Имитационное моделирование

Имитационное моделирование (simulation) — метод, позволяющий строить модели, описывающие процессы так, как они проходили бы в действительности. Такую модель можно «проиграть» во времени как для одного испытания, так и заданного их множества. При этом результаты будут определяться случайным характером процессов. По этим данным можно получить достаточно устойчивую статистику.

Имитационное моделирование можно рассматривать как разновидность экспериментальных испытаний. В отличии от прототипа системы ("в железе") она:

• менее затратна;
• имеет возможность проводить эксперименты меняя ключевые параметры;
• динамична (может описывать поведение во времени).

Виды имитационного моделирования

• Моделирование функционирования применяют главным образом на стадии разработки концепции для формирования требований назначения и требований к показателям функционирования, а также для исследования альтернативных концепций и выбора предпочтительной концепции.

  Анализ особенностей поведения и действий часто называют системным анализом. Важный инструмент системного анализа - игры

• Моделирование эффективности системы - основной инструмент при принятии решений о выборе предпочтительной концепции системы. Для оценки эффективности также требуется спроектировать и построить модель среды функционирования. Обе модели должны допускать варьирование параметров, чтобы изучить как различные варианты эксплуатации, так и различные возможности системы.
• Моделирование условий применения сосредоточено на разработке режимов эксплуатации системы. На таких моделях отрабатываются статические и динамические характеристики компонентов и значимые особенности окружения. Оператор имитационной модели может ставить эксперименты типа "что, если" для нахождения наилучшего решения.
• Физическое моделирование создается для исследования физического поведения элементов системы. Используется преимущественно на стадии инженерной разработки системы.
  • Программно-аппаратное (Hardware-in-the-loop Simulation) - разновидность физического моделирования, когда аппаратные средства системы используются в сочетании с имитационным моделированием на компьютере.
  • Моделирование окружения (Environmental Simulation) - разновидность физического моделирования, когда моделируется не сама система, а элементы окружающей среды. Такие модели предназначены для изучения условий эксплуатации (обычно опасных). Примеры:
    • вибрационные стенды (механические испытания на прочность)
    • краш-тесты (испытания столкновением с препятствием)
    • аэродинамическая труба (моделирование сил, действующих в потоке газа)
  • Моделирование виртуальной реальности (VR Simulation)
    • Пространственные модели
    • Видеоигры
    • Моделирование района боевых действий

Разработка имитационных моделей

• Методика итеративного создания прототипов (Iterative prototyping)

Системы имитационного моделирования

• Plant Simulation (студенческая версия)
• GPSS
• Scilab
• Maxima
• Solidworks Simulation
• Autodesk Simulation Mechanical
• Autodesk Simulation CFD
• Autodesk Inventor Professional
• Matlab