Комп'ютерне моделювання біотехнологічних процесів і систем
Комп'ютерне моделювання в даний час все частіше стає невід'ємною частиною не тільки технічної сфери, але і всіх видів людської діяльності. Однак цей термін поки не має загальноприйнятого формального визначення, і його межі в смисловому плані ще нечітко окреслені. Така ситуація характерна для будь-якого наукового напрямку на стику його становлення і швидкого розвитку. З досить загальних позицій комп'ютерне моделювання можна розглядати як один з найпотужніших методів та інструментів пізнання, аналізу та синтезу, яким розташовують фахівці, відповідальні за розробку і функціонування складних технічних пристроїв і технологічних об'єктів (наприклад, процесів, апаратів і систем біотехнології). При цьому у дослідника з'являється можливість експериментувати з моделлю об'єкта навіть у тих випадках, коли робити це на реальному об'єкті практично неможливо або недоцільно. Основу сучасного кібернетичного підходу до вирішення завдань аналізу та синтезу біотехнологічних об'єктів становить системний аналіз. Сутність системного аналізу визначається його стратегією, в основі якої лежать загальні принципи, застосовні до вирішення будь-системної завдання.
До них можна віднести:
) чітке формулювання мети дослідження, постановку задачі по досягненню заданої мети і визначення критерію ефективності рішення задачі;
) розробку розгорнутої стратегії дослідження із зазначенням основних етапів і напрямів у вирішенні завдання: послідовно-паралельне просування по всьому комплексу взаємопов'язаних етапів і можливих напрямків; організацію послідовних наближень і повторних циклів досліджень на окремих етапах; принцип низхідній ієрархії аналізу і висхідної ієрархії синтезу при вирішенні складових приватних завдань. При цьому формалізація системи здійснюється за допомогою математичної моделі, що відображає зв'язок між вихідними змінними системи, її внутрішніми параметрами і вхідними змінними, у тому числі керуючими і возмущающими впливами. Методологія математичного моделювання передбачає ретельну відпрацювання моделей. Розвиток прикладних біотехнологій, гнучких автоматизованих виробничих систем і пристроїв та інших швидко розвиваються наукомістких галузей привели до подальшого ускладнення розроблюваних і експлуатованих технічних пристроїв, біотехнологічних процесів, апаратів і систем. Їх експериментальне відпрацювання стала вимагати все більших витрат часу і матеріальних ресурсів, а в ряді випадків її проведення в повному обсязі перетворилося на проблему, яка не має прийнятного рішення. У цих умовах істотно збільшилося значення розрахунково-теоретичного аналізу характеристик таких пристроїв, технологій і систем. Цьому сприяв і прорив у вдосконаленні обчислювальної техніки і чисельних методів, що призвів до появи сучасних ЕОМ з феноменальними об'ємом пам'яті і швидкістю виконання арифметичних операцій. В результаті виникла матеріальна база для становлення та швидкого розвитку комп'ютерного моделювання (математичного моделювання та обчислювального експерименту) не тільки в якості расчетнотеоретіческого супроводу на стадії відпрацювання технічних пристроїв, технологічних процесів, апаратів і систем біотехнології, але і при їх проектуванні, підборі та оптимізації їх експлуатаційних режимів, аналізі надійності та прогнозуванні відмов і аварійних ситуацій, а також при оцінці можливостей форсування характеристик та модернізації технічних пристроїв, технологічних процесів, апаратів і систем біотехнології. Комп'ютерне моделювання біотехнологічних систем спирається на методологію, технологію і алгоритмізацію розробки комп'ютерних моделей з урахуванням показників інформаційної невизначеності; організацію проведення комп'ютерного експерименту з моделлю і мультимедійного представлення результатів; розвиток положень інтелектуального моделювання, що включає питання діагностики стану і прогнозування еволюції систем і комп'ютерного аналізу причинно-наслідкових зв'язків на мікро- і макрорівнях; відстеження динаміки функціонування основних елементів біотехнологічних систем, що дозволяє приймати оптимальні рішення в режимі оперативного управління.
Власне комп'ютерне моделювання являє собою процес конструювання моделі реального об'єкта (системи) і постановки обчислювальних експериментів на цій моделі з метою або зрозуміти (досліджувати) поведінка цієї системи, або оцінити ефективність різних стратегій (алгоритмів) її функціонування з допомогою реалізованих на комп'ютерах вичіслітельно- логічних алгоритмів. Таким чином, процес комп'ютерного моделювання включає і конструювання моделі, і її застосування для вирішення поставленого завдання: аналізу, дослідження, оптимізації або синтезу (проектування) біотехнологічних процесів, апаратів і систем.
Не менш важливо і те, що сучасні засоби інтерфейсу дають можли...
