計(jì)算機(jī)仿真作為分析和研究系統(tǒng)運(yùn)行行為、揭示系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種重要手段和方法,隨著系統(tǒng)科學(xué)研究的深入、控制理論、計(jì)算技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展而形成的一門新興學(xué)科。近年來,隨著信息處理技術(shù)的突飛猛進(jìn),使仿真技術(shù)得到迅速發(fā)展。本文根據(jù)作者的研究體會(huì),試圖從仿真的含義入手,討論現(xiàn)代仿真方法、建模方法、仿真算法、可信度研究等,為在系統(tǒng)仿真中合理、有效地運(yùn)行仿真新方法和新技術(shù)做一些探索。

仿真技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)并通過建立模型進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的一門多學(xué)科綜合性技術(shù)。它是它具有經(jīng)濟(jì)、可靠、實(shí)用、安全、可多次重用的優(yōu)點(diǎn)。

仿真是對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的某一層次抽象屬性的模仿。人們利用這樣的模型進(jìn)行試驗(yàn)，從中得到所需的信息，然后幫助人們對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的某一層次的問題做出決策。仿真是一個(gè)相對(duì)概念，任何逼真的仿真都只能是對(duì)真實(shí)系統(tǒng)某些屬性的逼近。仿真是有層次的，既要針對(duì)所欲處理的客觀系統(tǒng)的問題，又要針對(duì)提出處理者的需求層次，否則很難評(píng)價(jià)一個(gè)仿真系統(tǒng)的優(yōu)劣。

傳統(tǒng)的仿真方法是一個(gè)迭代過程，即針對(duì)實(shí)際系統(tǒng)某一層次的特性(過程)，抽象出一個(gè)模型，然后假設(shè)態(tài)勢(shì)(輸入)，進(jìn)行試驗(yàn)，由試驗(yàn)者判讀輸出結(jié)果和驗(yàn)證模型，根據(jù)判斷的情況來修改模型和有關(guān)的參數(shù)。如此迭代地進(jìn)行，直到認(rèn)為這個(gè)模型已滿足試驗(yàn)者對(duì)客觀系統(tǒng)的某一層次的仿真目的為止。

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)原理

“仿真是一種基于模型的活動(dòng)”,它涉及多學(xué)科、多領(lǐng)域的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。成功進(jìn)行仿真研究的關(guān)鍵是有機(jī)、協(xié)調(diào)地組織實(shí)施仿真全生命周期的各類活動(dòng)。這里的“各類活動(dòng)”,就是“系統(tǒng)建?！薄ⅰ胺抡娼！?、“仿真實(shí)驗(yàn)”,而聯(lián)系這些活動(dòng)的要素是“系統(tǒng)”、“模型”、“計(jì)算機(jī)”。其中:系統(tǒng)是研究的對(duì)象,模型是系統(tǒng)的抽象,仿真是通過對(duì)模型的實(shí)驗(yàn)來達(dá)到研究的的。要素與活動(dòng)的關(guān)系如圖所示：

數(shù)學(xué)模型將研究對(duì)象的實(shí)質(zhì)抽象出來，計(jì)算機(jī)再來處理這些經(jīng)過抽象的數(shù)學(xué)模型，并通過輸出這些模型的相關(guān)數(shù)據(jù)來展現(xiàn)研究對(duì)象的某些特質(zhì)，當(dāng)然，這種展現(xiàn)可以是三維立體的。由于三維顯示更加清晰直觀，已為越來越多的研究者所采用。通過對(duì)這些輸出量的分析，就可以更加清楚的認(rèn)識(shí)研究對(duì)象。通過這個(gè)關(guān)系還可以看出，數(shù)學(xué)建模的精準(zhǔn)程度是決定計(jì)算機(jī)仿真精度的最關(guān)鍵因素。

從模型這個(gè)角度出發(fā)，可以將計(jì)算機(jī)仿真的實(shí)現(xiàn)分為三個(gè)大的步驟：模型的建立、模型的轉(zhuǎn)換和模型的仿真實(shí)驗(yàn)。

模型的建立

對(duì)于所研究的對(duì)象或問題，首先需要根據(jù)仿真所要達(dá)到的目的抽象出一個(gè)確定的系統(tǒng)，并且要給出這個(gè)系統(tǒng)的邊界條件和約束條件。在這之后，需要利用各種相關(guān)學(xué)科的知識(shí)，把所抽象出來的系統(tǒng)用數(shù)學(xué)的表達(dá)式描述出來，描述的內(nèi)容，就是所謂的“數(shù)學(xué)模型”。這個(gè)模型是進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的核心。

系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型根據(jù)時(shí)間關(guān)系可劃分為靜態(tài)模型、連續(xù)時(shí)間動(dòng)態(tài)模型、離散時(shí)間動(dòng)態(tài)模型和混合時(shí)間動(dòng)態(tài)模型;根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)描述和變化方式可劃分為連續(xù)變量系統(tǒng)模型和離散事件系統(tǒng)模型。

模型的轉(zhuǎn)換

所謂模型的轉(zhuǎn)換，即是對(duì)上一步抽象出來的數(shù)學(xué)表達(dá)式通過各種適當(dāng)?shù)乃惴ê陀?jì)算機(jī)語言轉(zhuǎn)換成為計(jì)算機(jī)能夠處理的形式，這種形式所表現(xiàn)的內(nèi)容，就是所謂的“仿真模型”。這個(gè)模型是進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的關(guān)鍵。實(shí)現(xiàn)這一過程，既可以自行開發(fā)一個(gè)新的系統(tǒng)，也可以運(yùn)用現(xiàn)在市場(chǎng)上已有的仿真軟件。

模型的仿真實(shí)驗(yàn)

將上一步得到的仿真模型載入計(jì)算機(jī)，按照預(yù)先設(shè)置的實(shí)驗(yàn)方案來運(yùn)行仿真模型，得到一系列的仿真結(jié)果，這就是所謂的“模型的仿真實(shí)驗(yàn)”。

仿真技術(shù)發(fā)展歷程

作為一種特別有效的研究手段，20世紀(jì)初仿真技術(shù)已得到應(yīng)用。例如在實(shí)驗(yàn)室中建立水利模型，進(jìn)行水利學(xué)方面的研究。

40～50年代航空、航天和原子能技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了仿真技術(shù)的進(jìn)步。60年代計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，為仿真技術(shù)提供了先進(jìn)的工具，加速了仿真技術(shù)的發(fā)展。利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)于系統(tǒng)的仿真研究不僅方便、靈活，而且也是經(jīng)濟(jì)的。因此計(jì)算機(jī)仿真在仿真技術(shù)中占有重要地位。

50年代初，連續(xù)系統(tǒng)的仿真研究絕大多數(shù)是在模擬計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的。50年代中期，人們開始利用數(shù)字計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字仿真。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)遂向模擬計(jì)算機(jī)仿真和數(shù)字計(jì)算機(jī)仿真兩個(gè)方向發(fā)展。在模擬計(jì)算機(jī)仿真中增加邏輯控制和模擬存儲(chǔ)功能之后，又出現(xiàn)了混合模擬計(jì)算機(jī)仿真，以及把混合模擬計(jì)算機(jī)和數(shù)字計(jì)算機(jī)聯(lián)合在一起的混合計(jì)算機(jī)仿真。在發(fā)展仿真技術(shù)的過程中已研制出大量仿真程序包和仿真語言。

70年代后期，還研制成功專用的全數(shù)字并行仿真計(jì)算機(jī)。仿真技術(shù)來自于軍事領(lǐng)域，但它不僅用于軍事領(lǐng)域，在許多非軍事領(lǐng)域也到了廣泛的應(yīng)用。例如：在軍事領(lǐng)域中的訓(xùn)練仿真;商業(yè)領(lǐng)域中的商業(yè)活動(dòng)預(yù)測(cè)、決策、規(guī)劃、評(píng)估;工業(yè)領(lǐng)域中的工業(yè)系統(tǒng)規(guī)劃、研制、評(píng)估及模擬訓(xùn)練;農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)規(guī)劃、研制、評(píng)估，災(zāi)情預(yù)報(bào)、環(huán)境保護(hù);在交通領(lǐng)域中的駕駛模擬訓(xùn)練和交通管理中的應(yīng)用;醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的臨床診斷及醫(yī)用圖像識(shí)別等。

仿真技術(shù)的種類

仿真建模

仿真建模是一門建立仿真模型并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的技術(shù)。建模活動(dòng)是在忽略次要因素及不可測(cè)量變量的基礎(chǔ)上，用物理或數(shù)學(xué)的方法對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行描述，從而獲得實(shí)際系統(tǒng)的簡(jiǎn)化或近似反映。

面向?qū)ο蟮姆抡?/p>

面向?qū)ο蠓抡媸钱?dāng)前仿真研究領(lǐng)域中最引人關(guān)注的研究方向之一，面向?qū)ο蠓抡婢褪菍⒚嫦驅(qū)ο蟮姆椒☉?yīng)用到計(jì)算機(jī)仿真領(lǐng)域中，以產(chǎn)生面向?qū)ο蟮姆抡嫦到y(tǒng)。

智能仿真

智能仿真是把以知識(shí)為核心、人類思維行為作背景的智能技術(shù)引入整個(gè)建模與仿真過程，構(gòu)造智能仿真平臺(tái)。智能仿真技術(shù)的開發(fā)途徑是人工智能與仿真技術(shù)的集成化。仿真技術(shù)與人工智能技術(shù)的結(jié)合，即所謂的智能化仿真;仿真模型中知識(shí)的表達(dá)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是現(xiàn)代仿真技術(shù)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域，是在綜合仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、傳感技術(shù)等多種學(xué)科技術(shù)的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的，其核心是建模與仿真，通過建立模型，對(duì)人、物、環(huán)境及其相互關(guān)系進(jìn)行本質(zhì)的描述，并在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。

分布仿真技術(shù)

分布仿真技術(shù)作為仿真技術(shù)的最新發(fā)展成果，它在高層體系結(jié)構(gòu)上(HLA，highlevelarchitecture)，建立了一個(gè)在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)分布在不同地域上的各種仿真系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)互操作和重用的框架及規(guī)范。HLA的基本思想就是使用面向?qū)ο蟮姆椒ㄔO(shè)計(jì)，開發(fā)及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)不同層次和粒度的對(duì)象模型，來獲得仿真部件和仿真系統(tǒng)高層次上的互操作性與可重用性。

云仿真技術(shù)

云仿真的概念是根據(jù)“云計(jì)算”的理念提出來的。云計(jì)算是指服務(wù)的交付和使用模式，指通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的服務(wù)。這種服務(wù)可以是與軟件、互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的，也可以是其他任意的服務(wù)，包括仿真服務(wù)，它具有超大規(guī)模、虛擬化、可靠安全等特性。云仿真指通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的仿真服務(wù)。

云仿真平臺(tái)是一種新型的網(wǎng)絡(luò)化建模與仿真平臺(tái)，是仿真網(wǎng)格的進(jìn)一步發(fā)展。它以應(yīng)用領(lǐng)域的需求為背景，基于云計(jì)算理念，綜合應(yīng)用各類技術(shù)，包括復(fù)雜系統(tǒng)模型技術(shù)、高性能計(jì)算技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中各類資源安全地按需共享與重用，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上資源多用戶按需協(xié)同互操作，進(jìn)而支持工程與非工程領(lǐng)域內(nèi)的仿真系統(tǒng)工程。

仿真技術(shù)新熱點(diǎn)

近年來,由于問題域的擴(kuò)展和仿真支持技術(shù)的發(fā)展,系統(tǒng)仿真方法學(xué)致力于更自然地抽取事物的屬性特征,尋求使模型研究者更自然地參與仿真活動(dòng)的方法,等等。在這些探索的推動(dòng)下,生長(zhǎng)了一批新的研究熱點(diǎn)：

1、面向?qū)ο蠓抡妫簭娜祟愓J(rèn)識(shí)世界模式出發(fā),使問題空間和求解空間相一致,提供更自然直觀,且具可維護(hù)性和可重用性的系統(tǒng)仿真框架。

2、定性仿真：用于復(fù)雜系統(tǒng)的研究,由于傳統(tǒng)的定量數(shù)字仿真的局限,仿真領(lǐng)域引入定性研究方法將拓展其應(yīng)用。定性仿真力求非數(shù)字化,以非數(shù)字手段處理信息輸入、建模、行為分析和結(jié)果輸出,通過定性模型推導(dǎo)系統(tǒng)定性行為描述。

3、智能仿真：是以知識(shí)為核心和人類思維行為作背景的智能技術(shù),引入整個(gè)建模與仿真過程,構(gòu)造各處基本知識(shí)的仿真系統(tǒng)(KnowledgeBasedSimu2lationSystemKBSS),即智能仿真平臺(tái)。智能仿真技術(shù)的開發(fā)途徑是人工智能(如專家系統(tǒng)、知識(shí)工程、模式識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等)與仿真技術(shù)(如仿真模型、仿真算法、仿真語言、仿真軟件等)的集成化。因此,近年來各種智能算法,如模糊算法、神經(jīng)算法、遺傳算法的探索也形成了智能建模與仿真中的一些研究熱點(diǎn)。

4、分布交互仿真：是通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將分散在各地的仿真設(shè)備互連,構(gòu)成時(shí)間與空間互相偶合的虛擬仿真環(huán)境。實(shí)現(xiàn)分布交互仿真的關(guān)鍵技術(shù)是:網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、支撐環(huán)境技術(shù)、組織和管理。其中網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)分布交互仿真的基礎(chǔ),支撐環(huán)境技術(shù)是分布交互仿真的核心,組織和管理是完善分布交互仿真的信號(hào)。

5、可視化仿真：用以為數(shù)值仿真過程及結(jié)果增加文本提示、圖形、圖象、動(dòng)畫表現(xiàn),使仿真過程更加直觀,結(jié)果更容易理解,并能驗(yàn)證仿真過程是否正確。近年來還提出了動(dòng)畫仿真(AnimatedSimulationAS),主要用于系統(tǒng)仿真模型建立之后動(dòng)畫顯示,所以原則上仍屬于可視化仿真。

6、多媒體仿真：它是在可視化仿真的基礎(chǔ)上再加入聲音,就可以得到視覺和聽覺媒體組合的多媒體仿真。

7、虛擬現(xiàn)實(shí)仿真：是在多媒體仿真的基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)三維動(dòng)畫、交互功能,支持觸、嗅、味知覺,就得到了VR仿真系統(tǒng)。

現(xiàn)代仿真技術(shù)

現(xiàn)代仿真技術(shù)的一個(gè)重要進(jìn)展是將仿真活動(dòng)擴(kuò)展到上述三個(gè)方面,并將其統(tǒng)一到同環(huán)境中。Oren將上述思想加以總結(jié),提出了現(xiàn)代仿真方法的概念框架。

概念框架圖中的“仿真問題描述”對(duì)應(yīng)于“仿真建?！?“行為產(chǎn)生”對(duì)應(yīng)于“仿真實(shí)驗(yàn)”,只是將仿真輸出獨(dú)立于行為產(chǎn)生;“模型行為及其處理”相應(yīng)于輸出處理。

現(xiàn)代仿真技術(shù)的重要進(jìn)展主要體現(xiàn)

1、系統(tǒng)建模方面

傳統(tǒng)上,多通過實(shí)驗(yàn)辯識(shí)來建立系統(tǒng)模型。近十幾年來,系統(tǒng)辯識(shí)技術(shù)得到飛速發(fā)展。在辯識(shí)方法上有時(shí)域法、頻域法、相關(guān)分析法、最小二乘法等;在技術(shù)手段上有系統(tǒng)辯識(shí)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)辯識(shí)、系統(tǒng)模型參數(shù)辯識(shí)、系統(tǒng)模型檢驗(yàn)等。除此之外,近年來還提出了用仿真方法確定實(shí)際系統(tǒng)模型的方法;基于模型庫的結(jié)構(gòu)化建模方法:面向?qū)ο蠼７椒ǖ?。特別是對(duì)象建模,可在類庫基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)模型的拼合與重用。

2、仿真建模方面

除了適應(yīng)計(jì)算機(jī)軟、硬件環(huán)境的發(fā)展而不斷研究新算法和開發(fā)新軟件外,現(xiàn)代仿真技術(shù)采用模型與實(shí)驗(yàn)分離技術(shù),即模型數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)(datadriven)。將模型分為參數(shù)模型和參數(shù)值,以便提高仿真的靈活性和運(yùn)行效率。

3、仿真實(shí)驗(yàn)方面

現(xiàn)代仿真技術(shù)將實(shí)驗(yàn)框架與仿真運(yùn)行控制區(qū)分開。其中,實(shí)驗(yàn)架用來定義條件,包括模型參數(shù)、輸入變量、觀測(cè)變量、初始條件、輸出說明。這樣,當(dāng)需要不同形式的輸出時(shí),不必重新修改仿真模型,甚至不必重新仿真運(yùn)行。正是由于現(xiàn)代仿真方法學(xué)的建立,特別是模擬可重用性(Reusability)、面向?qū)ο蠓椒?ob2jectoriented)和應(yīng)用集成(ApplicationIntesration)等新技術(shù)的應(yīng)用,使得仿真、建模與實(shí)驗(yàn)統(tǒng)一到一個(gè)集成環(huán)境這中,構(gòu)成一個(gè)和諧的人機(jī)交互界面。

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)發(fā)展方向

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)也在不斷的發(fā)展之中。如利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)異地仿真、應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行的虛擬制造等。

網(wǎng)絡(luò)化仿真

現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出來的仿真系統(tǒng)，多數(shù)不能相互兼容，可移植性差，實(shí)現(xiàn)共享困難。較之于開發(fā)的高成本和長(zhǎng)時(shí)間，實(shí)在物未盡其用。解決這些問題，第一就是采用兼容性好的計(jì)算機(jī)語言編寫仿真系統(tǒng)，第二就是采用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)共享。尤其是后者，在將來的仿真系統(tǒng)開發(fā)中有著重要地位。實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)共享，既可以在一定程度上避免重復(fù)開發(fā)以節(jié)約社會(huì)資源，又可以通過適當(dāng)收費(fèi)以補(bǔ)償部分開發(fā)成本。

虛擬制造技術(shù)

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)發(fā)展的另一大方向就是在虛擬制造技術(shù)領(lǐng)域的深入應(yīng)用。虛擬制造技術(shù)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一種先進(jìn)制造技術(shù)。它利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到產(chǎn)品出廠以及企業(yè)各級(jí)過程的管理與控制等制造的本質(zhì)。這使得制造技術(shù)不再主要依靠經(jīng)驗(yàn)，并可以實(shí)現(xiàn)對(duì)制造的全方位預(yù)測(cè)，為機(jī)械制造領(lǐng)域開辟了一個(gè)廣闊的新天地。

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)仿真的用途非常廣泛已經(jīng)滲透到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，不斷促進(jìn)了各行各業(yè)的發(fā)展，為各行各業(yè)注入了一股新的活力。

交通領(lǐng)域

交通是由人、車、路和環(huán)境構(gòu)成的一個(gè)復(fù)雜人機(jī)系統(tǒng)，事故的誘發(fā)因素是多方面因素的綜合。交通安全的評(píng)價(jià)，應(yīng)該充分考慮人、車、路和環(huán)境諸方面因素的作用和影響。本交通安全仿真是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的方法。該評(píng)價(jià)體系是通過建立虛擬環(huán)境，并在這個(gè)虛擬環(huán)境中設(shè)計(jì)各種事故誘發(fā)因素，并對(duì)某區(qū)域和某路段的交通安全水平進(jìn)行全過程(設(shè)計(jì)后，施工中，運(yùn)營后)的跟蹤和評(píng)價(jià)。

交通安全仿真及評(píng)價(jià)系統(tǒng)的核心部分就是計(jì)算機(jī)的仿真。該仿真過程不同與傳統(tǒng)的數(shù)值仿真，它是一種可視化的仿真。例如，對(duì)某路段的交通安全評(píng)價(jià)，除了使用傳統(tǒng)的絕對(duì)數(shù)法和事故率法來評(píng)價(jià)外，再將交通參與者的感知和行為也考慮進(jìn)去。在該虛擬環(huán)境中，可以選擇不同的運(yùn)載工具，設(shè)置不同的交通環(huán)境，以交通參與者或第三者的角度來進(jìn)行事故的可能性試驗(yàn)與分析，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)路段的安全性的評(píng)價(jià)。同時(shí)為交通沒施的建設(shè)和改進(jìn)提供了依據(jù)，為交通事故分析提供了一種新的方法。

制造領(lǐng)域

汽車制造是機(jī)械行業(yè)的一個(gè)重要組成部分。它有很多實(shí)驗(yàn)課題，難度大、實(shí)地成本高，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的引入，有效的緩解了這一方面的問題。如發(fā)動(dòng)機(jī)方面，裝甲兵工程學(xué)院機(jī)械系的畢小平教授等建立了多缸柴油機(jī)起動(dòng)過程的計(jì)算機(jī)仿真模型，其仿真結(jié)果與實(shí)際測(cè)量值比較吻合，可用于多缸柴油機(jī)的起動(dòng)性能仿真。江蘇理工大學(xué)的蔡憶昔實(shí)現(xiàn)了對(duì)進(jìn)氣管內(nèi)氣體流動(dòng)的動(dòng)態(tài)仿真，直觀描述了瞬態(tài)過程，為多缸發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過程的研究提供了有效的方法。汽車流場(chǎng)方面，華東理工大學(xué)信息學(xué)院的呂明忠博士等成功的模擬出了汽車尾流場(chǎng)的氣流分離和拖曳渦現(xiàn)象，建立了兩種車型的汽車外流場(chǎng)空氣動(dòng)力學(xué)模型，并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，取得了滿意結(jié)果。碰撞實(shí)驗(yàn)方面，浙江大學(xué)動(dòng)力機(jī)械及車輛工程研究所的詹樟松博士根據(jù)汽車碰撞的事故形態(tài)與乘員傷害之間的規(guī)律，建立了乘員動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并開發(fā)出了相應(yīng)的仿真軟件，該系統(tǒng)可部分代替實(shí)車碰撞實(shí)驗(yàn)進(jìn)行汽車被動(dòng)安全性能的研究。其他方面，例如，汽車工程學(xué)院的熊堅(jiān)對(duì)汽車的制動(dòng)過程進(jìn)行了仿真研究，一汽大眾汽車有限公司的姚革等通過仿真研究了汽車轉(zhuǎn)向的輕便性問題等

教育領(lǐng)域

計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)又稱計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)或計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)，是近幾年在計(jì)算機(jī)多媒體教學(xué)中開辟的新領(lǐng)域。它通過計(jì)算機(jī)把實(shí)驗(yàn)設(shè)備、教學(xué)內(nèi)容、教師指導(dǎo)和學(xué)生的操作有機(jī)地融合為一體，形成了一部活的、可操作的物理實(shí)驗(yàn)教科書和根據(jù)需要在瞬間建立的模擬實(shí)驗(yàn)室。

計(jì)算機(jī)模擬物理實(shí)驗(yàn)的出現(xiàn)打破了教與學(xué)、理論與實(shí)驗(yàn)、課內(nèi)與課外的界限，它更加強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)驗(yàn)方法，更強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)者的主動(dòng)學(xué)習(xí);通過計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)物理思想、方法、儀器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)原理的理解，都可以達(dá)到訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)技能、學(xué)習(xí)物理知識(shí)的目的，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣，提高了物理實(shí)驗(yàn)的水平。目前，模擬實(shí)驗(yàn)已成為現(xiàn)代化物理實(shí)驗(yàn)的重要手段。

計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)用了人工智能、控制理論和教師專家系統(tǒng)對(duì)物理實(shí)驗(yàn)和物理儀器建立其內(nèi)在模型，用計(jì)算機(jī)可操作的仿真方式，實(shí)現(xiàn)了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)。

計(jì)算機(jī)仿真的發(fā)展,經(jīng)歷了簡(jiǎn)單原型、物理模型、通用編程語言、仿真專用語言、仿真結(jié)果的動(dòng)態(tài)顯示及可視化交互式仿真等一系列階段。計(jì)算機(jī)仿真發(fā)展與應(yīng)用的歷程,就是在實(shí)際應(yīng)用需求的牽引下,在不斷涌現(xiàn)出與發(fā)展的相關(guān)新技術(shù)的推動(dòng)下,融合新的建模與仿真方法學(xué)而不斷發(fā)展起來的。

目前，無論在科學(xué)研究還是技術(shù)開發(fā)抑或工業(yè)設(shè)計(jì)中,計(jì)算機(jī)仿真方法都顯示出強(qiáng)大的威力。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能、面向?qū)ο蠓椒?、可視化與圖形界面等方面皆取得了巨大進(jìn)展,對(duì)系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)的發(fā)展亦相應(yīng)地產(chǎn)生了廣泛與深刻的影響。