教育时空 ●ｌ 计算机仿真技术的研究与发展 陈传红 （同济大学） ［摘要］据最新统计资料表明，计算机技术是当前应用技术最广泛的技术之一，计算机仿真技术也得到了蓬勃发展。研究、应用计算机仿真技术已成为一种 时尚。它使人们在科学研究、生产实践中获得了更好的系统优化性、预测的可靠性和研究的前瞻性，既节约了科研和生产的成本，降低了风险，也拓展了应用的领域。 本文对计算机仿真技术进行了简要的阐述，分析了计算机仿真技术的相关特点、计算机仿真技术的现状和未来发展的方向。 ［关键词］计算机仿真技术中图分类号：Ｖ４４８．１５＋３ 研究与发展 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１４）３６—０２２９一Ｏｌ 引言 仿真是对现实系统的某一层次抽象属性的模仿，人４Ｊ＇￣Ｎ用这样的模型进行 试验，从中得到所需的信息，然后帮助人们对现实世界中某一层次的问题做出 决策。计算机仿真就是建立系统模型的仿真模型进而在电子计算机上对该仿真 模型进行模拟实验的研究过程。计算机仿真技术即以计算机仿真为手段，通过 仿真模型模拟实际系统的运动来认识其规律的一种研究方法，也称计算机仿真 方法。在科技飞速发展的今天，它已经成为控制系统分析、研究、设计不可缺少 的重要工具。 一，仿真的定义和分类 １．仿真定义 计算机仿真技术是以数学理论、相似原理、信息技术、系统技术及其应用领 域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模 型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术。 仿真是在数字计算机上进行实验的数字化技术，它包括数字与逻辑模型的 某些模式，这些模型描述某一事件和经济系统，在若干周期内的特征。 系统仿真是建立在控制理论、相似理论、信息处理技术和计算技术等理论 基础之上的，以计算机和其它专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实 或假想的系统进行试验，并借助于专家经验知识、统计数据和信息资料对实验 结果进行分析研究，进而作出决策的一门综合性的和试验性的学科。 ＝ 计算机仿真技术的特点 １．模型参数可根据要求任意调整、修改和补充。人们可以得到各种可能的 仿真效果，为进一步完善研究方案提供了可能。与传统的实物实验相比，具有运 行费用低、无风险、方便灵活等优点。 ２．系统模型求解快速。运用计算机仿真，能够在较短的时间内得出仿真运 算的结果，为生产实践提供最及时的指导。 ３．仿真运算结果可靠、准确。在机器没有故障的前提下，只要系统模型、仿 真模型、仿真程序科学合理，那么计算机的运算结果是准确无误的。 ４．实物、实时仿真直观、逼真。这一特点使它在一些复杂工程系统中例如核 电、航天等领域得到了广泛应用。 传统的仿真技术是一个迭代过程，即针对实际系统某一层次的特性（过程）， 抽象出一个模型，然后假设态势（输入），进行试验，由试验者判读输出结果和验 证模型，根据判断的情况反复修改模型和有关的参数，不仅效率低，也存在环 境、安全等因素的限制，所以很难达到实验者满意的仿真效果。而计算机仿真技 术是利用计算机科学和技术的成果建立被仿真的系统的模型，并在试验条件下 对模型进行动态实验，它具有高效、安全、受环境条件的约束较少、可改变时间 比例尺等优点，已成为分析、设计、运行、评价、培训系统尤其是复杂系统的重要 工具 三．计算机仿真技术的研究现状 计算机仿真技术的发展与计算机的发展是密不可分的。２Ｏ世纪５Ｏ年代的计 算机仿真大部分是以电子模拟计算机为主机实现的，在部分特殊应用领域内也 有以液压机、气压机或阻抗网络作为主要模拟设备的。由于电子模拟计算机的 精度较差等缺点，从７０年代初开始，数字模拟混合计算机仿真得到发展。从７Ｏ年 代末起，以数字机为主机的各种各样的专用和通用计算机仿真得到了普及和推 广。由于高性能工作站、巨型机、小巨机、软件技术和人工智能技术取得了引人 瞩目的进展，在８０年代人们对智能化的计算机仿真寄予了希望，也在综合集成 数字仿真和模拟仿真优势的基础上，设计出了在更高层次上的数字模拟 昆合仿 真技术，在一些特定的仿真领域内，这种智能计算机仿真和高层次的数字模拟 计算机仿真都取得了令人鼓舞的结果。特别是近几十年来，随着系统工程与科 学的迅速发展，计算机仿真技术也得到了蓬勃发展，已经从传统的工程领域扩 展到非工程领域，在社会经济系统、环境生态系统、生物医学系统、能源系统、教 育培训系统等得到了广泛应用。 四．计算机仿真技术的展望 随着计算机应用技术和网络技术的发展，计算机仿真技术也在不断地发 展。未来的发展主要有两个方向： １．仿真技术的网络化 众所周知，现在已经开发研制出来的仿真系统有很多，它们不能互相兼容， 可移植性差，实现共享困难，与开发的高成本、低效率、长时间不成正比，更不能 充分加以利用。要想解决这些问题，首先要解决的是采用兼容性好的计算机语 言来编写仿真系统，其次是采用网络化技术实现仿真系统的共享。尤其是后者， 在将来的仿真系统开发中具有重要的意义。实现仿真系统的网络共享，不但可 以在一定程度上避免不必要的社会资源的浪费，而且可以通过适当的收费来弥 补开发成本的不足。 ２．仿真技术的虚拟制造 计算机仿真技术发展的另一个大方向是在虚拟制造技术领域的深入应用。 虚拟制造技术是２Ｏ世纪９Ｏ年代发展起来的一种先进的制造技术，它利用计算机 仿真技术和虚拟现实技术的结合，在计算机上实现了从产品设计到产品出厂以 及企业各级过程的管理与控制。这使得制造技术不再主要依靠经验，便可实现 对制造的全方位预测，为机械制造领域开辟了一个广阔的新天地。 五 计算机仿真技术的支撑技术 计算机仿真技术的支撑技术主要有分布式计算机仿真技术、协同式计算机 仿真技术、沉浸式计算机仿真技术、基于网络的环境计算机仿真技术。 计算机仿真技术分布式，既是由于数据分布的需要，也是应用分布式计算 环境进行并行计算，以达到实时显示目的的重要手段，分布式计算平台有互联 网的异构机组成，包括商陛能的ＳＭＰ和ＤＳＭ多处理器、工作站／ＰＣ机机群系统。 来自不同地区、不同学科的学者过去式通过出差或开会等方式进行交流 的，现在，随着高速网络投入使用，采用多媒体技术支持下是、的ＣＳＣＷ技术可 以达到快捷、高效协同工作的目的。 计算机仿真技术采用传统上为虚拟环境所装用的投影式显示设备，标志着 这两个研究方向融合的发展趋势。由于沉浸式显示设备能使用户获得临场感， 更有利于用户获得对数据的直观感受，有助于结果的分析 六．仿真系统的作用和意义 随着军事和科学技术的迅猛发展，仿真已成各种复杂系统研制工作的一种 比不可少的手段。尤其是在航空航天领域，仿真即使已是飞行器和卫星运载工 具研制必不可少的手段。在研制、坚定、和定形全过程必须全面的应用先进的仿 真技术。否则，任何新型的、先进的飞行器和运载工具的研制都将是不可能的。 计算机仿真技术在军事的应用是很广泛的，如运用交战模型进行的计算机 仿真，新型武器装备发展过程中的仿真、部队作战训练方面的仿真、高层论证和 规划计划中的仿真、军事作战理论和学术研究中的仿真、作战指挥和战争计划 中的仿真，以及战后后勤保障的仿真等。 参考文献 ［１】尹建璋．《局域网组建实例教程 ．西安电子科技大学出版社２００７—８— １出版． 科技博览 ２２９
