仿真技术发展趋势

仿真技术发展趋势

经过半个多世纪的发展，仿真技术已经成为对人类社会发展进步具有重要影响的一门综合性技术学科。仿真技术应用的领域不再局限于某些尖端学科技术研究领域，而成为一项被众多学科领域广泛采用的通用性技术。半个多世纪以来，仿真技术一方面始终是建模技术、计算技术和其他信息技术最先的应用者，另一方面是对计算技术和网络技术等的发展不断提出新的挑战。

在我国建模与仿真方法是随着应用需求的发展不断的进步，近十年来仿真技术发展是沿着以应用需求牵引建模与仿真系统开发、以建模与仿真系统带动建模与仿真技术突破、以建模与仿真技术促进建模与仿真系统发展、将建模与仿真系统又服务于应用良性循环的道路向前发展。

仿真技术研究人员一方面不断地扩展仿真应用领域，另一方面，其他领域研究的丰富成果与不断促使仿真技术人员从新的角度、新的高度、新的广度认识建模与仿真。在近半个世纪的积累和近十年的快速发展的基础上，建模与仿真技术已经成为以相似原理、模型理论、系统技术、信息技术以及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，利用模型对已有的或设想的系统进行研究、分析、试验与运行的一门多学科的综合性技术。

1 仿真建模的发展

仿真是基于模型的活动，模型建立、实现、验证、应用是仿真过程不变的主题。随着时代的发展，仿真模型包含的内容大大扩展，建模方法日益多样，模型交互性和重用性变得越来越重要，模型的校核与验证的成为仿真中必要的步骤。

1 ． 1仿真模型的分类

仿真模型的种类随着被仿真对象的丰富而日益广泛。从最简单运动方程描述的模型到描述复杂大系统发展变化规律的仿真模型，仿真模型的种类涵盖了仿真所涉及的各个领域。如此之多的仿真模型，需要研究科学的分类方法，使各种仿真模型能够归属到一定类别中，对建模和验模方法的选择、仿真模型的管理变得非常重要。仿真模型可以按照其模拟的对象不同而加以分类，如飞机模型、核反应堆模型，也可以根据仿真模型建立的方法进行分类，又可以依据其仿真中不同阶段加以分类，如概念模型、数学模型、计算机实现模型等。随着仿真研究对象的扩展，对仿真模型的分类研究应成为仿真概念研究的一个重要课题，这是进一步发展仿真论的需要。

1 ． 2建模方法

面对新世纪科学技术发展对仿真技术的需求，对建模方法论提出新的要求，包括但不限于：

( 1 )仿真研究对象越来越复杂，需要研究复杂系统建模的方法；

( 2 )仿真的精度和可信度要求越来越高，需要研究提高所建立模型的精度方法；

( 3 )同样的仿真研究对象，在不同仿真系统中要反映出不同的属性，需要在建模时考虑具体的要求，并研究仿真模型简化、细化、聚合、解聚的方法；

( 4 )仿真模型建立要反映仿真工程性越来越强的变化趋势，强调仿真建模及其使用工具的标准化：

( 5 )仿真建模人员不仅要考虑建立模型本身的要求，同样需要考虑验模的要求；

( 6 )建模过程应反映对仿真系统全面的配置、质量管理要求的变化，建立

完备的模型档案，对模型的属性及其建立过程加以记载和科学管理。

总之，仿真技术的发展变化对作为基础的建模方法学提出了更高要求，这种变化既反映在建模方法的技术层面，同样更高地反映到对建模过程和模型配置管理的要求。

1 ． 3仿真模型互操作性

通过建立相对简单的仿真模型集，并通过一定的交互性协议，来构建相对复杂的仿真系统实现对复杂的过程或现象进行研究，这是一种比较经济有效的开发仿真系统的方法，这种思想已经被众多分布交互仿真系统的成功应用所证明。仿真模型互操作性已经成为仿真设计和实现时必须考虑因素，美国国防部已经要求其管辖范围内的仿真项目都要符合高层体系结构(HLA)的要求。仿真模型互操作成为新的仿真系统设计开发中关键性的问题，“互操作建模”(Imeroperability Modeling)实际成为建模过程中一部分，要反映真实世界实体交互过程和实体之间的相互影响。仿真模型互操作性要考虑两个主要问题：

(1)模型之间互操作性的权威描述

模型之间互操作性的权威描述是真实实体之间相互影响和作用过程在仿真世界中的客观描述，由于不同设计人员对这种过程的认识存在着一定的区别，为了保证模型之间互操作的一致性，必须建立模型之间互操作性的权威描述，如任务空间功能描述(FDMS)、仿真参考联邦模型都是为实现这一目标而产生研究课题：

(2)仿真模型互操作性实现

仿真模型互操作性的实现需要遵循一定标准，HLA标准定义了对象模型模板(0MT)、联邦对象模型(FOM)、仿真对象模型(SOM)等建立互操作性仿真模型参考的规则；在仿真模型互操作性实现的编码过程中，同样要遵守分布式对象开发的标准，如CORBA、DCOM等；由于采用标准性建模规则和编码标准，使仿真模型互操作性实现的自动化程度可以大大提高。仿真模型互操作性是近十年逐渐发展起来研究课题，目前还没有全球性的统一标准，很难满足仿真技术飞速发展的需要。仿真互操作全球性标准将是未来努力的方向。

1 ． 4仿真模型重用性

仿真模型重用性是仿真系统开发中越来越重要的一个问题。以往的仿真模型开发很少考虑仿真型未来应用，使仿真模型在使用一段时间后就越来越难以满足仿真应用的需要，必须根据新的仿真应用需求重新设计和开发，这对越来越多的仿真应用开发而言是很不利的。而且随着复杂系统仿真的发展，仿真需求变化越来越快，对仿真模型重用性提出了迫切的需求。

仿真模型实现中采用模块化和面向对象的设计与实现，使新的仿真应用开发可以部分地应用前面研究开发的成果，一定程度上减轻了新的仿真应用开发的压力，但这种较低层次上的重用性带有很大的随意性和不确定性。为了真正实现仿真模型的可重用性，必须对模型设计、实现、验证和管理的各个角度建立相应标准，来保证仿真模型重用性的实现。

仿真是针对不同的应用目标的，应用目标的不同直接反映到仿真模型的设计和实现中，因此为一个仿真应用所开发的仿真模型很难原封不动地放到另一个仿真应用中，必须认真考虑被重用的仿真模型与新的仿真应用目标的一致性程度，这种比较是仿真模型重用性研究需要解决的关键问题。

1 ． 5仿真模型vv&A与可信度评估

近十年来，建模与仿真方法研究的另一个重要特点是仿真模型VV&A与可信