Моделирование Компьютерное
знакомтство
Сейчас мы постараемся прочитать ваши мысли. Наверняка, при слове «Моделирование» у вас возникает ассоциация с какой-нибудь уменьшенной копией ракеты или ассоциация со склеенной моделью самолета. Но на самом деле материальные модели — это, образно говоря, только одна песчинка со всего песочного пляжа моделирования. Существует еще множество типов нематериальных моделей, которые пилятся не из дерева и строятся не из картона, а из абстрактных материалов.
Нас самом деле рассматриваемая сейчас нами наука Моделирование – это междисциплинарная наука, т.е. она используется не только для решения задач в какой-то отдельно взятой узкой области, а применима сразу во всех сферах: в экономике, технике, биологии и т.д. и в том числе в IT-отрасли.
Мы с вами будем рассматривать преимущественно только одно из направлений моделирования – то, которое относится к абстрактным моделям мира информации, информационных сетей и систем передачи информации.
Дата рождения: нет данных.
Развитие Моделирования
1 поколение
Материя
Моделирование как метод познания применялось человечеством — осознанно или интуитивно – всегда. Наиболее первобытный вид моделирования – материальный, при котором создаются вещественные модели, которые можно потрогать.
Как отдельное научное учение вероятно моделирование было выделено в средние века. Выдающаяся роль в этом принадлежит Леонардо да Винчи (1452-1519). Проектируя, например, летательную машину, Леонардо наблюдал полет птиц и летучих мышей, сравнивал перьевую и кожистую поверхность крыльев тех и других. Далее художник-инженер Леонардо рисует, строит модель и снова наблюдает и проверяет ее, подмечая тончайшие особенности согласования и движения частей объектов исследования. Не подозревая о существовании аэродинамических сил, он ищет аналогии в полете птицы и пытается реализовать похожие свойства в своей модели летающего средства.
Мысли
Более интеллектуальное моделирование – абстрактное, при котором модели строятся в мыслях, их уже нельзя потрогать или уронить.
Такого рода модели на протяжении многих столетий строят учёные из всех областей науки (не только математики и физики) для исследования мира. Как пример – геоцентрическая модель мира Пталомея. (III в. до н. э.). Известными здесь также являются модели Коперника, Галилея, Дж. Бруно.
В электроэнергетике вместо отдельных электростанций появляются энергосистемы, объединяющие десятки, сотни электростанций. Впоследствии они объединяются в единую энергетическую систему. Такая система представляет собой сложную динамическую систему, в которой появляется возможность потери устойчивости. Для решения этой проблемы были созданы электродинамические модели. С применением моделирования были найдены решения, которые позволили свести к минимуму вероятность нарушения устойчивости энергосистем.
В 1943 году американские нейрофизиолог Уоррен Маккаллок и математик Уолтер Питтс предлагают первую модель искусственного интеллекта – первую модель искусственного нейрона и основанную на нём модель нейронной сети.
2 поколение
Компьютерная модель – Модель, выполненная в компьютерной (электронно-вычислительной) среде и представляющая собой программно-информационную систему.
В настоящее время прогресс человечества уже шагнул далеко вперед и разработчики, инженеры, исследователи сталкиваются не с простыми задачами, как было в древности на первых порах, а с разработкой вычислительно больших и сложных систем.
Например, сети передаются пакеты с данными. Каждый пакет отправляется маршрутизатором по оптимальному маршруту в зависимости от загруженности линии связи в данный момент времени и ее пропускной способности. Ситуация оптимального маршрута постоянно во времени меняется. В сети таких маршрутизаторов десятки, а передаваемых пакетов тысячи. Разработать модель работы такой сети передачи и рассчитать все на листочке — это нереально, очень сложная задача.
Другой пример — радиосигнал излучается антенной в городской среде. Для того, чтобы определить зону устойчивого покрытия мобильного интернета вокруг передатчика, необходимо вычислить значение напряженности электромагнитного сигнала в каждой точке пространства. Это можно сделать, решив для каждой точки пространства уравнения Максвелла в дифференциальной форме
где E(x, y) – комплексная амплитуда вектора электрического поля в координатах х, у точки в пространстве.
Решать тысячи уравнений такого рода аналитически в ручную – нереально большая задача. Поэтому строить модель излучения и моделировать зону покрытия радиопередатчиком не удавалось до недавнего времени. Вообще подобные задачи с решением множества дифференциальных уравнений возникают в разных отраслях человеческой деятельности и решают их численными методами, например, методом конечных элементов. Производить большие вычисления и при этом не ошибаться способен компьютер. Таким образом, подавляющее большинство моделей современные инженеры и ученые строят на компьютерах и это можно отметить как 2 поколение науки моделирования.
Визуализация деформации машины при асимметричном ударе, выполненная по результатам расчета методом конечных элементов
Расчет системы вентиляции стадиона «Арена «Ходынка»
Моделирование процессов горения, тепло и массообмена в топках котлов на пылевидном топливе
Итак, хочется отметить в заключении: моделирование – один из самых мощных инструментов, которым должен уметь пользоваться каждый спец, когда он занимается исследованием, проектированием и функционированием сложных технических систем (а такие встречаются сегодня на каждом углу).
Уметь правильно выполнять моделирование – это мощный скилл героя, поэтому будем его осваивать.
