仿真

2015-08-25 14:15:16
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仿真技术是一门多学科的综合性技 术,它以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础,以计算机和专用设备为工具,利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验。现是一项国防关键技术,对提高武器系统的研制效率、改善部队训练和提高战斗力将发挥越来越大的作用 ,已成为发达国家实现质量建军的一种重要手段。

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仿真技术


简介:      


 仿真技术是一门多学科的综合性技 术,它以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础,以计算机和专用设备为工具,利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验。现是一项国防关键技术,对提高武器系统的研制效率、改善部队训练和提高战斗力将发挥越来越大的作用 ,已成为发达国家实现质量建军的一种重要手段。


基本内容


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仿真汽车


信息处理技术 和网络技术的发展,实际上已经完全改变为仿真的概念。将先进的仿真技术手网络技术相结合,由真实装备和 计算机仿真系统综合仿真系统组成仿真环境,用计算机网络把新武器系统和分散在不同地点的研制者、用户联 系在一起,让用户在仿真环境中提前“使用”正在研制的武器,让研制者能提前了解武器的作战使用,双方共同 研究,及时发现和解决问题。这样不仅加快了武器系统的研制进度,也缩短了新武器形成战斗力的时间。”


在部队训练方面,仿真技术同样大有用武之地。美国陆军到 80年代末,训练士兵还是采用野战训练和模拟训练两种方 法。战训练的主要问题是燃料、弹药消耗大,场地、都有困难,组织大规模演习费时又费力;模拟训练,所用的模拟器可能比它所模拟的真实装备还要贵。为了解决部队训练问题,美国国防部高级研究计划局1983年开始实施 模拟器联网计划,把分散在各地的训练器用计算机联成网络,形成分布式交互仿真,实现异地联通与互操作。仿 真技术是一项国防关键技术,对提高武器系统的研制效率、改善部队训练和提高战斗力将发挥越来越大的作用 ,已成为发达国家实现质量建军的一种重要手段。


仿真工具


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建筑仿真


仿真工具主要指的是仿真硬件和仿真软件。仿真硬件中最主要的是计算机。用于仿真的计算机有三种类型:模拟计算机、数字计算机和混合计算机。数字计算机还可分为通用数字计算机和专用的数字计算机。模拟计算机主要用于连续系统的仿真,称为模拟仿真。在进行模拟仿真时,依据仿真模型(在这里是排题图)将各运算放大器按要求连接起来,并调整有关的系数器。改变运算放大器的连接形式和各系数的调定值,就可修改模型。仿真结果可连续输出。因此,模拟计算机的人机交互性好,适合于实时仿真。


改变时间比例尺还可实现超实时的仿真。60年代前的数字计算机由于运算速度低和人机交互性差,在仿真中应用受到限制。现代的数字计算机已具有很高的速度,某些专用的数字计算机的速度更高,已能满足大部分系统的实时仿真的要求,由于软件、接口和终端技术的发展,人机交互性也已有很大提高。因此数字计算机已成为现代仿真的主要工具。混合计算机把模拟计算机和数字计算机联合在一起工作,充分发挥模拟计算机的高速度和数字计算机的高精度、逻辑运算和存储能力强的优点。但这种系统造价较高,只宜在一些要求严格的系统仿真中使用。除计算机外,仿真硬件还包括一些专用的物理仿真器,如运动仿真器、目标仿真器、负载仿真器、环境仿真器等。


仿真软件


仿真软件包括为仿真服务的仿真程序、仿真程序包、仿真语言和以数据库为核心的仿真软件系统。 仿真软件的种类很多,在工程领域,用于系统性能评估,如机构动力学分析、控制力学分析、结构分析、热分析、加工仿真等的仿真软件系统MSC Software在航空航天等高科技领域已有45年的应用历史。


仿真方法

 

主要是指建立仿真模型和进行仿真实验的方法,可分为两大类:连续系统的仿真方法和离散事件系统的仿真方法。人们有时将建立数学模型的方法也列入仿真方法,这是因为对于连续系统虽已有一套理论建模和实验建模的方法,但在进行系统仿真时,常常先用经过假设获得的近似模型来检验假设是否正确,必要时修改模型,使它更接近于真实系统。对于离散事件系统建立它的数学模型就是仿真的一部分。


应用和效益


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工业仿真


仿真技术得以发展的主要原因,是它所带来的巨大社会经济效益。50年代和60年代仿真主要应用于航空、航天、电力、化工以及其他工业过程控制等工程技术领域。在航空工业方面,采用仿真技术使大型客机的设计和研制周期缩短20%。利用飞行仿真器在地面训练飞行员,不仅节省大量燃料和经费(其经费仅为空中飞行训练的十分之一),而且不受气象条件和场地的限制。此外,在飞行仿真器上可以设置一些在空中训练时无法设置的故障,培养飞行员应付故障的能力。训练仿真器所特有的安全性也是仿真技术的一个重要优点。在航天工业方面,采用仿真实验代替实弹试验可使实弹试验的次数减少80%。在电力工业方面采用仿真系统对核电站进行调试、维护和排除故障,一年即可收回建造仿真系统的成本。现代仿真技术不仅应用于传统的工程领域,而且日益广泛地应用于社会、经济、生物等领域,如交通控制、城市规划、资源利用、环境污染防治、生产管理、市场预测、世界经济的分析和预测、人口控制等。对于社会经济等系统,很难在真实的系统上进行实验。因此,利用仿真技术来研究这些系统就具有更为重要的意义。


发展方向

 

在仿真硬件方面,从60年代起采用数字计算机逐渐多于模拟计算机。混合计算机系统在70年代一度停滞不前,80年代以来又有发展的趋势,由于小型机和微处理机的发展,以及采用流水线原理和并行运算等措施,数字仿真运算速度的提高有了新的突破。例如利用超小型机 VAX 11-785和外围处理器AD-10联合工作可对大型复杂的飞行系统进行实时仿真。在仿真软件方面,除进一步发展交互式仿真语言和功能更强的仿真软件系统外,另一个重要的趋势是将仿真技术和人工智能结合起来,产生具有专家系统功能的仿真软件。仿真模型、实验系统的规模和复杂程度都在不断地增长,对它们的有效性和置信度的研究将变得十分重要。同时建立适用的基准对系统进行评估的工作也日益受到重视。


仿真软件介绍


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仿真软件


SimuWorks是为大型科学计算、复杂系统动态特性建模研究、过程仿真培训、系统优化设计与调试、故障诊断与专家系统等,提供通用的、一体化的、全过程支撑的,基于微机环境的开发与运行支撑平台。软件采用了动态内存机器码生成技术、分布式实时数据库技术和面向对象的图形化建模方法,在仿真领域处于国内领先水平。它主要用于能源、电力、化工、航空航天、国防军事、经济等研究领域,既可用于科研院所的科学研究,也可用于实际工程项目。


 SimuWorks 的组成


  SimuWorks平台产品主要包括


  1、 仿真支撑平台SimuEngine(早期版本为Vcs3、SE2000)


  2、 图形化建模工具SimuBuilder(早期版本THAms、FigAms)、包括模块 资源管理器 SimuManager


  3、 模块资源库SimuLib(包括:控制,电气,热力,流网,电网)


  4、 嵌入式实时操作系统 仿真平台SimuERT  


  5、 仿真实时 图形系统 SimuMMI


SimuWorks的主要特点


  1、使用 动态内存 机器码生成技术,结合分布式实时数据库,为微机环境下分布式计算和复杂系统实时仿真,提供了高效的底层支撑平台;


  2、采用 面向对象 的图形化建模方法,为不同领域仿真科学研究与工程实践,提供了通用的模型开发环境。


  3、 SimuWorks将系统仿真所需要的各种功能进行了整合,形成了从开发、调试、验证、到运行、分析等全过程的整套流水线,创立了“系统仿真流水线开发工厂”的新理念,大大提高了仿真工程项目的开发效率;


  4、大型实时仿真系统中,普通的商业数据库达不到实时性要求,SimuWorks中的SimuEngine仿真引擎提供了一个高速的网络 实时数据库 ,可以实现多个模型的分布式计算、动态数据显示与在线 数据修改 ,可以满足大型实时仿真系统的开发和运行的需要;


SimuWorks 的工作流程


  使用SimuWorks进行仿真开发的工作流程为:


  对于系统未提供的专业模块和部分通用模块,用户可以使用SimuManager进行扩充;


  在SimuBuilder环境中,利用系统提供的模块和用户自己开发的模块,根据仿真对象的组成,用图形的方式进行模块组合,构建仿真系统;


  配合SimuEngine的仿真支撑,利用SimuBuilder对所构建的仿真系统进行调试,直至形成稳定的最终产品;


行业分析


作为仿真技术行业领军者的北京傲唯刃道科技有限公司认为:供求关系是一个仿真技术行业能否快速发展的前提。目前来看,市场需求是很大的,而供应方面却略显不足,尤其是拥有核心知识产权,专利产品及服务质量过硬的企业并不多,行业整体缺乏品牌效应。在需求旺盛的阶段,行业需求巨大,发展前景好,这是毋庸置疑的。傲唯刃道号召业内企业共同努力,尤其需要发挥尽善尽美的研发精神,进一步提高研发技艺,降低成本,真正解决客户的实际困难,严把质量关,提供最可靠的产品及服务。