系统仿真技术

系统仿真技术
--------呼唤21世纪的仿真科学与技术
刘晓平
Lxp@
内容
<教育部副部长赵沁平的话<仿真科学与技术的基本概念<现代建模与仿真技术体系<学院面临的挑战
教育部副部长赵沁平的话1
<高水平研究型大学在确保并发展自己的优势特色传统学科,有选择地发展新兴学科并努力使其成为新的优势学科的同时,应当结合自己的科技发展实力和社会发展对高层次人才类型的需求趋势,充分关注研究未来学科,并适度超前地将其设置为高层次人才培养的学科。

<这里举两个例子,一个是公共安全,一个是仿真科学与技术。

现在这两个学科的情况非常类似于环境科学十年前的情况。

当时各种污染和生态环境如空气污染、水污染、海洋污染、噪音污染等开始越来越严重地影响经济建设、社会发展和人民生活。

各学科在研究各自的问题时已经认识到环境问题的共性,但还未达成独立设立环境科学学科的共识。

又经过几年的发展,条件逐步成熟,共识逐步形成,最终在1997年将环境科学列入了教育部和国务院学位委员会颁布的学科专业目录。

<现在各种安全问题,如采矿安全、交通安全、食品安全、信息安全等又在严重困扰经济建设、社会发展和人民生活,各学科在研究有关的安全问题时也开始认识到存在大量共性问题需要研究,社会也开始感觉到对某种公共安全专业人才的需要。

教育部副部长赵沁平的话2
<由于计算机技术的高速发展,科学计算和计算机仿真已经成为科学研究中除理论研究和科学实验以外的第三种方法。

在许多行业,如飞机等大型设备的设计制造、空间环境和危险环境下的作业训练、自然灾害预报等,仿真已经成为重要手段。

有关学科和行业的研究人员开始认识到仿真研究中大量问题和共性技术需要若干相关学科的结合、交叉性研究,一些行业和部门对仿真技术方面的专门人才也开始有所需求。

<有条件的研究型大学要对这类可能的未来学科给予足够重视，也可以采取措施，成立相应的实体机构或半虚半实的机构，如研究中心等，开展跨学科的综合性、交叉性科学研究，推动这些学科的发展，并逐步形成为一级学科。

仿真科学与技术的基本概念：
<系统仿真是建立在控制理论、相似理论、信息处理技术和计算技术等理论基础之上的，以计算机和其它专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假想的系统进行试验，并借助于专家经验知识、统计数据和住处资料对试验结果进行分析研究，做出决策的一门综合性的和试验性的学科。

模拟和仿真模拟技术是指使用仪器设备、模型、计算机虚拟技术，以及利用场地、环境的布置，模仿出真实工作程序、工作环境、技术指标、动作要求，进行科学研究、工业设计、模拟生产、教学训练和考核鉴定等的一项综合技术。

仿真科学与技术的基本概念：<系统仿真技术是一门发展迅速、应用面广泛的、多学科综合的高新技术，它可应用于产品开发和研制的全过
程，即需求分析、方案论证、概念设计、详细设计、生产制造、试验评估、使用维护和人员训练。

系统仿真技术同时可应用于社会、经济、管理等领域的分析研究和预测，系统仿真技术是为国民经济建设、国防建设和军事训练服务的重要技术手段。

分布交互仿真技术和虚拟现实技术是仿真技术的当前的重要发展领域。

面对21世纪的知识经济和多学科互相交叉渗透的特点，以建模和仿真为基础的系统仿真技术和虚拟技术将对工业、农业、国防、环境、训练和教育等领域的发展产生重大影响。

虚拟设计、虚拟样机、虚拟制造等技术将对产品的传统设计方法带来变革。

通过仿真技术可以对客观世界中已经发生、正在发生和尚未发生的客观事物进行分析研究。

系统仿真技术在未来将会有更加广阔的发展和应用前景。

仿真科学与技术的基本概念：<仿真科学与技术是以相似理论、模型论、仿真系统理论、仿真方法论、仿真可信性理论和仿真应用理论为基本理论，以仿真应用领域有关专业技术为基础，以计算机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假想的系统进行研究、分析、设计、加工生产、实验、评估、运行、维护和报废活动的一门由多学科综合而成的新学科。

现代建模与仿真技术体系：
<数学、信息科学、系统论、应用领域学<相似论、仿真方法论、可信性理论
<模型论、仿真系统与技术、仿真综合应用
系统仿真学科的基础理论
<相似理论、相似技术、控制理论和计算技术 文传源，相似理论的探索，系统仿真学报，
1989。

<模型论、仿真方法论和仿真可信度评估理论 王子才，关于仿真理论的探讨，系统仿真学
报，Vol.12 No.6，November 2000。

仿真系统性能评估与分析
<仿真可信度(Credibility)
<仿真逼真度(Fidelity)
<仿真可靠性(Reliability)
<VV&A 校核.验证与确认(Verification, Validation and Accreditation)
<VV&T (Verification, Validation and
Testing)
<T&E (Test and Evaluation )
仿真可信度（Credibility)
<仿真可信度
定义：仿真系统的可信度是仿真系统的使用者对应用
仿真系统在一定环境、一定条件下仿真试验的结果，
解决所定义问题正确性的信心程度。

（王子才）
定义：可信度是由仿真系统与原型系统之间相似性决
定的仿真系统与仿真目的相适应的程度（张伟，王行
仁，2001）
<性质
目的相关性
可用性：关心的是偏差是否大到淹灭其有用性的程度 综合性
仿真逼真度(Fidelity)
<仿真对仿真对象某个侧面或整体的外部状态和行为的复现程度(Fidelity Implementation Study Group, 1999 ;张伟,2001 )
<性质：
逼真度描述的不是仿真对某种特定应用需求
的满足程度，而是仿真对仿真对象的复现程
度。

逼真度考查的是仿真系统或子系统的外在特
性，主要是输入和输出之间的关系而非系统
或子系统本身的实现方式或手段。

VV&A Definition
<Verification, Validation and Accreditation
Verification deals with the assessment of transfor m ational accuracy of the x and addresses the question of “Are we creating
the x right?”校核.
Validation deals with the assessment of behavioral or
represen t ational accuracy of the x and addresses the question of
“Are we creating the right x?”验证
Accreditation is a “procedure by which an authoritative body gives formal recog n ition that a body or person is competent to carry out
specific tasks.”确认
VV&A特点
<VV&A贯穿M&S整个周期
<最终的确认结论主要依据VV&A文档作出
<VV&A规范是仿真可信度一个完整的保证体系
它的基本出发点是，充分而有效的VV&A行
为一定能够保证仿真具有较高的可信度
它对仿真中的每一步都在作可信度评估
VV&A意义
<增强了应用建模与仿真的信心
<减少了应用建模与仿真的风险
<增强了建模与仿真未来的可用性
<减少开支
VV&A费用通常是仿真系统开发费用的5%
到17.5%
长远来看
发展趋势
<标准化
全国乃至全世界统一标准，便于互操作和重用<实用化
很多方法停留在理论上
<多元化
多元化的评估指标：可信性、可靠性……
多元化的评估方法：VV&A, VV&T and T&E <自动化
需要研究自动的方法，一遍提高准确性和效率
面临的挑战
<保持优势、拓宽视野、迎接挑战；
<合肥工业大学系统仿真中心建设
为全校提供仿真技术支持
技术：虚拟现实——校园、紧急事件、虚拟校园、漫游
理论：仿真系统性能分析；复杂系统建模与仿真
M&S2007安排
------接下来
<现代仿真技术（上）视频欣赏<现代仿真技术（中）视频欣赏<现代仿真技术（下）视频欣赏
注意：文献翻译+ 心得
作业
<学生??人
<Basic Requirement：围绕“仿真系统性能评估与分析”进行翻译
<Advanced Requirement（bonus score）: 给出自己的想法
围绕某一个主题进行综述
作业要求：
<截止时间：2007年12月1日
<提交方式：电子文档
<提交地址：( hflxp@)
<联系人：程光春、徐伟(2907086)
（chenggc@ xuwei@）技术支撑联系人：郑利平（leepyzh@）。