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  • 仿真技术

    仿真技术是一门多学科的综合性技,是以仿真技术计算机和专用设备为工个具,利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验。现是一项国防关键技术,对提高武器系统的研制效率、改善部队训练和提高战斗力将发挥越来越大的作用,已成为发达国家实现质量建军的一种重要手段。

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    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 仿真技术
    应用领域: 社会、经济、生物等领域 发展方向: 将仿真技术和人工智能结合起来
    仿真工具: 仿真硬件和仿真软件等

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    基本简介/仿真技术 编辑

    仿真技术是一门多学科的综合性技术,它以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础,以计算机和专用设备为工具,利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验。例如,汽车或飞机的驾驶训练模拟器,就是应用仿真技术的成果。

    仿真技术仿真技术
    信息处理技术和网络技术的发展,实际上已经完全改变为仿真的概念。将先进的仿真技术与网络技术相结合,由真实装备和计算机仿真系统综合仿真系统组成仿真环境,用计算机网络把新武器系统和分散在不同地点的研制者、用户联系在一起,让用户在仿真环境中提前“使用”正在研制的武器,让研制者能提前了解武器的作战使用,双方共同研究,及时发现和解决问题。这样不仅加快了武器系统的研制进度,也缩短了新武器形成战斗力的时间。在部队训练方面,仿真技术同样大有用武之地。美国陆军到80年代末,训练士兵还是采用野战训练和模拟训练两种方法。野战训练的主要问题是燃料、弹药消耗大,场地、都有困难,组织大规模演习费时又费力;模拟训练,所用的模拟器可能比它所模拟的真实装备还要贵。

    为了解决部队训练问题,美国国防部高级研究计划局1983年开始实施模拟器联网计划,把分散在各地的训练器用计算机联成网络,形成分布式交互仿真,实现异地联通与互操作。仿真技术是一项国防关键技术,对提高武器系统的研制效率、改善部队训练和提高战斗力将发挥越来越大的作用,已成为发达国家实现质量建军的一种重要手段。[1]

    仿真工具/仿真技术 编辑

    仿真技术
仿真技术

    主要指的是仿真硬件和仿真软件。仿真硬件中最主要的是计算机。用于仿真的计算机有三种类型:模拟计算机、数字计算机和混合计算机。数字计算机还可分为通用数字计算机和专用的数字计算机。模拟计算机主要用于连续系统的仿真,称为模拟仿真。在进行模拟仿真时,依据仿真模型(在这里是排题图)将各运算放大器按要求连接起来,并调整有关的系数器。改变运算放大器的连接形式和各系数的调定值,就可修改模型。仿真结果可连续输出。因此,模拟计算机的人机交互性好,适合于实时仿真。改变时间比例尺还可实现超实时的仿真。

    60年代前的数字计算机由于运算速度低和人机交互性差,在仿真中应用受到限制。现代的数字计算机已具有很高的速度,某些专用的数字计算机的速度更高,已能满足大部分系统的实时仿真的要求,由于软件、接口和终端技术的发展,人机交互性也已有很大提高。因此数字计算机已成为现代仿真的主要工具。混合计算机把模拟计算机和数字计算机联合在一起工作,充分发挥模拟计算机的高速度和数字计算机的高精度、逻辑运算和存储能力强的优点。但这种系统造价较高,只宜在一些要求严格的系统仿真中使用。除计算机外,仿真硬件还包括一些专用的物理仿真器,如运动仿真器、目标仿真器、负载仿真器、环境仿真器等。

    仿真软件包括为仿真服务的仿真程序、仿真程序包、仿真语言和以数据库为核心的仿真软件系统。仿真软件的种类很多,在工程领域,用于系统性能评估,如机构动力学分析、控制力学分析、结构分析、热分析、加工仿真等的仿真软件系统MSC Software在航空航天等高科技领域已有45年的应用历史。

    仿真方法/仿真技术 编辑

    主要是指建立仿真模型和进行仿真实验的方法,可分为两大类:连续系统仿真方法和离散事件系统的仿真方法(见仿真方法)。人们有时将建立数学模型的方法也列入仿真方法,这是因为对于连续系统虽已有一套理论建模和实验建模的方法,但在进行系统仿真时,常常先用经过假设获得的近似模型来检验假设是否正确,必要时修改模型,使它更接近于真实系统。对于离散事件系统建立它的数学模型就是仿真的一部分。

    应用效益/仿真技术 编辑

    仿真技术得以发展的主要原因,是它所带来的巨大社会经济效益。50年代和60年代仿真主要应用于航空、航天、电力、化工以及其他工业过程控制等工程技术领域。

    在航空工业方面,采用仿真技术使大型客机的设计和研制周期缩短20%。利用飞行仿真器在地面训练飞行员,不仅节省大量燃料和经费(其经费仅为空中飞行训练的十分之一),而且不受气象条件和场地的限制。此外,在飞行仿真器上可以设置一些在空中训练时无法设置的故障,培养飞行员应付故障的能力。训练仿真器所特有的安全性也是仿真技术的一个重要优点。

    在航天工业方面,采用仿真实验代替实弹试验可使实弹试验的次数减少80%。在电力工业方面采用仿真系统对核电站进行调试、维护和排除故障,一年即可收回建造仿真系统的成本。现代仿真技术不仅应用于传统的工程领域,而且日益广泛地应用于社会、经济、生物等领域,如交通控制、城市规划、资源利用、环境污染防治、生产管理、市场预测、世界经济的分析和预测、人口控制等。对于社会经济等系统,很难在真实的系统上进行实验。因此,利用仿真技术来研究这些系统就具有更为重要的意义。

    发展方向/仿真技术 编辑

    在仿真硬件方面,从60年代起采用数字计算机逐渐多于模拟计算机。混合计算机系统在70年代一度停滞不前,80年代以来又有发展的趋势,由于小型机和微处理机的发展,以及采用流水线原理和并行运算等措施,数字仿真运算速度的提高有了新的突破。例如利用超小型机 VAX 11-785和外围处理器AD-10联合工作可对大型复杂的飞行系统进行实时仿真。

    仿真软件方面,除进一步发展交互式仿真语言和功能更强的仿真软件系统外,另一个重要的趋势是将仿真技术和人工智能结合起来,产生具有专家系统功能的仿真软件。仿真模型、实验系统的规模和复杂程度都在不断地增长,对它们的有效性和置信度的研究将变得十分重要。同时建立适用的基准对系统进行评估的工作也日益受到重视。

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    参考资料
    [1]^引用日期:2017-03-04

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