数字仿真发展趋势_徐庚保

Development Tendency of Digital Simulation
XU Geng － bao1 ， ZENG Lian － zhi2
（ 1． Beijing Aerospace Automatic Control Institute，Beijing 100854 ，China； 2． Beijing Control and Electronic Technology Institute，Beijing 100038 ，China） ABSTRACT： Development of digital simulation needs equirement pulling and Technology spuring，obviously，research for development tendency of digital simulation must start off from now on； With development of science and technology，digital simulation needs expand relevantly on depth and scope； Simulation development forward with time，that needs make friendly modernization of simulation； For continued development of digital simulation technology，strength of simulation industrial must enhance． 21 century is good opportunity for simulation technology，which shall display all one`s skill or ability， simulation technology develops on modernization， which feature is digital， virtual，intellectualization，netting，service and universalization，can certain produce a succession of simulation great achievements of high and new technology industry，can certain support digital manufacture industry that surged third industry revolution，can certain surge veil of complex system further，can certain accomplish safely economically and effectively a mission that age endowed simulation． KEYWORDS： Development of digital simulation； Equirement pulling； Technology spuring； Forward with the time； Industry revolution； Complex system
收稿日期： 2013 － 01 － 15
破性进展， 特别是功能材料会得到更大发展； 以航天飞机、 永
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久性太空站为标志的空间技术将成为 2l 世纪人类向空间延 伸的第一步； 以可控核聚变、 太阳能为标志的新能源技术将 成为下一世纪能源技术发展的重要阶段； 以深海采掘、 海水 和海洋空间利用为标志的海洋技术将成为 21 世纪人类在地
表1 说法 五大领域发展迫切需要仿真
” 显然， 这与 863 规划中 球上拓展生存空间的一个重要方面 。 的高新技术， 即信息、 航天、 自动化、 激光、 生物、 新材料、 海洋 开发和能源， 十分接近！ 由于它们关系到我国社会发展， 能 够振兴中华， 自然成为牵引数字仿真发展的首选需求 。
关于仿真学、 管理科学、 生命科学和军事等五大领域的发展迫切需 要数字仿真技术发挥其独特的作用。 进入 21 世纪以来， 基于仿真的系统研究（ SBSS ） 又面临新的挑战， 诸如计算机网络、 虚
SBSS 又面临新的挑战
拟样机、 智能控制系统研发和复杂系统研究， 以及国防现代化， 迫切要求发展网络仿 真、 虚拟仿真、 智能仿真和复杂系统仿真， 以及当代军事仿真。
五个重大研究方向需要仿真
在核爆炸， 大脑研究， 地球环境， 物种遗传， 物质合成等重大研究方向上， 仿真科学与技 甚至是主要工具。 术不仅是手段和工具， 材料科学， 生命科学， 能源科学， 系统科学， 如雨后春笋， 令人应接不暇。 一 信息科学， 切都在有力地表明： 科学在突破、 观念在剧变、 社会在发展、 人类在跃进。 自然科学、 农业科学、 医药科学、 工程与技术科学， 人文与社会科学五个门类， 及其下设 二、 三级学科， 都需要数字仿真这种科学实验工具。 的一、 当前计算机仿真的六大挑战性课题， 包括核聚变反应、 宇宙起源、 生物基因工程、 结构 材料、 社会经济、 作战模拟等。
第 30 卷
第5 期
计
算
机
仿
真
2013 年 5 月
文章编号： 1006 － 9348 （ 2013 ） 05 － 0001 － 03
数字仿真发展趋势
1 2 徐庚保 ， 曾莲芝
（ 1． 北京航天自动控制研究所， 北京 100854 ； 2． 北京控制与电子技术研究所， 北京 100038 ） 摘要： 数字仿真的发展， 需要需求牵引和技术推动， 显然， 研究数字仿真发展趋势势必要从此出发； 随着科技发展， 数字仿真 在深度和广度上需要相应做进一步扩展； 仿真发展要与时俱进， 必须搞好仿真现代化； 为了持续发展数字仿真技术， 必须增 强仿真产业化的力度。21 世纪将是仿真技术大有作为的好时机， 仿真技术沿着以数字化、 虚拟化、 智能化、 网络化、 服务化和 普适化为现代化特征的方向发展， 必然能够持续创造一系列高新技术产业的仿真硕果， 必然能够支持数字化制造业掀起第 三次工业革命， 必然能够进一步掀起复杂系统的面纱， 必然能够安全而又经济有效地完成时代赋予仿真的使命。 关键词： 数字仿真的发展； 需求牵引； 技术推动； 与时俱进； 工业革命； 复杂系统 中图分类号： TP391． 9 文献标识码： A
EI） 专门收录科技界和工程界达到国际 引（ Engineering index， 先进水平的科技文章。 各国科技人员都以其文章被 SCI 和 EI 收录 为 荣。 全 球 从 事 工 程 与 技 术 科 学 （ Engineering and technology science） 这个门类的科技人员有几千万人 。 我国 仅次于美国， 居世界第二。 谈 科技人员目前超过 500 万人， 论数字仿真发展趋势， 要考虑人心所向， 更要考虑仿真需求， 因为仿真发展离不开需求牵引 。 进入 21 世纪以来， 仿真需求的形势如何？ 我国仿真界
造纸和活字印刷术四大发明以及瓷 、 丝、 茶等五百多项先进 “世界强 数千年雄踞世界东方， 成为农业社会的 的科技创新， ； 国” 18 世纪初英国依靠蒸汽机的发明， 形成了纺织机、 抽水 轮船、 火车和大量技术创新， 一举成为世界上第一个现代 机、 工业化强国； 随后， 欧洲诸国依靠化学和生物学的研究， 在医 化肥、 炸药、 灭菌等方面形成大量技术创新成果， 使得法、 药、 德等国进入了现代化强国行列； 19 世纪末到 20 世纪， 美国注重科技发展， 在科学上取得 了许多成就， 成为获得诺贝尔奖最多的国家， 并依靠机电学 等科学理论在电话、 电灯、 汽车、 飞机、 电脑、 网络等大量的技 术创新， 成为现代世界强国； 日本在战后依靠半导体 、 集成电 路和计算机的技术创新， 也快速地进入了现代化强国的行 列。 由此可见， 科技创新是国力精髓民族魂 。 那麽高新技术产业的灵魂是什麽？ 企业竞争取胜的法 宝又是什麽？ 信息、 航天、 自动化、 激光、 生物、 新材料、 海洋开发和能 源， 这八大高新技术产业的灵魂同样也是创新 。 企业竞争取 胜的法宝， 仍然是创新， 参与竞争， 在竞争中创新， 在创新中 取胜。 创新方式有多种， 如原创式、 集成式和改进式等等。 仿真软件是仿真系统的灵魂， 就拿开发仿真软件来说，
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引言
SCI） 和工程索 美国科学引文索引（ Science citation index，
说法不一（ 见表 1 ） 。 国际难题要解决、 科技要发展、 社会要进步、 国家要富 强， 许许多多问题扑面而来 。看来， 只能有所为而有所不为， 需要确定一下重点的仿真对象， 在四个现代化和建设创新型 国家中， 按照自主创新、 重点跨越、 支撑发展、 引领未来的要 求， 以求真务实的科学态度和只争朝夕的奋斗精神， 为振兴 中华顽强拼搏。 ， “进入信息时代的 21 世 仿真需求说法中， 较精彩的是 纪， 正是科技飞速发展的大好时机， 以光电子技术、 人工智能 技术为标志的信息技术将成为 21 世纪各项技术发展的先 导； 以基因工程、 细胞工程为标志的生物技术将成为 21 世纪 生命科学的核心； 以纳米技术为标志的新材料技术将获得突
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在深度和广度上要进一步扩展
不能光是工程与技术科学， 如今科学， 除了自然科学以
基于云计算的仿真， 相继接踵而来。 格、 随着人工智能技术的发展， 把人工智能技术用到仿真 中， 以及开展基于仿真的智能系统研究， 使智能仿真蓬蓬勃 智能电力仿真、 智能交通仿真、 勃发展起来。智能通信仿真、 智能教学仿真、 智能管理仿真等雨后春笋般地出现 。 复杂系统的复杂性和非线性超出了当前数学的描述能 力， 并且明显地阻碍控制精度的提高， 从而催生了基于仿真 基于控制 的复杂系统研究。基于多智能体的复杂系统仿真 、 （ 人脑面对复杂系统可以通过有限的理性和一些不确定信息 得到满意的结果） 的复杂系统仿真（ 如基于 做出合理的决策， Petri 网的复杂系统仿真、 聚变虚拟装配系统（ FVAS ） 、 大系统 控制问题、 多模型控制问题、 网络控制系统、 鲁棒控制、 自适 应控制、 滑模变结构控制、 保性能控制等） 日益增多， 将会成 为本世纪的热点问题。 近年来， 欧美热衷于统一建模， 实际上， 困难很大， 因为 仿真对象涉及范围太广， 不仅包括农业、 工业和三产， 而且包 含自然科学、 社会科学、 人文社会科学和管理科学， 何况还有 简单系统和复杂系统之分 。 显然， 无论面向过程建模， 还是 面向对象建模， 都难以实现统一建模， 直到如今， 还没有真正 能一统仿真建模领域的理想软件 。 然而， 在仿真系统的全寿 命周期中， 仿真需求的修改总是不可避免的， 因而提出了一 种服务化的仿真建模方法， 能够有效提高仿真系统的应变能 力， 使仿真系统能够随着不断变化的仿真需求快速地更新和 它描 重构。首先制定可被计算机自动处理的模型描述规范， 述了模型的语法、 语义、 行为以及装配等信息， 即模型的元数 据信息， 然后设计服务化仿真模型的基本组织结构， 接下来 基于服务化仿真模型建立相应的系统逻辑框架， 最后讨论服 务化仿真模型集成构建柔性化仿真系统的原理 。 国防科大 五院（ 2006 ） 提出了基于元模型的仿真模型表示方法， 给出了 元模型表示规范的设计策略 。 元模型表示方法较好地克服 了现有方法存在的不足， 可满足模型重用对模型表示的需 求。