第1章 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)緒論

1、第一章第一章 緒論緒論 這一章將介紹計(jì)算機(jī)仿真的基本概念、它所包括的內(nèi)容以及發(fā)展?fàn)顩r，即我們將從橫向和縱向來(lái)闡述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)仿真的內(nèi)涵。 所有這些內(nèi)容將為學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和以后更進(jìn)一步的研究建立一個(gè)基礎(chǔ)。 1.1 系統(tǒng)仿真的基本概念一、系統(tǒng)與模型 一個(gè)系統(tǒng)可能非常復(fù)雜，也可能很簡(jiǎn)單，因此很難給“系系統(tǒng)統(tǒng)”下一個(gè)確切的定義。因?yàn)檫@個(gè)定義不但能夠足以概括系統(tǒng)的各種應(yīng)用，而且又能夠簡(jiǎn)明地把這個(gè)定義應(yīng)用于實(shí)際。但無(wú)論什么系統(tǒng)一般均具有4個(gè)重要的性質(zhì)，即整體性、相關(guān)性、有序性整體性、相關(guān)性、有序性和動(dòng)態(tài)性和動(dòng)態(tài)性。 系統(tǒng)就是一些具有特定功能的、相互間以一定規(guī)律聯(lián)系著系統(tǒng)就是一些具有特定功能的、相互間以一

2、定規(guī)律聯(lián)系著的物體所組成的一個(gè)總體。的物體所組成的一個(gè)總體。 顯然，系統(tǒng)是一個(gè)廣泛的概念，毫無(wú)疑問(wèn)它在現(xiàn)代科學(xué)研究和工程實(shí)踐中扮演著重要的角色。不同領(lǐng)域的問(wèn)題均可以用系統(tǒng)的框架來(lái)解決。但究竟一個(gè)系統(tǒng)是由什么構(gòu)成的，這取決于觀測(cè)者的觀點(diǎn)。例如，這個(gè)系統(tǒng)可以是一個(gè)由一些電子部件組成的放大器；或者是一個(gè)可能包括該放大器在內(nèi)的控制回路；或者是一個(gè)有許多這樣回路的化學(xué)處理裝置；或者是一些裝置組成的一個(gè)工廠；或者是一些工廠的聯(lián)合作業(yè)形成的系統(tǒng)，而世界經(jīng)濟(jì)就是這個(gè)系統(tǒng)的環(huán)境。 1.1 系統(tǒng)仿真的基本概念 首先，必須明確系統(tǒng)的整體性系統(tǒng)的整體性。也就是說(shuō)，它作為一個(gè)整體，各部分是不可分割的。就好像人體，它由頭

3、、身軀、四肢等多個(gè)部分組成，如果把這些部分拆開(kāi)，就不能構(gòu)成完整的人體。至于人們熟悉的自動(dòng)控制系統(tǒng)，其基本組成部分(控制對(duì)象、測(cè)量元件、控制器等)同樣缺一不可。整體性是系統(tǒng)的第一特性。 其次，要明確系統(tǒng)的相關(guān)性系統(tǒng)的相關(guān)性。相關(guān)性是指系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間相互以一定的規(guī)律聯(lián)系著，它們之間的特定關(guān)系形成了具有特定性能的系統(tǒng)。有時(shí)系統(tǒng)各要素之間的關(guān)系并不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，而呈現(xiàn)出復(fù)雜的非線性關(guān)系。也正是由于這種非線性，才構(gòu)成了我們這個(gè)多彩的世界。 對(duì)于復(fù)雜的非線性關(guān)系，必須研究其復(fù)雜性與整體性。再以人體為例，人的雙眼視敏度是單眼視敏度的610倍。此外，雙眼有立體感，而單眼卻無(wú)此特點(diǎn)。這就是一種典型的非線

4、性特征，因此相關(guān)性是系統(tǒng)的第二特性，也是目前系統(tǒng)研究的主要問(wèn)題。 1.1 1.1 系統(tǒng)仿真的基本概念系統(tǒng)仿真的基本概念 除整體性和相關(guān)性外，系統(tǒng)還具有有序性和動(dòng)態(tài)性有序性和動(dòng)態(tài)性。比如，生命是一種高度有序的結(jié)構(gòu)，它所具有的復(fù)雜功能組織，與現(xiàn)代化大工業(yè)生產(chǎn)的“裝配線”非常相似，這是一種結(jié)構(gòu)上的有序性，對(duì)任何系統(tǒng)都是適用的。又如圖1.1.1所示，一個(gè)非平衡系統(tǒng)如果經(jīng)過(guò)分支點(diǎn)A、B到達(dá)C，那么對(duì)C態(tài)的解釋就必須暗含著對(duì)A態(tài)和B態(tài)的了解。這就是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性。圖圖1.1.1 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性1.1 系統(tǒng)仿真的基本概念 建立系統(tǒng)概念的目的在于深入認(rèn)識(shí)并掌握系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。因此不僅要定性地了解系統(tǒng)，

5、還要定量地分析、綜合系統(tǒng)，以便能更準(zhǔn)確地解決工程、自然界和現(xiàn)代社會(huì)中的種種復(fù)雜問(wèn)題。定量地分析、綜合系統(tǒng)最有效的方法是建立系統(tǒng)的模型，并使用高效的數(shù)值計(jì)算工具和算法對(duì)系統(tǒng)的模型進(jìn)行解算。 采用模型法模型法分析系統(tǒng)的第一步是建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，所謂數(shù)學(xué)模型就是把關(guān)于系統(tǒng)的本質(zhì)部分信息，抽象成有用的描述形式，因此抽象是數(shù)學(xué)建模的基礎(chǔ)抽象是數(shù)學(xué)建模的基礎(chǔ)。數(shù)學(xué)在建模中扮演著十分重要的角色，馬克思說(shuō)過(guò)：“一種科學(xué)只有在成功地運(yùn)用數(shù)學(xué)時(shí)，才算達(dá)到完善的地步?！崩缂系母拍钍墙⒃诔橄蟮幕A(chǔ)上的，共同的基礎(chǔ)使集合論對(duì)于建模過(guò)程非常有用。這樣，數(shù)學(xué)模型可以看成是由一個(gè)集合構(gòu)造的。1.1 1.1 系統(tǒng)仿真的

6、基本概念系統(tǒng)仿真的基本概念 數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用無(wú)論是在純科學(xué)領(lǐng)域還是在實(shí)際工程領(lǐng)域的應(yīng)用無(wú)論是在純科學(xué)領(lǐng)域還是在實(shí)際工程領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用，但通常認(rèn)為一個(gè)數(shù)學(xué)模型有兩個(gè)主要的用中都有著廣泛的應(yīng)用，但通常認(rèn)為一個(gè)數(shù)學(xué)模型有兩個(gè)主要的用途：首先，數(shù)學(xué)模型可以幫助人們不斷地加深對(duì)實(shí)際物理系統(tǒng)的途：首先，數(shù)學(xué)模型可以幫助人們不斷地加深對(duì)實(shí)際物理系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，并且啟發(fā)人們?nèi)ミM(jìn)行可以獲得滿(mǎn)意結(jié)果的實(shí)驗(yàn)；其次，數(shù)認(rèn)識(shí)，并且啟發(fā)人們?nèi)ミM(jìn)行可以獲得滿(mǎn)意結(jié)果的實(shí)驗(yàn)；其次，數(shù)學(xué)模型有助于提高人們對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的決策和干預(yù)能力。學(xué)模型有助于提高人們對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的決策和干預(yù)能力。 數(shù)學(xué)模型按建立方法的不同可分為數(shù)學(xué)模型

7、按建立方法的不同可分為機(jī)理模型機(jī)理模型，統(tǒng)計(jì)模型統(tǒng)計(jì)模型和和混合模型混合模型。 機(jī)理模型采用演繹方法，運(yùn)用已知定律，用推理方法建立數(shù)機(jī)理模型采用演繹方法，運(yùn)用已知定律，用推理方法建立數(shù)學(xué)模型；統(tǒng)計(jì)模型采用歸納法，它根據(jù)大量實(shí)測(cè)或觀察的數(shù)據(jù)，學(xué)模型；統(tǒng)計(jì)模型采用歸納法，它根據(jù)大量實(shí)測(cè)或觀察的數(shù)據(jù)，用統(tǒng)計(jì)的規(guī)律估計(jì)系統(tǒng)的模型；混合模型是理論上的邏輯推理和用統(tǒng)計(jì)的規(guī)律估計(jì)系統(tǒng)的模型；混合模型是理論上的邏輯推理和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析相結(jié)合的模型。按所描述的系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)特實(shí)驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析相結(jié)合的模型。按所描述的系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)特性和運(yùn)用的數(shù)學(xué)工具特征，數(shù)學(xué)模型可分類(lèi)為線性、非線性、時(shí)性和運(yùn)用的數(shù)學(xué)工具特征，

8、數(shù)學(xué)模型可分類(lèi)為線性、非線性、時(shí)變、定常、連續(xù)、離散、集中參數(shù)、分布參數(shù)、確定、隨機(jī)等系變、定常、連續(xù)、離散、集中參數(shù)、分布參數(shù)、確定、隨機(jī)等系統(tǒng)模型。統(tǒng)模型。1.1 1.1 系統(tǒng)仿真的基本概念系統(tǒng)仿真的基本概念二、仿真 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，尤其是信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，“仿真”的概念不斷得以發(fā)展和完善，因此給予仿真一個(gè)清晰和明了的定義是非常困難的。但一個(gè)通俗的系統(tǒng)仿真基本含義是指：設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)的模型，對(duì)它進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以便理解和評(píng)價(jià)系統(tǒng)的各種運(yùn)行策略。而這里的模型是一個(gè)廣義的模型，包含數(shù)學(xué)模型、非數(shù)學(xué)模型、物理模型等等。顯見(jiàn)，根據(jù)模型的不同，有不同方式的仿真。從仿真實(shí)現(xiàn)的角度來(lái)看，模型特

9、性可以分為連續(xù)系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)和離散事件離散事件系統(tǒng)兩大類(lèi)。由于這兩類(lèi)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律差異很大，描述其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的模型也有很大的不同，因此相應(yīng)的仿真方法不同，分別對(duì)應(yīng)為連續(xù)系統(tǒng)仿真連續(xù)系統(tǒng)仿真和離散事件系統(tǒng)離散事件系統(tǒng)仿真仿真。1.1 1.1 系統(tǒng)仿真的基本概念系統(tǒng)仿真的基本概念1 連續(xù)系統(tǒng)仿真 連續(xù)系統(tǒng)仿真是指物理系統(tǒng)狀態(tài)隨時(shí)間連續(xù)變化隨時(shí)間連續(xù)變化的系統(tǒng)，一般可以使用常微分方程或偏微分方程組描述。需要特別指出的是這類(lèi)系統(tǒng)也包括用差分方程描述的離散時(shí)間系統(tǒng)。對(duì)于工科院校，因?yàn)橹饕芯康膶?duì)象是工業(yè)自動(dòng)化和工業(yè)過(guò)程控制，因此本教材主要介紹連續(xù)系統(tǒng)仿真。2 離散事件系統(tǒng)仿真 離散事件系統(tǒng)是指物理系統(tǒng)的狀態(tài)

10、在某些隨機(jī)時(shí)間點(diǎn)上在某些隨機(jī)時(shí)間點(diǎn)上發(fā)生離散變化發(fā)生離散變化的系統(tǒng)。它與連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的主要區(qū)別在于：物理狀態(tài)變化發(fā)生在隨機(jī)時(shí)間點(diǎn)上，這種引起狀態(tài)變化的行為稱(chēng)為“事件”，因而這類(lèi)系統(tǒng)是由事件驅(qū)動(dòng)的。離散時(shí)間系統(tǒng)的事件(狀態(tài))往往發(fā)生在隨機(jī)時(shí)間點(diǎn)上，并且事件(狀態(tài))是時(shí)間的離散變量。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性無(wú)法使用微分方程這類(lèi)數(shù)學(xué)方程來(lái)描述，而只能使用事件的活動(dòng)圖或流程圖。因此對(duì)離散事件系統(tǒng)的仿真的主要目的是對(duì)系統(tǒng)事件的行為作統(tǒng)計(jì)特性分析，而不像連續(xù)系統(tǒng)仿真的目的是對(duì)物理系統(tǒng)的狀態(tài)軌跡作出分析。1.1 1.1 系統(tǒng)仿真的基本概念系統(tǒng)仿真的基本概念 仿真技術(shù)的分類(lèi)方法很多，不同的分類(lèi)仿真方法也有所不同，下一小

11、節(jié)我們還要針對(duì)連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)仿真的分類(lèi)進(jìn)行詳細(xì)研究。 本書(shū)講授的是連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真，因此仿真的基礎(chǔ)是建立在系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，并以計(jì)算機(jī)為工具對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的一種方法。 仿真仿真，就是模仿真實(shí)的事物，也就是用一個(gè)模型來(lái)模仿真實(shí)系統(tǒng)。既然是模仿，兩者就不可能完全等同，但是最基本的內(nèi)容應(yīng)該相同，即模型必須至少反映系統(tǒng)的主要特征。 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，科學(xué)研究的深入與計(jì)算機(jī)軟、硬件的發(fā)展，仿真技術(shù)已成為分析、綜合各類(lèi)系統(tǒng)，特別是大系統(tǒng)的一種有效研究方法和有力的研究工具。1.2 1.2 連續(xù)系統(tǒng)仿真技術(shù)連續(xù)系統(tǒng)仿真技術(shù)一、基本原理分類(lèi) 除了可按模型的特性分為連續(xù)系統(tǒng)仿真和離散事件系統(tǒng)仿真類(lèi)

12、型外，還可以從不同的角度對(duì)系統(tǒng)仿真進(jìn)行分類(lèi)。比較典型的分類(lèi)方法是： 根據(jù)模型的種類(lèi)模型的種類(lèi)系統(tǒng)仿真可以分為三種：物理仿 真 、數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真。 根據(jù)使用的仿真計(jì)算機(jī)使用的仿真計(jì)算機(jī)也可將系統(tǒng)仿真分為三種： 模擬計(jì)算機(jī)仿真、數(shù)字計(jì)算機(jī)仿真和數(shù)字模擬混合仿真。 根據(jù)仿真時(shí)間鐘和實(shí)際物理系統(tǒng)時(shí)間鐘的比例關(guān)仿真時(shí)間鐘和實(shí)際物理系統(tǒng)時(shí)間鐘的比例關(guān)系系，常將仿真分為實(shí)時(shí)仿真和非實(shí)時(shí)仿真。1.2 1.2 連續(xù)系統(tǒng)仿真技術(shù)連續(xù)系統(tǒng)仿真技術(shù) 本小節(jié)我們根據(jù)仿真的主要理論依據(jù)相似論相似論來(lái)研究仿真的分類(lèi)。 所謂相似，是指各類(lèi)事物間某些共性的客觀存在。相似性是客觀世界的一種普遍現(xiàn)象，它反映了客觀世界中不同物

13、理系統(tǒng)和物理現(xiàn)象具備某些共同的特性和規(guī)律。 采用相似理論建立物理系統(tǒng)的相似模型，這是相似理論在采用相似理論建立物理系統(tǒng)的相似模型，這是相似理論在系統(tǒng)仿真中最基本的體現(xiàn)系統(tǒng)仿真中最基本的體現(xiàn)。 上一節(jié)我們講過(guò)，仿真就是模仿一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)，所遵循的基本原則就是相似原理。根據(jù)相似論的研究方法和仿真技術(shù)的研究方法，在建立物理系統(tǒng)的模型時(shí)，我們認(rèn)為物理系統(tǒng)和模型應(yīng)該滿(mǎn)足幾何相似幾何相似、環(huán)境相似環(huán)境相似和性能相似性能相似中的一種或幾種。1.2 1.2 連續(xù)系統(tǒng)仿真技術(shù)連續(xù)系統(tǒng)仿真技術(shù) 幾何相似幾何相似就是把真實(shí)系統(tǒng)按比例放大或縮小，其模型的狀態(tài)向量與原物理系統(tǒng)的狀態(tài)完全相同。土木建筑、水利工程、船舶、飛機(jī)

14、制造多采用幾何相似原理進(jìn)行各種仿真實(shí)驗(yàn)。 環(huán)境相似環(huán)境相似，就是人工在實(shí)驗(yàn)室里產(chǎn)生與所研究對(duì)象在自然界中所處環(huán)境類(lèi)似的條件，比如飛機(jī)設(shè)計(jì)中的風(fēng)洞，魚(yú)雷設(shè)計(jì)中的水洞、水池等等。 性能相似性能相似，則是用數(shù)學(xué)方程來(lái)表征系統(tǒng)的性能，或者利用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，來(lái)模仿該數(shù)學(xué)方程所表征的系統(tǒng)。性能相似原理也是仿真技術(shù)遵循的基本原理。1.2 1.2 連續(xù)系統(tǒng)仿真技術(shù)連續(xù)系統(tǒng)仿真技術(shù) 根據(jù)仿真所遵循的相似原則基本含義，大致可將仿真分為三大類(lèi)： 物理仿真：主要是運(yùn)用幾何相似、環(huán)境相似條件，構(gòu)成物理模型進(jìn)行仿真。其主要原因可能是由于原物理系統(tǒng)是昂貴的、或是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的物理場(chǎng)、或是原物理系統(tǒng)的復(fù)雜性難以用數(shù)學(xué)模型描述的。

15、 數(shù)字仿真：運(yùn)用性能相似，即將物理系統(tǒng)全部用數(shù)學(xué)模型來(lái)描述，并把數(shù)學(xué)模型變換為仿真模型，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。 半物理仿真：綜合運(yùn)用三個(gè)相似原則，把數(shù)學(xué)模型、實(shí)體模型、相似物理場(chǎng)組合在一起的仿真系統(tǒng)。這類(lèi)仿真技術(shù)又稱(chēng)為硬件在回路中的仿真硬件在回路中的仿真(Hardware in the loop simulation)。 由于現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，單一的物理仿真和數(shù)字仿真往往不能滿(mǎn)足其研究目的的要求，而這類(lèi)物理仿真和數(shù)字仿真的結(jié)合稱(chēng)為半物理仿真，則可滿(mǎn)足其要求。 本教材的重點(diǎn)是向讀者介紹數(shù)字仿真。1.2 連續(xù)系統(tǒng)仿真技術(shù) 二、半實(shí)物仿真 半實(shí)物仿真是一種通俗而習(xí)慣的叫法。按前述的定義應(yīng)該

16、是：在全部仿真系統(tǒng)中、一部分是實(shí)際物理系統(tǒng)或以實(shí)際等價(jià)的在全部仿真系統(tǒng)中、一部分是實(shí)際物理系統(tǒng)或以實(shí)際等價(jià)的物理場(chǎng)物理場(chǎng), ,另一部分是安裝在計(jì)算機(jī)里的數(shù)學(xué)模型另一部分是安裝在計(jì)算機(jī)里的數(shù)學(xué)模型。半實(shí)物仿真在科學(xué)研究和工程應(yīng)用中扮演著非常重要的角色，從某種意義上半實(shí)物仿真技術(shù)的難度和實(shí)際應(yīng)用性均超過(guò)全數(shù)字仿真。這主要是因?yàn)椋?(1) 對(duì)于一個(gè)大型的仿真系統(tǒng)，有時(shí)系統(tǒng)中的某一部分很難建立其數(shù)學(xué)模型，或者建立這部分的數(shù)學(xué)模型的代價(jià)昂貴，精度也難以保證。例如，在紅外制導(dǎo)系統(tǒng)仿真時(shí)，其紅外制導(dǎo)頭以及各種物理場(chǎng)的模型建立是相當(dāng)困難的。為了能準(zhǔn)確地仿真系統(tǒng)，這部分將以實(shí)物的形式直接參與仿真系統(tǒng)，從而避免建

17、模的困難和過(guò)高的建模費(fèi)用。 (2) 利用半實(shí)物仿真系統(tǒng)，可以檢驗(yàn)系統(tǒng)中的某些部件的性能。例如，為了檢驗(yàn)航行器的性能，可以將設(shè)計(jì)的控制部件以實(shí)物的形式進(jìn)入仿真系統(tǒng)。 (3) 利用半實(shí)物仿真，可以進(jìn)一步校正系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模利用半實(shí)物仿真，可以進(jìn)一步校正系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型型。一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)在完成初步設(shè)計(jì)以及分部件逐。一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)在完成初步設(shè)計(jì)以及分部件逐個(gè)研制出來(lái)后，為了驗(yàn)證和鑒定系統(tǒng)性能或檢驗(yàn)定個(gè)研制出來(lái)后，為了驗(yàn)證和鑒定系統(tǒng)性能或檢驗(yàn)定型產(chǎn)品，利用系統(tǒng)的半實(shí)物仿真可以從總體上更準(zhǔn)型產(chǎn)品，利用系統(tǒng)的半實(shí)物仿真可以從總體上更準(zhǔn)確地檢測(cè)外界因素的變化對(duì)系統(tǒng)的影響，更深入地確地檢測(cè)外界因素的變化對(duì)系統(tǒng)的影響，

18、更深入地暴露系統(tǒng)的內(nèi)在矛盾。從而，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)能較全面暴露系統(tǒng)的內(nèi)在矛盾。從而，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)能較全面地檢驗(yàn)和評(píng)定系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性和各部件工作的協(xié)地檢驗(yàn)和評(píng)定系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性和各部件工作的協(xié)調(diào)性，進(jìn)而修改和完善設(shè)計(jì)。調(diào)性，進(jìn)而修改和完善設(shè)計(jì)。(4) (4) 在在1.31.3節(jié)介紹的仿真器中，半實(shí)物仿真是必需。節(jié)介紹的仿真器中，半實(shí)物仿真是必需。因?yàn)樵谶@類(lèi)仿真器中為了逼近物理系統(tǒng)的實(shí)際效應(yīng)，因?yàn)樵谶@類(lèi)仿真器中為了逼近物理系統(tǒng)的實(shí)際效應(yīng)，許多部件必須以實(shí)物方式介入仿真系統(tǒng)中。例如，許多部件必須以實(shí)物方式介入仿真系統(tǒng)中。例如，飛行駕駛員訓(xùn)練器，為了使飛行器有真實(shí)感，座艙飛行駕駛員訓(xùn)練器，為了使飛行器有真實(shí)

19、感，座艙往往是以實(shí)物的方式介入系統(tǒng)的。往往是以實(shí)物的方式介入系統(tǒng)的。1.2 1.2 連續(xù)系統(tǒng)仿真技術(shù)連續(xù)系統(tǒng)仿真技術(shù) 由以上原因可以看出，半實(shí)物仿真是一種更有實(shí)際意義的仿真實(shí)驗(yàn)，其技術(shù)難度和投資也往往大于全數(shù)字仿真。圖1.2.1是某航行器指令制導(dǎo)半實(shí)物仿真系統(tǒng)的原理框圖。 圖圖1.2.1 指令制導(dǎo)半實(shí)物仿真系統(tǒng)原理圖指令制導(dǎo)半實(shí)物仿真系統(tǒng)原理圖1.2 1.2 連續(xù)系統(tǒng)仿真技術(shù)連續(xù)系統(tǒng)仿真技術(shù) 三、數(shù)字仿真三、數(shù)字仿真 數(shù)字仿真的前提是系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，數(shù)字仿真的工具是數(shù)字計(jì)算機(jī)，而其主要內(nèi)容是數(shù)值計(jì)算方法、仿真程序、仿真語(yǔ)言以及上機(jī)操作。通常將計(jì)算機(jī)稱(chēng)為仿真的硬件工具，而將仿真計(jì)算方法和仿真程序

20、稱(chēng)為仿真軟件。數(shù)字仿真的工作流程如圖1.2.2所示 圖圖1.2.2 仿真實(shí)驗(yàn)的一般過(guò)程仿真實(shí)驗(yàn)的一般過(guò)程1.2 1.2 連續(xù)系統(tǒng)仿真技術(shù)連續(xù)系統(tǒng)仿真技術(shù) 從以上仿真過(guò)程可以看到，這里涉及三個(gè)具體的部分和三從以上仿真過(guò)程可以看到，這里涉及三個(gè)具體的部分和三個(gè)具體的活動(dòng)：一是個(gè)具體的活動(dòng)：一是物理系統(tǒng)物理系統(tǒng)，二是，二是數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型，三是，三是計(jì)算計(jì)算機(jī)機(jī)，如圖，如圖1.2.3所示。并且有兩次模型化和一次計(jì)算活動(dòng)。第一所示。并且有兩次模型化和一次計(jì)算活動(dòng)。第一次模型化是次模型化是將實(shí)際系統(tǒng)變成數(shù)學(xué)模型將實(shí)際系統(tǒng)變成數(shù)學(xué)模型，第二次是，第二次是將數(shù)學(xué)模將數(shù)學(xué)模型變成仿真模型型變成仿真模型。通常將

21、一次模型化的技術(shù)稱(chēng)為。通常將一次模型化的技術(shù)稱(chēng)為系統(tǒng)辨識(shí)系統(tǒng)辨識(shí)技技術(shù)；而將第二次模型化、仿真模型編程、校核和驗(yàn)證統(tǒng)稱(chēng)為術(shù)；而將第二次模型化、仿真模型編程、校核和驗(yàn)證統(tǒng)稱(chēng)為仿仿真技術(shù)真技術(shù)。二者所采用的研究方法雖有較大的差別，但又有十分。二者所采用的研究方法雖有較大的差別，但又有十分密切的聯(lián)系。校核和驗(yàn)證模型的過(guò)程實(shí)際上也就是不斷修改模密切的聯(lián)系。校核和驗(yàn)證模型的過(guò)程實(shí)際上也就是不斷修改模型使之更符合實(shí)際的過(guò)程，因而從某種意義上講，仿真也是建型使之更符合實(shí)際的過(guò)程，因而從某種意義上講，仿真也是建模過(guò)程的繼續(xù)。模過(guò)程的繼續(xù)。圖圖1.2.3 計(jì)算機(jī)仿真三要素和三個(gè)基本活動(dòng)計(jì)算機(jī)仿真三要素和三個(gè)基本

22、活動(dòng)四、數(shù)字仿真程序四、數(shù)字仿真程序 數(shù)字仿真程序是一種適用于一類(lèi)仿真問(wèn)題的數(shù)字仿真程序是一種適用于一類(lèi)仿真問(wèn)題的通通用程序用程序。一般采用。一般采用通用語(yǔ)言通用語(yǔ)言編寫(xiě)。根據(jù)仿真過(guò)程的編寫(xiě)。根據(jù)仿真過(guò)程的要求，一個(gè)完整的仿真程序應(yīng)具有以下三個(gè)基本階要求，一個(gè)完整的仿真程序應(yīng)具有以下三個(gè)基本階段。段。 (1) (1) 初始化階段初始化階段 這是仿真的準(zhǔn)備階段，主要完成下列工作： 數(shù)組定維、各狀態(tài)變量置初值。數(shù)組定維、各狀態(tài)變量置初值。 可調(diào)參數(shù)、決策變量以及控制策略等的建立?？烧{(diào)參數(shù)、決策變量以及控制策略等的建立。 仿真總時(shí)間、計(jì)算步距、打印間隔、輸出方仿真總時(shí)間、計(jì)算步距、打印間隔、輸出方

23、式等的建立。式等的建立。(2) (2) 模型運(yùn)行階段模型運(yùn)行階段 這是仿真的主要階段。規(guī)定調(diào)用某種算法，計(jì)算各狀態(tài)變量和系統(tǒng)輸出變量。當(dāng)?shù)竭_(dá)打印間隔時(shí)輸出一次計(jì)算結(jié)果，并以數(shù)字或圖形的方式表示出來(lái)。(3) (3) 仿真結(jié)果處理和輸出階段仿真結(jié)果處理和輸出階段 當(dāng)仿真達(dá)到規(guī)定的總仿真時(shí)間時(shí)，對(duì)動(dòng)力學(xué)來(lái)說(shuō)，常常希望把整個(gè)仿真結(jié)果以曲線形式再顯示或打印出來(lái)，或?qū)⒄麄€(gè)計(jì)算數(shù)據(jù)存起來(lái)。針對(duì)不同的計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)外設(shè)的配置，該段的差別也較大。 仿真程序仿真程序一般只是一種用通用語(yǔ)言編寫(xiě)的專(zhuān)門(mén)用于仿真這類(lèi)問(wèn)題的程序，所以不受機(jī)型的限制，便于移植，而且可以減少工程技術(shù)人員大量的編寫(xiě)程序時(shí)間。屬于這類(lèi)仿真的程序編

24、寫(xiě)程序編寫(xiě)、算法設(shè)計(jì)算法設(shè)計(jì)將是本書(shū)介紹的主要內(nèi)容1.3 1.3 離散事件系統(tǒng)仿真技術(shù)離散事件系統(tǒng)仿真技術(shù) 計(jì)算機(jī)仿真涉及的面很廣，就仿真對(duì)象而言，有連續(xù)系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)、離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和復(fù)合系統(tǒng)復(fù)合系統(tǒng)。離散事件系統(tǒng)是指狀態(tài)變化只在離散時(shí)刻產(chǎn)生的系統(tǒng)，“事件”就是指系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化的一種行為。離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)也是系統(tǒng)仿真運(yùn)用的一個(gè)重要領(lǐng)域，而且近年來(lái)愈來(lái)愈受到人們的關(guān)注和重視。本節(jié)將以最簡(jiǎn)單的方式向讀者介紹這一領(lǐng)域的基本知識(shí)。 離散事件系統(tǒng)和連續(xù)系統(tǒng)不同，它包含的事件的發(fā)生過(guò)程在時(shí)間和空間上都是離散的。例如交通管理、生產(chǎn)自動(dòng)線、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)都是離散事件系統(tǒng)。在這類(lèi)系

25、統(tǒng)中，各事件以某種順序或在某種條件下發(fā)生，并且大都屬于隨機(jī)性的。例例1.3.11.3.1 某個(gè)理發(fā)館，設(shè)上午9.00開(kāi)門(mén)，下午7.00關(guān)門(mén)。顯然，在這個(gè)理發(fā)館系統(tǒng)中，存在理發(fā)師和顧客兩個(gè)實(shí)體。也存在顧客到達(dá)理發(fā)館的事件和理發(fā)師為顧客服務(wù)事件。因此描述該系統(tǒng)的狀態(tài)是理發(fā)師(服務(wù)臺(tái))的狀態(tài)(忙或閑)、顧客排隊(duì)等待的隊(duì)長(zhǎng)、理發(fā)師的服務(wù)方式(如對(duì)某些特殊顧客的優(yōu)先服務(wù))。顯然，這些狀態(tài)變量的變化只能在離散的隨機(jī)時(shí)間點(diǎn)上發(fā)生。 類(lèi)似的例子很多，如定票系統(tǒng)、庫(kù)存系統(tǒng)、加工制造系統(tǒng)、交通控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等等。 在連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字仿真中，時(shí)間通常被分割為均勻的間隔，并以一個(gè)基本時(shí)間間隔計(jì)時(shí)。而離散系統(tǒng)的數(shù)字

26、仿真則經(jīng)常是面向事件的，時(shí)間并不需要按相同的增量增加。 在連續(xù)系統(tǒng)仿真中，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型是由系統(tǒng)變?cè)谶B續(xù)系統(tǒng)仿真中，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型是由系統(tǒng)變量之間關(guān)系的方程來(lái)描寫(xiě)的。仿真的結(jié)果是系統(tǒng)變量量之間關(guān)系的方程來(lái)描寫(xiě)的。仿真的結(jié)果是系統(tǒng)變量隨時(shí)間變化的時(shí)間歷程。在離散系統(tǒng)仿真中，系統(tǒng)變隨時(shí)間變化的時(shí)間歷程。在離散系統(tǒng)仿真中，系統(tǒng)變量是反映系統(tǒng)各部分之間相互作用一些事件，系統(tǒng)模量是反映系統(tǒng)各部分之間相互作用一些事件，系統(tǒng)模型則是反映這些事件狀態(tài)的數(shù)的集合，仿真結(jié)果是產(chǎn)型則是反映這些事件狀態(tài)的數(shù)的集合，仿真結(jié)果是產(chǎn)生處理這些事件的時(shí)間歷程。生處理這些事件的時(shí)間歷程。 由于離散時(shí)間系統(tǒng)固有的隨機(jī)性，對(duì)這類(lèi)系

27、統(tǒng)的由于離散時(shí)間系統(tǒng)固有的隨機(jī)性，對(duì)這類(lèi)系統(tǒng)的研究往往十分困難。經(jīng)典的概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和隨機(jī)研究往往十分困難。經(jīng)典的概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和隨機(jī)過(guò)程理論雖然為這類(lèi)系統(tǒng)的研究提供了理論基礎(chǔ)，并過(guò)程理論雖然為這類(lèi)系統(tǒng)的研究提供了理論基礎(chǔ)，并能對(duì)一些簡(jiǎn)單系統(tǒng)提供解析解，但對(duì)工程實(shí)際中的大能對(duì)一些簡(jiǎn)單系統(tǒng)提供解析解，但對(duì)工程實(shí)際中的大量系統(tǒng)，惟有依靠計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)才能提供較為完整量系統(tǒng)，惟有依靠計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)才能提供較為完整的和可靠的結(jié)果。的和可靠的結(jié)果。1.3.1 1.3.1 離散事件系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型離散事件系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型一、基本概念 (1) 實(shí)體或設(shè)備 離散事件系統(tǒng)有多種類(lèi)型，但它們的主要組成部分基本相同

28、，首先，它有一部分是活動(dòng)的，叫“實(shí)體”。例如，生產(chǎn)自動(dòng)線上待加工的零件，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)待處理的信息，以及商店或醫(yī)院中排隊(duì)等待的顧客等等。系統(tǒng)的工作過(guò)程實(shí)質(zhì)上就是這種“實(shí)體”流動(dòng)和接受加工、處理和服務(wù)的過(guò)程。其次，系統(tǒng)中還有一部分是固定的，叫“設(shè)備”。這些設(shè)備用于對(duì)實(shí)體進(jìn)行加工、處理或服務(wù)，它們相當(dāng)于連續(xù)系統(tǒng)中的各類(lèi)對(duì)信息進(jìn)行交換處理的元件。這些“設(shè)備”可能是機(jī)床、電話交換系統(tǒng)、營(yíng)業(yè)員或者醫(yī)生等。所以此處“設(shè)備”的含義是廣泛的。實(shí)體按一定規(guī)律不斷地到達(dá)(產(chǎn)生)，在設(shè)備作用下通過(guò)系統(tǒng)，接受服務(wù)，最后離開(kāi)系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)過(guò)程。 在目前通用方法是將實(shí)體和設(shè)備通稱(chēng)為“實(shí)體”，但前者稱(chēng)為“臨時(shí)實(shí)體臨時(shí)

29、實(shí)體”，后者設(shè)備稱(chēng)為“永久實(shí)體永久實(shí)體”。(2) 事件 描述離散事件系統(tǒng)的第二個(gè)重要概念是“事件”、事件事件是引起系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化的行為。例如，在例1.3.1中，可以定義“顧客到達(dá)”為一類(lèi)事件，而這個(gè)事件的發(fā)生引起系統(tǒng)的狀態(tài)理發(fā)師的狀態(tài)從“閑”變成“忙”，或者引起系統(tǒng)的另外一個(gè)狀態(tài)顧客的排隊(duì)人數(shù)發(fā)生變化。同樣，一個(gè)顧客接受服務(wù)完畢后離開(kāi)系統(tǒng)也可以定義為一類(lèi)事件。 在離散事件仿真模型中，由于是依靠事件來(lái)驅(qū)動(dòng)，除了系統(tǒng)中固有事件外，還有所謂“程序事件”，它用于控制仿真進(jìn)程。例如要對(duì)例1.3.1的系統(tǒng)進(jìn)行從上午9.00開(kāi)門(mén)到下午7.00關(guān)門(mén)這一段時(shí)間內(nèi)的動(dòng)態(tài)過(guò)程仿真，則可以定義“仿真時(shí)間達(dá)到10小時(shí)

30、后停止仿真”作為一個(gè)程序事件，當(dāng)該事件發(fā)生時(shí)即結(jié)束仿真模型的執(zhí)行。(3) (3) 活動(dòng)活動(dòng) 離散事件系統(tǒng)中的活動(dòng)活動(dòng)，通常用于表示兩個(gè)可以區(qū)分的事件之間的過(guò)程，它標(biāo)志著系統(tǒng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移。在例1.3.1中，顧客的到達(dá)事件與該顧客開(kāi)始接受服務(wù)事件之間可稱(chēng)為一個(gè)活動(dòng)，該活動(dòng)使系統(tǒng)的狀態(tài)(隊(duì)長(zhǎng))發(fā)生變化，顧客開(kāi)始接受服務(wù)到該顧客服務(wù)完畢后離開(kāi)也可以視為一個(gè)活動(dòng)，它使隊(duì)長(zhǎng)減1。(4) (4) 進(jìn)程進(jìn)程 進(jìn)程由若干個(gè)有序事件及若干有序活動(dòng)組成，一個(gè)進(jìn)程描述了它所包括的事件及活動(dòng)間的相互進(jìn)程描述了它所包括的事件及活動(dòng)間的相互邏輯關(guān)系及時(shí)序關(guān)系邏輯關(guān)系及時(shí)序關(guān)系。如例1.3.1中，一個(gè)顧客到達(dá)系統(tǒng)、經(jīng)過(guò)排隊(duì)、接

31、受服務(wù)、到服務(wù)完畢后離去可以稱(chēng)為一個(gè)進(jìn)程。 事件活動(dòng)進(jìn)程三者之間的關(guān)系可用圖1.3.1來(lái)描述。1.3.1 事件活動(dòng)進(jìn)程之間的關(guān)系(5) (5) 仿真鐘仿真鐘 仿真鐘用于表示仿真時(shí)間的變化仿真鐘用于表示仿真時(shí)間的變化。在離散事件仿真中，由于引起狀態(tài)變化的事件發(fā)生的時(shí)間是隨機(jī)的，因此仿真鐘的推進(jìn)步長(zhǎng)也完全是隨機(jī)的。而且，兩個(gè)相鄰發(fā)生的事件之間系統(tǒng)狀態(tài)不會(huì)發(fā)生任何變化，因而仿真鐘可以跨過(guò)這些“不活動(dòng)”周期。從一個(gè)事件發(fā)生時(shí)刻推進(jìn)到下一事件發(fā)生時(shí)刻，仿真鐘的推進(jìn)呈現(xiàn)跳躍性，推進(jìn)速度具有隨機(jī)性。可見(jiàn)，在離散事件仿真模型中事件控制部件是必不可少的，以便按一定規(guī)律來(lái)控制仿真鐘的推進(jìn)。(6) (6) 統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)

32、器統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)器 離散事件系統(tǒng)的狀態(tài)隨事件的不斷發(fā)生也呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，但仿真的目的主要不是要得到這些狀態(tài)是如何變化的。由于這種變化是隨機(jī)的，某一次仿真運(yùn)行得到的狀態(tài)變化過(guò)程只不過(guò)是隨機(jī)過(guò)程的一次取樣。如果進(jìn)行另一次獨(dú)立的仿真運(yùn)行所得到的狀態(tài)變化過(guò)程可能完全是另一種情況。他們只有在統(tǒng)計(jì)意義下才有參考價(jià)值。 在例1.3.1中，由于顧客到達(dá)的時(shí)間間隔具有隨機(jī)性，理發(fā)師為每一個(gè)顧客服務(wù)的時(shí)間長(zhǎng)度也是隨機(jī)的，因而在某一時(shí)刻，顧客排隊(duì)的隊(duì)長(zhǎng)或理發(fā)師的忙閑情況完全是不確定的。在分析該系統(tǒng)時(shí)，感興趣的可能是系統(tǒng)的平均隊(duì)長(zhǎng)、顧客的平均等待時(shí)間或者是理發(fā)師的利用率等。在仿真模型中，需要有一個(gè)統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)在仿真模型中，

33、需要有一個(gè)統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)部件，以便統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)中的有關(guān)變量。部件，以便統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)中的有關(guān)變量。二、模型 離散事件系統(tǒng)既然主要有實(shí)體、設(shè)備和各類(lèi)事件、活動(dòng)、進(jìn)程組成，那么系統(tǒng)狀態(tài)的變化也是由這些實(shí)體的活動(dòng)引起的、描述這類(lèi)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型可以分為以下三個(gè)部分。 (1) 到達(dá)模型到達(dá)模型 設(shè)實(shí)體1到達(dá)系統(tǒng)的時(shí)刻為，實(shí)體2到達(dá)系統(tǒng)的時(shí)刻為，則實(shí)際相互到達(dá)的時(shí)間為，相互到達(dá)的速度為。在離散事件系統(tǒng)中，用概率函數(shù)來(lái)定義，并用相互到達(dá)時(shí)間大于時(shí)間t的概率來(lái)表示到達(dá)模型，稱(chēng)為到達(dá)分布函數(shù)，用表示。如果已知到達(dá)時(shí)間的積累分布函數(shù)，則與之間有如下關(guān)系： (1.3.1) 如果實(shí)體到達(dá)完全隨機(jī)，只受給定的平均到達(dá)速度的限制，即下一

34、實(shí)體到達(dá)與上一實(shí)體到達(dá)時(shí)間無(wú)關(guān)，而在時(shí)間區(qū)間內(nèi)到達(dá)的概率與成正比，與無(wú)關(guān)，則在這些條件下，系統(tǒng)在時(shí)刻到達(dá)n個(gè)實(shí)體的概率滿(mǎn)足泊松分布模式，即 為單位時(shí)間到達(dá)的實(shí)體數(shù) )(1)(0tFtA , 2 , 1 , 0!)()(nnettPtnn 泊松分布是一種很重要的概率分布，在實(shí)際排隊(duì)系統(tǒng)中有不少到達(dá)模式屬于這種分布。例如電話交換系統(tǒng)中的呼叫次數(shù)、計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)中信息的到達(dá)、商店和醫(yī)院等服務(wù)機(jī)構(gòu)中人的到達(dá)次數(shù)等等。(2) 服務(wù)模型 它是用來(lái)描述設(shè)備為實(shí)體服務(wù)的時(shí)間模型。假定系統(tǒng)中同時(shí)為實(shí)體服務(wù)的設(shè)備有個(gè)，且設(shè)備為單個(gè)實(shí)體服務(wù)所需要的時(shí)間為，一般也用概率函數(shù)來(lái)描述。定義服務(wù)分布函數(shù)，它是服務(wù)時(shí)間大

35、于時(shí)間的概率。若設(shè)為服務(wù)時(shí)間積累分布函數(shù)，則有 (1.3.3) 及就稱(chēng)為服務(wù)模型服務(wù)模型。 若服務(wù)過(guò)程滿(mǎn)足：1在不重疊的時(shí)間區(qū)間內(nèi)；2各個(gè)服務(wù)時(shí)間是相互獨(dú)立的，服務(wù)時(shí)間平均值是一常值；3在區(qū)間內(nèi)完成為一個(gè)實(shí)體服務(wù)的概率正比與時(shí)間間隔，則服務(wù)時(shí)間的概率分布和實(shí)體到達(dá)時(shí)間間隔的概率分布相同，即為負(fù)指數(shù)分布，概率密度函數(shù)為 (1.3.4) )(1)(00tFtS tetg)( (3) 排隊(duì)模型 它是用來(lái)描述在服務(wù)過(guò)程中當(dāng)出現(xiàn)排隊(duì)現(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)對(duì)排隊(duì)的處理規(guī)則。當(dāng)設(shè)備的服務(wù)速度低于實(shí)體互相到達(dá)速度時(shí)。在設(shè)備前就會(huì)出現(xiàn)排隊(duì)現(xiàn)象。對(duì)一個(gè)服務(wù)系統(tǒng)來(lái)講，出現(xiàn)一定的排隊(duì)現(xiàn)象是正常的，但是，不希望排隊(duì)過(guò)長(zhǎng)。一旦出現(xiàn)

36、排隊(duì)現(xiàn)象，實(shí)體將按照一定的規(guī)則接受服務(wù)。一般有如下規(guī)則： 先到先服務(wù)：即按到達(dá)順序接受服務(wù)，這是最通常的情形。 后到先服務(wù)：如使用電梯的顧客是后入先出的；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中存放信息的壓棧處理等。 隨機(jī)服務(wù)：當(dāng)設(shè)備空閑時(shí)，從等待的實(shí)體中隨機(jī)地選一名進(jìn)行服務(wù)。如電話交換接通呼喚的服務(wù)等。 優(yōu)先服務(wù)：如醫(yī)院中急診病人優(yōu)先得到治療；機(jī)場(chǎng)跑道優(yōu)先對(duì)需要降落的飛機(jī)提供服務(wù)等。 由上述可知，離散事件系統(tǒng)的模型一般來(lái)講不能用一組方程來(lái)描述，而是要用一些邏輯條件或流程圖來(lái)描述，這與連續(xù)系統(tǒng)模型有很大的不同。正因?yàn)檫@一點(diǎn)，決定了離散事件系統(tǒng)的仿真具有它本身的特殊性。 1.3.2 1.3.2 離散事件系統(tǒng)的仿真方法離散事

37、件系統(tǒng)的仿真方法 在一個(gè)較為復(fù)雜的離散事件系統(tǒng)中，一般都存在諸多實(shí)體，這些實(shí)體之間相互聯(lián)系，相互影響，然而其活動(dòng)的發(fā)生都統(tǒng)一在同一時(shí)間基上。建立起各類(lèi)實(shí)體之間的邏輯關(guān)系，這是離散事件系統(tǒng)仿真學(xué)的重要內(nèi)容之一，有時(shí)稱(chēng)之為仿真算法仿真算法或仿真策仿真策略略。如同連續(xù)系統(tǒng)仿真一樣，即使同一系統(tǒng)，不同算法下的仿真模型的形式是不同的，仿真策略決定仿真模型的結(jié)構(gòu)。在此僅向讀者簡(jiǎn)單介紹目前比較成熟的三種仿真方法。 (1) 事件調(diào)度法 離散事件系統(tǒng)中最基本的概念是事件，事件的發(fā)生引起系統(tǒng)狀態(tài)的變化。用事件的觀點(diǎn)來(lái)分析真實(shí)系統(tǒng)，通過(guò)定義事件及每個(gè)事件發(fā)生對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的變化按時(shí)間順序確定，并執(zhí)行每個(gè)事件發(fā)生時(shí)有關(guān)的

38、邏輯關(guān)系，這就是事件調(diào)度法的基本思想。 按這種策略建立模型時(shí)，所有事件均放在事件表中。模型中設(shè)有一個(gè)時(shí)間控制部分，該成分從事件表中選擇具有最早發(fā)生時(shí)間的事件，并將仿真鐘修改到該事件發(fā)生的時(shí)間，再調(diào)用與該事 件相應(yīng)的事件處理模塊。該事件處理完后返回時(shí)間控制部分。這樣，事件的選擇與處理不斷地進(jìn)行，直到仿真終止地條件或程序事件產(chǎn)生為止。 (2) (2) 活動(dòng)掃描法活動(dòng)掃描法 如果事件的發(fā)生不僅與時(shí)間有關(guān)，而且與其它條件也有關(guān)，即只有滿(mǎn)足某些條件時(shí)事件才會(huì)發(fā)生，在這種情況下，采用事件調(diào)度法策略建模則顯示出這種算法的弱點(diǎn)。原因在于，這類(lèi)系統(tǒng)活動(dòng)持續(xù)時(shí)間的不確定性，因而無(wú)法預(yù)定活動(dòng)的開(kāi)始和終止時(shí)間。 活動(dòng)

39、掃描法活動(dòng)掃描法的基本思想是：系統(tǒng)由成分組成，而成分包含著活動(dòng)，這些活動(dòng)的發(fā)生必須滿(mǎn)足某些條件；每一個(gè)主動(dòng)成分有一個(gè)相應(yīng)的活動(dòng)子例程；在仿真過(guò)程中，活動(dòng)的發(fā)生時(shí)間也作為條件之一，而且是較之其它條件具有更高的優(yōu)先權(quán) (3) (3) 進(jìn)程交互法進(jìn)程交互法 進(jìn)程由若干個(gè)事件及若干活動(dòng)組成，一個(gè)進(jìn)程描述了它所包括的事件及活動(dòng)間的相互邏輯關(guān)系及時(shí)序關(guān)系。 進(jìn)程交互法進(jìn)程交互法采用進(jìn)程描述系統(tǒng)采用進(jìn)程描述系統(tǒng)，它，它將模型中的主動(dòng)成將模型中的主動(dòng)成分歷經(jīng)系統(tǒng)時(shí)所發(fā)生的事件及活動(dòng)按時(shí)間順序進(jìn)行組合，從分歷經(jīng)系統(tǒng)時(shí)所發(fā)生的事件及活動(dòng)按時(shí)間順序進(jìn)行組合，從而形成進(jìn)程表。一個(gè)成分一旦進(jìn)入進(jìn)程，它將完成全部活動(dòng)。而

40、形成進(jìn)程表。一個(gè)成分一旦進(jìn)入進(jìn)程，它將完成全部活動(dòng)。 以上討論的三種仿真方法在離散事件系統(tǒng)仿真中均得到廣以上討論的三種仿真方法在離散事件系統(tǒng)仿真中均得到廣泛的應(yīng)用。有些仿真語(yǔ)言采用某一種方法，有的則允許用戶(hù)泛的應(yīng)用。有些仿真語(yǔ)言采用某一種方法，有的則允許用戶(hù)在同一個(gè)仿真語(yǔ)言中用多種方法，以適應(yīng)不同用戶(hù)的需要。在同一個(gè)仿真語(yǔ)言中用多種方法，以適應(yīng)不同用戶(hù)的需要。顯然，選擇何種方法依賴(lài)于被研究的系統(tǒng)的特點(diǎn)。一般說(shuō)來(lái)，顯然，選擇何種方法依賴(lài)于被研究的系統(tǒng)的特點(diǎn)。一般說(shuō)來(lái)，如果系統(tǒng)中的各個(gè)成分相關(guān)性較少，宜采用事件調(diào)度法如果系統(tǒng)中的各個(gè)成分相關(guān)性較少，宜采用事件調(diào)度法；相相反宜采用活動(dòng)掃描法反宜采用活

41、動(dòng)掃描法；如果系統(tǒng)成分的活動(dòng)比較規(guī)則，則宜如果系統(tǒng)成分的活動(dòng)比較規(guī)則，則宜采用進(jìn)程交互法采用進(jìn)程交互法。 圖圖1.3.21.3.2圖圖1.3.41.3.4是以出納員隊(duì)列模型為例列出這三種是以出納員隊(duì)列模型為例列出這三種方法的流程圖，由圖可清楚地看到它們之間的關(guān)系。方法的流程圖，由圖可清楚地看到它們之間的關(guān)系。 離散事件系統(tǒng)仿真研究的一般步驟與本書(shū)要講述的連續(xù)系離散事件系統(tǒng)仿真研究的一般步驟與本書(shū)要講述的連續(xù)系統(tǒng)仿真是類(lèi)似的，它統(tǒng)仿真是類(lèi)似的，它包括系統(tǒng)建模、確定仿真模型、選著仿包括系統(tǒng)建模、確定仿真模型、選著仿真算法、設(shè)計(jì)仿真程序、運(yùn)行仿真程序、輸出仿真結(jié)果并進(jìn)真算法、設(shè)計(jì)仿真程序、運(yùn)行仿真程

42、序、輸出仿真結(jié)果并進(jìn)行分析行分析，其內(nèi)容與，其內(nèi)容與1.2.21.2.2節(jié)類(lèi)似，同樣可以用圖節(jié)類(lèi)似，同樣可以用圖1.2.21.2.2所示流所示流程圖描述。程圖描述。 圖圖1.3.2 出納員隊(duì)列模型出納員隊(duì)列模型 （a）到達(dá)事件流程圖）到達(dá)事件流程圖（b）離開(kāi)事件流程圖）離開(kāi)事件流程圖1.3.31.3.3圖圖 出納員服務(wù)活動(dòng)流程圖出納員服務(wù)活動(dòng)流程圖 圖圖1.3.4 1.3.4 出納員服務(wù)進(jìn)程流程圖出納員服務(wù)進(jìn)程流程圖 1.3.3 1.3.3 離散事件系統(tǒng)仿真語(yǔ)言離散事件系統(tǒng)仿真語(yǔ)言 為了對(duì)離散事件系統(tǒng)進(jìn)行仿真，已研制出許多仿真語(yǔ)言，其中面向進(jìn)程的語(yǔ)言面向進(jìn)程的語(yǔ)言GPSSGPSS及面向事件的語(yǔ)

43、言面向事件的語(yǔ)言SIMSCRIPTSIMSCRIPT最為流行。為了使讀者明白如何用仿真語(yǔ)言來(lái)編程，下面介紹一下GPSS語(yǔ)言及其使用。對(duì)某種仿真語(yǔ)言特別感興趣的讀者可進(jìn)一步參閱有關(guān)文獻(xiàn)。 面向進(jìn)程的語(yǔ)言是基于進(jìn)程建模基于進(jìn)程建模的仿真語(yǔ)言；被仿真的系統(tǒng)用框圖來(lái)描述；框圖由相互連接的方框構(gòu)成；這些方框表示進(jìn)程的各種動(dòng)作；連接方框的連線則表示動(dòng)作的執(zhí)行順序。若離開(kāi)一個(gè)方框的連線多于一條，則需要在方框上說(shuō)明選擇的條件，以實(shí)現(xiàn)程序中動(dòng)作的選擇。GPSS語(yǔ)言共提供了40多種功能塊，相應(yīng)有40多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)句。因此對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，只需要掌握這40余種語(yǔ)句就能很方便地對(duì)系統(tǒng)建立仿真模型. 下面通過(guò)一個(gè)下面通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單

44、的例子來(lái)說(shuō)明簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明如何建立如何建立GPSSGPSS語(yǔ)言語(yǔ)言的仿真模型?？紤]的仿真模型?？紤]一單臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)，一單臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)，顧客到達(dá)時(shí)間間隔顧客到達(dá)時(shí)間間隔服從均值為服從均值為20s20s的指的指數(shù)分布，服務(wù)時(shí)間數(shù)分布，服務(wù)時(shí)間為為99，2525之間均勻之間均勻分布的隨機(jī)變量，分布的隨機(jī)變量，仿真鐘運(yùn)行仿真鐘運(yùn)行480s480s結(jié)結(jié)束。該系統(tǒng)的束。該系統(tǒng)的GPSSGPSS方框圖方框圖1.3.51.3.5所示，所示，圖中每個(gè)塊均為圖中每個(gè)塊均為GPSSGPSS仿真程序的典仿真程序的典型功能塊。型功能塊。圖1.3.5 單臺(tái)排隊(duì)系統(tǒng)的GPSS方框圖 實(shí)現(xiàn)圖1.3.5所示方塊圖的GPSS源程序

45、如下： 1 IMULATE1 IMULATE 2 XP FUNCTION RN1, 024 2 XP FUNCTION RN1, 024 3 0.0, 0.0/0.1, 0.104/0.2, 0.222/0.3, 0.355/0.4, 0.509 3 0.0, 0.0/0.1, 0.104/0.2, 0.222/0.3, 0.355/0.4, 0.509 4 0.5, 0.69/0.6, 0.915/0.7, 1.2/0.75, 1.38.0.8, 1.6/0.84, 4 0.5, 0.69/0.6, 0.915/0.7, 1.2/0.75, 1.38.0.8, 1.6/0.84, 1.831

46、.83 5 0.88, 2.12/0.9, 2.3/0.92, 2.52/0.94, 2.81/0.95, 2.99/0.96, 3.2 5 0.88, 2.12/0.9, 2.3/0.92, 2.52/0.94, 2.81/0.95, 2.99/0.96, 3.2 6 0.97, 3.5/0.98, 4.0/0.99, 4.6/0.995, 5.3/0.998, 6.2/0.999, 7.0 6 0.97, 3.5/0.98, 4.0/0.99, 4.6/0.995, 5.3/0.998, 6.2/0.999, 7.0 7 0.997, 8.0 7 0.997, 8.0 8 8 * * 9

47、TISYS TABLE MP1, 0, 5,20 9 TISYS TABLE MP1, 0, 5,20 10 10 * *MODEL SEGMENTMODEL SEGMENT 11 GENERRATE 20, FN$XP 11 GENERRATE 20, FN$XP 12 MARK P1 12 MARK P1 13 QUEUE WAITQ13 QUEUE WAITQ 14 SEIZE SRVR 14 SEIZE SRVR 15 DEPART WAITQ 15 DEPART WAITQ 16 ADVANCE 17, 8 16 ADVANCE 17, 8 17 RELEASE SRVR 17 RE

48、LEASE SRVR 18 TABULATE TISYS 18 TABULATE TISYS 19 TERMINATE 19 TERMINATE 20 20 * * TIMING SEGMENT TIMING SEGMENT 21 GENERATE 480 21 GENERATE 480 22 TERMINATE 1 22 TERMINATE 1 23 23 * * CONTROL CARDS CONTROL CARDS 24 START 1 24 START 1 25 END 25 END 上面程序中的每一行最前面的數(shù)字是語(yǔ)句標(biāo)號(hào)。上面程序中的每一行最前面的數(shù)字是語(yǔ)句標(biāo)號(hào)。 1號(hào)語(yǔ)句標(biāo)志GP

49、SS仿真程序開(kāi)始；第2號(hào)語(yǔ)句定義了一個(gè)隨機(jī)變量函數(shù)XP，該函數(shù)的取值是由第3號(hào)到第7號(hào)語(yǔ)句中的24對(duì)數(shù)據(jù)構(gòu)成，由1號(hào)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器取值對(duì)該函數(shù)取樣，得到的隨機(jī)變量是均值為1s的指數(shù)隨機(jī)變量。 從第10號(hào)語(yǔ)句開(kāi)始到第19號(hào)語(yǔ)句為模型段，每一句按順序與圖1.3.5中的方塊一一對(duì)應(yīng)。例如，第11句的功能就是產(chǎn)生均值為20s的指數(shù)隨機(jī)變量；第16句表示為顧客服務(wù)的時(shí)間均值為17s，區(qū)間半長(zhǎng)為8的均勻分布隨機(jī)變量；第19句則是表示仿真程序到此結(jié)束。從第21句到第22句是仿真時(shí)間控制，從中可以看到，仿真鐘推進(jìn)480個(gè)單位時(shí)產(chǎn)生一個(gè)程序來(lái)終止仿真，說(shuō)明該模型的仿真鐘時(shí)間單位為1s。 GPSS程序處理器對(duì)上述語(yǔ)

50、句進(jìn)行逐行翻譯，在翻譯第24句后即開(kāi)始進(jìn)行仿真。 雖然本例只引用了GPSS功能塊的一個(gè)子集，但卻說(shuō)明了它的建?；究蚣?。 系統(tǒng)仿真技術(shù)是分析系統(tǒng)仿真技術(shù)是分析綜合各類(lèi)系統(tǒng)綜合各類(lèi)系統(tǒng)的一種有力的工具和手段的一種有力的工具和手段。它目前已廣。它目前已廣泛地應(yīng)用于幾乎所有的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。泛地應(yīng)用于幾乎所有的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。 本節(jié)僅從本節(jié)僅從科學(xué)的角度科學(xué)的角度出發(fā)，對(duì)接觸最出發(fā)，對(duì)接觸最多多發(fā)展最快發(fā)展最快比較重要的幾個(gè)方面做比較重要的幾個(gè)方面做一概括的介紹。一概括的介紹。1.4 1.4 仿真技術(shù)的應(yīng)用仿真技術(shù)的應(yīng)用1.4.1 1.4.1 系統(tǒng)仿真技術(shù)在系統(tǒng)分析系統(tǒng)仿真技術(shù)在系統(tǒng)分析綜合方面的應(yīng)用綜

51、合方面的應(yīng)用 各技術(shù)領(lǐng)域控制系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)測(cè)試改造都應(yīng)用系統(tǒng)仿真技術(shù)。在工程系統(tǒng)方面，例如，在設(shè)計(jì)開(kāi)始階段，利用仿真技術(shù)論證方案，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，優(yōu)選合理方案；在設(shè)計(jì)階段，系統(tǒng)仿真技術(shù)可幫助設(shè)計(jì)人員優(yōu)選系統(tǒng)合理結(jié)構(gòu)，優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，以期獲得系統(tǒng)最優(yōu)品質(zhì)和性能；在調(diào)試階段，利用仿真技術(shù)分析系統(tǒng)響應(yīng)與參數(shù)關(guān)系，指導(dǎo)調(diào)試工作，可以迅速完成調(diào)試任務(wù)；對(duì)已經(jīng)運(yùn)行的系統(tǒng)，利用仿真技術(shù)可以在不影響生產(chǎn)的條件下分析系統(tǒng)的工作狀態(tài)，預(yù)防事故發(fā)生，尋求改進(jìn)薄弱環(huán)節(jié)，以提高系統(tǒng)的性能和運(yùn)行效率。 對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)重工作量大的系統(tǒng)，可建立系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真器或系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)程序包，使設(shè)計(jì)人員節(jié)省大量的設(shè)計(jì)時(shí)間，提高工作效率

52、。 在非工程系統(tǒng)方面對(duì)企業(yè)管理經(jīng)濟(jì)分析市場(chǎng)預(yù)測(cè)商品銷(xiāo)售等也都應(yīng)用仿真技術(shù)。例如，用仿真技術(shù)可以建立商品生產(chǎn)和公司經(jīng)營(yíng)與市場(chǎng)預(yù)測(cè)模型，如圖1.4.1所示。從圖可見(jiàn)，根據(jù)市場(chǎng)信息，公司做出決策，工廠生產(chǎn)的產(chǎn)品投放市場(chǎng)，再對(duì)市場(chǎng)信息進(jìn)行分析，如此組成經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)生產(chǎn)模型。其它如交通能源生態(tài)環(huán)境等方面的大系統(tǒng)分析都應(yīng)用仿真技術(shù)。例如，人口方面的分析也應(yīng)用仿真預(yù)估今后人口發(fā)展的合理結(jié)構(gòu)，制定人口政策。又如，研究區(qū)域動(dòng)力模型，分析整個(gè)區(qū)域中人口增長(zhǎng)工業(yè)化速度環(huán)境污染糧食生產(chǎn)社會(huì)福利教育等因素的相互平行關(guān)系應(yīng)當(dāng)按什么樣的比例發(fā)展較為合適的問(wèn)題。 圖1.4.1 經(jīng)濟(jì)模型粗框圖1.4.2 1.4.2 系統(tǒng)仿真技術(shù)在

53、仿真器方面的應(yīng)用系統(tǒng)仿真技術(shù)在仿真器方面的應(yīng)用 系統(tǒng)仿真器系統(tǒng)仿真器（system simulator）是模仿真實(shí)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究裝置，它包括計(jì)算機(jī)硬件軟件以及模仿對(duì)象的某些類(lèi)似實(shí)物所組成的一個(gè)仿真系統(tǒng)。仿真器分為培訓(xùn)仿真器培訓(xùn)仿真器和設(shè)計(jì)仿真器設(shè)計(jì)仿真器。培訓(xùn)仿真器一般由運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)顯示系統(tǒng)儀表操作系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)硬件軟件組成類(lèi)似實(shí)物的模擬裝置。例如，培訓(xùn)飛機(jī)駕駛員航線起落飛行仿真器就包括：座艙與其運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)視景系統(tǒng)音響系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及指揮臺(tái)等，此外還有電源液壓源，以保證實(shí)驗(yàn)條件。v 推廣應(yīng)用培訓(xùn)仿真器，無(wú)論在培訓(xùn)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益方面都會(huì)帶來(lái)明顯效果。例如，飛機(jī)駕駛員培訓(xùn)仿真器可以實(shí)現(xiàn)異常技術(shù)訓(xùn)練，訓(xùn)

54、練在事故狀態(tài)飛行排除故障的技能允許飛行員錯(cuò)誤操作，這樣可以提高飛行技術(shù)。使用飛行仿真器可以減少危險(xiǎn)，確保安全，節(jié)省大量航空汽油，減少環(huán)境污染。例如，波音747仿真器按每天20小時(shí)架次訓(xùn)練，一年可節(jié)省30萬(wàn)噸汽油，可見(jiàn)經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。培訓(xùn)仿真器在航空航天航海核能工業(yè)電力系統(tǒng)坦克汽車(chē)等方面都有應(yīng)用，并取得較顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。 設(shè)計(jì)仿真器，一般包括計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)仿真器，一般包括計(jì)算機(jī)硬件軟件和由軟件和由研究系統(tǒng)的應(yīng)用軟件以及大量設(shè)計(jì)公式和參數(shù)等所研究系統(tǒng)的應(yīng)用軟件以及大量設(shè)計(jì)公式和參數(shù)等所構(gòu)成的設(shè)計(jì)程序包。構(gòu)成的設(shè)計(jì)程序包。例如，軋鋼機(jī)多級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從方案選擇到參數(shù)規(guī)定，甚至繪圖等工

55、作都可以在設(shè)計(jì)仿真器上由計(jì)算機(jī)完成，提高效率。此外，在電機(jī)變壓器或其它具有大量計(jì)算工作量而且規(guī)格眾多的系列化產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面，均可利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)仿真器（或稱(chēng)設(shè)計(jì)程序包），以提高工作效率。 綜上所述，系統(tǒng)仿真技術(shù)在仿真器方面的應(yīng)用系統(tǒng)仿真技術(shù)在仿真器方面的應(yīng)用將會(huì)帶來(lái)明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。將會(huì)帶來(lái)明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。1.4.3 1.4.3 系統(tǒng)仿真技術(shù)在技術(shù)咨詢(xún)和預(yù)系統(tǒng)仿真技術(shù)在技術(shù)咨詢(xún)和預(yù)測(cè)方面的應(yīng)用測(cè)方面的應(yīng)用 根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，利用仿真技術(shù)輸入相應(yīng)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算后即可輸出結(jié)果，這種技術(shù)目前用在很多方面。例如，專(zhuān)家系統(tǒng)專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)咨詢(xún)和預(yù)測(cè)技術(shù)咨詢(xún)和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方面預(yù)報(bào)方面。 專(zhuān)家系統(tǒng)是一種

56、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，事先將有關(guān)專(zhuān)家的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)，形成規(guī)律后填入表格或框架，然后存入計(jì)算機(jī)，建立知識(shí)庫(kù)，設(shè)計(jì)管理軟件，根據(jù)輸入的原始數(shù)據(jù)，按照規(guī)定的專(zhuān)家知識(shí)推理判斷，給用戶(hù)提供咨詢(xún)。由于這種軟件是模擬專(zhuān)家思考分析判斷的，實(shí)際上起到專(zhuān)家的作用，所以被稱(chēng)為專(zhuān)家系統(tǒng)。我國(guó)目前研究比較多的是中醫(yī)中醫(yī)診斷系統(tǒng)診斷系統(tǒng)，它是將醫(yī)療經(jīng)驗(yàn)豐富診脈醫(yī)術(shù)準(zhǔn)確的醫(yī)生的一套知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)加以規(guī)律化后編出程序，存入計(jì)算機(jī)，在臨床診斷時(shí)起到專(zhuān)家的作用。除醫(yī)療之外，如農(nóng)業(yè)育種專(zhuān)家系農(nóng)業(yè)育種專(zhuān)家系統(tǒng)統(tǒng)，它自動(dòng)計(jì)算選擇雜交的親本，預(yù)測(cè)雜交后代的性狀，給出生產(chǎn)雜交第二代第三代的配種方案，起到咨詢(xún)的作用。 預(yù)測(cè)技術(shù)在很多領(lǐng)域應(yīng)用，例如

57、，利用地震監(jiān)測(cè)地震監(jiān)測(cè)模型模型模擬根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)報(bào)地震情報(bào)；森林火警模型森林火警模型根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁仫L(fēng)向濕度等條件預(yù)報(bào)火警；人口模型人口模型預(yù)測(cè)今后人口結(jié)構(gòu)。 用系統(tǒng)仿真技術(shù)對(duì)反應(yīng)周期長(zhǎng)，而且難以觀察實(shí)驗(yàn)或消耗巨額資金的自然環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)人口結(jié)構(gòu)生理育種導(dǎo)彈軍事國(guó)防等系統(tǒng)，可以在短期容易實(shí)現(xiàn)的模型上進(jìn)行分析實(shí)驗(yàn)后預(yù)報(bào)結(jié)果。這是仿真技術(shù)所具有的獨(dú)特功能，所以在這方面的應(yīng)用逐漸擴(kuò)大，極有發(fā)展前途。此外，對(duì)于有些在實(shí)際物理世界不可能存在或難以實(shí)現(xiàn)的，但有必要研究的系統(tǒng)，仿真技術(shù)也扮演著極其重要的角色。1-51-5仿真技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展仿真技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展 系統(tǒng)仿真技術(shù)，從系統(tǒng)仿真技術(shù)，從5050年代以來(lái)隨著

58、計(jì)算機(jī)發(fā)展年代以來(lái)隨著計(jì)算機(jī)發(fā)展的過(guò)程，逐漸形成了一門(mén)新興科學(xué)技術(shù)。的過(guò)程，逐漸形成了一門(mén)新興科學(xué)技術(shù)。 例如，仿真計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)例如，仿真計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算機(jī)數(shù)字計(jì)算數(shù)字計(jì)算機(jī)機(jī)混和計(jì)算機(jī)混和計(jì)算機(jī)全數(shù)字并行處理計(jì)算機(jī)全數(shù)字并行處理計(jì)算機(jī)的演變過(guò)的演變過(guò)程，相繼出現(xiàn)了程，相繼出現(xiàn)了模擬仿真模擬仿真數(shù)字仿真數(shù)字仿真混和仿真混和仿真全數(shù)字并行處理仿真技術(shù)全數(shù)字并行處理仿真技術(shù)。仿真軟件也由數(shù)值計(jì)算。仿真軟件也由數(shù)值計(jì)算方法方法仿真語(yǔ)言逐步擴(kuò)大豐富。時(shí)至今日，仿真技仿真語(yǔ)言逐步擴(kuò)大豐富。時(shí)至今日，仿真技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在各技術(shù)領(lǐng)域術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在各技術(shù)領(lǐng)域各學(xué)科內(nèi)容和各工程部各學(xué)科內(nèi)容和各工程部門(mén)。若

59、要比較全面地介紹仿真技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展，門(mén)。若要比較全面地介紹仿真技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展，那不是比較簡(jiǎn)單的敘述就可以說(shuō)清楚的問(wèn)題，本節(jié)那不是比較簡(jiǎn)單的敘述就可以說(shuō)清楚的問(wèn)題，本節(jié)只針對(duì)仿真技術(shù)中發(fā)展較快并引人注目的一些主要只針對(duì)仿真技術(shù)中發(fā)展較快并引人注目的一些主要問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。 1.5.1 1.5.1 仿真計(jì)算機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展仿真計(jì)算機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展 我國(guó)仿真技術(shù)的發(fā)展，早從我國(guó)仿真技術(shù)的發(fā)展，早從5050年代就開(kāi)始，主要是在航空年代就開(kāi)始，主要是在航空國(guó)防單位，以國(guó)防單位，以模擬仿真技術(shù)模擬仿真技術(shù)為主。數(shù)字仿真技術(shù)還是從為主。數(shù)字仿真技術(shù)還是從7070年代年代開(kāi)始在一些科研機(jī)關(guān)

60、開(kāi)始在一些科研機(jī)關(guān)設(shè)計(jì)院（所）以及高等院校逐漸發(fā)展起來(lái)設(shè)計(jì)院（所）以及高等院校逐漸發(fā)展起來(lái)的。目前所使用的計(jì)算機(jī)主要都是從國(guó)外引進(jìn)的一些大中型計(jì)算的。目前所使用的計(jì)算機(jī)主要都是從國(guó)外引進(jìn)的一些大中型計(jì)算機(jī)，如機(jī)，如FLEX-256,M-150,ACOS-400FLEX-256,M-150,ACOS-400等，此外，多數(shù)單位應(yīng)用國(guó)產(chǎn)等，此外，多數(shù)單位應(yīng)用國(guó)產(chǎn)100100系列機(jī)和一些引進(jìn)的各種類(lèi)型的微型機(jī)?；旌蠙C(jī)方面多用國(guó)系列機(jī)和一些引進(jìn)的各種類(lèi)型的微型機(jī)?；旌蠙C(jī)方面多用國(guó)產(chǎn)的產(chǎn)的TCMJ-1,HMJ-200,TCMJ-1,HMJ-200,以及以及DJM300/DJS130,HAP-2A/DJS1