仿真系统 VV&A 发展的五大关键问题
-1-
引 言
仿真技术是以相似原理、系统技术、信息技术以及仿真应用领域的有关专业技术为基础，以计算机系统、与应用有关的物理效应设备及仿真器为工具，利用模型对（已有的或设想的）系统进行研究的一门多学科的综合性的技术。
仿真本质上是一种知识处理的过程，典型的系统仿真过程包括系统模型建立、仿真模型建立、仿真软件设计、仿真试验和数据分析处理等，它涉及多学科多领域的知识与经验。
随着现代信息技术的高速发展，仿真技术也得到了飞速的发展，在军用和民用领域中的应用更是不断向广度和深度拓展，同时又促进了仿真技术本身的进步。国际上许多国家在“仿真是迄今为止最有效的综合集成方法，是推动科技进步的战略性技术”这一观点上已达成了共识。
毋庸置疑，21世纪仿真技术的研究与应用将取得更大的发展。 建立一个满足应用目标要求的可信的仿真系统是用户的基本要求。可信度问题是仿真系统研究中的基础性理论问题。仿真系统未来的发展方向是规模化、产业化和标准化，其可信度必须通过VV&A来解决。VV&A代表了可信度评估三个不同方面：
· 校核（Verification）:是检验仿真开发者正确地实现了仿真设计的要求的过程。
· 验证（Validation）：是检验仿真系统正确地实现仿真应用目标的要求的过程。
· 验收（Accreditation）:是官方认可仿真系统可以为应用服务的过程。
VV&A是从模型验证研究基础上逐渐发展起来，吸收了软件工程、质量管理等方面思想，针对仿真系统全生命周期可信度评估问题而产生的一套方案。
经过“八五”“九五”的研究，VV&A的重要性已经为仿真系统用户和开发者所认识，并成为仿真系统研究和应用中的关键性基础技术。目前正在探索如何走向实践。本文探索了我国仿真系统VV&A发展过程中需要解决的五大关键问题，并对推动我国仿真系统 VV&A 技术发展提出一些建议。
-2-
仿真系统 VV&A 发展政策
仿真系统VV&A成为用户基本要求，仿真系统规模和应用的日益扩大，迫切需要VV&A成为仿真系统的开发过程中必需的工作。因此宏观上，需要制订指导仿真系统VV&A政策，这将有利于：
· 提高对VV&A的重视程度，使之成为项目管理的重要要求；
· 使VV&A开支能够计入成本，使预算有合理依据；
· 使VV&A信息互通，有利于仿真资源共享和重用；
· 有利于各项VV&A支撑系统建设，提高VV&A的信息化水平。
仿真系统VV&A政策制订应由主管机关提出要求，广泛征求各方面专家的建议和想法，依据我国仿真技术发展的规划，制订科学合理的政策。政策内容包括：发展战略目标、宏观规划、适用领域范围、基本原则、各相关部门的职责、经费资助等方面的明确规定。
美国国防部 1994 年 1 月公布了建模与仿真条令（Directive）5000.59（1998 年发布修订版1）,并于1995年10月发布了建模与仿真 主计划（Master Plan）作为条令 5000.59 的实施计划。在建模与仿真VV&A 政策方面，1996年4 月美国国防部发布指令（instruction）5000.61“建模与仿真校核、验证与验收”(2003 年 5 月修订后再次发布)，详细地规定了国防部建模与仿真管理机构（DMSO: Defense Modeling and Simulation Office）和国防部各分支机构及其支持的仿真项目的VV&A管理、原则、职责、协调、经费等方面的政策。为了对国防部的各部门的VV&A工作提供指导，美国国防部建模与仿真办公室组织专家编写了国防部VV&A建议实施指南（Recommended Practices Guide, RPG）,为各相关部门提供详细的概念、原则、方法等方面的指导。
这份指南是目前对建模与仿真进行 VV&A的非常全面的参考手册，它共有两个版本，1996 年发布的第一版和2000 年发布的千禧年版，前者是一个独立的技术文档，后者则是包括了一系列文档集 合，采用电子方式发布。这份指南仍在不断的完善和修订之中。
美国国防部建模与仿真VV&A政策的明确制定和发布对促进其国内的建模与仿真VV&A研究和实践具有十分重要的促进作用。这方面的经验值得我国在考虑制定 VV&A政策时加以借鉴。
-3-
全生命周期 VV&A 方案
仿真系统的开发逐渐从科学研究模式转向工程开发模式，仿真系统越来越要求建立面向仿真系统全生命周期的过程模型，有关研究可以参考分布交互仿真（DIS）管理与反馈过程（IEEE1278.3）、HLA 仿真联邦开发和执行过程（FEDEP, IEEE1516.3）等。建模与仿真 VV&A 工作是伴随整个仿真系统开发中的一项重要工作，同样需要建立有效的过程模型和评估方案。VV&A方案的设计是仿真系统评估工作中最重要的一环，一个有效的 VV&A 方案应该是：
· 覆盖整个仿真系统全生命周期：这是建模与仿真VV&A工作的重要原则，仿真系统越来越复杂，开发周期越来越长，开发的风险越来越大，从仿真系统需求分析开始就考虑VV&A的要求，并制订覆盖整个仿真系统全生命周期的VV&A方案，有助于及早发现仿真系统设计和开发中存在的问题，及时纠正错误，才能保证仿真系统最终的可信度目标的实现；
· 考虑各种对仿真系统可信度有重要影响的因素：仿真系统VV&A方案必须要考虑仿真系统应用目标、历史情况、开发团队、经费预算等各方面因素；
· 可以实现的：仿真系统VV&A方案必须是经过努力可以获得最终的结果的，并为仿真系统最终应用能够达到所需的可信度水平提供有力的保障；
· 在有限预算条件下最有效的：在仿真系统VV&A应用初期，对仿真系统VV&A工作所投入的经费是有限的；
· 仿真系统VV&A方案设计要使有限的预算更多地去支持对保证仿真系统可信度影响最大VV&A活动，提高仿真系统VV&A的有效性；随着仿真系统 VV&A 应用的逐步深入，其重要性会日益被重视，对VV&A预算会逐步增加；同时，仿真系统VV&A的信息和工具的增加和有效利用会降低VV&A的经费，从而使整个VV&A 的预算变得越来越宽松。仿真系统VV&A方案的内容应当包括：
· 由仿真系统应用目标所确定的可信度评估目标和系统可接受指标；
· VV&A 过程工作流和信息流模型；
· 仿真系统可信度指标定义和度量框架：
· 仿真系统 VV&A 文档要求；
· 项目时间表；
· VV&A 团队的组成和分工；
· 仿真系统 VV&A 所需的资源等。
仿真系统VV&A方案设计应当以一定的标准过程模型为基础，针对具体的仿真系统的实际情况加以科学地剪裁。
基于一定的VV&A标准可以降低仿真系统VV&A方案制订的难度，增强评估结果的应用范围，符合仿真系统开发标准化的趋势。IEEE的一个标准工作委员会2000年通过了建议标准（IEEE1278.4）“分布交互仿真系统 VV&A 建议实施指南”，为基于DIS 标准的分布式仿真系统VV&A 提供指导。
基于HLA的VV&A联邦进行VV&A的过程模型还在研究和讨论中。目前我国在仿真系统VV&A过程标准方面研究仍处于起步阶段，需要纳入未来仿真标准研究框架之中加快进行研究制定。
-4-
权威的 VV&A 数据和文档
仿真系统VV&A是以对模型的验证为基础的，而对模型验证最直接最有效的方法，就是与权威的真实系统在相同输入条件下的输出数据作比较。如何进行这种比较，需要建立一定的原则，研究人员进行了大量的研究工作。仿真系统的开发文档和应用文档全面记录了仿真系统研究和应用的历史，对仿真系统 VV&A 的成功同样具有十分重要的意义。
能否获得权威的、充分的数据和文档对仿真系统VV&A项目的成功意义非常重大。仿真系统的VV&A在权威数据和文档方面面临几方面的问题，缺少必要的数据和文档：在VV&A过程中，不是所有需要的数据和文档都能获得，可能的原因：
· 真实对象不存在；
· 仿真系统开发过程中没有建立文档管理流程；
· 数据虽然存在，但不够充分，不能满足验证模型的需要。
· 如何有效共享数据和文档：一个复杂仿真系统开发和VV&A过程中涉及的文档和数据是巨大的、复杂的、并经常由不同的组织和机构管理，有着不同的规章要求；VV&A过程则要求在开发过程中能够尽可能多地获得所需的数据和文档，如何保证数据和文档共享是成功进行VV&A 的关键。
· 有效的仿真模型验证方法：通过仿真获得的实验数据同真实系统数据的比较来验证仿真模型，一直是仿真模型验证研究的重要领域，提出了不少统计方法，但不同方法之间差别很大，缺乏统一的实施标准；仿真对象向复杂系统方向发展，使仿真模型越来越复杂，而可以利用对仿真模型的进行验证的真实系统的先验知识和真实数据越来越少，从而必须依靠对复杂仿真模型各组成的部分比较验证结果，加上专家的知识和经验，来尝试获得整体仿真模型的可信度，目前这方面还没有十分成功的先例。 为了增加对仿真系统VV&A所需数据和文档的可获得性，建立标准权威建模与仿真资源信息库（Authoritative Modeling and Simulation Resource Repository）对仿真系统VV&A 的意义越来越重大。目前，不断发展的各种信息传递、共享、管理先进手段为实现这一目标提供有效的帮助。在中对建立建模与仿真资源库的方法进行了初步的探索。
-5-
有效的 VV&A 支撑工具
仿真系统VV&A过程需要进行周全的方案设计、有效的实施和管理、大量的测试和协同配合、复杂的文档和数据处理等工作。如果不能充分实现VV&A过程信息化、自动化、协同化，将会消耗大量的人力、物力，其效果也不尽人意。仿真系统VV&A过程需要多种工具的支撑，概括起来有以下几类：
· VV&A计划和进度管理支撑类工具：帮助VV&A工作人员来完成仿真系统VV&A方案的设计和进度的监督和控制；
· 仿真建模VV&A分析专家辅助工具：帮助各方面专家参与VV&A活动，提供他们的知识和经验；
· VV&A信息管理支撑工具：提供开发信息的编辑、分发、信息分类方法、信息存贮方案、版本控制方案、信息安全保证等方面支持的工具；
· VV&A工作协同支持工具：支持VV&A人员要与系统管理人员、设计人员、开发人员和用户紧密地协作，共享仿真系统的各种资源，频繁地交换各种信息；
· VV&A指标定义及获取工具：支持VV&A指标的定义、指标的计算和获取；
· 仿真系统开发及运行过程中的监控、测试、分析、评估工具；
· VV&A工具集成框架：将已有的和将要开发的支持各种仿真建模VV&A工具进行集成的要求和方法。
为了降低仿真系统VV&A工具开发的成本，尽可能地使用成熟商用工具和有效的系统集成是必要的。仿真系统VV&A工具的开发也要纳入整个仿真支撑工具开发的规划中，使仿真系统VV&A工作能够与开发过程实现有效的协同配合。
-6-
领域专家对 VV&A 支持
仿真系统VV&A需要大量的专业知识和经验的运用，特别是对仿真模型的验证，更离不开仿真系统验证领域专家(Subject Matter Experts, 简写 SME)的参与。领域专家是那些在VV&A工作所需专业领域方面具有权威的人，仿真系统的开发是一种高度智力化工作，对这些工作成果的评价必须依靠更有经验的专业人员，以及多方面智力的组合。目前对仿真系统VV&A许多情况下还必须要依靠SME 的专业知识和经验，这些专家应该更加了解仿真系统VV&A的概念和工作性质，更好地为VV&A贡献个人的专业知识和经验。
在仿真系统VV&A方案设计中，必须把SME作为重要的因素加以充分考虑，因为无论采用什么样方法和工具，SME对VV&A的作用都是不可或缺的；因此作为仿真系统VV&A的项目管理人员，必须清楚地知道对仿真系统VV&A哪些领域专家是必需的，如何科学地将领域专家组织进来进行VV&A工作，如何使专家能清楚仿真系统的信息和所面临的问题等等都是VV&A方案制定中必须考虑的。
复杂系统仿真的验证更离不开领域专家贡献的至关重要的参考信息。然而，在VV&A过程中应用领域专家的知识和经验也会带来一些问题。最值得注意的是，领域专家主观意见的不统一性，既包括不同的领域专家的不同意见，同时也包括同一个专家对不同被评价对象的不同意见。为了充分发挥领域专家的作用，在VV&A方案设计和VV&A方法的运用中，必须重视选择正确的调查方案（包括专家研究领域分布、调查样本数、问卷设计等）来收集领域专家的提供参考信息，收集的信息应具有适合的冗余度，保证依据这些信息获得的评价结果具有足够的可信性。对获得的信息进行正确地统计也是利用领域专家辅助VV&A过程必须认真考虑的问题，需要采用有效地统计分析方法来综合专家不同意见，得到所需的评估结果。
-7-
结 论
仿真系统VV&A日益成为仿真系统研究和应用中的关键技术。仿真系统VV&A只有在正确宏观政策指导下，通过制订有效方案、依靠充分的权威数据和文档、建立集成化的VV&A支撑工具、充分发挥领域专家的支持，才能从理论研究逐步走向应用发展，美国等发展仿真系统VV&A的经验值得我国借鉴。
为了使我国仿真系统VV&A不断走向成熟，建议国家仿真规划、管理部门抓紧制定我国仿真系统VV&A宏观政策，对仿真系统VV&A发展必须解决的几个关键问题进行攻关，提出有效的解决方案。与此同时，分阶段逐步推动VV&A在仿真系统研究开发中的应用，对广大仿真系统的管理人员、开发人员、使用人员开展VV&A方面的技术培训，使VV&A 成为仿真系统向规模化、产业化和标准化发展过程中的重要推动力。
#The End #
作者：杨明，张冰，马萍，王子才
来源：互联网
-------------------------------------------------------
本内容来源于互联网,版权归原作者所有,供学习交流使用,严禁商用,如有侵权请联系我们删除。
-------------------------------------------------------
