Области применения компьютерного моделирования - Студенческий научный форум

XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Области применения компьютерного моделирования

Черных А.А. 1
1ФГБОУ ВО "Брянский государственный университет имени академика И.Г.Петровского"
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Совершенствование информационных технологий обусловило использование компьютеров практически во всех сферах деятельности человека. Развитие научных теорий предполагает выдвижение основных принципов, построение математической модели объекта познания, получение из нее следствий, которые могут быть сопоставлены с результатами эксперимента.

Использование ЭВМ позволяет, исходя из математических уравнений, рассчитать поведение исследуемой системы в тех или иных условиях. Часто это единственный способ получения следствий из математической модели.

Например, задача о движении трех или более частиц, взаимодействующих друг с другом, актуальна при исследовании движении планет, астероидов и других небесных тел. В общем случае она сложна и не имеет аналитического решения, и лишь использование метода компьютерного моделирования позволяет рассчитать состояние системы в последующие моменты времени.

Совершенствование вычислительной техники, появление ЭВМ, позволяющей быстро и достаточно точно осуществлять вычисления по заданной программе, ознаменовало качественный скачок на пути развития науки.

Решение современных задач требует создания компьютерных моделей, проведения огромного количества вычислений, что стало возможным лишь после появления электронно-вычислительных машин, способных выполнять миллионы операций в секунду. Существенным является и то, что вычисления производятся автоматически, в соответствии с заданным алгоритмом и не требуют вмешательства человека.

К настоящему времени методы компьютерного моделирования получили столь широкое распространение, что практически не осталось такой научной области, где бы они эти методы не нашли своего применения.

Более того, компьютерное моделирование как инструмент исследования обладает целым рядом преимуществ по сравнению с реальным экспериментом, в частности, компьютерный эксперимент может быть выполнен в таких условиях, когда проведение натурного эксперимента затруднено или даже невозможно.

В настоящее время компьютерное моделирование используется для проведения исследований в следующих направлениях:

экология и геофизика:

анализ распространения загрязняющих веществ в атмосфере;

проектирование шумовых барьеров для борьбы с шумовым загрязнением;

прогнозирование погоды и климата;

прогнозирование землетрясений;

расчет ядерных реакций;

решение задач небесной механики, астрономии и космонавтики;

изучение глобальных явлений на Земле, моделирование погоды, климата, исследование экологических проблем, глобального потепления, последствий ядерного конфликта и т.д.;

транспорт:

конструирование транспортных средств;

полетные имитаторы для тренировки пилотов;

моделирование транспортных систем;

исследование поведения гидравлических систем (нефтепроводов, водопровода и пр.);

электроника и электротехника:

эмуляция работы различных технических, в частности, электронных устройств;

экономика и финансы:

прогнозирование цен на финансовых рынках;

имитация краш-тестов;

архитектура и строительство:

исследование поведения зданий, конструкций и деталей под механической нагрузкой;

прогнозирование прочности конструкций и механизмов их разрушения;

проектирование производственных процессов, например химических;

моделирование сценарных вариантов развития городов;

управление и бизнес:

стратегическое управление организацией;

моделирование рынков сбыта и рынков сырья;

моделирование производственных процессов;

экономические исследования развития предприятия, отрасли, страны;

промышленность:

моделирование роботов и автоматических манипуляторов;

моделирование прочностных и других характеристик деталей, узлов и агрегатов;

решение задач механики сплошных сред, в частности, гидродинамики;

компьютерное моделирование различных технологических процессов;

расчет химических реакций и биологических процессов, развитие химической и биологической технологии;

медицина и биология:

моделирование результатов пластических операций;

моделирование пандемий и эпидемий;

моделирование воздействия медикаментов и оперативных вмешательств на метаболизм и другие жизненно важные процессы;

политика и военное дело:

моделирование развития межгосударственных отношений;

моделирование поведения масс людей в различных общественно-политических ситуациях;

моделирование театра военных действий;

социология:

социологические исследования, в частности, моделирование выборов, голосования, распространение сведений, изменение общественного мнения, военных действий;

расчет и прогнозирование демографической ситуации в стране и мире.

В моделях отражаются глубинные закономерности, установленные в результате целенаправленных исследований. В роли моделей выступают разнообразные предметы и объекты: рисунки, схемы, карты, графики, формулы.

Различные сферы применения компьютерных моделей предъявляют разные требования к надежности получаемых с их помощью результатов.

В любом случае использование автоматизированного варианта анализа оправдано только при ясном понимании всего процесса функционирования исследуемой системы и требуемых объема, точности и формы представления конечных результатов исследования.

Появление новых средств и методов получения, представления, передачи и обработки информации, использование новых технологий стимулировало процесс разработки перспективных диагностических систем, использующих новые информационные технологии.

Создание систем диагностирования предполагает решение таких вопросов, как исследование их свойств и характеристик, исследование объектов диагностирования, выбор методов и разработка алгоритмов диагностирования.

Исследование объектов диагностирования включает в себя изучение реальных физических объектов, а также построение и анализ моделей этих объектов. В тех случаях, когда проведение экспериментального исследования реального объекта в необходимом объеме затруднено или невозможно, а также при разработке нового объекта, исследование может быть выполнено на моделях.

Моделирование как метод научного исследования широко применяется в технической диагностике не только при изучении объектов, но и при разработке алгоритмов и средств диагностирования, исследовании эффективности систем диагностирования.

Под моделированием объекта диагностирования понимается построение (или выбор) и анализ диагностической модели с целью получения информации, необходимой для определения конечного множества возможных технических состояний этого объекта.

При анализе модели устанавливаются реакции объекта на появление различных дефектов, формируется массив информации об объекте, необходимый при практическом диагностировании. Из множества возможных дефектов объекта обычно рассматриваются и имитируются на модели только наиболее характерные, так как даже для объектов диагностирования небольшой сложности число возможных дефектов и их комбинаций велико, а с увеличением числа учитываемых дефектов размерность модели быстро растет.

Просмотров работы: 240