计算机仿真技术的发展及其应用
摘要：作为信息技术核心的计算机技术自其诞生之日起经历了60多年的发展，已广泛应用于国民经济和社会生活中。并与仿真技术相结合，形成了计算机仿真技术这一新的研究方法。计算机仿真作为分析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程和运动规律的一种重要手段和方法, 随着系统科学研究的深入、控制理论、计算技术、计算机科学与技术的发展而形成的一门新兴学科。近年来, 随着信息处理技术的突飞猛进, 使仿真技术得到迅速发展。
本文系统全面地介绍了计算机仿真技术，阐述了计算机仿真技术的概念、原理、优点，简要介绍了计算机仿真技术的发展历程，文章最后重点探讨了现代仿真技术的研究热点，即计算机仿真技术在社会各个领域中的应用：面向对象仿真、定性仿真、智能仿真、分布交互仿真、可视化仿真、多媒体仿真、虚拟现实仿真等。
关键词：计算机仿真；发展；应用；模拟
一、前言
仿真技术(simulation Technology)已有半个多世纪的发展史了，在这半个多世纪里，仿真技术的发展从简单到复杂、从理论到实践、从辅助学科到解决重大工程问题的必要手段。仿真技术在计算机技术、网络技术、图形图像技术、多媒体技术、软件工程、信息处理技术、控制论、系统工程等相关技术和理论的支持、交叉、融合下，逐渐形成了一门交叉科学，成为认识客观世界的一种重要的方法。仿真技术最早主要应用于军事方面，比如航天器、航海模拟、高能武器等。随着国民经济的发展，仿真技术被迅速地推广应用到国民经济的每个领域，成为系统工程中的科学方法和有力工具。
二、计算机仿真技术简介
计算机仿真技术是一门崭新的综合性信息技术，它通过专用软件，整合图像、声音、动画等，将三维的现实环境、物体模拟成多维表现形式的计算机仿真，再由数字媒介作为载体传播给人们。当人们通过该媒体浏览观赏时就如身临其境一般。并且可以选择任意角度，观看任意范围内的场景或选择观看物体的任意角度。正是由于对身临其境的真实感和对超越现实的虚拟性，以及建立个人能够沉浸其中、超越其上、进出自如、具有交互作用的多维信息系统的追求，推动了计算机仿真技术在安全领域中的应用与发展。
计算机仿真已成为系统仿真的一个重要分支，系统仿真很大程度上指的就是计算机仿真。计算机仿真技术的发展与控制工程、系统工程及计算机工程的发展有着密切的联系。一方面，控制工程、系统工程的发展，促进了仿真技术的广泛应用；另一方面，计算机的出现以及计算机技术的发展，又为仿真技术的发展提供了强大的支撑。计算机仿真一直作为一种必不可少的工具，在减少损失、节约经费开支、缩短开发周期、提高产品质量等方面发挥着重要的作用。
三、计算机仿真技术原理
对于需要研究的对象，计算机一般是不能直接认知和处理的，这就要求为之建立一个既能反映所研究对象的实质，又易于被计算机处理的数学模型。关于研究对象、数学模型和计算机之间的关系，可以用图1来表示。
数学模型将研究对象的实质抽象出来，计算机再来处理这些经过抽象的数学模型，并通过输出这些模型的相关数据来展现研究对象的某些特质，当然，这种展现可以是三维立体的。由于三维显示更加清晰直观，已为越来越多的研究者所采用。通过对这些输出量的分析，就可以更加清楚的认识研究对象。通过这个关
系还可以看出，数学建模的精准程度是决定计算机仿真精度的最关键因素。从模型这个角度出发，可以将计算机仿真的实现分为三个大的步骤：模型的建立、模型的转换和模型的仿真实验。
1．模型的建立
对于所研究的对象或问题，首先需要根据仿真所要达到的目的抽象出一个确定的系统，并且要给出这个系统的边界条件和约束条件。在这之后，需要利用各种相关学科的知识，把所抽象出来的系统用数学的表达式描述出来，描述的内容，就是所谓的“数学模型”。这个模型是进行计算机仿真的核心。
系统的数学模型根据时间关系可划分为静态模型、连续时间动态模型、离散时间动态模型和混合时间动态模型；根据系统的状态描述和变化方式可划分为连续变量系统模型和离散事件系统模型。
2．模型的转换
所谓模型的转换，即是对上一步抽象出来的数学表达式通过各种适当的算法和计算机语言转换成为计算机能够处理的形式，这种形式所表现的内容，就是所谓的“仿真模型”。这个模型是进行计算机仿真的关键。实现这一过程，既可以自行开发一个新的系统，也可以运用现在市场上已有的仿真软件。
3．模型的仿真实验
将上一步得到的仿真模型载入计算机，按照预先设置的实验方案来运行仿真模型，得到一系列的仿真结果，这就是所谓的“模型的仿真实验”。
具备了上面的条件之后，仿真实验是一个很容易的事情。但是，应该如何来评价这个仿真的结果呢？这就需要来分析仿真实验的可靠性。有专家在论文中提出了检验仿真结果可靠性的两种方法：置信通道法和仿真过程的反向验证法。
四、计算机仿真技术发展
根据国际标准化组织(ISO)标准中得《数据处理词汇》部分的名次解释，“模拟”（Simulation）与“仿真”（Emulation）两词含义分别为：“模拟”即选取一个物理的或抽象的系统的某些行为特征，用另一系统来表示它们的过程。“仿真”即用另一数据处理系统,主要是用硬件来全部或部分地模仿处理系统，以至于模仿的系统能像被模仿的系统一样接受同样的数据，执行同样的程序，获得同
样的结果。目前“模拟”和“仿真”两者所包含的内容都归于“仿真”的范畴，用“Simulation”来代表。
计算机仿真早期称为蒙特卡罗方法，是一门利用随机数实验求解随机问题的方法。其原理可追溯到1773年法国自然学家Buffon为估计圆周率值所进行的物理实验。根据仿真过程中所采用计算机类型的不同，计算机仿真大致经历了模拟机仿真、模拟－数字混合机仿真和数字机仿真三个大的阶段。20世纪50年代计算机仿真主要采用模拟机；60年代后串行处理数字机逐渐应用到仿真之中，但难以满足航天、化工等大规模复杂系统对仿真时限的要求；到了70年代模拟－数字混合机曾一度应用于飞行仿真、卫星仿真和核反应堆仿真等众多高技术研究领域；80年代后由于并行处理技术的发展，数字机才最终成为计算机仿真的主流。现在，计算机仿真技术已经在机械制造、航空航天、交通运输、船舶工程、经济管理、工程建设、军事模拟以及医疗卫生等领域得到了广泛的应用。
五、现代仿真技术
现代仿真技术的重要进展主要体现在:
(1)系统建模方面:
传统上,多通过实验辩识来建立系统模型。近十几年来, 系统辩识技术得到飞速发展。在辩识方法上有时域法、频域法、相关分析法、最小二乘法等; 在技术手段上有系统辩识设计、系统模型结构辩识、系统模型参数辩识、系统模型检验等。除此之外, 近年来还提出了用仿真方法确定实际系统模型的方法; 基于模型库的结构化建模方法: 面向对象建模方法等。特别是对象建模,可在类库基础上实现模型的拼合与重用。
(2)仿真建模方面:
除了适应计算机软、硬件环境的发展而不断研究新算法和开发新软件外, 现代仿真技术采用模型与实验分离技术, 即模型数据驱动。将模型分为参数模型和参数值, 以便提高仿真的灵活性和运行效率。
(3)仿真实验方面:
现代仿真技术将实验框架与仿真运行控制区分开。其中, 实验架用来定义条件, 包括模型参数、输入变量、观测变量、初始条件、输出说明。这样, 当需要
不同形式的输出时, 不必重新修改仿真模型, 甚至不必重新仿真运行。正是由于现代仿真方法学的建立, 特别是模拟可重用性、面向对象方法和应用集成等新技术的应用, 使得仿真、建模与实验统一到一个集成环境这中, 构成一个和谐的人机交互界面。
六、计算机仿真技术的应用
计算机仿真的用途非常广泛已经渗透到社会的各个领域，不断促进了各行各业的发展，为各行各业注入了一股新的活力。
1.交通领域：
交通是由人、车、路和环境构成的一个复杂人机系统，事故的诱发因素是多方面因素的综合。交通安全的评价，应该充分考虑人、车、路和环境诸方面因素的作用和影响。本交通安全仿真是基于虚拟现实技术的方法。该评价体系是通过建立虚拟环境，并在这个虚拟环境中设计各种事故诱发因素，并对某区域和某路段的交通安全水平进行全过程(设计后，施工中，运营后)的跟踪和评价。
交通安全仿真及评价系统的核心部分就是计算机的仿真。该仿真过程不同与传统的数值仿真，它是一种可视化的仿真。例如，对某路段的交通安全评价，除了使用传统的绝对数法和事故率法来评价外，再将交通参与者的感知和行为也考虑进去。在该虚拟环境中，可以选择不同的运载工具，设置不同的交通环境，以交通参与者或第三者的角度来进行事故的可能性试验与分析，从而实现了对路段的安全性的评价。同时为交通没施的建设和改进提供了依据，为交通事故分析提供了一种新的方法。
2.制造领域：
汽车制造是机械行业的一个重要组成部分。它有很多实验课题，难度大、实地成本高，计算机仿真技术的引入，有效的缓解了这一方面的问题。如发动机方面，装甲兵工程学院机械系的毕小平教授等建立了多缸柴油机起动过程的计算机仿真模型，其仿真结果与实际测量值比较吻合，可用于多缸柴油机的起动性能仿真。江苏理工大学的蔡忆昔实现了对进气管内气体流动的动态仿真，直观描述了瞬态过程，为多缸发动机换气过程的研究提供了有效的方法。汽车流场方面，华东理工大学信息学院的吕明忠博士等成功的模拟出了汽车尾流场的气流分离
和拖曳涡现象，建立了两种车型的汽车外流场空气动力学模型，并进行了仿真实验，取得了满意结果。碰撞实验方面，浙江大学动力机械及车辆工程研究所的詹樟松博士根据汽车碰撞的事故形态与乘员伤害之间的规律，建立了乘员动力学响应的数学模型，并开发出了相应的仿真软件，该系统可部分代替实车碰撞实验进行汽车被动安全性能的研究。其他方面，例如，汽车工程学院的熊坚对汽车的制动过程进行了仿真研究，一汽大众汽车有限公司的姚革等通过仿真研究了汽车转向的轻便性问题等
3.教育领域：
计算机模拟实验又称计算机仿真实验或计算机虚拟实验，是近几年在计算机多媒体教学中开辟的新领域。它通过计算机把实验设备、教学内容、教师指导和学生的操作有机地融合为一体，形成了一部活的、可操作的物理实验教科书和根据需要在瞬间建立的模拟实验室。
计算机模拟物理实验的出现打破了教与学、理论与实验、课内与课外的界限，它更加强调实验的设计思想和实验方法，更强调实验者的主动学习；通过计算机模拟实验，学生对物理思想、方法、仪器的结构和设计原理的理解，都可以达到训练实验技能、学习物理知识的目的，增强了学生对物理实验的兴趣，提高了物理实验的水平。目前，模拟实验已成为现代化物理实验的重要手段。
计算机模拟实验系统运用了人工智能、控制理论和教师专家系统对物理实验和物理仪器建立其内在模型，用计算机可操作的仿真方式，实现了物理实验教学的各个环节。
七、计算机仿真技术发展方向
随着计算机应用技术和网络技术的发展，计算机仿真技术也在不断的发展之中。如利用网络技术实现异地仿真、应用虚拟现实技术进行的虚拟制造等。
1．网络化仿真
现在已经开发出来的仿真系统，多数不能相互兼容，可移植性差，实现共享困难。较之于开发的高成本和长时间，实在物未尽其用。解决这些问题，第一就是采用兼容性好的计算机语言编写仿真系统，第二就是采用网络化技术实现仿真系统共享。尤其是后者，在将来的仿真系统开发中有着重要地位。
实现仿真系统的网络共享，既可以在一定程度上避免重复开发以节约社会资源，又可以通过适当收费以补偿部分开发成本。
2．虚拟制造技术
计算机仿真技术发展的另一大方向就是在虚拟制造技术领域的深入应用。
虚拟制造技术是20世纪90年代发展起来的一种先进制造技术。它利用计算机仿真技术与虚拟现实技术，在计算机上实现从产品设计到产品出厂以及企业各级过程的管理与控制等制造的本质。这使得制造技术不再主要依靠经验，并可以实现对制造的全方位预测，为机械制造领域开辟了一个广阔的新天地。
八、结语
计算机仿真的发展, 经历了简单原型、物理模型、通用编程语言、仿真专用语言、仿真结果的动态显示及可视化交互式仿真等一系列阶段。计算机仿真发展与应用的历程, 就是在实际应用需求的牵引下, 在不断涌现出与发展的相关新技术的推动下, 融合新的建模与仿
真方法学而不断发展起来的。
目前，无论在科学研究还是技术开发抑或工业设计中,计算机仿真方法都显示出强大的
威力。随着计算机科学技术的飞速发展, 多媒体技术、虚拟现实、人工智能、面向对象方法、可视化与图形界面等方面皆取得了巨大进展, 对系统建模与仿真技术的发展亦相应地产生
了广泛与深刻的影响。因而, 近年来在仿真方法研究、仿真技术研究、系统仿真应用等方面都取得了显著的成就和效益。我们完全有理由相信, 计算机仿真技术在国防建设和国民经济建设中将发挥越来越重要的作用!
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计算机仿真技术的应用与发展趋势 摘要 在制造企业产品设计和制造的过程中，计算机仿真一直是不可缺少的工具，它在减少损失、节约经费、缩短开发周期、提高产品质量等方面发挥了巨大作用。从发展的历程来看，仿真技术应用的领域空前的扩大，已从传统的制造领域（生产计划制定、加工、装配、测试）扩展到产品设计开发和销售领域。而与网络技术结合所带来的仿真的分布性、与图形和传感器技术相结合所带来的仿真的交互性、以及仿真技术应用的集成化，是仿真技术在制造业中应用的新趋势。按照仿真技术应用的对象不同，可将制造业中应用的仿真分为四类：面向产品的仿真；面向制造工艺和装备的仿真；面向生产管理的仿真；面向企业其它环节的仿真。本文将从以上四个方面，介绍计算机仿真在制造业中的具体应用。本文最后说明了虚拟现实和拟实制造的概念，作为计算机仿真在制造业中应用的展望。 绪论 计算机仿真技术是以多种学科和理论为基础，以计算机及其相应的软件为工具，通过虚拟试验的方法来分析和解决问题的一门综合性技术。计算机仿真（模拟）早期称为蒙特卡罗方法，是一门利用随机数实验求解随机问题的方法。其原理可追溯到1773年法国自然学家G.L.L.Buffon为估计圆周率值所进行的物理实验。根据仿真过程中所采用计算机类型的不同，计算机仿真大致经历了模拟机仿真、模拟－
数字混合机仿真和数字机仿真三个大的阶段。20世纪50年代计算机仿真主要采用模拟机；60年代后串行处理数字机逐渐应用到仿真之中，但难以满足航天、化工等大规模复杂系统对仿真时限的要求；到了70年代模拟－数字混合机曾一度应用于飞行仿真、卫星仿真和核反应堆仿真等众多高技术研究领域；80年代后由于并行处理技术的发展，数字机才最终成为计算机仿真的主流。现在，计算机仿真技术已经在机械制造、航空航天、交通运输、船舶工程、经济管理、工程建设、军事模拟以及医疗卫生等领域得到了广泛的应用。 1. 制造技术的发展历程 制造业（包括机械制造、电子制造、非金属制品制造、成衣制造以及各种型材制造等部类）是国民经济的支柱产业，其生产总值一般占各国国内生产总值的 20%~55% 。在各国的企业生产力构成中，制造技术的作用一般占 60% 左右。所以有的专家认为，世界上各个国家经济的竞争，主要是制造技术的竞争。随着经济技术的高速发展以及顾客需求和市场环境的不断变化，这种竞争日趋激烈，各国政府都非常重视对制造业的研究。 为了改进以 T （开发周期）、 Q （产品质量）、 C （开发成本）、 S （售后服务）、 E （环境污染程度）为主要衡量指标的产品及产品开发过程，美国在 80 年代末提出了包括系统总体技术、管理技术、设计制造一体化技术、制造工艺与装备技术、支撑技术五大技术群在内的先进制造技术（ AMT ： Advanced Manufacturing
一、为什么要进行仿真 ?什么叫系统？ ◆系统：相互关联又相互作用着的对象的有机组合，该有机组合能够完成某项任务或实现某个预定的目标。 通常研究的系统有工程系统和非工程系统。 ◆工程系统（电气、机电、化工） ◆非工程系统（经济、交通、管理） 建立系统概念的目的在于深入认识并掌握系统的运动规律，以便分析和综合自然、社会和工程系统中的种种复杂问题。 ?对系统进行研究、分析与设计的方法； （1）直接在系统上进行实验 在要设计的系统上进行实验 （2）在模型上进行实验 对要设计的系统进行处理，根据其中内含的各种自然规律（包括欧姆定律、比例环节和惯性环节等）得到相关的控制规律，即系统的数学模型来进行研究。 对要设计的系统进行一定比例的缩放得到缩小或放大的物理模型。（古时的建筑）选择在模型上进行实验的原因 ◆系统尚未设计出来 ◆某些实验会对系统造成伤害 ◆难以保证实验条件的一致性；如果存在人的因素，则更难保证条件的一致性。 ◆费用高 ◆无法复原 二、仿真的定义 ?仿真的定义在不同的领域或范畴中有不同的描述，可以概括为：“仿真是指用模型（物理模型或数学模型）代替实际系统进行实验和研究。” ?仿真遵循的原则：原理抽象 相似原理。 相似原理：几何相似、性能相似、环境相似。 几何相似：根据相似原理把原来的实际系统放大可缩小。如把12000吨水压机可用1200吨或120吨水压机作其模型。万吨轮船也要用缩小的模型来研究。 性能相似：构成模型的元素和原系统的不同，但其性能相似。如：可用一个电气系统来模拟热传导系统。在这个电气系统中电容代表热容量，电阻代表热阻，电压代表温差，电流代表热流。 三、仿真的目的或作用 ?优化设计 ◆预测系统的性能和参数 ?经济性 ◆采用物理模型或实物实验，花费巨大。 ◆采用数学模型即计算机数学仿真可大幅度的降低成本并可重复使用。 ?安全性 ◆载人飞行器和核电站的危险性不允许。 ?预测性 ◆对于非工程系统，直接实验不可能，只能采用预测的方法。（天气预报） ?复原性
学院 专业 届别 课程 班级 姓名 学号 联系方式 指导老师2012年5月
计算机仿真技术的发展概述及认识 摘要：随着经济的发展和社会的进步，计算机技术高速发展，使人类社会进入了信息时代，计算机作为后期新秀渗入到人们生活中的每一个领域，给人们的生活带来了前所未有的变化。作为新兴的技术，计算机技术在人类研究的各个领域起到了只管至关重要的作用，帮助人类解决了许多技术难题。在科研领域，计算机技术与仿真技术相结合，形成了计算机仿真技术，作为人们科学研究的一种新型方法，被人们应用到各个领域，用来解决人们用纯数学方法或者现实实验无法解决的问题，对科研领域技术成果的形成有着积极地促进作用。 本文在计算机仿真技术的理论思想基础上，分析了计算机仿真技术产生的基本原因，也就是人们用计算机模拟解决问题的优点所在，讨论了模拟、仿真、实验、计算机仿真之间的联系和区别，介绍了计算机仿真技术的发展历程，并查阅相关资料介绍了计算机仿真技术在不同领域的应用，分析并预测了计算机仿真的未来发展趋势。经过查阅大量数据资料并加以分析对比，这对于初步认识计算机仿真技术具有重要意义。 关键词：计算机仿真；模拟；仿真技术；发展 Discussionand understanding of the development of computer simulation technology Abstract:In the field of scientific research, computer technology and simulation technology is the combination of computer simulation technology as a new method of scientific research applied to various fields, used to solve the problems of pure mathematical methods or practical experiments can not be solved, has a positive role in promoting the formation of scientific research and technological achievements. In the theory of computer simulation technology based on the idea of computer simulation technology to produce the basic reason people use computer simulation to solve the problem of the advantages of where to discuss the links and
计算机仿真技术的发展概述及认识 摘要：随着经济的发展和社会的进步，计算机技术高速发展，使人类社会进入了信息时代，计算机作为后期新秀渗入到人们生活中的每一个领域，给人们的生活带来了前所未有的变化。作为新兴的技术，计算机技术在人类研究的各个领域起到了只管至关重要的作用，帮助人类解决了许多技术难题。在科研领域，计算机技术与仿真技术相结合，形成了计算机仿真技术，作为人们科学研究的一种新型方法，被人们应用到各个领域，用来解决人们用纯数学方法或者现实实验无法解决的问题，对科研领域技术成果的形成有着积极地促进作用。 本文在计算机仿真技术的理论思想基础上，分析了计算机仿真技术产生的基本原因，也就是人们用计算机模拟解决问题的优点所在，讨论了模拟、仿真、实验、计算机仿真之间的联系和区别，介绍了计算机仿真技术的发展历程，并查阅相关资料介绍了计算机仿真技术在不同领域的应用，分析并预测了计算机仿真的未来发展趋势。经过查阅大量数据资料并加以分析对比，这对于初步认识计算机仿真技术具有重要意义。 关键词：计算机仿真；模拟；仿真技术；发展 一、引言 计算机仿真技术是以多种学科和理论为基础，以计算机及其相应的软件为工具，通过虚拟试验的方法来分析和解决问题的一门综合性技术。计算机仿真（模拟）早期称为蒙特卡罗方法，是一门利用随机数实验求解随机问题的方法。其原理可追溯到1773年法国自然学家G.L.L.Buffon为估计圆周率值所进行的物理实验。根据仿真过程中所采用计算机类型的不同，计算机仿真大致经历了模拟机仿真、模拟－数字混合机仿真和数字机仿真三个大的阶段。20世纪50年代计算机仿真主要采用模拟机；60年代后串行处理数字机逐渐应用到仿真之中，但难以满足航天、化工等大规模复杂系统对仿真时限的要求；到了70年代模拟－数字混合机曾一度应用于飞行仿真、卫星仿真和核反应堆仿真等众多高技术研究领域；80年代后由于并行处理技术的发展，数字机才最终成为计算机仿真的主流。现在，计算机仿真技术已经在机械制造、航空航天、交通运输、船舶工程、经济管理、工程建设、军事模拟以及医疗卫生等领域得到了广泛的应用。 二、基本概念 模拟：（Simulation）应用模型和计算机开展地理过程数值和非数值分析。不是去求系统方程的解析解，而是从系统某初始状态出发，去计算短暂时间之后接着发生的状态，再以此为初始状态不断的重复，就能展示系统的行为模式。模拟是对真实事物或者过程的虚拟。模拟要表现出选定的物理系统或抽象系统的关键特性。模拟的关键问题包括有效信息的获取、关键特性和表现的选定、近似简化和假设的应用，以及模拟的重现度和有效性。可以认为仿真是一种重现系统外在表现的特殊的模拟。 仿真：（Emulation）利用模型复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统，又称模拟。即使用项目模型将特定于某一具体层次的不确定性转化为它们对目标的影响，该影响是在项目仿真项目
计算机仿真技术在各行业的应用 计算机仿真技术的应用范围涵盖社会的诸多方面，并为不同行业的发展均起到了不同程度的推动作用，为不同行业的发展注入了新的动力。其应用领域主要包括以下几个方面： 1计算机仿真在教育领域的应用 计算机模拟实验又称计算机仿真实验或计算机虚拟实验，是近几年在计算机多媒体教学中开辟的新领域。它通过计算机把实验设备、教学内容、教师指导和学生的操作有机地融合为一体，形成了一部活的、可操作的物理实验教科书和根据需要在瞬间建立的模拟实验室。近几年来，学校越来越重视学生的时间操作能力，计算机模拟实验则成为学生学习与考核的重要手段。计算机模拟实验的产生打破了教师与学生、理论与实践的限制，他尤为突出教学过程中的实验设计思想和实验思路，更突出学生学习的主动性。学生利用计算机模拟实验，可以提升学生对学习兴趣，对教学内容、试验方法、教学设备的结构和原理进行深入理解，进而锻炼时间操作技能。 2计算机仿真技术在交通运输领域的应用 交通是由人、车、路和环境构成的一个复杂人机系统，事故的诱发因素是多方面因素的综合。交通安全的评价，应该充分考虑人、车、路和环境诸方面因素的作用和影响。本交通安全仿真是基于虚拟现实技术的方法。该评价体系是通过建立虚拟环境，并在这个虚拟环境中设计各种事故诱发因素，并对某区域和某路段的交通安全水平进行全过程(设计后，施工中，运营后)的跟踪和评价。 计算机仿真是交通安全仿真系统的中心组成部分。该仿真系统与一般意义的数据仿真有着很大的不同。对某区域的交通安全评估上，交通安全仿真系统不仅仅使用绝对数法和事故率法来评估，它还蒋该区域人们的交通一世与行为因素也整合其中。在模拟的交通路段中，可以选择任意交通工具，设计任意的路段环境，以旁观者的视角来进行交通事故实验与分析，进而对交通路段做出相对准确的安全评估，为交通事故评估提供了一种可靠的方法。 3 计算机仿真技术在制造领域的应用 计算机仿真技术介入汽车制造业，可以有效缓解许多难度高，投资成本大的相关问题。例如计算机仿真的多缸柴油机发动机，其仿真数据与发动机实际数据高度重合，应用与多功能发动机的模拟。在汽车流场方面，计算机仿真技术可以成功的模拟出气流分离的状态，构建了空气动力学的汽车模型。在汽车碰撞方面，计算机仿真技术可依据实际的汽车碰撞事故状况与人员损伤之间的数据，构建汽车碰撞的。 本文来源于：元计算官网
计算机模拟仿真技术在航空航天中的应用 在本文开篇，我先粗略介绍一下计算机仿真模拟技术。 计算机仿真是应用电子计算机对系统的结构、功能和行为以及参与系统控制的人的思维过程和行为进行动态性比较逼真的模仿。它是一种描述性技术，是一种定量分析方法。通过建立某一过程和某一系统的模式，来描述该过程或该系统，然后用一系列有目的、有条件的计算机仿真实验来刻画系统的特征，从而得出数量指标，为决策者提供有关这一过程或系统得定量分析结果，作为决策的理论依据。（选自百度百科计算机仿真摘要） 仿真是对现实系统的某一层次抽象属性的模仿。人们利用这样的模型进行试验，从中得到所需的信息，然后帮助人们对现实世界的某一层次的问题做出决策。仿真是一个相对概念，任何逼真的仿真都只能是对真实系统某些属性的逼近。仿真是有层次的，既要针对所欲处理的客观系统的问题，又要针对提出处理者的需求层次，否则很难评价一个仿真系统的优劣。（选自百度百科） 计算机仿真模拟的原理是依靠计算机的迭代运算， 所以这是一门依靠计算机技术所衍生的一门有着实际意 义的学科，它与我们的生活息息相关。计算机仿真模拟技 术在科学技术、军事、国民经济、汽车、电子行业、体育、 交通运输、金融、管理、航空航天方面都有广泛的应用。 它的研究范围小到原子，大到宇宙，可以说在现实生活中 应用极为广泛。 传统的仿真方法是一个迭代过程，即针对实际系 统某一层次的特性（过程），抽象出一个模型，然后假 设态势（输入），进行试验，由试验者判读输出结果和 验证模型，根据判断的情况来修改模型和有关的参数。 如此迭代地进行，直到认为这个模型已满足试验者对 客观系统的某一层次的仿真目的为止。 模型对系统某一层次特性的抽象描述包括：系统的组成；各组成部分之间的静态、动态、逻辑关系；在某些输入条件下系统的输出响应等。根据系统模型状态变量变化的特征，又可把系统模型分为：连续系统模型——状态变量是连续变化的；离散（事件）系统模型——状态变化在离散时间点（一般是不确定的）上发生变化；混合型——上述两种的混合。 随着专门用于仿真的计算机——仿真机的出现，计算机仿真技术日趋成熟，现在已经趋于完善。随计算机技术的飞速发展，在仿真机中也出现了一批很有特色的仿真工作站、小巨机式的仿真机、巨型机式的仿真机。80年代初推出的一些仿真机，SYSTEM10和SYSTEM100就是这类仿真机的代表。 为了建立一个有效的仿真系统，一般都要经历建立模型、仿真实验、数据处理、分析验证等步骤。为了构成一个实用的较大规模的仿真系统，除仿真机外，还需配有控制和显示设备。 本文将主要从航空航天方面对计算机仿真模拟进行探讨。 航空技术是从上世纪60年代前苏联发射第一颗人造卫星开始，人类开始了对太空的探索。
计算机仿真技术 1.引言 作为信息技术核心的计算机技术自其诞生之日起经历了50多年的发展，以广泛应用于国民经济和社会生活中。而作为计算机技术重要组成部分的计算机三维视景仿真技术，因其有效性、经济性、安全性、直观性等特点而受到广泛的应用。它是在计算机图形学基础上发展起来的一种仿真应用技术。 据最新统计资料表明，计算机仿真技术是当前应用最广泛的实用技术之一，虚拟现实(VR, Virtual Reality)是计算机世界最热门的一个词汇。视景仿真技术是计算机仿真技术的重要分支，是计算机技术、图形图像处理与生成技术、多媒体技术、信息合成技术、显示技术等诸多高新技术的综合运用。 2.计算机仿真概述 计算机仿真又称计算机模拟或计算机实验。所谓计算机仿真就是建立系统模型的仿真模型进而在电子计算机上对该仿真模型进行模拟实验(仿真实验)研究的过程。计算机仿真方法即以计算机仿真为手段，通过仿真模型模拟实际系统的运动来认识其规律的一种研究方法。计算机仿真方法的产生是与电子计算机技术的发明和应用紧密相联的。上世纪70年代以来，随着数字计算机运算速度的大大提高以及相应的仿真软件的不断完善，数字计算机仿真得到很快发展，其应用范围也由各种工程领域扩展到非工程领域。进人上世纪90年代，计算机仿真技术又朝向智能化
仿真(仿真技术与人工智能相结合)、分布式并行处理仿真、仿真支持系统等方向发展。目前，无论在科学研究还是技术开发和工业设计中，计算机仿真技术者唤示出强大的威力，已成为人们研究复杂系统时不可缺少的一种手段，其成效十分显著。然而，无论是什么样的仿真，都是以系统数学建模为基础，在一定假设条件下进行的信息处理过程，进而在仿真基础上进行实验研究。 3.仿真的发展 进人20世纪90年代，计算机技术的各个方面都 取得了异乎寻常的进展。微处理器性能的增长使得利 用微型计算机和工作站进行复杂系统的仿真分析成为 可能，当然像中长期天气预报这样模型复杂、数据繁 多、实时性要求高的问题的计算仍离不开巨型机。在 软件设计中广泛采用了面向对象的思想和方法，再加 上计算机图形技术的进步，仿真过程中的人机交互越 来越方便直观。 根据国际标准化组织(ISO)标准中得《数据处理词汇》部分的名次解释，“模拟”（Simulation）与“仿真”（Emulation）两词含义分别为：“模拟”即选取一个物理的或抽象的系统的某些行为特征，用另一系统来表示它们的过程。“仿真”即用另一数据处理系统,主要是用硬件来全部或部分地模仿某一处理系统，以至于模仿的系统能象被模仿的系统一样接受同样的数据，执行同样的程序，获得
计算机仿真技术
The computer simulation technology Abstract: With the development of information processing technology and network technology, simulation technology has not only limited to the performance test product or system integration after production, but also can be applied to the whole process of product models developed, including demonstration program, tactical and technical indicators feasibility studies, design analysis, manufacturing, testing, maintenance, training and so on various stages. System simulation technology is also knowned as system simulation technology, computer simulation of so-called electronic communications system, it is used of computer systems for real electronic communications or digital models of physical model tests. To analyze and study the performance of such a model experiment and working conditions of a real system. When tested in the actual study of electronic communication systems is difficult or impossible to achieve, simulation technology has become an inevitable choice。 Keyword：message，network，simulation，communication，research 计算机仿真技术 摘要：随着信息处理技术和网络技术的发展，仿真技术的应用已不仅仅限于产品或系统生产集成后的性能测试试验，更可应用于产品型号研制的全过程，包括方案论证、战术技术指标论证、设计分析、生产制造、试验、维护、训练等各个阶段。系统仿真技术也称为系统模拟技术,所谓电子通信系统的计算机仿真,就是利用计算机对实际电子通信系统物理模型或数字模型进行试验,通过这样模型实验来对一个实际系统的性能和工作状态进行分析和研究.当在实际电子通信系统中进行试验研究比较困难或者根本无法实现时,仿真技术就成为必然选择。 关键字：信息，网络，仿真，通信，研究 1、什么是计算机仿真技术： 仿真技术是伴随着计算机技术的发展而发展的。是一门多学科的综合性技术，它以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础，以计算机和专用设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验,其可以再现系统的状态﹑动态行为及性能特征，用于分析系统配置是否合理﹑性能是否满足要求，预测系统可能存在的缺陷，为系统设计提供决策支持和科学依据。 [1]它具有经济、可靠、实用、安全、灵活、可多次重复使用的优点, 已经成为对许多复杂系统( 工程的、非工程的) 进行分析、设计、试验、评估的必不可少的手段。它是以数学理论为基础, 以计算机和各种物理设施为设备工具, 利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验仿真研究的一门综合技术。在计算机问世以前，基于物理模型的实验一般称为“模拟”，它一般附属于其他相关学科。自从计算机特别是数字计算机出现以后，其高速计算能力和巨大的存储能力使得复杂的数值计算成为可能，计算机仿真技术得到了蓬勃的发展，从而使计算机仿真成为一门重要的学科。随着仿真应用的日益扩展，计算机仿真的外延也在延伸。如现代的各种仿真训练器：飞行器，船舶、轮机仿真训练器等，尽管在景观、声响、操纵和监控系统等方面大量地采用物理仿真，但其核心部分仍然是对系统及其各组成元件的实时计算机数学仿真。广义地．这些仿真也纳入了计算机仿真的范围。 2、现代仿真技术 现代仿真技术的重要进展主要体现在: 2.1系统建模方面: 传统上,多通过实验辩识来建立系统模型。近十几年来, 系统辩识技术得到飞速发展。在辩识方法上有时域法、频域法、相关分析法、最小二乘法等;在技术手段上有系统辩识设计、系统模型结构辩识、系统模型参数辩识、系统模型检验等[2]。除此之外,近年来还提出了用仿真方法确定实际系统模型的方法;基于模型库的结构化建模方法:面向对象建模方法等。特别是对象建模,可在类库基础上实现模型的拼合与重用。
、数值计算，编程完成以下各题(共20分，每小题5 分) 1、脉冲宽度为d，周期为T的矩形脉冲的傅里叶级数如下式描述: d［i.^= sin(^d/T)cos(^：n.) T n」n rd /T 当n =150，d..「T =1；4，- 1/2 ：：：.：：： 1/2，绘制出函数f(.)的图形。 解： syms n t; f=((si n(n *pi/4))/( n*pi/4))*cos(2*pi* n*t); s=symsum(f, n,1,150); y=(1+2*s)/4; x=-0.5:0.01:0.5; Y=subs(y,'t',x); plot(x,Y) 2 0 05x2 5 ■ 5 2、画出函数f (x)二(sin 5x) e .- 5x cos1.5x 1.5x 5.5 x 在区间［3, 5］的图形，求出该函数在区间［3, 5］中的最小值点X min和函数的最小值f min . 解：程序如下 x=3:0.05:5; y=(si n(5*x).A2).*exp(0.05*x.A2)-5*(x.A5).*cos(1.5*x)+1.5*abs(x+5.5)+x.A2.5; mix_where=fi nd(y==mi n(y)); xmin=x(mix_where); hold on; plot(x,y); plot(xmi n,min (y),'go','li newidth',5); str=strcat('(' ,nu m2str(xmi n),',' ,nu m2str(mi n(y)),')'); text(xmi n,min (y),str);
Ylabel('f(x)') 经过运行后得到的图像截图如下： 运行后的最小值点X min =4.6 , f m in = -8337.8625 3、画出函数f (x) = cos2x「e^'x — 2.5 X在口，3]区间的图形, 解该非线 并用编程求性方程 f (x) = 0的一个根，设初始点为X o = 2 . 解： x=1:0.02:3; x0=2; y=@(x)(cos(x).A2).*exp(-0.3*x)-2.5*abs(x); fplot(y,[1,3]); Xlabel('x') Ylabel('f(x)') X仁fzero('(cos(x).A2).*exp(-0.3*x)-2.5*abs(x)',x0) 运行后求得该方程的一个根为z=0.3256 。 4、已知非线性方程组如下，编程求方程组的解，设初始点为[1 0.5 -1].
东华理工大学信息工程学院 课程论文 课程：计算机仿真技术基础 题目：仿真技术的应用与发展 学生姓名： 学号： 班级：10204102 专业：计算机科学与技术 指导教师：谢小林 二零一三年六月四日
摘要 作为信息技术核心的计算机技术自其诞生之日起经历了60多年的发展，已广泛应用于国民经济和社会生活中。并与仿真技术相结合，形成了计算机仿真技术这一新的研究方法。计算机仿真作为分析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程和运动规律的一种重要手段和方法, 随着系统科学研究的深入、控制理论、计算技术、计算机科学与技术的发展而形成的一门新兴学科。近年来, 随着信息处理技术的突飞猛进, 使仿真技术得到迅速发展。 本文系统全面地介绍了计算机仿真技术，阐述了计算机仿真技术的概念、原理、优点，简要介绍了计算机仿真技术的发展历程，文章最后重点探讨了现代仿真技术的研究热点，即计算机仿真技术在社会各个领域中的应用：面向对象仿真、定性仿真、智能仿真、分布交互仿真、可视化仿真、多媒体仿真、虚拟现实仿真等。 关键词：计算机仿真、发展、应用、模拟
目录 摘要 (2) 第一章前言 (4) 第二章计算机仿真技术概述 (4) 2.1计算机仿真技术简介 (4) 2.2计算机仿真技术原理 (5) 2.2.1模型的建立 (6) 2.2.2模型的转换 (6) 2.2.3模型的仿真实验 (6) 第三章计算机仿真技术发展 (6) 3.1发展趋势 (7) 3.2 现代仿真技术 (8) 3.3计算机仿真技术发展方向 (10) 3.3.1．网络化仿真 (10) 3.3.2．虚拟制造技术 (10) 第四章计算机仿真技术的应用 (11) 4.1.交通领域 (11) 4.2.制造领域 (11) 4.3.教育领域 (12) 结语 (13) 参考文献 (14)
计算机技术发展与应用 肖钰粟1）*陈宁2） 1）（大连大学信息工程学院大连 116600） 2）（大连大学信息工程学院大连 116600） 摘要：随着科技水平的提高，计算机已经渐渐的融入到我们的生活中，并有着不可或缺的作用，给我们的生活增添了浓重而多彩的一笔。只有提高计算机应用技术的科学水平，才能给我们一个更好的发展空间。计算机技术在未来的发展方向倾向于超小型化、智能化以及高速化等。计算机技术的更新和发展对社会的变革将发挥着巨大的作用。针对目前计算机技术的发展特点对其趋势也已初见其端倪。业界对计算机技术未来发展也开始进行了研究。 关键词：计算机技术;应用;发展趋势 Development and application of computer technology Xiao Yu-Su 1)* Chen Ning2) 1）(Information engineering college of DaLian University DaLian 116600) 2）（(Information engineering college of DaLian University DaLian 116600) Abstract:With the improvement of technology, the computer has gradually into our life, and an indispensable role, add thick and give our life colorful Only improve the scientific level of computer application technology, can give us a better space for development Computer technology in the future the development direction of intelligent tended towards miniaturization and high speed, etc The renewal of the computer technology and the transformation of the development of society will play a huge role Aiming at the characteristics of the development of
题号 一二三四总分得分一、填空（共15分，每空1分） １．机械系统的分类是 、 。 ２．仿真系统模型的应用分别是 、 、 。３．空间状态模型主要包括 、 。４．机械工程领域常见的数字仿真算法是 ； 、 。５．功率键合图主要组成部分是 、 、 、 、 。二、根据系统模型编写C 程序求曲柄滑块机构的位移、速度、加速度（共15分） 弹簧质量系统如下图，相关参数为k1=1.2，k2=1.5，k3=1.6。 三、建立空间状态方程（共20分，每题10分） 1、 分析质量弹簧系统，列出该系统的微分方程然后根据微分方程写出其状态方程 2、将传递函数转化为空间状态方程写出计算步骤 G(s)=6s +8 2s 3+6s 2+16s +10得分 阅卷人 得分阅卷人 得分阅卷人
2 四、画出下列系统的功率键合图并写出绘图步骤（共30分，每题10分） １． 绘出右图的键合图并写出步骤 ２. 绘出右图小车系统键合图并写出绘图步骤 3. 一个生长在罐中的细菌的简单模型。假定细菌的出生率和当前细菌的总数成正比，死亡率和当前的总数的平方成正比，试建立仿真模型，画出键合图。 五、列出 系统的状态方程和simulink 模型（共20分）列出右图蹦极系统的状态方程并写出其状态方程。 桥梁距地面的距离是h2=50m ，人距桥梁的距离是h1=30m 。 系统参数为 k=20，a1=a2=1，m=70，g=10 系统数学模型是得分阅卷人得分 阅卷人
2009～2010学年第二学期《计算机仿真技术》期终试卷（B卷） …………………………………装…………订………线………………………………… 专业级班姓名学号得分…………………………………密…………封…………线……………………………… 第 3 页共 3 页
课程名称：计算机仿真与应用 论文名称：论计算机仿真与应用的作用专业名称：计算机学院 班级：网络工程（2）班 学号：201240420228 姓名：刘小虎 指导教师：桂静宜
计算机仿真与应用技术是以相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术。计算机仿真技术具有经济、安全、可重复和不受气候、场地、时间限制的优势，被称为除理论推导和科学试验之外的人类认识自然和改造自然的第三种手段。 据《2013-2017年中国计算机仿真行业发展前景与投资预测分析报告》[1]数据显示，计算机仿真技术广泛应用于国防、工业及其他人类生产生活的各个方面，如：航空、航天、兵器、国防电子、船舶、电力、石化等行业，特别是应用于现代高科技装备的论证、研制、生产、使用和维护过程。目前，计算机仿真行业已经成为代表国家关键技术和科研核心竞争能力，具有相当规模的产业。计算机仿真行业按仿真技术的应用特点可以划分为计算机仿真测试、仿真模拟训练、虚拟制造等领域，其中计算机仿真测试又可分为机电仿真测试和射频仿真测试、通用测试等。根据前瞻网研究分析，目前全球计算机仿真市场的总体规模已超千亿美元，中国计算机仿真市场的总体规模在700亿人民币以上，未来计算机仿真行业发展潜力巨大。 计算机仿真行业是一个全球竞争的行业。目前以美国为首的欧美发达国家厂商凭借先发优势和成熟仿真产品，在全球范围内的计算机仿真主要市场占据领先地位，其主要企业包括美国国家仪器公司(NI)、德国dSPACE公司、美国安捷伦科技有限公司、英国思博伦公司、CAE公司等。国内计算机仿真行业发展较晚，其在国内的应用包括军用和民用两个领域，在开放的民用市场，国外企业凭借产品技术的先进性和发达的市场销售网络，在相应市场处于优势地位。在国防军工、核能源、航空航天以及其他尖端核心技术等军用领域，受国防安全和国外禁运等多重影响，国外企业和产品受到很大限制，难以直接进入，拥有国防军工资质的国内厂商特别是具有一定自主创新能力的国内厂商可以凭借自主产品和贴近终端用户的个性化服务参与竞争，并具有相当的竞争优势。 真技术在电子商务教学中的应用[摘要] 随着网络经济的发展,各个院校相继 开设了电子商务专业。但普遍存在重理论而轻实践的现象,不利于电子商务人才的培养。将仿真技术应用在电子商务教学中，可以组建电子商务仿真实验室,将计算机类的课程与商务类的课程有机结合起来,注重培养学生的动手能力。 电子商务作为一个新兴领域,各个院校在电子商务专业建设中,培养目标和课程体系不是完全统一，因此侧重点是不同的。普遍存在的问题是重理论而轻实践的现象非常严重,不利于电子商务人才地培养。原因很简单，就是实践的电子商务平台很难搭建，应用仿真技术可以解决这一问题。利用计算机技术、网络技术等现代信息技术从事商务活动,突出学生的动手能力,培养融IT与商务于一身的高素质复合型人才。
《计算机仿真技术》课程教学大纲 Computer Simulation Technology 课程编号：2000502 适用专业：电气工程及自动化 学时数：32 学分数：2 执笔者：游红梅编写日期：2002.5 一、课程的性质与目的 课程性质：《计算机仿真技术》是电气工程及自动化专业选修的技术应用课。 主要任务：通过本课程的学习使学生能够对系统建立仿真模型，并会用Saber进行系统仿真。掌握利用系统仿真常用的计算方法，掌握用Saber求解系统的时域和频域特性的方法。 了解系统病态问题基本概念和基本解决方法。 二、课程教学内容 第一部分绪论（讲课2学时） 明确本课程的内容、性质和任务以及学习本课程的意义，掌握计算机仿真的相关概念、方法、原则和步骤。了解常用仿真软件。介绍Saber仿真软件的基本情况。 第二部分模型与仿真（讲课4学时） 掌握连续系统的数学模型，理解等价性原理。 重点：连续系统的数学模型。 第三部分数字仿真原理(讲课8学时) 掌握插值法、数值微分、数据拟合法、数值积分等常用的计算算法的基本概念和建立方法、求解方法和相互间的关系。掌握数字仿真的特点，掌握数值积分法和离散相似法的基本原理，掌握误差估计与步长控制。了解病态系统的基本概念和基本解决方法。 重点：数值积分法。 难点：R-K法。 第四部分 Saber仿真软件（讲课10学时，上机8学时） 了解Saber仿真软件的使用环境。掌握Saber仿真软件的基本编程、系统的时域和频域特性的仿真。 重点：系统的时域和频域特性的仿真。 难点：系统的时域和频域特性的仿真。 三、课程教学的基本要求 本课程的教学环节包括：课堂讲授和课外作业、课堂测试和上机实验。 （一）课堂讲授 1．教学方法： 由于本课程侧重于实际应用，理论部分理论性较强、内容广泛且抽象，同学理解起来较困难，因此，授课时不追求对仿真理论的全面介绍，而是从实际应用出发使学生掌握基本的理论和方法。 2．教学手段： 采用电子教案与上机动手操作相结合的方法，以达到形象直观的效果。 3．计算机的应用：上机做实验。 4．外语要求： 在授课过程中，要求掌握本专业的英语词汇，能读懂Saber软件的说明文件。
计算机的发展与应用 ●计算机系统的基本构成 ●微机基本操作 ●WINDOWS 基础知识 ●WINDOWS 汉字基本输入技术 ●WINDOWS 文件管理 ●WINDOWS 程序管理 ●WINDOWS 常用工具简介 ●INTERNET 基本应用 1.1 计算机的发展与应用 什么是计算机? 计算机(Computer，俗称电脑)是一种能接收和存储信息，并按照存储在其内部的程序对输入的信息进行加工、处理，然后输出处理结果的高度自动化的电子设备。 计算机的特点 处理速度快、计算精度高、存储容量大、逻辑判断能力强、可靠性高和通用性强。 1.1 计算机的发展与应用 1.1.1 计算机的发展阶段
一、第一台电子计算机 ENIAC 1.1 计算机的发展与应用 二、计算机的分代 主要根据所使用的电子器件划分 1.1 计算机的发展与应用 三、计算机的发展趋势 1.1 计算机的发展与应用 1.1.2 计算机分类 按照用途，可分为通用计算机和专用计算机。按照性能，可分为巨型机、小巨型机、大型机、小型机、工作站和个人计算机六大类： 1.1 计算机的发展与应用 1.1.3 计算机的应用领域 (1) 科学计算 (2) 数据处理 (3) 计算机辅助技术 CAD/CAM/CAI等 (4) 过程控制 (5) 人工智能
机器人/专家系统/模式识别 (6) 网络应用 1.1 计算机的发展与应用 1.1.4 计算机与信息技术 1.1.4.1 信息 ●信息（Information）是对客观事物的反映，是对社会、自然界的事物特征、现象、本质及规律的描述。 ●从计算机角度来看，信息是经过计算机加工、处理的资料和数据，如文字、图形、声音、影像等。 ●信息具有广泛性、时效性、滞后性、可再生性和可传递性等特点。 ●与物质和能源一样，信息也是人类可以利用的重要资源。所谓信息时代就是信息资源的利用占主导地位的时代。 1.1 计算机的发展与应用 1.1.4.2 信息技术 信息技术（IT）是指能扩展信息功能的技术，包括: ●感测与识别技术 ●信息传递技术
计算机仿真 概述
引言 仿真技术作为一门独立的科学已经有50多年的发展历史了，他不仅用于航天、航空、各种系统的研制部门，而且已经广泛应用于电力、交通运输、通信、化工、核能等各个领域。特别是近20年来，随着系统工程与科学的迅速发展，仿真技术已从传统的工程领域扩充到非工程领域，因而在社会经济系统、环境生态系统、能源系统、生物医学系统、教育系统也得到了广泛的应用。 在系统的规划、设计、运行、分析及改造的各个阶段，仿真技术都可以发挥重要作用。随着研究对象的规模日益庞大，结构日益复杂，仅仅依靠人的经验及传统技术难以满足愈来愈高的要求。基于现代计算机及其网络的仿真技术，不但能提高效率，缩短研究开发周期，减少训练时间，不受环境及气候限制，而且对保证安全、节约开支、提高质量尤其具有突出的功效。 现在，仿真技术成已为各个国家重点发展的一门高新技术，从某种角度上，它代表着一个国家的科技实力的强弱，同时在某些方面也制约着一些国家的现代化建设和发展。 从理论上讲，我们日常生活中以及自然界中碰到的一切问题，都可以利用计算机进行模拟。因此，要跟上时代的发展要求，学习和了解一定的仿真技术是必要的。 一、系统、模型与仿真 在认识仿真之前，首先要了解与仿真相关的两个概念：系统与模型。 系统：一般来说，所谓“系统”就是指按照某些规律结合起来，相互作用、相互依赖、相互依存的所有实体的集合。描述系统的“三要素”――实体、属性、活动。实体确定了系统的构成；属性也称为描述变量，用来描述每一实体的特性；活动定义了系统内部实体之间的相互作用，从而确定了系统内部发生的过程。举个例子说，我们可以把一个理发馆定义为一个系统。该系统的“实体”包括服务员和顾客，顾客到达模式和服务质量分别是顾客和服务员两个实体的“属性”，而整个服务过程就是“活动”。 模型：所谓“模型”就是系统某种特定功能的一种描述，它集合了系统必要的信息，通过模型可以描述系统的本质和内在的关系。它一般分为物理模型和数学模型两大类。物理模型与实际系统有相似的物理性质，它们与实际系统外貌相似，只不过按比例改变尺寸，如各种飞机、轮船的模型等。数学模型是用抽象的数学方程描述系统内部各个量之间的关系而建立的模型，这样的模型通常是一些数学方程。如带电粒子在电场中运动的数学模型，我们关心的是粒子的速度、位移随时间的变化。于是我们将系统的特征如电场强度，时间，粒子
随着计算机和软件技术的发展，飞行模拟器的性能不断提高，已经成为保障飞行安全、大幅度提高飞行人员及机组人员的技能、缩短飞行人员训练周期、降低训练成本，以及提高训练效率的不可缺少的重要训练装备。飞行训练基地采用飞行模拟器，不仅可以提高飞行员训练水平，促进航空安全指标提升，确保飞行自主训练工作顺利实施，而且今后在飞行模拟训练上将拥有更大的自主性、自控权，并可根据飞行员的特点，有针对性地展开飞行训练，进一步提高各种训练强度。 1.定义 通俗定义：飞行模拟机就是通过电子计算机的建模运算以在地面上最大程度逼近飞机真实飞行状态，从而给飞行员营造一种全方位、多知觉、多飞行状况的真实操纵感。 严格定义：是指用于驾驶员飞行训练的航空器飞行模拟机。它是按特定机型、型号以及系列的航空器座舱一比一对应复制的，它包括表现航空器在地面和空中运行所必需的设备和支持这些设备运行的计算机程序、提供座舱外景像的视景系统以及能够提供动感的运动系统。 2.工作原理 为达到模拟飞行目的，研制者需要对模拟目标飞机飞行全过程涉及的各种动态特性建立数学模型，预编好程序并嵌入计算机运行，程序在接收到操作人员（一般为受训飞行员）的操纵信号后实现接近真实飞行的响应。具体来讲，飞行模拟机一般由仿真控制台（飞行员驾驶舱）、仿真计算机、仿真环境、飞行员共四部分组成的一个封闭反馈系统，如上图所示。其研制核心和难点在于仿真计算机，该部分的飞行动力学数学模型、系统模型、仿真环境模型、外干扰模型在经计算机求解后，通过运动系统、视景系统、音响系统给飞行员营造一种多维感知信息 的仿真环境，从而让飞行员感觉到自己犹如在空中真实操纵“飞机”一样。各主要系统简述如下： 模拟座舱：应根据需求选择其布局与特定型号飞机或组类飞机一样。模拟座舱内的仪表系统实时指示或显示各种飞行参数和系统参数。