| Купить Matlab | Mathematica | Mathcad | Maple | Statistica | Другие пакеты |  |
| Internet-класс | Примеры | Методики | Форум | Download | |
|
|
| ||||
| Введение | ||||
|
Моделирование на цифровых вычислительных машинах является одним из самых мощных средств анализа динамических систем. Оно дает возможность изучать реальные или проектируемые системы даже в тех случаях, когда эксперимент с реальным объектом невозможен или экономически нецелесообразен. Без большого преувеличения можно сказать, что в настоящее время любой квалифицированный инженер, технолог или менеджер должен владеть основами моделирования. До недавнего времени, однако, это пожелание было трудно выполнимым, так как перевод математического описания моделируемой системы на язык, понятный компьютеру, и интерпретация полученных результатов были достаточно трудоемкими операциями и выполнялись только высоко квалифицированными специалистами. Технология проектирования, основанная на компьютерном моделировании, использовалось только в научных исследованиях и при разработке действительно больших и сложных технических систем, в основном военного назначения. Положение кардинально изменилось с появлением мощных персональных компьютеров и графических сред визуального моделирования. Одной из первых таких сред была специализированная надстройка SIMULINK, работающая на базе математического пакета MATLAB. Средства визуального моделирования позволяют вводить описание моделируемой системы в естественной для пользователя, специалиста в своей прикладной области, преимущественно графической форме, автоматически переводить это описание на язык компьютера и представлять результаты моделирования, опять же, в графической форме, например, в виде временных или фазовых диаграмм и анимированных картинок. Трудоемкость и время разработки модели и проведения вычислительных экспериментов в таких средах сокращаются в десятки раз, по сравнению с традиционным способом, когда для каждой новой разработки создается своя, индивидуальная программа. Относительная дешевизна графических сред визуального моделирования и простота их эксплуатации, позволяют надеяться, что компьютерное моделирование действительно станет доступным каждому инженеру, технологу и менеджеру. В настоящее время существуют несколько десятков пакетов визуального моделирования, в том числе и пакет Model Vision 2.1, в группу разработчиков которого входили и авторы этой книги. Эти пакеты базируются на идеях, господствовавших в то время, когда о мощных компьютерах и графических средах еще только мечтали. Графика в них используется весьма прямолинейно, она сродни иллюстрации в книге, а сама технология моделирования требует постоянного контроля со стороны разработчика за правильностью получаемых результатов, и поэтому можно сказать, что это средства визуального моделирования первого поколения. Опыт их эксплуатации только умножил число нерешенных проблем. В основном они связаны с резким расширением круга пользователей и возрастающей сложностью моделируемых систем. Главной проблемой является обеспечение достоверности получаемых результатов. Решения систем уравнений, определяющих поведение модели, находятся с помощью программных реализаций соответствующих численных методов. Известно, что численное моделирование конкретных систем требует достаточно аккуратного использования программных реализаций численных методов, в том числе сложной процедуры выбора их параметров, а главное, уверенности в том, что именно эти программы можно применять для решения предложенной задачи. К сожалению, многие пользователи либо не имеют нужных знаний, либо навыков моделирования, а сами редко способны подсказать, какой метод следует выбрать, и поэтому появляется опасность быстрого и легкого получения совершенно неправильных результатов. Вторая проблема связана с необходимостью правильного воспроизведения поведения систем, в которых одновременно проявляются черты непрерывные и дискретные свойства, называемых гибридными. Гибридными являются модели практически всех реальных и проектируемых систем. Опыт показал, что для наглядного, легко воспринимаемого человеком описания таких систем требуется специальный формализм, а для получения достоверного численного решения, специальные методы. Третья проблема возникает при попытке создания новой технологии визуального объектно-ориентированного моделирования сложных систем, аналогичной технологии объектно-ориентированного программирования. Объектно-ориентированный подход манит своей легкостью проектирования систем, состоящих из множества похожих элементов, экономичностью, связанной с возможностью применять уже существующие библиотеки, простотой модификации существующих элементов. Однако простой перенос методов объектно-ориентированного программирования в технологию компьютерного моделирования вряд ли оправдан. В данном учебном пособии рассматривается новый подход к объектно-ориентированному визуальному моделированию гибридных систем, который по мнению авторов позволяет решить перечисленные выше проблемы. Практическим воплощением этого подхода является пакет визуального моделирования второго поколения MVx, учебная версия которого находится на компакт-диске, прилагаемом к учебному пособию. Пакет разработан авторами учебника совместно с Д.Б. Иниховым. Пособие состоит из четырех частей. В первой части излагаются основные задачи и этапы компьютерного моделирования и дается обзор наиболее известных пакетов визуального моделирования. Во второй части на примерах простых и хорошо известных динамических систем объясняется, что такое гибридная система и чем привлекателен объектно-ориентированный подход. Сравниваются между собой различные формализмы, применяемые для описания гибридных систем. Обосновывается чем хорош способ описания "объект = структура+ поведение + динамический графический образ". Вводится понятие Карты поведения. Поясняется, что авторы понимают под активным динамическим объектом и как активный динамический объект, названный обобщенным устройством, связан с классами объектно-ориентированного программирования, как трактуются понятия инкапсуляции, наследования и полиморфизма в объектно-ориентированном моделировании. Вводится понятие блок-схемы и рассказывается как ее использовать для описания иерархических систем. Обсуждается, что такое вычислительный эксперимент и как вычислительный эксперимент проводится в среде MVx. Третья часть содержит достаточно подробное описание того, как устроен пакет и что входит в состав библиотеки численных методов. Четвертая часть представляет собой описание языка моделирования гибридных систем как языка программирования, в традиционной текстовой форме, сопровождаемое многочисленными примерами. Описание модели в текстовой форме порождается пакетом автоматически по построенному пользователем графическому представлению. Текстовая форма полностью определяет будущую выполняемую модель и может рассматриваться как спецификация моделируемой системы на специальном языке высокого уровня. В приложении вы найдете Руководство для начинающих. Рассмотренные в Руководстве примеры помогут Вам сделать первые шаги в объектно-ориентированном моделировании. На прилагаемом к учебнику диске находится дистрибутив учебной версии, снабженной подробной справочной системой, примеры, демонстрирующие возможности предлагаемого подхода и учебные примеры, на которые мы ссылаемся по ходу изложения. Возможно, в реализации пакета существуют ошибки, возможно, вам захочется усовершенствовать что-то. Мы будем рады услышать и критику, и пожелания. Обо всех изменениях мы будем сообщать на страничке в сети INTERNET : www.xjtek.com Учебник предназначен: - Школьникам старших классов и учителям информатики, интересующимся вопросами математического моделирования. Он может оказаться полезным учителям естественно-научных дисциплин для разработки действующих компьютерных моделей различных систем. - Студентам и преподавателям технических вузов. Предыдущая версия пакета с успехом использовалась преподавателями механики, химии, специалистами в области математического моделирования, физиками для изучения свойств конкретных динамических систем. - Инженерам-исследователям и проектировщикам сложных динамических систем. Проектирование пакета MVx оказалось в некотором смысле хобби для его авторов - пакет создавался в свободное от основной работы время, без какого-либо “внешнего” финансирования. Поэтому мы благодарны всем, кто позволил нам увеличить долю “свободного” времени, потраченного на создание пакета и написание книги. Мы благодарны всем, кто помогал нам распространять информацию о пакете, а именно - коллективу кафедры РВКС, Санкт-Петербургского Государственного технического университета, поддерживающему страничку INTERNET в рабочем состоянии, на которой вы можете найти информацию и о других разработках кафедры, редакции журнала “Компьютерные инструменты в образовании”, опубликовавшей серию статей о предыдущей версии пакета, и наконец издательству “Мир и семья- 95”, “Интерлайн”, рискнувшему выпустить эту книгу. |
| | На первую страницу | Поиск | Купить Matlab | |
|
|