摘要： 综述国内外建模和模拟（Modeling and Simulation，M&S）的验证与确认（Verification and Validation，V&V）的相关概念、术语、规范、置信度评估方法和应用等方面的发展和研究进展，概括M&S的V&V中的几个关键问题，构建复杂工程M&S的V&V的知识指南，为M&S的V&V技术真正走向应用提供参考.
关键词： 复杂工程； 建模和模拟； 验证与确认； 置信度评估； 知识指南
中图分类号： TB115文献标志码： A
Abstract： The development and research advances of Verification and Validation（V&V） of Modeling and Simulation（M&S） in China and abroad are reviewed， including concepts， terminologies， specifications， and confidence evaluation methods and applications； a few key issues in V&V of M&S are summarized； a knowledge guide of V&V of M&S for complex engineering is given， which provides reference for the practical application of V&V of M&S.
Key words： complex engineering； modeling and simulation； verification and validation； confidence evaluation； knowledge guide
0引言
在科学和工程设计过程中，理论、实验和数值模拟是3种基本研究手段.现代计算机硬件和软件能力的飞速发展为强化高性能、大规模数值模拟研究提供前所未有的条件，数值模拟的重要性愈加显著.数值模拟中建模和模拟（Modeling and Simulation，M&S）本身的可信度评估是高置信度数值模拟的核心，直接影响基于数值模拟和少量试验支撑的复杂系统的可靠性认证.验证和确认（Verification and Validation ，V&V）是复杂工程系统可靠性认证中M&S置信度评估的重要手段.近年来，随着数值模拟系统日益广泛应用，V&V的重要性愈来愈为数值模拟系统开发者和使用者所重视，对V&V概念、理论、标准和相关方法的研究已成为复杂工程M&S可信度评估的重要内容.1复杂工程M&S的V&V现状
1.1国外研究现状和发展趋势
数值模拟在工业设计、产品性能分析和优化设计中的地位日显重要，国外尤其是美国非常重视M&S的V&V的概念、术语、规范、可信度评估方法和应用等的研究.
1.1.1概念、术语和规范
早在20世纪六七十年代，美国计算机仿真学会（Society for Computer Simulation，SCS）成立模型可信性技术委员会（Technical Committee on Model Credibility，TCMC），专门进行与M&S置信度评估相关的V&V方法的概念、术语和规范的研究.在20世纪90年代确定的V&V哲学观点无法对工程和技术领域的仿真结果进行可信性评估.20世纪90年代以后，由于M&S置信度评估在国家重大工程的研发和设计中的重要性越来越强，国外许多政府、民间部门和学术研究机构先后成立相应的组织或协会，以制定各自的M&S置信度评估及V&V的概念、术语和规范.美国几大工程协会不断组织人力、投入资金开展M&S置信度评估概念、术语和规范的研究.自1984年美国电器与电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）出版V&V相关术语至今，V&V相关概念、术语、规范一直都在完善.这些术语随后被美国核科学协会（American Nuclear Society，ANS）和国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）采用，建立各自领域的标准.美国航空航天学会（American Institute of Aeronautics and Astronautics，AIAA）组织各个不同行业的代表进行研究，于1998 年起草计算流体动力学验证和确认的指南；2010年以来在此领域一直很活跃的OBERKAMPF等[1]对此进行系统总结，综述机械工程领域现代数值模拟中M&S的V&V的发展，详细全面论述M&S的V&V的基本概念、原理、步骤和系统的发展过程.1996年，美国国防部（Department of Defense，DoD）的国防建模与仿真办公室（Defense Modeling Simulation Office，DMSO）成立军用仿真V&V工作技术支持小组，专门制定验证、确认和认证（Verification，Validation and Accreditation，VV&A）技术发展的政策与规范，并逐渐形成系统仿真领域的VV&A体系.[2]1998年，美国能源部（Department of Energy，DoE）的3大实验室逐渐将V&V引入武器库存管理计划，给出M&S中准确度、误差、不确定度和确认域的概念内涵、M&S的V&V涉及的几个重要模型（客观世界、概念模型、物理模型和计算模型等）以及M&S的V&V活动的关系，其目的是通过V&V量化物理建模中模型的不确定度和程序研制中数值算法的误差，增强高置信度的数值模拟能力.1998年，美国机械工程师协会（American Society of Mechanical Engineers，ASME）Journal of Fluids Engineering杂志成立协调小组.该小组的工作重点是推动对数值模拟中误差估计，不确定度量化、验证和确认以及置信度评估方法的讨论.该小组组织一系列ASME论坛和研讨会讨论上述主题，并逐步编写和颁布系列V&V标准：2006 年颁布关于“计算固体力学V&V的指南”，即ASME V&V 102006 Guide for Verification and Validation in Computational Solid Mechanics；2009年颁布“计算流体力学和传热学的V&V标准”，即ASME V&V 202009 Standard for Verification and Validation in Computational Fluid Dynamics and Heat Transfer；2012年颁布“计算固体力学V&V概念的案例说明”，即ASME V&V 10.12012 An Illustration of the Concepts of Verification and Validation in Computational Solid Mechanics.ASME经过二十几年的发展，在复杂工程M&S的V&V的概念和方法上取得显著成果，但仍将M&S的V&V涉及的概念在不同领域的本地化作为研究核心，至今仍在结合实际应用研究完善相关概念、术语和规范.
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