Важной составляющей любого вычислительного эксперимента являются компьютерные моделирующие системы, которые позволяют оперативно оценивать характер функционирования разрабатываемых устройств, учитывать влияние внешних факторов, демонстрировать поведение исследуемых объектов в учебных лабораториях.
Последние достижения в этой области существенно расширили возможности моделирующих систем. Они, прежде всего, связаны с визуализацией входных и выходных данных, повышением скорости и точности анализа, более эффективными средствами управления процессом моделирования.
Современные компьютерные моделирующие системы, как правило, являются ориентированными на определенную техническую область – электронные схемы, энергосистемы, приборы, механизмы и машины, где уже сформировалась устойчивая компонентная база с соответствующими параметрами компонентов.
В то же время сложные технические устройства и системы (СТУС) чаще всего включают в себя всевозможные комбинации подсистем из различных технических областей, и для их всестороннего анализа требуется составлять и решать модель всей системы, то есть сочетать энергетические и информационные подсистемы разного физического содержания в единую модель.
В работах научного коллектива под руководством профессора Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) Дмитриева Вячеслава Михайловича разработаны системные подходы, развивающие теорию цепей общего вида (компонентных цепей) как методологическую основу алгоритмического и программного аппарата автоматизированного моделирования СТУС, реализованного в рамках системы МАРС.
Имеющееся программное обеспечение, так или иначе используемое при исследовании СТУС, можно разделить на четыре группы:
- Системы автоматизированного моделирования и проектирования радиоэлектронных схем – PCAD, OrCAD, Micro-CAP, PSPice, MicroSim Design Center (PSPICE), MicroSim Design Lab, Electronic Workbench и другие менее распространенные системы.
- Системы автоматизированного моделирования и проектирования в области машиностроения (ProEngineer, отечественные разработки Эйлер и Спрут).
- Универсальные системы моделирования (MATLAB, Stratum, СМ МАРС).
- Системы автоматизации математических вычислений (MATCAD, MAPL).
Исследовать элементы из любой предметной области позволяют универсальные системы моделирования. В настоящее время наиболее популярной при исследовании сложных технических объектов является система MATLAB. Однако при использовании большинства описаний этой системы, не имеющих проблемной ориентации, у пользователей со специфический сферой профессиональных интересов при изучении системы возникают трудности. Еще большие трудности возникают у пользователей при исследовании сложных физически неоднородных систем, так как в этом случае пользователю предстоит овладеть всеми техническими ресурсами данной системы и попытаться эффективно применить их на практике.
Начиная с 1970-х годов, коллективом разработчиков под руководством профессора В.М. Дмитриева было создано нескольких версий системы автоматизированного моделирования МАРС (сокр. от "Моделирование и Автоматический Расчет Систем"). Система 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. Система МАРС позволяет быстро создавать исполняемую модель — виртуальный прототип разрабатываемой системы и ее окружения, в том числе модели физически неоднородных систем и математических задач. Используя построенную модель, можно оценить уже на ранней стадии разработки, в удобной и безопасной среде насколько удачны выбранная структура и параметры системы.
Уникальные технологии, положенные в основу вычислительного ядра, делают МАРС эффективным инструментом для разработки и отладки больших и сложных систем, когда эксперименты с реальным прототипом или самой системой требуют много времени, финансовых средств или же совсем невозможны.