Компьютерное моделирование – это процесс математического моделирования на компьютере, осуществляемый с целью прогнозирования поведения или результатов реальной или физической системы.
Введение
Компьютерное моделирование является одним из передовых методов научных исследований, используемым в самых разных областях человеческой деятельности. Вычислительный эксперимент считается разновидностью компьютерного моделирования.
Вычислительным экспериментом по модели является эксперимент, выполняемый при помощи компьютерной модели для прогнозирования разных состояний системы и её реакции на различные входные воздействия. Использование вычислительного эксперимента даёт возможность замены дорогостоящего натурального эксперимента вычислениями на компьютерном оборудовании. Такой эксперимент может позволить за небольшой интервал времени и при малых финансовых тратах выполнить изучение значительного количества версий проектируемого процесса или объекта в разных режимах его использования. Это позволяет существенно сократить сроки проектирования сложного объекта или процесса и их пуск в эксплуатацию. Техническим оснащением таких работ обычно выступает компьютер, поэтому данную процедуру почти всегда отождествляют с компьютерным моделированием.
Компьютерное моделирование и вычислительный эксперимент
Компьютерное моделирование и вычислительный эксперимент стали передовым инструментарием, способ научного познания, новыми технологиями из-за растущей потребности в переходе от изучения линейных системных математических моделей, для которых уже есть подробное теоретическое обоснование, к изучению математических моделей сложных систем нелинейной структуры, анализ которых никогда не бывает простым и однозначным.
Новые методы научных исследований, которыми являются компьютерное моделирование и вычислительный эксперимент, предполагают совершенствование математического аппарата, применяемого при формировании математических моделей, уточнение и усложнение самих математических моделей.
Самыми перспективными направлениями для вычислительных экспериментов считаются крупные научно-технические и социально-экономические проблемы мирового сообщества, такие как, реализация проектов реакторов атомных электростанций, плотин для гидроэлектростанций, формирование сбалансированных планов для отдельных отраслей, регионов, страны в целом и другие.
В отдельных процессах, в которых натурные эксперименты опасны для здоровья и даже жизни человека, вычислительные эксперименты выступают как единственно возможное средство исследований. К примеру, в термоядерном синтезе, в освоении космоса, в проектировании и исследовании химического и иных опасных производств.
При этом стандартных проблем моделирования не очень много, и для них будет создан удобный пользовательский интерфейс в границах единого универсального пакета. Формирование универсального пакета из стандартного набора модулей, ориентированных на пользователей, не обладающих глубокими познаниями в сфере программирования и численного моделирования, должны привести к тому, что компьютерное моделирование превратится в доступный инструментарий научных работников, инженеров и других специалистов.
Весь набор программных средств, предназначенных для компьютерного моделирования, может быть поделен на две группы. К первой группе относятся программные пакеты, которые предназначены для разрешения непростых производственных и научно-исследовательских проблем в больших производственных или научных коллективах. Программные пакеты этой группы принято условно называть промышленными. Данные проекты нельзя осуществить без предварительных исследовательских работ, которые выполняют отдельные учёные или проектировщики. Отправной точкой в них считается гипотеза, а главной задачей является определение степени достоверности этой гипотезы.
Промышленные пакеты являются слишком сложными и громоздкими для осуществления исследовательских работ на ранних стадиях, а тем более осуществления процессов обучения. Для этих целей требуются специализированные программные приложения. Эти программы являются второй группой пакетов, которую принято именовать универсальной. Это означает, что они могут уступать по числу специальных возможностей промышленной группе, но при этом они считаются более простыми и доступными отдельным специалистам при разрешении сравнительно простых задач фактически из любых прикладных областей.
Универсальные пакеты должны обладать разнообразными численными библиотеками, способными решить широкий спектр проблем.
С появлением пакета Simulink, универсальные, то есть не предназначенные для конкретных прикладных областей, пакеты для моделирования и исследований систем, обладающих динамическим характером, превратились в повседневную реальность.
Отличительной особенностью передовых пакетов считается использование объектно-ориентированного подхода, позволяющего без проблем пополнить и осуществить модификацию разрабатываемой библиотеки, которая представляет, как правило, очерёдность усложняющихся моделей с непрерывно требующими сравнения свойствами.
Но фактически каждый существующий сегодня и повсеместно применяемый пакет не предназначен в полном объёме для осуществления полноформатного вычислительного эксперимента. Из всего набора нынешних пакетов моделирования следует всё-таки выделить пакеты Model Vision Studium(MVS) и Any Logic, которые являются самыми приспособленными для реализации достоверных компьютерных экспериментов.
Пакет Any Logic, спроектированный компанией «Экспериментальные объектные технологии», является наиболее мощной профессиональной системой моделирования, но считается слишком сложной и дорогой. Поэтому проектировщики пакета визуального моделирования MVS продолжили усовершенствование своего пакета и сделали его компактным, несложным и недорогим инструментарием для научно-исследовательских работ и обучения.
