Моделювання і симуляція

Моделювання та симуляція (M & S) в простих термінах є заміною фізичних експериментів, в яких комп'ютери використовуються для обчислення результатів деякого фізичного явища. Комп'ютер використовується для побудови математичної моделі, яка містить всі параметри фізичної моделі і представляє фізичну модель у віртуальній формі, застосовуються умови, які ми хочемо експериментувати з фізичної моделі, потім починається симуляція, тобто ми виходимо на комп'ютер, щоб обчислити -  розрахувати результати цих умов на математичну модель.

Таким чином можна уникнути фактичних експериментів, що коштують дорого і трудомістко, замість того, щоб використовувати математичні знання та обчислювальні потужності комп'ютера для вирішення реальних світових проблем дешевим та своєчасним способом. Таким чином, Моделювання та симуляція може полегшити розуміння поведінки системи без реального тестування системи в реальному світі. Наприклад, щоб визначити, який тип спойлера найбільше покращує тягу, під час розробки гоночного автомобіля, комп'ютерна симуляція автомобіля може бути використаний для оцінки впливу різних форм спойлера на коефіцієнт тертя в свою чергу. Корисне уявлення про різні рішення в дизайні можна було б зібрати без фактичного будівництва автомобіля. Крім того, моделювання може підтримувати експерименти, які відбуваються повністю в програмному забезпеченні або в середовищі "людина-в-циклі", де моделювання представляє системи або створює дані, необхідні для досягнення цілей експерименту. Крім того, симуляція може бути використана для навчання людей, які використовують віртуальне середовище, яке в іншому випадку було б важким або дорогим для виробництва.

Використання Моделювання та симуляціі в інженерії добре визнається. Технологія моделювання належить до інструментального набору інженерів усіх доменів додатків і включена в комплект знань з інженерного менеджменту. M & S допомагає , підвищити якість продуктів і систем, а також документувати та архівувати уроки.

M & S - це дисципліна самостійно. Багато прикладних доменів часто призводять до того, що Моделювання та симуляція - це чисте застосування. Це не так, і його потрібно визнати фахівцями в галузі інжинірингу, які хочуть використовувати Моделювання та симуляцію. Для забезпечення того, щоб результати моделювання були застосовані до реального світу, керівник технічного відділу повинен розуміти припущення, концептуалізацію та обмеження впровадження у цій галузі. Результати реальних експериментів повинні бути розглянуті, щоб зробити моделі кращими.

Інтерес до моделювання

Технічно симуляція добре прийнята. Звіт Національного наукового фонду (NSF) від 2006 року "Інженерна наука на основі симуляцій"  показав потенціал використання технологій і методів моделювання для революції в інженерній науці. Серед причин стабільно зростаючого інтересу до застосування моделювання є наступні:

1.    Використання моделювання, як правило, дешевше, безпечніше, а іноді й більш етично, ніж проведення реальних експериментів. Наприклад, суперкомп'ютери іноді використовуються для імітації детонації ядерних пристроїв та їх впливів, щоб забезпечити кращу підготовку у разі ядерного вибуху . Аналогічні зусилля проводяться для моделювання ураганів та інших природних катастроф. Див. Також: Модель дослідження і прогнозування погоди ураганів.
2.     Симуляції часто можуть бути ще більш реалістичними, ніж традиційні експерименти, оскільки вони дозволяють встановлювати вільну конфігурацію параметрів середовища в області операційного застосування кінцевого продукту. Прикладами є підтримка глибоководної роботи ВМС США або симуляції поверхні сусідніх планет при підготовці місій НАСА.
3.     Симуляції часто можна проводити швидше, ніж в режимі реального часу. Це дозволяє використовувати їх для ефективного аналізу тотального аналізу різних альтернатив, зокрема, коли необхідні дані для ініціалізації моделювання можна легко отримати з операційних даних. Це використання симуляції додає системи моделювання підтримки прийняття рішень до інструментальної скриньки традиційних систем підтримки прийняття рішень.
4. Симуляції дозволяють встановити узгоджене , яке дозволяє інтегрувати імітовані системи на етапі раннього аналізу через змішані віртуальні системи з першими прототипними компонентами до віртуального середовища тестування для остаточної системи. Якщо це правильно впорядковано, середовище може бути перенесене з розробки та тестового домену до домену навчання та освіти в фазі життєвого циклу наступних систем (включаючи можливість навчання та оптимізації віртуального близнюка реальної системи за реалістичними обмеженнями навіть перш ніж будуються перші компоненти).

Військово-оборонна галузь, зокрема в Сполучених Штатах, була головним чемпіоном з питань мігрантів, як фінансування, так і застосування M & S. Наприклад, M & S в сучасних військових організаціях є частиною стратегії / закупівлі. Зокрема, M & S використовується для проведення подій та експериментів, які впливають на вимоги та навчання для військових систем. Таким чином, M & S вважається невід'ємною частиною системного проектування військових систем. Інші домени додатків, однак, в даний час наздоганяють. M & S в галузі медицини, транспорту та інших галузей промисловості готовий швидко перевищити використання DoD M & S у майбутньому, якщо це ще не відбулося .

Моделювання в науці

Моделювання та симуляція важливі для дослідження. Представлення реальних систем або через фізичне відтворення в меншій мірі, або за допомогою математичних моделей, що дозволяють відображати динаміку системи за допомогою симуляції, дозволяє вивчати поведінку системи в артикулярному вигляді, що часто або неможливо, або надто ризиковано у реальному світі.

Як вихідна дисципліна

"Початкова дисципліна M & S базується на розробках в різних областях комп'ютерних наук, а також впливає розвиток систем теорії, системної інженерії, програмного забезпечення, штучного інтелекту тощо. Цей фонд настільки ж різноманітний, як і інженерний менеджмент, і виводить елементи мистецтва, техніки та науки разом комплексним та унікальним способом, який вимагає від експертів області, що дає змогу приймати відповідні рішення, коли мова йде про застосування або розробку технології M & S в контексті цього документа. Різноманітність і орієнтований на застосування цієї нової дисципліни іноді призводить до викликів, що в самих підтримуваних доменах додатків вже є словники, які не обов'язково збігаються між диз'юнктивними доменами. Необхідне всебічне та лаконічне представлення понять, термінів та дій, які складають професійне тіло знань для Дисципліна M & S. Завдяки широкому колу учасників, цей процес є все ще триває "

Моделі можуть складатися з різних одиниць (моделі з більш точною гранулярністю), пов'язані з досягненням конкретної мети; з цієї причини їх можна назвати моделюючими рішеннями.

У більш загальному сенсі, моделювання та моделювання є ключовим елементом для системної діяльності, оскільки представництво системи в комп'ютері зчитуваної (і, можливо, виконуваної) моделі дозволяє інженерам відтворювати поведінку системи (або система в системі).

Фармацептична освіта

Нестача фармацевтів у Сполучених Штатах зумовила збільшення розмірів класів та кількості програм супутникового та дистанційного навчання в коледжах та школах аптеки. Таке швидке розширення створило тягар на існуючих клінічних експериментальних об'єктах . Рада з акредитації з фармацевтичної освіти (ACPE) вимагає щонайменше 1440 годин досвідченої практики аптечної практики (APPE); що входить до складу 1440 годин апетиту, ACPE вимагає, щоб коледжі та фармацевтичні школи забезпечували мінімум 300 годин практики вступної аптечної практики (IPPE), перенесені впродовж перших трьох років аптечного навчального плану . Моделювання навчання може бути однією з таких моделей, щоб дати студентам можливість застосовувати дидактичні знання та зменшити тягар на дослідницьких сайтах. Включення симуляції в IPPE отримало визнання і заохочується ACPE, як описано в Політики та процедури для ACPE акредитації Професійні програми - січень 2010 р. Додавання 1.3, Симуляції для практики введення фармацевтичних досліджень - Затверджено червень 2010 р., Зазначено:

Моделювання не може використовуватися для витіснення або заміни мінімальних очікувань на час, витрачений на фактичні аптечні налаштування, як зазначено в попередньо встановленій політиці. Окрім більшості часу, що знаходяться у фактичних аптечних навчальних закладах, коледжі та школи можуть використовувати симуляцію, щоб забезпечити не більше 20% (наприклад, 60 годин 300-годинної програми IPPE) від загального часу IPPE.

Кілька фармацевтичних коледжів і шкіл включили симуляцію в основний навчальний план. У Університеті Пітсбургської школи фармації високоякісні тренажери для пацієнтів використовуються для посилення терапії. Хоча Фармацевтичний коледж університету штату Род-Айленд інтегрував свою програму моделювання в їх курси фармакології та лікарської хімії; і був першим коледжем аптеки для придбання високоякісного симулятора хворого. Деякі аптечні коледжі та школи організовують віртуальну реальність і повні програми моделювання навколишнього середовища. Наприклад, фармацевтична школа університету Purdue і університетський центр передбачення для перцепції даних співпрацювали з Американською фармакопеєю (USP), щоб створити віртуальну чисту кімнату, яка відповідає стандартам USP 797.

Доменні програми

Існує багато категорій, але така таксономія була дуже успішно використана в оборонній сфері, і в даний час вона застосовується для медичного моделювання та моделювання транспорту.

• Аналізи Підтримка проводиться на підтримку планування та експериментів. Дуже часто пошуки оптимального рішення, яке має бути реалізовано, є рушієм цих зусиль. Що, якщо аналізи альтернатив також потрапляють у цю категорію. Цей стиль роботи часто виконується симуляторами - тими, хто має навички як у моделюванні, так і в якості аналітиків. Таке поєднання симуляції та аналітика добре відмічено в Kleijnen.
• ·       Система інженерної підтримки застосовується для закупівлі, розробки та тестування систем. Ця підтримка може розпочатися на ранніх етапах і включати теми, як виконавчі системні архітектури, і може підтримувати тестування, забезпечуючи віртуальне середовище, в якому проводяться тести. Цей стиль роботи часто виконується інженерами та архітекторами.
• ·       Навчання та підтримка освіти передбачає тренажери, віртуальні навчальні середовища та серйозні ігри для навчання та виховання людей. Цей стиль роботи часто виконується тренерами, які працюють у співпраці з комп'ютерними науковцями.

Спеціальне використання підтримки аналізу застосовується до поточних ділових операцій. Традиційно системи підтримки прийняття рішень забезпечують цю функціональність. Симуляційні системи покращують їх функціональність, додавши динамічний елемент і дозволяючи обчислювати оцінки та прогнози, в тому числі оптимізацію та аналіз «що-те».

Індивідуальні поняття

Хоча терміни "моделювання" та "Симуляція" часто використовуються як синоніми в межах дисциплін, що застосовують M & S виключно як інструмент, в рамках дисципліни M & S обидва розглядаються як індивідуальні та однаково важливі поняття. моделювання розуміється як цілеспрямована абстракція реальності, що приводить до формальної специфікації концептуалізації та основних припущень та обмежень. M & S особливо цікавить моделі, які використовуються для підтримки виконання виконуваної версії на комп'ютері. Виконання моделі з часом розуміється як симуляція. Під час моделювання цілей концептуалізації, проблеми моделювання в основному зосереджені на реалізації, іншими словами, моделювання знаходиться на рівні абстракції, тоді як симуляція залежить від рівня реалізації.

Концептуализація та реалізація - моделювання та моделювання - це дві взаємозалежні заходи, але, тим не менш, вони можуть проводитись окремими особами. Знання та інструкції з управління та інженерії необхідні для забезпечення їх повної взаємодії. Подібно інженерному менеджеру з системного інжинірингу, необхідно переконатися, що дизайн систем, зафіксованих у системній архітектурі, узгоджується з розробкою систем, це завдання повинно бути проведено з таким же рівнем професіоналізму для моделі, яка повинна бути реалізована також . Оскільки роль великих даних та аналітики продовжує зростати, роль комбінованого моделювання аналізу - це область ще одного фахівця, що називається симулянт - для того, щоб поєднувати алгоритмічні та аналітичні методи через візуалізацію, доступну безпосередньо особам, що приймають рішення. Дослідження, розроблене для бюро праці та статистики  Лі і співавт. надає цікавий вигляд того, як методика завантаження (статистичний аналіз) використовувалася при моделюванні для отримання даних про популяцію, коли їх ніхто не існував.

Посилання на джерела

• (Islamabad, Pakistan)
• (Norfolk, VA)
• Lviv national university I. Franka Архівовано 21 травня 2018 у Wayback Machine.

This article "Моделювання і симуляція" is from Wikipedia. The list of its authors can be seen in its historical and/or the page Edithistory:Моделювання і симуляція.

📰 Article(s) of the same category(ies)

• Жорстка математична модель
• М'яке моделювання

---

 Facebook Page

🐤 Twitter Follow us on Twitter !

Read or create/edit this page in another language

• Моделювання і симуляція in English