Использование ЭВМ при моделировании

Эффективное использование имитационного моделирования невозможно без применения ЭВМ. Термины «моделированием на ЭВМ» и «имитационное моделирование» стали уже практически синонимами.

Применение ЭВМ при математическом моделировании открывает возможность решения целого класса задач, и не только для имитационного моделирования. При других видах моделирования компьютер также весьма полезен. Например, выполнение одного из основных этапов исследования - построение математических моделей по экспериментальным данным - в настоящее время просто немыслимо без использования компьютера. В последние годы, благодаря развитию графического интерфейса и графических пакетов, широкое развитие получило компьютерное, структурно-функциональное моделирование. Положено начало использованию компьютера даже при концептуальном моделировании, где он используется, например, при построении систем искусственного интеллекта.

Таким образом, понятие "компьютерное моделирование" значительно шире традиционного понятия "моделирование на ЭВМ". В настоящее время под компьютерной моделью обычно понимают:

· описание объекта или некоторой системы объектов (или процессов) с помощью взаимосвязанных компьютерных таблиц, блок-схем, диаграмм, графиков, рисунков, анимационных фрагментов и т. д., отображающих структуру и взаимосвязи между элементами объекта. Компьютерные модели такого вида называют структурно-функциональными;

· отдельную программу, совокупность программ, программный комплекс, позволяющий с помощью последовательности вычислений и графического отображения их результатов воспроизводить (имитировать) процессы функционирования объекта, системы объектов при условии воздействия на него различных, в том числе случайных, факторов. Такие модели называют имитационными.

С понятием «компьютерная модель» тесно связано понятие «алгоритмическая модель». Алгоритмическая модель – это представление математической модели с помощью средств описания алгоритмов (алгоритмических языков, блок-схем и т.д.). Алгоритмическая модель – это, прежде всего, описание последовательности действий и порядка расчета для реализации модели, а также взаимосвязи отдельных этапов вычислений. Алгоритмическая модель строится на базе математической и, как правило, имитационной. В алгоритмической модели, в отличие от обычной математической, учитываются особенности работы ЭВМ и способы реализации на ЭВМ отдельных математических операторов и функций. После трансляции или компиляции алгоритмической модели на машинный язык компьютера получается компьютерная модель.

Компьютерное моделирование - метод решения задачи анализа или синтеза сложной системы на основе использования ее компьютерной модели, т.е. запуска моделирующей программы на исполнение при различных значениях параметров системы, воздействий и начальных условий и получения с ее помощью количественных и качественных результатов. Качественные выводы, получаемые по результатам анализа, позволяют обнаружить неизвестные ранее свойства сложной системы: ее структуру, динамику развития, устойчивость, целостность и др. Количественные выводы в основном носят характер прогноза некоторых будущих или объяснения прошлых значений переменных, характеризирующих систему.

Разновидностью компьютерного моделирования является вычислительный эксперимент. Он основан на использовании имитационной модели и ЭВМ, и позволяет проводить исследования аналогично натурному моделированию.

Предметом компьютерного моделирования может быть любой реальный объект или процесс, например процесс резания в статике или динамике. Компьютерная модель сложной системы позволяет отображать все основные факторы и взаимосвязи, характеризующие реальные ситуации, критерии и ограничения. Количественный и качественный выигрыши от применения математического моделирования на ЭВМ состоят в следующем:

1. Полностью или частично отпадает необходимость в длительном и трудоемком этапе изготовления лабораторного макета или полупромышленной установки, и соответственно, в затратах на комплектующие изделия, материалы и конструктивные элементы, необходимые для изготовления макетов и установок, а также в измерительных приборах и оборудовании для испытаний системы.

2. Значительно сокращается время определения характеристик системы и время испытаний.

3. Появляется возможность разрабатывать системы, содержащие элементы с известными характеристиками, но в реальности отсутствующие; имитировать воздействия или режимы работы системы, воспроизведение которых при натурных испытаниях затруднено, требует сложного дополнительного оборудования, сопряжено с опасностью для установки или экспериментатора, а иногда вообще невозможно; получать дополнительные характеристики объекта, которые сложно или невозможно получить с помощью измерительных приборов (характеристики параметрической чувствительности, частотные и пр.).

Дата добавления: 2015-10-16