仿真VV&A研究综述

国外对仿真的校核、 验证与确认 （ !!"# ） 研究最早开始 于对仿真模型的校验 （ !"! ） 研究， 这可以追溯到上世纪 NO 年代仿真应用的初期， 至今已经有四十多年的历史了。 PQNR 年 S*..> 和 5+I<;6=4 等就注意到了对 “ 警犬” 导弹 仿真的全面研究。美国计算机仿真学会于 RO 世纪 TO 年代 中期成立了模型可信性技术委员会 （ $595 ） ， 其任务是建立 与模型校验有关的概念和术语。UO 年代以来， 每年的夏季计 算机仿真会议 （ J5J5） 和冬季仿真会议 （ VJ5 ） 都有关于模型 校验的专题讨论。美国军事运筹学会 （ 9WXJ ） 自 PQUQ 年以 来召开了多次有关模型校核、 验证和确认的小型讨论会。 QO 年代以后， 对仿真的 !!"# 研究的重点由仿真模型 的校验 方 法 研 究 为 主 转 向 如 何 更 加 全 面 地 对 仿 真 进 行 !!"# 上来。在西方国家尤其是美国， 随着武器系统规模的 日益庞大、 部队作战技术化水平的不断提高、 武器系统采购 费用的急剧增加， 这使美国国防部对仿真系统应用的需求和 依赖性大大增加， 对仿真的可信性提出了更高的要求； 同时， 更加强调仿真系统的交互性和重用性， 这使 !!"# 在仿真研
’ ’ 第 !( 卷’ 第 )) 期
文章编号： )""* $ %(&+ （ !""* ） )) $ ""+! $ "&
计’ 算’ 机’ 仿’ 真
!""* 年 )) 月’ ’
仿真 ,,-. 研究综述
唐见兵， 查亚兵， 李革
（ 国防科技大学机电工程与自动化学院， 湖南 长沙 &)""/( ） 意义非常重大。该文对仿真 !!"# 的研 摘要： 对于大型、 复杂的仿真系统， 在建模与仿真的全生命周期中进行 !!"# 研究， 究加以全面探讨， 首先回顾国内外仿真 !!"# 研究的历史和现状， 找出国内与国外 !!"# 研究的差距； 其次简单介绍 !!"# 的概念和原则， 并对容易混淆的概念加以分析、 比较； 接着根据美国国防部制定的 !!"# 建议指导规范， 以某模拟测试系统 仿真为例， 详细介绍 !!"# 研究的过程与方法； 最后针对国内仿真 !!"# 研究的现状， 提出了 !!"# 研究需要解决的关键 问题及其发展方向。 关键词： 仿真可信性； 校核、 验证与确认； 过程； 方法 $%(%) & %’ ’ 文献标识码： # 中图分类号：
!" ##$% 的概念与原则
!& ’" ##$% 的概念 对仿真 !!"# 研究必须建立在正确概念的基础之上。 其可信性可以通过有计划的校核与验证工作来加以度量， 并 通过官方验收来正式地加以确认， 可以为某一特定的应用服 务， 这个过程就是仿真的校核、 验证与确认 （ !!"#） 。 （ !*)(H(+<,(’@） ! 校核 校核是确定一个模型是否准确地代表了开发者的概念 描述和规范的过程。 （ !<=(I<,(’@） ! 验证 验证是从仿真应用目的出发， 确定建模与仿真代表真实
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! 校核硬件配置和实施； ! 校核软件 & 硬件变换； ! 校核专用硬件； ! 校核初始化数据； ! 校核系统测试； ! 对系统各项校核活动建立文 档； ! 校核实施的工具和设备。 第六步、 验证结果 ’ ）进行结果验证是为了确定
图 !" 仿真 ##$% 工作流程图
! 仿真说明 $"% 需求的程度； ! 仿真输出的逼真程度； ! 仿真适应预期用途的好坏程 度。 ( ）这一阶段的主要考虑的问题有 ! 验证工具； ! 验证数据； ! 验证策略。 第七步、 确认评审 确认评审的主要目的是在仿真预期使用范围内确立仿 真的适应性。确认评审主要包括制定确认计划、 收集和评估 确认信息以及执行确认评审。 ’） 制定确认计划 ! 问题描述和目标； ! 经校核的 $"% 需求和可接受性准则； ! 确认信息需求； ! 评审计划； ! 确认评审报告的结果和轮廓。 (） 收集和评估确认信息 收集和评估确认信息主要包括： ! 验证概念模型的信息； ! 校核设计的信息； ! 校核实施的信息； ! 验证结果的信息。 )） 执行确认评审 并向他们作简要介绍； ! 通知评审组成员和主题专家， ! 保证评审组成员能够参加各种会议和有关活动； 并作记录； ! 召开评审组会议， ! 草拟完整的评审报告初稿； 并取得一 ! 将草拟的报告初稿交给评审组成员审查， 致同意； ! 写出最终确认报告； ! 将报告提交给用户。 & * ’" !!"# 方法 仿真系统是融合了建模技术、 系统科学、 软件工程和其 他有关专门领域知识的复杂系统， 因此仿真系统的 !!"# 研 究应该充分吸收有关领域成功的测试与评估方法。建模与
!’ 国内外研究的历史与现状
收稿日期： !""# $ "% $ !&
制中的作用更加突出， 迫切需要建立规范来指导建模与仿真
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的 !!"# 工作。美国国防部 $%%% 系列指令 （ &’& &()*+,(-* ） 提出了关于国防部武器装备采购的新规范和要求， 要求国防 部所属的各军兵种制订其建模与仿真主计划 （ ./.0 ） 和建 并在仿真系统开发过程中大力推行 模与仿真的 !!"# 规范， 应用有关 !!"# 的活动， 以提高建模与仿真的可信性水平。 1223 年， 美国国防部的军用建模与仿真办公室 （ &./4 ） 建立 了一个军用仿真 !!"# 工作技术支持小组， 负责起草国防部 !!"# 建议规范 （ !!"# 506 ） ， 同年 11 月完成了这一建议 规范的第一版， 并于 7%%% 年完成了 !!"# 建议规范的第二 版， 这是目前关于建模与仿真 !!"# 最为全面的工具书。在 此期间 8999 也于 122: 年通过了关于分布交互式仿真系统 建模与仿真 !!"# 的建议标准， 这是关于大型复杂仿真系统 建模与 仿 真 !!"# 的 一 个 比 较 全 面 的 指 导。关 于 有 关 !!"# 方面的文献情况可以参考 ;<=+( 和 5> 6> /<)?*@, 总结 的 12AB 年以前发表的有关仿真可信性和 !!"# 方面研究的 C%A 篇参考文献， 基本上反映了这一领域的早期研究情况。 在我国， 直到 A% 年代才有建模与仿真可信性方面的论 述。目前尚未成立类似于美国 DE.E 这样的专门机构来负 责协调， 也没有组织专家对系统仿真的可信性及 !!"# 技术 进行专门研究， 因而使得这方面的研究进展缓慢。迄今为 止， 我国还没有制订仿真 !!"# 的标准和规范， 也没有建立 完整的仿真 !!"# 的概念体系， 因而使得系统仿真的开发 者、 应用者和管理者在进行仿真可信性研究过程中无章可 循。所以， 我国的仿真可信性研究急需加强。 近些年来， 随着仿真技术的发展， 建模与仿真的可信性 研究工作得到一定程度的推动， 表现在许多单位开展了建模 与仿真的 !!"# 研究工作， 国内的仿真文献中也开始涉及仿 真可信性研究问题。许多学者在这方面作了非常有意义的 研究工作， 而有关这方面问题的研究也一直是国内系统仿真 领域研究的热点和仿真学术会议的主要议题。我国的仿真 工作者在基于与实际系统的测试或运行结果相对照的验证 方法的开发与应用方面的仿真可信性问题进行了许多有益 的探索， 如北京航空航天大学、 国防科大、 哈工大和北京理工 大学等单位对基于 FG# 的可信性问题都进行了一定的研 究。但是， 与发达国家及国际先进水平相比， 差距还非常大。
世界的正确程度的过程。 （ #++)*I(,<,(’@） ! 确认 确认是指所有仿真工程及相应的可信性评估步骤完成 后， 接受由各方面专家组成的权威机构对其进行验收。从本 质上讲， 确认带有一点主观色彩。 校核关心的是 “ 是否正确地建立了仿真系统” 的问题； 而 验证关心的是 “ 是否建立了正确的仿真系统” ； 确认是在校 核、 验证的基础上， 由仿真系统的主管部门和用户组成验收 小组， 对仿真系统的可接受性和有效性做出正式的认可。校 核、 验证与确认之间有着十分密切的联系。校核工作为确认 系统的各项功能提供了依据， 验证工作为系统有效性评估提 供了依据， 而系统性能的好坏可能是校核与验证都关心的问 题。 !& (" ##$% 的原则 讨论 !!"# 的原则可以深化对仿真 !!"# 的概念的理 解， 对仿真的 !!"# 理论研究和实践有重要的指导作用。美 国国防部发表的 !!"# 建议指导规范归纳总结了普遍适用 的 17 条 !!"# 的基本原则， 用于指导仿真 !!"# 的管理者 和工作人员去管理和操作有关的 !!"# 活动。 ;<=+( 等在总 结有关研究资料的基础上提出了仿真模型校核、 验证与测试 （ !!"D） 的 1$ 条 原 则， 可 以 作 为 仿 真 !!"# 的 有 益 参 考。 综合以上有关的研究资料， 对仿真 !!"# 研究应遵循的主要 原则应该包括： ! 相对正确原则 ! 全生命周期原则 ! 有限目标原则 ! 必要不充分原则 ! 全局性原则 ! 程度性原则 ! 创造性原则 ! 良好计划和记录原则 ! 分析性原则 ! 数据正确性原则
)’ 引言பைடு நூலகம்
目前， 国内外的仿真界已经达成了共识： 没有经过验证 的仿真模型没有任何价值， 没有经过可信性评估的仿真系统 也没有任何价值。工程实践也表明： 要想让仿真系统真正具 有生命力， 必须对系统的建模与仿真进行可信性研究， 而且 应该将它贯穿于系统建模与仿真全生命周期中。仿真的可 信性研究又常称为 “ 校核、 验证与确认 （ !4=*8*:+<*6,， !+7*@+<*6, +,@ #::=4@*<+<*6,，!!"#） ” 。 本文在回顾国内外 !!"# 研究的历史与现状的基础上， 将对仿真 !!"# 的概念、 原则与方法加以全面阐述， 并结合 实际， 详细地分析在系统建模与仿真全生命周期中， 如何进 行 !!"# 研究。同时， 针对我国仿真 !!"# 研究的现状， 提 出它的发展方向。