第6章 系統(tǒng)建模與仿真的校核、驗證及確認(rèn)

2023/10/121

第6章建模與仿真的校核、驗證和確認(rèn)6.1校核、驗證及確認(rèn)概述6.1.1校核、驗證及確認(rèn)的基本概念6.1.2校核、驗證及確認(rèn)的基本原則6.1.3校核、驗證及確認(rèn)的實施過程6.2建模與仿真校核、驗證的基本方法

6.2.1建模與仿真的校核與驗證技術(shù)

6.2.2模型驗證的常用方法

JiangZengqiang,HefeiUniversityofTechnology2023/10/122VV&A的基本概念

此外，VV&A還可以用來評價模型逼真度、仿真系統(tǒng)執(zhí)行效率、可維護(hù)性、可移植性、可重用性、人機(jī)交互等特性，以確定建模與仿真總體效果的有效性。

系統(tǒng)建模和仿真的重要作用是為決策提供依據(jù)。

為減少決策失誤，降低決策風(fēng)險，需要對所建模型和仿真系統(tǒng)進(jìn)行評估，這就是建模和仿真的校核、驗證與確認(rèn)

（Verification，ValidationandAccreditation，VV&A）JiangZengqiang,HefeiUniversityofTechnology2023/10/123VV&A的基本概念

校核（verification）、驗證（validation）與確認(rèn)（accreditation）的字面意義非常接近，但在仿真系統(tǒng)它們的含義有所區(qū)別。

校核是用來確定仿真系統(tǒng)是否準(zhǔn)確地代表了開發(fā)者的概念描述和設(shè)計的過程。

校核關(guān)心“是否正確地建立模型及仿真系統(tǒng)（buildingthemodelright）”的問題，即關(guān)心“設(shè)計人員是否將問題的陳述轉(zhuǎn)化為模型闡述，是否按照仿真系統(tǒng)應(yīng)用目標(biāo)和功能需求的要求正確地設(shè)計出仿真系統(tǒng)的模型，仿真軟件開發(fā)人員是否按照設(shè)計人員提供的仿真模型正確地實現(xiàn)了模型。JiangZengqiang,HefeiUniversityofTechnology2023/10/124VV&A的基本概念

驗證是從仿真系統(tǒng)應(yīng)用目的出發(fā)，確定仿真系統(tǒng)代表實際系統(tǒng)的正確程度的過程。

驗證關(guān)心的是“建立的模型和仿真系統(tǒng)是否正確（buildingtherightmodel）”，即關(guān)心“仿真系統(tǒng)在具體的應(yīng)用中多大程度地反映了真實世界的情況”。

確認(rèn)是“正式地接受仿真系統(tǒng)為專門的應(yīng)用目的服務(wù)的過程（theofficialcertification）”。

確認(rèn)是在校核、驗證的基礎(chǔ)上，由仿真系統(tǒng)的主管部門和用戶組成的驗收小組，對仿真系統(tǒng)的可接受性和有效性做出正式的確認(rèn)。JiangZengqiang,HefeiUniversityofTechnology2023/10/125VV&A的基本概念

校核、驗證與驗收之間有著密切聯(lián)系。校核為驗收系統(tǒng)提供了依據(jù)，驗證作為系統(tǒng)有效性評估提供了依據(jù)，而系統(tǒng)性能的好壞是校核與驗證都關(guān)心的問題。

VV&A的意義：①VV&A為建模與仿真系統(tǒng)應(yīng)用目標(biāo)的可信度評估提供客觀依據(jù)，增強(qiáng)了建模與仿真的發(fā)起者和用戶對應(yīng)用仿真系統(tǒng)解決具體的問題的信心。②校核與驗證工作可以盡早發(fā)現(xiàn)建模與仿真設(shè)計開發(fā)中存在的問題和缺陷，幫助設(shè)計開發(fā)人員采取措施，修改模型設(shè)計和軟件開發(fā)，避免由于設(shè)計和開發(fā)過程中的缺陷和錯誤給仿真系統(tǒng)帶來的損失和風(fēng)險。JiangZengqiang,HefeiUniversityofTechnology2023/10/126VV&A的基本概念③校核和驗證工作為建模與仿真未來的應(yīng)用提供了良好基礎(chǔ)，可以增加建模與仿真為特定應(yīng)用目服務(wù)的信心。④校核與驗證工作可以及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計開發(fā)中的錯誤，減少因模型及仿真策略錯誤造成的損失，并可以為的仿真系統(tǒng)開發(fā)提供重要的數(shù)據(jù)資料。⑤校核、驗證與確認(rèn)為更好的分析原型提供了潛在的動力。JiangZengqiang,HefeiUniversityofTechnology2023/10/127VV&A的基本概念校核與驗證工作的主要內(nèi)容

檢驗?zāi)Ｐ椭惺欠翊嬖阱e誤或者不精確、不準(zhǔn)確的性質(zhì)或狀況。通常，通過給定某些數(shù)據(jù)和案例來判斷它的結(jié)果是否與實際系統(tǒng)相吻合。

VV&A中的常用概念：①模型測試（modeltesting）JiangZengqiang,HefeiUniversityofTechnology2023/10/128VV&A的基本概念

影響仿真精度的因素包括硬件、軟件環(huán)境和人等。②仿真精度（simulationaccuracy）

仿真系統(tǒng)能夠達(dá)到的靜、動態(tài)技術(shù)指標(biāo)與規(guī)定或期望的靜、動態(tài)性能指標(biāo)之間的誤差或允許誤差。

在特定建模目的下，模型逼近原型的程度，即模型與原型的相似程度的強(qiáng)、弱之分。③仿真置信度（simulationfidelity）JiangZengqiang,HefeiUniversityofTechnology2023/10/129VV&A的一般原則

美國國防部發(fā)表的VV&A建議指導(dǎo)規(guī)范，歸納總結(jié)了普遍適用的12條基本原則：

模型可信性有其限定范圍和特定條件；建模與仿真的正確性僅針對其應(yīng)用目標(biāo)和采用的實驗環(huán)境；完備、完整的仿真模型測試是不可能做到的；沒有絕對正確的模型。①相對正確原則VV&A貫徹于建模和仿真開發(fā)的整個生命周期；仿真系統(tǒng)生命周期中的每個階段都應(yīng)該根據(jù)研究內(nèi)容和應(yīng)用目標(biāo)安排適合VV&A活動，以發(fā)現(xiàn)可能存在的問題。②全生命周期原則JiangZengqiang,HefeiUniversityofTechnology2023/10/1210VV&A的一般原則VV&A并不能保證仿真系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)果的正確性和可接受性；

V&A是必要的，但不是充分的，要盡力避免三類錯誤：

“仿真系統(tǒng)是正確的，但卻沒有被接受”；

“仿真系統(tǒng)是不正確的，但卻被接受”；

“仿真系統(tǒng)解決了錯誤的問題”。③有限目標(biāo)原則VV&A的目標(biāo)應(yīng)緊緊圍繞仿真系統(tǒng)的應(yīng)用目標(biāo)和功能需求；在接受和確認(rèn)建模和仿真結(jié)果之前，必須對問題有系統(tǒng)地闡述，正確確定建模與仿真所研究問題范圍。④必要不充分原則JiangZengqiang,HefeiUniversityofTechnology2023/10/1211VV&A的一般原則

對仿真系統(tǒng)的組成部分的校核與驗證不能保證整個仿真系統(tǒng)的正確性，整個仿真系統(tǒng)的正確性必須從系統(tǒng)整體出發(fā)進(jìn)行校核與驗證。⑤全局性原則

若某仿真