1.1 引言

系统仿真技术经过半个多世纪的发展，已经成为运用系统工程理论及方法解决实际问题的主要手段之一。随着仿真应用范围的不断扩展，建模仿真的对象由早期的简单系统发展到现在的复杂工程大系统、社会经济系统、军事作战及装备体系等。它们都具有结构组成、行为逻辑复杂及动态演化的特征，对仿真系统的可扩展性、适应性、可重用性及互操作性等性质提出了更高的要求，迫切希望仿真系统的开发能够像制造业那样，通过灵活地组装零部件快速形成满足不同需求的最终系统，从而能够更好地应对复杂体系的不断演化并做出及时的响应，同时保持对实际体系组成、行为和过程的建模有效性。

组合仿真正是在这种需求背景下提出的一种新的仿真开发思想和范式，它强调最大限度地重用已有仿真模型实现组合与再组合，并通过灵活的组装方式快速构建目标仿真系统，通过组件替换实现仿真系统的升级或修正。组合仿真研究的核心问题是可组合性，目前对可组合性的定义很多，认识还不统一。其中，Petty教授给出的定义颇具影响力，即可组合性是指选择并可采用多种组合机制装配仿真组分形成满足特定应用需求的仿真系统的能力。Tolk在概念互操作模型基础上，指出可组合性具有层次化的特征，将可组合性分为技术、语法、语义、语用和概念五个层次，并提出多层次的组合建模仿真框架，为组合仿真研究奠定了很好的基础。组合仿真的思想正逐步得到学术界和工程领域的认可。

美国国防部（Department of Defense，DoD）为了提高仿真模型及仿真系统的互操作和可组合性，先后推出了SIMNET、DIS（Distributed Interactive Simulation）、ALSP（Aggregate Level Simulation Protocol）、HLA（High Level Architecture）等技术标准，各军兵种也在基于组件的软件工程方法指导下，先后建立了大量的仿真应用系统。实践表明，虽然取得了许多成功应用，但目前距离仿真模型的可组合性仍有相当差距，仿真模型难以组合、难以保证组合正确性的问题仍然十分突出，“烟囱”式仿真系统与仿真开发依旧大量存在。为此，美国国防部建模仿真办公室（Defense Modeling and Simulation Office，DMSO）于2002 年正式提出可组合使命空间（Composable Mission Space Environment，CMSE）的研究倡议，旨在全面提高模型或仿真的可组合性，实现模型和仿真的快速柔性组合。CMSE报告给出了美军未来建模仿真发展的路线图，明确将仿真可组合性视为实现其未来目标的重要保证，如图1.1.1所示。在此之后，兰德公司受DoD委托对如何提高DoD内仿真模型的可组合性进行了专题研究，研究结果表明仅依赖于技术标准难以从根本上解决模型及仿真难以组合的问题，必须从组合仿真理论方面入手进行深入研究，进而制定面向领域人员的建模规范和技术标准。为推动组合仿真理论研究的发展，DoD以可组合性为主题组织了一系列的研究课题，取得了初步成果。在上述研究成果的影响下，可组合性得以逐渐成为DoD内仿真系统开发的一项公认的指导原则，组合仿真已经成为M&S（建模与仿真）领域的研究热点问题。

图1.1.1 美军于2002年提出的M&S的发展前景对可组合性的期望

欧洲航天局（Europe Space Agency，ESA）在空间项目如Galileo系统、火星探测等应用的系统论证研究中，经常面临多领域仿真模型集成与分析的困难。为此ESA委托Vega公司主持制定了仿真模型可移植性（Simulation Model Portability，SMP）标准，在强调可移植性、可重用性的基础上，明确将可组合性作为仿真集成的一个重要目标。SMP标准基于MDA（Model Driven Architecture）的思想，采用平台无关模型和平台相关模型提高仿真模型的可移植性，并基于平台无关模型提高了仿真模型的可组合能力，代表了仿真模型可组合应用的最新发展。为此本书主要基于SMP规范详细介绍了SMP的模型开发和集成方法、SMP的组件模型规范、SMP的元模型规范、SMP的模型开发和运行环境以及SMP规范的应用实例，争取为国内大规模复杂仿真系统的研制提供一些有益的借鉴。