Системы моделирования и расчёта

Эти прикладные программы обычно применяются при исследовании и компьютерном моделировании динамических систем. На сегодняшний день на рынке программного обеспечения имеются десятки пакетов, различающихся кругом решаемых задач, представлением входных и выходных данных, используемым математическим аппаратом требуемыми вычислительными ресурсами и другими характеристиками К ним, в частности, относятся математические и инженерные пакеты EUREКА; СИАМ; V1SSIM; LABVIEW, ENGINE; CIRCUITMAKER; МАТНСАD; MATLAB; SCILAB; DERIVE; MAPLE; MATHEMATICA; THEORIST; CLASSIC; MODELVISION; STUDIO FOX и другие.

Рассмотрим наиболее распространённые пакеты прикладных программ.

МATHCAD. Популярный пакет для автоматизации математических расчётов и решения научно-технических, инженерных и учебных задач, таких как решение алгебраических уравнений, оптимизация, статистика и др. Содержит формульный интерпретатор. Отличительная черта пакета - входной язык, максимально приближенный к обычному математическому языку. Это можно отнести к достоинствам системы, однако на практике обнаруживаются серьезные недостатки. Так, многие специализированные знаки (квадратного корня, суммы и произведения ряда, интеграла и т.д.) на обычной клавиатуре персонального компьютера отсутствуют, и для их ввода приходится запоминать соответствующие символы или использовать многочисленные палитры спецзнаков. Ранние версии этого пакета требовали скромных вычислительных ресурсов, последние же версии превратились в настоящих вычислительных монстров. MATLAB. Занимает лидирующее положение среди математических и инженерных пакетов. Реализует численные операции с матрицами, имеет обширные библиотеки, позволяет выполнять моделирование непосредственно по структурной схеме (при помощи встроенного средства SIMULINK) Поддерживает все виды описаний линейных динамических систем, в первую очередь матричное описание в пространстве состояний и описание с помощью передаточных функций. Имеет около 30 специальных библиотек подпрограмм (так называемых тулбоксов), ориентированных на различные прикладные области (теория управления, фильтрация, обработка сигналов, финансы).

LABVIEW. Программный продукт фирмы National Instruments, аппарат исследования различных физических явлений с широкими возможностями построения математических моделей и множеством виртуальных приборов, фактически являющийся одним программно-вычислительным комплексом. Обеспечивает создание на базе компьютера виртуального лабораторного оборудования с имитацией приборной доски на экране и обслуживанием периферии в виде датчиков, генераторов сигналов, цифровых фильтров и т.д. LABVIEW как средство прикладного программирования по своей логической структуре близок к конструкции языков Си или Бейсик. Однако он, как и другие структурные пакеты, не требует написания текстов про грамм, а использует язык графического программирования для создания программ в виде блок-схем, т.е. похож на объектно-ориентированные языки программирования, привычные для широкого круга пользователей. Имеет обширные библиотеки для приема, обработки, анализа и представления данных. Реализации программ в LABVIEW называются виртуальными приборами или виртуальными инструментами, поскольку их внешнее графическое представление и способ функционирования могут имитировать работу реальных физических устройств и результаты измерения характеристик.

ENGINE. Обеспечивает статистическую обработку сигналов, быстрое преобразование Фурье, сочетает традиционные методы анализа данных с новыми методами на базе использования нейросетей и нечетких множеств. Имеет семейство приложений DataEngine Product Family, совместим с пакетом LABVIEW.

Среди программ конечно-элементного анализа заслуживает внимание программный комплекс Ansys (компания Ansys Inc.). В этом пакете программ основные решающие модули позволяют выполнять анализ механической прочности, теплопроводности, динамики жидкостей и газов, акустических и электромагнитных полей. Во все варианты программ входят пред и постпроцессоры, а также интерфейс с базой данных. Предусмотрен экспорт (импорт) данных между Ansys и ведущими комплексами геометрического моделирования и машинной графики.