建模与仿真课程的实验教学探索

建模与仿真课程的实验教学探索

隋源青郭旭敏窦婧文李哲李汶坪

北方自动控制技术研究所山西太原030006

摘要：系统建模与仿真主要指离散事件系统仿真相关理论和方法，是工业工程专业教学和科研的重要手段。通过系统建模与仿真的方法，人们可以进行生产系统和服务系统的设计、评价和验证，可以在计算机中对现实中存在或不存在的企业系统进行模拟、试验和评价。它已成为人们认识和研究复杂系统的重要途径。为了有效提升建模与仿真课程设计的教学质量，首先，在总结多年实践教学工作经验的基础上，从分析课程设计的支撑体系入手，以确保建模与仿真数据的可靠性和有效性。

关键词：建模；仿真；课程设计；实验

前言：军用仿真术语是军用仿真领域的基础性最强的标准，通过术语可以准确构建军用仿真领域的知识体系，反映军用仿真技术最新的发展成果，为军用仿真领域的知识检索和传播、技术传递、科技交流提供重要的工具。

1系统建模与仿真技术概念及模型

系统建模与仿真技术是以相似原理、模型理论系统技术、信息技术以及建模与仿真应用领域的有关专业技术为基础，以计算机系统、与应用有关的物理效应设备及仿真器为工具，利用模型对系统（己有的或设想的）进行研究、分析、评估、决策或参与系统运行的一门多学科的综合性技术。典型的系统建模与仿真过程包括系统模型建立、仿真模型建立、仿真程序设计、仿真试验和数据分析处理等，涉及多学科多领域的知识与经验。随着现代信息技术的高速发展以及军用和民用领域对仿真技术的迫切需求，仿真技术也得到了飞速的发展。

建模与仿真技术的作用主要有以下几个方面：1）优化系统设计；2）对系统或系统的某一部分进行性能评价；3）节省经费；4）重现系统故障，以便判断故障产生的原因；5）避免试验的危险性；6）进行系统抗干扰性能的分析研究；7）训练系统操作人员；8）为管理决策和技术决策提供依据。建模与仿真技术可以有多种分类方法。按系统模型的特性，可分为连续系统仿真、离散系统仿真、连续/离散（事件）混合系统仿真；按仿真的实现方法和手段，可分为物理仿真、计算机仿真、硬件在回路中的仿真（半实物仿真）和人在回路中的仿真；根据人和设备的真实程度，可分为实况仿真、虚拟仿真和构造仿真。

总结20世纪及近几年系统仿真技术发展的特点，不难给出下述结论：分布交互仿真、虚拟现实仿真、离散事件系统仿真、武器系统半实物仿真、作战仿真、面向对象仿真和建模与仿真的VV&A等现代建模与仿真技术及其应用取得了引人瞩目的进展。建模与仿真技术已成为高科技产品从决策、论证、设计、试验、训练到更新等全生命周期各个阶段不可缺少的技术手段，为研究和解决复杂系统问题提供了有效的工具。它是一种可控制的、无破坏性、耗费小并允许多次重复的试验手段。现代建模与仿真技术体系已经形成，并日趋完善。在军用仿真技术应用领域，正向服务于系统的全寿命、全系统和管理的全方位方向迅速发展，并正向作战仿真方向发展，是促进武器装备成系统、成建制地形成战斗力和保障能力的强有力手段；在观念上，仿真技术与高性能计算一起，正成为继理论研究和实验研究之后第三种认识、改造客观世界的方法，是解决复杂系统的重要技术途径之一。

2.军用建模与仿真标准体系现状

２００７年９月，军用建模与仿真标准化技术委员会成立，１２月组织专家和委员制定了《军用仿真体系表》框架，２００８年３月梳理和汇总了各单位提出的需求后修改完善了体系框架，最终在体系表征求意见稿的基础上，正式形成了《军用建模与仿真标准体系表》。军用建模与仿真标准体系分为基础标准和应用标准两大类，其中基础标准又分为术语标准、体系结构标准、模型标准、数据标准和仿真工程标准，应用标准分为作战实验标准、训练模拟标准和装备仿真标准。２０１５年，军用建模与仿真标准化技术委员进一步完善了２００８年版《军用建模与仿真标准体系表》，提出了军用建模与仿真标准体系框架参考模型，形成了新版的《军用建模与仿真标准体系表》。新版军用建模与仿真标准体系由共性技术、作战实验、训练模拟和装备仿真这４部分组成，其中，共性技术标准又分为术语标准、体系结构标准、模型标准、数据标准和仿真工程标准。作战实验和训练模拟标准基本上是按照作战仿真层次来划分，除了通用标准外，还包括战略、联合战役、军种战役、合同战术、兵种战术、分队战术、单兵／单武器平台等层次的建模与仿真标准。装备仿真标准包括通用标准以及陆、海、空、天、电领域的装备仿真标准。

3.建模与仿真的实验课程教学探索

3.1重视发展分布协同仿真技术研究

分布协同仿真主要表现在以下六个方面：一是统一的目标，统一的任务，统一的建设的思路；二是能够进行联合战役的过程仿真；三是公用的框架和体系结构；四是统一的网络和平台；五是统一的基本标准、规范或约定；六是具有仿真资源的共享和重用的功能。目前国内分布协同仿真技术的研究特别是应用才刚刚起步，各军兵种和工业部门之间没有很好的协调和统一，基本处于各自为战的状态，虽然分布协同仿真技术实现起来有一定的难度，但是我们必须这样做，要从上述六个方面重视分布协同仿真技术的发展，才能保证我们有关各个单位之间的产品的一致性，做到作战想定基本一致，通用的框架、网络、平台标准、规范、约定，以及基础数据和电子文档基本一致，开发中要注意先顶层、后底层，先外部后内部，先共用后专用这一原则。通过发展分布协同仿真技术把各单位之间的综合仿真系统的开发和运行协调起来，从而为体系仿真的发展奠定基础。

3.2重点加强仿真模型和机理研究

仿真模型是系统仿真的基本依据，它直接影响仿真系统和仿真结果的逼真度，而且仿真模型也决定了仿真系统的性能指标。我们在应用中要突出的是对武器或武器系统的建模和特性研究。不同的层次对不同武器装备模拟的重点是不同的，层次越低，具体的技术指标越突出；而层次越高，武器系统模拟的内容更趋近于系统、系统体系的效能及作战作用。目前，关于仿真模型和机理的研究存在着明显的不足，主要表现在两个方面：一方面是军事理论的不足，缺乏实际的作战数据和实践的检验。另一方面，技术理论的落后也限制了仿真模型的发展。目前的作战仿真方法还在围绕着火力作战和火力杀伤损耗、单一军兵种作战而不是体系作战、信息化作战的思路进行。现在也还没有找到一种能够彻底解决体系对抗问题特别是高层体系对抗问题的仿真分析方法。

4.结束语：

在未来一段时间，必须紧密结合部队装备发展，积极跟踪国内外先进仿真技术，在综合仿真环境和仿真系统、作战实验室的研制和建设中，重点加强部队新型仿真应用系统技术、部队武器装备综合仿真系统和技术、仿真共性技术以及部队装备基于仿真的采办等关键技术研究，切实提高我军建模与仿真数据的质量管理水平。

参考文献：

［１］张峰，周密．基于项目教学的《物流系统建模与仿真》教学设计［Ｊ］．交通企业管理，２０１６（０９）：７３－７４．

［２］林秋平，李元辉．物流系统仿真建模类实验课程教学探索［Ｊ］．实验技术与管理，２０１６（０１）：２１５－２１７＋２３１．

［３］李莉．基于Ｆｌｅｘｓｉｍ的物流仿真实验案例库构建研究［Ｊ］．合作经济与科技，２０１３（０１）：１１２－１１４．

［４］金贵林，邵正宇．系统建模与仿真在物流教学中的应用［Ｊ］．物流工程与管理，２０１１（１２）：１３３－１３４．