過程仿真

過程仿真所包含三個部分：

(1)過程系統；

(2)數學模型；

(3)仿真機。

這三個部分由兩個關係溝通起來：過程系統與數學模型之間的關係 →建模數學模型與仿真機之間的關係 →仿真數學模型是依據過程系統數據源由人工建立的數學描述。這種數學描述能夠產生與過程系統相似的行為數據。仿真機是以現代高速電子計算機、網絡設備、多媒體設備為基礎，由人工建造的模擬實際操作控制或現場裝置環境的機器，同時也是數學模型軟件實時運行的硬件環境。

所謂的特殊作用，就是其他技術很難達到或者無法取代的作用。主要有以下幾個方面：

(1) 過程系統通常屬於大型工業系統，其流程複雜、投資巨大、生產連續性強。從經濟利益和安全性出發，一般不允許在真實系統上進行試驗研究，即必須藉助於仿真手段；

(2) 計劃中或設計中的過程系統，現實世界中尚不存在，只有通過仿真手段進行試驗研究；

(3) 高質量的仿真模型具有預測性。(應用現代高速大容量仿真計算機，人們可以在短時間內預測實際過程系統數月甚至數年時間中所發生的現象和事件，這是仿真技術“超時空”的優點)；

(4) 實際過程系統根本不允許做的試驗。(如超極限運行、破壞性試驗、事故分析等等)，利用仿真技術不會造成任何損失，是最安全的試驗研究方法；

(5) 仿真試驗研究主要在仿真機上進行。與真實系統試驗相比，除了安全以外還能大大節省原材料、能源消耗和人力資源等。 ^[1] 

1.系統定義。確定所研究系統的邊界條件與約束。

2.數據準備。收集和整理各類有關信息，簡化成適當形式，同時對數據可靠性進行核實，為建模做準備。

3.模型表達。把實際系統抽象成數學公式或邏輯流程圖，並進行模型驗證。

4.模型交換。用計算機語言模型變換，即建立仿真模型，並進行模型校核。

5.模型認可。斷定所建模型是否正確合理，是整個建模與仿真過程中極其困難而又非常重要的一步，與模型校核，模型驗證及其它各步都有密切聯繫。

6.戰略設計。根據研究目的和仿真目標，設計一個試驗，使之能提供所需要的信息。

7.戰術設計。確定試驗的具體流程，如仿真執行控制參數、模型參數與系統參數等。

8.仿真執行。運行仿真軟件並驅動仿真系統，得出所需數據，並進行敏感性分析。

9.結果整理。由仿真結果進行推斷，得到一些設計和改進系統的有益結論。

10.實現與維護。使用模型或仿真結果，形成產品並進行維護。

1.仿真實驗任務的擴展

仿真實驗的任務隨着科學技術與生產水平的不斷髮展而不斷擴大，當前已提出：基於仿真的設計、基於仿真的工程，全生命週期的仿真、分佈仿真等方面的仿真任務要求，即對整個設計任務、整個大型工程項目，仿真對象的整個生命週期，以及分佈於廣闊時空各類事物，都能進行高逼真度的仿真，從而達到作出正確決策，指導科學研究、系統開發與生產實踐，培訓乘務人員、操縱人員、指揮人員、決策人員的目的。

2.仿真技術的發展動向

由於仿真理論、方法的提高，仿真實驗任務的擴大以及相關學科的發展，當前發展技術主要向下列幾個方向發展：向廣闊時空發展；向快速、高效與海量信息通道發展；向規模化模型校核 驗證、確認技術發展；向虛擬現實技術發展；向高水平的一體化、智能化仿真環境發展；向廣闊的應用領域擴展與其它有關學科融合。 ^[2] 

採用過程仿真技術輔助訓練，簡而言之就是由人工建造一個與真實系統相似的操作控制設備，或直接採用真實工業控制設備，如模擬儀表盤、DCS工作站等，作為學員的操作控制環境。用計算機及其中運行的實時動態數學模型取代真實的生產裝置，在這樣的仿真環境下學員可以得到非常逼真的操作技能訓練。

過程仿真技術在操作技能訓練方面的應用近十年來在全世界許多國家得到普及，這是因為過程工業在世界各國國民經濟中的地位日顯重要。自動控制水平迅速提高。工業技術發展對操作工人、現場技術人員、管理人員和儀表工人提出了更高的要求。這種新的形勢使得傳統的技術培訓方式已無法滿足需要。發達國家，例如美國、英國、德國、法國、加拿大以及日本等國的大型石油化工企業相繼採用計算機仿真培訓系統訓練操作工人，效果十分突出。大量統計結果表明，仿真培訓可以使工人在數週之內取得現場2-5年的經驗。這種仿真培訓裝置能逼真地模擬工廠開車、停車、正常運行和各種事故狀態的現象。無需投料，沒有危險性，能節省培訓費用，大大縮短培訓時間。美國稱這種仿真培訓系統是提高工人技術素質，確保其在世界取得生產技術領先地位的“秘密武器”和“尖端武器”，並且有許多企業已將仿真培訓列為考核操作工人取得上崗資格的必要手段。