贺2011中国系统建模与仿真技术高层论坛
【计算机仿真】_研究人员_期刊发文热词逐年推荐_20140723
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45
作战仿真想定 仿真建模 任务分发 人员疏散 主动网络 三维模型
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仿真 人群疏散 交互控制 丁二酸发酵过程
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
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46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85
2012年 科研热词 推荐指数 计算机仿真 5 自动化技术 5 研究人员 5 专家评审 5 计算机技术 4 文献计量学 4 中文核心期刊要目总览 4 通知 3 相关文献 3 统计和 2 北京大学出版社 2 《计算机仿真》 2 《中文核心期刊要目总览》 2 高层论坛 1 运动学 1 踩踏事件 1 资源分配 1 诱导突变 1 语义网络 1 计量器具 1 计算机用户 1 视景仿真 1 补偿网络 1 行为建模 1 虚拟现实 1 虚拟仪器 1 船舶运动 1 航空发动机 1 自然现象 1 疲劳条带周期 1 特征信息 1 物联网 1 煤矿 1 瀑布 1 混沌粒子群算法 1 洪水淹没 1 波浪 1 水建模与仿真 1 水下作业 1 气路故障 1 核心期刊表 1 机器人 1 无线传感器网络 1 新年 1 断口图像 1
建模与仿真的发展
制造系统建模与仿真技术的沿革及趋势【摘要】介绍了发展系统建模与仿真技术的的必要性和必然性，阐述了系统建模与仿真技术的定义、通用性和战略性，说明了国内仿真技术的发展情况，接着总结了建模与仿真技术的发展的趋势，最后回顾展望仿真技术的地位。
【关键字】制造系统建模与仿真沿革及趋势引言制造业(包括机械制造、电子制造、非金属制品制造、成衣制造以及各种型材制造等部类)是国民经济的支柱产业，其生产总值一般占各国国内生产总值的20％～55％。
在各国的企业生产力构成中，制造技术的作用一般占60％左右。
在制造系统的规划、设计、运行过程中，所追求的目标是：提高制造系统的总体优化水平，提高系统运行效率、降低设计开发费用和制造成本，增加系统柔性，灵活地适应产品品种和批量的变化，即合理地利用企业资源(包括资金、设备、人力等)，优化企业组织结构，从而优化设计生产，以获得最大的经济效益。
为此，需要对所研究的系统进行分析和研究。
然而，由于制造系统的复杂性、递阶结构、操作规范、资源容量、不确定因素和反馈等特点，至使迄今为止还没有恰当的数学方法能很好地处理这类问题。
在当今，现代制造系统正朝着集成化、柔性化和智能化方向发展，如计算机集成制造系统(CIMS)，精益制造系统(LPS)，灵敏制造系统(AMS)，智能制造系统(IMS)等，这些系统对产品制造过程组织和过程控制的柔性和智能性要求越来越高，分析这样的系统，采用传统的理论算法已经很难处理，甚至有时得不到可以参考的结论。
制造系统建模和仿真技术便应运而生。
它是对制造系统进行分析、实验、评价的最经济、最安全的一种方法。
尤其在分析复杂程度高的系统，它可能是唯一的途径。
系统建模与仿真技术的含义系统建模与仿真技术是以相似原理、模型理论、系统技术、信息技术以及建模与仿真应用领域的有关专业技术为基础，以计算机系统、与应用相关的物理效应设备及仿真器为工具，利用模型参与已有或设想的系统进行研究、分析、设计、加工生产、试验、运行、评估、维护、和报废(全生命周期)活动的一门多学科的综合性技术。
第七届全国计算机仿真大奖赛决赛及颁奖典礼新闻发布稿
甲兵 工程 学院 （ 北京 ） ，火箭 军工程 大学 （ 西安 ） ，军械工程学院 （ 石 家庄 ） ，哈 尔滨工业大
学 ，北京工商大学 ， 青 岛大学 １ ０ 个获得 一等奖的代表 队预 先抽 签决定 了出场顺序 ， 此 时整
活动 圆满成 功。随后 ，一一介 绍到会嘉宾 。 中国计 算机 用户协会 名誉 理事长 陈正清 ，国家 仿真控制 工程技 术研 究 中心游景玉主任 ， 中国计 算机 用户协会仿 真应用分会 原理事 长周 炎
勋 ，中国计算机 用户协会仿真应用分会秘 书长王会 霞，也在 嘉宾席 上落座 。 １ １ 位评委 孙柏 林 ，黄柯棣 ，邵峰 晶，胡晓峰 ，毕长剑 ，王子 才，李伯虎 ，蒋郧 平 ，韩 力群 ，贾利 民，徐庚保 到会 。前十位评委 端 坐在主席 台上 负责打 分 ；最后 一位评委 前排 就
第 七 届 全 国 计 算 机 仿 真 大 奖 赛 决 赛 及 颁 奖 典 礼 新 闻 发 布 稿
２ ０ １ ６年 １ ２月 ６日下午 ２ ：０ ０在全 国政协礼 堂隆重举行 了 《 第七届全 国计算机仿真 大 奖赛 决赛及颁 奖典礼 》 。主 办单位是 中国 自动化 学会 ，中国计 算机 用户协会 ，中国 系统仿真 学会 ，教 育部 高教 司，中国指挥与控 制 学会 。赞助单位是 北京安控科技 股份 有限公 司。承 办单位是 《 计算机仿 真 》杂志社 。 全 国计算机仿真 大奖赛组委会吴连伟主任致开幕词并 宣读聂力 中将的贺信 ，预祝 本 次
的 巨大作 用 。
晚上 与会 者聚餐 ，分会 副理事长 薛青致祝酒词 ，同时举 办第七届全 国计算机仿真 大奖 赛联欢 晚会 。此 次盛典在一 片欢 乐声中落下帷幕 。
008_基于Cruise的SS(起停)功能建模与性能仿真分析_江淮贺子龙
基于Cruise的S/S（起停）功能建模与性能仿真分析贺子龙韩震业德明安徽江淮汽车股份有限公司摘要：随着社会能源环境约束的越趋明显以及国家产业政策的指向，发动机start/stop 系统应用在整车上以降低油耗的前景环境越来越好。
本文通过应用AVL Cruise软件并利用其中的起停组件建立模型，展示了其仿真结果与应用状况，同时分析了在整车循环工况运行过程中燃油经济性的具体改善情况。
关键词：起停 CRUISE主要软件：A VL CRUISE1. 前言当前，我国正处在工业化、城镇化、现代化加速发展的时期，随着居民收入水平的快速提高和生产生活水平的巨大变化，汽车的消费迎来了一个爆发式增长，与此同时，我们的资源和环境禀赋不足，传统汽车发展面临的环境约束越来越明显。
在保证汽车动力性的前提下如何降低汽车的燃料消耗率成为众多厂家关注的一个焦点问题。
车辆配置起停功能，通过发动机起停（怠速停机）技术可以节省不必要的燃油消耗（特别是对城市工况有更大潜力），且能节油4%－6%。
同时，一方面2011年7 月11 日，工信部发布《关于将怠速启停汽车按常规汽车进行<公告>管理的通知》，自即日起将怠速起停汽车按常规汽车进行《公告》管理，不再要求按照《新能源汽车企业及产品准入规则》进行企业及产品准入审查；另外一方面，9月份财政部经济建设司处长向地海在“汽车社会与产业未来”为年度主题的2011年中国汽车产业发展国际论坛演讲中明确表示，现行的节能汽车补贴政策计划执行到2011年9月30日，到2011年10月1日起实施新的节能汽车补贴政策，要求百公里平均油耗从现行的6.9L下降到6.3L；这两条信息都为起停技术的推进提供了良好的催化环境。
为了提高产品竞争力，降低燃油消耗，对配置起停功能的生产车辆燃油经济性能进行分析具有一定意义。
2 起停技术控制策略分析正常条件下，具备起停技术车辆的动力总成将按照以下条件执行“怠速停机”与“发动机自起动”指令：2.1 发动机怠速停机条件（以下各条件均满足的条件下才可触发怠速停机指令）a 车辆停止（or车速低于一定值）；这两种控制模式在AVL中国先进模拟技术2010年用户大会论文集中的《基于Cruise与Simulink软件对整车智能起停技术的仿真》一文已进行了较详细的描述b 电池电量充足c 制动真空度充足d 发动机状态允许停机（水温、催化器温度等）e 满足安全条件（驾驶员在座及前舱盖闭合）f 空调、除雾状态没有被请求2.2 发动机自动起动（以下任何一项触发的情况下发动机均自动起动）a 电池电量不足b 制动真空度不足c 空调、除雾被请求d 满足安全起动条件（驾驶员在座及前舱盖闭合）2.3由于排放的缘故，初始阶段起停功能将被禁用，实际的起停作用时间在点火后至少80s 以后起动，其80s后整个循环内的怠速时间将应用发动机起停功能。
2011第六届中国系统建模与仿真技术高层论坛闭幕词
这 方面龚至 豪教授在 获 奖论文评选 小结 中 已经作 了精 彩 的总结。确 实，论 文有很 高的水平 ，保持 了新 颖性 、创新性 、探 索性 ，强调 实际应 用的特 点。
一
方面反 映 了我 国仿真技 术和仿真应 用技术 的发展 的现状 ，另一 方面 ，又 我 想谈一 些比较 强烈 的感 受，也可 以说这届论 坛 的特点 。
分析理论与工具 已经难 以满足为经济社会政策的制定提供有 力的决策支
持 。运 用新 思维 、新 的认知 工具 的迫切・ 日益提 高。新 的认 知 工具就是仿 ｔ ￣ －
真技 术。 我 国正 处 于发 展 的重要 战备机遇 ，又处 于社会 矛盾 的凸显 区。胡总 书
记说 ：“ 要扎扎实实提 高社会管理科学化水平，建设 中国特色社会主义管理 体 系。 ”社会管理主要 包括经济、社会、文化与 自然生态等多方面系统组成 的复杂 巨系统。各种事实证明，研究和解决复杂 系统的最好手段就是 系统 仿真技术。周炎勋荣誉理事长在开幕词 中提到仿真技术的魅力，提到仿真
仿 真平 台分布 交互式仿 真平 台发展 到有 互操作 的指挥平 台，又发 展到作 战
平 台嵌入 到指挥平 台，再 发展 到 网络 空间和 物理 空间作 战一体 化 的平 台。
这些报告对军用仿真技术的进一步发展都具有指导意义。
我 国武 器装备体 系的发展也 面 临着严 峻的挑 战。面临 国外第 四代 、第
一
对我 国仿真技术今后 的发展 方 向具有 重要 的指导作 用。
这次论 坛的 大会报告 中，安排 了吴 杰教授 的报告 “ 经济社会 系统
、
计 算机仿真模型 的研 究和应用 ” 。在分组 交流中作 为一个 专题 ，大家讨论得
Witness软件功能简介全
目录:一、Witness 软件简介1、系统仿真技术2、Witness应用领域3、Witness主要功能4.使用Witness的收益二、Witness 提供的模块三、Witness应用案例举例1、Witness各种领域的应用实例1-1、Witness在“公共服务”领域的应用1-2、Witness在“生产制造”领域的应用1-3、Witness在“能源工业”领域的应用1-4、Witness在“航空航天”领域的应用1-5、Witness在“医药化工”领域的应用1-6、Witness在“国防科技”领域的应用1-7、Witness在“呼叫中心”领域的应用2、应用模型举例(图)2-1、工厂规划模型2-2、呼叫/访问中心模型2-3、制造维护模型2-4、订货/储运模型2-5、飞机备件供应模型2-6、库存模型2-7、港口模型2-8、供应链模型2-9、公交车站模型3、如何建立模型举例3-1、交通控制仿真案例3-2、机场仿真模型案例3-3、家电维修部人力资源配置仿真模型3-4、医院病床数与服务水平优化仿真模型3-5、混流生产系统建模与仿真模型3-6、钢材配送供应链模型4、典型项目应用实例4-1、社区的警力配备与犯罪的预防控制4-2、Witness帮助改进Heathrow机场4-3、在银行、保险、金融中的应用4-4、在金融部门的业务咨询3-5、在日本尼桑汽车中的仿真生产的改进4-6、Witness在零售业的应用4-7、在Exxon航运分配的改善4-8、“空中客车”大型客机设计四、Witness中国部分用户1、Witness中国部分用户2、Witness国外部分用户附:生产系统场景虚拟现实软件简介L一、Witness 软件简介Witness就是由英国 lanner公司推出的功能强大的仿真软件系统。
它可以用于离散时间系统的仿真,同时又可以用于连续流体(如液压、化工、水力)系统的仿真。
目前已被成功运用于国际3000 多家知名企业的解决方案项目,如Airbus 公司的机场设施布局优化、BAA 公司的机场物流规划、BAE SYSTEMS 电气公司的流程改善、Exxon 化学公司的供应链物流系统规划、Ford 汽车公司的工厂布局优化与发动机生产线优化、Trebor Bassett 公司的分销物流系统规划等。
系统级多学科建模与联合仿真
系统级多学科建模与联合仿真1.概述1.1.数字化建模仿真在技术的发展和市场的驱动下，产品功能越来越复杂，通过解析的方法对产品进行分析的难度逐渐增大。
而采用实验的方法对产品进行研究则需要物理样机，对于这种方法，一方面所需投入较多、时间周期较长，另一方面，当发现样机在某些功能和性能层面无法满足要求时，进行更改的成本非常高。
即使这些问题都能够解决，实验方法还要面对某些工况下实验带来的危险和破坏、实验环境不一致、实验结果的离散性等诸多问题。
此种情况下，基于计算机技术，借助于专业的软件，通过数字化建模仿真的方式对产品的方案进行验证和优化，可以显著缩短研发周期、降低研发成本、完善产品质量，提高产品的市场竞争力。
1.2.系统级建模随着产品组成、功能的复杂化，部件各部分之间的耦合关系越来越紧密。
当对产品的一各组成部分独立建模时，需要建立其边界条件。
但由于该部分与其他部分错综复杂的耦合关系及其他部分外特性的复杂性，边界条件难以采用简答的函数关系进行描述，而是需要详细的建模，如此类推，对于产品的数字化分析需要系统级的建模。
另一个方面，当前产品的多数功能都需要各部分之间紧密配合才能实现，这个特点也自然地导致了系统级建模的必要性。
以飞机机电系统的机电综合为例，在机电综合的背景下，在功能、能量、控制和物理的层面，燃油、环控、液压、电气系统之间的管理越来越紧密。
例如在综合能量管理系统中，为实现能量高效利用的目的，环控、燃油、滑油、液压、电气、发动机等系统协调工作，如图1所示。
在多电飞机架构中，通过供-配-用电网络，机电系统之间的联系变得更为紧密。
图1飞机综合能量管理系统1.3.多学科建模随着机-电-液-控一体化的高速发展，由单一领域部件构成的产品越来越少，取而代之的是综合利用机械、电、磁、液压和控制等诸多领域研究成果、涉及多个学科的产品。
图2飞机机电系统飞机机电系统所涉及的学科如图2所示，每个机电子系统都涉及多个学科，这种特点使得系统级建模必然涉及多个学科。
系统建模与仿真概述
仿真语言
专用的仿真语言，如GPSS、Simscript、SLAM以及SIMAN，它们为大多数人使 用的各类仿真提供了一个更好的框架。然而，人们还需要花费相当多的时间来学 习这些仿真语言的特征及如何有效的使用它们，而且，使用者还必须面对其可可 、严格的语法要求。
高级仿真器
很多针对各种系统的高级仿真器，例如将在第 2章介绍的Witness、Arena等。这 些软件在图形界面更易于理解，语法结构简单易于理解，使得仿真不再需要很高 深的计算机编程技术。
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2.2 如何实施仿真
②简单性
从实用的观点来看，由于在模型的建立过程中，忽略了一些次要因素和某些 非可测变量的影响，因此实际的模型已是一个被简化了的近似模型。 一般来说，在实用的前提下，模型越简单越好。
③多面性
对于由许多实体组成的系统来说，由于其研究目的不同，就决定了所要收集 的与系统有关的信息也是不同的，所以用来表示系统的模型并不是唯一的。 由于不同的分析者所关心的是系统的不同方面，或者由于同一分析者要了解 系统的各种变化关系，对同一个系统可以产生相应于不同层次的多种模型。
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2.1 系统仿真的定义
不可或缺的角色。
Simulation
（1）静态和动态：静态模型与时间没有关系，而在动态模型中时间却扮演着
在2.2 节介绍的浦丰投针问题就属于静态仿真，其中没有时间要素。 而实际系统仿真所模拟的对象多数是动态系统，例如对银行营业厅顾客 服务效率的仿真，顾客的到达是同时间相关的，在不同时刻，顾客到达 速率可能不同，队列队长可能不同，柜台开放数量可能不同等。 （2）连续和离散： 在连续模型中，系统状态虽时间连续变化，例如水库蓄水量、放水量以 及出现降水和蒸发时水位的变化即属此类。 而在离散模型中，系统状态仅在离散的时刻点发生变化，例如在制造系 统中，零件会在特定的时间到达和离开，机器会在特定的时刻出现故障 和被修复，工人会在特定的时间开始休息和复工。
第八届中国系统建模与仿真技术高层论坛会议纪要
同努力， 发展我国仿真技术，勇攀世界科技高峰 ！
ＶＩ
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士等颁 奖嘉 宾的颁 奖。 此次 高层论 坛 开辟 两个分会 场 ，分 别针对 “ 我 国仿真 Ｘ － 程 与科 学的发展”和 “ 仿真 产业化”两个专题 展 开讨论 。肖田元教授 和 龚至豪教授 、韩 力群教授 和刘翠玲教授 分 别主持 两组 的讨论 。分组 交流 ，深 受欢 迎 ，发 言踊跃 ，畅 所欲 言 。两组讨论情 况 ，分别 由 肖田元教授 和刘翠玲教 授 向大会做 了汇报 。 分会 荣誉 理事 蒋酆 平研 究 员在 闭幕 词 中说 ，第八届 中国 系统建模 与仿 真技术 高层论坛 获得 圆满成功 。 他明确指 出，需求牵引、 技术推动、经济支撑为我们奠定 了 很好的基础，又迎来了最好的时机 ， 让我们共
李伯虎院士：复杂系统仿真计算机 系统研 究； 黄柯棣将 军 ：仿 真模 型 结构分析 ； 谭 东风教授 ：复杂格斗计 算理论 ：衰减 网络 的动力 学； 周新初 先生 ：基 于 多智 能体 的武 器 系统作战 能力评估 ； 郭淑 霞女士 ：复杂战场 电磁 环境预 测仿 真与 实现 ； 房 志江先 生：复杂环境 下装备 的电磁 性能仿 真平 台。 大会报 告相 当精 彩 ，博得 与会代表 热烈欢迎 。按组委 会规定 ， 特 约的 大会报 告不参加 评选 ， 但 是 ，荣 获一 、二 等 奖的 三篇 论 文要 纳入 大会报 告 中。第八 届 高层论 坛收到８ ０ 多篇论 文 ，经资深望 重的 多位 同行 专 家评 阅 ，选 出谭 东风等６ 篇优 秀论文 ，分 别 荣获 一、二 、三等 奖 。 等奖 ： 国防科技 大学谭 东风 等人 的 “ 复杂格斗计 算理论 ：衰减 网络 的动 力学” 。 ＝等奖 ： 炮兵 指挥 学院 （ 廊坊 ）张波等人 的 “ 基 于 多智能体 的武器 系统作 战能 力评估 ” ； 西北工业 大学 高颖等人 的 “ 复 杂战场 电磁环 境预测仿 真与 实现 ” 。 三等 奖 ： 兰州理 工大学李旭 东的 “ 从仿 真看３ Ｄ打印及其 若干 问题 ” ； 空军工程 大学姜 久龙 等人 的 “ 基 于分数 阶 自抗扰控 制器的飞机 自 修 复控 制研 究” ； 太原科技 大学仇建 平等人 的 “ 牵制控制 下复杂 网络 的 同步性研 究” 。 马正午教授 受评 审组的委托 向获 奖论 文及 其作者表 示衷心祝 贺 ，并一 一说 明获 奖论 文的特 点。 同时， 对获得提名的优 秀论文也给予口头表彰。随着， 获奖者兴高采烈地登 台， 分别接受北京理工大学龚至豪教 授、北京工商大学刘翠玲教授 、国防科大黄桐棣将军、空军指挥学院毕长剑将军、 航天科工集团李伯虎院
复杂系统可靠性
山东科学ＳＨＡＮＤＯＮＧＳＣＩＥＮＣＥ第３７卷第２期２０２４年４月出版Ｖｏｌ.３７Ｎｏ.２Ａｐｒ.２０２４收稿日期:２０２４￣０２￣０１基金项目:国家自然科学基金(７２２２５０１２ꎬ７２２８８１０１ꎬ７１８２２１０１)ꎻ民航安全能力建设基金项目(ＡＳＳＡ２０２３/１９)作者简介:刘一萌(１９９４ )ꎬ女ꎬ博士研究生ꎬ研究方向为复杂网络可靠性ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｌｉｕｙｉｍｅｎｇ＠ｂｕａａ.ｅｄｕ.ｃｎ∗通信作者ꎬ张小可ꎬ男ꎬ副研究员ꎬ研究方向为复杂系统ꎮＴｅｌ:189****9787ꎬE￣mail:ｚｈａｎｇｘｉａｏｋｅ２０１３＠ｈｏｔｍａｉｌ.ｃｏｍ复杂系统可靠性刘一萌１ꎬ白铭阳１ꎬ张小可２∗ꎬ李大庆１(１.北京航空航天大学可靠性与系统工程学院ꎬ北京１００１９１ꎻ２.复杂系统仿真国家重点实验室ꎬ北京１００１０１)摘要:随着科学技术的发展ꎬ社会技术系统的体系化㊁网络化㊁智能化程度逐渐加深ꎬ形成系统的复杂性ꎮ这些复杂系统的 故障 ꎬ诸如交通拥堵㊁谣言传播㊁金融崩溃ꎬ可以看作是一种 １＋１<２ 的系统能力负向涌现ꎬ难以直接通过系统单元的还原解析来理解ꎬ这对原有可靠性理论提出了挑战ꎮ现有复杂系统可靠性的研究主要从故障规律展开ꎬ从两个角度出发进行ꎬ一是考虑故障传播的系统脆弱性研究ꎻ二是考虑故障恢复的系统适应性研究ꎮ系统脆弱性研究的重点在于挖掘系统崩溃的内在机理ꎬ即故障的传播机理ꎮ系统适应性研究的重点关注于系统适应恢复能力ꎬ包括系统故障恢复机理ꎮ在此基础上ꎬ本文介绍了相关的可靠性方法研究ꎮ关键词:复杂系统ꎻ可靠性ꎻ脆弱性ꎻ适应性中图分类号:Ｎ９４５㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００２￣４０２６(２０２４)０２￣００７４￣１１开放科学(资源服务)标志码(ＯＳＩＤ):ＣｏｍｐｌｅｘｓｙｓｔｅｍｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙＬＩＵＹｉｍｅｎｇ１ꎬＢＡＩＭｉｎｇｙａｎｇ１ꎬＺＨＡＮＧＸｉａｏｋｅ２∗ꎬＬＩＤａｑｉｎｇ１(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄＳｙｓｔｍｅｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＢｅｉｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＢｅｉｊｉｎｇ１００１９１ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＣｏｍｐｌｅｘＳｙｓｔｅｍｓＳｉｍｕｌａｔｉｏｎꎬＢｅｉｊｉｎｇ１００１０１ꎬＣｈｉｎａ)ＡｂｓｔｒａｃｔʒＷｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｔｉｚａｔｉｏｎꎬｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇａｎｄｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｏｃｉａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｓｙｓｔｅｍｇｒａｄｕａｌｌｙｄｅｅｐｅｎꎬｆｏｒｍｉｎｇｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ.Ｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｓｏｆｔｈｅｓｅｃｏｍｐｌｅｘｓｙｓｔｅｍｓꎬｓｕｃｈａｓｔｒａｆｆｉｃｊａｍｓꎬｒｕｍｏｒｓｐｒｅａｄｉｎｇꎬａｎｄｆｉｎａｎｃｉａｌｃｏｌｌａｐｓｅꎬｃａｎｂｅｒｅｇａｒｄｅｄａｓａｋｉｎｄｏｆ"１＋１<２"ｎｅｇａｔｉｖｅｅｍｅｒｇｅｎｃｅｏｆｓｙｓｔｅｍｃａｐａｂｉｌｉｔｙꎬｗｈｉｃｈｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｄｉｒｅｃｔｌｙｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｙｓｔｅｍｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ.Ｉｔｃｈａｌｌｅｎｇｅｓｔｈｅｃｌａｓｓｉｃａｌｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｔｈｅｏｒｙ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｓｙｓｔｅｍｓｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｍａｉｎｌｙｆｏｃｕｓｅｓｏｎｆａｉｌｕｒｅｓｌａｗｓꎬｗｈｉｃｈｉｎｃｌｕｄｅｓｔｗｏｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ.Ｏｎｅｉｓｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｓｙｓｔｅｍｖｕｌｎｅｒａｂｉｌｉｔｙｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｆａｉｌｕｒｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ.Ｔｈｅｏｔｈｅｒｉｓｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｓｙｓｔｅｍａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｆａｉｌｕｒｅｒｅｃｏｖｅｒｙ.Ｓｙｓｔｅｍｖｕｌｎｅｒａｂｉｌｉｔｙｓｔｕｄｉｅｓｆｏｃｕｓｏｎｅｘｐｌｏｒｉｎｇｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｓｙｓｔｅｍｃｏｌｌａｐｓｅꎬｎａｍｅｌｙｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍ.Ｓｙｓｔｅｍａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｓｔｕｄｉｅｓｆｏｃｕｓｏｎｔｈｅｃａｐａｃｉｔｙｔｏａｄａｐｔａｎｄｒｅｃｏｖｅｒꎬｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｓｙｓｔｅｍｆａｉｌｕｒｅｒｅｃｏｖｅｒｙｍｅｃｈａｎｉｓｍ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｉｓꎬｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｒｅｌｅｖａｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｍｅｔｈｏｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓʒｃｏｍｐｌｅｘｓｙｓｔｅｍꎻｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙꎻｖｕｌｎｅｒａｂｉｌｉｔｙꎻａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ㊀㊀复杂系统具有涌现性ꎬ难以简单地由单元的规律推理得到整体的规律[１￣２]ꎮ系统工程为构建复杂社会技术系统提供指导ꎬ并被广泛应用于各个工业部门中ꎮ在钱学森等老一辈领军学者带领下ꎬ我国的系统科学和工程取得较大发展ꎬ从工程系统走向社会系统ꎬ提出开放的复杂巨系统方法论[３]及其实践形式[４]ꎮ近年来ꎬ系统学内涵得到不断深化并形成丰富理论成果[５￣１２]ꎬ在社会管理[１３]㊁应急救援[１４]㊁农业[１５￣１６]㊁交通运输[１７￣１８]等各领域均做出积极贡献ꎮ在系统工程方法论与技术上ꎬ我国学者提出的ＷＳＲ(物理－事理－人理)方法论[１９]㊁灰色系统方法[２０]㊁ＴＥＩ＠Ｉ方法论[２１]等都在国内外产生了一定影响ꎮ基于火箭及计算机的工程实践ꎬＬｕｓｓｅｒ㊁冯 诺伊曼等人指出随着系统越来越复杂ꎬ可靠性成为了决定社会技术系统能否成功运行的关键问题[２２￣２３]ꎬ可靠性学科随之迅速发展ꎮ２０世纪９０年代ꎬ可靠性系统工程理论被提出[２４]ꎬ进而学者们又进一步细化了可靠性系统工程理论并提出其技术框架[２５]ꎮ近几年ꎬ系统复杂性随着信息技术和智能技术的进步而不断提高ꎮ一方面ꎬ这种复杂性给系统带来了脆弱性挑战ꎬ系统出现了不同于简单系统的故障模式ꎬ形成了 １＋１<２ 的负向涌现ꎮ例如复杂系统内单元之间存在故障耦合ꎬ这使得少量单元的故障可能引发级联失效ꎬ导致整个系统崩溃ꎮ另一方面ꎬ复杂性也可能带来系统的适应性ꎬ可使系统具备从扰动中恢复和适应的能力ꎮ例如生态系统中物种多样性[２６]㊁内稳态机制[２７]㊁共生网络的嵌套性[２８]等在增加了系统复杂度的同时ꎬ也使得种群和个体能在各种各样的风险挑战和环境变化下幸存ꎮ传统可靠性方法是在元件数相对较少㊁元件间关系较为简单的系统上发展起来的ꎬ难以适用于分析复杂系统的可靠性ꎮ为此想要解决这些复杂系统的可靠性问题ꎬ必须借助系统科学研究和发展新理论㊁新方法应对新挑战ꎮ可靠性系统工程的实质是与故障做斗争ꎬ通过研究有关故障的规律ꎬ从而基于故障规律对故障进行事前预防和事后修理[２４]ꎮ对复杂系统可靠性的研究也需要围绕其特有故障机理展开ꎮ系统可能因故障扩散而全面崩溃ꎬ也可能因故障恢复而稳定维持自身性能ꎮ因此可将复杂系统可靠性研究分为考虑故障传播的系统脆弱性研究和考虑故障恢复的系统适应性研究两类ꎮ１㊀考虑故障传播的系统脆弱性研究系统脆弱性是指系统被干扰后容易发生全局性崩溃的性质ꎬ一些具有罕见性㊁突发性等特点的重大事件往往是引发系统崩溃的原因之一ꎮ这类事件通常危害性高且迅速发生ꎬ后果严重并且难以预测ꎮ最为常见的导致系统发生全局性崩溃的原因是故障在系统中的传播ꎮ识别故障传播的机制和途径ꎬ有助于减少系统故障ꎬ降低系统脆弱性并提高可靠性ꎮ１.１㊀复杂网络渗流理论对故障传播的研究可以基于复杂网络渗流理论ꎮ渗流属于几何相变现象[２９]ꎬ统计物理中的渗流理论[３０]定量地刻画了网络整体层面的连通性丧失ꎮ在渗流过程中ꎬ网络的节点/连边被逐步移除ꎬ导致最大连通子团规模(其度量了网络连通性)降低ꎮ网络节点/连边移除的方法包括逐步随机移除节点/连边ꎬ或给定某属性的阈值ꎬ通过提高阈值来逐步移除属性低于阈值的节点/连边等ꎮ渗流过程中存在临界点ꎬ称为渗流阈值ꎬ在临界点附近ꎬ最大连通子团统计上变为０ꎮ以交通网络为例[３１](如图１所示)ꎬ该研究对每条连边(道路)计算了当前道路车速与最大限速的比例(ｒ)ꎮ对于给定的阈值ｑꎬ每条道路可以被分为功能正常的道路(ｒ>ｑ)和故障的道路(ｒ<ｑ)ꎮ对于任何给定的ｑꎬ根据原始路网的交通状态可构建功能性交通网络ꎮ如图１所示ꎬ分别以ｑ为０.１９㊁０.３８和０.６９表示低速㊁中速和高速阈值状态ꎮ随着ｑ值的增加ꎬ交通网络变得更加稀疏(如图１(ａ)~１(ｃ)所示)ꎮ图中只绘制了最大的三个连通子团ꎬ分别用绿色(最大连通子团Ｇ)㊁蓝色(第二大连通子团ＳＧ)和粉色(第三大连通子团)来标记ꎮ在渗流阈值处(ｑ＝０.３８)ꎬ第二大连通子团大小会达到最大值(如图１(ｄ)所示)ꎮ系统故障传播是发生在系统单元上的故障在各单元间扩散的过程ꎮ复杂网络渗流理论可以展现一个复杂网络通过移除网络节点/连边使网络碎片化的过程ꎬ能够对复杂系统脆弱性的内因进行分析描述ꎬ适用于对故障传播的研究ꎮ图１㊀交通网络中的渗流[３１]Ｆｉｇ.１㊀Ｐｅｒｃｏｌａｔｉｏｎｉｎｔｒａｆｆｉｃｎｅｔｗｏｒｋ[３１]１.２㊀故障传播机理利用渗流理论对系统故障传播机理进行研究主要关注系统的扰动模式以及故障传播方式ꎮ系统的扰动模式是指故障出现的方式ꎬ主要包括随机扰动和蓄意攻击两类ꎮ故障传播方式主要指故障的扩散方式ꎬ包括传染病故障模型和级联失效模型等ꎮ下面主要介绍以上两种扰动模式和两种传播方式ꎮ１.２.１㊀系统的扰动模式随机扰动是指节点/连边的故障在复杂网络中随机产生ꎮ研究发现随机扰动下的无标度网络具有优于随机网络的鲁棒性[３２]ꎮ无标度网络是一种度分布(即对复杂网络中节点度数的总体描述)服从或者接近幂律分布Ｐ(ｋ)~ｋ－α的复杂网络[３３]ꎮ理论推导和数值仿真表明幂律分布的参数α<３的无标度网络在随机攻击下难以解体[３４]ꎮ此外研究还发现ꎬ像互联网这种度分布近似为幂律分布的复杂网络ꎬ虽然对于随机删除节点这种攻击具有高度鲁棒性ꎬ但是针对蓄意攻击却相对脆弱ꎮ蓄意攻击是指挑选复杂网络中具有度数高㊁介数高等特征的重要节点ꎬ或权重高㊁重要度高的重要连边进行攻击使其故障的扰动方式ꎮ在蓄意攻击下ꎬ如果按照度的大小顺序来移除节点ꎬ无标度网络只要删除极少数的中心节点就会崩溃ꎬ比随机网络更加脆弱[３２]ꎮ这也表明了无标度网络的高度异质性ꎬ即大部分连边集中于中心节点处ꎮ除了基于节点度数的攻击策略外ꎬ许多研究也基于其他原则的攻击策略分析故障传播ꎬ例如介数或基于其他不同中心性的攻击策略[３５]ꎮ１.２.２㊀系统的故障传播方式常见的系统故障传播模型主要有传染病模型和级联失效模型ꎮ传染病模型是一种引入复杂网络理论来对流行病传染现象进行分析的方法ꎮ传染病模型框架主要基于两个假设:可划分性和均匀混合性ꎮ可划分性是指传染病模型按照个体所处阶段对其进行分类ꎬ并且个体可以在不同阶段之间转化ꎮ均匀混合性是指可以认为任何人都可以感染其他任何人[３６]ꎬ而不需要确切地知道疾病传播所依赖的接触网ꎮ传染病模型可以应用于不同学科领域的场景ꎬ分析不同类型系统的故障传播特征ꎬ对系统的脆弱性进行研究[３７]ꎮ通过传染病模型研究发现ꎬ在故障动态传播过程中ꎬ网络的拓扑结构是很大的影响因素ꎮ例如在疾病传播过程中ꎬ个体主动与已感染个体彻底断开联系[３８￣３９]ꎬ网络拓扑结构因此变化ꎬ进而会产生磁滞等丰富的动力学现象ꎮ级联失效是指初始一小部分单元的故障有可能引发其他单元故障ꎬ进而产生连锁反应ꎬ最终导致网络无法履行正常功能[４０]ꎮ因此级联失效模型可用于研究少数单元的故障是否会触发整个系统的故障等问题ꎮ级联失效模型大致可分为基于负载重新分配㊁基于节点相互依赖关系和基于邻居生存数量等三大类[４１]ꎮ在基于负载重新分配的级联失效模型中ꎬ每个单元有相应的容量并承担一定的负载ꎮ当某单元故障时ꎬ其所承担的负载会重新分配给其他单元ꎮ重新分配后ꎬ其他单元节点的负载可能超出容量ꎬ然后出现新的故障ꎬ从而引起故障传播ꎮ最直接的一类假设是ꎬ故障节点的负载会传播给邻居节点ꎬ如纤维束模型(ｆｉｂｅｒｂｕｎｄｌｅｍｏｄｅｌ)[４２]㊁沙堆模型[４３￣４４]等ꎮ研究者围绕这些模型分析了网络的脆弱度如何随网络结构异质性等因素而改变ꎮ此外ꎬ在输送物质㊁能量㊁信息的基础设施网络中ꎬ流量重配策略并不只是简单地分配给邻居[４５]ꎮ２００２年Ｍｏｔｔｅｒ等[４６]提出的级联失效模型则假定每对节点之间的流量(如因特网中的数据流量㊁交通系统中的车辆流量)按照最短路径分配ꎬ每个节点的负载是该节点的介数(通过该节点的最短路径数量)ꎬ容量是初始负载的１＋α倍ꎬ其中α为大于０的容忍(ｔｏｌｅｒａｎｃｅ)参数ꎮ该模型表明ꎬ对于该类流量为负载的异质网络ꎬ级联失效机制也会引发类似于只攻击关键节点而造成整个系统崩溃的现象ꎮ在基于节点相互依赖关系的级联失效模型中ꎬ节点与节点之间存在依赖关系ꎬ某个节点故障会引发依赖于该节点的相关节点发生故障ꎮ例如ꎬ互联网依赖于电力网络供电ꎬ电力网络依赖于互联网进行控制ꎬ电力网与互联网形成了相互耦合的网络ꎮ电力网络中的节点失效ꎬ将会导致依赖该节点的互联网中的节点失效ꎬ进而引发依赖于这些互联网节点的电力网络节点失效ꎬ故障不断传播导致系统崩溃ꎮ对该耦合网络模型[４７]的研究发现ꎬ耦合关系较强时会产生不连续的渗流相变ꎬ即最大连通子团规模随着删去节点比例的增加而不连续地跳变为０ꎮ这对于系统风险的预测㊁管理是十分不利的ꎮＰａｒｓｈａｎｉ等[４８]提出了一个分析框架ꎬ用于研究同时包括连接关系连边和依赖关系连边的网络的稳健性ꎮ研究表明连接关系连边的故障和依赖关系连边之间存在协同作用ꎬ并引发了级联故障的迭代过程ꎬ对网络稳健性产生破坏性影响ꎮＬｉ等[４９]建立了空间嵌入的相互依赖网络模型ꎬ并发现首次故障的范围超过阈值半径时就可能导致全局崩溃ꎮ上述负载重新分配的级联失效模型也可以建模为节点间相互依赖关系[５０]ꎮ在基于邻居存活数量的级联失效模型中ꎬ当节点邻居存活数量小于给定阈值时节点故障ꎮ这一类模型包括阈值模型(ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｍｏｄｅｌ)[５１]㊁ｋ￣ｃｏｒｅ渗流[５２]以及Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ渗流[５３]等模型ꎮ阈值模型中ꎬ每个节点故障当且仅当邻居故障的比例超过该节点的阈值ꎬ从而初始故障节点可能触发整个系统的崩溃ꎮｋ￣ｃｏｒｅ渗流过程中ꎬ度小于ｋ的节点会被移除ꎬ移除节点可能带来其他节点的度也小于ｋꎬ从而引发级联失效的现象ꎮｋ￣ｃｏｒｅ渗流能够区分出核心节点与边缘节点ꎬ可用于分析网络结构㊁识别脆弱节点[５４]ꎮＢｏｏｔｓｔｒａｐ渗流模型中ꎬ初始激活ｆ比例的节点ꎬ其他节点若有ｋ个邻居激活则也会被激活ꎬ从而产生级联现象ꎮ此外ꎬ除了基于故障传播模型之外ꎬ随着人工智能的发展ꎬ神经网络㊁图学习等方法也逐渐用于研究故障传播[５５]ꎮ１.３㊀基于故障传播模型的可靠性研究上述故障机理揭示了复杂系统故障的传播规律ꎬ为分析和降低系统脆弱性提供有力的理论支持ꎮ目前研究者们基于故障传播模型展开了对系统可靠性方法的研究ꎬ包括对复杂系统的可靠性设计㊁可靠性评估㊁关键节点识别等ꎮ在复杂系统可靠性设计方面ꎬＡｄｉｌｓｏｎ等[５６]提出了一种基于在初始攻击后选择性地进一步移除部分节点和连边的无成本防御策略ꎬ通过移除部分单元阻断了故障级联传播ꎬ提高系统的可靠性ꎮＹｉｎｇｒｕｉ等[５７]研究了相互依赖网络的负载重分配策略ꎮ相互依赖网络中ꎬ故障连边的一部分负载会通过耦合关系转移给相互依赖的另一个网络上ꎮ该研究提出了通过恰当选择网络耦合强度(一个网络中分配给其他网络的负载比例)可以增加两个网络生存的可能性ꎮＣｈｒｉｓｔｉａｎ等[５８]提出了通过正确选择一小部分节点进行自治(独立于网络其他部分)可以显著提高鲁棒性ꎮ研究发现介数和度是选择此类节点的关键参数ꎬ通过保护介数最高的少数节点可显著降低系统崩溃的可能性ꎮＳｃｈäｆｅｒ等[５９]提出了在故障发生时重新分配负载的策略ꎮ该策略中基于最短流路径的策略能够将之前的异构负载分布的网络节点和链路变为更加均匀的负载分布ꎮ这些流路径的使用能够增加网络的鲁棒性ꎬ同时减少网络容量布局的投入成本ꎮＰａｓｔｏｒ￣Ｓａｔｏｒｒａｓ等[６０]提出了依赖于网络特定无标度结构的最佳免疫策略ꎬ为避免故障传播并提高系统鲁棒性提供了理论分析ꎮ在复杂系统可靠性评估方面ꎬＬｉ等[３１]对交通流网络进行渗流分析ꎬ发现在渗流阈值附近交通系统的连通状态会从全局连通变为局部连通ꎬ为控制系统拥堵提供了有效帮助ꎮ此外ꎬＬｉ等[５０]发现因局部故障引发的故障呈现辐射状以近似常速进行传播ꎬ通过理论分析给出故障传播速度则随着单元对故障的容忍程度的升高而降低ꎬ并在大量网络中得到了验证ꎮＺｅｎｇ等[６１]基于渗流理论对故障模式进行研究ꎬ提出了涵盖交通拥堵从出现㊁演化到消散整个生命周期的健康管理框架ꎬ为未来交通的智能管理提供了理论支撑ꎮ在识别关键节点方面ꎬＹａｎｇ等[６２]提出了一个动态级联失效模型ꎬ模拟了电网系统中的级联故障ꎮ研究基于该模型识别出了电网的关键脆弱节点并发现给定电网中的相同扰动会在不同条件下导致不同的结果ꎬ即从没有损坏到大规模级联ꎮＮｅｓｔｉ等[６３]构建了故障传播模型ꎬ对电网的故障模式进行识别ꎬ根据故障的可能性对线路故障模式进行排序ꎬ并确定了此类电网最可能的故障发生方式和故障传播方式ꎮＬｉｕ等[６４]利用小世界网络理论分析了系统的拓扑结构统计特性ꎬ提出了基于小世界聚类的故障传播模型ꎬ并利用Ｄｉｊｋｓｔｒａ算法找到了具有高扩散能力的故障传播路径和相关关键节点ꎬ验证了该方法能够有效地发现系统的薄弱点ꎬ为设计改进和故障预防提供重要依据ꎮ２㊀考虑故障恢复的系统适应性研究适应性是指系统在不断变化的环境中仍然保持自身性能的能力ꎮ系统适应性使系统能从压力中恢复[６５]ꎬ反映系统适应性的两个关键因素分别是系统降级程度和系统性能恢复时间[６６]ꎮ图２展示了系统性能在扰动前后的变化[６７]ꎮｔｅ时刻系统受到扰动ꎬｔｄ时刻系统受扰结束ꎬ系统性能水平由Ｆ(ｔ０)降至Ｆ(ｔｄ)ꎮｔｓ时刻系统开始恢复性能ꎬｔｆ时刻系统到达最终平衡状态ꎬ系统性能水平恢复至Ｆ(ｔｆ)ꎮ图２㊀系统性能指标特征在扰动不同阶段下的变化[６７]Ｆｉｇ.２㊀Ｃｈａｎｇｅｓｏｆｓｙｓｔｅｍｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｄｉｃａｔｏｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓｔａｇｅｓ[６７]２.１㊀复杂系统适应性的景观理论复杂系统对扰动的适应过程可用动力系统理论进行建模ꎮ动力系统理论中ꎬ系统由一组状态变量所刻画ꎬ系统状态变量的各个分量联合定义了系统是否健康可靠ꎮ一个处在健康状态的复杂系统ꎬ在扰动下可能会突然进入故障状态ꎬ例如生态系统的物种灭绝[６５]㊁热带雨林的沙地化[６８]㊁金融危机[６９]等等ꎮ系统状态变量的演化规律由微分方程或随机微分方程所描述ꎬ系统的稳定状态就是微分方程的吸引子[７０]ꎬ系统内可能存在多个吸引子ꎮ外界对一个复杂系统的状态变量ｘ或者系统参数θ进行扰动ꎬ系统因适应性不会直接脱离现有吸引子状态ꎬ依旧维持稳定ꎮ但当扰动足够大ꎬ超过系统恢复能力的临界点ꎬ使系统无法适应该变化时ꎬ系统可能脱离原有的吸引子状态ꎬ被其他吸引子吸引ꎮ由于微分方程或随机微分方程常常可由能量景观所表示ꎬ复杂系统扰动前后的适应过程可以用景观进行直观描述[７１](如图３所示)ꎮ系统可以看作景观曲面上运动的小球ꎬ景观高度表示系统的能量(Ｌｙａｐｕｎｏｖ函数值)ꎬ小球倾向于往系统能量低的状态运动ꎬ即小球会倾向于向谷底运动ꎮ如图３(ａ)所示该景观有两个 谷底 ꎬ每个 谷底 表示一个吸引子ꎮ对处于健康态的系统施加扰动ꎬ系统状态发生改变ꎬ对应于图中实心小球的移动ꎮ小扰动下系统状态不会脱离健康态吸引子ꎮ大扰动下系统则会脱离健康态吸引子ꎬ进入故障态ꎮ对系统参数θ的扰动ꎬ对应于图中三维景观形状的改变(如图３(ｂ)所示)ꎮ当系统参数改变到临界点时ꎬ健康态失稳ꎬ系统发生故障ꎮ而当系统健康态对应的吸引域越大㊁越深时ꎬ系统越容易在扰动后保持在健康态ꎮ图３㊀系统的三维景观示意图Ｆｉｇ.３㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｌａｎｄｓｃａｐｅ在处理由少数变量描述的低维系统时ꎬ只需沿用经典的动力系统理论即可ꎮ但当处理由高维状态变量描述的系统时ꎬ例如大量基因组成的调控网络或由大量物种组成的生态系统ꎬ就会面临状态空间指数爆炸㊁系统参数多等困难ꎮ对于此类高维系统ꎬ可结合统计物理中的粗粒化㊁平均场近似等技术来克服局限性[７２￣７３]ꎮ近年来ꎬ自旋玻璃理论被引入用于分析生态系统的稳态性质[７４]ꎮ例如Ａｌｔｉｅｒｉ等[７５]使用自旋玻璃中的Ｒｅｐｌｉｃａ方法对广义Ｌ￣Ｖ方程进行求解ꎬ发现了低噪音下存在玻璃相ꎬ系统吸引子的个数正比于变量数的指数倍ꎮＧａｏ等[７６]对包括基因㊁化学反应等多种类型网络动力学进行粗粒化得到了系统崩溃的临界点ꎮ２.２㊀基于景观理论的系统适应性分析景观理论能够衡量系统是否即将发生故障或者崩溃ꎬ并揭示复杂系统崩溃的根源ꎬ为分析系统适应性提供支持ꎬ被广泛应用于不同领域ꎮ例如在生物领域ꎬＨｕａｎｇ等[７７]发现了癌症等疾病可以理解为基因调控网络动力学中的吸引子ꎮ这种吸引子可能是正常细胞中本就具备的ꎬ也可能是基因突变后产生的ꎮ在生态领域ꎬＨｏｅｇｈ￣Ｇｕｌｄｂｅｒｇ等[７８]分析了珊瑚礁的恢复能力ꎬ识别了珊瑚生长速率(系统参数)的临界点ꎮ当珊瑚生长速率下降到临界点ꎬ原本由珊瑚主导的生态环境将突变为水藻主导的生态环境ꎮ在社会科学领域ꎬ极端思想的传播在互联网属于一种故障态对应的吸引子ꎮＪｏｈｎｓｏｎ等[７９]建立了网络极端思想的模型ꎬ指出了由于极端思想网络的适应性ꎬ单个平台大幅度封杀并不足以使极端思想在互联网上灭绝ꎬ反而可能加剧极端思想的发展ꎮ将复杂系统的崩溃或者故障建模为健康状态吸引子的失稳ꎬ也可以指导不同领域复杂系统可靠性设计和诊断ꎮ在复杂系统可靠性设计方面ꎬ研究发现元素间存在强耦合的系统容易存在临界点ꎬ减少耦合可避免系统发生突变[４０]ꎮ随着复杂系统单元之间的交互变强ꎬ系统单元的行为可能会严重改变或损害其他单元的功能或操作ꎮ因为强耦合系统的动态变化往往很快ꎬ可能超过人类反应的速度ꎮ金融危机就是强耦合导致系统崩溃的事例ꎮ因此为了使系统具有更高的可靠性ꎬ需要适当降低系统中的耦合强度ꎮ在可靠性诊断方面ꎬ有研究利用临界点附近存在临界慢化[８０]以及闪烁(ｆｌｉｃｋｅｒｌｉｎｇ)[８１]等现象实现对系统状态(是否达到临界点)的预测[８２]ꎮ例如ꎬＶｅｒａａｒｔ等[８３]构建了蓝藻微观世界来测试临界慢化现象ꎬ蓝藻微观世界受到扰动的实验表明ꎬ临界慢化确实发生ꎬ恢复速度可用于衡量复杂系统的恢复能力ꎬ预测系统到临界状态的距离ꎬ从而判断系统是否即将崩溃ꎮ３㊀讨论与结论可靠性学科是一门与故障做斗争的学科ꎬ复杂系统可靠性的研究主要围绕故障展开ꎮ故障有两种演化方向:故障扩散与故障恢复ꎮ研究从这两个角度出发ꎬ一是考虑故障传播的系统脆弱性研究ꎻ二是考虑故障恢复的系统适应性研究ꎮ系统脆弱性研究的重点在于挖掘系统崩溃的内在机理ꎬ即故障的传播机理ꎮ系统适应性研究的重点在于基于动力系统与景观理论挖掘系统故障恢复机理ꎬ包括分析系统故障恢复的临界点ꎮ基于故障传播[３１ꎬ５０]和故障恢复机理[８４￣８６]ꎬ提出了一系列复杂系统可靠性技术ꎬ从而实现对复杂系统的评估㊁诊断㊁调控[８７￣８９]ꎮ伴随着全球化以及信息技术的发展ꎬ交通系统㊁电力系统㊁金融系统等系统必将越发复杂ꎬ系统内单元数量以及关联程度都将大大增加ꎮ单元间的相互依赖可能使少数单元的故障引发整个系统的级联失效ꎬ单元间的复杂相互作用也可能产生未知的故障态吸引子ꎬ产生负向涌现ꎮ因此ꎬ构建㊁维护复杂系统必将面临可靠性的挑战ꎮ在过度耦合带来风险的同时ꎬ也可以利用系统的复杂性来增强系统的可靠性ꎮ如何通过在系统内恰当地引入复杂性(单元之间恰当的组织形式)以赋予系统自我恢复能力ꎬ将是未来构建高可靠复杂系统的关键[９０]ꎮ参考文献:[１]于景元.钱学森系统科学思想和系统科学体系[Ｊ].科学决策ꎬ２０１４(１２):１￣２２.ＤＯＩ:１０.３７７３/ｊ.ｉｓｓｎ.１００６￣４８８５.２０１４.１２.００２. [２]ＧＡＬＬＡＧＨＥＲＲꎬＡＰＰＥＮＺＥＬＬＥＲＴ.Ｂｅｙｏｎｄｒｅｄｕｃｔｉｏｎｉｓｍ[Ｊ].Ｓｃｉｅｎｃｅꎬ１９９９ꎬ２８４(５４１１):７９.ＤＯＩ:１０.１１２６/ｓｃｉｅｎｃｅ.２８４.５４１１.７９.[３]钱学森ꎬ于景元ꎬ戴汝为.一个科学新领域:开放的复杂巨系统及其方法论[Ｊ].自然杂志ꎬ１９９０ꎬ１２(１):３￣１０. [４]钱学森.创建系统学[Ｍ].太原:山西科学技术出版社ꎬ２００１:１１.[５]郭雷.系统科学进展[Ｍ].北京:科学出版社ꎬ２０１７.[６]方福康.神经系统中的复杂性研究[Ｊ].上海理工大学学报ꎬ２０１１ꎬ３３(２):１０３￣１１０.ＤＯＩ:１０.１３２５５/ｊ.ｃｎｋｉ.ｊｕｓｓｔ.２０１１.０２.００６.[７]方福康ꎬ袁强.经济增长的复杂性与 Ｊ 结构[Ｊ].系统工程理论与实践ꎬ２００２ꎬ２２(１０):１２￣２０.ＤＯＩ:１０.３３２１/ｊ.ｉｓｓｎ:１０００￣６７８８.２００２.１０.００３.[８]王众托.知识系统工程与现代科学技术体系[Ｊ].上海理工大学学报ꎬ２０１１ꎬ３３(６):６１３￣６３０.ＤＯＩ:１０.１３２５５/ｊ.ｃｎｋｉ.ｊｕｓｓｔ.２０１１.０６.００７.[９]彭张林ꎬ张强ꎬ杨善林.综合评价理论与方法研究综述[Ｊ].中国管理科学ꎬ２０１５ꎬ２３(Ｓ１):２４５￣２５６.[１０]陈光亚.向量优化问题某些基础理论及其发展[Ｊ].重庆师范大学学报(自然科学版)ꎬ２００５ꎬ２２(３):６￣９.ＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１６７２￣６６９３.２００５.０３.００２.[１１]狄增如.探索复杂性是发展系统学的重要途径[Ｊ].系统工程理论与实践ꎬ２０１１ꎬ３１(Ｓ１):３７￣４２.[１２]吴俊ꎬ邓宏钟ꎬ谭跃进.基于自然连通度的随机网络抗毁性研究[Ｃ]//第五届全国复杂网络学术会议论文(摘要)汇集.青岛:中国工业与应用数学学会ꎬ２００９:１００.。
中外专家聚焦复杂系统建模与仿真技术挑战与机遇
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此 次论坛 以“ 复 杂 系统 建模 与仿 真 ” 为主题 ， 围绕 复
科技 Ｅ ｌ 报讯 （ 记者过 国忠 通讯员李佳敏 张海峰 ）
由 中 国工程 院主 办的 国际 工程科 技 发展 战略 高端论 坛
高效让农 民不再流 泪
［ 导读］近 日 ， 在 中国气象科学研究院举行 的农作物
病 害监 测 预 报技 术研 讨 会 上 ，一 项研 究成 果让 来 自农
近日 在江苏省无锡市举行 ， 来 自系统建模仿真领域的国
段 已表 现 出一 定 的局 限性 。 目前 ， 融 合 系统 科 学 、 控 制
近 日， 在 中国气象科 学研 究院举行的农作物病害监 测预报技 术研讨会上 ， 一项研究成果让来 自 农业、 气象、
自动化 等 众 多领 域 的专 家眼前 一 亮— — 历经 多年 ， 小麦
科学、 计算机科学、 智能科学、 管理科学等现代科学技术 发展起 来的建模仿真技术 ， 正作为一种新的手段与理论 和实验等研 究手段一起成为推进复杂 系统研 究的重要
真领 域 的 国际知 名专 家， 共 同就 复杂 系统 建模 仿 真技 术
研 究现状 ， 以及 目前 存在 的相 关技 术 问题瓶 颈与 解 决方 法 等， 进 行 了深入研 讨 并提 出新 思路 。
在《第四届全国计算机仿真大奖赛决赛及颁奖典礼》上的讲话孙帕林
年，迈向更加富有挑战性的 ２ １ 年。在新的一年里，对于计算机仿真领域来说，我国 ０１ 的经济建设 和科 学技术发展都 已进入 “ 十二五”发展 的新 阶段 。科技部部 长万钢最近在 首届 两弹一星历史研 究高层论坛 上表 示，中国正在进行核 电、油 气田、新一代 互联 网、大飞机制造等十六个重 大科技 专项的研发 ， 这些 关乎 民族 生存 和发展 的重大课题需 要 两弹一星所体现 的社会主 义集中力量 办大事的优 势。同时 ，大家也 清楚地看到 了 “ 天 宫一号”与 “ 舟八 号”交会对接任 务的顺利进行 。中国成为继美、俄后 第三个独 立完 神 全掌握空间自动交会对接技术的国家。无不凸显出我国科学技术的巨大贡献，国防现代 化建设不断发展 。再就是，国家为了应对气候异常，实施节能降耗 ，而带来的国民经济 转型 ，迫切 需要发展绿 色经济 、 循环经济与低碳 经济等等。这其 中， 多领 域 （ 许 或课题 ） 都是 迫切 需要计算机仿真技 术的 大力支持 。 １ 、本次大奖赛，全国有数百个参赛队，决赛阶段的参与者就是在激烈竞争 中脱颖 而 出，并且是获得 了一等 奖的单位 。 因而是 幸运 而光 荣的 １ ２ 、我们 国家正处在转型期 ，要从政治 大国走 向政 治强 国，从 经济大 国走 向经济强 国，从军事 固国走向军事强 国，从 科技 大 国走 向科技 强国。要 支撑社会可持续发展 。决 策要 更加科学的手段 ，需要通过虚拟 ／ 仿真技 术来研 究 、制定政 策 。我 国仿真 学术界 的 些知名 专家学者 （ 如：李伯虎 、王子才、蒋酆平等 ） 都参与 了国家重大项 目的仿真课 题的分析论证 。仿真界 的专 家学者都有一种预感 ，如 同前 些年手机 、网络 、信 息的超乎 寻常的发展 。仿真技术 已经面临空前的大发展 时期 ！陈定 昌院士最近有一个说 法，“ 网 络到哪儿，仿真到哪儿！ ”专家学者的这种说法，就是对于 “ 泛在信息”与 “ 泛在仿真”
电机驱动系统消隙技术研究与仿真实现
Micr ocomputer Applica tions V ol.27,No.12,2011开发应用微型电脑应用2011年第27卷第12期36文章编号：1007-757X(2011)12-0036-03电机驱动系统消隙技术研究与仿真实现张原，勾潇薇，孙磊摘要：为了提高机械传动系统的稳定性，针对电机驱动系统中的齿隙非线性问题，从动力学的角度对其产生过程进行描述分析并建立弹性作用力模型；通过机理分析法，对单电机伺服系统进行建模，并对其采用角差反馈控制法来减小齿隙非线性对系统性能的不良影响，并检验其有效性，在此基础上，研究了双电机驱动系统模型，考虑其电机的同步控制问题，最终进一步设计了关于双电机的差速补偿控制消隙方法，仿真结果验证了所采用的方法在控制系统消除齿隙方面的可行性。
关键字：齿隙非线性；角差反馈；差速补偿中图分类号：TP273文献标志码：A0引言随着科学技术的飞速发展，机械传动系统广泛存在于工业、军事、航空航天及日常生活等各个领域，相对的我们也将对其可靠性提出更高要求。
齿隙非线性，作为一种最主要的影响系统控制性能的非线性特性[1]，它在齿轮机械传动过程中是不可避免的，也是影响系统动态性能和稳态精度的重要因素。
如果不能消除齿隙的影响，它会使系统输出量在相角上产生滞后，而相角滞后将使系统的稳定裕度减小，从而使系统动态性能变坏，甚至使系统变得不稳定[2]。
因此对电机传动系统中存在的齿隙非线性及消隙方法展开深入研究，具有重要的理论意义和工程应用价值。
1齿隙非线性环节从动力学角度描述齿隙非线性产生过程：两级齿轮间是通过产生的转角差转化成两级齿轮间的弹性力来进行传动的[3][4]。
当驱动级齿轮的转角与输出级齿轮等效转角(考虑了两级齿轮间的传动比)之间的差值足以克服齿轮间的单侧传动间隙时，该转角差通过两级齿轮的啮合转化成弹性接触力的作用；而当两级齿轮间的差值不足以克服两级齿轮间的单侧传动间隙时，则两齿轮处于分离状态，转角差不能转化为弹性接触力作用，使输出级齿轮处于失控状态。
2015年仿真应用分会新年茶话会会议纪要
陈 正清 原 理事 长 、唐群 秘 书长 ，军事 科学 院孙 柏 林将 军 ，装 甲兵 工程 学 院郭 齐胜 少将 ，空军指 挥 学 院毕长 剑 少将 ，北京 科 技大 学 马正午 教授 和 涂序彦 教 授 ，航 天 科工 ｌ ７所周 炎勋 研 究员 ，以及 来 自于 中科 院、航 天科 工 １ ７所 、航 天科 工二 院二 部 、航 天科技 １ ２所 、航 天 科技 ５ ０ ２所 、北京 工商 大学 、
息万变 的信息 变化 。 孙 柏林 将 军建 议 《 计算机 仿 真 》的 内容可 以再广泛 些 ，关 注 当前 社 会 、技 术 发展 的前 沿 。新常
态转 型 中 的很 多 问题 需要 仿真 ，２ ０ １ ５年也 是 深化 改革 的关键 年 ，对 于十 三五 的规 划可 以先 做仿 真方
北京 科 技大 学 、北 京信 息科 技大 学 、海 军核安 全 局 、《 计算 机仿 真 》杂 志社 等单 位 的在京 副理 事长 、 荣 誉 理事 、理 事 、《 计算 机 仿真 》 编委 、编 辑和 顾 问等 。会 议 由分 会秘 书 长 王会 霞主 持 ，并汇 报 了 ２ ０ １ ４年 的工 作总 结 。２ ０ １ ４年 分会 共 组织 了 ５次活 动 ，分 别是 ： 庆贺 《 计 算机 仿真 》创 刊 ３ ０周 年 ； 召开 ２ ０ １ ４年度 在京 理 事新年 茶 话会 ； ２ ０ １ ４南 方 高层论 坛在 广 州成 功举 办 ； 第 九 届 中国系 统建 模 与仿真 技 术 高层论 坛在 北航 召 开 ；
２ ０ １ ５年仿真应用 分会 新年茶话会会议 纪要
秘书长 王会霞
一
年之 计 在 于春 ，新年 伊 始 ，中 国计算机 用 户协 会仿 真应 用分 会 （ 以下 简称 仿真 分会 ）新 年茶
峰会论坛会议手册
会议议程时间：2011年11月23日13:30-17:30地点：川投国际酒店1F锦程厅主持人：叶甜春中国科学院微电子研究所所长研究员议程时间内容13:30-13:40 双流县领导致辞专题报告13:40-14:10新一代网络体系结构研究及其对物联网的影响李乐民中国工程院院士电子科技大学教授14:10-14:40中国物联网技术发展趋势和挑战王曦中国科学院院士中国科学院上海微系统与信息技术研究所所长14:40-15:10物联网技术在山地灾害监测预警中的应用——需求、问题、现状与突破展望陈宁生中国科学院成都山地灾害与环境研究所研究员15:10-15:40物联网应用中的中间件技术杨运平四川九洲电器集团有限责任公司副总设计师技术与成果信息发布15:40-16:00 中国科学院合肥智能机械研究所王儒敬常务副所长16:00-16:20 中国科学院微电子研究所王文武科技处处长16:20-16:40中国科学院自动化研究所李学恩传感网络与应用研究中心主任副研究员16:40-16:55 成都物联网产业研究发展中心刘亚强副部长16:55-17:10 四川凯路威电子有限公司彭泽忠董事长17:10-17:25 成都科诺德信息技术有限公司柳岸副总经理嘉宾简介论坛主持人叶甜春研究员，博士生导师。
1986年毕业于复旦大学电子工程系。
现任中国科学院微电子研究所所长、中国物联网研究发展中心主任、中国半导体行业协会副理事长。
2009年，担任国家科技重大专项“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”总体专家组组长，被国务院任命为专职技术责任人，是中国集成电路制造技术研发领域的首席技术决策专家。
主要从事集成电路工艺与设备技术、半导体器件与电路领域研究工作，先后发表论文(含合作论文)200多篇，取得专利数十项（含合作专利）。
先后获得国家科技进步二等奖2项、北京市科技进步一等奖3项，中国科学院科技进步二等奖2项。
中国科学院青年科学家奖。
嘉宾简介演讲嘉宾王曦中国科学院院士1966年出生于上海。
飞轮储能系统建模与仿真研究
飞轮储能系统建模与仿真研究杨锋;于飞;张晓锋;贺慧英【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2011(031)004【摘要】为研究独立电力系统采用飞轮储能系统对大功率脉冲负载的供电性能,本文在分析了飞轮储能系统工作原理基础上,对飞轮储能系统建模与仿真开展了研究.采用了PSCAD/EMTDC软件搭建按照其实际组成搭建了SPWM控制的变流器及触发控制信号仿真模型,利用具有大转动惯量、小摩擦系数和小阻力转矩的负载模拟飞轮转子,建立了飞轮储能系统的全系统模型.通过对建立的模型进行仿真,给出了飞轮储能系统在储能状态、放能状态及两者之间的转换过渡时刻的转速、转矩、电流及母线直流电压响应曲线,深入分析表明,该仿真结果与理论完全一致,证明了飞轮储能负载的仿真模型是正确有效的.研究的相关结论可用于相关电力系统供电稳定性的仿真设计.【总页数】5页(P3-7)【作者】杨锋;于飞;张晓锋;贺慧英【作者单位】海军工程大学电气与信息工程学院,武汉430033;海军工程大学电气与信息工程学院,武汉430033;海军工程大学电气与信息工程学院,武汉430033;海军工程大学电气与信息工程学院,武汉430033【正文语种】中文【中图分类】TK824;TM712【相关文献】1.用于风电机组并网功率控制的飞轮储能系统研究与仿真 [J], 张海;梅柏杉;崔韬;魏春雪;陈志华2.用于风电机组并网功率控制的飞轮储能系统研究与仿真 [J], 张海;梅柏杉;崔韬;魏春雪;陈志华3.飞轮储能系统充放电过程建模与仿真研究 [J], 李保军;王志新;吴定国4.基于新型仿真软件DIgSILENT的飞轮储能系统建模 [J], 欧阳玉兰5.飞轮储能系统仿真研究 [J], 张磊;王绍琨;甘时霖;杨文剑;李仁伟;李海因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
第八届中国系统建模与仿真技术高层论坛获奖论文评选小结
论文特 点 ： 从 复杂 系统论 的角度 来 思考和研 究作 战仿 真 问题 ，是现代 作战仿真研 究的重要发展 方向之一 。文章利 用 Ａ ＢＭ（ Ａｇ ｅ ｎ ｔ Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ Ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ） 建模和仿 真方法 ， 自下而上构 建实用的 作战智 能体模型 ，同时提 出了利 用态势场模 型评估 某型 武器 系统作 战能力 ， 取得 了较好 的
结果 。
三等奖论文 （ ３ 篇） ： （ １ ）兰州理 工大学材料 学与工程 学院 李旭 东： 《 从仿 真看 ３ Ｄ 打印及其若干 问题 》 ； （ ２ ）太原科技 大学计算机科 学与技 术学院智能软件研 究 室 仇建平等 ： 《 牵制控制 下 复杂 网络的 同步性研究 》 ； （ ３ ）空军工程大学航 空航 Ｇ－ Ｚ － 程 学院 姜久龙等 ： 《 基于分数阶 自抗扰控 制器的飞机 自 修 复控制研 究》 ； 论文特点 ： 这 三篇论 文的共 同特点是 ： 文章选题 明确 、 针对性强且具体 ， 论据充 实而且有完整的 阐述 ，研 究结果都 有很好 的应用前景 ，具备 了较为优 秀的论文特点。 提名奖论文 （ １ １ 篇） ： （ １ ） 西北工业 大学 张政等 ： 《 雷达探测 范围三 维建模与 可视化 》； （ ２ ） 中航 工业 雷达与 电子设备研 究院 欧爱辉 ：《 一种基 于多信号流 图的 雷达 系统
第八届 中国系统建模 与仿真技 术高层论 坛
获 奖 论 文 评 选 小 结
马 正 午
各位 专 家 、各 位 代 表 ：
我代表 第八届论坛获 奖论文专 家评 选小组 来汇报 本次论 文的评选情况。 年一度 的 中国 系统建模 与仿 真技 术高层论坛 ， 已经走过 了八个春秋 ， 八年来论坛对 中国系统建模 与仿真技术理论发展及其应 用 ，起到 了非常好 的推动作用 ，值得称赞 。
基于AMESim的汽车液压ABS建模与仿真
收稿日期:2011-03-10基金项目:汽车安全与节能国家重点实验室开放基金(11151);汽车动态模拟国家重点实验室开放基金(20091113)作者简介:徐国民(1984-),男,江苏宿迁人,硕士研究生,主要从事汽车电子及控制技术的研究.文章编号:1006-3269(2011)01-0037-06基于AM ESim 的汽车液压ABS 建模与仿真徐国民1,马明星1,2,黄锦川2,管延才1(1.扬州大学机械工程学院,江苏扬州225127; 2.汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084)摘 要: 利用ABS 混合仿真试验台实测制动压力,对某型号A BS 进行阶梯增减压制动的实验测试.在分析ABS 液压系统的组成和工作原理的基础上,基于A M ESim 建立了包括液压调节器、制动主缸、电磁阀及制动轮缸等模型.仿真了阶梯增减压制动.正常制动、常加常减制动的仿真结果与实验结果基本一致.结果表明:所建液压A BS 系统模型和参数的设置是比较准确的.该研究为A BS 轮缸压力的精细调节和精确理论建模提供了重要的实验和理论依据.关 键 词: A BS;液压系统;A M ESim;仿真实验中图分类号: U 463.5 文献标识码: A do i:10.3969/j.issn.1006-3269.2011.01.009防抱死制动系统(Anti 1o ck Braking Sy stem,以下简称ABS)是汽车主动安全技术的重要领域.国外虽然已经有成熟产品,但由于国外技术的保密,其压力控制模型和具体技术参数很难获取,而国内ABS 技术并不成熟,主要依赖于进口.中国目前对ABS 制动系统的研究,大多集中在ECU(Electronic Co ntro l Unit)的控制理论及ABS 的匹配试验方面,而对ABS 液压系统的理论模型研究相对较少,因此,在理论模型包含的多个液压单元的诸多重要参数的选择和匹配问题上缺乏系统的理论研究[1].本文以AM ESim 软件为平台,建立了完整的ABS 液压系统模型,设置相关参数并仿真了阶梯增压、减压制动.其仿真结果与实验结果基本一致.本文还通过实验验证了所建模型的正确性,并在此基础上仿真了正常制动和常加常减制动.其结果为以后的ABS 轮缸压力的精细调节和精确理论建模提供了重要的实验和理论依据.1 ABS 液压系统数学模型1.1 ABS 液压系统的组成图l 为典型的ABS 液压系统结构组成.在制动时,制动踏板力经真空助力器的放大后作用在总泵上;总泵的2条输出管路分别将压力作用在交叉的2个车轮上.1.2 ABS 液压系统的工作原理ABS 液压系统的工作原理是利用电磁阀的开关动作实现轮缸内的增压、保压和减压3种状态.ABS 未动作时,增压阀常开,减压阀常闭;在紧急制动情况下,驾驶员踩下制动踏板,压力很快上升,当车轮有抱死趋势时,关闭增压阀,进行保压,如果车轮仍有抱死趋势,则打开减压阀,进行减压.在图1所示的减压过程中,制动液的流动通道为:左前轮轮缸 回油电磁阀 ABS 低压储液器 回油单向阀 ABS 回油泵 回油单向阀 制动总泵 储液室[2].随着制动轮缸中的制动液流回储液室,轮缸中的压力降低,使车轮转速充分恢复,然后再重新进入升压阶段.在升压过程中,为了保持制动过程的平顺性而防止出现振荡,一般采用阶梯升压策略[3].这种压力调节方式的特点在于:压力的变化是非连续的,但通过3种压力状态的高速切换,可实现精细的压力调节,并且具有简单、可靠和便于电气控制的优点.因此,这种压力调节方式得到了广泛应用.1.总泵2.液压调节系统3.增压阀4.减压阀 5、8.蓄能器 6.ABS电机 7.ABS回油泵 9.进油电磁阀 10.出油电磁阀图1 ABS液压系统结构组成示意图1.3 主要液压元件的数学模型根据流体力学的相关理论可以建立描述系统主要液压元件动态性能的数学模型,为汽车ABS液压系统动态性能仿真分析和液压单元设计提供理论依据[4].1.3.1 ABS电磁阀模型加压阀主要由动铁和阀芯、静铁、回位弹簧、隔磁管、阀座等零件组成,如图2所示.图2 A BS加压型阀模高速开关电磁阀包括增压阀和减压阀.其中,增压阀是常开阀,减压阀是常闭阀.ABS液压系统的高频响应性能很大程度上取决于ABS电磁阀的动态响应特性,动铁和阀芯可以视为有限位运动的质量块,受电磁力、弹簧力、液压力、冲击力和粘滞力等作用.电磁阀的线圈通电后产生电磁力,用来控制电磁阀的开关状态.动铁和阀芯的动力学方程为:d vd t=1m[F m(i,x)-k(x0+x)+F p(x)-F f-cv2]d xd t=v(1)式中:m 动铁和阀芯的质量和;x 动铁和阀芯的位移;v 动铁和阀芯的速度;x0 回位弹簧预压缩量;i 线圈电流;k 回位弹簧刚度;c 速度阻尼系数;F p 阀芯组件液压力;F m 电磁力;F f 摩擦力.电磁阀线圈电流i的微分方程为:d id t=[U-iR-ivL(x,i)x]/[L(x,i)+i L (x ,i) i](2)式中:U 线圈电压;R 线圈电阻;L 线圈电感.阀起到节流作用,根据其流量特性,压力变化率一般表述为:d p cd t =k 1 pk 2(3)式中:k 1k 2 常系数;p 阀口两侧压差;p c 管路的当前压力.电磁阀可视为一阶延迟环节,电磁阀响应比较快,在ABS 工作过程中可以认为是阶跃响应.一阶系统单位阶跃响应的时域表达式为:c(t)=1-e -t/T(4)其中,T 为时间常数,其值的大小反应了液压系统的增压、减压能力.1.3.2 制动轮缸模型制动轮缸是一个作用有弹簧力、液压力和阻尼力的液压缸.制动钳的微分方程为:m d 2x d t2=ps -k sin (x -x g )-f d[sin (x -x g )]d t -F s -f ric -f visc (5)sin (x -x g )=x -x g ,(x -x g >0)0,(x -x g <0)式中:p 制动轮缸液压压力;m 制动钳可动部分质量;x 制动钳位移;F s 制动钳回位弹簧压力;s 油液作用等效面积;f ric 制动钳移动中的摩擦力;f visc 粘滞力;x g 摩擦块与制动盘之间间隙;k 制动盘抗压刚度;f 制动盘阻尼系数.1.3.3 液压管路模型连接ABS 液压调节器和制动系统其他部件的管路分为硬管和软管,如图1所示.测量软硬管的直径、长度、管壁厚度,管路材料的杨氏模量由AMESim H elp 文件获取.软管流速的计算与硬管基本相同,但由于管路材料不同,体积模量差异很大.软管压力特性的计算如下: P t =- A qx式中: 管路和流体的有效体积模量.=11 fluid +1 hose式中: fluid 流体体积模量;hose 管路体积模量.硬管中压力流量特性的计算如下: P t =-B A Q x式中:B 管路和流体的有效体积模量;A 管路截面积.流速计算为:v =2D | P -9.81 L sin ( )|L f f(6)式中:v 流速;D 管路直径;P 计算步长终点和起点之间的压降;油液密度;L 管路长度; 管路弯角;f f 摩擦系数.2 基于AM Esim 的液压A BS 建模与仿真AM ESim 作为多学科领域复杂系统高级建模和仿真的主流平台,主要应用于液压/机械系统的建模、仿真及动力学分析.它用直观的图标符号代表系统的各个元件,包括车辆所涉及的各个学科领域的基础库:机械、液压、气动及电磁等元件.AM ES im 仿真在汽车燃油喷射系统、润滑回路、车辆悬挂系统、制动系统、传动系统、动力系统、冷却系统、废气回流、热管理和热分配控制等方面都有很好的应用[5].AM ESim 系统模型搭建步骤如下: 依据ABS 的工作原理,在草绘模式下从AMESim 元件库中选取合适的模块,并按照图3搭建; 定义整个系统的液压参数,如制动液的体积模量、动力粘度和温度等,以及各个元器件的内部结构参数等; 设定仿真参数、运行仿真并查看结果.1.制动主缸2.单向阀3.增压阀4.减压阀5.蓄能器6.泵7.电机8.制动轮缸9.制动液图3 液压A BS系统的A M Esim模型根据系统组成和控制原理建立液压ABS模型,主要包括制动主缸、增压阀模型、减压阀模型、泵模型、单向阀模型、低压蓄能器模型和缓冲腔模型,它们也都来自液压元件库;控制信号采用控制信号库中的模型;电动机模型来自机械元件库;制动轮缸采用AMESim制动系统给出的车辆轮缸模型[6].建立四轮车辆模型时,为了与实验相匹配,仿真时取左前轮进行仿真.2.1 基于AM ESim的ABS性能仿真分析与参数设置利用AM ESim软件在液压建模和动态仿真方面的优势,对ABS液压调节器的工作过程,实现增压、保压及减压工作过程进行仿真分析,探讨相关参数对ABS液压响应特性的影响.设定主缸压力为6MPa,根据上述理论设定模型参数,给定A BS电磁阀脉冲控制信号,周期为0.5s,脉宽为6ms.通过加、减压阀的配合,使制动压力升至最高后,先阶梯形下降11个周期,保持2s,再阶梯形上升11个周期.仿真时间共20s,步长0.0001s.试验与仿真采用相同脉冲控制信号,试验数据采集时间也为20s.得到的仿真与试验结果如图4所示.阶梯加、减压实验是为了研究实际工况中猛踩刹车下ABS和制动系统的特性.由图4可以看出:开始主缸压力为6M Pa,并保持了1.74s;随着11个阶梯形减压而下降到最小压力为1.58M Pa,需要图4 阶梯加、减压仿真与实验的对比结果5.01s,并保持2s;之后再阶梯形上升11个周期,增到最大压力5.98M Pa.同样设定正常制动和常加常减压主缸压力为6MPa,根据上述理论设定模型参数,给定ABS 电磁阀脉冲控制信号(正常制动程序中对ABS 输入的信号都为0值),周期为0.5s,脉宽为6ms,设定正常制动模型和常加常减制动模型信号,其仿真结果如图5、图6所示.正常制动实验是为了检测制动系统本身的特性,即制动加压能达到的最高压力和减压能达到的最小压力.模拟驾驶员遇到障碍踩下踏板时的主缸压力变化为6M Pa 并保持6s,然后稍松踏板使主缸压力达到最低压力约为0.68MPa,并保持3.5s,之后驾驶员再次踩下踏板使主缸压力达到最高压力约为5.8M Pa,并一直保持到最后总时间20s.此过程中,ABS 一直未工作.常加常减压是在ABS 作用下制动能达到的最大和最小压力.可以验证在ABS 作用下制动压力能不能达到正常制动的水平.同样是模拟驾驶员在踩踏踏板过程中,在ABS 的作用下主缸压力的变化.由图6可以看出,主缸能达到的最大压力为5.63MPa,最低达到0.31M Pa.2.2 仿真结果与实验影响因素的分析从以上仿真和实验结果对比可以看出,所建ABS 液压系统模型以及参数的设置是比较准确的,但也存在误差(见表1).表1 不同工况实验与仿真结果误差统计工况ABS 工作状况实验与仿真结果误差统计结果/%阶梯加减压工作10正常制动未工作3常加常减制动工作6表1反映了上述3种不同工况在主缸为6M Pa 时,实验与仿真结果存在的误差.分认为析误差存在是由几个方面引起的.(1)ABS 控制系统的控制存在滞后环节.主缸压力与轮缸压力的变化要经过加压阀和减压阀,而加压阀和减压阀打开和关闭的时间则影响轮缸压力的变化.两阀打开和关闭的时间越长,则系统的滞后性就越大,引起实验和仿真的误差也就越大.(2)本系统是采用脉冲信号控制的,一次脉冲压力的误差非常小,但多次累计以后,仿真结果会与试验结果有明显的差异.阶梯制动图6越到后期,误差也就越大.(3)电磁阀节流口径大小不一致和形状不一样.单向阀泄漏,电磁阀阀杆行程不一致性,电磁阀节流指数的设计,制动管路长度以及沿程压力损失,管路的传输延迟,压力波传播速度等,都会使仿真和实验结果产生误差.这主要是因为理论模型基本上忽略了这些实际存在的东西.3 结束语通过AM ESim建立完整的ABS液压制动系统仿真模型.经试验验证,该模型正确可靠,并且选择的各部模型参数比较准确.在此基础上,设定了正常制动模型和常加常减制动模型信号,得到了相同仿真时间和步长的结果.为研究者提供了非常全面的研究对象数据,为改进ABS的性能提供了简便有效的手段,为控制逻辑参数的选择提供了有力的依据.该模型与控制逻辑模型及整车动力学模型结合可进行整车路面防抱死制动研究,为ABS轮缸压力的精细调节和精确理论建模提供了重要的实验和理论依据.因此,该模型为更全面的研究奠定了基础.但理论与实验也存在一定的误差,需要进一步研究各种因素对制动系统的具体影响.参考文献:[1] 祁雪乐.ABS液压制动系统动态特性研究和综合仿真匹配平台的建立[D].北京:清华大学汽车工程系,2005.[2] 谢敏松,李以农.汽车ABS液压调节器建模与分析[J].汽车技术,2007,38(4):16-18.[3] 陶润,张红,付德春,等.ABS液压系统仿真与电磁阀优化[J].农业工程学报,2010,26(3):135-139.[4] 李东敬王磊.汽车ABS液压调节器建模与仿真分析[J].机床与液压,2009,37(11):219-221.[5] 付永领,祁晓野.AM ESim系统建模和仿真-从入门到精通[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.[6] 王吉,李建华,靳力强,等.基于AM Es im与Sim ulink/S tateflow的汽车ABS联合仿真建模与仿真研究[J].汽车技术, 2010,41(1):25-33.Modeling and S imulation of Automobile Hydrau lic ABS Based on AMES imXU Guo min1,M A Ming xing1,2,H U ANG Jin chuan2,GU AN Yan cai1(1.Scho ol of M echanical Eng ineering,Y ang zho u U niv ersity,Y ang zho u225127;2.Department of A utomo tive Engineer ing,T singhua U niversit y,Beijing100084,China)Abstract:Based o n A BS hy dr aulic test bench,ex per i menta l test on the step brake was do ne for a ty pe of A BS.A M ESim model including hy dr aulic reg ulator,main cy lin der,step br ake soleno id valve and w heel cy linders is set up based on the analysis of A BS hy dr aulic system composition and w or king principle.T he simulat ion result of step br ake, the normal br ake,and on-off brake is consist ent w ith the test results.T he result sho ws:hydr aulic ABS sy stem mo del and parameter s selection a re close to t he truth.T he results pro vide an impo rtant experimental basis fo r ABS w heel cy l inder pressure o f fine-tuning and precise theo retical model.Key words:A BS;hydraulic sy st em;AM ESim;simula tio n o f experiment。