Преимущества и практическое применение компьютерного моделирование систем
Компьютерное моделирование – это процесс создания компьютерной модели на одном или нескольких вычислительных узлах.
При помощи компьютерного моделирование систем реализуется представление системы в виде модели, которая отлична от реальной, но приближена к алгоритмическому описанию. Полученная модель состоит из набора данных, которые характеризуют свойства системы и динамику их изменения во времени. В настоящее время компьютерные модели являются обычным инструментом математического моделирования и используются в таких областях, как метрология, астрофизика, механика, физика, биология, социология, экономика, машиностроение, радиоэлектроника, автомобилестроение и т.п. Они применяются для получения новых знаний об объекте или системе. Компьютерное моделирование представляет собой эффективный способ изучения сложной системы. Компьютерные модели проще и удобнее исследовать, благодаря возможность проведения вычислительных экспериментов, которые невозможный в реальных условиях. Компьютерное моделирование системы предоставляет возможность:
- Осуществлять эксперименты без риска негативных последствий для окружающей среды или человека.
- Расширять круг исследовательских объектов.
- Определять оптимальную структуру системы, без необходимости изготовления пробного экземпляра.
- Визуализировать любой объект.
- Получать нужные характеристики в графическом или числовом виде.
- Исследовать процессы и явления в динамике их развертывания.
- Управлять временем - ускорять, замедлять, останавливать.
- Осуществлять многоразовые испытания модели, возвращая каждый раз ее в первичное состояние.
На практике компьютерное моделирование позволяет: анализировать распространение загрязняющих веществ, моделировать результат пластической операции, проектировать шумовые барьеры, конструировать транспортные средства, осуществлять конечно-элементное моделирование краш-тестов, симулировать полет на авиационном тренажере, моделировать сценарии развития городов, прогнозировать погоду, прогнозировать цены финансового рынка, моделировать роботов, прогнозировать мощность конструкции, исследовать гидравлические системы, стратегически управлять организацией.
Виды, этапы и средства компьютерного моделирования
Компьютерная модель – это компьютерная программа, которая работает на отдельном компьютере или множестве взаимодействующих компьютеров, и реализует абстрактную модель некоторой системы.
К современным средствам компьютерного моделирования относятся такие программы, как Matlab, Maple, VisSim, Mathematica, Mathcad и т.п. Данные программы позволяют создавать блочные и формальные модели простых и сложных процессов, систем и устройств и позволяют изменять параметры в процессе моделирования. Построение компьютерной модели основывается на абстрагирование от конкретной природы явлений или изучаемого оригинала, состоит из двух этапов: создание качественной и количественной модели. Сам процесс компьютерного моделирования заключается в проведении серии вычислительных экспериментов на электронно-вычислительной машине, цель которых - интерпретация, сопоставление и анализ результатов моделирования с реальным поведением изучаемой системы и в случае необходимости последующее уточнение модели. В общем случае процесс компьютерного моделирования системы состоит из следующих этапов:
- Постановка и анализ задачи. На данном этапе моделирования выясняется цель создания модели; уточняет то, какие исходные данные и в каком виде необходимо получить; определяются нужные исходные данные для создания модели.
- Построение информационной модели. На данном этапе моделирования определяются параметры модели и выявляется связь между ними; оценивается степень влияния параметров для поставленной задачи моделирования; осуществляется математическое описание между параметрами модели.
- Разработка алгоритма и метода реализации компьютерной модели системы. На данном этапе моделирования выбирается и разрабатывается способ получения исходных данных, составляется алгоритм получения результата по выбранным методам; проверяется правильность алгоритма.
- Разработка компьютерной модели. На данном этапе моделирования выбираются средства программной реализации алгоритма на электронно-вычислительной машине, разрабатывается компьютерная модель, проверяется правильность создания компьютерной модели.
- Проведение эксперимента. На данном этапе моделирования разрабатывается план исследования, проводится эксперимент на базе созданной компьютерной модели, анализируются полученные результаты, делаются выводы насчет возможностей и свойств прототипа.
В процессе проведения эксперимента может выясниться необходимость в корректировке плана исследования, внесения изменений в постановку задачи, уточнения информации, выборе другого метода решения, усовершенствования алгоритма получения результатов.
