體系工程已經(jīng)成為目前系統(tǒng)工程領(lǐng)域的一個(gè)新熱點(diǎn),也是系統(tǒng)工程未來(lái)發(fā)展的一個(gè)重要方向。對(duì)體系工程的研究是從很多不同的領(lǐng)域和應(yīng)用中起步的,既需要理論創(chuàng)新,也需要實(shí)踐探索和總結(jié)。建模與仿真方法可以為體系工程研究提供多種方式的支持,建?梢栽诤艽蟪潭壬蠋椭覀兏玫乩斫庀到y(tǒng)的設(shè)想并開(kāi)展分析,而通過(guò)仿真得到數(shù)值結(jié)果可以幫助了解體系的動(dòng)態(tài)行為。
《建模與仿真在體系工程中的應(yīng)用》主要展示了如何使用建模與仿真方法來(lái)促進(jìn)體系研究的工作。
《建模與仿真在體系工程中的應(yīng)用》介紹了體系的基本概念、建模與仿真技術(shù)及其與體系的聯(lián)系、建模與仿真相關(guān)理論方法,并結(jié)合國(guó)土安全分析、空中交通系統(tǒng)、歐洲空間局(ESA)體系結(jié)構(gòu)等建模與仿真在體系研究中的真實(shí)應(yīng)用案例,從方法論角度提出了經(jīng)驗(yàn)與展望。
《建模與仿真在體系工程中的應(yīng)用》是運(yùn)籌學(xué)、工程學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、數(shù)學(xué)、建模、仿真以及計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域初學(xué)者和從業(yè)人員的理想?yún)⒖假Y料,也可作為建模和仿真、工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域研究生和博士生的精品課教材。
人造工程系統(tǒng)是人們適應(yīng)世界、改造世界的主要憑據(jù)。隨著人們需求和愿望越來(lái)越大、不同地域系統(tǒng)間交互與協(xié)同更加便捷,系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)化到了一種新的形態(tài),稱作系統(tǒng)之系統(tǒng),即體系(SoS)。特別是在武器裝備領(lǐng)域,跨域多兵種武器平臺(tái)間的聯(lián)合作戰(zhàn)的需求,為體系新形態(tài)的快速形成提供了非常強(qiáng)烈的現(xiàn)實(shí)需求。
體系的概念產(chǎn)生于美國(guó)國(guó)防部,C41SR作戰(zhàn)系統(tǒng)的發(fā)展以及三軍聯(lián)合作戰(zhàn)系統(tǒng)管理的需要,促使美國(guó)國(guó)防部將這種由多個(gè)獨(dú)立的武器系統(tǒng)平臺(tái)組成的、以網(wǎng)絡(luò)為中心、通過(guò)信息交互來(lái)實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)協(xié)同的復(fù)雜大系統(tǒng)從系統(tǒng)工程的管理中獨(dú)立出來(lái)。美軍建成了多個(gè)聯(lián)合作戰(zhàn)體系,其中比較有代表性的如彈道導(dǎo)彈防御體系(MDBS)與海軍一體化火力防空體系(NIFC-CA)等,大大增強(qiáng)了美軍的聯(lián)合作戰(zhàn)能力。針對(duì)體系化作戰(zhàn)設(shè)計(jì)需要,美國(guó)國(guó)防部也開(kāi)發(fā)了一系列體系工程的設(shè)計(jì)技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn),并已逐漸形成成熟的方法體系。
體系工程理論與技術(shù)雖然來(lái)源于武器裝備領(lǐng)域,但其背后的實(shí)質(zhì)在于復(fù)雜工程系統(tǒng)構(gòu)建過(guò)程中的復(fù)雜性與不確定性問(wèn)題。隨著系統(tǒng)科學(xué)的發(fā)展,人們逐漸意識(shí)到,非線性與復(fù)雜性才是世界的本來(lái)面貌。通過(guò)跨學(xué)科應(yīng)用,復(fù)雜工程體系中的復(fù)雜性、不確定性、行為涌現(xiàn)性與動(dòng)態(tài)演化性的形成機(jī)理,以及體系設(shè)計(jì)、建模與驗(yàn)證方法,可以為國(guó)家乃至全人類在復(fù)雜體系的維護(hù)和治理方面提供可借鑒的思路和方法工具,這也是我們開(kāi)展體系工程理論研究的另一個(gè)重要意義。
中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院一直秉承系統(tǒng)工程理論和方法指導(dǎo)工程研制工作,積累了多年的大型復(fù)雜系統(tǒng)集成的工程經(jīng)驗(yàn)。近年來(lái),結(jié)合復(fù)雜裝備體系的工程研制過(guò)程,開(kāi)展了從系統(tǒng)工程向體系工程發(fā)展的理論探索。他山之石,可以攻玉,國(guó)外專家們的實(shí)踐成果與經(jīng)驗(yàn),可以打開(kāi)我們的視野,拓寬我們的思路!督Ec仿真在體系工程中的應(yīng)用》一書,匯集了當(dāng)時(shí)在體系工程及體系建模與仿真領(lǐng)域頂級(jí)學(xué)者們的最新研究成果。通過(guò)書中提到的一系列建模與仿真的案例,我們可從中窺探出美軍在開(kāi)展聯(lián)合作戰(zhàn)體系設(shè)計(jì)時(shí)的基本設(shè)計(jì)思路,也可作為我國(guó)裝備體系化設(shè)計(jì)的重要參考。
拉里·B.雷尼(Larry B.Rainey),美國(guó)完整系統(tǒng)解決方案(Integrity Systems and Solutions)咨詢公司的創(chuàng)始人和高級(jí)合伙人,該公司專門從事導(dǎo)彈防御和太空作戰(zhàn)領(lǐng)域的建模和仿真。獲俄亥俄州立大學(xué)的系統(tǒng)工程專業(yè)碩士和博士學(xué)位。曾擔(dān)任俄亥俄州萊特一帕特森空軍基地空軍理工學(xué)院系統(tǒng)工程客座副教授,以及科羅拉多技術(shù)大學(xué)系統(tǒng)工程副教授;是建模、仿真以及應(yīng)用運(yùn)籌學(xué)方面文章的首席執(zhí)行編輯;是《國(guó)防建模與仿真》雜志的咨詢編輯,計(jì)算機(jī)仿真協(xié)會(huì)和美國(guó)軍事運(yùn)籌學(xué)會(huì)的高級(jí)會(huì)員。
安德利亞斯·圖爾克(Andreas Tolk),美國(guó)弗吉尼亞州樸次茅斯SIMIS公司的首席科學(xué)家,他正在開(kāi)發(fā)和評(píng)估有關(guān)仿真發(fā)展的長(zhǎng)期愿景。美國(guó)弗吉尼亞州諾?耸欣系烂鞔髮W(xué)工程管理和系統(tǒng)工程的兼職教授,在德國(guó)慕尼黑聯(lián)邦國(guó)防軍大學(xué)獲得計(jì)算機(jī)科學(xué)碩士和博士學(xué)位。為期刊、書籍章節(jié)和會(huì)議論文撰寫了200多篇文章,編輯出版多本關(guān)于建模與仿真和系統(tǒng)工程的書籍。2008年獲得弗蘭克·巴滕(Frank Batten)工程技術(shù)學(xué)院頒發(fā)的研究獎(jiǎng),2010年獲得仿真互操作性標(biāo)準(zhǔn)組織頒發(fā)的技術(shù)優(yōu)異獎(jiǎng),以及計(jì)算機(jī)仿真協(xié)會(huì)(SCS)頒發(fā)的杰出專業(yè)貢獻(xiàn)獎(jiǎng),2012年、2014年的SCS杰出專業(yè)成就獎(jiǎng),是計(jì)算機(jī)仿真學(xué)會(huì)以及計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)(ACM)仿真專業(yè)小組(SIGSIM)的董事會(huì)成員,IEEE和SCS的高級(jí)會(huì)員。
第一部分 概述
第1章 建模與仿真在體系工程中的應(yīng)用概述
1.1 動(dòng)因
1.2 目標(biāo)
1.3 本書結(jié)構(gòu)
1.3.1 概述
1.3.2 理論與方法
1.3.3 理論與方法的應(yīng)用
參考文獻(xiàn)
第2章 建模與仿真在體系開(kāi)發(fā)中的作用
2.1 引言
2.2 體系和系統(tǒng)的類別
2.2.1 系統(tǒng)分類和體系
2.2.2 有關(guān)規(guī)模的討論
2.2.3 關(guān)于協(xié)同組合的討論
2.2.4 體系和復(fù)雜性的維度
2.2.5 密切相關(guān)的分類和遺留的教訓(xùn)
2.2.6 什么是涌現(xiàn)?它對(duì)體系來(lái)說(shuō)重要嗎?
2.3 重要系統(tǒng)和類別
2.3.1 常規(guī)的與可持續(xù)的能源系統(tǒng)
2.3.2 航空運(yùn)輸系統(tǒng)
2.3.3 指揮、控制、通信、計(jì)算機(jī)、情報(bào)、監(jiān)視和偵察系統(tǒng)
2.4 體系分類中的建模與仿真
2.4.1 體系是獨(dú)一無(wú)二的
2.4.2 建模與仿真和規(guī)模挑戰(zhàn)
2.4.3 建模與仿真和協(xié)同組合等方面
2.4.4 密切關(guān)聯(lián)分類中的建模與仿真
2.5 架構(gòu).架構(gòu)描述及開(kāi)發(fā)
2.5.1 架構(gòu)的解釋
2.5.2 架構(gòu)和開(kāi)發(fā)
2.5.3 什么是架構(gòu)描述?
2.5.4 架構(gòu)描述為什么重要?
2.5.5 你該如何評(píng)價(jià)優(yōu)秀?
2.6 本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第二部分 理論與方法
第3章 組合性
3.1 引言
3.1.1 章節(jié)結(jié)構(gòu)
3.2 Maier-提出的體系的屬性
3.2.1 獨(dú)立運(yùn)行
3.2.2 獨(dú)立管理
3.2.3 地理分布
3.2.4 涌現(xiàn)行為
3.2.5 進(jìn)化式發(fā)展
3.3 概念建模
3.3.1 參考模型
3.3.2 概念模型
3.3.3 仿真模型
3.4 組合性、互操作性和集成性
3.5 概念互操作模型水平
3.6 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)
3.6.1 分布式交互仿真(IEEE標(biāo)準(zhǔn)1278)
3.6.2 高級(jí)體系結(jié)構(gòu)(IEEE標(biāo)準(zhǔn)1516)
3.6.3 試驗(yàn)與訓(xùn)練使能體系結(jié)構(gòu)
3.7 研究現(xiàn)狀
3.7.1 本體論和語(yǔ)義建模
3.7.2 智能體支持仿真
3.8 本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第4章 一種體系權(quán)衡空間的探索方法
……
第三部分 理論與方法的應(yīng)用
第四部分 結(jié)論
縮略語(yǔ)