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技術(shù)文章
仿真器的進(jìn)步步伐
點(diǎn)擊次數(shù)：2534 發(fā)布時(shí)間：2009-7-15
仿真器是仿真技術(shù)的集中體現(xiàn)，是系統(tǒng)仿真的實(shí)踐表現(xiàn)，也是系統(tǒng)仿真為社會(huì)服務(wù)
的主要形式之一，也是仿真學(xué)科的重要組成部分，在仿真工程專業(yè)的教學(xué)中已出現(xiàn)仿真器。
仿真器是采用系統(tǒng)仿真技術(shù)構(gòu)造的某一真實(shí)系統(tǒng)的相似系統(tǒng)，仿真器多數(shù)用于訓(xùn)練，
也愈來愈多的用于設(shè)計(jì)研究，用于輔助決策。由于真實(shí)系統(tǒng)的專業(yè)、規(guī)模、功能的不同，
仿真器的專業(yè)、規(guī)模、功能有著很大的不同。
到目前為止，仿真器的應(yīng)用已廣泛深入到各種行業(yè)，各種領(lǐng)域，如軍事、交通、能
源、經(jīng)濟(jì)、教育等領(lǐng)域。從載人航天到海中潛艇，均有仿真器的應(yīng)用。
各種的保障模擬器和保障仿真系統(tǒng)。這些模擬器不僅用于技能訓(xùn)練，也用于戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練。
交通運(yùn)輸上有民航的飛行模擬器，民航的逃逸救生模擬器，zui近還出現(xiàn)了反恐訓(xùn)練
的模擬器。鐵路的駕駛模擬器，船舶的駕駛模擬器，汽車駕駛模擬器，汽車事故的推演分
析系統(tǒng)等，解決一般的駕駛的訓(xùn)練，并進(jìn)一步向復(fù)雜情況下的駕駛訓(xùn)練和事故分析等用途
發(fā)展。
能源工業(yè)中以電廠仿真模擬器較多，它有核反應(yīng)堆、熱力鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、
電網(wǎng)的仿真。石油化工系統(tǒng)的各種流程、各種化工裝置的仿真，這類仿真器不僅解決了正
常狀態(tài)下操作人員的訓(xùn)練仿真，而且已向事故預(yù)防、事故處理、安全分析及對(duì)策的深層次
仿真發(fā)展。
由于一般的仿真器，對(duì)其結(jié)構(gòu)體系、關(guān)鍵技術(shù)、生產(chǎn)使用都已經(jīng)比較成熟了。在設(shè)
計(jì)、制造時(shí)，研制者主要精力是放在獲取實(shí)現(xiàn)性能的先進(jìn)技術(shù)的方面，隨著的需求發(fā)展和
技術(shù)的進(jìn)步，仿真器的發(fā)展會(huì)更加迅速。這里不對(duì)先進(jìn)的支撐技術(shù)研究，而是在對(duì)未來仿
真器的設(shè)計(jì)思想上提出一些建議：
1．復(fù)雜系統(tǒng)的仿真器
過去的仿真器無論規(guī)模多大，大部分仍是簡(jiǎn)單系統(tǒng)的仿真器。復(fù)雜系統(tǒng)是不能用還
原法研究的系統(tǒng)，是部分之和不等于總體的系統(tǒng)。復(fù)雜系統(tǒng)中的非線性、自組織性、突變
性、自相似性等眾多簡(jiǎn)單系統(tǒng)不具備的特性，目前還是仿真的難題。研究復(fù)雜性的方法可
以是理論分析和實(shí)驗(yàn)方法，其中仿真實(shí)驗(yàn)的方法是主要實(shí)驗(yàn)方法之一，仿真可以遵循常規(guī)
的思路――建模仿真，也可以直接按照復(fù)雜系統(tǒng)的構(gòu)成形成一個(gè)人造的復(fù)雜系統(tǒng)，使其與
原型復(fù)雜系統(tǒng)相似，這種方法就是構(gòu)建自身是復(fù)雜系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)。
2．輔助決策性的仿真器
過去的仿真器分為訓(xùn)練型和工程研究型，前者是為了培養(yǎng)人才，后者是為了科研創(chuàng)
新。由于信息技術(shù)的發(fā)展，日益需求輔助決策型的仿真系統(tǒng)，輔助決策方法不一定采用仿
真方法，可以采用計(jì)算方法，大量的輔助決策系統(tǒng)是以科學(xué)計(jì)算為核心。但是對(duì)于多元、
關(guān)系復(fù)雜的問題，常常因?yàn)橛?jì)算量過大，不收斂等而失敗。構(gòu)建仿真系統(tǒng)，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，
從中得出問題的解，并配合評(píng)估系統(tǒng)給出供決策所需要的信息，是一個(gè)很好的思路。如政
策制定的輔助決策系統(tǒng)，作戰(zhàn)指揮的輔助決策系統(tǒng)，安全事故處理的輔助決策系統(tǒng)，它們
都是以實(shí)時(shí)，甚至是超實(shí)時(shí)的仿真系統(tǒng)為主要結(jié)構(gòu)。
3．綜合型、多功能、具有分布式交互的能力的仿真器
單一功能的仿真器日益滿足了社會(huì)需要，它以功能單一，效率高，服務(wù)于各種培訓(xùn)、
訓(xùn)練中心。但是它功能單一，僅解決一個(gè)方面的訓(xùn)練問題，如軍事應(yīng)用中，我們解決單獨(dú)的駕駛，單獨(dú)的射擊，單獨(dú)的通訊等，但一旦需要進(jìn)行綜合性的訓(xùn)練，如戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練，就需
要幾個(gè)方面合成一個(gè)系統(tǒng)，以一個(gè)武器裝備去參加更大規(guī)模的作戰(zhàn)訓(xùn)練，這樣就出現(xiàn)了綜
合性的仿真器，綜合性仿真器可以在單一仿真器上增加網(wǎng)絡(luò)接口，或的數(shù)據(jù)通訊硬件、
軟件，改造仿真器中部分軟件實(shí)現(xiàn)信息集成。單一仿真器在設(shè)計(jì)時(shí)是否留有分布式交互的
接口就十分有意義了。建議有可能綜合的仿真器，都應(yīng)事先留好網(wǎng)絡(luò)接口，以適應(yīng)綜合的
需要。
4．智能仿真器
過去的模擬器都是以確定的需求來設(shè)計(jì)生產(chǎn)，如訓(xùn)練的條例條令，工藝生產(chǎn)流程文
件，安全生產(chǎn)的規(guī)章制度等，因而訓(xùn)練科目化、程序化的思路很清晰，它的考評(píng)軟件的編
制有足夠的依據(jù)。在工程型仿真器中，實(shí)驗(yàn)方案有詳細(xì)的設(shè)計(jì)，試驗(yàn)的狀態(tài)會(huì)嚴(yán)格的控制，
得到的結(jié)果有科學(xué)的數(shù)據(jù)處理方法，從而得到有價(jià)值的結(jié)果。在決策型、復(fù)雜系統(tǒng)仿真中，
將出現(xiàn)大量人的因素介入，如果全部采用真實(shí)人，常常數(shù)量上不能滿足，而且真人的狀態(tài)
十分復(fù)雜，盡管從體質(zhì)、個(gè)性、文化水平、反映能力上都相似的兩個(gè)人，對(duì)同一狀態(tài)的反
映可能截然相反。所以復(fù)雜系統(tǒng)的仿真器中，必然要引入仿真人的智能部分的模型，如作
戰(zhàn)仿真中智能兵力，它以裝備性能為基礎(chǔ)，以作戰(zhàn)原則、作戰(zhàn)編成為指導(dǎo)，以多種的人工
智能技術(shù)為手段，實(shí)現(xiàn)仿真器中虛擬人的行為仿真。人工智能技術(shù)和仿真器的結(jié)合將產(chǎn)生
智能仿真器，滿足復(fù)雜仿真的需要。
綜合仿真以及具有人的智能仿真的各種仿真器，它們有可能成為今后仿真器的發(fā)展方向
的主要形式之一，也是仿真學(xué)科的重要組成部分，在仿真工程專業(yè)的教學(xué)中已出現(xiàn)仿真器。
仿真器是采用系統(tǒng)仿真技術(shù)構(gòu)造的某一真實(shí)系統(tǒng)的相似系統(tǒng)，仿真器多數(shù)用于訓(xùn)練，
也愈來愈多的用于設(shè)計(jì)研究，用于輔助決策。由于真實(shí)系統(tǒng)的專業(yè)、規(guī)模、功能的不同，
仿真器的專業(yè)、規(guī)模、功能有著很大的不同。
到目前為止，仿真器的應(yīng)用已廣泛深入到各種行業(yè)，各種領(lǐng)域，如軍事、交通、能
源、經(jīng)濟(jì)、教育等領(lǐng)域。從載人航天到海中潛艇，均有仿真器的應(yīng)用。
各種的保障模擬器和保障仿真系統(tǒng)。這些模擬器不僅用于技能訓(xùn)練，也用于戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練。
交通運(yùn)輸上有民航的飛行模擬器，民航的逃逸救生模擬器，zui近還出現(xiàn)了反恐訓(xùn)練
的模擬器。鐵路的駕駛模擬器，船舶的駕駛模擬器，汽車駕駛模擬器，汽車事故的推演分
析系統(tǒng)等，解決一般的駕駛的訓(xùn)練，并進(jìn)一步向復(fù)雜情況下的駕駛訓(xùn)練和事故分析等用途
發(fā)展。
能源工業(yè)中以電廠仿真模擬器較多，它有核反應(yīng)堆、熱力鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、
電網(wǎng)的仿真。石油化工系統(tǒng)的各種流程、各種化工裝置的仿真，這類仿真器不僅解決了正
常狀態(tài)下操作人員的訓(xùn)練仿真，而且已向事故預(yù)防、事故處理、安全分析及對(duì)策的深層次
仿真發(fā)展。
由于一般的仿真器，對(duì)其結(jié)構(gòu)體系、關(guān)鍵技術(shù)、生產(chǎn)使用都已經(jīng)比較成熟了。在設(shè)
計(jì)、制造時(shí)，研制者主要精力是放在獲取實(shí)現(xiàn)性能的先進(jìn)技術(shù)的方面，隨著的需求發(fā)展和
技術(shù)的進(jìn)步，仿真器的發(fā)展會(huì)更加迅速。這里不對(duì)先進(jìn)的支撐技術(shù)研究，而是在對(duì)未來仿
真器的設(shè)計(jì)思想上提出一些建議：
1．復(fù)雜系統(tǒng)的仿真器
過去的仿真器無論規(guī)模多大，大部分仍是簡(jiǎn)單系統(tǒng)的仿真器。復(fù)雜系統(tǒng)是不能用還
原法研究的系統(tǒng)，是部分之和不等于總體的系統(tǒng)。復(fù)雜系統(tǒng)中的非線性、自組織性、突變
性、自相似性等眾多簡(jiǎn)單系統(tǒng)不具備的特性，目前還是仿真的難題。研究復(fù)雜性的方法可
以是理論分析和實(shí)驗(yàn)方法，其中仿真實(shí)驗(yàn)的方法是主要實(shí)驗(yàn)方法之一，仿真可以遵循常規(guī)
的思路――建模仿真，也可以直接按照復(fù)雜系統(tǒng)的構(gòu)成形成一個(gè)人造的復(fù)雜系統(tǒng)，使其與
原型復(fù)雜系統(tǒng)相似，這種方法就是構(gòu)建自身是復(fù)雜系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)。
2．輔助決策性的仿真器
過去的仿真器分為訓(xùn)練型和工程研究型，前者是為了培養(yǎng)人才，后者是為了科研創(chuàng)
新。由于信息技術(shù)的發(fā)展，日益需求輔助決策型的仿真系統(tǒng)，輔助決策方法不一定采用仿
真方法，可以采用計(jì)算方法，大量的輔助決策系統(tǒng)是以科學(xué)計(jì)算為核心。但是對(duì)于多元、
關(guān)系復(fù)雜的問題，常常因?yàn)橛?jì)算量過大，不收斂等而失敗。構(gòu)建仿真系統(tǒng)，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，
從中得出問題的解，并配合評(píng)估系統(tǒng)給出供決策所需要的信息，是一個(gè)很好的思路。如政
策制定的輔助決策系統(tǒng)，作戰(zhàn)指揮的輔助決策系統(tǒng)，安全事故處理的輔助決策系統(tǒng)，它們
都是以實(shí)時(shí)，甚至是超實(shí)時(shí)的仿真系統(tǒng)為主要結(jié)構(gòu)。
3．綜合型、多功能、具有分布式交互的能力的仿真器
單一功能的仿真器日益滿足了社會(huì)需要，它以功能單一，效率高，服務(wù)于各種培訓(xùn)、
訓(xùn)練中心。但是它功能單一，僅解決一個(gè)方面的訓(xùn)練問題，如軍事應(yīng)用中，我們解決單獨(dú)的駕駛，單獨(dú)的射擊，單獨(dú)的通訊等，但一旦需要進(jìn)行綜合性的訓(xùn)練，如戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練，就需
要幾個(gè)方面合成一個(gè)系統(tǒng)，以一個(gè)武器裝備去參加更大規(guī)模的作戰(zhàn)訓(xùn)練，這樣就出現(xiàn)了綜
合性的仿真器，綜合性仿真器可以在單一仿真器上增加網(wǎng)絡(luò)接口，或的數(shù)據(jù)通訊硬件、
軟件，改造仿真器中部分軟件實(shí)現(xiàn)信息集成。單一仿真器在設(shè)計(jì)時(shí)是否留有分布式交互的
接口就十分有意義了。建議有可能綜合的仿真器，都應(yīng)事先留好網(wǎng)絡(luò)接口，以適應(yīng)綜合的
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制有足夠的依據(jù)。在工程型仿真器中，實(shí)驗(yàn)方案有詳細(xì)的設(shè)計(jì)，試驗(yàn)的狀態(tài)會(huì)嚴(yán)格的控制，
得到的結(jié)果有科學(xué)的數(shù)據(jù)處理方法，從而得到有價(jià)值的結(jié)果。在決策型、復(fù)雜系統(tǒng)仿真中，
將出現(xiàn)大量人的因素介入，如果全部采用真實(shí)人，常常數(shù)量上不能滿足，而且真人的狀態(tài)
十分復(fù)雜，盡管從體質(zhì)、個(gè)性、文化水平、反映能力上都相似的兩個(gè)人，對(duì)同一狀態(tài)的反
映可能截然相反。所以復(fù)雜系統(tǒng)的仿真器中，必然要引入仿真人的智能部分的模型，如作
戰(zhàn)仿真中智能兵力，它以裝備性能為基礎(chǔ)，以作戰(zhàn)原則、作戰(zhàn)編成為指導(dǎo)，以多種的人工
智能技術(shù)為手段，實(shí)現(xiàn)仿真器中虛擬人的行為仿真。人工智能技術(shù)和仿真器的結(jié)合將產(chǎn)生
智能仿真器，滿足復(fù)雜仿真的需要。
綜合仿真以及具有人的智能仿真的各種仿真器，它們有可能成為今后仿真器的發(fā)展方向