4. Технические и программные средства моделирования

В настоящее время наиболее эффективными техническими сред­ствами моделирования являются аналоговые, цифровые (универсаль­ные, управляющие, персональные) и аналого-цифровые (гибридные) ЭВМ, на базе которых строятся соответственно аналоговые, цифровые и аналого-цифровые (гибридные) математические модели исследуе­мых объектов.

Реже используют физические модели, на создание и эксплуатацию которых требуется много времени, материальных и финансовых средств. В ряде случаев находят применение комбинированные моде­ли, объединяющие лучшие стороны разных моделей. Наиболее универсальной, комбинированной является физико-аналого-цифровая мо­дель.

Иногда сложность объекта не позволяет построить математиче­скую модель объекта. Тогда модель реализуется частично на базе средств вычислительной техники и частичное применением реальной части объекта.

При использовании ЭВМ для моделирования объектов необходимо учитывать особенности различных типов ЭВМ.

Использование аналоговых ЭВМ (АВМ), с одной стороны, ускоря­ет процесс решения задачи, с другой стороны, могут возникать погреш­ности из-за дрейфа параметров отдельных блоков АВМ и ограниченной точности заданных параметров, вводимых в АВМ. Использование уни­версальных цифровых ЭВМ целесообразно для выполнения исследова­ний с точными расчетами и обработкой данных. Управляющие ЭВМ позволяют производить расчетные работы и могут бытьприспособлсны для управления объектами в реальном масштабе времени. Управляю­щие ЭВМ могут быть использованы как для управления технологиче­скими и производственными процессами, так и для реализации различ­ных имитационных моделей.

Применение быстродействующих персональных ЭВМ с графиче­ским представлением результатов позволяет обеспечить высокую точ­ность и наглядность моделирования объектов.

В аналого-цифровых вычислительных машинах (АЦВМ) и комп­лексах удается сочетать высокую скорость и наглядность функциони­рования аналоговых средств и высокую точность расчетов на базе циф­ровых средств вычислительной техники, а также обеспечить контроль выполнения производимых операций.

При использовании цифровых вычислительных машин (ЦВМ) для моделирования могут быть использованы программные средства в виде стандартных, типовых, апробированных пакетов прикладных и сер­висных программ. Под пакетами прикладных программ здесь подразу­меваются не готовые программы для проведения экспериментов с ма­шинной моделью M_м, а набор средств для разработки конкретных, удовлетворяющих требованиям пользователя рабочих программ моде­лирования, служащих для автоматизации определенных функций при построении модели, машинном эксперименте и обработке результатов моделирования системы S. Известно, что успех исследования системы на программно реализуемой модели M_м зависит от правильности схемы

моделирующего алгоритма, совершенств программы и косвенным об­разом от технических характеристик используемой ЭВМ. Большое значение имеет правильный выбор конкретного языка моделирования, дающего исследователю разработанную систему абстракции для фор­мализации процесса функционирования исследуемой системы.

Высокий уровень проблемной ориентации языка цифрового моде­лирования значительно упрощает программирование моделей, а спе­циально предусмотренные в нем возможности сбора, обработки и вы­вода результатов моделирования позволяют быстро анализировать возможные исходы эксперимента с моделью M_м. Основными положи­тельными качествами языков моделирования являются следующие: удобство описания процесса функционирования системы; удобство ввода исходных данных моделирования и варьирования структуры, алгоритмов и параметров модели; реализуемость статистического мо­делирования; эффективность анализа и вывода результатов моделиро­вания; простота отладки и контроля работы моделирующей програм­мы; доступность восприятия и использования языка.

Для программного моделирования систем используются как уни­версальные и процедурно-ориентированные языки общего назначе­ния, так и специализированные языки имитационного моделирования.

При программном моделировании необходимо учитывать, что эле­менты реальной системы 5 могут функционировать одновременно (па­раллельно), а компоненты машинной модели действуют последова­тельно, так как реализуются обычно с помощью ЦВМ последователь­ного действия. Поскольку в различных частях объекта моделирования- события могут возникать одновременно, то для сохранения адекватно­сти причинно-следственных и временных связей необходимо в языке моделирования предусмотреть “механизм” задания времени для син­хронизации действий элементов модели системы.

Попутно заметим, что для АВМ язык программирования не требу­ется, так как в них модели объектов (систем) реализуются путем со­ставления определенных электрических цепей в соответствии с мате­матическим описанием и структурной схемой модели.

При моделировании систем на АВМ говорят о программировании задачи, понимая под этим выбор масштабов, оптимальных структур­ных схем и т.п.