Компьютерное моделирование в прикладной деятельности

Основы моделирования

Сегодня использование компьютерных моделей проникло практически во все области деятельности людей. Двадцатый век ознаменовался значительными успехами компьютерного моделирования почти во всех научных сферах. Моделирование было признано универсальной методикой научных исследований.

При научных разработках построение моделей использовалось уже очень давно и постоянно проникало в новые сферы научного познания, в техническую, конструкторскую и многие другие. Но развитие методик построения моделей в течение длительного времени шло бессистемно по отдельным научным направлениям. Не существовало единой терминологии и понятийной системы. Но со временем пришло понимание роли моделирования как универсальной методики научных исследований.

Объекты и процессы окружающей людей действительности часто являются очень сложными и многогранными, поэтому оптимальным методом их познания часто бывает формирование модели, которая отображает только отдельные аспекты реального объекта, и по этой причине модель получается значительно проще реалий и её проще исследовать. Практический вековой опыт научного прогресса подтвердил действенность таких подходов. С позиций информатики, процесс решения каждой технической или научной проблемы может быть представлен такой цепью технологических действий:

1. Имеется физический объект или процесс.
2. Формирование его модели.
3. Проектирование алгоритма.
4. Программная реализация алгоритма.
5. Анализ результатов.
6. Применение итогов к физическому объекту.

В этой технологической последовательности очень важным компонентом является именно модель, которая является необходимым и обязательным пунктом решения проблемы. Понятие модели повсеместно применяется в разных областях деятельности людей и обладает большим количеством значений, определяющих их смысл.

Моделью является некий физический либо воображаемый объект или процесс, который заменяет его оригинал, при сохранении лишь самых важных его характеристик. Главными параметрами модели являются:

• Параметр конечности, то есть модель способна отображать свойства оригинала только в определённых границах, и модельные ресурсы не безграничны.
• Простота. Модель обязана быть простой для её построения и дальнейших исследований.
• Параметр приблизительности. Физические параметры реального объекта отображаются в модели приближённо.
• Параметр адекватности исследуемому объекту. Модель обязана правильно описать моделируемый объект.
• Параметр наглядности. Должен быть доступен обзор главных свойств и взаимоотношений объекта.

Компьютерное моделирование

Под компьютерным моделированием было принято понимать построение имитационной модели. Но следует заметить, что компьютер можно использовать и при других типах построения моделей, кроме, пожалуй, построения физической модели, и то с некоторыми оговорками. К примеру, математическую модель, которая строится на базе экспериментальных данных, сегодня нереально сформировать без использования компьютерного оборудования.

Сегодня под компьютерной моделью понимаются следующие аспекты:

1. Символическое представление объекта или набора объектов либо процессов, которое описывается при помощи взаимозависимых табличных или других компьютерных представлений, и отображает структурную организацию и взаимные связи между компонентами объекта. Компьютерное моделирование этого типа называется структурно-функциональным.
2. Программное приложение, программный набор, который позволяет при помощи последовательных вычислительных операций и изображения их итогов в графической форме, показывать (имитировать) процесс работы объекта, набора объектов при наличии влияния на объект разных, часто случайного характера, воздействий. Такой тип моделей называется имитационными моделями.

То есть под компьютерным моделированием понимается способ решения задачи анализа или синтеза сложных систем при помощи применения компьютерных моделей.

Главные этапы моделирования

Базовой начальной точкой процесса моделирования является прототип. В качестве прототипа может использоваться уже имеющийся или подлежащий проектированию процесс или объект. Конечным пунктом процесса моделирования является выработка решения.

Задачей в моделировании является некоторая проблема, подлежащая решению. Сначала задачу требуется правильно сформулировать. Формулировка задачи осуществляется на обычном языке, и она должны быть предельно понятной и однозначной. Правильная постановка задачи во многом определяет итоги моделирования и правильность принятых решений.

Далее следует определить цель моделирования. Она может определяться рассчитываемыми характеристиками модели. Наиболее часто целью является нахождение ответа на вопрос, сформулированный при постановке задачи.

Затем выполняется анализ объекта. Здесь, основываясь на обобщённой формулировке задачи, необходимо ясно выделить объект моделирования и его главные параметры и характеристики. Фактически, эти параметры являются исходными для построения модели. Этих параметров бывает очень большое число, а отдельные параметры не поддаются описанию посредством количественных соотношений.

Далее строится информационная модель. На данном этапе определяются различные характеристики элементарных составляющих объекта в любом формате (схема, графика и так далее).

Затем информационная модель переводится в знаковую форму, и далее на базе информационной и знаковой моделей формируется компьютерная модель. Она прямо связывается с программным приложением, при посредстве которого и выполняется моделирование. В настоящее время есть очень много программных систем, позволяющих исследовать информационные модели.