模拟技术

解决实际决策问题时制作的技术

模拟技术亦称“模拟决策技术”。为研究解决某一实际决策问题，先建立该问题的同态模型，并对模型进行动态运行试验，按其运行结果进行评价和优选的决策技术。其优点是： (1) 能解决很多需进行破坏性试验或危险性试验才能决策的实际问题 (如核电站的核能外泄问题)。(2) 可将年、月、日缩减到分、秒计算，避免试验周期过长 (如汽车寿命测定要跑几十万公里)。(3) 可用来检验理论分析结论的完善性及对实际问题研究中所作各种假定的有效性。(4) 给决策者提供了“实验室”，可以重复多次试验以研究单个变量或参数的变化对实际问题总体系统的影响，而这在实际问题中是不可能做到的。(5) 简单易懂，结果比较直观。

简介

模拟技术是指利用相似原理,建立研究对象的模型(如形象模型、描述模型、数学模型),并通过模型间接地研究原型规律性的实验方法。它广泛应用于武器系统设计、制造、鉴定、诊断、训练以及军事学习、作战管理等方面,并推广到国民经济的各个领域。

构成

模拟技术如同一切技术学科一样，材料成形学科的发展逐步由“定性”走向“定量”，由“经验”走向‘‘科学”，在这一转变过程中应用基础研究起着关键性的作用。特别值得一提的是，利用计算机进行的模拟技术的发展，使材料成形学科由过去那种依赖于“试验”和“经验”的状态，开始进入“定量分析”阶段。

模拟技术包括数值模拟、物理模拟和专家系统。

数值模拟

所谓数值模拟，是指用一组代数或微分方程(或称为控制方程)来描述一个过程的基本参数的变化关系，利用数值方法求解以获得该过程定量的结果。与传统的解析或经验方法相比，其优点是：

①能提供整个计算领域内所有有关变量完整详尽的数据；

②它不仅能预测出某特定工艺所能得到的最终结果，而且能模拟并显示出工艺过程中的变化情况，使人们对工艺过程变化规律有深入了解；

③配合某些必要的物理模型实验验证，能方便地在计算机上进行工艺方法和工艺参数的优化选择，因而可避免直接采用实物原型的试验，从而大大地缩短试制周期或减少费用；

④在测量方法有困难的情况下，如凝固过程中的流速、含量无法测量时，这是目前唯一的方法。

物理模拟

物理模拟是指采用缩小或放大的比例，或简化的条件，或替代材料的试验模型来代替对原型的研究。物理模拟能保证模型与原型在物理本质上的一致性。如钢在高温(锻造温度)下有类似铅在室温条件下的变形再结晶过程，因此常用铅来模拟研究钢在高温下变形规律。模型实验较用产品试验周期短、费用低，便于定量测量和进行机理研究。

专家系统(ES)

专家系统是一种计算机软件。它把有关领域的专家知识表示成计算机能够利用的形式。它包括知识库、推理机构及人机接口三个核心部分。由于它可以汇集许多专家的知识和经验，以及科学规律和数据，因而它可以避免个别专家依靠经验解决问题的片面性，实现准确、迅速地解决实际生产问题，进行废品分析与改进，生产状况与产品的预测和规划，生产工艺过程的优化与设计，生产过程的自动控制与监测等任务。

数值模拟和物理模拟各有特长和局限性，只有将两者有机结合起来才能得到完善的结果。数值模拟的普遍性和可靠性基于所有控制方程的合理性。材料成形工艺由于工艺因素的错综复杂，目前尚缺乏全面描述其过程的理论关系式。因此必须依赖物理模拟获得对过程的主要影响因素和缺陷形成机理的认识以建立合理的数学模型。而物理模拟的准确性和普遍性对复杂材料成形加工工艺也是很难实现的，物理模拟结果一般不能利用外推的方法。因此，只有将两者有机结合起来，再加上专家系统才能获得较为符合实际的结果。

发展

我们正处在一个数字化的时代，无论是个人消费品，还是工业设备，数字化程度越来越高。高度数字化掩盖不住一个铁的事实，模拟技术应用越来越广泛，对于模拟技术的要求也越来越高。由于价格不断降低，数字电子产品在逐步替代以往的模拟产品，新产品带来的优势是小巧以及对于信息、方便的接收和发送，模拟技术是实现这些功能的关键所在。据有关人士测算，一个产品如果应用了1美元的数字集成电路，需要大约1.4美元的模拟产品来支持。从电源管理、信号处理、人机界面到增长快速的媒体播放，模拟产品无处不在。

中国科学院微电子中心陈杰博士认为，数字技术随着工艺水平不断提高发展很快，为信号处理和存储提供了坚实基础。但模拟技术直接联系客观世界和人机界面，没有好的模拟产品如传感器，信号转换器以及放大器等，一切都无从谈起。由于测试等技术难题，模拟产品的开发需要更高超的技艺，选择好的模拟技术，产品设计才有最起码的保证。美国国家半导体公司亚太地区副总裁兼董事总经理Martin Kidgell曾经表示，在一个数字化程度不断提高的世界中，消费者需要更长的电池寿命，更加清晰的屏幕显示，更优美动听的音色以及更加和谐的人机界面。而这一切都有赖于精湛的模拟技术。意法半导体公司(sTMicroelectronics)中亚太地区总裁苏孝伦先生也认为，模拟技术并没有因为有越来越多的数字产品而削弱，相反，模拟技术仍然发挥着重要作用。事实上在很多情况下，模拟是最具有成本效益的手段，甚至是唯一的解决方案。美国模拟器件公司(ADI)模拟产品部副总裁Lewis Counts先生凭借30多年模拟技术的工作经验认为，数字技术是现在世界的重要部分，但模拟技术增长更加迅猛，原因是只有高性能的模拟产品，数字技术才有可用之处，模拟产品的问题解决起来困难更大，更有魅力，因此在未来的发展更有潜力。

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