Лекція 12 Комп'ютерне моделювання
Комп'ютерна модель - це модель реального процесу або явища, реалізована комп'ютерними засобами.
Комп'ютерне моделювання – один із самих потужних інструмент пізнання, аналізу й проектування, яким розташовують фахівці, відповідальні за розробку й функціонування складних технологій і виробництв.
Ідея комп'ютерного моделювання дає можливість інженерові (дослідникові) експериментувати з об'єктами в тих випадках, коли робити це на реальному об'єкті практично неможливо або недоцільно.
Сутність методології комп'ютерного моделювання складається в заміні вихідного технологічного об'єкта його "образом" – математичною моделлю – і надалі вивченні моделі за допомогою реалізованих на комп'ютерах обчислювально-логічних алгоритмів. Цей метод пізнання, конструювання, проектування сполучає в собі достоїнства як теорії, так й експерименту. Робота не із самим об'єктом (явищем, процесом), а з його моделлю дає можливість відносно швидко й без істотних витрат досліджувати його властивості й поводження в будь-яких мислимих ситуаціях. У той же час обчислювальні (імітаційні) експерименти з моделями об'єктів дозволяють докладно й глибоко вивчати об'єкти в достатній повноті, недоступної чисто теоретичним підходам.
Комп'ютерне моделювання є процес конструювання моделі реального об'єкта (системи) і постановки обчислювальних експериментів на цій моделі з метою або зрозуміти (досліджувати) поводження цієї системи, або оцінити різні стратегії (алгоритми), що забезпечують функціонування даної системи. Таким чином, процес комп'ютерного моделювання включає й конструювання моделі, і її застосування для рішення поставленої задачі: аналізу, дослідження, оптимізації або синтезу (проектування) технологічних процесів й устаткування.
Мистецтво моделювання складається в здатності аналізувати проблему, виділяти з її шляхом абстракції її істотні риси, вибирати й належним чином модифікувати припущення, що характеризують систему, а потім відпрацьовувати й удосконалювати модель доти, поки вона не стане давати корисні для практики результати.
Вивчаючи складні технологічні об'єкти, процеси, апарати і явища, не можливо врахувати всі фактори: якісь виявляються істотними, а якимись можна зневажити. При цьому формується модель об'єкта дослідження. У процесі комп'ютерного моделювання дослідник має справу із трьома об'єктами:
системою (реальної, проектованої, уявлюваної),
математичною моделлю
і програмою ЕОМ, що реалізує алгоритм рішення рівнянь моделі.
Традиційна схема комп'ютерного моделювання, як єдиного процесу побудови й дослідження моделі, що має відповідну програмну підтримку, може проходження моделі, що має відповідну програмну підтримку, може бути представлена в наступному виді:
Рис. 2.1 Схема організації процесу комп'ютерного моделювання
Етапи процесу комп'ютерного моделювання:
визначення об'єкта - установлення границь, обмежень і вимірників ефективності функціонування об'єкта;
формалізація об'єкта (побудова моделі) - перехід від реального об'єкта до деякої логічної схеми (абстрагування);
підготовка даних - відбір даних, необхідних для побудови моделі, і подання їх у відповідній формі;
розробка моделюючого алгоритму й програми ЕОМ;
оцінка адекватності - підвищення до прийнятного рівня ступеня впевненості, з якої можна судити щодо коректності висновків про реальний об'єкт, отриманих на підставі звертання до моделі;
стратегічне планування - планування обчислювального експерименту, що повинен дати необхідну інформацію;
тактичне планування - визначення способу проведення кожної серії випробувань, передбачених планом експерименту;
експериментування - процес здійснення імітації з метою одержання бажаних даних й аналізу чутливості;
інтерпретація - побудова висновків по даним, отриманим шляхом імітації;
реалізація - практичне використання моделі й результатів моделювання;
документування - реєстрація ходу здійснення процесу і його результатів, а також документування процесу створення й використання моделі.