【如日方升】数字仿真发展趋势
作者：徐庚保1，曾莲芝2
( 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)
引言
创新至关重要
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，除了自然科学以外，还包括社会科学、人文社会科学和管理科学，仿真理当为其发展做出卓越贡献。因此，仿真发展在宽度上要进一步扩展。另外，在深度上要特别关注信息技术发展，因为国际公认第一个互联网(1969) 问世标志信息时代到来。由于信息技术的基础性、关键性作用，凡有能力发展高新技术的国家和地区无不把信息技术视为命脉产业，放在优先地位大力发展。
日本人所说的"3C"， "4A"革命，就是指计算技术为主体的信息技术渗透到社会的各个角落。3C 指通信(Communication) ，计算机(Computer) 和自动控制( Control) ，3C构成强大的和灵活的信息网络，是信息时代的神经中枢。4A 指工厂自动化( Factory Automation，FA) ，农业自动化( Agriculture Automation，AA)，办公室自动化( Office Automation，OA) 和家庭自动化( Home Automation，HA) 。同时也要特别关注数字化制造业在世界上将掀起第三次工业革命，显然，仿真技术应当鼎力支持制造业的数字化、智能化和自动化。
信息时代的仿真现代化
立足本职，放眼全球，清楚看到仿真技术还碰到如下一些挑战:
1) 复杂系统的复杂性和非线性明显影响着系统控制精度的提高，基于仿真的复杂系统研究，势在必行。2) 除了农业、工业以外的第三产业在国民经济的比重日益扩大，世界各国都是如此。仿真要为三产发展提供服务。3) 面对当前的国际形势，最令人瞩目是一体化联合作战仿真，而且从掌握“制空权”转变为掌握“制天权”，即要掌握 “信息优势”。
由此可见，李伯虎院士提出仿真技术在21 世纪里应当向着以数字化、虚拟化、智能化、网络化、服务化、普适化为特征的现代化方向发展，显然是十分正确的! 这有如磨刀不误砍柴工。只要仿真技术发展与时俱进，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。
仿真发展总是与时俱进的
计算机(1945) 问世，计算机仿真应运而生。随后的三十多年里，历经模拟仿真、混合仿真和数字仿真三个里程碑式的发展，直到20世纪80年代，数字仿真才开始在计算机仿真领域独占鳌头。原因就是大规模集成电路问世，使数字计算机运算速度大幅度提高，而其成本却大幅度下降，大大提高了数字计算机的性能价格比。
计算机网络是分布交互式仿真( DIS) 的发轫，高层体系结构(HLA) 强调系统互操作和部件可重用，又把 DIS 发展向前推了一大步。基于 Web 的仿真、基于网格的仿真、仿真网格、基于云计算的仿真，相继接踵而来。
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，使智能仿真蓬蓬勃勃发展起来。智能通信仿真、智能电力仿真、智能交通仿真、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的复杂系统研究。
基于多智能体的复杂系统仿真、基于控制 (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 做出合理的决策，得到满意的结果) 的复杂系统仿真( 如基于 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重构。
首先制定可被计算机自动处理的模型描述规范，它描述了模型的语法、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。
仿真技术产业化
近年来，随着仿真技术的发展，中国仿真市场增长异常迅猛，在某些方面达到了国际先进水平。但是，总体技术水平，特别是应用水平与发达国家相比还有差距。
结束语
信息时代的数字仿真，就是当代仿真( The presentage simulation) 。所谓当代仿真就得体现出现代化的特征。正如李伯虎院士所说，信息时代的仿真现代化就是仿真的数字化、虚拟化、智能化、网络化、服务化和普适化。这好比磨刀不误砍柴工。
仿真也是一种高科技，只要仿真技术发展与时俱进，必然能够安全而又经济有效地完成时代赋予仿真的使命。
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