仿真与国民经济.pdf

第1 3 卷第1 期系统仿真学报v o l u m e1 3N u m b e r l 罢芸坠黑 竺 些些竺 兰 三坠 竺坠竺1 2 垒 竺竺 型 文蚺号 1 0 0 4 7 3 I x 2 0 0 1 0 1 9 0 1 删 仿真与国民经济 蒋郁平 谢道奎 北京仿真中心 北京1 0 0 8 5 4 擅要 计沦了仿真技术与国民经济的关系 仿其擞术与其它技术的关系 介绍了仿真技术国民经济领域 的应用的发展状况 关t 词 系统鳕真 仿氟应用 国民经济 中圈分类号 F 1 2 41 T P 3 9 19 文薯标识码 A T h e R e l a t i o n s h i pb e t w e e nS i m u l a t i o na n dN a t i o n a lE c o n o m y J 1 A N G Z a n p i n g X 1 E D a o 一缸d B e i j i n gS i m u l a t i o n C e n t e r Be i j i n 9 1 0 0 8 5 4 C h i n a A b s t r a c t T h i sp a p e rd i s c u s s e st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h es i m u l a t i o na n dt h en a t i o n a le c o n o m ya n dt h er e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h es i m u l a t i o nt e c h n o l o g ya n do t h e rt e c h n o l o g i e sT h ed e v e l o p m e n tM a m so ft h ea p p l i c a t i o no fs i m u l a t i o ni nt h e f i e l do f n i o n a le c o n o m yi si n t r o d u c e d K e y w o c d s s y s t e ms i m u l a t i o n s i m u l a t i o na p p l i c a t i o n N a t i o n a lE c o n o m y 仿真技术已经引起世界各发达国家的高度重视 美国和 欧洲些重要国家近年来始终把仿真技术列为国家发展关 键技术 我国 七五 八五 九五 都列为国防科技关 键技术 十五 仍然如此 1 概述 仿真技术是一门综合技术 具有多个领域的技术相互融 介的性质 现代科学为它装各复杂的技术设施 良好的仿真 技术环境是现代科学技术和国民经济的重要推动力量 由r 仿真足基于模型 甚至是基于虚拟模型的试验科 学 它通过构造系统模型 在模型上做试验 对试验结果进 行分析 取得和真实事件相同的效果 因J f 邛具有安全 经济 可控 便于观测 无破坏性 可多次重复等显著的优点 仿 真技术的这些优点就足仿真具有强大生命力之所在 2 仿真原动力及其支撑技术 2 1 仿真技术发晨的原动力 社会需求是仿真技术发展的原动力 促使仿真技术迅速 发展的因素有 军事需求 在战争仍然是保护自己的重要手段的条 件下 发展先进武器就是一个不可避免的需要 各田军备发展的历史已经证明 自动化武器系统的开发 研制离不开仿真 仿真町以用于武器 武器系统发展研制的 全过程 从方案制讪 技术设计 生产实现到产品性能检 验 定型和作战应 j 训练仿真都可以发挥重要作用 由于武 收奠日期 2 1 3 0 0 0 6 2 6 作誊 介 蒋 乎 1 9 3 9 男 研究员 北京仿真中心主任兼党委 书记 总装备部仿真专业组顾问 研究方向为仿真技术及应用 器系统工作的特殊性 没有条件应用 不允许实验 如核 武器 或实验风险大 代价很高 航天器 高能武器 等 原因 仿真可以说是唯一安全 经济 有效的途径和手段 因此 人们常常在研制武器系统的同时 也并行 f 展仿真技 术的研究和仿真设施的开发 国民经济需求 仿真技术晟初是伴随自动化武器系统 研制的需要发展起来 它的强大生命力造就了它对国民经济各 领域不可抗拒的延伸 在它服务于军事科学的同时 就被迅速 推广应用到国民经济的各个领域 成为系统工程中的科学方法 和有力工具 迅速地从化工 变通 能源延伸到环保 医疗 服务设计 娱乐等国民经济的各个领域 并取得巨大的效益 从而激发国民经济各领域对仿真更加强烈的需求 特殊需求 主要指在思维科学 生命科学和经济决 策管理科学中的应用需求 包括思维 逻辑推理过程仿真 设想和认识正确性检验仿真等 利用虚拟现实 模拟现实 仿真技术 建筑帅可以在 建筑物尚未开工之前便漫游其中 医生可以在虚拟病人身上 进行手术训练 人们甚至可以 身临其境 地在一个变化了 空间与时间尺度的世界里去观察认识物质结构 天体运 动 如此等等 完美地实现形象思维和抽象思维的结台 从而使人们的认识能力产生一次新的E 跃 仿真技术的发展源于军事需求 过去直到今天军事需 求部是仿真技术发展的主要推动力 但是 国民经济其它领 域需求的广泛性和多样性又为仿真技术的发展提供了更多 的机会 仿真技术的优良特性和巨大效益使它成为人们特别 关注 优先发展的一门科学技术 2 2 仿真实现的支撑技术 需要加可能才能变为现实 仿真技术的发展正是源于 万方数据 第1 3 卷第1 期 蒋郝平等 仿真与国民经济 1 5 这种需求及其可实现性 源于有关支撑技术的发展 它们是 系统建模的理论 方法及模型的校核 验证与认可 V V A 技术 能否建立系统模型并检验其正确性足 基于模型试验 的仿真技术赖以生存的基础 因而成为人们关注的焦点 仿真应用范围的不断拓宽 是与近年束建模与验模理 论 方法的研究成果紧密相关的 包括连续系统 离散事件 系统及各类分布系统的建模理论与方法的成果 V V A 技术 即系统模型的校核 仿真模型的验证以及仿真结果的认可 技术 成果 以及人工智能技术成果等 仿真计算机 仿真算法和仿真软件 仿真技术足教值计算 数据处理与知识处理高度融台的 技术 无论是仿真实现的精度和速度 方便性和效率 还是 仿真的应用范围和处理问题的能力都受制于仿真计算机系 统的能力 处理速度 存储容量 通讯和瑚络能力 仿真算 法的a J 实现性 精度和效率 串行和并行算法 连续系统和 离散事件系统算法 人工智能算法等 仿真软件的表达能 力 实现方便性和自动化程度等 环境仿真技术 半实物仿真系统的建立需要引入各种物理装置和设备 为此需要形成它们正常工作要求的各种环境 光 声 电 运动和力学等物珲效应环境 如射频和红外目标模拟器 各 种转台 负载模拟器 压力模拟器 模拟飞行高度 水深 飞行速度 等 人存回路仿真需要形成人能够感受的各种仿 真环境 如视景系统 运动系统 音响系统等 使人有身临 其境的感觉 人一机接口技术 人一机接口技术是人在蚶路的仿真 特别是各种训练仿真 中人感知环境 操纵环境所需要的 人一机接口的任务在于利用信息技术 多媒体技术 机电 技术 人文科学技术等生成的使人处于一种同时具有沉浸 交百 投入等综台感觉的真实与虚拟相结合的世界 灵境 虚拟现实 技术 所谓 灵境 是采用计算机技术和其它技术 传感技术 人一机接口技术和人工智能技术等 生成一个逼真的 具有视 听 触 嗅 味等多种感知的虚拟环境 从仿真是 摹于模 犁的试验 这个意义上说 计算机仿真技术与灵境 虚拟现 实 技术有啶的相似性 基于灵境技术的仿真系统与通常的半实物仿真系统的 区别在于 在数学 物理实现的建模环境和真实环境之外 增加了计算生成的虚拟环境 灵境技术的发展为复杂系统训练仿真 特别是人参与的 系统仿真 生物和医学系统仿真 虬及思维 逻辑推理系统 的仿真开辟了新的天地 3 仿真对国民经济的推动作用 江泽民总书记1 9 9 4 年视察北京仿真中心时 发表了极 其重要的讲话 工总书记指示要把仿真技术推J l 应用到国民 经济各个领域 总书记高瞻远瞩 把仿真技术融会到国民经 济宏观领域 赋予了它强大的生命力 对我困仿真技术的发 展产牛了巨大的推动力量 众所周知 系统仿真可咀用于系统的研制辅助 性能研 究 行为预测 运行监挣 技能训练 无论这个系统是已经 存在或者尚不存在 在以前 仿真基本卜是一种 试验室的活动 主要服 务于 军丁 和 高科技 产业 但是 随着信息技术和计 算机技术的迅速发展 基于信息模型试验和信息分析的仿真 技术正在发生根本性的变化 这个变化最显著的特征是 仿 真与它服务的对象将越来越近 更加深入 仿真住国民经 济中的应 将更加广泛 仿真不仅是认识辅助 设计榆验 产品性能研究的工具 而且还将更多的参与实际系统控制和 在线分析 成为 决策的 参谋 技能学习的 工具 系 统运行的 保护神 仿真技术在国民经济领域中的应朋 己见端倪的有以下方面 1 虚拟设备和虚拟制造仿真技术 虚拟现实 是仿真技术的一种特殊形式 中国科学院周光召院艮在谈到 虚拟现实技术 时说 在信息科技中提出的虚拟现实 在人的参与下用训算机来模 拟现实中发生的情况 将改变教育 训练 研究 设计 试制 实验的方式 信息网络并行工程将设计 试制 生产 销售一 体化 设计出来的东西用虚拟现实 送到消费者面前加以选 择和讦价 然后改进和实现小批量 多品种的牛产 这样将大 大缩短新产品上市的时间 这说明仿真将深入国民经济的各 个领域 可以预测 在新世纪里 重要新产品的开发 将遵循 先 有虚拟样机 再出产品 的模式 虚拟设计和虚拟制造技术 将成为 时尚 2 大工程系统的实时监测和在线分析仿真技术 在国民经济中 许多重大工程 如三峡工程 南水北调 T 程 项目的失误部将是灾难性的 是不允许失败的 对于这类工程预先应用仿真技术排除设计错误和优化设计 预示完成后的工程状况已经成为大家的共识 实际上 仿真 在许多大工程系统的设计中已经或正在发挥重要作用 例如 北京仿真中心研究人员为 万家寨引黄入晋工 程 开发的 引黄入晋 工程全系统运行计算机仿真系统 在设计 诸实施之前就验证出它的可行性 可靠性和合理 性 对工程设计的优化和确保工程的成功发挥重要作用 人 们从这个系统的应用演示中认识到 该系统加以改进和扩 充 将成为 万家寨引黄入晋工程 的 在线分析器 和 实 时监控器 在工程系统未来的运行管理中继续发挥重要作 用 这些作用包括 故障分析和对策研究 运行经济性 合 理性分析及其改进研究 状态预报和中长期预测等等 这是 仿真技术应用于国民经济主战场的典型例了之一 这个成果 受到水利专家的高度赞赏 显然 仿真技术还可以应用到城 H 规划 交通管理等方面 3 航天器飞行作业实时伴随仿真技术 在航天器研制中广泛利用仿真技术是众所周知的 在航 天器执行飞行任务中利用仿真分析故障 排除故障也有许多 万方数据 1 6 系统仿真学报2 0 0 1 年1 月 成功的先例 不过 在当州仿真是离线进行的 在通讯信息 高度发展的今天 这种仿真a 以在线进行 即r J 以进行所谓 航天器飞行作业实时伴随仿真 由于航天器的极其重要性 在航天器飞行试验中 进行 飞行作业实时分析伴随仿真是i 分必要的 航天器飞行的作 业实时伴随仿真是一个涉及天地的广域大系统 现代通讯技 术为这种人系统的构成创造了条件 方法足 在航天器从发射 进行飞行作业 到返回的全 过程中 同时并行地进行地面仿真试验 通过实时接收航天 器的飞行状态信息修改仿真试验状态 住线分析航天器的状 态 使与仿真系统尽可能的一致 以便利用仿真伴随系统 对航天器未来的状态进 r 预测 分析故障原因 研究故障对 策并检验其有效性 辅助航天器控制系统的重构 甚至 取 代 执行航天器控制系统的某些部分的控制任务 这既为飞 行作业指导者的指挥提供决策依据 又为航天器的安全运行 保驾护航 d 工业过程管理调度仿真技术 在未来 工业过程的计算机化将普遍成为现实 仿真参 与T 业过程的运营管理将变得更加迫切 更加重要 工业过 程的管弹调度要求是多种多样的 产品生产调度 电网调度 和化工过程调度是三个有代表性的类犁 产品生产调度 主 要解决产销关系 流程安排 材料供给 故障处理和人力调 度等问题 以维护正常生产秩序和完成生产任务 电网调度 丰要面对用户变化的需求 确保电网的安全 经济 稳定运 行 化上过程调度 面对的是复杂的工艺流程 运行危险性 和事故的灾难性 确保牛产的自动 安全进行 一般地说 工艺流程越复杂 生产过程越危险 自动化程度越高 它对 管珲调度的 及时陛 要求也越高 对建立与之相适应的管 理调度辅助仿真系统的要求越迫切 管理调度辅助仿真系 统 包括 分析 改进和牛成三个过程 核心是专家系统 牛产运营前 运行该系统 检验生产计划 调度策略和应急 措施的l F 确性 生产运营中 通过对仿真结果和实际结果的 比较 修改仿真模型 优化管理调度策略 如此反复 使生 产运营始终处于最佳状态 5 决策辅助仿真技术 1 9 9 4 年1 月8 日江泽民土席在北京仿真中心视察时指出 仿真技术可以在宏观领域发挥重要作用 应该坚持运用系 统 程的方法研究经济社会发展中的重大问题 比如说 计 划安排国民经济发展的速度为多少比较合适 这样的问题就 可以研究 航天上业技术力量要为经济建设服务 希望能充 分利用这套系统研究一些宏观问题和预测经济的发展 有了这种预测 再加上实践经济的积累 我们在决策工作 中的预见性就会更科学更正确一些 曾培炎同志很快组织 了专家组 开展有关的研究T 作 国民经济决策是研究合理的经济和社会发展目标 并对 准备付诸实施的各种行动方案 发展规划 重大措施的效果 和作用进行比较 分析和评价 从中作出台理可行的选择 以期优化地达到既定目标 但是 决策正确性的自然检验是 非常缓慢的 在这里 仿真的优势在于它能加快 目标一行 动结果 的决策演化过程 也就是加快 理论一实践一再实 践 深化认识 发现规律的过程 其好处是十分明显的 通过几年的努力 系统工程方法和仿真技术已经应州到 r 人u 预测与控制 宏观经济发展最优控制 国家财务补贴 价格和工资改革 农业政策定量分析 国家金融系统分析与 控制 国民经济发展预测等领域的研究 为国家有关部门的 决策提供了定量的参考依据 按照著名航天专家钱学森先生提出的 从定性到定量综 合集成研讨厅体系 的思想 有关部门正在针对宏观经济的 管理和决策问题 设计并建立综合集成现代科学理论和技术 手段的 与宏观经济专家体系有机结合的高度智能化系统 这一系统的最终目标将实现能够杠线决策的支持能力 具有 定性分析和定量分析以及定性和定量相结合的分析能力 具 有智能分析和逻辑推理能力 具有方案和政策仿真优化能 力 其目的是使宏观经济决策支持及时 有效 精确 6 技能学习和操作训练仿真技术 仿真训练的特点是 安全 经济 既能训练I F 常工况下 的操作也能培养处理再种事故的廊变能力 可以说 训练仿 真对培养处理灾难性事故能力的训练是唯一安全有效的 在控制 硬操作 方面 如飞机驾驶 汽车驾驶 电站 和化工控制操作 变通调度挣制 火车 地铁等 的训练中 训练仿真器是用得最多的 近年来 由于 虚拟现实 技术 提供的条件 医疗手术操作仿真训练 作为 尸体和动物解 剖手术训练 的重要辅助手段 正在取得长足的发展 在 软操作 方面 面对不断加快的T 作节奏 瞬息变 化的市场 以及时问价值的提高 一些基于仿真的 软操作 训练设各萨处于迅速发展之斗1 已经露头的有 股票和期 货操纵训练仿真系统 竞技训练监测仿真系统 管理 技能培训仿真系统 等 随着信息技术和计算机技术的发展 仿真训练设备的功 能和逼真度将大大改善 操作i J i l 练仿真技术将崮此而扶得更 加普及的应用 7 游乐产业仿真技术 随着世界经济的发展 物质和精神义明的提高 旅游和 麟乐业得到了极其迅猛的发展 人们断言 2 1 世纪旅游和 游乐业将成为世界的龙头产业 仿真游艺设施和科普娱乐工程足八十年代后半叶开始 九 年代飞速发展的潮流 近年来 计算机技术 多媒体技 术 v R 技术的发展 为更刺激 更安全的高科技仿真游乐 设备准备了技术手段 与传统的机械式游乐设备不同的是 高技术仿真游乐设 备是融视觉 听觉 体感 参与行为于一身 集刺激性 趣 味性和知识性于一体的现代科普娱乐设备 满足了当前人们 的新奇 参与的娱乐心理 受到J t 泛的欢迎 仿真游戏的出 现为游乐产业注入了新的活力 开辟了新的天地 J 卜在迅速 成为游乐业发展的新潮流 已经出现的高科技仿真设各有 惊险漫游类 如 仿真 太空船 竞技类 如 仿真高尔夫球 赛车 飞机格 斗 等 涉及方方面面 内容十分丰富 万方数据 第1 3 卷第1 期 蒋都平等 仿真与国民经济 1 7 仿真游戏安全经济 具有无限的可实现性 是前途无量的 8 生命科学仿真技术 为了揭示生命的奥秘 仿真是一个有效的手段 仿真系统的建立通常采用逐步逼近的方法 首先对生命 系统作某种程度的简化 如认为在某种条件下系统是线性 的 非时变的等 建立个简化的 可操作的仿真系统 然 后 进行各种仿真试验 机能反应仿真试验 病理分析仿真 试验 药物效果 包括用药量大小及周期 仿真试验 最后 通过效果的比较分析鉴别其与真实生命系统的相似程度 改 进系统模型 如此反复 直至满意 当一个有效的仿真系统建立之后 就可以利用它进行生命 科学各种命题的研究 包括制订医疗方案 预测治疗效果等 仿真在牛物医学工程巾的应用正在开发之中 人工神经 网络理论及其信息处理过程仿真是科学家取得的重要成果 仿真在 手术技能训练和手术执行辅助 上的应用是 中国科技大学提出的 基于定性仿真方法的脑电波诊断模型 研究 是国内在这方面的一个新努力 医学科学家关注的另一个重要目标 仿真技术涉足生命科学的时问虽然不长 但已经在医 药 医疗诊断 手术 治疗等方面有了长足的发展 仿真在 揭示 生命奥秘 科学活动中的独特利用已经显示端倪 4 结束语 综上所述不难看出 仿真与国民经济的关系是十分密 切的 仿真技术的出现和发展首先源于军事工业的需求 然 后迅速进入广阔的民用工业领域 成为最有生命力 最受重 国民经济的需求是仿真技术发展的原动力 科学技术是仿真 技术发展的支撑力量 仿真技术的发展又反过来推动国民经 济和科学技术的发展 它们之间的关系是相辅相成的 信息技术和计算机技术的迅猛发展 给仿真技术的发展 带来了新的活力 导致了仿真技术在国民经济中应用的新发 展 仿真已经不再是实验室的活动 它已经进入产品之中 或正在成为产品 仿真技术已经开始实际k 的产业化 可以预见 在2 l 世纪 仿真将迎来遍地开花 蓬勃发 展的大好形势 参考文献 1 李伯虎 文传源系统仿真的新动向 J 系统仿真学报 1 9 9 6 3 2 熊光楞系统仿真的应用领域及应用要求 系统仿真学报 1 9 9 0 2 3 2 6 3 曹建国 王恒霖 航天仿真综述I 儿计算机仿真 1 9 9 7 1 4 杜亚辉 场德莘阔步前进的电力仿真事业 J J 计算机仿真 1 9 9 6 2 5 化工计算机仿真培训系统 M 北京 化工大学仿真中心 1 9 9 6 8 6 汪玉舰船计算机仿真技术的发展I J J 计算机仿真 1 9 9 6 3 7 J 绦世诚一十用于工程开发的飞行模拟器 J 计算机仿真 1 9 9 5 2 8 J 王精业等系统仿真技术在车辆仿真中的应用m 系统仿真学报 1 9 9 5 增刊 1 1 2 的运行等 王兵村男 1 9 5 0 年生 华北电力大学仿真 弛串I 岐术研究听昕长 中国系统仿真学会理事 主要研究方向 工业过程仿真技术 及仿真支撑软件 王福利男 1 9 5 7 年生 东北大学副院长 中国系统仿真学会理事 主要研究方向 智能控制仿真 建模与辨识 过程检测 智 能方法与 监用研究 t 建湖男 1 9 6 3 年生 太原重型机械学院副院长 中国系统仿真学会理事 主要研究方向 工业过程系统的建模与仿真 面向 对象仿真软件开发 仿真优化方法 将蓑乎男 1 9 6 2 年生总装备部某部总师 土要研究方向 系统设计与仿真 t 4 t 4 眈男 1 9 6 1 年生 上海大学自动化学院副院长 博导 主要研究方向 智能控制 计算机仿真 分布式系统 潘旭东男 1 9 6 5 航天机电集团 疏研究员 中国系统仿真学会理事 主要研究方向 系统总体系统仿真的研究 陈宗海男 1 9 6 3 年生 中国利封习 学校长助理中国利剞口焉 安业总公司董事长 教授 主要研究方向 复杂系鲼滔帕仿真 仿真技术应用 橱明男 1 9 6 3 年牛 哈尔滨工业大学自繇教授 中国系统仿真学会理事 主要研究方向 仿真建捏9 怯 仿真支撑软件 分布交互仿真 仿真系统V V 非线性科学的理论体系包含混沌 分形 孤立子 模式形成 复杂性科学的理论体系包含神经网络 Agent 进化计算 L 系统 元胞自动机 复杂系统仿真正在逐步掀起复杂系统的面纱 不断推动复杂系统理论向 前发展 至于现代系统论 不难找到专著 这里只是着重阐述复杂性科学和非线性科学的仿真研究 7 学位论文 李海 Type 2模糊系统的比较研究与仿真应用 2006 Type 2模糊集合由传统Type 1模糊集合扩展得到 基于Type 2模糊集合的Type 2模糊系统在处理不确定性信息方面有其特有的优势 随着Type 2模 糊系统的出现 针对具体问题上应选用Type 1模糊系统还是Type 2模糊系统的问题也随之而来 另外研究Type 2模糊系统离不开仿真试验 而目前对 Type 2模糊系统仿真没有统一的平台 也为阻碍其发展的问题之一 这些问题的研究 对Type 2模糊系统的实际应用具有重要意义 本文首先在介绍Type 2模糊集合基本理论的基础上 比较研究了几种Type 2模糊集合的二维和三维图示 给出了Type 2模糊关系合成的算例 其次 给出了Type 2模糊系统的基本结构 尤其给出最常用到的区间型Type 2模糊系统的相关公式 在此基础上 针对模糊系统选取问题得到两点 结论 1 在混沌时间序列预测的问题上 可以选取Lyapunov指数做为选取模糊系统的指标参数 2 分析验证了在对研究对象了解较少时 高斯 区间型 Type 2模糊系统比Type 1模糊系统会更有优势 第三 设计了高斯 区间型Type 2模糊系统仿真软件 此仿真软件基于MATLAB平台 通过MATLAB C混合编程和模块化设计 实现了系统选择 训练 数据录入 参数自动生成 模糊系统训练和应用等功能 提供了完备的联机帮助 并举例对软件的使用进行了说明 第四 将Type 2模糊系统应用到具有高度非线性的股票市场预测问题上 取得了较Type 1模糊系统更优越的效果 8 会议论文 任雪峰 龚光红 仿真应用自动化组装技术研究 2006 阐述了仿真应用自动化组装的基本思想 根据仿真应用系统的需求 由计算机程序将已有的仿真资源自动组装成可以直接加入仿真系统参与仿真的应 用程序 针对仿真应用自动化组装的技术需求 提出了仿真应用模块的开发规范 设计了仿真应用程序的基本架构 数据表示规范 模型接口规范以及界面设 计规范 介绍了网络适配器的思想 提出了网络接口协议转换的实现方法 最后介绍了AST CGF系统中仿真应用自动化组装工具的实现技术 9 期刊论文