系统仿真技术 剡昌锋刘军 兰州理工大学机电工程学院
系统仿真技术 剡昌锋 刘军 兰州理工大学机电工程学院
概述 口几个例子 口1、加加林遇难新说 口1968年3月27日加加林遇难 口1988年1月18日塔斯社报道(参考消息1月28日) “当天清晨,批前苏联宇航员前往莫斯科郊外的契卡洛去斯基航天场进行 米格-15歼击机的飞行训练。在几名宇航员中,加加林第一个驾机起飞,与他 起驾驶这架飞机的人是他的飞行教官、航空团副团长弗拉基米尔·谢廖金。加加 林和谢寥金于10点19分驾机起飞 分钟后训练完毕,地面机场调度员听到加 加加林驾驶的米格15进入前面飞机产生的湍流区域而进行螺旋飞行状态今 加林请求返航的声音可是紧接着,地面塔育就失去了加加林的消息接着加 林和谢寥金驾驶的飞机已经坠毁在了离航天场不远处的弗拉基米尔新村附近 “驾驶员做了5~6次摆脱操作,但缺少约2秒的时间” 在250~300米高度 出了问题
概 述 几个例子： 1、加加林遇难新说 1968年3月27日 加加林遇难 1988年1月18日 塔斯社报道（参考消息1月28日） “当天清晨，一批前苏联宇航员前往莫斯科郊外的契卡洛夫斯基航天场进行 米格-15歼击机的飞行训练。在几名宇航员中，加加林第一个驾机起飞，与他一 起驾驶这架飞机的人是他的飞行教官、航空团副团长弗拉基米尔·谢廖金。加加 林和谢寥金于10点19分驾机起飞，几分钟后训练完毕，地面机场调度员听到加 加林请求返航的声音，可是紧接着，地面塔台就失去了加加林的消息。接着加加 林和谢寥金驾驶的飞机已经坠毁在了离航天场不远处的弗拉基米尔新村附近。 加加林驾驶的米格15进入前面飞机产生的湍流区域而进行螺旋飞行状态” ， “驾驶员做了5~6次摆脱操作，但缺少约2秒的时间” ； “在250~300米高度 出了问题
几个例子(续) 2、气囊弹射速度确定 (1997年,美国)原来220英里/小时,在加拿大一年统计:6000件事故 救了4000人,打死2000人;1997年12月美国众议院通过,调整到 180英里/小时。 据计算,正规的安全气囊必须在发生汽车碰撞后的0.01秒内微处理器开 始工作,0.03秒内点火装置后动,0.05秒内高压气体进入气:0.08 秒内气囊向外膨胀,011秒内气囊完全胀大,此刻之后,驾车者才会撞 上气囊。 口3、美国三种典型导弹研制过程仿真技术的作用 原计划发仿真后实节省导弹节省费用(单位:千万美元) 射 发 爱国者141 101 40 8.0 罗兰特224 95 129 4.2 尾刺 185 114 71 2.5
2、气囊弹射速度确定 （1997年，美国）原来220英里/小时，在加拿大一年统计：6000件事故， 救了4000人，打死2000人；1997年12月美国众议院通过，调整到 180英里/小时。 据计算，正规的安全气囊必须在发生汽车碰撞后的0.01秒内微处理器开 始工作，0.03秒内点火装置启动，0.05秒内高压气体进入气囊，0.08 秒内气囊向外膨胀，0.11秒内气囊完全胀大，此刻之后，驾车者才会撞 上气囊。 3、美国三种典型导弹研制过程仿真技术的作用 原计划发 射 仿真后实 发 节省导弹 节省费用（单位：千万美元） 爱国者 141 101 40 8．0 罗兰特 224 95 129 4．2 尾 刺 185 114 71 2．5 几个例子（续）
世贸大厦倒塌的结构问题
世贸大厦倒塌的结构问题
电视机抗跌落分析 设计工程师提 供结构改进及 包装设计的理 论依据 图1电视机模型
电视机抗跌落分析 设计工程师提 供结构改进及 包装设计的理 论依据
LS-DYNA的计算结果 结构整体等效应力分市 前壳的应力分布 (时刻8至秒) 泡末的变形能曲线
LS-DYNA的计算结果
1系统、模型与仿真 口1.1系统 GGo|den-系统这个术语已经在各个领域用得 如此广泛,以至很难给它下一个定义 系统--最早见著“世界大系统” 德谟克利特(公元前460一公元前370年) 任何事物都是在联系中显现出来的,都是在系统 中存在的,系统联系规定每一事物,而每一联系 又能反映系统的联系的总貌。” G. Golden---“按照某些规律结合起来,互相作 用、互相依存的所有实体的集合或总和
1 系统、模型与仿真 1.1 系统 G.Golden----“系统这个术语已经在各个领域用得 如此广泛，以至很难给它下一个定义。” 系统----最早见著 “世界大系统” 德谟克利特（公元前460－公元前370年） “任何事物都是在联系中显现出来的，都是在系统 中存在的，系统联系规定每一事物，而每一联系 又能反映系统的联系的总貌。” G.Golden---- “按照某些规律结合起来，互相作 用、互相依存的所有实体的集合或总和”
系统思想的回顾 类实例 内容 对系统论的主要贡献 《易经》与用独特的爻卦、阴阳体系表征世间1间万物由要素组 阴阳八卦万物并解释世界 成,要素之间存在相 1.将阴阳与五行结合,并用此表征互联系; 国 万物 2要素的不同组合、不 古阴阳五行|2.把人作为一个完整的复杂,利用同结构可以形成世间 代和《皇帝内阴阳平衡、天人相应原理解释人体万物 文经》 生理现象 3将阴阳平衡思想应用 化 3.提出对人的疾病要辨证施治,是于医学,成功地分析 的 传统中医中药学发展的理论基础。了人的生理系统,发 系 对军事、自然、社会等现象进行论展了中国医学 统诸子百家与争,形成了中国独有的军事(《孙根据对军事对弈中敌 想著名系统工子兵法》、自然科学(日晷)、道我彼此关系的分析 程案例 德和社会伦理(儒家等)体系,并提出的对策直接贡献 将其应用于具体的工程项目(都江给了系统科学中的对 堰等) 策理论
系统思想的回顾 类 别 实 例 内 容 对系统论的主要贡献 1 .将阴阳与五行结合，并用此表征 万物； 2 .把人作为一个完整的复杂，利用 阴阳平衡、天人相应原理解释人体 生理现象； 3 .提出对人的疾病要辨证施治，是 传统中医中药学发展的理论基础。 诸子百家与 著名系统工 程案例 对军事、自然、社会等现象进行论 争，形成了中国独有的军事（《孙 子兵法》、自然科学（日晷）、道 德和社会伦理（儒家等）体系，并 将其应用于具体的工程项目（都江 堰等） 中 国 古 代 文 化 的 系 统 思 想 《易经》与 阴阳八卦 用独特的爻卦、阴阳体系表征世间 万物并解释世界 阴 阳 五 行 和《皇帝内 经 》 1.世间万物由要素组 成，要素之间存在相 互联系； 2.要素的不同组合、不 同结构可以形成世间 万物； 3.将阴阳平衡思想应用 于医学，成功地分析 了人的生理系统，发 展了中国医学； 4.根据对军事对弈中敌 我彼此关系的分析， 提出的对策直接贡献 给了系统科学中的对 策理论
系统思想的回顾 /哥白尼的《对复杂的天体系统有深刻研究; 天体运行论|2.提出日心说 1.研究的深入导 培根的《新凵对科学研究方法有独到研究 致了自然科学分 工具论》|2.提出定性一归纳推理的研究方法 支的发展,自然 /笛卡尔的《将几何学代数化,创立了解析几何:科学的整体得到 方法论》和2.提出了数学一演绎的研究方法 了专业化细分 《解析几何.提出了质量、时间、空间三个基本量纲:2取得了人类对 4.提出“我思固我在 自然系统的组成 科学的系 马克思的系[提出了辩证法和唯物主义; 要素关系、运 统思想2.提出了辩证法三个规律。 行规律等方面认 1取得了人类历史上一系列最重大的科学发识的突破性成 反映系统思明: 果 田想的其他科②创立了物理学、化学、生物学等自然科学3发展和完善了 想学成果及其分支 科学的方法论。 3.丰富了数学、天文学、哲学理论
系统思想的回顾 1.对复杂的天体系统有深刻研究； 2.提出日心说。 1.对科学研究方法有独到研究； 2.提出定性—归纳推理的研究方法。 1.将几何学代数化，创立了解析几何； 2.提出了数学—演绎的研究方法； 3.提出了质量、时间、空间三个基本量纲； 4.提出“我思固我在”。 1.提出了辩证法和唯物主义； 2.提出了辩证法三个规律。 1 .取得了人类历史上一系列最重大的科学发 明 ； 2 .创立了物理学、化学、生物学等自然科学 及其分支； 3.丰富了数学、天文学、哲学理论。 培根的《新 工具论》 笛卡尔的《 方法论》和 《解析几何 学 》 马克思的系 统思想 反映系统思 想的其他科 学成果 1.研究的深入导 致了自然科学分 支的发展，自然 科学的整体得到 了专业化细分； 2.取得了人类对 自然系统的组成 、要素关系、运 行规律等方面认 识的突破性成 果 ； 3.发展和完善了 科学的方法论。 近 现 代 西 方 自 然 科 学 的 系 统 思 想 哥白尼的《 天体运行论
系统(续) 例子: 理发馆系统: 实体:服务员、顾客 顾客:按某种规律到达,服务完毕后顾客离去 服务员:根据顾客的要求,按一定的程序服务 相互作用:顾客到达模式影响着服务员的工作忙 闲状态和顾客排队状态 服务员的多少和服务效率:影响着顾客接受服务的 质量
系统 （续） 例子： 理发馆系统： 实体：服务员、顾客 顾客：按某种规律到达，服务完毕后顾客离去 服务员：根据顾客的要求，按一定的程序服务 相互作用： 顾客到达模式影响着服务员的工 作忙 闲状态和顾客排队状态 服务员的多少和服务效率：影响着顾客接受服务的 质量