Учебная работа № /8550. «Реферат Моделирование

Выдержка из похожей работы

Такая ситуация характерна для любого научного направления на стыке его становления и быстрого развития, С достаточно общих позиций компьютерное моделирование можно рассматривать как один из самых мощных методов и инструментов познания, анализа и синтеза, которым располагают специалисты, ответственные за разработку и функционирование сложных технических устройств и технологических объектов (например, процессов, аппаратов и систем биотехнологии), При этом у исследователя появляется возможность экспериментировать с моделью объекта даже в тех случаях, когда делать это на реальном объекте практически невозможно или нецелесообразно, Основу современного кибернетического подхода к решению задач анализа и синтеза биотехнологических объектов составляет системный анализ, Сущность системного анализа определяется его стратегией, в основе которой лежат общие принципы, применимые к решению любой системной задачи,
К ним можно отнести:
1) четкую формулировку цели исследования, постановку задачи по достижению заданной цели и определение критерия эффективности решения задачи;
2) разработку развернутой стратегии исследования с указанием основных этапов и направлений в решении задачи: последовательно-параллельное продвижение по всему комплексу взаимосвязанных этапов и возможных направлений; организацию последовательных приближений и повторных циклов исследований на отдельных этапах; принцип нисходящей иерархии анализа и восходящей иерархии синтеза при решении составных частных задач, При этом формализация системы осуществляется с помощью математической модели, отображающей связь между выходными переменными системы, ее внутренними параметрами и входными переменными, в том числе управляющими и возмущающими воздействиями, Методология математического моделирования предусматривает тщательную отработку моделей, Развитие прикладных биотехнологий, гибких автоматизированных производственных систем и устройств и других быстро развивающихся наукоемких отраслей привели к дальнейшему усложнению разрабатываемых и эксплуатируемых технических устройств, биотехнологических процессов, аппаратов и систем, Их экспериментальная отработка стала требовать все больших затрат времени и материальных ресурсов, а в ряде случаев ее проведение в полном объеме превратилось в проблему, не имеющую приемлемого решения, В этих условиях существенно увеличилось значение расчетно-теоретического анализа характеристик таких устройств, технологий и систем, Этому способствовал и прорыв в совершенствовании вычислительной техники и численных методов, приведший к появлению современных ЭВМ с феноменальными объемом памяти и скоростью выполнения арифметических операций, В результате возникла материальная база для становления и быстрого развития компьютерного моделирования (математического моделирования и вычислительного эксперимента) не только в качестве расчетнотеоретического сопровождения на стадии отработки технических устройств, технологических процессов, аппаратов и систем биотехнологии, но и при их проектировании, подборе и оптимизации их эксплуатационных режимов, анализе надежности и прогнозировании отказов и аварийных ситуаций, а также при оценке возможностей форсирования характеристик и модернизации технических устройств, технологических процессов, аппаратов и систем биотехнологии, Компьютерное моделирование биотехнологических систем опирается на методологию, технологию и алгоритмизацию разработки компьютерных моделей с учетом показателей информационной неопределенности; организацию проведения компьютерного эксперимента с моделью и мультимедийного представления результатов; развитие положений интеллектуального моделирования, включающего вопросы диагностики состояния и прогнозирования эволюции систем и компьютерного анализа причинно-следственных связей на микро- и макроуровнях; отслеживание динамики функционирования основных элементов биотехнологических систем, позволяющей принимать оптимальные решения в режиме оперативного управления,
Собственно компьютерное моделирование представляет собой процесс конструирования модели реального объекта (системы) и постановки вычислительных экспериментов на этой модели с целью либо понять (исследовать) поведение этой системы, либо оценить эффективность различных стратегий (алгоритмов) ее функционирования с помощью реализуемых на компьютерах вычислительно- логических алгоритмов, Таким образом, процесс компьютерного моделирования включает и конструирование модели, и ее применение для решения поставленной задачи: анализа, исследования, оптимизации или синтеза (проектирования) биотехнологических процессов, аппаратов и систем,
Не менее важно и то, что современные средства интерфейса дают возможность вести с ЭВМ диалог — анализировать альтернативы, проверять гипотезы, экспериментировать с математическими моделями, Практическая реализация возможностей компьютерного моделирования существенно повышает эффективность инженерных разработок особенно при создании принципиально новых, не имеющих прототипов технологических машин и приборов, материалов и технологий, что позволяет сократить затраты времени и средств на использование в технике и технологиях передовых достижений физики, химии, механики и других фундаментальных наук, Отмеченные возможности компьютерного моделирования еще далеко не исчерпаны, представляются достаточно перспективными и поэтому заслуживают детального рассмотрения,
Общие сведения о математических моделях и компьютерном моделировании
Изучая сложные технологические процессы, аппараты и физико-химические явления, мы не можем учесть все факторы: какие-то оказываются существенными, а какими-то можно пренебречь, При этом выдвигается система допущений, которая тщательно обосновывается и позволяет выявить и учесть при математическом описании наиболее характерные черты исследуемого объекта, В результате формируется математическая модель исследуемого технологического объекта, В процессе компьютерного моделирования исследователь имеет дело с тремя объектами: системой (реальной, проектируемой, воображаемой), математической моделью и программой ЭВМ, реализующей алгоритм решения уравнений модели, Традиционная схема компьютерного моделирования как единого процесса построения и исследования модели, имеющего соответствующую программную поддержку, может быть представлена в виде совокупности этапов, Исходя из того, что компьютерное моделирование применяется для исследования, оптимизации и проектирования реальных технологических объектов (систем), можно выделить следующие этапы этого процесса:
1) определение объекта — установление границ, ограничений и измерителей эффективности функционирования объекта;
2) формализацию объекта (построение модели) — переход от реального объекта к некоторой логической схеме (абстрагирование);
3) определение объекта — установление границ, ограничений и измерителей эффективности функционирования объекта,
4) формализацию объекта (построение модели) — переход от реального объекта к некоторой логической схеме (абстрагирование);
5) подготовку данных — отбор данных, необходимых для построения модели, и представление их в соответствующей форме;
6) разработку моделирующего алгоритма и программы ЭВМ;
7) оценку адекватности — повышение до приемлемого уровня степени уверенности, с которой можно судить относительно корректности выводов о реальном объекте, полученных на основании обращения к модели;
8) стратегическое планирование — планирование вычислительного эксперимента, который должен дать необходимую информацию;
9) тактическое планирование — определение способа проведения каждой серии испытаний, предусмотренных планом эксперимента;
10) экспериментирование — процесс осуществления имитации с целью получения желаемых данных и анализа чувствительности;
11) интерпретацию — построение выводов по данным, полученным путем имитации;
12) реализацию — практическое использование модели и результатов моделирования;
13) документирование — регистрация хода осуществления процесса компьютерного моделирования и его результатов, а также документирование этого процесса, Перечисленные этапы компьютерного моделирования определены в предположении, что сформулированная задача может быть решена наилучшим образом именно этим методом,
Совокупность понятий и отношений, выраженных при помощи системы математических символов и обозначений и отражающих наиболее существенные (характерные) свойства изучаемого объекта, называют математической моделью этого объекта,
В достаточно общем случае изучаемый технический или технологический объект (ТО) количественно можно охарактеризовать векторами x?R?, a ?R?, y?R?, и о?Rk,, входных, внутренних, выходных и неопределенных (возмущающих) переменных (параметров) соответственно,
Из сказанного ранее следует, что при изучении реально существующего или мыслимого ТО математические методы применяют к его ММ, Причем это применение будет эффективным, если свойства ММ удовлетворяют определенным требованиям»