模擬技術

信息處理技術 和網路技術的發展，實際上已經完全改變為模擬的概念。將先進的模擬技術與網路技術相結合，由真實裝備和計算機模擬系統綜合模擬系統組成模擬環境，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 系在一起，讓用戶在模擬環境中提前“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，模擬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劃局1983年開始實施 模擬器聯網計劃，把分散在各地的訓練器用計算機聯成網路，形成分散式交互模擬，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，已成為發達國家實現質量建軍的一種重要手段。

主要指的是模擬硬體和模擬軟體。模擬硬體中最主要的是計算機。用於模擬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模擬，稱為模擬模擬。在進行模擬模擬時，依據模擬模型(在這裡是排題圖)將各運算放大器按要求連接起來，並調整有關的係數器。改變運算放大器的連接形式和各係數的調定值，就可修改模型。模擬結果可連續輸出。因此，模擬計算機的人機交互性好，適合於實時模擬。改變時間比例尺還可實現超實時的模擬。60年代前的數字計算機由於運算速度低和人機交互性差，在模擬中應用受到限制。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模擬的要求，由於軟體、介面和終端技術的發展，人機交互性也已有很大提高。因此數字計算機已成為現代模擬的主要工具。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模擬中使用。除計算機外，模擬硬體還包括一些專用的物理模擬器，如運動模擬器、目標模擬器、負載模擬器、環境模擬器等。

模擬軟體包括為模擬服務的模擬程序、模擬程序包、模擬語言和以資料庫為核心的模擬軟體系統。模擬軟體的種類很多，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、加工模擬等的模擬軟體系統MSC Software在航空航天等高科技領域已有45年的應用歷史。

主要是指建立模擬模型和進行模擬實驗的方法，可分為兩大類：連續系統的模擬方法和離散事件系統的模擬方法（見模擬方法）。人們有時將建立數學模型的方法也列入模擬方法，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，但在進行系統模擬時，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模擬的一部分。

模擬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年代模擬主要應用於航空、航天、電力、化工以及其他工業過程式控制制等工程技術領域。在航空工業方面，採用模擬技術使大型客機的設計和研製周期縮短20%。利用飛行模擬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，在飛行模擬器上可以設置一些在空中訓練時無法設置的故障，培養飛行員應付故障的能力。訓練模擬器所特有的安全性也是模擬技術的一個重要優點。在航天工業方面，採用模擬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模擬系統對核電站進行調試、維護和排除故障，一年即可收回建造模擬系統的成本。現代模擬技術不僅應用於傳統的工程領域，而且日益廣泛地應用於社會、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，利用模擬技術來研究這些系統就具有更為重要的意義。

在模擬硬體方面，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并行運算等措施，數字模擬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模擬。在模擬軟體方面，除進一步發展互動式模擬語言和功能更強的模擬軟體系統外，另一個重要的趨勢是將模擬技術和人工智慧結合起來，產生具有專家系統功能的模擬軟體。模擬模型、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。

SimuWorks®是為大型科學計算、複雜系統動態特性建模研究、過程模擬培訓、系統優化設計與調試、故障診斷與專家系統等，提供通用的、一體化的、全過程支撐的，基於微機環境的開發與運行支撐平台。軟體採用了動態內存機器碼生成技術、分散式實時資料庫技術和面向對象的圖形化建模方法，在模擬領域處於國內領先水平。它主要用於能源、電力、化工、航空航天、國防軍事、經濟等研究領域，既可用於科研院所的科學研究，也可用於實際工程項目。

一、 SimuWorks® 的組成

SimuWorks平台產品主要包括

1、模擬支撐平台SimuEngine（早期版本為Vcs3、SE2000）

2、圖形化建模工具SimuBuilder（早期版本THAms、FigAms）、包括模塊資源管理器SimuManager

3、模塊資源庫SimuLib（包括：控制，電氣，熱力，流網，電網）

4、嵌入式實時操作系統模擬平台SimuERT

5、模擬實時圖形系統SimuMMI

二、SimuWorks®的主要特點

1、使用動態內存機器碼生成技術，結合分散式實時資料庫，為微機環境下分散式計算和複雜系統實時模擬，提供了高效的底層支撐平台；

2、採用面向對象的圖形化建模方法，為不同領域模擬科學研究與工程實踐，提供了通用的模型開發環境。

3、 SimuWorks將系統模擬所需要的各種功能進行了整合，形成了從開發、調試、驗證、到運行、分析等全過程的整套流水線，創立了“系統模擬流水線開發工廠”的新理念，大大提高了模擬工程項目的開發效率；

4、大型實時模擬系統中，普通的商業資料庫達不到實時性要求，SimuWorks中的SimuEngine模擬引擎提供了一個高速的網路實時資料庫，可以實現多個模型的分散式計算、動態數據顯示與在線數據修改，可以滿足大型實時模擬系統的開發和運行的需要。

三、 SimuWorks® 的工作流程

● 使用SimuWorks進行模擬開發的工作流程為：

● 對於系統未提供的專業模塊和部分通用模塊，用戶可以使用SimuManager進行擴充；

● 在SimuBuilder環境中，利用系統提供的模塊和用戶自己開發的模塊，根據模擬對象的組成，用圖形的方式進行模塊組合，構建模擬系統；

● 配合SimuEngine的模擬支撐，利用SimuBuilder對所構建的模擬系統進行調試，直至形成穩定的最終產品；

● 最終產品僅依賴SimuEngine運行，用於科研和培訓等任務。