Использование компьютерных технологии при

построении математической модели

Авторы:

Г.Е. Кокиева, Т.Б. Дамдинова, А.Д. Базаржапов, Е.В. Ковалевская

Воронцова Н.П., Цыденова Р.Ч., Дульская О.В., Шешукова Н.П.

БИИК СибГУТИ, Гимназия №33, БРТПиПП

г.Улан-Удэ

Ключевые слова: Компьютерное моделирование, идентификация математической модели, регрессивный анализ.

Аннотация

    В статье описывается математическая модель формирования микробной клетки рассматривается методологический вопрос математического моделирования методами компьютерного моделирования.

     При комплексном исследовании микробиологического процесса культивирования микроорганизмов в аппарате для культивирования микроорганизмов происходит сбор неограниченного количества материала о его характере, свойствах, особенностях протекания в ходе экспериментальных исследовании. Для обобщения полученных результатов в ходе теоретических и экспериментальных исследований, выделения основных взаимосвязей и закономерностей, которые характеризуют изучаемый процесс, в основном используют метод математического моделирования. Данный метод позволяет описать поведение микроорганизмов, как правило, системой алгебраических или дифференциальных уравнений, связывающих важнейшие технологические и биохимические параметры.

Имея определенную математическую модель, адекватную протекающему процессу, можно изучить поведение исследуемой модели в различных режимах с помощью расчетов, не прибегая к проведению дополнительных экспериментов. Математическая модель позволяет достаточно быстро выбрать оптимальный технологический режим, который после экспериментальной проверки можно реализовать на практике.

На данный момент все существующие современные математические модели микробиологических процессов, которые можно распределить на три класса.

Первый класс - формальные модели: регрессионные и другие эмпирически установленные количественные зависимости, не претендующие на раскрытие механизма описываемого процесса. Задание структуры в таких моделях производится с учетом удобства последующего использования уравнений или простоты определения вектора параметров модели по экспериментальным данным. Формальные динамические модели выбираются линейными, а в случае статических моделей уравнения задаются в таком виде, чтобы решения были линейны относительно вектора параметров.

Главным недостатком моделей данного класса является трудность определения вектора параметров из-за большой его размерности. Для моделирования микробиологических процессов эти модели нашли применение сравнительно недавно, в основном для описания удельных скоростей роста микроорганизмов, потребления субстрата и синтеза продукта.

Второй класс - это модели качественные, которые строятся с целью выяснения динамического механизма изучаемого процесса, способные воспроизвести наблюдаемые динамические эффекты в поведении микробиологических систем, такие, например, как колебательный характер изменения биомассы. Чем детальнее и полнее модель второго класса, тем сложнее структура и выше размерность вектора параметров модели. Обычно эти модели нелинейны, нахождение их решений и качественные исследования осуществляются на ПЭВМ.

Третий класс - имитационные модели конкретных сложных микробиологических систем, учитывающие всю имеющуюся информацию об объекте. Цель построения таких моделей - детальное прогнозирование поведения сложных систем или решение оптимизационной задачи их эксплуатации. Выполненные расчеты показали приемлемую точность и надежность предлагаемого метода. Приведенные в настоящей статье результаты расчета хорошо согласуются с экспериментальными данными.

На основании проведенных исследований можно сделать вывод, что рациональное сочетание расчета и эксперимента позволяет расширить границы исследований, уменьшить объем экспериментов и значительно ускорить доводочные работы по созданию и совершенствованию перспективных конструкций ферментаторов.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Пат. 2580160 Российская федерация, МПК А 23 К 10/12, А 23 К 10/37. Способ приготовления кормовых дрожжей / Кокиева, Г. Е., Шагдыров, И. Б., Шагдыров, Б. И., Болохоев, В. С. ; Заявитель и патентообладатель Бурят. Гос. С.-х. акад. Им. В. Р. Филиппова. – № 2014127112/13 ; заявл. 02.07.14 ; опубл. 10.04.16, Бюл. № 10. – 7 с. : ил.
2. Кокиева, Г. Е. Исследование аппарата для культивирования микроорганизма / Г. Е. Кокиева // Сб. научн. трудов.Материалы российской научно-технической конференции «Информатика и проблемы телекоммуникаций».- Новосибирск., 2013. – С. 233-234.
3. Кокиева, Г. Е. Получение экономически выгодных кормовых дрожжей как биодобавку в комбикормах / Г. Е. Кокиева // Матер,науч.конф. «Научный и инновационный потенциал Байкальского региона глазами молодежи»-Улан-Удэ:Изд-во БГУ., 2006. – С. 20-21.
4. Кокиева, Г. Е. Комплексный подход и анализ эксплуатации оборудования пищевой промышленности, диагностика и повышение долговечности / Г. Е. Кокиева // Потенциал развития отрасли связи Байкальского региона. Материалы 3-ей Региональной научно- практической конференции. Улан-Удэ., 2013. – С. 48-50.
5. Кокиева, Г. Е. Разработка методики экспериментального изучения масштабирования основных параметров ферментатора / Г. Е. Кокиева // Приволжский научный вестник. – 2014. – № 5. – С. 28-33.