1、仿真技術發展趨勢經過半個多世紀的發展，仿真技術已經成為對人類社會發展進步具有重要影 響的一門綜合性技術學科。仿真技術應用的領域不再局限于某些尖端學科技術研 究領域，而成為一 項被眾多學科領域廣泛采用的通用性技術。 半個多世紀以來， 仿真技術一方面始終是建模技術、計算技術和其他信息技術最先的應用者，另一 方面是對計算技術和網絡技術等的 發展不斷提出新的挑戰。在我國建模與仿真方法是隨著應用需求的發展不斷的進步，近十年來仿真技 術發展是沿著以應用需求牽引建模與仿真系統開發、以建模與仿真系統帶動建模 與仿真技術突破、以建模與仿真技術促進建模與仿真系統發展、將建模與仿真系 統又服務于應用良性循環的道路向

2、前發展。仿真技術研究人員一方面不斷地擴展仿真應用領域， 另一方面，其他領域研 究的豐富成果與不斷促使仿真技術人員 從新的角度、新的高度、新的廣度認識 建模與仿真。在近半個世紀的積累和近十年的快速發展的基礎上，建模與仿真技 術已經成為以相似原理、模型理論、系統技術、信息技術以及仿真應用領域 的有關專業技術為基礎，以計算機系統、與應用相關的物理效應設備及仿真器為 工具，利用模型對已有的或設想的系統進行研究、分析、試驗與運行的一門多學科的綜合性技術。1仿真建模的發展仿真是基于模型的活動，模型建立、實現、驗證、應用是仿真過程不變的主 題。隨著時代的發展，仿真模型包含的內容大大擴展，建模方法日益多樣，模

3、型 交互性和重用性變得越來越重要，模型的校核與驗證的成為仿真中必要的步驟。1 . 1仿真模型的分類仿真模型的種類隨著被仿真對象的豐富而日益廣泛。 從最簡單運動方程描述 的模型到描述復雜大系統發展變化規律的仿真模型，仿真模型的種類涵蓋了仿真 所涉及的各個領域。如此之多的仿真模型，需要研究科學的分類方法，使各種仿 真模型能夠歸屬到一定類別中，對建模和驗模方法的選擇、仿真模型的管理變得 非常重要。仿真模型可以按照其模 擬的對象不同而加 以分類，如飛機模型、核 反應堆模型，也可以根據仿真模型建立的方法進行分類， 又可以依據其仿真中不 同階段加以分類，如概念模型、數學模型、計算機實現模型等。隨著仿真研究

4、對 象的擴展，對仿真模型的分類研究應成為仿真概念研究的一個重要課題，這是進一步發展仿真論的需要。1 . 2建模方法面對新世紀科學技術發展對仿真技術的需求， 對建模方法論提出新 的要求， 包括但不限于：(1 )仿真研究對象越來越復雜，需要研究復雜系統建模的方法；(2 )仿真的精度和可信度要求越來越高，需要研究提高所建立模型的精度 方法；(3 )同樣的仿真研究對象，在不同仿真系統中要反映出不同的屬性，需要 在建模時考慮具體的要求，并研究仿真模型簡化、細化、聚合、解聚的方法；(4 )仿真模型建立要反映仿真工程性越來越強的變化趨勢，強調仿真建模 及其使用工具的標準化：(5 )仿真建模人員不僅要考慮建立

5、模型本身的要求，同樣需要考慮驗模的 要求；(6 )建模過程應反映對仿真系統全面的配置、質量管理要求的變化，建立完備的模型檔案，對模型的屬性及其建立過程加以記載和科學管理。總之，仿真技術的發展變化對作為基礎的建模方法學提出了更高要求，這種變化既反映在建模方法的技術層面，同樣更高地反映到對建模過程和模型配置管 理的要求。1 . 3仿真模型互操作性通過建立相對簡單的仿真模型集，并通過一定的交互性協議，來構建相對復 雜的仿真系統實現對復雜的過程或現象進行研究，這是一種比較經濟有效的開發 仿真系統的方法，這種思想已經被眾多分布交互仿真系統的成功應用所證明。仿真模型互操作性已經成為仿真設計和實現時必須考慮

6、因素，美國國防部已經要求其管轄范圍內的仿真項目都要符合高層體系結構 (HLA)的要求。仿真模型互操作 成為新的仿真系統設計開發中關鍵性的問題，“互操作建模”(Imeroperabihty Modeling)實際成為建模過程中一部分，要反映真實世界實體交互過程和實體之 間的相互影響。仿真模型互操作性要考慮兩個主要問題：(1)模型之間互操作性的權威描述模型之間互操作性的權威描述是真實實體之間相互影響和作用過程在仿真 世界中的客觀描述，由于不同設計人員對這種過程的認識存在著一定的區別， 為了保證模型之間互操作的一致性， 必須建立模型之間互操作性的權威描述， 如 任務空間功能描述(FDMS仿真參考聯邦

7、模型都是為實現這一目標而產生研究課 題：(2)仿真模型互操作性實現仿真模型互操作性的實現需要遵循一定標準,HLA標準定義了對象模型模板(0MT)、聯邦對象模型(FOM仿真對象模型(SOM痔建立互操作性仿真模型參考 的規則；在仿真模型互操作性實現的編碼過程中， 同樣要遵守分布式對象開發的 標準，如CORBADCO疇；由于采用標準性建模規則和編碼標準，使仿真模型互 操作性實現的自動化程度可以大大提高。 仿真模型互操作性是近十年逐漸發展起 來研究課題，目前還沒有全球性的統一標準，很難滿足仿真技術飛速發展的需要。 仿真互操作全球性標準將是未來努力的方向。1 . 4仿真模型重用性仿真模型重用性是仿真系統

8、開發中越來越重要的一個問題。以往的仿真模型開發很少考慮仿真型未來應用，使仿真模型在使用一段時間后就越來越難以滿足 仿真應用的需要，必須根據新的仿真應用需求重新設計和開發，這對越來越多的仿真應用開發而言是很不利的。而且隨著復雜系統仿真的發展，仿真需求變化越 來越快，對仿真模型重用性提出了迫切的需求。仿真模型實現中采用模塊化和面向對象的設計與實現，使新的仿真應用開發 可以部分地應用前面研究開發的成果，一定程度上減輕了新的仿真應用開發的壓 力，但這種較低層次上的重用性帶有很大的隨意性和不確定性。為了真正實現仿真模型的可重用性，必須對模型設計、實現、驗證和管理的各個角度建立相應標 準，來保證仿真模型重

9、用性的實現。仿真是針對不同的應用目標的，應用目標的不同直接反映到仿真模型的設計 和實現中，因此為一個仿真應用所開發的仿真模型很難原封不動地放到另一個仿 真應用中，必須認真考慮被重用的仿真模型與新的仿真應用目標的一致性程度， 這種比較是仿真模型重用性研究需要解決的關鍵問題。1 . 5仿真模型vv&A與可信度評估近十年來，建模與仿真方法研究的另一個重要特點是仿真模型VV&AJf可信度評估的重要性日益為仿真系統的開發者和使用者所重視。仿真模型VV&M是要評價模型本身的好與壞，它關注的是仿真模型是否符合設計和是否滿足仿真模 型應用目標的要求。仿真模型VV&A也不等同于對

10、仿真模型軟件實現所進行的功 能測試和性能測試， 它是伴隨仿真模型的整個生命周期的活動。仿真模型VV&A過程、方法、指標以及協調管理問題是其發展應用中必須解決的一些問題。仿真系統的規模越來越大，復雜程度越來越大，開發工程性越來越強。仿真 系統的可信度評估越來越需要開展全系統、全生命周期的VV&A并通過提供盡可能多的自動化工具來提高仿真模型 VV&A勺效率，降低仿真模型VV&A勺耗費。 仿真模型VV&A工具是提高其工作效率和準確性的重要保障。仿真模型VV&A(示準是確立其在仿真系統開發和應用中的重要作用的標志。仿真模型VV&AX作應與仿真系統

11、開發中各種相關工作建立密切協調的關系，最終目標是用有限的在模型VV&A方面的投入換取最嚴格的仿真可信度方面的保障。在仿真模型VV&A概念和方法研究的基礎上，仿真模型VV&M員正不斷地推動VV&Aft實際仿真系 統的應用，近年來，仿真模型 VV&AB經開始應用于若干仿真系統的開發中，特 別是對復雜仿真系統VV&AW可信度評估研究，使仿真模型校核與驗證技術研究 向一個新的高度發展。仿真模型VV&A已經成為仿真系統研究和應用重要支柱，仿真模型VV&A只 有在正確宏觀政策指導下，通過制訂有效方案、依靠充分的權威數據和文檔、建 立集成化的V

12、V&A支撐工具、充分發揮領域專家的支持，才能從理論研究逐步走 向應用發展，美國等發展仿真系統 V V&A的經驗值得我國借鑒。為了使我國仿 真系統VV&A斷走向成熟，建議國家仿真規劃、管理部門抓緊制定我國仿真系 統VV&眩觀政策，對仿真系統VV&儂展必須解決的幾個關鍵問題進行攻關， 提 出有效的解決方案。與此同時，分階段逐步推動VV&A在仿真系統研究開發中的 應用，對廣大仿真系統的管理人員、開發人員、使用人員開展VV&M的技術培訓I,使VV&AK為仿真系統向規模化、產業化和標準化發展過程中的重要推動力。2、仿真系統體系結構發展分布交

13、互仿真技術的發展打破了傳統仿真應用開發的封閉局面， 使仿真應用 問的互操作成為可能。在新世紀，仿真系統體系結構將進一步向著標準化、 層次 化、網絡化、協同化和 網格化的方向發展，這是一個難以逆轉 的潮流。由此帶 來的仿真系統重用(Re u s e )和可配置管理方面的好處，將大大 降低仿真應 用開發的成本，更加有利于仿真向更廣闊的應用領域的擴展。2 . 1仿真系統體系結構標準化從上個世紀8 0年代初開始的S I MNE T計劃，標志著分布交互仿真時代 的來臨，分布交互仿真技術的快速發展一方面是得益于分布式計算技術和通信網 絡技術快速發展，另一方面則應歸功于仿真標準化工作的深入開展。 從上個世紀

14、 9 0年代開始的分布交互仿真標準制定工作，主要完成了 I E E E1 2 7 8 系列 標準，包括了對體系結構、仿真應用交互協議數據單元(P DU劑編碼、網絡要求、仿真工程管理、校核驗證與驗收、精度描述等幾個方面定義，該系列標準大 大方便了異構的仿真系統互聯構造大規模分布交互仿真系統工作。與分布交互仿真標準(I E E E1 2 7 8 )同時發展的聚合級仿真協議(AL s P )定義了聚合級仿真應用之間互聯進行大規模作戰仿真的所應遵循的體系結構、事件調度、 交互協議等方面的要求。在分布交互仿真標準和聚合級仿真協議的基礎上，結 合其他分布式仿真的經驗，美國國防部 1 995年公布了向高層體

15、系結構(HL A)轉變的計劃。HLA標準化工作包括了 HL A的基本規則的定義、對象模型模板的格式和信息接口的規定，I E E E 于2 0 0 0 年9月通過了關于HL A的I E E E1 5 1 6 系列標準，使其成為工業標準。分布交互仿真標準化工作在新世 紀的開始將進一步深入地開展，并將繼續成為推動仿真向更大規模、更復雜的 方向發展。仿真標準化工作應覆蓋與仿真應用開發有關的所有方面，包括仿真工程的管理、模型的校核驗證、仿真資源的管理等等。仿真標準化工作需要進一步擴大參與的組織的范圍，真正起到推動全球仿真技術共同發展的作用。2 . 2仿真系統層次化仿真系統的體系結構層次化是隨著仿真應用復

16、雜化而出現并發展的。這同一般的軟件系統發展的規律是一致的。仿真系統體系結構的層次化有利于仿真設計 和開發工作，同時大大提高了仿真系統開放性、擴展性和可管理性。一般地，仿 真系統體系結構包括基本的四個層次：(1 )資源層提供仿真應用所需的各種標準化數據，如地理數據、環境數據、氣象數據等 方面的參數，還應當包括仿真應用管理所需的各類信息；(2 )支撐環境層包括建模支撐環境和運行支撐環境，作為仿真應用的“操作系統”，可以提 供仿真應用過程中所需的各種接口和標準處理流程的調用，運行支撐環境的典型 代表是HLA中的RTI;(3 )仿真模型層包括完成仿真應用所需的各種仿真模型設計及其實現，仿真模型的互操作

17、應 在這個層次中加以定義，在 HL A中，仿真模型層中的工作應包括按照 OMT勺要 求聯邦對象模型(F OM)和仿真對象模型(S OM);(4)分析評估層、對仿真的過程和結果加以分析評估已經成為仿真系統內含的重要功能，因此在仿真系統體系結構中應當包括分析評估層，提供對仿真過程的監控和仿真結果的評估等高層次任務的支持。2 . 3仿真系統網絡化計算機通信網絡成為信息化社會重要的基礎，同樣成為未來仿真系統重要 的底層基礎。 美國國防部上個世紀就已經建立的仿真互聯網(De f e nseS i mu l a t i o n I n t e me t )已經成為聯接美國國內和海外軍事基地重要仿真資源的基

18、礎設施。仿真系統網絡化成為不可逆轉潮流，利用互聯網提供 的廣闊的互聯性，可以大大降低仿真應用之間進行互操作的成本，加快仿真開發和應用的速度。網絡對仿真系統的影響不僅僅體現在體系結構 的變化下，同樣反映在開發方式的變化上，網絡使異地的開發團隊共同開發仿真 系統成為可能。 下一代網絡技術的成熟將為仿真系統提供更加安全、可靠、有 效的開發環境和運行環境。WE B應用技術的成熟也為仿真應用開發提供了更加經濟有效統一的環境。基WE昉真已經成為當前分布式仿真發展的重要方向。基于公共互聯網的仿真 必須解決實時性、可靠性、安全性和管理等多方面的問題。2 . 4仿真系統協同化人一機協同的問題一直是仿真系統關注的

19、重要問題。分布交互仿真系統的 發展大大擴大了這個問題研究的領域。協同化已經成為新一代仿真系統重要的特 征，協同化問題既包括了異地的參與仿真的人員和設備在虛擬的、網絡化的仿真 環境中，通過互相配合完成必要的任務，又包括了仿真系統整個生命周期的開發 工作中所需的各類人員的協同工作。協同化將是使下一代仿真系統能夠有效地開 發和應用的重要保證。深入研究仿真系統中的協同化問題同樣應當成為仿真體 系結構研究中的重要課題。2 . 5仿真系統網格化網格的總體目標是在當前日益發達的網格傳輸基礎設施的基礎上建立信息 處理基礎設施，將分散在網絡上的各種設備和各種信息以合理的方式“粘合”起來，形成高度集成的有機整體，

20、向普通用戶提供強大的計算能力、存貯能力、 設備訪問能力及前所未有的信息融合和共享能力。網格是當今的研究熱點，國際 上已經涌現出大批網格研究項目，例如，美國有 Gl o b u s 、L e g i o n 、 C o n d o 、I P G 等，歐洲有 CE R N Da t a G r i d 、UNI C OR E、MOL>, 澳大利亞有 Ni mr o d / G、E c o Gr i d 等，日本有 Ni n f,B r i c k s等。我國也有中科院、清華大學等多個單位在進行網格方面研究。基于網格的仿真可以充分利用網格提供的計算能力、存儲能力、資源調度能 力，大大提高仿真系

21、統可用性。目前仿真網格研究在國際與國內都已取得一定的 進展，國外比較典型的例子是是由美國國防部下屬的國防先進研究計劃署DARP A( De f e n s e A d v a n c e d R e s e a r c h P r o j e e ts A g e n c y )資助 S F E x p r e s s項目，1 9 9 8 年 3 月，S F Ex p r e s s 集合1 3臺并行計算機之力，使用了 1 , 3 8 6個處理器， 終于成功模擬了 1 00 , 2 9 8個戰斗實體，實現了歷史上最大規模的戰爭模擬。 國內由航天二院、清華大學等單位合作進行仿真網格研究。 仿真系

22、統網格化還有 一系列的問題有待解決， 如何使網格效能最大發揮以支持仿真應用將是今后努 力的重要方向。3仿真技術的應用發展在新的世紀里，仿真技術的應用領域將更加寬廣，并向更深入的層次發展， 與人們日常生活將更加緊密地結合。3 . 1仿真支撐平臺和工具的飛速發展 仿真支撐平臺和工具的發展具有以 下的特點：(1 )仿真支撐平臺和工具已經從基于通用程序語言開發階段走進了基于專 門的仿真開發支撐工具和支撐平臺開發的階段；(2 )仿真計算機的速度越來越快；(3 )為網絡化仿真提供支撐的通用性商用軟件日趨成熟；(4 )各種輔助設計、開發和測試工具的越來越多地支持仿真的功能；(5 )對通用的仿真工具軟件研究的

23、投資越來越大。仿真支撐平臺和工具的 飛速發展將大大地推動仿真應用開發速度的提高，有利于降低仿真應用開發的成 本。3 . 2仿真應用的新領域層出不窮仿真應用的傳統領域包括了航空工業、 航天工業核工業等；近些年來，仿真 應用出現了許多新的領域，如醫學研究、交通運輸業、市場研究、農業作物栽培、 戰略管理研究等等；各行各業的人們應用仿真技術自覺性日益提高，不但技術人員重視仿真的作用，而且管理者也日漸認同仿真技術在系統研究中的重要作用， 將仿真研究結果作為其進行決策的重要參考 。3 . 3復雜系統科學更加依賴仿真技術的進步現代科學的許多研究對象已經越來越多涉及到一些非常復雜的系統，這些系統由于各種原因，根本無法用傳統的方法對之進行實驗