Компютърно моделиране на елементи
Методология на компютърното моделиране
Изтегляне 1.5 Mb.
|
| 1.Методология на компютърното моделиране.
В представената на фиг.1.1 схема за организиране процеса на компютърно моделиране (имитация) основното звено (реален технологически обект (система) - математическия модел - моделиращи алгоритъм - ЕИМ – изчислителен експеримент) съответстващ на традиционната схема, но в главата се разглеждат понятия триада: модел - алгоритъм - програма (блок 4, 5, 6), стратегическо и тактическо планиране на изчислителния експеримент (блок 7), интерпретация и документиране на неговия резултат (блок 8). В първия етап на построяване на ММ се избира (или построява) "еквивалент" на технологичния обект, отразени в математическа форма най-важните негови свойства - закони, на които той се подчинява, връзка, присъщи съставляващи неговите елементи, и т.н. Математическия модел (или фрагмент) се изследва по теоретически методи, които позволяват получаване на важни предварителни знания за обекта (блок 1, 2, 3). Вторият етап е свързан с разработка, и изчисления формулирани върху математически задачи, или, с други думи казано, изчислителен или моделиращ алгоритъм. Фактически той представлява, съвкупност от алгебрически формули, по които се изпълняват изчисленията, и логическите условия, позволяващи да се установи нужната последователност при използването на тези формули. Изчислителните алгоритми не трябва да изменят основните свойства на модела и, следователно, изходното технологичния обект, трябва да бъде икономичен и адаптиращ се към особеностите на решаваните задачи използвани от компютъра. По правило, за едни и същи математически задачи е възможно използването на множество изчислителни алгоритми. Те трябва да се използват при изграждането на ефективни изчислителни методи тези алгоритми, които позволяват получаване на решението на поставените задачи с максимална точност и с минимално количество действия (аритметически, логически), т.е. с минимално използване на машинното време. Тези въпроси са, много съществени и са предмет на теоретични изчисления. Изчислителния експеримент има "многовариантен" характер. Действително, решението на всяка зададена задача зависи от многочислени входни променливи и параметри. Например, ако се изчислява химико-технологическа инсталация, то тя има множество различни режими на променливи и конструктивни параметри, между които е нужно да се определи оптималния вариант, обезпечаващ ефективното функциониране на тази установка. Да се получи решение съответстващо на математически задачи във вид на формула, съдържаща явната зависимост от режимни променливи и конструктивни параметри, за реални задачи, както вече подчертахме по-горе, не се получава. При провеждане на изчислителния експеримент всяко конкретно изчисление се свежда до фиксирано значение на променливи и параметри. Проектирайки опитната установка, т.е. се определят в пространството променливите и параметрите на точката, съответстващи на оптималния режим, налага се да се извършат голям брой изчисления на еднотипни варианти на задачите, отличаващи се значенията по някой променливи или параметри. За това е много важно да се използва ефективните числени методи. Третия етап е: - създаване на програма за реализация на разработения моделиращ алгоритъм на ЕИМ (създаване на компютърни модели). Използване програмните езици С++, Pascal и други, които имат ред проблеми, като трудоемкост и недостатъчна гъвкавост и др.. В процеса на изследване на реални системи често се налага уточняване на моделите, което води след себе си препрограмиране на моделиращия алгоритъм. Ясно, е че процеса на моделиране в такъв случай няма да бъде ефективен, ако не се осигури неговата гъвкавост. За тази цели може да се използва формални схеми, описващи класовете на математическите модели от определена предметна област, а за да се програмира е нужно да функционира дадената схема, а не описаният в частност модел. Създавайки триада "модел - алгоритъм - програма", изследователят получава в ръцете си универсален, гъвкав и сравнително евтин инструмент, който в началото се тества в "пробни" изчислителни експерименти. Като се установи адекватността на дадената триадата, технологичността на дадения обект е удостоверена, с модела може да се провеждат различни "опити", даващи всички изискващи се качества, количества свойства и характеристики на обекта. Процесът на компютърното моделиране се съпровожда с тестване и настройка, ако е необходимо, във всички звена на триадата. Да разгледаме блок 7. Изчислителния експеримент - това е собствено проведено изчисление на ЕИМ и получаване на информация, представляваща интерес за изследователя. Точността на тази информация се определя от достоверността, на внесения модел, моделиращ алгоритъма и програма в ЕИМ. Именно по тази причина в сериозните изследвания никога не се започва да се провежда пълномащабни изчисления веднага ако една програма не е достатъчно тествана. Те винаги минават през определен период на тестови изследвания. Те са необходими не само за да се, "изглади" програмата, т.е. да се намерят и оправят всички грешки, допуснати както при създаването на алгоритъма, така и при неговата програмна реализации. В тези предварителни изчисления се тества, както самият математически модел, изяснява се адекватността на изследвания обект. За това се провеждат изчисления по няколко контролни експеримента. Сравняването на тези данни с резултатите от изчисленията позволява да се уточни математическия модел, и да се достигне увереност на резултатите които ще бъдат получаване с негова помощ. Само чрез провеждане на дълга и сложна работа в изчислителния експеримент настъпва фаза за прогноза (имитация) - с помощта на компютърен модел, предсказва се поведението на изследвания обект в условия, където експеримент до сега не се е провеждал или където те въобще не са възможни. Важно място в изчислителния експеримента заемат обработката на резултатите от изчисленията, и околния анализ и, накрая, самите изводи (блок 8). Тези изводи се основно два типа: установява се ясна необходимост от до уточняване на модела, или резултатите. (блок 9). При оптимизации или проектиране на технологичния обект поради голямата сложност и размерност на математическия модел, провеждането на изчисления по описаната по горе схема може да се окаже необичайно скъпо. Поради тази причина се прибягва до опростяване на модела, като се построява в съшият род инженерна методика (формула), но опираща се на не толкова сложни модели и изчисления даващи възможност да се получи необходимата информация значително по по-евтин метод. При това се извършва огромна предварителна работа по анализа на сложни модели, квинтесенцията на която се явява проста на пръв поглед формула. При масовото използване на метода на компютърното моделиране в технически проекти следва, достигане на рязко съкращаване на сроковете за разработка на модели, обезпечаващи различни етапи от проектирането. Решаването на тази задача е възможно при съответстващо ниво на развитие на технологиите и компютърното моделиране. Технологията на компютърното моделиране се явява основна целенасочена дейност, смисъла на която се състои в осигуряване на възможността на фактическото ефективното изследване на функционирането на сложни системи посредством ЕИМ. С нейна помощ се организират действията на изследователя на всички етапи от неговата работа с моделите, начина на изучаване предметната област и отделяне на моделираната проблемна ситуации и завършва с построяване и реализация на компютърни експерименти за анализ на поведението на системата. Когато говорим за технология на моделиране, следва да се отбележим два важни аспекта: методологическата съставяща на технологията като наука, се занимава с определяне на закона и размерността, използването на които на практика позволяват да се намери по-ефективен и икономичен компютърен модел на обекта; приложната цел и задача на технологията като изкуство, майсторство, умение за достига в хода на компютърното моделиране на сложни обект и практически полезни резултати. Изтегляне 1.5 Mb. Сподели с приятели:
|