仿真技术发展趋势

模拟技术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有重大影响的一门综合技术学科。仿真技术不局限于特定的尖端技术研究领域，而是被广泛应用于多个领域的多功能技术。半个多世纪以来，仿真技术一直是建模技术、计算技术和其他信息技术的第一个应用，同时也对计算技术和网络技术等发展提出了新的挑战。在我国，建模和仿真方法是应用需求的发展，在过去的10年里，仿真技术的发展推动了应用需求牵引建模和仿真系统的开发、建模和仿真系统的建模和仿真技术创新，建模和仿真技术促进了建模和仿真系统的开发，建模和仿真系统和服务良性循环道路的开发。仿真技术研究人员一方面继续扩大仿真应用领域，另一方面不断推进其他领域研究的丰富成果和新观点、新高度、新宽度识别建模和仿真。建模和仿真技术积累了近半个世纪，在长期快速发展的基础上，基于相似的原理、模型理论、系统技术、信息技术和仿真应用领域的相关专业技术，将计算机系统、应用相关物理效果设备和模拟器用作工具，将模型作为已存在或设想的系统的研究、分析、实验和执行的多方面综合技术。1开发模拟塑型仿真是基于模型的活动，而创建、实施、验证和应用模型是仿真过程保持不变的主题。随着时代的发展，仿真模型所包含的内容大大扩展，建模方法的多样化，模型交互和重用变得越来越重要，模型的检查和验证成为仿真所需的步骤。1.1模拟模型分类仿真模型的种类随着仿真对象的丰富而变得越来越宽。从用最简单的运动方程描述的模型到描述复杂大型系统的发展变化规律的仿真模型，仿真模型的种类涵盖了仿真中涉及的各种领域。这么多仿真模型需要研究科学的分类方法，以便各种仿真模型属于一定的类别，建模和建模方法的选择，仿真模型的管理变得非常重要。模拟模型可以根据飞机模型、核反应堆模型、模拟模型的设置方式进行分类，也可以根据模拟的不同阶段(例如概念模型、数学模型、计算机实现模型等)进行分类。随着仿真研究对象的扩展，对仿真模型的分类研究必须成为仿真概念研究中的重要课题，这需要进一步发展仿真理论。1.2建模方法面对仿真技术对新世纪科技发展的要求，对建模方法提出了以下新要求，但不限于此。(1)随着仿真研究对象越来越复杂，需要研究复杂的系统建模方法；(2)仿真的精度和可靠性要求越来越高，需要研究如何提高所创建模型的精度；(3)为了使相同的仿真研究对象在不同的仿真系统中反映不同的特性，建模时必须考虑特定的要求，并研究仿真模型的简化、物化、聚合、分解方法。(4)构建模拟模型以反映模拟工程的急剧变化趋势，同时强调模拟建模和工具使用的标准化：(5)仿真建模者不仅要考虑创建模型本身的要求，还要考虑检查要求。(6)建模过程必须反映对仿真系统的全面配置、质量管理要求的变化，创建完整的模型文件，记录模型的特性及其生成过程，并科学地管理。总之，仿真技术的发展变化在建模方法的技术方面都体现了作为基础的建模方法中提出了更高的要求，同样，对建模过程和模型配置管理的要求也体现在更高的高度。1.3模拟模型互操作性建立一套相对简单的仿真模型，通过一定的交互协议建立相对复杂的仿真系统，对复杂的过程或现象进行研究，作为一种比较经济高效的仿真系统开发方式，这种想法已经被证明是众多分布式交互仿真系统的成功应用。模拟模型互操作性是模拟设计和实施中必须考虑的因素，美国国防部要求所在地区的模拟项目满足高层次体系结构(HLA)要求。仿真模型互操作性成为开发新仿真系统设计中的重要问题，并作为反映实际实体交互过程和实体之间交互作用的建模过程的一部分。模拟模型互操作性需要考虑两个主要问题：(1)模型之间互操作性的权威说明模型之间互操作性的权威说明在模拟世界中客观地描述了实际实体之间的交互和交互过程，不同设计者对这些过程的认识存在一些差异，因此为了确保模型之间互操作性的一致性，对工作空间功能说明(FDMS)、模拟参考联邦模型等模型之间互操作性的权威说明必须得出实现这些目标的研究主题。(2)实现仿真模型互操作性模拟模型互操作性的实现需要对象模型模板(0MT)、联邦对象模型(FOM)和模拟对象模型(SOM)，它们是定义建立互操作性模拟模型参考的规则的HLA标准。模拟模型互操作性实施编码过程也必须遵守分布式对象开发标准，如CORBA、DCOM等。标准建模规则和编码标准使仿真模型互操作性更加自动化。仿真模型互操作性近年来发展成为研究课题，目前还没有全球一致的标准，很难满足仿真技术快速发展的要求。模拟互操作的全球标准将是今后努力的方向。1.4重复使用模拟模型仿真模型重用是仿真系统开发中一个越来越重要的问题。在以前的仿真模型开发中，对仿真未来应用程序的考虑很少，仿真模型在一定时间内使用后越来越难满足仿真应用程序的需求，必须根据新的仿真应用程序要求重新设计和开发，这给越来越多的仿真应用程序开发带来了不利影响。并且随着复杂系统仿真的发展仿真要求的变化越来越快对仿真模型重用提出了迫切的要求在仿真模型实现中，可以使用模块化和面向对象的设计和实现将以前的研究开发结果部分应用于开发新的仿真应用程序，从而在一定程度上减轻了开发新仿真应用程序的压力，但这种低层次的重用具有很大的随机性和不确定性。要真正实现仿真模型的可重用性，必须对模型设计、实施、验证和管理的各个方面设定相应的标准，以确保仿真模型重用的实现。仿真是针对不同的应用目标的，应用目标的差异直接反映在仿真模型的设计和实现中，因此，很难将为一个仿真应用而开发的仿真模型保留在另一个仿真应用中，需要仔细考虑重用的仿真模型与新仿真应用目标的一致性程度，这种比较是仿真模型重用研究中需要解决的核心问题。1.5仿真模型vvA和可靠性评估近十年来建模与仿真方法研究的另一个重要特征是仿真模型VVA和可靠性评估的重要性越来越集中于仿真系统的开发人员和用户仿真模型VVA不是想评估模型本身的好坏，而是关注仿真模型是否满足设计和仿真模型应用目标。仿真模型VVA不等同于仿真模型软件实现的功能测试和性能测试，而是涉及仿真模型整个生命周期的活动。仿真模型VVA过程、方法、指标和协调管理问题是开发应用程序需要解决的几个问题。随着仿真系统的规模和复杂性的增加，开发工程变得越来越强大。仿真系统的可靠性评估要求对整个系统、整个生命周期执行VVA，并提供尽可能多的自动化工具，以提高仿真模型VVA的效率，降低仿真模型VVA的成本。模拟模型VVA工具是提高生产力和准确性的重要保证。仿真模型VVA标准是建立仿真系统开发和应用中重要作用的信号。仿真模型VVA任务必须与仿真系统开发中的各种相关任务密切相关，最终目标是通过对模型VVA的有限投资来确保最严格的仿真可靠性。基于仿真模型VVA概念和方法研究，仿真模型VVA员工在实际仿真系统中不断推进VVA，近年来仿真模型VVA在多个仿真系统的开发，特别是复杂仿真系统VVA和可靠性评估研究中，仿真模型检查和验证技术研究发展到了一个新的高度。仿真模型VVA已成为仿真系统研究和应用的重要支柱。仿真模型VVA在正确的宏政策指导下，有效地开发程序，依靠充分权威的数据和文档，构建统一的VVA支持工具，充分发挥领域专家的支持，从理论研究逐步走向应用开发，美国等仿真系统V VA的开发经验值得我国借鉴。为了使我国的仿真系统VVA走向成熟，希望国家仿真计划、管理部门加快我国仿真系统VVA宏政策的开发，针对仿真系统VVA发展中必须解决的几个核心问题，提出有效的解决方案。同时，逐步推进VVA在仿真系统研发中的应用，对多个仿真系统管理员、开发人员和用户进行了VVA方面的技术培训，使VVA成为仿真系统大规模、产业化、标准化发展过程中的重要动力。2、开发仿真系统体系结构随着分布式交互仿真技术的发展，现有仿真应用程序开发的封闭情况被破坏，对仿真应用程序实现了互操作性。在新世纪，仿真系统体系结构在标准化、层次结构、网络、协作和网格方向上有进一步发展的困难趋势。因此，模拟系统重用(Re u s e)和可配置管理的好处将大大降低模拟应用程序开发成本，并将模拟扩展到更广泛的应用程序领域。2.1标准化模拟系统体系结构从20世纪80年代初期开始的S I MNE T计划，得益于分布式计算技术和通信网络技术的迅速发展，同时宣布了分布式交互仿真时代的到来，多亏了模拟标准化工作的深入发展。从20世纪90年代开始，I E E E1 2 7 8系列标准在体系结构、模拟的互协议数据单元(P DU)和编码、网络要求、模拟工程管理、检查验证和接受、精度说明等多个方面制定，以方便异构模拟系统互连的大型分布式交互模拟系统操作。与分布交互模拟标准(I e E1 2 7 8)一起开发的聚合级别模拟协议(AL s P)定义了在聚合级别模拟应用程序之间进行大规模操作模拟时需要遵循的体系结构、事件调度和交互协议等要求。基于分布式交互模拟标准和聚合模拟协议，加上其他分布式模拟的经验，美国国防部宣布了在1 9 9 5年内向高层次体系结构(HL A)过渡的计划。HL A标准化工作包括HL A的默认规则定义、对象模型模板的格式和信息界面的规定，I E E E E E E E E E通过20年9月HL A的I E E E1 5 1 6系列标准成为行业标准。分布式交互式仿真标准化将在新世纪初进行得更深入，并将继续向更大、更复杂的方向推进仿真。仿真标准化应包括与仿真应用程序开发相关的所有方面，如仿真工程管理、模型检查验证、仿真资源管理等。模拟标准化工作需要进一步扩大参与组织的范围，实际上起到了促进全球模拟技术共同发展的作用。2.2模拟系统层次结构仿真系统的体系结构层次随着仿真应用的复杂而出现和发展。这符合一般软件系统开发的规律。仿真系统体系结构的层次结构有助于仿真设计和开发工作，同时大大提高了仿真系统的开放性、可扩展性和可管理性。通常，仿真系统体系结构包含四个基本级别：(1)资源层次提供模拟应用程序(如地理数据、环境数据、气象数据等)所需的各种标准化数据，并且必须包括管理模拟应用程序所需的所有类型的信息。(2)环境层支持作为模拟应用程序的“操作系统”，支持环境建模和支持环境的执行是HLA的RTI提供执行代表的一般支援环境所需的各种介面和标准处理程序的呼叫。(3)模拟模型层包括完成仿真应用所需的各种仿真模型的设计和实现。模拟模型的互操作性必须在此层定义，在HL A中，模拟模型层的操作必须包括federal object model (F OM)和simulation object model (s om)(取决于OMT的要求)。(4)分析评估层次结构仿真过程和结果分析评估已成为仿真系统的重要功能，因此必须在仿真系统体系结构中包括分析评估层，以提供仿真过程监控和仿真结果评估等高水平任务的支持。2.3模拟系统网络计算机通信网络是信息社会的重要基础也是未来仿真系统的重要基础。过去一个世纪，美国国防部部署的模拟互联网(De f e n s e S I mu l a t I o n I n t e me t)已成为连接美国国内和海外军事基地重要模拟资源的基础结构。仿真系统网络已成为不可逆转的趋势，通过互联网提供的广泛连接性，可以大大降低仿真应用程序之间的互操作性成本。加快模拟开发和应用。网络对模拟系统的影响不仅反映在体系结构的变化中，还反映在开发方式的变化中，通过网络，异地开发团队可以共同开发模拟系统。新一代网络技术的完成将为仿真系统提供更安全、更稳定、更有效的开发环境和运行环境。WE B应用程序技术的成熟性为开发模拟应用程序提供了更经济高效的集成环境。基本web仿真已成为当前分布式仿真开发的重要方向。基于公共internet的仿真需要解决许多问题，例如实时、可靠性、安全性和管理。2.4模拟系统协作一人一机协同的问题一直是仿真系统关注的重要问题。随着分布式交互仿真系统的发展，该问题研究的领域大大扩大。协作已成为下一代仿真系统的重要特征，协作问题包括在虚拟网络仿真环境中相互协作执行必要的任务，以及在仿真系统的整个生命周期中进行开发工作所需的各种人员的协作。协作将是有效开发和应用下一代仿真系统的重要保证。对仿真系统协同效应的深入研究也必须成为仿真体系结构研究中的重要课题。2.5模拟系统网格网格的总体目标是基于当前发展的网格传输基础结构构建信息处理基础结