Среда моделирования МАРС

Среда моделирования МАРС
Тип	система компьютерного моделирования
Автор	Дмитриев Вячеслав Михайлович
Разработчик	научная группа «РЕВИКОМ» (каф. КСУП ТУСУР)
Разработчики	Дмитриев В.М., Ганджа Т.В., Зайченко Т.Н., Шутенков А.В., Кураколов А.Н., Панов С.А., Григорьева Т.Е., Кочергин М.И.
Написана на	Microsoft Visual C++
Интерфейс	графический
Операционная система	Microsoft Windows XP, Windows Vista, Windows 7, Windows 8, Windows 10, Windows 11
Языки интерфейса	русский
Первый выпуск	1980 год
Аппаратная платформа	x86
Последняя версия	1.0 (01.01.2023)
Читаемые форматы файлов	.mrsgrh, .mrscir, .mrstbl, .mrsrtf, .mrsvip
Создаваемые форматы файлов	.mrsgrh, .mrscir, .mrstbl, .mrsrtf, .mrsvip
Состояние	в активной разработке
Лицензия	проприетарное программное обеспечение
Сайт	Группа «РЕВИКОМ» во «ВКонтакте»

Среда моделирования МАРС (рус. Моделирование и Автоматический Расчёт Систем) — универсальная программная система компьютерного моделирования, существующая и развивающаяся на протяжении 40 лет, используемая для моделирования систем различной физической природы (электрических, гидравлических, механических, оптических, электромеханических, массового обслуживания и других).

Основанная на предложенном профессором Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) Дмитриевым Вячеславом Михайловичем методе компонентных цепей, система обладает широким набором режимов анализа, а адаптация к моделированию нового класса устройств осуществляется оперативно путем использования и расширения библиотеки моделей компонентов. При этом имеется возможность автоматизированной генерации новых моделей компонентов, что обеспечивает лёгкую и быструю расширяемость областей применения данной системы.

История разработки

Наименование программной системы МАРС произошло от сокращения словосочетания «моделирование и автоматический расчёт систем», которое отражает основную функцию, которую выполняет программа.
Начиная с 1970-х годов, коллективом разработчиков под руководством профессора В. М. Дмитриева было создано нескольких версий среды моделирования МАРС. Первая реализация программы была основана на языке программирования Фортран. Среда моделирования МАРС базируется на основах формализма метода компонентных цепей, которые были заложены в приложении к электрическим цепям и далее последовательно развивались в различных работах применительно к механическим, электромеханическим цепям и системам автоматического управления.

Интеграция среды моделирования МАРС с системой автоматизации математических расчётов «Макрокалькулятор» позволила синтезировать на их общей базе расчётно-моделирующую систему. Дальнейшим шагом развития среды моделирования МАРС стала разработка системы виртуальных инструментов и приборов, интерактивного генератора отчётных форм, лабораторного автоматизированного рабочего места и автоматизированного лабораторного комплекса. На основе метода компонентных цепей Ганджой Т. В. и Дмитриевым В. М. был разработан метод многоуровневого компьютерного моделирования, позволяющий представлять исследуемую модель на трёх взаимосвязанных уровнях: визуальном, логическом и объектном. В настоящее время коллективом разработчиков, входящих в научную группу «РЕВИКОМ», ведётся разработка полноценной системы поддержки автоматизированных экспериментов на базе среды моделирования МАРС.

Возможности

Среда моделирования МАРС — среда для компьютерного моделирования сложных, физически неоднородных технических устройств и систем с непрерывным, дискретным или гибридным поведением. Среда моделирования МАРС базируется на основах формализма метода компонентных цепей и позволяет быстро создавать исполняемую модель — виртуальный прототип разрабатываемой системы и её окружения, в том числе модели физических и математических задач. Используя построенную модель, можно оценить на ранней стадии разработки в удобной и безопасной среде, насколько удачны выбранная структура и параметры системы. В среде моделирования МАРС данные передаются от одного компонента к другому (или другим) посредством специального программного решения — механизма передачи сообщений (МПС). Данный механизм основан на трёх программных функциях: приём данных, передача данных и обработка данных.

Функции среды моделирования МАРС

1. Быстрый расчёт характеристик схем и систем с визуализацией результатов в удобном для пользователя системы виде (текстовый файл, таблица, график);
2. Возможность сопряжения аппаратных средств с виртуальными частями системы посредством удобного инструментария;
3. Открытая архитектура компонентов (легко пополняемая библиотека компонентов);
4. Открытая архитектура среды моделирования в целом (возможность пополнения новыми вычислительными и функциональными возможностями);
5. Развитые блоки обработки (также с открытой архитектурой для последующего пополнения).

Пример визуальных компонентов в среде моделирования МАРС

Среда моделирования МАРС позволяет

1. Набирать схемы моделирования в удобном редакторе схем;
2. Выводить результаты моделирования на графики, в таблицы, в файлы, документы;
3. Удобно и оперативно осуществлять параметризацию компонентов (в том числе посредством подключения к базам данных параметров);
4. Выбирать различные режимы анализа: временной, частотный, метод Монте-Карло, анализ чувствительности, параметрическую оптимизацию и т. д.;
5. Производить курсорные измерения в режиме отображения на график;
6. Использовать расширяемую библиотеку компонентов;
7. Варьировать параметрами схем во время моделирования (режим эксперимента).

Сферы применения

На базе среды моделирования МАРС реализован ряд виртуальных лабораторий. Универсальный аппарат моделирования среды МАРС позволяет создавать виртуальные учебно-исследовательские лаборатории практически по любой технической дисциплине. Лаборатории оснащены генераторами различных сигналов, полным набором измерительных приборов, включая осциллографы и анализаторы спектров, и обладают широкими возможностями в части обработки результатов вычислительного эксперимента. Содержание работ обеспечивает основную тематику курса соответствующих дисциплин:

• виртуальная лаборатория по курсу «ТОЭ» (15 работ);
• виртуальные лабораторные работы по курсу «Электрические машины и элементы автоматики» (8 работ);
• виртуальные лабораторные работы по курсу «Электроника» (7 работ);
• виртуальные лабораторные работы по курсу «САУ» (5 работ).

Дополнительно, реализовано компьютерное учебное пособие по курсу «Электротехника и электроника».
Сферы применения среды моделирования МАРС:

1. Полупроводниковые приборы (более 10 различных полупроводниковых приборов);
2. Источники воздействий (открытый для пополнения набор источников, задаваемых математическим выражением);
3. Вольтамперные характеристики;
4. Моделирование электрических машин;
5. Моделирование электромагнитных элементов с разветвленной магнитной системой;
6. Электронное и функциональное моделирование систем автоматического управления;
7. Моделирование звеньев нелинейных систем автоматического управления;
8. Цифровые устройства;
9. Структурное моделирование электропривода.

Среда моделирования МАРС также нашла своё применение при построении программно-технических комплексов в области электроэнергетики.

Архитектура

В состав архитектуры среды моделирования МАРС входят следующие подсистемы:

• менеджер управления вычислительным экспериментом;
• графический интерфейс пользователя, включающий графические редакторы схем и компонентов;
• редактор математических выражений для подключения произвольных математических структур;
• универсальное вычислительное ядро для расчета моделей схем и систем;
• библиотека и генератор моделей компонентов;
• блоки обработки результатов расчётов;
• средства визуализации результатов эксперимента;
• модуль интерактивного документирования.

Создаваемые типы файлов

• 2D- и 3D-графики, диаграммы и осциллограммы (.mrsgrh)
• схемы (алгоритмы моделирования и структура исследуемых объектов) (.mrscir)
• электронные таблицы (.mrstbl)
• текстовые данные (.mrsrtf)
• виртуальные инструменты/приборы (.mrsvip)

Аналоги

Аналогами среды моделирования МАРС являются: Multisim, Simulink, Aspen Hysys, PSpice, SimOne, Electronics WorkBench, Micro-Cap, Classic, SimMechanics, TraceMode, Ansys, LabVIEW, Wolfram Mathematica, AnyLogic, PCAD, OrCAD, Stratum, MathCAD, MAPL, ПА9, ASIMEC, Parus-ParGraf, RASTR, Б-6, КУРС, MUSTANG, ПВК СДО-6, DesignLab, DesignCenter, ACCEL EDA, CircuitMaker, Virtual Test Bed, EASY, МИК-АЛ, VisSim.

Системные требования

• процессор: P3 с тактовой частотой 500 МГц или выше;
• оперативная память: от 128 Мб;
• разрешение дисплея: от 1024×768×16;
• свободное дисковое пространство: 20 Мб;
• привод CD-ROM или DVD (только для установки с диска);
• графическая карта SVGA или выше;
• мышь или другое совместимое указывающее устройство.

Программное обеспечение

• операционная система: Microsoft Windows XP/Vista/7/8/10/11
• Microsoft .NET Framework 3.5
• MSXML 4.0 SP2
• Microsoft Data Access Components 2.8
• Internet Explorer 5.0

См. также

• Дмитриев, Вячеслав Михайлович
• Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
• Система компьютерного моделирования
• Компьютерное моделирование
• Компьютерная модель
• Метод компонентных цепей
• Макрокалькулятор
• Проектирование
• САПР

Литература

1. Арайс Е. А., Арайс Л. А., Дмитриев В. М. Алгоритмы и программы анализа сложных цепей и систем. — ТГУ, 1976. — 169 с.
2. Дмитриев В. М. Система автоматизации моделирования управляемого электропривода / В. М. Дмитриев, Т. Н. Зайченко, В. М. Зюзьков и др. — Томск: Изд-во ТГУ, 1997. — 92 с.
3. Дмитриев В. М. Среда моделирования МАРС / В. М. Дмитриев, А. В. Шутенков, Т. Н. Зайченко и др. — Томск: В-Спектр, 2009. — 299 с.
4. Дмитриев В. М. МАРС — среда моделирования технических устройств и систем / В. М. Дмитриев, А. В. Шутенков, Т. Н. Зайченко, Т. В. Ганджа. — Томск: В-Спектр, 2011. — 278 с.
5. Ганджа Т. В. Задачи и архитектура подсистемы документирования исследований в среде многоуровневого моделирования МАРС / Т. В. Ганджа, С. А. Панов // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. — 2011. — № 2(24), часть 2. — С. 334—338.
6. Ганджа Т. В. Принцип интерактивного документирования лабораторных работ в среде моделирования МАРС / Т. В. Ганджа, С. А. Панов // Современное образование: проблемы качества подготовки специалистов в условиях перехода к многоуровневой системе высшего образования: Материалы международной научно-методической конференции, 2-3 февраля 2012 г., Россия, Томск. — Томск: Томск. Гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2012. — С. 48-49.
7. Ганджа Т. В. Компоненты для работы с базами данных в среде многоуровневого компьютерного моделирования МАРС / Т. В. Ганджа, С. А. Панов // Перспективы развития информационных технологий: сборник материалов ХIX Международной научно-практической конференции / Под общ. ред. С. С. Чернова. — Новосибирск: Издательство ЦРНС, 2014. — С. 40-44.
8. Ганджа Т. В. Автоматизированная параметризация моделей физико-химических систем в среде многоуровневого компьютерного моделирования «МАРС» / Т. В. Ганджа, С. А. Панов // Химия и химическая технология в XXI веке: материалы XVIII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых имени профессора Л. П. Кулёва, Томск, 29 мая — 01 июня 2017 г. — Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2017. — С. 288—289.

Ссылки

• Группа в социальной сети «ВКонтакте», посвящённая научной группе «РЕВИКОМ»
• Страница с описанием среды моделирования МАРС (архивная ссылка)
• Статья в блоге «Panov.Info», посвящённая среде моделирования МАРС
• Модельно-измерительный комплекс. Назначение. Состав. Возможности
• Интеллектуальная система управления сложными технологическими объектами газопромысловых месторождений на базе многоуровневых компьютерных моделей
• Лабораторное автоматизированное рабочее место (ЛАРМ) и система виртуальных инструментов и приборов (СВИП)
• Среда многоуровневого компьютерного моделирования сложных технических устройств и технологических объектов