仿真VV&A分析和管理方法研究

论文摘要

建模和仿真(M&S,Modeling and Simulation)技术与高性能计算一起,正成为继理论研究和实验研究之后第三种认识、改造客观世界的重要手段。仿真要取得成功,首先要考查它是否具有较高的可信度,缺乏足够可信性的仿真是没有意义的。VV&A(Verification,Validation and Accreditation)的目的是保证仿真质量和可信性,它已成为当前仿真研究的热点和难点问题。本文围绕VV&A展开工作,从VV&A管理方法和分析方法两个角度进行研究,涉及VV&A规划、M&S设计V&V、实施V&V和M&S评估等过程。论文主要工作如下:1.论文总览了目前VV&A研究动态,并重点对VV&A规程的研究进展作了综述,介绍、对比并分析了目前国际上几种主流VV&A标准和规范,总结了VV&A规程研究的特点和发展趋势。2.在VV&A管理方法方面,论文首先提出一种V&V活动管理方法VVAAMM,该方法综合考虑M&S产品测试和过程跟踪监控等相关V&V活动,可进行V&V活动的选择、冗余、裁剪、集成和可视化,还可生成VV&A指导流程,从而实现不同强度和等级的V&V活动管理。在此基础上,提出一种基于风险分析的VV&A分级管理方法SimFMECA,该方法将传统的FMECA进行改进后引入到M&S领域以对M&S进行风险分析,根据风险分析结果来确定所需的VV&A等级,然后通过VVAAMM来选择必要的V&V活动,以实现VV&A的分级管理。3.在VV&A分析方法上,论文主要从三个方面进行研究。首先将可靠性技术和VV&A技术进行融合,研究了基于可靠性的VV&A方法,并重点给出了基于故障分析的VV&A方法和基于软件可靠性的VV&A方法,这些方法旨在提高M&S的可信性和质量水平。然后,针对人在回路仿真提出了一种综合模糊VV&A评估方法,该方法采用模糊相似理论对实物模型进行相似度计算,采用模糊综合评判方法对物理效应设备可信性进行评价,从而达到综合评估人在回路仿真运行有效性的目的。最后,提出面向质量的VV&A方法,在总结现有工作的基础上,首先对M&S质量进行定义,并以M&S可靠性为例进行详细说明,然后提出一种基于多级模糊综合评判的M&S质量评估方法,以对M&S的各种质量特性进行全面评价。4.将所提方法应用于基于MOVE的虚拟航海仿真系统,从系统VV&A规划、系统设计和实施V&V和系统确认、评估等四个方面进行描述。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 VV&A简介
• 1.1.1 VV&A定义
• 1.1.2 VV&A作用
• 1.1.3 VV&A原则
• 1.1.4 VV&A过程
• 1.1.5 VV&A技术
• 1.2 VV&A主要研究动态
• 1.3 VV&A规程研究进展
• 1.3.1 当前VV&A规程介绍
• 1.3.2 分析和比较
• 1.3.3 结论
• 1.4 论文的研究内容和组织结构
• 1.4.1 论文的研究内容
• 1.4.2 本文的组织结构
• 第二章 基于VVAAMM的V&V活动管理方法
• 2.1 VVAAMM引入
• 2.1.1 M&S过程和产品
• 2.1.2 V&V三角形方法
• 2.1.3 VVAAMM的特点
• 2.2 VVAAMM立方体
• 2.3 VVAAMM中的V&V强度
• 2.4 M&S产品V&V活动选择
• 2.5 M&S过程V&V活动选择
• 2.6 V&V活动管理
• 2.6.1 确定VV&A级别、SPDT和SPCT
• 2.6.2 V&V活动集成和可视化
• 2.6.3 V&V指导流程生成
• 2.6.4 动态V&V指导流程生成
• 2.7 本章小结
• 第三章 基于风险的VV&A分级管理
• 3.1 风险与VV&A
• 3.2 M&S风险分析与VV&A分级管理方法
• 3.2.1 M&S风险分析方法
• 3.2.2 M&S VV&A分级管理方法
• 3.3 FMECA方法
• 3.4 基于SIMFMECA的VV&A分级方法
• 3.4.1 SimFMECA的改进
• 3.4.2 SimFMECA分析步骤
• 3.4.3 M&S系统分解
• 3.4.4 SimFMECA FMI
• 3.4.5 S、O和D的确定
• 3.4.6 M&S风险确定
• 3.4.7 所需的VV&A类型和等级
• 3.4.8 选择适当的VV&A活动
• 3.4.9 VV&A分级管理过程
• 3.4.10 制定VV&A计划
• 3.5 SIMFMECA扩展
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于可靠性技术的VV&A方法
• 4.1 可靠性工程和技术
• 4.1.1 可靠性工程
• 4.1.2 可靠性技术
• 4.2 基于可靠性分析的VV&A方法
• 4.2.1 基于故障分析的VV&A方法
• 4.2.2 基于软件可靠性的VV&A方法
• 4.3 本章小结
• 第五章 综合模糊VV&A评估方法
• 5.1 人在回路仿真有效性评估
• 5.2 模糊理论和模糊方法
• 5.2.1 模糊数定义
• 5.2.2 模糊AHP方法
• 5.2.3 模糊相似理论
• 5.2.4 模糊综合评判
• 5.3 综合模糊VV&A评估方法
• 5.3.1 典型模糊数定义
• 5.3.2 模糊相似理论改进
• 5.3.3 综合模糊VV&A评估方法框架和步骤
• 5.4 本章小结
• 第六章 面向质量的VV&A
• 6.1 M&S质量及VV&A
• 6.2 M&S质量定义
• 6.2.1 M&S系统质量概念
• 6.2.2 M&S质量范围
• 6.2.3 M&S质量内涵
• 6.2.4 M&S质量外延
• 6.3 面向质量的VV&A过程
• 6.4 M&S系统可靠性
• 6.4.1 M&S可靠性重要性
• 6.4.2 M&S可靠性相关定义
• 6.4.3 M&S可靠性度量
• 6.5 M&S质量模糊综合评判方法
• 6.6 本章小结
• 第七章 虚拟航海仿真系统VV&A
• 7.1 MVNSS介绍
• 7.1.1 MOVE系统简介
• 7.1.2 MVNSS介绍
• 7.2 MVNSS的VV&A方法
• 7.2.1 MVNSS VV&A规划
• 7.2.2 MVNSS设计和实施V&V
• 7.2.3 MVNSS评估和确认
• 7.3 本章小结
• 第八章 总结与展望
• 8.1 论文总结和贡献
• 8.2 论文创新之处
• 8.3 论文不足之处和展望
• 参考文献
• 攻读博士学位论文期间发表的学术论文
• 攻读博士学位论文期间参与的科研项目
• 攻读博士学位论文期间的获奖情况