Компьютерное моделирование биотехнологических процессов и систем. Дворецкий Д.С - 5 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

ВВЕДЕНИЕ
Вряд ли в настоящее время можно найти студента технического вуза, который бы не смог объяс-
нить, что такое математическое моделирование. Оно все глубже проникает не только в технику, но и
во все сферы человеческой деятельности. Однако этот термин пока не имеет общепринятого формаль-
ного (как это положено в математике) определения, и его границы в смысловом отношении еще нечетко
очерчены. Такая ситуация характерна для любого научного направления на стыке его становления и
быстрого развития.
С достаточно общих позиций математическое моделирование можно рассматривать как один из
самых мощных методов и инструментов познания, анализа и синтеза, которым располагают специали-
сты, ответственные за разработку и функционирование сложных технических устройств и технологиче-
ских объектов (например, процессов, аппаратов и систем биотехнологии). Идея математического мо-
делирования состоит в замене реального объекта его «образом» – математической моделью – и в даль-
нейшем изучении модели с целью получения новых знаний об этом объекте. При этом у исследователя
появляется возможность экспериментировать с моделью объекта даже в тех случаях, когда делать это на
реальном объекте практически невозможно или нецелесообразно. Работа не с самим объектом (явлени-
ем, процессом), а с его математической моделью дает возможность относительно быстро и без сущест-
венных затрат исследовать его свойства и поведение в любых мыслимых ситуациях (преимущества тео-
рии). В то же время вычислительные (имитационные) эксперименты с моделями объектов позволяют
подробно и глубоко изучать объекты в достаточной полноте, недоступной чисто теоретическим подхо-
дам (преимущества эксперимента) [1].
Основу современного кибернетического подхода к решению задач анализа и синтеза биотехнологи-
ческих объектов составляет системный анализ [2]. Сущность системного анализа определяется его стра-
тегией, в основе которой лежат общие принципы, применимые к решению любой системной задачи. К
ним можно отнести: 1) четкую формулировку цели исследования, постановку задачи по достижению
заданной цели и определение критерия эффективности решения задачи; 2) разработку развернутой
стратегии исследования с указанием основных этапов и направлений в решении задачи: последователь-
но-параллельное продвижение по всему комплексу взаимосвязанных этапов и возможных направлений;
организацию последовательных приближений и повторных циклов исследований на отдельных этапах;
принцип нисходящей иерархии анализа и восходящей иерархии синтеза при решении составных част-
ных задач. При этом формализация системы осуществляется с помощью математической модели, ото-
бражающей связь между выходными переменными системы, ее внутренними параметрами и входными
переменными, в том числе управляющими и возмущающими воздействиями.
Методология математического моделирования предусматривает тщательную отработку моделей.
Обычно, начав с очень простой модели, постепенно продвигаются к более совершенной ее форме, от-
ражающей сложную природу изучаемого объекта более точно. Искусство моделирования состоит в спо-
собности анализировать проблему, выделять из нее путем абстракции наиболее существенные черты,
выбирать и должным образом модифицировать предположения, характеризующие объект (систему), а
затем отрабатывать и совершенствовать модель до тех пор, пока она не станет давать полезные для
практики результаты. Таким образом, разработка и применение компьютерных моделей все еще в
большей степени искусство, нежели наука. Следовательно, как и в других видах искусства, успех или
неудача определяется не столько методом, сколько тем, как он применяется.
Развитие прикладных биотехнологий, гибких автоматизированных производственных систем и уст-
ройств и других быстро развивающихся наукоемких отраслей привели к дальнейшему усложнению раз-
рабатываемых и эксплуатируемых технических устройств, биотехнологических процессов, аппаратов и
систем. Их экспериментальная отработка стала требовать все больших затрат времени и материальных
ресурсов, а в ряде случаев ее проведение в полном объеме превратилось в проблему, не имеющую при-
емлемого решения. В этих условиях существенно увеличилось значение расчетно-теоретического ана-
лиза характеристик таких устройств, технологий и систем. Этому способствовал и прорыв в совершен-
ствовании вычислительной техники и численных методов, приведший к появлению современных ЭВМ
с феноменальными объемом памяти и скоростью выполнения арифметических операций. В результате
возникла материальная база для становления и быстрого развития компьютерного моделирования (ма-
тематического моделирования и вычислительного эксперимента) не только в качестве расчетно-
теоретического сопровождения на стадии отработки технических устройств, технологических процес-
сов, аппаратов и систем биотехнологии, но и при их проектировании, подборе и оптимизации их экс-

Страницы