Этапы и цели компьютерного моделирования

Области применения компьютерного моделирования

Компьютерное моделирование применяют для широкого круга задач в различных областях человеческой деятельности:

· Экологии и геофизике:

o анализ распространения загрязняющих веществ в атмосфере

o проектирование шумовых барьеров для борьбы с шумовым загрязнением

o прогнозирование погоды и климата

o прогнозирование землетрясений

· Транспорте:

o конструирование транспортных средств

o полетные имитаторы для тренировки пилотов

o моделирование транспортных систем

o исследование поведения гидравлических систем: нефтепроводов, водопровода

· Электронике и электротехнике:

o эмуляция работы электронных устройств

· Экономике и финансах:

o прогнозирование цен на финансовых рынках

o имитация краш-тестов

· Архитектуре и сроительстве

o исследование поведения зданий, конструкций и деталей под механической нагрузкой

o прогнозирование прочности конструкций и механизмов их разрушения

o проектирование производственных процессов, например химических

o моделирование сценарных вариантов развития городов

· Управлении и бизнесе

o стратегическое управление организацией

o моделирование рынков сбыта и рынков сырья

o моделирование производственных процессов

· Промышленности

o моделирование роботов и автоматических манипуляторов

o моделирование прочностных и других характеристик деталей, узлов и агрегатов

· Медицине и биологии:

o моделирование результатов пластических операций

o моделирование пандемий и эпидемий

o моделирование воздействия медикаментов и оперативных вмешательств на метаболизм и другие жизненно важные процессы

· Политике и военном деле:

o моделирование развития межгосударственных отношений

o моделирование поведения масс людей в различных общественно-политических ситуациях

o моделирование театра военных действий

Различные сферы применения компьютерных моделей предъявляют разные требования к надежности получаемых с их помощью результатов. Для моделирования зданий и деталей самолетов требуется высокая точность и степень достоверности, тогда как модели эволюции городов и социально-экономических систем используются для получения приближенных или качественных результатов.

К основным этапам компьютерного моделирования относятся:

· постановка задачи, определение объекта моделирования;

· разработка концептуальной модели, выявление основных элементов системы и элементарных актов взаимодействия;

· формализация, то есть переход к математической модели; создание алгоритма и написание программы;

· планирование и проведение компьютерных экспериментов;

· анализ и интерпретация результатов.

Различают аналитическое и имитационное моделирование.

Аналитическое моделирование - это такое моделирование, при котором изучаются численно-математические (количественные) модели реального объекта в виде алгебраических, дифференциальных и других уравнений, а также предусматривающих осуществление однозначной вычислительной процедуры, приводящей к их точному решению.

Иитационное моделирование - такое моделирование, при котором исследуются математические модели в виде алгоритмов, воспроизводящих функционирование исследуемой системы путем последовательного выполнения большого количества элементарных операций логического типа.

Рассмотрим процесс компьютерного математического моделирования, включающий численный эксперимент с моделью (рис. 1).

Рис.1. Общая схема процесса компьютерного математического моделирования

Первый этап – определение целей моделирования. Основные из них таковы:

1) Понимание

Модель в этой ситуации нужна для того, чтобы понять, как устроен конкретный объект, какова его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с окружающим миром. Примеры: модель движения планет Солнечной системы, модель кристаллизации вещества, модели волновых движений в различных средах, модели деформации твердых тел.

2) Управление

Модель нужна для того, чтобы научиться управлять объектом (или процессом) и определить наилучшие способы управления при заданных целях и критериях. Примеры: модель системы автоматического управления, модель механизма, модель поведения масс людей.

З) Прогнозирование

Модель используется для того, чтобы прогнозировать прямые и косвенные последствия воздействия на объект заданными способами. Примеры: модель атмосферы для прогноза погоды, модель рынка, модель сложной сети или другой технической системы.

Дата добавления: 2014-11-20