Чтобы дать жизнь новым конструкторским разработкам, внедрить новые технические решения в производство или проверить новые идеи, нужен эксперимент. В недалеком прошлом такой эксперимент можно было провести либо в лабораторных условиях на специально создаваемых для него установках, либо на натуре, т. е. на настоящем образце изделия, подвергая его всяческим испытаниям. Для исследования, к примеру, эксплуатационных свойств какого-либо агрегата или узла его помещали в термостат, морозили в специальных камерах, трясли на вибростендах, роняли и т. п. Хорошо, если это новые часы или пылесос ~ невелика потеря при разрушении. А если самолет или ракета?
Лабораторные и натурные эксперименты требуют больших материальных затрат и времени, но их значение тем не менее очень велико.
Уже говорилось о том, что на первом этапе при анализе исходного объекта выявляются элементарные объекты, которые в процессе моделирования должны подвергаться разнообразным экспериментам. Если вернуться к примеру с самолетом, то для экспериментов с узлами и системами, как говорится, все средства хороши. Для проверки обтекаемости корпуса применяется аэродинамическая труба и натурные модели крыльев и фюзеляжа, для испытания систем безаварийного энергоснабжения и пожарной безопасности возможны различные имитационные модели, для отработки системы выпуска шасси не обойтись без специального стенда.
С развитием вычислительной техники появился новый уникальный метод исследования — компьютерный эксперимент. В помощь, а иногда и на смену экспериментальным образцам и испытательным стендам во многих случаях пришли компьютерные исследования моделей. Этап проведения компьютерного эксперимента включает две стадии: составление плана моделирования и технологию моделирования.
План моделирования должен четко отражать последовательность работы с моделью.
Часто план отображается в виде последовательности пронумерованных пунктов с описанием действий, которые необходимо осуществить исследователю с компьютерной моделью. Здесь не следует конкретизировать, каким надо воспользоваться программным инструментарием. Подробный план является своего рода отражением стратегии компьютерного эксперимента.
Первым пунктом такого плана всегда является разработка теста, а затем тестирование модели.
Тестирование — процесс проверки правильности модели.
Тест — набор исходных данных, для которых заранее известен результат.
Чтобы быть уверенным в правильности получаемых результатов моделирования, необходимо предварительно провести компьютерный эксперимент на модели для составленного теста. При этом вы должны помнить следующее:
• Во-первых, тест всегда должен быть ориентирован на то, чтобы проверить разработанный алгоритм функционирования компьютерной модели. Тест не отражает ее смыслового содержания. Однако полученные в процессе тестирования результаты могут натолкнуть вас на мысль изменения исходной информационной или знаковой модели, где заложено прежде всего смысловое содержание постановки задачи.
• Во-вторых, исходные данные в тесте могут совершенно не отражать реальную ситуацию. Это может быть любая совокупность простейших чисел или символов. Важно то, чтобы вы могли заранее знать ожидаемый результат при конкретном варианте исходных данных. Например, модель представлена в виде сложных математических соотношений. Надо ее протестировать. Вы подбираете несколько вариантов простейших значений исходных данных и заранее просчитываете конечный ответ, т. е. вам известен ожидаемый результат. Далее вы проводите компьютерный эксперимент с этими исходными данными и полученный результат сравниваете с ожидаемым. Они должны совпадать. Если не совпали, надо искать и устранять причину.
После тестирования, когда у вас появилась уверенность в правильности функционирования модели, вы переходите непосредственно к технологии моделирования.
Технология моделирования — совокупность целенаправленных действий пользователя над компьютерной моделью.
Каждый эксперимент должен сопровождаться осмыслением результатов, которые станут основой анализа результатов моделирования.
