1、江西理工大学机电工程学院工业工程 071-27刘海文1制造系统建模与仿真技术的沿革及趋势【摘要】 介绍了发展系统建模与仿真技术的的必要性和必然性，阐述了系统建模与仿真技术的定义、通用性和战略性，说明了国内仿真技术的发展情况，接着总结了建模与仿真技术的发展的趋势，最后回顾展望仿真技术的地位。【关键字】 制造系统 建模与仿真 沿革及趋势引言制造业(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。在制造系统的规划、设计、运行过程中，所追求的目标是
2、：提高制造系统的总体优化水平，提高系统运行效率、降低设计开发费用和制造成本，增加系统柔性，灵活地适应产品品种和批量的变化，即合理地利用企业资源(包括资金、设备、人力等)，优化企业组织结构，从而优化设计生产，以获得最大的经济效益。为此，需要对所研究的系统进行分析和研究。然而，由于制造系统的复杂性、递阶结构、操作规范、资源容量、不确定因素和反馈等特点，至使迄今为止还没有恰当的数学方法能很好地处理这类问题。在当今，现代制造系统正朝着集成化、柔性化和智能化方向发展，如计算机集成制造系统(CIMS)，精益制造系统(LPS)，灵敏制造系统(AMS)，智能制造系统(IMS)等，这些系统对产品制造过程组织和过
3、程控制的柔性和智能性要求越来越高，分析这样的系统，采用传统的理论算法已经很难处理，甚至有时得不到可以参考的结论。制造系统建模和仿真技术便应运而生。它是对制造系统进行分析、实验、评价的最经济、最安全的一种方法。尤其在分析复杂程度高的系统，它可能是唯一的途径。系统建模与仿真技术的含义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、与应用相关的物理效应设备及仿真器为工具，利用模型参与已有或设想的系统进行研究、分析、设计、加工生产、试验、运行、评估、维护、和报废(全生命周期)活动的一门多学科的综合性技术。江西理工大学机电工程学院工业
4、工程 071-27刘海文2仿真科学和技术的通用性和战略性仿真的通用性表现在一切基础学科(如物理、化学、天文8943 .)都可以通过仿真来研究；并可以极大地提高研究的安全性。仿真的战略性表现在一切复杂巨系统的研究都离不开仿真技术，可以说研究复杂巨系统采用仿真技术是唯一的途径。正如宋健院士所说：“系统仿真是科学实验的利器。”国内仿真技术发展在我国仿真技术经过半个多世纪的发展，已经从军工走向国民经济。已经从工程走向非工程；已经从确定的小系统走向不确定的复杂巨系统。最初的仿真技术只是用计算机来求解方程，为了实时性，大都采用电子模拟计算机。现在的仿真技术已经融合了信息技术、网络技术、系统技术、控制技术和
5、高性能的计算技术，以完全崭新的面貌出现在我们的面前。现在，摆在我们仿真工作者面前的任务是：在虚拟世界与真实世界之间架起一座桥梁；通过仿真技术构筑起一个平台，来勾画出创新型国家的轮廓，例如，国家正投入几个亿，来建设国家级研究经济模型的仿真实验室。仿真技术，一方面反映了我国仿真技术和仿真技术应用发展的现状，另一方面，又对我国仿真技术今后的发展方向产生了指导作用。近年来，我国仿真技术及其应用的发展是十分迅猛的。仿真技术的发展，使人感到震惊。研究天文、地理、宇宙进化论等等，要依靠仿真，几乎没有哪个领域能离开仿真技术。凡是能写成方程的都要进行仿真。故应鼓励仿真界的科技人员发挥聪明才智，搞好仿真技术。仿真
6、技术的广度、深度、高度的提高，正反映了我国仿真技术和应用的发展。例如，“面向复杂性地理问题的虚拟研讨厅体系研究”，“复杂系统建模中的几个问题”等都是有代表性的好文章，反映了我国仿真技术已经在军事和国民经济的一些复杂巨系统研究建设中发挥越来越重要的作用。制造系统建模和仿真的发展趋势从发展的历程来看，仿真技术应用的领域从传统的制造领域(生产计划制定、加工、装配、测试)正向产品设计开发和销售领域扩展。除此以外，虚拟现实和拟实制造的概念，集中体现了仿真技术应用的分布、交互和集成化趋势，所以简单加以介绍，作为计算机仿真在制造业中应用的展望。总的来说，先进制造技术的发展，为计算机江西理工大学机电工程学院工
7、业工程 071-27刘海文3仿真的应用提供了新的舞台，也提出了更高的要求，目前仿真技术的应用具有以下特点和趋势：(1)仿真技术的应用范围空前的扩大了。在仿真的对象及目的方面，已由研究制造对象(产品)的动力学特性，运动学特性，研究产品的加工、装配过程，扩大到研究制造系统的设计和运行，并进一步扩大到后勤供应、库存管理、产品开发过程的组织、产品测试等，涉及到制造企业的各个方面；(2)与网络技术结合所带来的仿真的分布性。仿真的分布性是由制造的分布性决定的。敏捷制造、虚拟企业等概念本身就有基于网络实现异地协作的含义；(3)与图形和传感器技术相结合，增强仿真的交互性。由此形成了拟实制造(VM：Virtua
8、l Manufacturing)、虚拟产品开发(VPD：Virtual Product Development)、虚拟测试(：Virtual Test)等新概念：(4)仿真技术应用的集成化。即综合运用仿真技术，形成可运行的产品开发和制造环境。结束语人类社会越来越发展成为一个复杂的、可变的、整体的巨系统，靠传统的思维方式和原有的认识工具，已经很难认识复杂的社会巨系统问题。需要思维方式和认识工具的根本转变和创新。思维方式的创新变革，需要认识手段、认识工具的创新变革，需要新的认识工具。这就是集成的、系统思维的协同智能的、用现代科技装备起来的仿真系统。这个系统实现人机结合、以人为主、自然科学与社会科学
9、相结合，以综合思维方式为主，定性分析与定量分析结合实现定性分析指导下的定量分析，定量分析基础上的定性分析。用把仿真技术、网络技术、信息技术和计算机技术结合在一起的系统，来认识人类社会，认识复杂巨系统是思维方式和认识工具的一场革命，这是人类对社会问题认识方式和手段的革命，是国家宏观决策体系的一场革命。充分利用仿真技术，研究复杂的巨系统，认识社会问题被认为是“革命”。如今，从事仿真技术的科技工作者对仿真技术战略地位的看法归纳如下：仿真技术是精确打击武器、航空航天、核武器研制、作战研究不可缺少的工具；仿真技术是研究复杂巨系统的最有效的手段；仿真技术是我国实现“创新”战略的重要工具，是实现可持续发展的重要方法，是多学科综合研究的重要手段；仿真技术是人类认识世界的第三种手段。江西理工大学机电工程学院工业工程 071-27刘海文4【参考文献】【1】蒋郝平 .O9 第四届中国系统建模与仿真技术高层论坛闭幕词【2】游景玉.O9 第四届中国系统建模与仿真技术高层论坛开幕词【3】李伯虎 ，柴旭东 ，朱文海 ，邸彦强 ，王鹏 ，施国强 ，谭娟 ，殷润民 ，侯宝存.现代建模与仿真技术发展中的几个焦点.系统仿真学报.Vo116No9 .Sept2004
