仿真

外文名称： simulation

正 文: 通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统的一种技术。又称模拟。模型包括物理的和数学的，静态的和动态的，连续的和离散的。系统包括电气、机械、化工、水力、热力等系统，也包括社会、经济、生态、管理等系统。当所研究的系统造价昂贵、实验的危险性大或需要很长的时间才能了解系统参数变化所引起的后果时，仿真是一种特别有效的研究手段。仿真的重要工具是计算机。仿真过程包括建立仿真模型和进行仿真实验两个主要步骤。
　　分类　仿真可以按不同原则分类：①按所用模型的类型（物理模型、数学模型、物理–数学模型）分为物理仿真、数学仿真、半实物仿真；②按所用计算机的类型（模拟计算机、数字计算机、混合计算机）分为模拟仿真、数字仿真和混合仿真；③按仿真对象中的信号流（连续的、离散的）分为连续系统仿真和离散系统仿真；④按仿真时间与实际时间的比例关系分为实时仿真（仿真时间标尺等于自然时间标尺）、超实时仿真（仿真时间标尺小于自然时间标尺）和亚实时仿真（仿真时间标尺大于自然时间标尺）；⑤按对象的性质分为宇宙飞船仿真、化工系统仿真、经济系统仿真等。
　　仿真模型　被仿真对象的相似物或其结构形式。可以是物理模型或数学模型。有时先建立对象的数学模型，然后转换成适合计算机处理的形式即仿真模型。
　　仿真实验　通过仿真实验可观察系统模型各变量变化的全过程。如图为某工程系统仿真的流程图。系统的设计阶段大多用数学仿真。部件研制阶段，可用已研制的实际部件或子系统去代替部分计算机仿真模型进行半实物仿真实验。系统研制阶段，大多进行半实物仿真实验。个别情况下，可进行全物理的仿真实验，仿真模型全部被物理模型或实物所代替。
　　仿真工具　主要指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模拟计算机、数字计算机和混合计算机。模拟计算机主要用于连续系统的仿真。数字计算机具有很高的速度，能满足大部分系统实时仿真的要求，已成为仿真的主要工具。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。仿真软件包括仿真程序、仿真程序包、仿真语言和以数据库为核心的仿真软件系统。

仿真方法　指建立仿真模型和进行仿真实验的方法，分为连续系统的仿真方法和离散事件系统的仿真方法。有时将建立数学模型的方法也列入仿真方法，因为对于连续系统虽有一套理论建模和实验建模的方法，但进行系统仿真时，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　仿真技术可以带来巨大社会经济效益。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，经费仅为空中飞行训练的1/10，而且不受气象条件和场地的限制。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、生物等地方，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。

发展方向　建模技术越来越成为人们关注的热点，基于网络的分布式交互仿真及将仿真技术与人工智能结合的智能仿真是仿真系统发展的主要趋势。