1.3 系统仿真发展现状和趋势

工程系统的仿真从最初的简单电子、机械系统，逐步发展到今天涵盖了机、电、液、热、气、电、磁等各个专业领域，并且在控制器和执行机构两个方向上飞速发展。

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大阶段。20世纪50年代计算机仿真主要采用模拟机；20世纪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20世纪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；20世纪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。

近年来，由于问题域的扩展和仿真支持技术的发展，系统仿真方法学致力于更自然地抽取事物的属性特征，寻求使模型研究者更自然地参与仿真活动的方法等，在这些探索的推动下，出现了一批新的研究热点：

◆ 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。

现代仿真技术的重要进展主要体现在以下几方面。

（1）系统建模方面

传统上，多通过实验辨识来建立系统模型。近十几年来，系统辨识技术得到飞速发展。在辨识方法上有时域法、频域法、相关分析法、最小二乘法等；在技术手段上有系统辨识设计、系统模型结构辨识、系统模型参数辨识、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（Data Driven），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，实验框架用来定义条件，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之中，构成了一个和谐的人机交互界面。

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地发展之中，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，没有实现物尽其用。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，在计算机上实现了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。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。