真(或离线仿真)
超实时仿真
仿真的分类
按照应用领域分类
连续系统的仿真（如国防、化工、冶金、造纸等） 离散系统的仿真（如制造业等） 复杂系统的仿真（如社会、经济、环境、网络等） 生命系统的仿真（仿生学等） 数字娱乐与虚拟现实 人机交互 其他
1966年，雷诺（T.H. Naylor）给出“仿真”的定义 ——仿真从应用到理论的成熟
仿真技术的发展历程
20世纪70年代，软件技术的发展为数字仿真技术的广泛应用奠定 基础 ——以FORTRAN为代表的高级语言与多种专用仿真语言（如 MIMIC、DSL/90、CSSL、CSMP等）的诞生
1978年，美国推出AD10数字/模拟混合计算机 ——仿真技术深入应用于军事、武器装备等领域
到现在为止，我国的仿真技术与世界同步，与时俱进 ——经过20多年的发展，目前我国的仿真技术从理论到实际应用 都已达到与世界同步的水平，广泛应用于教育科研、生产制造、 民用娱乐、军事装备以及企业经济管理等许多领域，仿真技术已 成为不可或缺的重要工具
关于863/CIMS主题计划
1986年提出了863/CIMS主题计划
仿真技术的发展历程
1773年，法国自然学家G.L.L.Buffon（蒲丰）的估计圆周率π“投 针实验”（蒙特卡罗法） ——最早的仿真实验方法
1946年2月15日，世界上第一台通用电子数字计算机“埃尼阿克” （ENIAC）宣告研制成功 ——计算机仿真成为可能，现代仿真技术时代的开端
1955年，模拟计算机仿真快速发展 ——汇编语言阶段，程序编制的困难限制了数字仿真技术的发展
系统 仿真建模
仿真实验 计算机
仿真遵循的基本原则——相似原理
几何相似
相似方式
环境相似 性能相似（ 数学相似）
其它， 比如思维相似， 生理相似等等
几何相似
A
ac
B
C
b
A’
a’
c’
B’
C’
b’
几何相似条件：
a=' b=' c' abc
舰船模型在水槽中的运动阻力实验
NF-3全机低速风洞
环境相似——虚拟现实（VR）的基本要素
而21项国防关键技术中位列第6项
仿真技术在中国的发展
20世纪70年代，引进、跟踪和发展仿真技术
1986年提出了863/CIMS主题计划
1993年，中国“银河仿真II型机”研究成功 ——达到国际先进水平
1999年，“银河高性能分布计算机”在长沙诞生 ——标志着我国的仿真技术已达到国际领先水平
认识世界的第三种方法 —仿真（Simulation）
主要内容
认识世界的方法 仿真的概念 仿真的分类 仿真的应用 仿真技术的发展与展望
主要内容
认识世界的方法 仿真的概念 仿真的分类 仿真的应用 仿真技术的发展与展望
认识世界的传统方法
认识世界的传统方法有两种： 理论研究、实验研究
仿真是信息时代认识世界的第三种方法
仿真结果须依靠实验研究来检验，但它具 有自身的特性，核心就是计算机的建模、 运行和分析。
中介的区别反映了不同时代认识活动的方 式不同。
仿真可处理理论与实验不能解决或难以解 决的问题, 如对现有的复杂巨系统、尚未 存在的复杂系统、危险性大或代价高昂系 统等进行的探索。
虚拟城市 虚拟房地产及户型
仿真的应用——三峡建坝仿真
定向爆破仿真 淤积仿真
水坠筑坝仿真 三峡大坝全景图
仿真的应用——战场对抗
战场对抗
仿真的应用——核武器试验仿真
1964年10月16日，中 国第一颗原子弹爆炸 成功
1967年6月17日，中 国在西部某地上空爆 炸成功一颗氢弹
仿真的应用——变电站操作培训仿真
虚拟现实（Vertual Reality）
性能相似（数学相似）
其它
思维相似
逻辑思维相似 形象思维相似
生理相似（尚不完善，发展中…）
主要内容
认识世界的方法 仿真的概念 仿真的分类 仿真的应用 仿真技术的发展与展望
仿真的分类
物理仿真 按模型分类
数学仿真
实物仿真 半实物仿真 实时仿真 在线仿真 数字仿真 模拟仿真 非实时仿真 离线仿真
仿真技术的发展趋势
虚拟现实技术 离散事件系统的深入研究和应用
——随着管理科学、柔性制造和计算机集成制 造系统的不断发展，离散事件系统仿真问题的 重要性凸现。 应用于大系统和复杂问题 ——随着仿真技术的发展，将会促使诸如宇宙 的起源、社会的发展、未来的战争以及新材料 的开发等科学难题的研究得以有效开展。
虚拟现实 技术的特 征
Immersion 沉浸
3I
Interaction
Imagination
交互
构思
伯第亚（G.Burdea）的虚拟现实技术三角形
虚拟现实系统
桌面式立体 显示系统
立体头盔
数据手套
触觉人 机交互 装置
虚拟现实案例
实验室路线虚拟（视频）
虚拟驾驶模拟系统（视频）
主要内容
认识世界的方法 仿真的概念 仿真的分类 仿真的应用 仿真技术的发展与展望
仿真技术的优点
经济 ——如空间飞行器的一次飞行试验
安全 ——如载人飞行器、核电装置中的应用
快捷 ——如系统分析与设计、产品的前期开发和 新理论的检验等
仿真技术的发展趋势
全数字仿真系统 ——基于多CPU并行处理技术，增强仿真系 统的实时性
应用网络技术 ——发展分布式数字仿真系统
仿真软件的智能化 ——各种专家系统与智能化技术应用于仿真软 件的开发，使人机界面、结果输出、综合评判 等方面达到更高境界
共同点 ： 它们的研究对象都是客观世
界。
认识世界的传统方法
不同点： 所采用的中介不同 。 理论研究 以人脑抽象推理为中介 实验研究 以可控条件下实验或实 际对象为中介
仿真是信息时代认识世界的第三种方法
仿真的研究对象： 客观世界
主要中介 计算机硬件、系统软件、 仿真设备等
成果形式 信息的仿真结果
现代建模与仿真技术发展中的几个焦点
网络化建模仿真技术 综合自然环境的建模与仿真技术 智能系统建模及智能仿真系统 复杂系统/开放复杂巨系统的建模/仿真技术 虚拟样机工程技术 高性能计算机 基于普适计算技术的普适仿真技术
变电站集中监控(SCADA)仿真培训系统
仿真的应用——SARS流行仿真
SARS病毒
中国内地SARS传 播过程示意图
仿真的应用——恐怖袭击仿真
美国普渡大学（Purdue University）研究员利用电脑来 模拟911事件中，世贸中心北塔受攻击的情況
仿真的应用——可视化仿真（虚拟制造）
虚拟现实（VR，Virtual Reality）
仿真的分类
按照方法论分类
定性仿真与定量仿真 模拟仿真或实物仿真、数字仿真、模拟数 字混合仿真或半实物仿真 人（机器）在回路仿真
其他
仿真的分类
按照功能分类
建模方法 模型结构 模型驱动机制 模型的互操作 验模方法 模型重用 模型的聚合与分解 模型分析 仿真的可视化 其他
仿真的分类
构造仿真系统
在军事应用领域中 仿真系统的分类
1983年，美国国防高级研究计划局（DARPA）与陆军共同制定 了仿真组网（SIMNET）计划
1984年，William Gibon提出“虚拟现实”的概念 1985年，美国推出性能更强的AD100数字/模拟混合计算机
——可用于洲际导弹/多目标飞行器的实时仿真 1992年，美国政府提出22项国家关键技术，仿真技术位列第16项，
主要内容
认识世界的方法 仿真的概念 仿真的分类 仿真的应用 仿真技术的发展与展望
仿真的概念
定义 （Orën于1984年提出）
仿真是一种基于模型的活动 ，就是 采用建立数学模型和物理模型（物理 效应设备）的方法对客观事物进行抽 象、映射、描述和复现。
计算机仿真三要素及三个基本活动
系统建模 模型
虚拟仿真系统 实况仿真系统
百度文库
智能仿真系统
主要内容
认识世界的方法 仿真的概念 仿真的分类 仿真的应用 仿真技术的发展与展望
仿真的应用——数字仿真
仿真模型的建立、程序 的编制——数字仿真的 重要工作
数字仿真软件
实时仿真（图示也是半实物仿真）
仿真结果（图，表，动画等）
仿真的应用——建筑设计仿真