Форма входа

Наша реклама

Помогите сайту просмотрите рекламу

Поиск

Календарь

«  Март 2024  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
    123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031

Наш опрос

Оцените мой сайт
Всего ответов: 122

Статистика


Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0




Пятница, 29.03.2024, 10:22
Приветствую Вас Гость | RSS
Скорая помощь для студентов
Главная | Регистрация | Вход
Лекция 11


МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ

Лекция 11

 

Обзор инструментальных средств для реализации моделей.   Существующее состояние и тенденции применения методов моделирования в инженерной и научно-технической деятельности

 

 

Словарь модуля

Литература модуля

 

         Содержание лекции

1) Обзор возможных подходов к реализации моделей

2) Математические пакеты общего назначения и их возможности для создания/эксплуатации моделей

3) Программные пакеты для реализации моделей, связанных с  дискретными событиями

4) Некоторые программные пакеты специализированного назначения

5) Автономные программы моделирования узкоспециального назначения

6) Средства моделирования в программах общеофисного назначения и других не специализированных в отношении моделирования программах

7) Универсальные языки и системы программирования, их возможности для реализации моделей

8) Специализированные языки моделирования

9) Существующее состояние и тенденции применения методов моделирования в инженерной и научно-технической деятельности

10) Развитие современных информационных технологий и их влияние на применение методов моделирования

1) Обзор возможных подходов к реализации моделей

Как уже говорилось в предыдущих лекциях для компьютерной реализации математических моделей в принципе  возможны три подхода:

- использование готовых (т.е. уже реализованных) моделей, с подстановкой в них нужных значений параметров;

- модификации уже существующих моделей за счет использования каких-то надстроек и дополнений к ним;

- самостоятельная разработка средств реализации моделей.

Преимущества и недостатки таких направлений уже были обсуждены ранее. Появление абсолютно новых задач, а тем более классов задач, в настоящее время являются достаточно редким событием. А для уже существующих задач обычно есть какие-то средства моделирования – либо в рамках пакетов общего назначения, либо специализированных.

Ниже мы последовательно рассмотрим классы программных средств, которые позволяют реализовать указанные три направления в отношении реализации задач моделирования. В силу ограниченного объема лекции обзор по необходимости будет неполон.

Основными характеристиками пакетов (и других программных средств) с точки зрения пользователя являются: функциональные возможности; сложность в освоении и использовании; требования к аппаратному обеспечению.

Для руководителей организаций важное значение имеет и цена программного средства, т.к. в условиях усиления внимания к защите интеллектуальной собственности использование контрафактных копий программ будет постепенно сокращаться.

Ряд производителей программных средств (в т.ч. и моделирующих программ) предусматривают льготные цены (а иногда и бесплатность) при использовании таких средств в рамках учебных заведений.

Применяются также такие виды политики:

- бесплатное использование для некоммерческих целей, но платное для коммерческих;

- бесплатное распространение демонстрационных версий программ с усеченными функциональными возможностями;

- распространение демонстрационных версий программ, которые вносят какие-то нелинейные искажения (например, для геоинформационных систем), что препятствует их профессиональному использованию;

- распространение демонстрационных версий, которые не дают возможности сохранять сделанную в программе моделирования работу - для продолжения следующий раз с того места, где она была завершена в текущем сеансе.

В ряде случаев самостоятельная разработка программных средств (даже обладающих ограниченными функциональными возможностями) может быть эффективной по следующим причинам:

- экономия финансовых средств на закупку дорогостоящих пакетов программ, большая часть функций которых является невостребованной;

- разработка простых программных средств с малым временем освоения и низкими требованиями к квалификации пользователей.

2) Математические пакеты общего назначения и их возможности для создания/эксплуатации моделей

Основное назначение таких пакетов – это математические расчеты различного назначения и визуализация этих расчетов. Средства, которые могут быть использованы для моделирования, в таких пакетах обычно также присутствуют, но степень удобства их реализации может серьезно различаться.

Преимуществами пакетов обычно являются обширные библиотеки уже реализованных численных методов и достаточно мощные встроенные средства компьютерной графики. Большинство пакетов являются достаточно объемными разработками, для освоения которых в полном объеме нужно очень много времени. Поэтому возможности таких пакетов обычно используются не в полном объеме.

Отметим, что большинство программных средств этого направления постоянно совершенствуется и дополняется в направлении расширения функциональных возможностей. Это приводит к систематическому выходу новых версий (релизов).

Переходим к обзору конкретных математических пакетов общего назначения.

Одним из первых пакетов такого направления, который получил широкое распространение в России в период массового появления персональных компьютеров, это пакет Eureka. Он был очень прост и допускал реализацию лишь простейших математических моделей.

Одним из наиболее популярных пакетов общематематического характера в настоящее время является MathCad. Это программное средство имеет давнюю историю и было впервые реализовано еще под MsDOS. В настоящее время вышло уже несколько версий под MsWindows и этот процесс продолжается. Пакет обладает определенными средствами программирования, в т.ч. позволяющими  реализовать и циклические вычисления.

Отметим, что поскольку пакет MathCad очень широко используется в образовательном процессе вузов, то к нему постоянно разрабатываются "надстройки" различного направления, в т.ч. и предназначенные для целей моделирования.

Ряд таких материалов можно посмотреть в журнале ExponentaPro и соответствующем сайте (model.exponenta.ru).

Более мощным средством считается пакет MATLAB, который (в полной поставке) включает в себя более 100 модулей-надстроек специализированного характера (в т.ч. и предназначенных специально для моделирования).

Этот пакет также широко используется в учебном процессе вузов, причем не только для чисто вычислительных задач, но и для моделирования. Пакет обладает достаточно развитыми средствами компьютерной графики, в т.ч. и для динамической визуализации результатов моделирования (в ограниченном объеме).

Особо отметим надстройку Simulink, ориентированную именно на задачи имитационного моделирования.

Пакет Derive считается предназначенным  для решения задач компьютерной алгебры, но сочетает возможности проведения символьных и численных вычислений. В целом возможности пакета достаточно ограниченные, но зато и требования к аппаратному оснащению у него самые минимальные.

Широко используется (в т.ч. в образовательных целях) пакет Mathematica. Хотя пакет и рассматривается как ориентированный на задачи компьютерной алгебры, но это полноценная универсальная математическая система, в которой реализованы и численные методы. Это позволяет реализовывать в рамках пакета и моделирование систем.

Также на задачи компьютерной алгебры (символьной математики) считается ориентированным пакет Maple V.   В функциональном отношении он достаточно мощный.

3) Программные пакеты для реализации моделей, связанных с  дискретными событиями

Прежде всего повторим, что соответствующие модули имеются в рамках пакета MATLAB.

Одним из наиболее распространенных средств для моделирования задач теории массового обслуживания (и вообще дискретных процессов) считается пакет GPSS (GPSS World). Первоначально пакет был разработан Дж.Гордоном. В этом пакете каждая модель формируется из ограниченного набора сущностей, которые можно считать объектами моделирования. Все сущности могут иметь назначенные программистом имена и автоматически нумеруются. Блоки включаются в модели как элементы структурных схем. В целом GPSS следует рассматривать именно как программную систему, в которой есть собственный язык моделирования.

Традиционно именно GPSS применяется для моделирования задач обработки сигналов, в т.ч. в телекоммуникационных сетях, в области схемотехники и пр.

В последнее время приобрел большую популярность пакет ARENA, предназначенный также для моделирования дискретных событий. Его особенностью являются неплохие средства для визуализации результатов моделирования, в т.ч. динамически по ходу просчета. Практика показывает, что даже начинающий пользователь способен достаточно быстро реализовать на нем модели стандартного характера и обеспечить средства визуализации результатов.

4) Некоторые программные пакеты специализированного назначения

Для студентов по специальностям, связанным с информационными технологиями, состав таких пакетов достаточно специфичен.

Отметим, например, пакет VisSim, используемый в учебном процессе университета для моделирования систем автоматического регулирования и управления (линейных и нелинейных). Пакет обладает встроенными средствами конструирования моделируемых систем (путем компоновки из отдельных элементов). Также имеются удобные средства отображения результатов моделирования

Для моделирования электронных схем применяется пакет Electronic WorkBench. Он позволяет сконструировать на экране компьютера электронную схему и исследовать ее поведение при подаче различных сигналов (в т.ч. с графическим представлением результатов).

Пакет AcselEda предназначен прежде всего для разработки сложных электронных схем, в т.ч. на базе многослойных печатных плат. Его преимуществом считаются обширные библиотеки элементов, которые могут быть использованы при разработке устройств (радиоэлектронные компоненты).

Для сферы телекоммуникаций можно упомянуть систему визуального моделирования NETRAC.

Отметим также некоторые дополнительные коммерческие программы-симуляторы для задач с преобладанием "логических аспектов" (помимо GPSS и Arena): AutoMod, Process Model, SIMFACTORY и др.

Отдельного упоминания заслуживает такой новый профессиональный инструмент как AnyLogic, объединяющий объектно-ориентированный подход, визуальное проектирование; дружественный для пользователя графический интерфейс, язык программирования Java, агентные технологи и пр.

Визуализация динамики моделируемых процессов и статистическая обработка случайных параметров являются встроенными и выполняются автоматически.

К рассматриваемой группе программного обеспечения можно отнести и средства статистического анализа, позволяющие построить формальные математические модели процессов (обычно без анализа механизмов функционирования систем) и, при необходимости, осуществить прогноз их поведения при различных сочетаниях влияющих параметров. Это касается также прогнозов на основании временных рядов.

Ранее одним из наиболее популярных пакетов был StatgraphicsPlus. В нем удобно сочетаются достаточно мощные средства статистического анализа и визуализации результатов. Собственно этот пакет и сейчас широко используется, причем не только в учебном процессе, но и в научных исследованиях.

В настоящее время из статистических пакетов в России вероятно шире всего используются STATISTICA и SPSS. Их популярности способствуют: большое количество реализованных методов; хорошая русификация; наличие учебной и справочной литературы по работе с ними.

 

5) Автономные программы моделирования узкоспециального назначения

Это программы, которые нужны лишь достаточно ограниченному кругу специалистов, работающих в узких областях. Количество таких программ, реально используемых в России, достаточно велико. Затруднения, связанные с их применением, имеют следующие основные направления:

- отсутствие русификации или некачественная русификация;

- отсутствие русифицированной документации и помощи;

- несовпадение библиотек элементов, включенных в программные средства, и тех, которые используются в России.

Отметим, что найти такие специализированные программы моделирования через обычные поисковики в Интернет по сочетаниям ключевых слов может быть достаточно затруднительно. В то же время если потенциальному пользователю известно название программы, то выйти на сайт производителя достаточно просто.

Могут быть полезны также каталоги программного обеспечения, где материал сгруппирован по функциональным направлениям использования (например, фирмы Softline), а также профессиональные периодические издания, в т.ч. и компьютерного направления. Однако в этих источниках встречаются только программные средства профессионального класса.

В то же время в открытом доступе (freeware) по ряду тематических направлений находится достаточно много программных средств, которые могут быть полезны для решения некоторых задач моделирования. Однако эта информация в Интернет часто плохо структурирована и потому труднодоступна. Вероятно проще всего "выйти" на нужную программу моделирования можно с соответствующего специализированного сайта, где имеется подборка необходимых ссылок.


 

 


Copyright MyCorp © 2024