Инструментальные средства моделирования

Системы моделирования АВМ - моделирование в реальном масштабе времени линейных и нелинейных динам. систем, описываемых обыкн. дифф. уравнениями

АВМ математическое и полунатурное моделирование ракет и ракетных комплексов, космических кораблей, самолетов, судов, энергетических установок и др. объектов, решение задач в медицине, биологии, химии и в других направлениях науки и техники.

гг. - первые АВМ, интеграторы постоянного тока ИПТ-1 ИПТ-5. решение линейных дифференциальных уравнений с постоянными и переменными коэффициентами

гг. АВМ получают наименование «моделирующие установки постоянного тока» (МПТ)

С 1954 г. ABM получают название «моделирующие установки нелинейные» (МН).

В 1960 г. - для комплексных авиационных тренажеров «Счет-16» и «Счет-19», АВМ МН-12 для моделирования прокатных станов. В 1961 г. МН-13 для моделирования металлургических процессов, мощная АВМ 40-го порядка «Байкал» для моделирования в атомной энергетике. В 1962 г. АВМ 40-го порядка «Катализ» для моделирования химических процессов.

В 1963 г. появилась МН-16, предназначенная для моделирования ракет и ракетных систем, и АВМ «Этилен» для управления производством этилена. В 1965 г. выпущены вычислительное устройство для авиационных тренажеров «Счет-22» и АВМ «Доза» для расчета дозовых полей при лучевой терапии. В 1966 г. появилась АВМ «Полимер-2» для решения нелинейных смесевых задач. В гг. разработан «Сеграф-1» для исследования сетевых графиков и «Трансграф-1» для моделирования транспортных задач.

Цифровое моделирование Язык и компилятор DYNAMO, (Массачусетский технологический институт). решение систем линейных и нелинейных алгебраических и дифференциальных уравнений, содержащих до нескольких тысяч переменных при этом от пользователя не требуется глубоких знаний программирования.

С появлением графических средств доступа язык моделирования DYNAMO стал языком графического моделирования сложных динамических систем. В полном объеме его выразительные возможности реализованы в системе визуального моделирования «iThink».

«Ithink» формальная модель= логические диаграммы сетевая модель система уравнений Полученное решение представляется в виде графиков и таблиц, которые подвергаются критическому анализу. Модель пересматривается (изменяются параметры некоторых узлов сети, добавляются новые узлы, устанавливаются новые или изменяются существовавшие ранее связи и т. д.), вновь анализируется и т.д., пока не станет соответствовать реальной ситуации. Выделяются управляемые параметры и такие значения этих параметров, при которых проблема либо снимается, либо перестает быть критически важной.

Эволюция программных средств моделирования первое поколение (50-е годы, FORTRAN, ALGOL...) программирование моделей на языках высокого уровня без какой-либо специальной поддержки; второе поколение (60-е годы, GPSS, SIMULA, SIM- SCRIPT...) специальная поддержка моделирования в виде соответствующих выражений языка, генераторов случайных чисел, средств представления результатов; третье поколение (70-е годы, ACSL...) возможность комбинированного непрерывно-дискретного моделирования; четвертое поколение (80-е годы, SIMFACTORY, XCELL...) ориентация на конкретные области приложения, возможность анимации; пятое поколение (90-е годы, SIMPLEX II, SIMPLE++...) графический интерфейс, интегрированная среда для создания и редактирования моделей, планирования экспериментов, управления моделированием и анализа результатов.

Интегрированные системы моделирования (ИСМ) программное средство моделирования шестого поколения, развивающее важнейшие особенности средств пятого поколения и ориентированное на использование не только массовых компьютеров, но и массивно- параллельных высокопроизводительных вычислительных систем

Основные принципы построения ИСМ модульная структура, масштабируемость, открытая архитектура, иерархия моделей, развитый графический интерфейс.

Модульная структура Ра збиение системы на относительно автономные модули с четко специфицированным интерфейсом снижение порога сложности системы и максимальное распараллеливание работ по ее разработке, развитию и сопровождению; возможность постепенного развития системы за счет эволюции и замены отдельных модулей; вариативность функциональных возможностей, (альтернативные наборы модулей) высокая гибкость и адаптируемость системы за счет комплектации наборами модулей, которые максимально соответствуют текущим требованиям; расширение возможностей интеграции системы с другими программными продуктами за счет использования различных интерфейсных модулей для связи с внешними системами и независимого использования отдельных модулей в других системах.

Масштабируемость Данный принцип предполагает реализацию на основе модульности различных вариантов ИСМ, отличающихся как сложностью и объемом, так и требованиями к аппаратным средствам

Масштабируемость возможность реализации простейших вариантов системы для целей ознакомления и первоначального обучения с минимальными требованиями к аппаратным средствам и ориентацией на компьютерные средства, массово используемые в учебном процессе; постепенное наращивание функциональных возможностей системы по мере роста подготовленности пользователя и использования более производительных и совершенных аппаратных средств; возможность эффективного использования массового параллелизма различных высокопроизводительных вычислительных систем при решении задач повышенной сложности и ресурсоемкости

Открытая архитектура Четкая спецификация межмодульных интерфейсов позволяет обеспечить их взаимозаменяемость возможность доукомплектации системы наборами специализированных модулей, дополняющими ее функциональные характеристики; возможность разработки сторонними организациями отдельных комплектующих модулей, ориентированных на конкретные приложения, что позволяет существенно расширить потенциальные области применения системы; развитие системы непосредственно пользователем путем разработки и совершенствования соответствующих модулей; расширение возможностей системы за счет включения внешних программных средств (различных редакторов, средств символьной манипуляции, визуализации и т. п.) возможность интеграции отдельных программных модулей системы в другие программные продукты

Иерархия моделей Поддержка создания и редактирования иерархически специфицированных моделей - построение на базе элементарных модельных блоков и структур синтезированных блоков и структур, соответствующих конкретным моделируемым объектам (электродвигатель, регулятор и т. п.), которые в свою очередь также могут использоваться в качестве элементов для построения более укрупненных моделей и т. д., что позволяет успешно преодолеть модельную сложность реальных динамических объектов; - формирование библиотек различного уровня модельной иерархии, ориентированных на широкий спектр приложений и различный уровень подготовки пользователей; - возможность создания модельных библиотек высокого уровня готовности и специализации для конкретных областей применения.

Графический интерфейс - наглядность создаваемых моделей, процессов и результатов моделирования; - возможность выполнения большинства операций на всех этапах от начального синтеза модели до анализа полученных результатов без использования алфавитно- цифровой клавиатуры, а с помощью только указательного устройства (манипуляторов «мышь», трекбол и т. п.), что существенно упрощает эксплуатацию системы; - возможность непосредственного «визуального проектирования» моделей путем манипуляции с пиктограммами без привлечения специальных языков описания моделей, требующих особого изучения, что позволяет значительно сократить время освоения системы и во многих случаях затраты времени на подготовку, отладку и документирование моделей.