0.3 计算机仿真技术的应用

计算机仿真技术的应用范围十分广泛。它不仅被应用于工程系统，如控制系统的设计、分析和研究，电力系统的可靠性研究，化工流程的模拟，造船、飞机、导弹等研制过程；而且还被应用于非工程系统，如用于研究社会经济、人口、污染、生物、医学系统等。仿真技术具有很高的科学研究价值和巨大的经济效益。由于其应用广泛及卓有成效，在国际上成立国际仿真联合会（International Association for Mathematic and Computer in Simulation，IAMCS）。我国也于1989年成立了系统仿真学会。国内外高等学校的工科专业普遍开设了计算机仿真类课程，我国高等学校自动化学科更是在2006年的教学大纲中，将计算机仿真类课程列为自动化专业的一门必修课程。

计算机仿真在系统研究中的重要性在于它不仅经济而且安全可靠。首先，由于仿真技术在应用上的安全性，使得航空、航天、核电站等成为仿真技术最早的和最主要的应用领域。特别是在军事领域，新型的武器系统、大型的航空航天飞行器在其设计、定型过程中，都要依靠仿真试验进行修改和完善。导弹、火箭的设计研制，空战、电子战、攻防对抗等演练也都离不开仿真技术。其次，从仿真的经济性考虑，由于仿真往往是在计算机上模拟现实系统过程，并可多次重复运行，使得其经济性十分突出。据美国对“爱国者”等三个型号导弹的定型试验统计，采用仿真试验可减少实弹发射试验次数约43%，节省费用达数亿美元。我国某种型号导弹在设计和定型过程中，通过仿真试验就缩短研制时间近两年。我国电力系统应用火电厂单元机组模型仿真装置培训值班长和运行人员，大大缩短了岗前培训时间并提高了人员的专业素质。采用模拟装置培训工作人员，经济效益和社会效益也十分明显。另外，从环境保护的角度考虑，仿真技术也极具价值。例如，现代核试验多数在计算机上进行仿真，固然是由于计算机技术的发展使其得以在计算机上模拟，但政治因素和环境因素才是进行核试验仿真的主要原因。通过仿真研究还可以预测系统的特性，以及外界干扰的影响，从而可以对制订控制方案和控制决策提供定量依据。

仿真技术在许多复杂工程系统的分析和设计研究中越来越成为不可缺少的工具。系统的复杂性主要体现在复杂的环境、复杂的对象和复杂的任务上。然而只要能够正确地建立系统的模型，就能够对该系统进行充分的分析研究。另外，仿真系统一旦建立就可重复利用，特别是对计算机仿真系统的修改非常方便。经过不断的仿真修正，逐渐深化对系统的认识，以采取相应的控制和决策，使系统处于科学的控制和管理之下。

近年来，由于问题域的扩展和仿真支持技术的发展，出现了一批新的研究热点：（1）面向对象的仿真方法，从人类认识世界的模式出发提供更自然直观的系统仿真框架；（2）分布式交互仿真通过计算机网络实现交互操作，构造时空一致合成的仿真环境，可对复杂、分布、综合的系统进行实时仿真；（3）定性仿真以非数字手段处理信息输入、建模、结果输出，建立定性模型；（4）人机和谐的仿真环境，发展可视化仿真、多媒体仿真和虚拟现实等。这些新技术、新方法必将孕育着仿真方法的新突破。

当前仿真研究的前沿课题主要有仿真与人工智能技术结合，以实现智能化的仿真系统、分布式仿真与仿真模型的并行处理、图形与动画仿真、面向用户、面向问题、面向实验的建模与仿真环境以及仿真支持系统等。

仿真是以相似性原理、控制论、信息技术及相关知识为基础，以计算机为工具，借助系统模型对真实系统进行实验研究的一门综合性技术。它涉及相似论、控制论、计算机科学、系统工程理论、数值计算、概率论、数理统计、时间序列分析等多种学科。就控制系统的仿真而言，它是一门涉及控制理论、计算数学和计算机技术的综合性科学。