計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的原理及其應(yīng)用

劉惠芬 包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的原理及其應(yīng)用

劉惠芬 包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)與控制理論和仿真技術(shù)的進(jìn)一步融合，使得計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)成為一門(mén)各行各業(yè)都在深入研究的一門(mén)學(xué)科，是建立系統(tǒng)模型，模擬系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律，揭示系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)的一門(mén)重要技術(shù)，本文主要在介紹計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，原理及運(yùn)行步驟的基礎(chǔ)上，談?wù)動(dòng)?jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例和發(fā)展前景。

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù) 原理 應(yīng)用

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為載體，根據(jù)研究對(duì)象的實(shí)際工作情況，建立針對(duì)研究對(duì)象的真實(shí)可靠的數(shù)學(xué)模型并將其轉(zhuǎn)化為仿真模型從而進(jìn)行模擬研究對(duì)象的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是建立在計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)仿真技術(shù)的基礎(chǔ)上的，其中包括數(shù)據(jù)處理技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，現(xiàn)代控制理論等等，人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入以計(jì)算機(jī)為核心的信息化時(shí)代以來(lái)，仿真技術(shù)飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用。

1.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的工作原理

由于計(jì)算機(jī)不能與研究對(duì)象建立直接的聯(lián)系，這就需要一個(gè)數(shù)學(xué)模型充當(dāng)媒介，這個(gè)數(shù)學(xué)模型必須能夠被計(jì)算機(jī)所識(shí)別處理，而且還要真實(shí)準(zhǔn)確的反應(yīng)研究對(duì)象的實(shí)質(zhì)。數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確的代表了研究對(duì)象的實(shí)質(zhì)，再由計(jì)算機(jī)分析處理這些數(shù)學(xué)模型，通過(guò)輸入與研究對(duì)象相關(guān)的數(shù)據(jù)來(lái)展現(xiàn)研究對(duì)象在不同環(huán)境下的實(shí)際情況。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，空間多維技術(shù)的運(yùn)用，使得計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)更為直觀真實(shí)可靠。數(shù)學(xué)建模與研究系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)之間的關(guān)系如圖1.1.。

圖1.1 計(jì)算機(jī)仿真的三要素和基本關(guān)系圖

通過(guò)圖1.1可以看出，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的一般步驟為：建立數(shù)學(xué)模型——數(shù)學(xué)模型的程序化---仿真實(shí)驗(yàn)，建立能準(zhǔn)確反映出系統(tǒng)本質(zhì)的數(shù)學(xué)模型且能被計(jì)算機(jī)語(yǔ)言所識(shí)別是保證仿真結(jié)果真實(shí)可靠的關(guān)鍵。

2.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)首先是在軍事領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用的，隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)越來(lái)越成熟，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)早已滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的方方面面，以下是其應(yīng)用的幾個(gè)主要的方面。

2.1 軍事領(lǐng)域和航空航天領(lǐng)域

早期的仿真技術(shù)在軍事上的運(yùn)用主要體現(xiàn)在武器和相應(yīng)技術(shù)裝備的開(kāi)發(fā)上，現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在軍事上的應(yīng)用更加廣泛，甚至可以建立虛擬的戰(zhàn)場(chǎng)并以此來(lái)模擬戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練，進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)評(píng)估和武器對(duì)抗效果的評(píng)估。目前國(guó)內(nèi)在虛擬軍事方面比較有名的是神州普惠的DWK。在航空航天領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)主要起到對(duì)火箭發(fā)現(xiàn)，載人航天，太空行走等做虛擬仿真，初步驗(yàn)證其可行性。

2.2 機(jī)械制造領(lǐng)域

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是現(xiàn)代機(jī)械加工的一個(gè)重要前提，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，可以形象的展現(xiàn)出機(jī)械的運(yùn)動(dòng)機(jī)理，分析組成機(jī)構(gòu)的不同零件在不同條件下運(yùn)動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)，為進(jìn)一步提高機(jī)械性能提供了理論依據(jù)。

2.3 氣象預(yù)測(cè)

傳統(tǒng)的氣象預(yù)測(cè)主要依靠氣象學(xué)，統(tǒng)計(jì)學(xué)，空氣動(dòng)力學(xué)的方法和原理來(lái)對(duì)某一區(qū)域進(jìn)行天氣預(yù)測(cè)，需要進(jìn)行大量的數(shù)學(xué)分析。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算分析能力對(duì)實(shí)際環(huán)境進(jìn)行模擬，大大節(jié)省了人力物力，提高了氣象預(yù)測(cè)的精準(zhǔn)度。

2.4 社會(huì)系統(tǒng)仿真

可以利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以對(duì)人口流動(dòng)給社會(huì)帶來(lái)的影響進(jìn)行模擬，以便政府制定相應(yīng)的政策使社會(huì)結(jié)構(gòu)更加合理化。

3.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

進(jìn)入二十一世界后，計(jì)算機(jī)技術(shù)飛快發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中扮演著重要的角色。隨著人類(lèi)對(duì)仿真技術(shù)的要求越來(lái)越高，如今的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)致力于更加自然的抽取研究對(duì)象的自然特征，使仿真技術(shù)越來(lái)越形象直觀，精確可靠。未來(lái)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)會(huì)更加智能化，可視化，虛擬化。

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由模糊到直觀的發(fā)展過(guò)程。計(jì)算機(jī)技術(shù)與多媒體技術(shù)，人工智能，可視化技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)的結(jié)合，使系統(tǒng)仿真技術(shù)散發(fā)出新的活力，隨著新技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)會(huì)有越來(lái)越大應(yīng)用及發(fā)展空間。

[1]肖田云，張燕云，陳加棟編著1系統(tǒng)仿真導(dǎo)論[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.

[2]李云峰1適用于線性病態(tài)系統(tǒng)的通用快速仿真方法[j].計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化，94，VOL 113 NO121.

[3]白方周，定性仿真技術(shù)導(dǎo)論[M].合肥：中國(guó)科技大學(xué)出版社，1998.

劉惠芬，1966.7.16，女，漢，河北省安國(guó)市，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面。