Компьютерная модель - это модель реального процесса или явления, реализованная компьютерными средствами.
Компьютерное моделирование – один из самых мощных инструментов познания, анализа и проектирования, которым располагают специалисты, ответственные за разработку и функционирование сложных технологий и производств.
Идея компьютерного моделирования дает возможность инженеру (исследователю) экспериментировать с объектами в тех случаях, когда делать это на реальном объекте практически невозможно или нецелесообразно.
Сущность методологии компьютерного моделирования состоит в замене исходного технологического объекта его "образом" – математической моделью – и в дальнейшем изучении модели с помощью реализуемых на компьютерах вычислительно-логических алгоритмов. Этот метод познания, конструирования, проектирования сочетает в себе достоинства как теории, так и эксперимента. Работа не с самим объектом (явлением, процессом), а с его моделью дает возможность относительно быстро и без существенных затрат исследовать его свойства и поведение в любых мыслимых ситуациях. В то же время вычислительные (имитационные) эксперименты с моделями объектов позволяют подробно и глубоко изучать объекты в достаточной полноте, недоступной чисто теоретическим подходам.
Компьютерное моделирование есть процесс конструирования модели реального объекта (системы) и постановки вычислительных экспериментов на этой модели с целью либо понять (исследовать) поведение этой системы, либо оценить различные стратегии (алгоритмы), обеспечивающие функционирование данной системы. Таким образом, процесс компьютерного моделирования включает и конструирование модели, и ее применение для решения поставленной задачи: анализа, исследования, оптимизации или синтеза (проектирования) технологических процессов и оборудования.
Искусство моделирования состоит в способности анализировать проблему, выделять из нее путем абстракции ее существенные черты, выбирать и должным образом модифицировать предположения, характеризующие систему, а затем отрабатывать и совершенствовать модель до тех пор, пока она не станет давать полезные для практики результаты.
Изучая сложные технологические объекты, процессы, аппараты и явления, не возможно учесть все факторы: какие-то оказываются существенными, а какими-то можно пренебречь. При этом формируется модель объекта исследования. 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 следования модели, имеющего соответствующую программную поддержку, может быть представлена в следующем виде:
Рис. 2.1 Схема организации процесса компьютерного моделирования
Этапы процесса компьютерного моделирования:
1. определение объекта – установление границ, ограничений и измерителей эффективности функционирования объекта;
2. формализация объекта (построение модели) – переход от реального объекта к некоторой логической схеме (абстрагирование);
3. подготовка данных – отбор данных, необходимых для построения модели, и представление их в соответствующей форме;
4. разработка моделирующего алгоритма и программы ЭВМ;
5. оценка адекватности – повышение до приемлемого уровня степени уверенности, с которой можно судить относительно корректности выводов о реальном объекте, полученных на основании обращения к модели;
6. стратегическое планирование – планирование вычислительного эксперимента, который должен дать необходимую информацию;
7. тактическое планирование – определение способа проведения каждой серии испытаний, предусмотренных планом эксперимента;
8. экспериментирование – процесс осуществления имитации с целью получения желаемых данных и анализа чувствительности;
9. интерпретация – построение выводов по данным, полученным путем имитации;
10. реализация – практическое использование модели и результатов моделирования;
11. документирование – регистрация хода осуществления процесса и его результатов, а также документирование процесса создания и использования модели.