本书围绕复杂体系仿真系统的开发实践需求，以“高性能、高精度、高逼真、高可信”为目标，通过将大型复杂体系仿真软件的开发作为软件工程的一个特例，从软件工程的角度揭示了体系仿真系统的开发与执行过程。同时，运用反射式面向对象和离散事件仿真理论，详细介绍了自主研发的体系仿真平台技术及应用案例，展示了作者团队的最新研究成果。

序 半个多世纪以来，仿真技术在各类应用需求的牵引及有关学科技术的推动下，已经形成了较完整的专业技术体系，并迅速发展为一项通用性、战略性技术。仿真技术与高性能计算一起，已经成为继理论研究、实验研究之后，第三种认识、改造客观世界的手段。当前，仿真技术已渗透和影响到国计民生、国家安全和社会生活等领域的方方面面，且伴随着大数据、云计算、区块链、智联网和元宇宙等新概念、新应用、新模态的横空出世，新一代仿真技术必将赋能各方，推动实现人类社会、信息空间和物理空间的融合发展。尤其在军事应用领域，战争的资源消耗巨大、破坏性极强、结果难以预料，鉴于仿真技术具有经济性和可重复性的天然优势，人们对未来战争的研究和实践将越来越依赖于仿真技术。 体系仿真是以体系为研究实践对象的仿真活动。体系的发展可以追溯到21世纪初，随着系统的发展演变，当系统概念不足以描述系统间协同和涌现效应等非典型复杂系统特征时，体系概念应运而生。随着人类认知范围的拓展和认知能力的提升，经典系统论已经无法满足体系认知的需要，从而就推动产生了体系工程的研究热潮。体系仿真作为研究体系和体系工程实施的重要手段，经过近二十年的快速发展，已经在理论、方法和工程技术等方面结出了累累硕果，为仿真学科建设发展奠定了很好的基础。近年来，伴随着“体系对抗”“网信体系”“智能复杂体系”等概念的不断提出与演进，体系研究进入到新的历史阶段，推动体系仿真成为了仿真学科领域的研究热点。走进网络化、智能化新时代，智慧城市建设、经济和国防发展等推动仿真科技的“智慧赋能”，体系仿真在云网一体、人工智能等新一代信息技术的加持下，对未来数字生态建设以及战争形态演变将发挥不可估量的“催化”作用。 本书以软件工程和体系仿真的学科融合为视角，将基础理论、工程需求和实践经验融为一体，明确了“高性能、高精度、高逼真、高可信”的体系仿真目标，构建了面向体系仿真的平台路线、技术途径及应用案例。本书的难能可贵之处在于：将大型复杂体系仿真软件的开发作为软件工程的一个特例，从软件工程的角度揭示仿真系统开发执行过程，实现了现代软件设计技术与仿真技术的融合创新，并充分展示了本书作者团队近年来的研究成果。总体来说，新时代背景下的体系仿真处于蓬勃发展阶段，本书立足仿真学科建设急需，对体系仿真相关理论、方法和工程技术进行系统的梳理总结和发展展望，本书的出版可以说是恰逢其时，对于推动仿真学科的建设发展具有深远意义。同时，本书对于推动我国仿真系统研发和产业化进程，引领带动仿真行业发展具有重大的技术牵引作用。 中国工程院院士 李伯虎 2022年4月 前言 仿真是目前研究现代战争最经济、最有效的手段。然而，国内大型军用仿真系统的开发和应用长期依赖国外仿真平台，严重制约了国内仿真技术的发展和进步。“十三五”以来，国家和军队下决心研发自主可控的仿真平台，作者团队基于二十多年的理论方法研究和应用实践，聚焦复杂体系仿真集中攻关，成功研制了具有自主知识产权的体系对抗仿真平台，一举打破国外同类软件的垄断，解决了体系仿真“卡脖子”问题，这对于推动我国仿真系统研发和产业化进程，确保军用仿真应用的信息安全，具有深远的影响和重大的军事应用价值。 鉴于国内外尚无将软件理论和体系仿真技术与工程实践应用深度融合的相关图书，作者团队决定将近年来的研究成果进行深入总结，并以专著的形式公开出版。 本书尤其强调将基础理论、工程需求与实践经验相结合，按照“理论、设计、工程、成果”四条主线展开：一是通过将大型复杂仿真软件的开发作为软件工程的一个特例，从软件工程的角度揭示仿真系统的开发与执行过程；二是通过将反射式面向对象理论应用到仿真系统的设计中，展示了现代软件设计的重要技巧和方法；三是通过将离散事件仿真（DEVS）理论融入具体的体系仿真需求，展示经典仿真理论在体系仿真系统开发中的应用；四是通过在重要章节介绍作者团队提出的理论方法和技术路线，展示了团队近年来的创新成果。这些研究成果对于解决军用和民用领域的大规模群体行为仿真应用问题，如重大作战与演习的模拟、大规模核酸检测模拟演练、大型活动筹备规划等，有十分重要的参考和应用价值。 本书的出版得到了中国航天科工集团李伯虎院士、北京航空航天大学李妮教授、南京航空航天大学燕雪峰教授、海军航空大学徐从安副教授的大力支持和帮助，在此深表感谢。作者项目团队温玮和凌绪强在攻读博士学位期间，对体系仿真平台的研发做出了重要贡献；中央军委装备发展部军用仿真技术专业组的领导和专家对仿真平台的研发给予了大力支持；中国航天科工集团四院指挥自动化中心赵亚丽研究员、文斌研究员，中国航天科工集团五院总体部殷建丰研究员对仿真平台的推广应用做了诸多工作；中国科学院自动化研究所张琳研究员参与了平台研发、测试和本书部分内容的编写；电子工业出版社张正梅编辑对本书的出版投入了大量的精力和关注；海军航空大学于婷助理对全书的文字录入和格式编排付出了辛勤的劳动，在此一并表示诚挚的谢意。 我们对本书虽力求完善，然而由于时间和水平有限，书中难免存在不妥及疏漏之处，恳请广大读者不吝赐教，以使本书得以不断补充和完善。 作 者 2022年2月于烟台

第1章 概述 1 1.1 体系对抗仿真 1 1.1.1 体系对抗相关概念 1 1.1.2 体系对抗领域的特点 2 1.1.3 体系仿真实验方法 3 1.1.4 体系仿真支撑平台 5 1.1.5 体系仿真应用系统 8 1.1.6 体系仿真应用模式 9 1.2 国内外现状 11 1.2.1 国内外大型仿真系统与平台 11 1.2.2 国内外仿真系统与平台的主要差距 12 1.2.3 体系仿真面临的主要挑战 13 1.3 研究思路与原则 13 1.4 本章小结 14 第2章 相关技术基础 15 2.1 面向对象技术 15 2.1.1 基本概念 15 2.1.2 面向对象的分析与设计 16 2.1.3 面向对象的优势与不足 17 2.2 软件体系结构与设计模式 19 2.2.1 软件体系结构 19 2.2.2 软件设计模式 21 2.3 计算性反射技术 22 2.3.1 基本概念 22 2.3.2 反射系统基本原理 23 2.3.3 反射与软件适应性 26 2.4 建模仿真技术 28 2.4.1 基本概念 28 2.4.2 建模方法与语言 30 2.4.3 离散事件系统规范 31 2.4.4 网络化仿真 32 2.4.5 并行仿真 36 2.4.6 分布并行一体化仿真 40 2.4.7 云仿真 41 2.5 本章小结 42 第3章 体系仿真过程 43 3.1 体系仿真开发执行过程模型 43 3.2 体系仿真支撑服务及工具 45 3.2.1 仿真引擎服务 46 3.2.2 体系建模工具 48 3.2.3 实体装配工具 53 3.2.4 想定编辑工具 56 3.2.5 实验设计软件 58 3.2.6 分析评估工具 61 3.2.7 导调控制软件 62 3.2.8 可视化软件与界面框架 65 3.2.9 资源管理工具 67 3.3 相关标准规范 70 3.4 本章小结 72 第4章 体系建模技术 73 4.1 体系仿真概念模型 73 4.1.1 公共概念模型 73 4.1.2 体系仿真领域概念模型 75 4.2 多视图协同建模技术 77 4.2.1 视图的概念 77 4.2.2 体系对抗系统视图模型 78 4.2.3 体系对抗业务视图 79 4.2.4 模型视图的语义及表示法 85 4.3 本章小结 89 第5章 实体建模技术 90 5.1 实体静态结构建模 90 5.1.1 组合化建模 91 5.1.2 参数化建模 93 5.2 实体行为与决策建模 94 5.2.1 基于任务计划的行为建模 95 5.2.2 基于行为树的行为建模 102 5.3 基于SRML的仿真建模语言 108 5.3.1 SRML简介 108 5.3.2 XESL建模语言 110 5.4 本章小结 115 第6章 体系仿真模型框架 116 6.1 模型框架视图 116 6.1.1 基于OODA环的模型视图 116 6.1.2 基于实体的模型视图 117 6.2 模型的分类与构成 119 6.2.1 装备模型 119 6.2.2 环境模型 120 6.2.3 行为决策模型 121 6.2.4 毁伤裁决模型 122 6.3 本章小结 123 第7章 体系仿真运行支撑环境 124 7.1 仿真架构模式 124 7.1.1 对称式架构模式 124 7.1.2 前后台架构模式 126 7.1.3 云仿真架构模式 127 7.2 高性能分布式面向对象仿真引擎 128 7.2.1 概述 128 7.2.2 系统架构 129 7.2.3 功能结构 130 7.2.4 接口与服务 131 7.2.5 组件化集成 132 7.3 本章小结 134 第8章 仿真时间管理与调度 135 8.1 仿真时间推进机制 135 8.1.1 概述 135 8.1.2 混合时间推进机制 137 8.2 仿真调度方法 139 8.2.1 大规模多粒度并行调度方法 139 8.2.2 分布并行一体化调度方法 142 8.3 典型优化调度策略 144 8.4 本章小结 146 第9章 仿真对象与事件管理 147 9.1 对象组织管理 147 9.2 对象生命周期管理 150 9.2.1 对象创建 150 9.2.2 对象命名与ID管理 151 9.2.3 对象生命状态管理 152 9.3 对象组合与嵌套 152 9.4 仿真对象序列化 153 9.5 仿真事件管理 154 9.6 本章小结 157 第10章 体系仿真实验及评估技术 158 10.1 仿真实验相关概念 158 10.1.1 实验设计 158 10.1.2 实验因素 159 10.1.3 实验指标 159 10.1.4 实验方案 160 10.1.5 实验评估 160 10.2 体系仿真实验设计 160 10.2.1 实验设计流程 160 10.2.2 实验设计框架 161 10.2.3 实验设计方法 162 10.3 体系效能评估分析 167 10.3.1 体系效能评估 167 10.3.2 体系效能分析 173 10.3.3 智能化评估分析 179 10.4 本章小结 189 第11章 体系仿真应用案例 190 11.1 海战场体系仿真 190 11.1.1 海战场体系仿真需求 191 11.1.2 海战场体系仿真建模 191 11.1.3 海战场体系仿真系统 198 11.1.4 海上编队联合作战实验 201 11.2 大规模核酸检测模拟演练 205 11.2.1 模拟演练场景配置 206 11.2.2 模拟演练模型构建 208 11.2.3 模拟演练系统设计 210 11.2.4 模拟演练实验评估 213 11.3 本章小结 220 第12章 回顾、建议与展望 221 12.1 研究成果总结回顾 221 12.1.1 体系仿真过程模型与平台框架 221 12.1.2 体系仿真建模技术 221 12.1.3 仿真引擎核心技术 222 12.1.4 体系仿真实验与效能评估技术 222 12.1.5 体系仿真案例 223 12.2 问题与建议 223 12.2.1 面向体系仿真的多视图建模方法 223 12.2.2 自组织行为的模拟 223 12.2.3 基于应用特征的高性能计算 224 12.2.4 模型粒度动态控制 224 12.2.5 防系统崩溃的可信计算 224 12.2.6 面向过程的序贯实验设计 224 12.2.7 基于仿真大数据的评估优化 225 12.3 研究方向展望 225 12.3.1 基于云计算的体系仿真 225 12.3.2 智能化仿真 225 12.3.3 虚实共生的数字孪生 226 附录A HDOSE仿真引擎编程模型与接口规范 227 附录B 中英文缩略语对照表 244 参考文献