仿真技術

仿真技術

仿真技術是一門多學科的綜合性技,是以仿真技術計算機和專用設備為工個具,利用系統模型對實際的或構想的系統進行動態試驗。現是一項國防關鍵技術,對提高武器系統的研製效率、改善部隊訓練和提高戰鬥力將發揮越來越大的作用,已成為已開發國家實現質量建軍的一種重要手段。

基本信息

基本簡介

仿真技術是一門多學科的綜合性技術,它以控制論、系統論、相似原理和信息技術為基礎,以計算機和專用設備為工具,利用系統模型對實際的或構想的系統進行動態試驗。例如,汽車或飛機的駕駛訓練模擬器,就是套用仿真技術的成果。

仿真技術仿真技術
信息處理技術和網路技術的發展,實際上已經完全改變為仿真的概念。將先進的仿真技術與網路技術相結合,由真實裝備和計算機仿真系統綜合仿真系統組成仿真環境,用計算機網路把新武器系統和分散在不同地點的研製者、用戶聯繫在一起,讓用戶在仿真環境中提前“使用”正在研製的武器,讓研製者能提前了解武器的作戰使用,雙方共同研究,及時發現和解決問題。這樣不僅加快了武器系統的研製進度,也縮短了新武器形成戰鬥力的時間。在部隊訓練方面,仿真技術同樣大有用武之地。美國陸軍到80年代末,訓練士兵還是採用野戰訓練和模擬訓練兩種方法。野戰訓練的主要問題是燃料、彈藥消耗大,場地、都有困難,組織大規模演習費時又費力;模擬訓練,所用的模擬器可能比它所模擬的真實裝備還要貴。

為了解決部隊訓練問題,美國國防部高級研究計畫局1983年開始實施模擬器聯網計畫,把分散在各地的訓練器用計算機聯成網路,形成分散式互動仿真,實現異地聯通與互操作。仿真技術是一項國防關鍵技術,對提高武器系統的研製效率、改善部隊訓練和提高戰鬥力將發揮越來越大的作用,已成為已開發國家實現質量建軍的一種重要手段。

仿真工具

仿真技術仿真技術

主要指的是仿真硬體和仿真軟體。仿真硬體中最主要的是計算機。用於仿真的計算機有三種類型:模擬計算機、數字計算機和混合計算機。數字計算機還可分為通用數字計算機和專用的數字計算機。模擬計算機主要用於連續系統的仿真,稱為模擬仿真。在進行模擬仿真時,依據仿真模型(在這裡是排題圖)將各運算放大器按要求連線起來,並調整有關的係數器。改變運算放大器的連線形式和各係數的調定值,就可修改模型。仿真結果可連續輸出。因此,模擬計算機的人機互動性好,適合於實時仿真。改變時間比例尺還可實現超實時的仿真。

60年代前的數字計算機由於運算速度低和人機互動性差,在仿真中套用受到限制。現代的數字計算機已具有很高的速度,某些專用的數字計算機的速度更高,已能滿足大部分系統的實時仿真的要求,由於軟體、接口和終端技術的發展,人機互動性也已有很大提高。因此數字計算機已成為現代仿真的主要工具。混合計算機把模擬計算機和數字計算機聯合在一起工作,充分發揮模擬計算機的高速度和數字計算機的高精度、邏輯運算和存儲能力強的優點。但這種系統造價較高,只宜在一些要求嚴格的系統仿真中使用。除計算機外,仿真硬體還包括一些專用的物理仿真器,如運動仿真器、目標仿真器、負載仿真器、環境仿真器等。

仿真軟體包括為仿真服務的仿真程式、仿真程式包、仿真語言和以資料庫為核心的仿真軟體系統。仿真軟體的種類很多,在工程領域,用於系統性能評估,如機構動力學分析、控制力學分析、結構分析、熱分析、加工仿真等的仿真軟體系統MSCSoftware在航空航天等高科技領域已有45年的套用歷史。

仿真方法

主要是指建立仿真模型和進行仿真實驗的方法,可分為兩大類:連續系統仿真方法和離散事件系統的仿真方法(見仿真方法)。人們有時將建立數學模型的方法也列入仿真方法,這是因為對於連續系統雖已有一套理論建模和實驗建模的方法,但在進行系統仿真時,常常先用經過假設獲得的近似模型來檢驗假設是否正確,必要時修改模型,使它更接近於真實系統。對於離散事件系統建立它的數學模型就是仿真的一部分。

套用效益

仿真技術得以發展的主要原因,是它所帶來的巨大社會經濟效益。50年代和60年代仿真主要套用於航空、航天、電力、化工以及其他工業過程控制等工程技術領域。

在航空工業方面,採用仿真技術使大型客機的設計和研製周期縮短20%。利用飛行仿真器在地面訓練飛行員,不僅節省大量燃料和經費(其經費僅為空中飛行訓練的十分之一),而且不受氣象條件和場地的限制。此外,在飛行仿真器上可以設定一些在空中訓練時無法設定的故障,培養飛行員應付故障的能力。訓練仿真器所特有的安全性也是仿真技術的一個重要優點。

在航天工業方面,採用仿真實驗代替實彈試驗可使實彈試驗的次數減少80%。在電力工業方面採用仿真系統對核電站進行調試、維護和排除故障,一年即可收回建造仿真系統的成本。現代仿真技術不僅套用於傳統的工程領域,而且日益廣泛地套用於社會、經濟、生物等領域,如交通控制、城市規劃、資源利用、環境污染防治、生產管理、市場預測、世界經濟的分析和預測、人口控制等。對於社會經濟等系統,很難在真實的系統上進行實驗。因此,利用仿真技術來研究這些系統就具有更為重要的意義。

發展方向

在仿真硬體方面,從60年代起採用數字計算機逐漸多於模擬計算機。混合計算機系統在70年代一度停滯不前,80年代以來又有發展的趨勢,由於小型機和微處理機的發展,以及採用流水線原理和並行運算等措施,數字仿真運算速度的提高有了新的突破。例如利用超小型機 VAX 11-785和外圍處理器AD-10聯合工作可對大型複雜的飛行系統進行實時仿真。

仿真軟體方面,除進一步發展互動式仿真語言和功能更強的仿真軟體系統外,另一個重要的趨勢是將仿真技術和人工智慧結合起來,產生具有專家系統功能的仿真軟體。仿真模型、實驗系統的規模和複雜程度都在不斷地增長,對它們的有效性和置信度的研究將變得十分重要。同時建立適用的基準對系統進行評估的工作也日益受到重視。

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