Автоматизация компьютерного моделирования

Необходимость автоматизации процесса моделирования возникла в середине прошлого столетия, когда появилась возможность использовать для моделирования вычислительные машины.

В наиболее простой постановке задача сводится к следующему. Дана математическая модель в виде системы уравнений, требуется построить решение и изучить его свойства в зависимости от значений параметров, лежащих в заданных пределах. Близкой с точки зрения задач автоматизации является задача поиска значений параметров системы уравнений, доставляющих экстремум заданного функционала качества. Даже если дополнительно известно, что решение или экстремум существует, необходимо проделать большую работу: выбрать численный метод для решения поставленной задачи, написать его программную реализацию и многократно решать систему уравнений с различными значениями параметров. Процесс решения таких задач ускоряется, если существуют библиотеки численных методов. Создание библиотек численных методов для заданных классов уравнений исторически было первым шагом на пути автоматизации моделирования. К концу 70-х годов прошлого столетия были созданы специализированные коллекции численных методов практически для всех областей численного анализа.

Наличие библиотек не спасает от необходимости многократно проводить и обрабатывать результаты отдельных экспериментов для различных входных данных. Дальнейшие шаги на пути автоматизации моделирования были связаны с разработкой систем автоматического проектирования (САПР) и систем автоматизации вычислительного эксперимента – пакетов прикладных программ (ППП). В обоих случаях исходные математические модели (уравнения) считаются заданными. САПР характеризуются большим числом исходных данных, стандартными расчетами и необходимостью оформлять результаты экспериментов в строго регламентированном виде. Именно эти этапы и автоматизируются. ППП предназначены для решения уникальных задач и, как правило, разрабатываются большими коллективами специалистов из различных областей. При создании ППП многократно изменяется исходная математическая модель, строятся новые численные методы и их программные реализации, т.к. исследователи имеют дело с малоизученным и сложным объектом. После внесения каждого изменения приходится заново повторять все эксперименты и сравнивать результаты. Автоматизация этих операций ускоряет процесс исследования. На основе созданных новых моделей уже можно создавать САПР.

Наиболее трудно автоматизируемым этапом является процесс построения модели. В то же время при разработке аппаратуры успешно применяются технологии разработки больших систем из стандартных блоков. Этот подход может быть использован и при построении сложных моделей. Воплощение этой идеи привело к созданию языков моделирования, применяемых в универсальных конструкторах моделей.