МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В. ЛОМОНОСОВА

ФАКУЛЬТЕТ ВОЕННОГО ОБУЧЕНИЯ

КАФЕДРА ВОЙСК ПВО

У Т В Е Р Ж Д А Ю

Начальник военной кафедры Войск ПВО

ФВО при МГУ им. М.В. Ломоносова

полковник

И.Я. КАЛАШНИКОВ

“ “ _____________ 199 г.

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

для проведения занятий по военно-специальной

подготовке со студентами, обучающимися по ВУС - 530700

ТЕМА 11. Средства имитационного моделирования

Занятие 11.1 Моделирование сложных систем военного

назначения

Обсуждена на методическом заседании цикла №24

протокол №___ от « » ____________ 199 года

МОСКВА - 199 год

Учебные и воспитательные цели

Познакомить с методами исследования систем вооружения и принципы алгоритмизации задач в АСУ военного назначения.

Изучить назначение и особенности специализированных языков моделирования для описания сложных систем.

Дать практику в применении языков моделирования для вычисления показателей эффективности систем вооружения. Формировать умение выделять главное звено в составлении алгоритма модели.

Воспитывать творческий и инициативный подход в применяемых методах решения задач.

Учебные вопросы:

1. Задачи моделирования в автоматизированных системах управления военного назначения.

2. Имитационное моделирование как метод расчета показателей эффективности динамических систем.

3. Принципы построения моделирующих алгоритмов сложных систем.

4. Общий подход к моделированию динамических систем.

5. Принципы построения моделирующей системы PSS/

6. Структура моделирующей программы.

7. Управляющий список PSS.

8. Основные системные переменные и их типы.

9. Основные системные операторы.

10. Некоторые рекомендации по использованию.

Учебное время: 4 часа

Организационно-методические указания.

В процессе изучения материала по теме рассмотреть методологические основы исследования систем вооружения.

Дать понятие системы вооружения, показателей эффективности систем.

Дать классификацию методов исследования систем вооружения. При изложении вопросов формализации военных задач дать универсальную схему последовательности работ при решении прикладных задач и показать принципы построения моделирующих алгоритмов.

Рассмотреть последовательный и параллельный принцип построения моделирующих алгоритмов.

При разборе особенностей языков моделирования указать на то, что программа, написанная на языке моделирования, является описанием функционирования системы.

На занятиях дается общая структура моделирующей программы и ее функционирование, подробно изучаются возможности языка моделирования СИМРАС и рассматривается пример его использования для моделирования СМО.

На занятиях рассматриваются подходы к моделированию налета СВН противника применяются способы моделирования реальных потоков целей с учетом их нестационарности, неординарности и последействия.

УЧЕБНЫЙ ВОПРОС 1

Задачи моделирования в автоматизированных системах управления военного назначения.

Среди задач, относящихся к планированию и обеспечению постоянной боевой готовности войск, есть такие, которые могут быть решены с помощью моделирования боевых действий на вычислительных средствах. Например:

• прогнозирование боевых действий противника,

• прогнозирование результатов выполнения поставленных задач,

• выбор оптимальных вариантов действий войск,

• выбор оптимального варианта построения группировки войск,

• проверка усовершенствованных методов и алгоритмов управления и другие задачи.

Имитационное моделирование дает возможность оценить существующие системы, дать рекомендации по их использованию при планировании боевых действий, а также обосновать тактико-технические требования при проектировании новых систем.

Для разработки и решения военной задачи необходимо осуществить несколько этапов.

Военная задача ставится непосредственным начальником. Исполнитель должен уяснить и осмыслить задачу, изучить структуру и функции системы, которая подлежит моделированию, определить цели исследования и выбрать показатели эффективности системы.

1. Этап построения модели состоит из следующих действий:

1. содержательного описания задачи (оперативная постановка задачи)

2. формального описания системы (с применением языка моделирования систем)

3. сбора исходных данных для проверки модели

4. перевода на машинный язык и отладки

2. После построения модели производится ее испытание и доводка в соответствии с заранее составленным планом разработки модели. Здесь происходит варьирование исходными данным, анализируется качество системы, совершенствуется модель.

1. По плану испытаний системы модель проходит тестирование и делается заключение о ее пригодности для использования при решении военных задач. После этого с помощью модели может быть осуществлена конкретная задача, произведен анализ результатов моделирования и выданы практические рекомендации на применение сил и средств.

УЧЕБНЫЙ ВОПРОС 2

Имитационное моделирование как метод расчета показателей эффективности динамических систем

Постоянное совершенствование средств нападения приводило соответственно и к совершенствованию средств защиты и противодействия. Например, в ПВО появились сложнейшие системы вооружения.

Под системой вооружения понимается совокупность технических средств вооружения различного типа и средств управления ими.

При создании и использовании систем вооружения возникает необходимость оценить их по качеству функционирования в боевых условиях, степени их приспособленности к выполнению поставленных боевых задач, то есть оценить их боевую эффективность.

Так как средства вооружения и управления организационно входят в состав боевого порядка подразделений, частей, соединений, то предметом изучения системы вооружения является оценка эффективности функционирования определенного вида системы вооружения

( подразделения, части, соединения, рода войск ) в ходе боевых действий.

Мерой эффективности функционирования системы является количественный показатель, называемый показателем ( критерием ) эффективности системы. Показатели эффективности выбираются непосредственно при решении конкретной боевой задачи. Примерами показателей эффективности системы могут быть: математическое ожидание числа уничтоженных средств противника, вероятность прорыва средства противника к объекту удара, вероятность безотказной работы системы в течение заданного времени и т.п.

Анализ изменения значения показателей эффективности в зависимости от влияния различных факторов, при функционировании системы в различных боевых условиях, дает возможность оценить эффективность системы и использовать результаты анализа для решения практических задач по двум направлениям: - определение влияния технических параметров систем на их боевую эффективность с целью предъявления обоснованных тактико-технических требований к системам ; - разработка оптимальных способов боевого применения систем, обеспечивающих их наибольшую эффективность.

Методы исследования систем вооружения при оценке их эффективности можно представить в виде схемы:

	Методы исследования систем вооружения
Непосредственный эксперимент						Моделирование
Физическое			Математическое			Комбинированное
Аналитический метод						Имитационный метод

Непосредственный эксперимент производится обычно на специальных заводских и военных полигонах, позволяющих испытывать образцы вооружения и сложные системы во взаимодействии. Он отличается тем, что при большой его точности и эффективности, данное мероприятие является достаточно дорогостоящим и опасным, поскольку требует как создания полной боевой обстановки, так и обеспечения максимальной безопасности людей и среды. Для обеспечения непосредственного эксперимента привлекаются высокоточные ( эталонные ) средства специальных ( измерительных ) войск, например: системы активного радио-ответа, датчики различных физических и механических величин, фото-оптические приборы, система единого времени, специальные средства для обработки результатов испытаний и т.д.

Ввиду сказанного выше методы моделирования системы применяются более часто, чем непосредственно эксперимент.

Моделирование предполагает построение физической или математической модели, обладающей свойствами или соотношениями реальной системы. То есть эксперимент производится не на реальной системе, а на ее модели в целях получения численных значений показателей эффективности системы. Различают модели физические, математические, смешанные.

Физическая модель воспроизводит реальную систему с сохранением ее физической природы и свойств.

Математическая модель не сохраняет физической природы реальной системы, но описывает закономерности ее поведения с помощью уравнений или формул.

Комбинированная модель сочетает физическую и математическую модели.

При построении математической модели может быть использован аналитический или имитационный метод. Причем имитационный метод позволяет строить модель системы в условиях воздействия на систему большого числа случайных факторов, сложным образом взаимодействующих между собой, когда аналитическое решение не представляется возможным.

Систему, представляющую собой совокупность взаимосвязанных элементов типа системы ПВО, следует рассматривать как динамическую систему, то есть систему с множеством состояний, осуществляющую с течением времени переходы из одного состояния в другое.

Моделью мы будем называть формальное описание системы, которое можно вводить в ЭВМ, и по которому можно воспроизводить функционирование системы. То есть модель - это программа для ЭВМ, выполнение которой при различных исходных данных позволяет имитировать процессы, происходящие в реальной динамической системе.

УЧЕБНЫЙ ВОПРОС 3

Принципы построения моделирующих алгоритмов сложных систем.

Функционирование сложной системы можно рассматривать как последовательную смену ее состояний.

Имитационный процесс - это некий идеализированный процесс функционирования сложной системы. Весь имитационный процесс можно представить как совокупность отдельных процессов, которые можно отнести к функционированию определенных объектов сложной системы, например: процессы имитации полета отдельного самолета противника, его обнаружения, уничтожения.

В сложной системе процессы протекают по большей части одновременно, то есть параллельно. Задачей программной имитации и является отображение параллельно протекающих процессов на один вычислительный процесс.

Таким образом имитационный процесс - это совокупность n процессов:

Z = < Z₁(t), Z₂(t), ..., Z_n(t) >

Задачей моделирования процесса функционирования системы является построение функций Z_i(t), а также вычисление некоторых величин, зависящих от этих функций и от их взаимной зависимости, которые и являются показателями (характеристиками) свойств системы.

Каждая функция Z_i(t) - это процесс смены конечного числа состояний. Под состоянием мы понимаем такую характеристику процесса, которая определяет его однородность на протяжении временного интервала, между моментами смены состояний.

Если T - множество временных моментов смены состояний

T = < t₁, t₂, ..., t_i, ..., t_m >,

то S = < s₁, s₂, ..., s_i, ..., s_k > -

пространство событий.

Для связи момента t_i с состоянием s_i то есть осуществления отображения времени на один из элементов множества пространства состояний необходимо ввести понятие оператора - некоторой функции H,

s = H (A, t, w).

Здесь s - принадлежит S; A - пространство аргументов; t - текущее значение времени; w - величина, описывающая случайность оператора и лежащая в [0; 1]. Например, для времени t_i :

s_i = H_i (A_i, t_i, w).

В зависимости от свойств оператора случайность может и отсутствовать.

Зависимость от аргументов, под которыми выступает также пространство состояний, может быть очень сложной. Например, если для двух произвольных моментов времени t_i и t_j оказывается, что s_i принадлежит A_j, то для вычисления состояния s_j в момент времени t_j необходимо знать состояние s_i в момент времени t_i. В этом случае операторы H_i и H_j называются сцепленными.

Из-за высокой размерности пространства состояний описать оператор, вычисляющий новое значение состояния системы в какой-то момент времени - является достаточно сложной задачей. Поэтому на практике может потребоваться замещение оператора композицией подоператоров. Такое задание оператора H называется расщепленным описанием. Каждый подоператор реализует более простые связи. Расщепление оператора определяется структурой моделирующией системы, степенью подробности описания процеса функционирования, задачами исследования, опытом разработчика модели.

Обычно имеется некая базовая совокупность подоператоров, из которых и строятся различные композиции. Если для моделирования используется универсальный язык - то подоператорами могут быть операторы этого языка. Если применяются специальные языки моделирования, то подоператоры - это операторы таких языков, которые наиболее полно отражают возможности именно моделирующих алгоритмов, позволяют наглядно и общепринято описывать процессы.