☷
Logotype
English version
☰
Журнал «Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники» / Архив / Выпуск журнала № 3, т. 28 за 2025 год / Сравнительный анализ инструментальных систем математического моделирования

Сравнительный анализ инструментальных систем математического моделирования

DOI: 10.21293/1818-0442-2025-28-3-97-114

Скачать текст статьи в формате PDF

Скачать JATS xml

Аннотация: Представлен расширенный сравнительный анализ современных программных средств, предназначенных для мо-делирования различных процессов и систем в широком диапазоне областей – от физики, химии и математики до электротехники и систем управления. Рассматриваются как коммерческие, так и открытые программные плат-формы, включая COMSOL Multiphysics, Ansys Fluent, MatLab/Simulink, OpenFOAM, DWSIM, LTSpice и др. Особое внимание уделено классификации систем моделирования по области применения, типу лицензирования, уровню абстракции и используемым парадигмам моделирования. Статья подробно анализирует особенности и ар-хитектуру двух российских систем моделирования – МАРС и SimInTech, их функциональные возможности, инте-грационные решения, лицензирование, документацию и области применения. Выполнен сравнительный анализ этих отечественных решений с зарубежными аналогами, выявлены их преимущества, недостатки и потенциальные ниши применения. Также обсуждаются ключевые тенденции в развитии средств моделирования, включая рост значимости открытого программного обеспечения, развитие цифровых двойников, интеграцию с ИИ и облачны-ми платформами, а также стандартизацию через такие инициативы, как Modelica, FMI и CAPE-OPEN. Статья представляет интерес как для исследователей и инженеров, так и для преподавателей и студентов технических направлений.

Ключевые слова: системы моделирования, моделирование, компьютерное моделирование, динамическое моделирование, моделирование физических процессов, инструментальные средства моделирования математических систем, моделирование электрических систем

Библиография статьи:
Дубинин Н. М. Сравнительный анализ инструментальных систем математического моделирования / Н. М. Дубинин, Л. А. Гембух // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2025. – Т. 28, № 3. – С. 97–114. DOI: 10.21293/1818-0442-2025-28-3-97-114

Авторы и правообладатели:

  • Дубинин Н. М. , Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (Томск, Россия)
  • Гембух Л. А. , Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (Томск, Россия)

  • 1. Самарский А.А. Математическое моделирование: идеи, методы, примеры / А.А. Самарский, А.П. Михайлов. – 2-е изд., испр. – М.: Физматлит, 2001. – 320 с.
  • 2. Полуботко Д.В. Современные программные средства моделирования электрических сетей / Д.В. Полуботко, Ю.Я. Чукреев // Программные продукты и системы. – 2008. – № 4(84). – С. 130–132.
  • 3. Бахвалов Н.С. Численные методы в задачах математической физики / Н.С. Бахвалов, Ж.П. Жидков, Г.М. Кобельков. – М.: Бином. Лаборатория знаний, 2008. – 636 с.
  • 4. Романкова П.Г. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: учеб. пособие / П.Г. Романкова, К.Ф. Павлов, А.А. Носков. – 10-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1987. – 576 с.
  • 5. Малыгина С.Н. Обзор современных средств имитационного моделирования / С.Н. Малыгина, Е.О. Неупокоева // Труды Кольского научного центра РАН. – Сер.: Технические науки. – 2022. – № 2.
  • 6. Дмитриев В.М. МАРС – среда моделирования технических устройств и систем: монография / В.М. Дмитриев, А.В. Шутенков, Т.Н. Зайченко, Т.В. Ганджа. – Томск: В-Спектр, 2011. – 278 с.
  • 7. Среда моделирования МАРС. Официальный сайт [Электронный ресурс]: Научная группа «РЕВИКОМ». – Режим доступа: http://www.se-mars.ru, свободный (дата обращения: 29.05.2025).
  • 8. OpenFOAM. The Open Source CFD Toolbox [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://openfoam.org, свободный (дата обращения: 29.05.2025).
  • 9. LTSpiceSimulator [Электронный ресурс]: Analog Devices. – Режим доступа: https://www.analog.com/en/resources/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html, свободный (дата обращения: 29.05.2025).
  • 10. Моделирование мехатронных систем в среде MatLab/Simulink / SimMechanics: учеб. пособие для вузов / В.М. Мусалимов, Г.Б. Заморуев, И.И. Калапышина, А.Д. Перечесова, К.А. Нуждин. – СПб: НИУ ИТМО, 2013. – 114 с.
  • 11. COMSOL Multiphysics® [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.comsol.com, свободный (дата обращения: 29.05.2025).
  • 12. Ansys Fluent. Fluid Simulation Software [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.ansys.com/products/fluids/ansys-fluent, свободный (дата обращения: 29.05.2025).
  • 13. Эмануэль Н.М. Курс химической кинетики: учебник для хим. фак. ун-тов / Н.М. Эмануэль, Д.Г. Кнорре. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1984. – 463 с.
  • 14. Aspen Plus. Leading Process Simulation Software [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.aspentech.com/en/products/engineering/aspen-plus, свободный (дата обращения: 29.05.2025).
  • 15. CHEMCAD. Chemical Engineering Simulation Software [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://chemstations.com/chemcad, свободный (дата обращения: 29.05.2025).
  • 16. DWSIM. Chemical Process Simulation for Everyone [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://dwsim.org, свободный (дата обращения: 29.05.2025).
  • 17. Vasileiadou A. Modelling of COx and NOx emissions from industrial solid wastes combustion using ANSYS CHEMKIN PRO / A. Vasileiadou, S. Zoras, A. Dimoudi // Waste Management. – 2023. – Vol. 172. – P. 248–261.
  • 18. GNU Octave. Scientific Programming Language [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://octave.org, свободный (дата обращения: 29.05.2025).
  • 19. Scilab. Open source software for numerical computation [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.scilab.org, свободный (дата обращения: 29.05.2025).
  • 20. OpenModelica. Open-Source Modelica-Based Modeling and Simulation Environment [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://openmodelica.org, свободный (дата обращения: 29.05.2025).
  • 21. NI Multisim. Circuit Design and Simulation Software [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.multisim.com, свободный (дата обращения: 29.05.2025).
  • 22. Proteus Design Suite. PCB Design & Simulation Made Easy [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.labcenter.com, свободный (дата обращения: 29.05.2025).
  • 23. KiCad EDA. Schematic Capture & PCB Design Software [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.kicad.org, свободный (дата обращения: 29.05.2025).
  • 24. PSCAD. Power Systems EMT Simulation Software [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.pscad.com, свободный (дата обращения: 29.05.2025).
  • 25. Дмитриев В.М. Метод компонентных цепей для моделирования мультифизичных систем // Проблемы управления и моделирования в сложных системах: труды XXI Междунар. конф. – Самара: СамНЦ РАН, 2019. – С. 263–270.
  • 26. Дмитриев В.М. Система визуализации и управления вычислительным экспериментом в среде многоуровневого моделирования МАРС / В.М. Дмитриев, Т.В. Ганджа, Т.Ю. Коротина // Доклады ТУСУР. – 2010. – № 1 (21), ч. 2. – С. 149–155.
  • 27. Архитектура многопользовательской среды моделирования / Т.В. Ганджа, В.М. Дмитриев, Т.Н. Зайченко, А.С. Букреев // Доклады ТУСУР. – 2019. – Т. 22, № 4. – С. 44–49. DOI: 10.21293/1818-0442-2019-22-4-44-49.
  • 28. Болденков А.С. Структура сетевой многоуровневой компьютерной модели в формате метода компонентных цепей для реализации сетевых виртуальных лабораторий / А.С. Болденков, Т.В. Ганджа, В.М. Дмитриев // Программные продукты и системы. – 2024. – № 1. – С. 24–33. DOI: 10.15827/0236-235X.145.024-033.
  • 29. Зайченко Т.Н. Организация учебного компьютерного эксперимента в системе многоуровневого моделирования МАРС / Т.Н. Зайченко, В.М. Дмитриев, Т.В. Ганджа // Доклады ТУСУР. – 2023. – Т. 26, № 4. – С. 84–88. DOI: 10.21293/1818-0442-2023-26-4-84-88.
  • 30. Зайченко Т.Н. Информационное моделирование цифровых устройств в системе МАРС // Вестник Том. гос. педагогического ун-та. – Сер.: Компьютерные и информационные науки. – 2005. – Вып. 1(45). – С. 118–122.
  • 31. Дмитриев В.М. Реализация цифрового двойника в среде моделирования МАРС / В.М. Дмитриев, Л.А. Гембух, А.Е. Сахабутдинов // Вестник Южно-Уральского гос. унта. – Сер.: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. – 2023. – Т. 23, № 4. – С. 26–35. DOI: 10.14529/ctcr230403.
  • 32. Григорьева Т.Е. Разработка моделей компонентов в среде моделирования МАРС для моделирования систем массового обслуживания // Матер. 52-й Междунар. науч. студенческой конференции МНСК–2014: Информационные технологии. – Новосибирск: НГУ, 2014. – С. 104.
  • 33. Григорьева Т.Е. Дискретно-событийное моделирование в СМ МАРС для курса «Системы массового обслуживания» // Доклады ТУСУР. – 2014. – № 1(31). – С. 152–155.
  • 34. Адаптация среды моделирования МАРС для исследования процессов экстракции в аппаратах «центробежный контактор – отстойник» / А.В. Ушаков, В.М. Дмитриев, Т.В. Ганджа, С.А. Панов // Компьютерные исследования и моделирование. – 2024. – Т. 16, № 3. – С. 599–614. DOI: 10.20537/2076-7633-2024-16-3-599-614.
  • 35. 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: матер. XVIII Междунар. науч.-практ. конф. студентов и молодых ученых. – Томск: Изд-во Том. политехн. ун-та, 2017. – С. 288–289.
  • 36. Ляшенко А.И. Основы моделирования в SimInTech: метод. пособие / А.И. Ляшенко, Н.В. Маслова, Д.П. Вент. – Новомосковск, ФГБОУ ВО РХТУ им. Д.И. Менделеева, Новомосковский ин-т (филиал). 2018. – 42 с.
  • 37. Калачев Ю.Н. SimInTech. Моделирование в электроприводе учеб. пособие. – М.: ДМК Пресс. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.help.simintech.ru/oxy_ex-/webhelp_docs/SIT_Kalachev_Y.N._SimInTech_Modelirovanie_v_electroprivode.pdf, свободный (дата обращения: 29.05.2025).
  • 38. SimInTech [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://simintech.ru, свободный (дата обращения: 29.05.2025).
  • 39. Гусаков Д.С. Создание модели автоматического регулирования возбуждения в среде SimInTech / Д.С. Гусаков, П.В. Шамигулов // Вестник науки. – 2025. – № 5 (86). – С. 2103–2106.
  • 40. Семинар «Среда динамического моделирования технических систем SimInTech» // Череповецкий государственный университет: новости [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.chsu.ru/novosti-i-sobytiya/seminar-sreda-dinamicheskogo-modelirovaniya-tekhnicheskikh-sistem-simintech-/ (дата обращения: 29.05.2025).
  • 41. Совместимость ОС «Альт Образование» 9.2 со средой динамического моделирования технических систем SimInTech // BaseALT: новости [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.basealt.ru/about/news/archive/view/sovmestimost-os-alt-obrazovanie-92-so-sredoi-dinamicheskogo-modelirovanija-tehnicheskih-sistem-simintech (дата обращения: 29.05.2025).
  • 42. Среда динамического моделирования технических систем SimInTech // K-Integration: сайт [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://k-integration.ru/product/sreda-dinamicheskogo-modelirovanija-tehnicheskih-sistemsimintech/ (дата обращения: 29.05.2025).
  • 43. SMath Studio. Цены [Электронный ресурс] // SMath: сайт. – Режим доступа: https://smath.com/ru-RU/обзор/271d5a10-2ee6-40f6-93b0-f51535ee4192/цена (дата обращения: 29.05.2025).
  • 44. Universal Mechanism. Цены [Электронный ресурс] // Лаборатория «Вычислительная механика»: сайт. – Режим доступа: https://www.universalmechanism.com/pages/index.php?id=11, свободный (дата обращения: 29.05.2025).
  • 45. Modina M. Analysis of software products for the development of electronic textbooks in the information and educational environment of the university / M. Modina, V. Skoda, D. Deikun, A. Voskanyan // SHS Web of Conferences. – Vol. 164. – Р. 00022. DOI: 10.1051/shsconf/202316400022.
  • 46. Ильичев В.Ю. Моделирование работы гидравлической турбины в программе SimInTech / В.Ю. Ильичев, Н.С. Герасимова // E-Scio. – 2023. – № 7 (82). – С. 171–179.
  • 47. SimInTech: сайт [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://simintech.ru/education/universities/ (дата обращения: 29.05.2025).
  • 48. САПР SimInTech для ПЛК FIMATIC // Гортехмаш [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://gort.su/products/caprfim, свободный (дата обращения: 29.05.2025).
  • 49. Научные публикации SimInTech [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://simintech.ru/science/publications/, свободный (дата обращения: 29.05.2025).
  • 50. SimInTech. Введение в библиотеки // SimInTech Help: справочная система [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://help.simintech.ru/4_nachalo_raboty/vvedenie/DAT_vvedenie.html, свободный (дата обращения: 29.05.2025).
  • 51. Черненко Е.А. Моделирование компьютерных сетей в SimInTech // Вестник ХГУ им. Н.Ф. Катанова. – 2021. – № 3 (37). – С. 6–8.
  • 52. SimInTech. Справочная система [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://help.simintech.ru, свободный (дата обращения: 29.05.2025).
  • 53. SimInTech Documentation [Электронный ресурс] // GitHub. – Режим доступа: https://github.com/simintech/doc, свободный (дата обращения: 29.05.2025).
  • 54. Дядова А.В. Моделирование распространения электрических сигналов в сердечной мышце человека с использованием программного пакета COMSOL / А.В. Дядова, А.С. Огородников // Бюллетень сибирской медицины. – 2014. – № 4. – С. 43–46.
  • 55. Khan H.U. Identification of shear cracks in reinforced beams using finite element method / H.U. Khan, M.N. Rafique, K. Samir, K. Ahmad, M. Bashir // Pakistan Journal of Science. – 2014. – Vol. 66. – P. 50–55.
  • 56. Ansys Academic Program // Ansys [Электронный ресурс] . – Режим доступа: https://www.ansys.com/academic, свободный (дата обращения: 29.05.2025).
  • 57. Моделирование турбулентности. Расчет сдвиговых течений с применением ANSYS Fluent: практикум / Е.А. Кузнецов, А.А. Матюшенко, А.В. Гарбарук, А.А. Смирновский. – СПб.: Политех-пресс, 2020. – 49 с.
  • 58. Ansys Workbench Platform // Ansys [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.ansys.com/products/ansys-workbench, свободный (дата обращения: 29.05.2025).
  • 59. Читалов Д.И. Разработка программного модуля для решателя stressFoam платформы OpenFOAM // Программные продукты и системы. – 2023. – № 4. – C. 661–667.
  • 60. OpenFOAM Features [Электронный ресурс] // CFD Direct: сайт. – Режим доступа: https://cfd.direct/openfoam/features/ (дата обращения: 29.05.2025).
  • 61. Tapia J.F.D. Basics of process simulation with Aspen Plus // Chemical Engineering Process Simulation. – 2nd ed. – Amsterdam: Elsevier, 2023. – Р. 343–360. DOI: 10.1016/B978-0-323-90168-0.00016-0.
  • 62. AspenTech Customer Testimonials [Электронный ресурс] // AspenTech: сайт. – Режим доступа: https://www.aspentech.com/en/customer-help/testimonials (дата обращения: 29.05.2025).
  • 63. Chemcad License & Download [Электронный ресурс] // University of Illinois Webstore: product page. – Режим доступа: https://webstore.illinois.edu/shop/product.aspx?zpid=1216 (дата обращения: 29.05.2025).
  • 64. CHEMCAD Frequently Asked Questions // Chemstations [Электронный ресурс].– Режим доступа: https://chemstations.com/support/frequently_asked_questions/(дата обращения: 29.05.2025).
  • 65. CHEMCAD // Chemstations [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://chemstations.com/chemcad/ (дата обращения: 29.05.2025).
  • 66. DWSIM vs ChemSep Comparison // Slashdot [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://slashdot.org/software/comparison/ChemSep-vs-DWSIM/ (дата обращения: 29.05.2025).
  • 67. Трусов П.В. Введение в математическое моделирование: учеб. пособие. – М.: Логос, 2004. – 336 с.
  • 68. Татарников О. Обзор программ для символьной математики // КомпьютерПресс. – 2005. – № 5. – С. 130–135.
  • 69. Оленев Н. Параллельное программирование в MatLab и его приложения / Н. Оленев, Р. Печенкин, A. Чернецов. – М.: Изд-во ВЦ РАН, 2007. – 120 с. DOI: 10.13140/RG.2.1. 1766.4481.
  • 70. Дьяконов В.П. MatLab и Simulink для инженеров. – М.: ДМК-Пресс, 2016. – 976 с.
  • 71. Continuous Integration with MatLab and Simulink // MathWorks [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.mathworks.com/solutions/continuous-integration.html (дата обращения: 29.05.2025).
  • 72. GNU Octave Reviews // SourceForge [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://sourceforge.net/projects/octave/reviews/ (дата обращения: 29.05.2025).
  • 73. GNU Octave: Numerical Integration // GNU Octave Documentation [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://docs.octave.org/v4.0.1/Numerical-Integration.html (дата обращения: 29.05.2025).
  • 74. Scilab Reviews // G2 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.g2.com/products/scilab/reviews?page=2 (дата обращения: 29.05.2025).
  • 75. Scilab and X2C for Motor Control Simulations // Microchip Technology [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.microchip.com/en-us/solutions/technologies/motor-control-and-drive/motor-control-simulations/scilab-and-x2c (дата обращения: 29.05.2025).
  • 76. Best Circuit Simulation Software (Free and Paid) That You Should Try in 2025 // Components101 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://components101.com/articles/best-circuit-simulation-software-freeand-paid-that-you-should-try-in-2025 (дата обращения: 30.05.2025).
  • 77. LTSpice Integration Method Issues // LTwiki [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ltwiki.org/files/LTspiceHelp.chm/html/integration_method_issues.htm (дата обращения: 29.05.2025).
  • 78. Ищук А.А. Схемотехническое моделирование в Multisim: учеб. пособие / А.А. Ищук, И.А. Оболонин. – СПб.: Лань, 2024. – 124 с.
  • 79. Single-Seat Software Licenses for Academia // NI – National Instruments [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.ni.com/da-dk/shop/software-portfolio/single-seat-academic-licenses.html (дата обращения: 29.05.2025).
  • 80. He Y. Research on the application of Multisim in electronic design / Y. He, R. Xu // Advances in Computer Science Research. – 2018. – Vol. 77. – Р. 365–368. DOI: 10.2991/icmcs-18.2018.74.
  • 81. Proteus Commercial Pricing // Labcenter Electronics [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.labcenter.com/pricing/comm/ (дата обращения: 29.05.2025).
  • 82. Proteus PCB Software // Labcenter Electronics [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.labcenter.com/pcb/ (дата обращения: 29.05.2025).
  • 83. KiCad EDA Reviews & Ratings 2025 // TrustRadius [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.trustradius.com/products/kicad-eda/reviews (дата обращения: 29.05.2025).
  • 84. KiCad Schematic Editor // KiCad Documentation [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://docs.kicad.org/8.0/en/eeschema/eeschema.html (дата обращения: 29.05.2025).
  • 85. PSCAD End User License Agreement [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.pscad.com/uploads/ck/files/PSCAD_EULA_Com-Edu-Free-Trial_rev201301827.pdf (дата обращения: 29.05.2025).
  • 86. PSCAD Reviews 2025: Details, Pricing, & Features // G2 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.g2.com/products/pscad/reviews (дата обращения: 29.05.2025).
  • 87. Woodford D. PSCAD/EMTDC / D. Woodford, G. Irwin, U.S. Gudmundsdottir. – UK: The Institution of Engineering and Technology, 2015. – 546 р. DOI: 10.1049/PBPO078E_ch4.
  • 88. Шустрова М.Л. Средства численного моделирования гидродинамических параметров процессов / М.Л. Шустрова, И.М. Аминев, А.Д. Байтимиров // Вестник Казан. технол. ун-та. – 2014. – № 14. – С. 221–224.
  • 89. Enhancing AI Integration with COMSOL Multiphysics // SciEngineer [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://sciengineer.com/enhancing-ai-integration-with-comsolmultiphysics-a-gateway-to-smarter-industrial-optimization/ (дата обращения: 30.05.2025).
  • 90. OpenModelica [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.openmodelica.org/ (дата обращения: 29.05.2025).
  • 91. Blochwitz T. Functional Mockup Interface 2.0: the standard for tool independent exchange of simulation models / T. Blochwitz, M. Otter, J. Åkesson, M. Arnold, C. Clauss, H. Elmqvist, M. Friedrich, A. Junghanns, J. Mauss, D. Neumerkel, H. Olsson, A. Viel // Proceedings of 9th International Modelica Conference, Munich, Germany, 2012. – P. 173–184. DOI: 10.3384/ecp12076173.
  • 92. Scilab [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.scilab.org/ (дата обращения: 29.05.2025).
Рукописи статей направлять на адрес редакции: journal@tusur.ru
Последний выпуск
Доклады ТУСУР – выпуск № 1, т. 29 2026г.
Доклады ТУСУР
№ 1, т. 29, 2026
Адрес редакции

  634050, г. Томск, пр. Ленина, 40, МК, каб. 310/2

  (3822) 701-582, внутр.: 1456

  journal@tusur.ru

Подписка на обновления
Оформить подписку на получение обновлений журнала

Журнал «Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники»

пр. Ленина, 40, мк, каб. 310/2 +7(3822) 701-582, внутр.: 1456 journal@tusur.ru

При полном или частичном использовании текстовых и графических материалов с сайта journal.tusur.ru активная ссылка на сайт ТУСУРа обязательна.

Лицензия Creative Commons Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная .