Metody symulacji komputerowej - zasady, procesy i prototypowanie

Metody symulacji komputerowej w ostatnich latach zyskują na znaczeniu, co jest wynikiem rozwoju technologii. Z powodzeniem są one wykorzystywane na szeroką skalę w różnych dziedzinach nauk. W początkowych fazach rozwoju tych metod wykorzystywano je przede wszystkim w naukach przyrodniczych, technicznych czy ekonomicznych. Obecnie zauważa się nawet trend nadużywania tej metody, co może tłumaczyć nie tylko stopień rozwoju nauki, ale także łatwość i powszechność przeprowadzania takich symulacji. Właściwe wykorzystanie tej metody może być determinowane takimi czynnikami jak:
•    potrzeba szybkiego uzyskania dokładnych danych na temat badanego zjawiska,
•    zbyt duże koszty wykonania takich badań w przestrzeni rzeczywistej,
•    brak realnego, istniejącego obiektu badań, lub gdy jest on dopiero na etapie prototypowania.


Podstawą metody symulacji komputerowej jest opracowanie modelu matematycznego lub algorytmu, który z kolei będzie bazą do stworzenia programu symulacji. Tak samo należy opracować system danych wejściowych, czyli pewnych wartości zmiennych, których oddziaływanie na badany obiekt będzie miało zasadnicze znaczenie dla uzyskanych wniosków. To, czy pozyskane w ten sposób dane będą  dokładne i uzasadnione zależy od następujących czynników:
•    adekwatności modelu badanego procesu,
•    właściwego działania programu symulacyjnego,
•    precyzyjności obliczeń, które będzie wykonywał komputer.


Proces symulacji komputerowej wykorzystywany w badaniach składa się z takich elementów jak:
•    obiekt rzeczywisty,
•    system eksperymentalny,
•    model testowanej jednostki, przedmiotu,
•    komputer wyposażony w odpowiednie oprogramowanie.

Wykorzystując metody symulacji komputerowej, testuje się zachowanie systemu przy użyciu zbudowanego modelu. W tym przypadku system to nic innego jak właśnie zbiór powiązanych ze sobą obiektów odznaczających się konkretnymi cechami. Cechy te mogą zmieniać się w zależności od zachodzących zjawisk. W dziedzinie tej wyróżnia się takie modele jak np.:
•    model w skali,
•    model fizyczny w odmiennym środowisku materialnym,
•    model numeryczny (są to równania matematyczne wspólnie z relacjami logicznymi).


Badania wykonywane na modelach symulacji komputerowej charakteryzują się nie tylko dynamiką, ale również wyraźną zmiennością w czasie. Wynika to z faktu, że dzięki tej metodzie problemy rozwiązuje się poprzez obserwowanie zmian zachodzących w modelu w wyraźnie określonym czasie. Z naukowego punktu widzenia wykonywanie pomiarów na symulacji statycznej nie daje pełnego obrazu sytuacji, ponieważ nie uwzględnia ona takich czynników, jak zmiany w czasie. Czas tak naprawdę jest jednym z ważniejszych aspektów w tego typu badaniach, dlatego bardzo często zwraca się uwagę na związki, jakie zachodzą między czasem symulowanym a czasem zegarowym. Pod tym względem można wyróżnić symulację:
•    w czasie rzeczywistym – czas symulowany jest ściśle powiązany z czasem zegarowym (zegarowy wyznacza symulowany) i znajduje to zastosowanie w badaniach opartych na tzw. wirtualnej rzeczywistości
•    off-line (analityczną) – czas symulowany nie jest zależny od czasu zegarowego, w symulacji nie występuje interakcja z człowiekiem.