2021-08-29 11:51:27

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仿真技术是应用仿真硬件和仿真软件通过仿真实验,借助某些数值计算和问题求解,反映系统行为或过程的仿真模型技术。仿真技术在20世纪初已有了初步应用。如在实验室中建立水利模型,进行水利学方面的研究。20世纪40-50年代,航空、航天和原子能技术的发展推动了仿真技术的进步。20世纪60年代计算机技术的突飞猛进提供了先进的仿真工具,加速了仿真技术的发展。

基本信息

  • 中文名称

    仿真技术

  • 仿真工具

    仿真硬件和仿真软件等

  • 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

折叠 编辑本段 简介

信息处理技术网络技术的发展,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。

折叠 编辑本段 仿真工具

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。

折叠 编辑本段 仿真方法

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。

折叠 编辑本段 应用和效益

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。

折叠 编辑本段 发展方向

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。在仿真软件方面,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。

折叠 编辑本段 仿真软件介绍

SimuWorks®是为大型科学计算、复杂系统动态特性建模研究、过程仿真培训、系统优化设计与调试、故障诊断与专家系统等,提供通用的、一体化的、全过程支撑的,基于微机环境的开发与运行支撑平台。软件采用了动态内存机器码生成技术、分布式实时数据库技术面向对象的图形化建模方法,在仿真领域处于国内领先水平。它主要用于能源、电力、化工、航空航天、国防军事、经济等研究领域,既可用于科研院所的科学研究,也可用于实际工程项目。

一、 SimuWorks® 的组成

SimuWorks平台产品主要包括

1、 仿真支撑平台SimuEngine(早期版本为Vcs3、SE2000)

2、 图形化建模工具SimuBuilder(早期版本THAms、FigAms)、包括模块资源管理器SimuManager

3、 模块资源库SimuLib(包括:控制,电气,热力,流网,电网)

4、 嵌入式实时操作系统仿真平台SimuERT

5、 仿真实时图形系统SimuMMI

二、SimuWorks®的主要特点

1、 使用动态内存机器码生成技术,结合分布式实时数据库,为微机环境下分布式计算和复杂系统实时仿真,提供了高效的底层支撑平台;

2、 采用面向对象的图形化建模方法,为不同领域仿真科学研究与工程实践,提供了通用的模型开发环境。

3、 SimuWorks将系统仿真所需要的各种功能进行了整合,形成了从开发、调试、验证、到运行、分析等全过程的整套流水线,创立了"系统仿真流水线开发工厂"的新理念,大大提高了仿真工程项目的开发效率;

4、 大型实时仿真系统中,普通的商业数据库达不到实时性要求,SimuWorks中的SimuEngine仿真引擎提供了一个高速的网络实时数据库,可以实现多个模型的分布式计算、动态数据显示与在线数据修改,可以满足大型实时仿真系统的开发和运行的需要。

三、 SimuWorks® 的工作流程

● 使用SimuWorks进行仿真开发的工作流程为:

● 对于系统未提供的专业模块和部分通用模块,用户可以使用SimuManager进行扩充;

● 在SimuBuilder环境中,利用系统提供的模块和用户自己开发的模块,根据仿真对象的组成,用图形的方式进行模块组合,构建仿真系统;

● 配合SimuEngine的仿真支撑,利用SimuBuilder对所构建的仿真系统进行调试,直至形成稳定的最终产品;

● 最终产品仅依赖SimuEngine运行,用于科研和培训等任务。

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