仿真學

仿真學，是指仿真技術隨需求發展，提出了大量共同性的理論、方法和技術問題，從而逐步形成的一門獨立的學科。

基本介紹

• 中文名：仿真學
• 發展內容：仿真技術隨需求發展
• 提出內容：了大量共同性的理論
• 實質：綜合性學科

百科名片

仿真技術套用範圍十分廣泛，無孔不入的一門綜合性學科，已廣泛套用於航空、航天、通信、船舶、交通運輸、軍事、化工、生物、醫學、社會經濟系統等自然科學與社會科學的各個領域，其重要性已廣為人知；仿真技術用於揭示已知對象和未知對象的內在特性、分系統之間的關係和運作規律，以研究已知和預測未知。

人類仿生雛型

人類仿生的行為雖然早有雛型，但是在20世紀40年代以前，人們並沒有自覺地把生物作為設計思想和創造發明的源泉。科學家對於生物學的研究也只停留在描述生物體精巧的結構和完美的功能上。而工程技術人員更多的依賴於他們卓越的智慧，辛辛苦苦的努力，進行著人工發明。他們很少有意識的向生物界學習。

現實事例

以下幾個事實可以說明：人們在技術上遇到的某些難題，生物界早在千百萬年前就曾出現，而且在進化過程中就已解決了，然而人類卻沒有從生物界得到應有的啟示。

在第一次世界大戰時期，出於軍事上的需要，為使艦艇在水下隱蔽航行而製造出潛水艇。當工程技術人員在設計原始的潛艇時，是先用石塊或鉛塊裝在潛艇上使它下沉，如果需要升至水面，就將攜帶的石塊或鉛塊扔掉，使艇身回到水面來。以後經過改進，在潛艇上採用浮箱交替充水和排水的方法來改變潛艇的重量。以後又改成壓載水艙，在水艙的上部設放氣閥，下面設注水閥，當水艙灌滿海水時，艇身重量增加使可它潛入水中。需要緊急下潛時，還有速潛水艙，待艇身潛入水中後，再把速潛水艙內的海水排出。如果一部分壓載水艙充水，另一部分空著，潛水艇可處於半潛狀態。潛艇要起浮時，將壓縮空氣通入水艙排出海水，艇內海水重量減輕後潛艇就可以上浮。如此優越的機械裝置實現了潛艇的自由沉浮。但是後來發現魚類的沉浮系統比人們的發明要簡單得多，魚的沉浮系統僅僅是充氣的魚鰾。鰾內不受肌肉的控制，而是依靠分泌氧氣進入鰾內或是重新吸收鰾內一部分氧氣來調節魚鰾中氣體含量，促使魚體自由沉浮。然而魚類如此巧妙的沉浮系統，對於潛艇設計師的啟發和幫助已經為時過遲了。

聲音是人們生活中不可缺少的要素。通過語言，人們交流思想和感情，優美的音樂使人們獲得藝術的享受，工程技術人員還把聲學系統套用在工業生產和軍事技術中，成為頗為重要的信息之一。自從潛水艇問世以來，隨之而來的就是水面的艦船如何發現潛艇的位置以防偷襲；而潛艇沉入水中後，也須準確測定敵船方位和距離以利攻擊。因此，在第一次世界大戰期間，在海洋上，水面與水中敵對雙方的鬥爭採用了各種手段。海軍工程師們也利用聲學系統作為一個重要的偵察手段。首先採用的是水聽器，也稱噪聲測向儀，通過聽測敵艦航行中所發出的噪聲來發現敵艦。只要周圍水域中有敵艦在航行，機器與螺旋槳推進器便發出噪聲，通過水聽器就能聽到，能及時發現敵人。但那時的水聽器很不完善，一般只能收到本身艦隻的噪聲，要偵聽敵艦，必須減慢艦隻航行速度甚至完全停車才能分辨潛艇的噪音，這樣很不利於戰鬥行動。不久，法國科學家郎之萬（1872～1946）研究成功利用超音波反射的性質來探測水下艦艇。用一個超音波發生器，向水中發出超音波後，如果遇到目標便反射回來，由接收器收到。根據接收回波的時間間隔和方位，便可測出目標的方位和距離，這就是所謂的聲納系統。人造聲納系統的發明及在偵察敵方潛水艇方面獲得的突出成果，曾使人們為之驚嘆不已。豈不知遠在地球上出現人類之前，蝙蝠、海豚早已對“回聲定位”聲納系統套用自如了。

生物在漫長的年代裡就是生活在被聲音包圍的自然界中，它們利用聲音尋食，逃避敵害和求偶繁殖。因此，聲音是生物賴以生存的一種重要信息。義大利人斯帕蘭贊尼很早以前就發現蝙蝠能在完全黑暗中任意飛行，既能躲避障礙物也能捕食在飛行中的昆蟲，但是堵塞蝙蝠的雙耳後，它們在黑暗中就寸步難行了。面對這些事實，帕蘭贊尼提出了一個使人們難以接受的結論：蝙蝠能用耳朵“看東西”。第一次世界大戰結束後，1920年哈台認為蝙蝠發出聲音信號的頻率超出人耳的聽覺範圍。並提出蝙蝠對目標的定位方法與第一次世界大戰時郎之萬發明的用超音波回波定位的方法相同。遺憾的是，哈台的提示並未引起人們的重視，而工程師們對於蝙蝠具有“回聲定位”的技術是難以相信的。直到1983年採用了電子測量器，才完完全全證實蝙蝠就是以發出超音波來定位的。但是這對於早期雷達和聲納的發明已經不能有所幫助了。

另一個事例是人們對於昆蟲行為為時過晚的研究。在利奧那多·達·文西研究鳥類飛行造出第一個飛行器400年之後，人們經過長期反覆的實踐，終於在1903年發明了飛機，使人類實現了飛上天空的夢想。由於不斷改進，30年後人們的飛機不論在速度、高度和飛行距離上都超過了鳥類，顯示了人類的智慧和才能。但是在繼續研製飛行更快更高的飛機時，設計師又碰到了一個難題，就是氣體動力學中的顫振現象。當飛機飛行時，機翼發生有害的振動，飛行越快，機翼的顫振越強烈，甚至使機翼折斷，造成飛機墜落，許多試飛的飛行員因而喪生。飛機設計師們為此花費了巨大的精力研究消除有害的顫振現象，經過長時間的努力才找到解決這一難題的方法。就在機翼前緣的遠端上安放一個加重裝置，這樣就把有害的振動消除了。可是，昆蟲早在三億年以前就飛翔在空中了，它們也毫不例外地受到顫振的危害，經過長期的進化，昆蟲早已成功地獲得防止顫振的方法。生物學家在研究蜻蜓翅膀時，發現在每個翅膀前緣的上方都有一塊深色的角質加厚區——翼眼或稱翅痣。如果把翼眼去掉，飛行就變得蕩來蕩去。實驗證明正是翼眼的角質組織使蜻蜓飛行的翅膀消除了顫振的危害，這與設計師高超的發明何等相似。假如設計師們先向昆蟲學習翼眼的功用，獲得有益於解決顫振的設計思想，就可似避免長期的探索和人員的犧牲了。面對蜻蜓翅膀的翼眼，飛機設計師大有相見恨晚之感！

以上這三個事例發人深省，也使人們受到了很大啟發。早在地球上出現人類之前，各種生物已在大自然中生活了億萬年，在它們為生存而鬥爭的長期進化中，獲得了與大自然相適應的能力。生物學的研究可以說明，生物在進化過程中形成的極其精確和完善的機制，使它們具備了適應內外環境變化的能力。生物界具有許多卓有成效的本領。如體內的生物合成、能量轉換、信息的接受和傳遞、對外界的識別、導航、定向計算和綜合等，顯示出許多機器所不可比擬的優越之處。生物的小巧、靈敏、快速、高效、可靠和抗干擾性實在令人驚嘆不已~~~

仿真學理論

系統仿真學可總結一些幾點:1.仿真技術是出自對系統的研究，是通過用系統模型對真實系統或設計中的系統進行試驗，以達到分析、研究和設計該系統的目的；2.仿真技術是以計算機為基礎，計算機能力提高了，仿真技術水平也提高，使之有能力去描述更複雜的系統；3.仿真技術隨需求發展，提出了大量共同性的理論、方法和技術問題，致使仿真逐步形成了一門獨立的學科；4.仿真技術已成為計算機套用的一個重要的領域；5.仿真技術套用範圍十分廣泛，無孔不入的一門綜合性學科，已廣泛套用於航空、航天、通信、船舶、交通運輸、軍事、化工、生物、醫學、社會經濟系統等自然科學與社會科學的各個領域，其重要性已廣為人知；6.仿真技術用於揭示已知對象和未知對象的內在特性、分系統之間的關係和運作規律，以研究已知和預測未知；7.仿真技術是高技術領域中的關鍵技術之一。由系統內部的實體，屬性，和活動組成的整體稱為系統的狀態，處於平衡狀態的系統稱為靜態系統，狀態隨時間不斷變化著的系統稱為動態系統．按狀態變化是否連續又可分為連續系統和離散系統．