第6章 系统建模与仿真的校核、验证及确认
系统建模与仿真教学全套课件
求解
用传统和现代的数学方法计算求解 模型得出结论，对复杂系统，计算机仿 真是最有力的工具之一。
分析与检验
1、分析模型是否符合要求， 2、检验是否符合客观实际。 往复循环，直至符合要求。
建模的方法
一、建模的方法论 二、常用建模方法
建模的方法论
（一）归纳 （二）演绎 （三）类比 （四）移植
归纳
认识
（1）将目标表述为适合于建模的相应形 式；
（2）拟定模型的规范， （3）模型要素的筛选和确定。 （4）模型关系的确定。找出模型中真正 要做用的关系。将把模型要素与目标联系 成为一个有机的整体，形成模型分析的基 础。
建模
建模的本质是在实际系统与模型之间 建立一种关系 。是将要素原型表示为要素 变量，描述要素间的相互依存和相互依赖 关系，确定约束条件、目标与要素的关系， 部分与部分、部分与整体的关系。
抽象模型(Abstract Model)
是用符号、图表等来描述客观事物所建立的模型。抽 象模型又可分为：
数学模型（Mathematics Model）
用字母、数字、数学符号建立起来的公式、图表、图 像及框图等来描述客观事物的特征及其内在联系的模型。
仿真模型（Simulation Model）
也称模拟模型（Analog Model）——用便于控制的一 组条件代表真实事物的特征，通过模仿性的试验来了解真 实事物的规律。
系统、模型与仿真
一、系统 “按照某些规律结合起来，互相作用、互相 依存的所有实体的集合或总和”。
二、模型 模型是实际系统的抽象模型是实际系统
的抽象 模型可分为两大类： 形象模型 抽象模型
❖形象模型（Iconic Model）
❖ 又称物理模型,是采用一定比例 尺按照真实系统的“样子”制作， 与实物基本相似。
系统建模与仿真PPT课件
内涵分类方法
同构模型 同态模型
形象模型
模拟模型
符号模型
数学模型
System Engineering
➢除此之外，还有不少对系统模型的分类方法。 ➢例如：
➢ (1)按变量性质可将数学模型分为确定性模型与 随机模型；
➢ (2)按变量间的关系可将模型分为线性模型与非 线性模型；
➢ (3)按时间因素可有动态模型与静态模型； ➢ (4)按是否间断可有连续模型与离散模型； ➢ (5)按学科性质，可有运筹学模型、计量经济学
用户订货
生产管理部门
原料 采购部 制造车
门
间
装配车 装运部 成品
间
门
System Engineering
？模型的构建原则
2）考虑信息相关性
例如：在工业管理中，研究工艺流程对生 产的效率的影响时，就不需要考虑工人的 工资。如果将工人工资信息包括在模型中 不会有什么害处，但它会增加模型的复杂 性。
System Engineering
？模型化的地位
它不能代替对客观系统内容的研究，只有在和对 客观系统内容研究相配合时，模型的作用才能充 分发挥。
System Engineering
实际系 统
模型化
模型Biblioteka 比较现实意 义解释
实验、分析 结论
System Engineering
二、模型的分类
1.模型的分类
形式分类方法
物理模型 数学模型 概念模型
第6讲 系统建模与仿真
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System Engineering
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第6章 系统建模与仿真的校核、验证及确认
2019/11/9
Su Chun, Southeast University
7
VV&A的基本概念
② 仿真精度（simulation accuracy） 仿真系统能够达到的静、动态技术指标与规定或期望的静、动
态性能指标之间的误差或允许误差。 影响仿真精度的因素包括硬件、软件环境和人等。
③ 仿真置信度（simulation fidelity）
⑨ 良好计划和记录原则
仿真系统的VV&A必须有计划地实施，有详细的文档记录，为 后续工作和验收提供必要的信息；
良好的计划应选择对提高仿真系统的正确性和仿真结果的可信 度最有贡献的活动，并优化安排其实施过程，以最大限度地发 现问题，提高仿真系统质量。
⑩ 分析性原则
仿真系统VV&A不仅要利用系统测试所获得的数据，还要充分 利用系统分析人员的知识和经验，对有关问题进行细致深人的 分析。
是完全不正确的，而是相对仿真系统的应用目标，判断可接 受的程度。
⑧ 创造性原则
仿真是一门创造性很强的科学技术，对仿真系统的VV&A需 要评估人员具有足够的洞察力和创造力；
VV&A既是一门科学，也是一门艺术。
2019/11/9
Su Chun, Southeast University
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VV&A的一般原则
2019/11/9
Su Chun, Southeast University
2
VV&A的基本概念
校核（verification）、验证（validation）与确认（accreditation） 的字面意义非常接近，但在仿真系统它们的含义有所区别。
校核是用来确定仿真系统是否准确地代表了开发者的概念描 述和设计的过程。
第六章 建模与仿真的校核、验证与确认
第六章建模与仿真的校核、验证与确认由于仿真技术具有的优越性——可操纵性、可重复性、灵活性、安全性、经济性，且又不受环境条件和空域场地的限制，其应用越来越广泛，同时它本身的准确性和置信度也愈来愈引起人们的广泛重视。
建模与仿真的校核、验证与确认（Verification，Validation and Accreditation，VV A）技术正是在这种背景下被提出的。
VV A技术的应用能提高和保证仿真置信度，降低由于仿真系统在实际应用中的模型不准确和仿真置信度水平低所引起的风险。
本章介绍VV A的基本概念和方法以及对仿真结果的统计分析方法。
6.1 VV A技术建模与仿真的正确性和置信度是仿真的生命线，没有一定置信度的仿真和仿真系统，其结果是毫无意义的，甚至可能造成错误的决策。
建模与仿真的校核、验证和确认技术的应用是保证和提高仿真置信度的有效途径。
校核的目的和任务是证实模型从一种形式转换成另一种形式的过程具有足够的精确度；验证是从预期应用的角度来确定模型表达实际系统的准确程度，其目的和任务是根据建模和仿真的目的和目标，考察模型在其作用域内是否准确地代表了实际系统；确认是一项相信并接受某一模型的权威性决定，它表明决策部门已确认该模型适用于某一特定的目的。
国外早在20世纪60年代开始对模型的有效性问题进行研究，并在概念和方法性研究方面取得了许多重要成果。
以美国为例：例如美国国防部成功地对“爱国者”导弹半实物仿真模型进行了确认，还有BGS（Battle Group Simulation）、LDWSS（Laser Designator/Weapon System Simulation）等武器仿真系统都经过了确认和验证；美国宇航局（NASA）对TCV（Terminal Configured Vehicle）仿真系统进行了专门的确认；美国国防部对“星球大战”计划及其后续的“战区导弹防御计划”中的仿真项目都拟订并实施了相应的VV A计划。
建模与仿真的校核、验证与确认
6.2 模型与仿真的校核（verification)
校核的主要内容：
1. 分析在建模和仿真中的各种误差，及其对仿真 结果精确性的影响。
2. 对仿真程序的校核。
6.2.1 系统仿真误差源的校核
系统仿真误差源主要包括： 仿真模型误差 仿真方法及算法误差 仿真硬件误差
仿真模型误差
建立数学模型时产生的误差 从数学模型转换到仿真模型过程中的各种误差 被用于建模的数据的测试及采样误差等
请同学们思考并举例说明以上因素对建模仿真置信度的影响
置信度评估
理论模型有效性 仿真模型、仿真软件的校核与验证 运行有效性 数据有效性 内部安全性验证
6.1.2 VVA 工作模式与过程
图6.1 VVA工作模式示意图
本章内容
6.1 V V A技术概述 6.2 模型与仿真的校核 6.3 模型与仿真的验证 6.4 仿真模型的确认
V V A 技术的应用目的：保证仿真置信度，降低由于 系统模型和仿真的置信度水平低所引起的风险。
学习分析仿真结果置信度的思路。
6.1 V V A 技术
6.1.1 V V A 基本概念
校核： Verification 证实模型从一种形式转换成另一种形式具有足够的精确度； 验证： Validation 从预期应用的角度来确定模型和仿真表达实际系统的准确程度， 根据建模和仿真的目的，考察模型是否准确地描述了实际系统； 确认： Accreditation 相信并接受某模型及其仿真的权威性决定， 表明相关的决策部门 确认该模型及其仿真适用于某一特定目的。
影响建模与仿真置信度的可能因素
建模的原理、方法不正确。 建模过程中忽略了一些因素，而这些忽略在一定程度上具有危险性。 模型初始数据选取的失误：对于某些系统，模型的初始状态对仿真结果 有直接影响，初始数据的微小偏差可能会引起仿真结果大的“扰动”。 模型集合选取或参数选取有误。 在计算机仿真过程中，仿真模型的置信度会受到计算机字长、编码错误 和算法等方面的影响。 其他因素（请查阅相关文献资料）。
数学建模系统仿真—— 模型的校核、验证与认可 PPT——已校正102页文档
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
数学建模系统仿真—— 模型的校核、 验证与认可 PPT——已校正
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
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《生物建模仿真》学习指南
《生物建模仿真》学习指南一、学习目的《生物建模仿真》是生物医学工程本科的专业基础课程，也是现代生物科学、医学、医学等相关专业教育教学的重要内容之一。
建模与仿真是分析、研究和设计各类系统，特别是诸如生命系统这类复杂系统的重要知识结构。
本课程的学习目的：1. 学习系统建模与计算机仿真的基本理论和方法。
2. 通过学习生物建模仿真的典型实例，学习和培养解决生物建模仿真实际问题的创新能力和实践能力。
二、课程理论部分学习指南课程理论学习分两个部分：第一部分包括第1章到第6章，内容是数学模型建模的基本理论和方法，计算机仿真的基本理论和方法，以及建模与仿真的校核、验证和确认（VV A）技术。
第二部分从第7章到第10章，通过学习生物系统建模仿真的4个典型范例，以点带面，培养应用建模仿真的基本理论与方法，解决生物系统实际问题的能力。
以下是理论课每个知识结构的主要内容、知识点、重点难点和学习质量的自我监测指标。
第1章生物建模仿真概论1. 学习目的了解建模仿真基本概念及生物建模仿真的研究与应用进展动态。
2. 学习内容(1)系统模型的定义、分类。
(2)系统仿真的基本概念、基本步骤、分类和计算机仿真。
(3)生物建模与仿真的研究与应用进展动态。
3. 知识点系统模型，计算机仿真4. 重点与难点系统建模的基本原理：模型与系统的相似性，根据建模要求定义相似性。
第2章系统的数学模型和建模方法2.1 数学模型的分类1. 学习目的学习数学模型的状态集合分类和时间集合分类。
2. 学习内容(1)数学模型的状态集合分类和时间集合分类。
(2)连续状态模型：连续时间模型，离散时间模型。
3. 知识点连续状态模型与离散事件模型，连续时间与离散时间模型4. 重点与难点连续状态模型中的连续时间模型，及其对应的时间离散计算机仿真模型。
5. 学习质量的自我监测标准：本章节自测与评估。
2.2 连续状态系统模型1. 学习目的学习连续状态系统中连续时间数学模型基本概念及其4类模型的数学表达式，了解对应的离散时间模型基本概念。
【系统】生产系统建模与仿真
【关键字】系统《建模与仿真》课程教学大纲(Modeling and Simulation)课程编码：学分：2.5总学时：40适用专业：工业工程先修课程：生产计划与控制、工程统计学、工程数学、运筹学、计算机编程技术一、课程的性质、目的和任务《建模与仿真》是面向工程实际的应用型课程，是工业工程系的主导课程之一。
学生通过本课程的学习能够初步运用仿真技术来发现生产系统中的关键问题，并通过改进措施的实现，提高生产能力和生产效率。
本课程的目的是要求学生通过学习、课堂教育和上机训练，能了解如何运用计算机仿真技术模拟生产系统的布置和调度管理。
并熟悉和掌握计算机仿真软件的基本操作和能够实现的功能。
使学生了解计算机仿真的基本步骤。
结合本课程的特点，使学生掌握或提高系统化分析问题和解决问题的能力,为系统化管理生产打下根底。
二、教学基本要求具体在教学过程中要求学生应该达到：1.全面了解本课程的性质与任务、框架内容以及理论和方法；2.掌握仿真的概率统计根底知识。
3.掌握供理论模型建模方法。
4.掌握仿真模型的设计与实现方法。
5.熟练应用建模理论,对排队系统、库存系统、加工制造系统进行建模仿真。
三、教学内容与学时分配离散事件系统仿真是仿真技术的重要领域，在规划论证、方案评估、计划调度、加工制造、产品试验、生产培训、训练模拟、管理决策等方面得到广泛应用。
本课程深入地介绍了离散事件系统建模仿真的理论、方法和技术，突出对理论建模方法和计算机实现技术的讲解，对离散事件系统建模仿真的发展和应用情况做了比较详尽的介绍。
具体教学内容如下：第一章绪论 4学时本章分析了系统和制造系统定义、组成与特点，介绍了系统建模与仿真的基本概念和使用步骤，并给出应用案例。
本章教学目标：本章教学基本要求：了解常用术语及常用的仿真软件，了解仿真技术的的发展状况及应用。
理解系统与制造系统的定义及系统建模与仿真的概念及系统、模型与仿真之间的关系。
掌握制造系统建模与仿真的基本概念及基本步骤。
模型的校核验证与确认
5.运行有效性（Operational Validity)
是指在给定的系统工作域和模型应用域内。 模型的行为相对于预期的研究目的来说是否足 够精确。
7.模型校核(Model Verification)
概括地讲，模型校核是一个过程，在这个
过程中要检查和确定仿真计算模型是否准确
地表达了概念模型。换句话说，模型校核的 目的是确保二次模型化(对概念模型的翻译)
模型校核、验证与确认实质上是进行模型有效性分析，
它发生在模型发展的每个阶段，与建模过程的关系如图所
示。
一、有关概念的一些解释 1.问题实体(Problem Entity) 研究对象，可以是一个系统(真实的或假 想的)。也可以是一种构思，一种概念，一种 情景，一项决策或政策，或者是其它等待研 究的事物或现象。
过程是正确的。
8.模型验证(Model Validation) 模型验证是在建模目的意义下模型能否准 确地代表实际系统，有两个方面的含义:一是
首先要检查概念模型(数学模型，物理模型等)
是否正确地描述了实际系统;二是进一步考察
仿真 模型输出是否充分接近实际系统的行为。
模型验证的目的并不是为了使模型与实际系 统完全一致，由于模型只是对实际系统的一 种相似，所以让模型百分之百地复现真实系 统的行为是不可能的，也是不必要的。
1.模型验证工作是一个过程
模型是建模者根据建模目的按照相似原理对于实际系统的科学抽象 与简化描述。它反映了建模者对实际系统由感性到理性认识的一个阶 段，这种认识是否正确与精确，还得经过实践的检验。因此，模型验 证工作，实际上是由实践到理论，再由理论到实践的过程。有时得经 过多次反复才能完成。
2.模型验证工作具有模糊性
模型是原型(研究对象)的相似系统，而相似程度具有一定的模糊或不 确定性。这种不确定性不仅与建模者对原型认识的深刻程度有关，而 且与他所采用的方法与技巧有关。就是说对于同一原型系统，抱着同 样的建模目的，不同的人可能建造出与原型相似程度不同的模型。
生产系统7_仿真模型的校核、验证与确认
非正式 测试
子模型 测试
集成 测试
模型 测试
可接受 性测试
仿真模型系统建模与仿真的测试阶段
• 原则2：在模型系统中，不存在绝对意义上的正确或错误，
不应将VV&A活动的结果看做是一个非对即错的二值变量
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7.1.3 VV&A基本原则
• 原则3：仿真模型是根据建模与仿真的目标而建立的，其可
信度也应由建模与仿真的相应目标来评判
14
3、数据的校核与验证
主要内容应包括： ①元数据的精度校核； ②各阶段数据转化方式的校核； ③概念模型、编码模型和集成模型的输入数据校核及输出数据验证； ④输出数据的有效性校核等。
4、概念模型验证
将建模要求转化为详细设计框架的一种具体方法，并对建模与仿真中可 能的状态任务和事件等进行描述 。
5、设计过程的校核
• 仿真精度（Simulation Accuracy），是指仿真模型能够达
到的性能指标与所规定或期望的参考值之间的误差。
• 仿真置信度（Simulation Fidelity），是指在特定的建模目
的和意义下，模型系统逼近实际系统（原型）的程度。
7
VV&A和建模与仿真过程
8
• 校核侧重于对建模过程的
3
• VV&A是对仿真模型的可信度进行评估的基础。通过对仿真
模型的VV&A，可以达到以下目的： • ①保证所建立的仿真模型能够足够精确地表达真实系统的
行为，从而可以用这一仿真模型来代替真实系统进行实验 研究，在此基础上分析真实系统的行为，并对其性能指标 进行预测。 • ②将仿真模型的可信度提高到一个能够为人们所接受的水 平，以使得该仿真模型可被管理者及其他决策者来使用。
建模与仿真的校核、验证和确认工作模式
在建模与仿真过程中， 除了强调的要把校核和验证集成到建模与仿真开发生命全周 期外， 还要强调文档也必须贯穿整个开发过程， 文档中包括建模与仿真的指标、 性能、 数 据要求等说明。 没有这些文档， 建模与仿真不易正确进行。 所有的Ｖ ＆ Ｖ． Ａ过程要全面正 式地存人文档。如果 Ｖ ＆ Ｖ Ａ过程和相应的评估结果没有建档，则将来的Ｖ ＆ Ｖ Ａ工作 〔 例如模型修改和改进后或者模型用于不同的应用 目的时）将不能建立在已实施的 Ｖ ＆ Ｖ Ａ上。另外， 在建模与仿真验证中， 数据是一个重要的因素， 在建模与仿真开发和 实现过程中所用的数据必须是合适的、精确的和完整的。所有的数据必须提供正确的表 达， 必须经过精确的测量和估计。 对原始数据进行数据变换必须准确， 并且数据相关性 必须具有充分的描述，数据尽ｔ规范化、标准化。使用标准化的数据结构和命名规则的 公用数据库有利于建模与仿真。利用现代数据库技术提供的能力可以对Ｍ＆ Ｓ结果和仿 真实体的预期行为进行更有效的比 较和测试以检验它们之间的一致性。 由于建模与仿真的规模和复杂程度的 增加以及分布式交互仿真的逐渐应用， 进行人 工的Ｖ ＆ Ｖ Ａ将变得更加困难， 这需要一种改进的自 动化的Ｖ ＆ Ｖ． Ａ过程。 这种自 动化技
飞
行
力
学
第１卷 ７
平台、非含人平台间的交互以及平台与环境间的交互，是目前仿真技术研究的重要领域 之一。
ＤＳ的基本任务是定义一个层次化结构，以连接类型各异、分布于不同地域的仿真 Ｉ 器， 创造一个可信的、 复杂的虚拟 “ 世界” 完成具有高度交互作用的仿真任务。 ， 一个典 型的 ＤＳ演练从最初提出需求开始一直到最终实现， Ｉ 一般可大致分为如图２ 所示的几个
２ 仿真与建模 的 Ｖ ＆ 工作模式 Ｖ Ａ
第七章校核验证
7.1.3 VV＆A的基本原则
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基于对VV&A问题的研究，Balci提出了仿真模型VV&T的15条原则，这15条 原则可以作为仿真VV&A的重要参考。
（1）VV&A活动必须贯穿于系统建模与仿真的整个生命周期 VV&A贯彻于建模和仿真开发的整个生命周期； 仿真系统生命周期中的每个阶段都应该根据研究内容和应用目 标安排适合VV&A活动，以发现可能存在的问题。 （2）没有绝对正确的模型 模型可信性有其限定范围和特定条件； 建模与仿真的正确性仅针对其应用目标和采用的实验环境； 完备、完整的仿真模型测试是不可能做到的； 没有绝对正确的模型。
第七章 系统建模与仿真的校核、验证和确认
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Contents
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7.1 校核、验证及确认概述
7.1.1 系统建模与仿真的校核、验证及 确认概述 7.1.2 VV&A的基本概念 7.1.3 VV&A的基本原则 7.1.3 VV&A的过程
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7.2 建模与仿真校核、验证的基本方法
评估人员必须对整个仿真模型有一个系统、全面的了解。 评估人员必须具备足够的创造力和洞察力。
7.1.3 VV＆A的基本原则
（11）不可能对仿真系统进行完全的测试
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通常要根据仿真系统的应用目标判断模型与仿真系统可接受的程度。 可依据测试数据涵盖有效输入域的比例来分辨仿真系统的可信性。 涵盖的百分比越大，仿真模型的可信性也就越高。
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1）有利于大大减 少仿真系统开发 的费用。
VV&A的主要作用
3）对系统模型与 仿真程序的可信 度评估提出依据
系统建模与仿真 第六章
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★系统建模与仿真★
第六章 witness仿真系统
6.2.1 离散型元素
表示所要研究的现实系统中可以看得见的、可以计量个数的物体， 表示所要研究的现实系统中可以看得见的、可以计量个数的物体，一 般用来构建制造系统和服务系统等。主要包括： 般用来构建制造系统和服务系统等。主要包括： 零部件或实体（ ）；机器 机器（ ）；输送链 零部件或实体（Part or Entitie ）；机器（Machine ）；输送链 ）；缓冲区或仓库 ）；车辆 车辆（ ）；轨道 （Conveyor）；缓冲区或仓库（Buffer ）；车辆（Vehicle ）；轨道 ）；缓冲区或仓库（ （Track）；劳动者（Labor）；路径（Path ）；模块（Module ） ）；劳动者（ ）；路径（ ）；模块（ ）；劳动者 ）；路径 模块
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★系统建模与仿真★
第六章 witness仿真系统
6.2.1.4 缓冲区（Buffer） 缓冲区（ ） 缓冲区是存放部件的离散元素。例如存放即将循环焊接的电路板， 缓冲区是存放部件的离散元素。例如存放即将循环焊接的电路板， 存放部件的离散元素 即将用于旅行的真空包装食品的储藏区， 即将用于旅行的真空包装食品的储藏区，位于加工区的盛放产品部件的 漏斗形容器等等物体都称为缓冲区。 漏斗形容器等等物体都称为缓冲区。 缓冲区是一种被动型元素，既不能像机器元素一样主动获取部件， 缓冲区是一种被动型元素，既不能像机器元素一样主动获取部件， 也不能主动将自身存放的部件运送给其他元素； 也不能主动将自身存放的部件运送给其他元素；它的部件存取依靠系统 中其他元素主动的推或拉。我们可利用缓冲区规则，使用另一个元素把 中其他元素主动的推或拉。我们可利用缓冲区规则， 部件送进缓冲区或者从缓冲区中取出来。 部件送进缓冲区或者从缓冲区中取出来。部件在缓冲区内还按一定的顺 序整齐排列（例如，先进先出，后进先出）。 序整齐排列（例如，先进先出，后进先出）。
建模与仿真的校核与验证技术
建模与仿真的校核与验证技术1引言近年来, 系统仿真技术得到了飞速发展, 越来越广泛地应用于军事、经济乃至社会生活与生成的各个部门, 在科学研究、工程设计、装备论证等方面发挥着日益重要的作用。
与此同时, 人们对建模与仿真 ( Modeling and Simulation, M& S) 的正确性和可信度也越来越关注。
校核、验证与确认( Verification, Validation and Accreditation,VV&A)的核心问题就是为M&S应用于特定目的的可信度评估提供依据, 并能够有效地降低风险、减少开支、增加用户对模型与仿真的信心。
校核 ( Verification) 是确定仿真模型和有关数据代表开发者的概念描述和技术要求准确程度的过程。
验证(Validation) 是从模型的应用目的出发, 确定模型和有关数据代表真实世界正确程度的过程。
确认( Accreditation) 是官方正式地接受一个模型、仿真以及有关数据应用于特定目的。
校核、验证与确认的共同目标是提高模型与仿真的可信度。
校核与验证的技术与方法是指在建模与仿真过程中为完成V&V工作而采用的各种技术、方法的总称。
建模与仿真融合了建模技术、系统科学、信息技术、软件工程和其它有关专门领域知识, 因此对建模与仿真的校核与验证应该充分吸收有关领域成功的测试与评估方法。
美国国防部公布的VV& A 建议实践指南中归纳了75种校核与验证技术和方法, 分为非正规技术、静态技术、动态技术和正规技术四大类。
尽管这些类包含了一些相同的特点, 而且个别 V&V 技术可能与其它技术存在重叠, 但其复杂性、数学和逻辑上的正规性总体上是逐渐增加的。
2非正规校核与验证技术非正规 V&V 技术使用比较普遍。
之所以称为非正规, 是因为这种技术使用的方法和工具更加依赖于人主观的推理和评估, 而不是严谨的数学推理。
系统建模与仿真全要点复习
1、系统（system）：是一组对象的集合或总称；由诸多相互作用、相互依存的要素按照一定规律构成的集合体，它们共同组成具有特定结构和功能的整体。
它具有以下特点：①由两个或两个以上要素组成。
②构成系统的要素之间具有一定的联系，并在系统内部形成特定的结构。
③具有边界。
④系统具有特定的功能，具有存在的价值和作用，并且系统功能受到系统结构和环境的影响。
三要素：(1) 实体：组成系统的元素、对象。
(2) 属性：实体的特征。
(3) 活动：系统由一个状态到另一个状态的变化过程。
理解：组成系统的实体之间相互作用而引起的实体属性的变化，通常用状态变量来描述。
研究系统主要研究系统的动态变化。
除了研究系统的实体属性活动外，还需要研究影响系统活动的外部条件，这些外部条件称之为环境。
系统分类：1）连续系统是指系统状态随时间发生连续性变化的系统（电力生产、供电网络、石油炼制、自来水生产、电路系统等）。
2）离散事件系统是指只有当在某个时间点上有事件（event）发生时，系统状态才会发生改变的系统。
系统状态的变化只发生在离散的时间点上，且状态通常会保持一段时间。
此外，系统状态的变化也会引发新的事件。
（毛坯到达、加工开始、加工完成、设备故障等；服务系统中的顾客到达、接受服务等）2、计算机仿真（系统仿真）概念：针对真实系统建立模型,然后在模型上进行试验,用模型代替真实系统,从而研究系统性能的方法称为系统仿真。
研究对象可以是实际的系统，也可以是设想中的系统。
1）包含了系统建模、仿真建模和仿真实验三个基本活动。
联系这三个活动的是系统仿真的三要素：系统、模型、计算机（硬件和软件）。
2）系统、模型与仿真三者之间有着密切联系。
其中，系统是要研究的对象，模型是系统在某种程度和层次上的抽象，而仿真是通过对模型的试验以便分析、评价和优化系统。
3、仿真技术的主要用途：(1) 优化系统设计。
(2) 系统故障再现，发现故障原因。
(3) 验证系统设计的正确性。
系统建模与仿真
以英尺计的反应距离
100 80 60 40 20 0 0 20 40 60 80 100 以英里/小时计的速率
图2 反应距离和速率的比例性
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计算机测控技术与应用
沈阳航空工业学院 自动控制系
得到总的停止距离为：
表3：测试得到的总的停车距离与公式计算的距离 速率（英里/小时） 总的停止距离（测试） 停止距离（计算） 20 42 43.6
识别并确定变量 3）求解或解释模型； 4）验证模型；
模型的正确性、合理性、可用性
5）实施模型；
6）维修模型；
使用模型
模型是否仍然适用？
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计算机测控技术与应用
沈阳航空工业学院 自动控制系
建模示例：车辆的停止问题
某驾驶规则：
正常的驾驶条件对车与车之间的跟随距离的要求是每10英
里的速率可以允许一辆车的跟随距离，但在不利的天气或道
第 3 页
计算机测控技术与应用
沈阳航空工业学院 自动控制系
系统的分类
自然系统
社会系统
1、工程系统、非工程系统 2、连续系统、离散事件系统 3、白色系统、灰色系统、黑色系统 4、简单系统、复杂系统 5、小系统、大系统、巨系统 - - - - - - - - - - - - - - - - - -
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一种模型的转换过程是否有效。
模型的验证(Validation)：是在适用范围内针对建模与仿真
对象,模型具有理想的精度。
模型的确认(Accreditation)：指对模型或仿真是否可被接
受使用。通过认证,以确保仿真模型能比较精确地反映真实 系统的特性。因此,在模型验证和校核的基础上还应进行静 态检查、动态调试和人工校对。
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VV&A的一般原则
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VV&A的一般原则
⑪ 相对独立性原则 VV&A要求“独立无偏好”，保证评估工作的独立性，防止根 据 开发者的偏好来判断； VV&A要与开发人员相互配合，加深对系统的理解； ⑫ 数据正确性原则
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VV&A的基本概念
系统建模和仿真的重要作用是为决策提供依据。
为减少决策失误，降低决策风险，需要对所建模型和仿真系 统进行评估，这就是建模和仿真的校核、验证与确认 （Verification，Validation and Accreditation，VV&A）
• “仿真系统是正确的，但却没有被接受”；
• “仿真系统是不正确的，但却被接受”； • “仿真系统解决了错误的问题”。
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VV&A的一般原则
⑤ 全局性原则 对仿真系统的组成部分的校核与验证不能保证整个仿真系统 的正确性，整个仿真系统的正确性必须从系统整体出发进行 校核与验证。
⑥ 局部性原则
若某仿真模型仅专注于建模与仿真的一个部分，那么评价时 也应该把它局限在该部分；
所有子模型通过测试并不意味着整体模型通过测试；
对子模型的校核与验证不能推断整个仿真模型的可信性，反 之亦然。
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③ 有限目标原则 VV&A的目标应紧紧围绕仿真系统的应用目标和功能需求；
在接受和确认建模和仿真结果之前，必须对问题有系统地阐 述，正确确定建模与仿真所研究问题范围。 ④ 必要不充分原则
VV&A并不能保证仿真系统应用结果的正确性和可接受性； V&A是必要的，但不是充分的，要尽力避免三类错误：
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VV&A的基本概念
③ 校核和验证工作为建模与仿真未来的应用提供了良好基础， 可以增加建模与仿真为特定应用目服务的信心。 ④ 校核与验证工作可以及早发现设计开发中的错误，减少因模 型及仿真策略错误造成的损失，并可以为的仿真系统开发提 供重要的数据资料。
仿真系统的输出分析
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VV&A的基本概念
验证是从仿真系统应用目的出发，确定仿真系统代表实际系 统的正确程度的过程。 验证关心的是“建立的模型和仿真系统是否正确（building the right model）”，即关心“仿真系统在具体的应用中多大
VV&A的一般原则
⑦ 程度性原则 对建模与仿真的验收，不仅仅是接受或拒绝的二值选择问题； 不能用VV&A的结果武断地判断仿真模型是完全正确的或者 是完全不正确的，而是相对仿真系统的应用目标，判断可接 受的程度。 ⑧ 创造性原则 仿真是一门创造性很强的科学技术，对仿真系统的VV&A需 要评估人员具有足够的洞察力和创造力；
VV&A的基本概念
校核、验证与验收之间有着密切联系。校核为验收系统 提供了依据，验证作为系统有效性评估提供了依据，而系统 性能的好坏是校核与验证都关心的问题。 VV&A的意义： ① VV&A为建模与仿真系统应用目标的可信度评估提供客观依 据，增强了建模与仿真的发起者和用户对应用仿真系统解决 具体的问题的信心。 ② 校核与验证工作可以尽早发现建模与仿真设计开发中存在的 问题和缺陷，帮助设计开发人员采取措施，修改模型设计和 软件开发，避免由于设计和开发过程中的缺陷和错误给仿真 系统带来的损失和风险。
VV&A既是一门科学，也是一门艺术。
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VV&A的一般原则
⑨ 良好计划和记录原则 仿真系统的VV&A必须有计划地实施，有详细的文档记录，为 后续工作和验收提供必要的信息； 良好的计划应选择对提高仿真系统的正确性和仿真结果的可信 度最有贡献的活动，并优化安排其实施过程，以最大限度地发 现问题，提高仿真系统质量。 ⑩ 分析性原则 仿真系统VV&A不仅要利用系统测试所获得的数据，还要充分 利用系统分析人员的知识和经验，对有关问题进行细致深人的 分析。
成功的校核、验证及确认需要其使用的数据先经过校核、验证 及确认；
VV&A所需要的数据、数据库必须经过校核、验证与确认，证 明其正确性和充分性。
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建模与仿真生命周期中的VV&A （美国国防部）
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建模与仿真生命周期中的VV&A
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VV&A的技术与方法
传统建模与仿真过程中的V&V技术
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VV&A的技术与方法
模型验证方法
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美国国防部发表的VV&A建议指导规范，归纳总结了普遍适 用的12条基本原则： ① 相对正确原则
模型可信性有其限定范围和特定条件； 建模与仿真的正确性仅针对其应用目标和采用的实验环境； 完备、完整的仿真模型测试是不可能做到的； 没有绝对正确的模型。
第6章 建模与仿真的校核、验证和确认
6.1 校核、验证及确认概述
6.1.1 校核、验证及确认的基本概念
6.1.2 校核、验证及确认的基本原则 6.1.3 校核、验证及确认的实施过程 6.2 建模与仿真校核、验证的基本方法 6.2.1 建模与仿真的校核与验证技术 6.2.2 模型验证的常用方法
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度地反映了真实世界的情况”。 确认是“正式地接受仿真系统为专门的应用目的服务的过程 （the official certification）”。 确认是在校核、验证的基础上，由仿真系统的主管部门和用 户组成的验收小组，对仿真系统的可接受性和有效性做出正 式的确认。
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VV&A的基本概念
② 仿真精度（simulation accuracy） 仿真系统能够达到的静、动态技术指标与规定或期望的静、动 态性能指标之间的误差或允许误差。 影响仿真精度的因素包括硬件、软件环境和人等。 ③ 仿真置信度（simulation fidelity） 在特定建模目的下，模型逼近原型的程度，即模型与原型的相 似程度的强、弱之分。
⑤ 校核、验证与确认为更好的分析原型提供了潜在的动力。
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VV&A的基本概念： ① 模型测试（model testing） 检验模型中是否存在错误或者不精确、不准确的性质或状况。 通常，通过给定某些数据和案例来判断它的结果是否与实际 系统相吻合。
此外，VV&A还可以用来评价模型逼真度、仿真系统执行效 率、可维护性、可移植性、可重用性、人机交互等特性，以 确定建模与仿真总体效果的有效性。
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VV&A的基本概念
校核（verification）、验证（validation）与确认（accreditation） 的字面意义非常接近，但在仿真系统它们的含义有所区别。 校核是用来确定仿真系统是否准确地代表了开发者的概念描 述和设计的过程。 校核关心“是否正确地建立模型及仿真系统（building the model right）”的问题，即关心“设计人员是否将问题的陈 述 转化为模型阐述，是否按照仿真系统应用目标和功能需求的 要求正确地设计出仿真系统的模型，仿真软件开发人员是否 按照设计人员提供的仿真模型正确地实现了模型。