О.М. Замятина - Компьютерное моделирование (2007). Учебное пособие (1124144)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮГосударственное образовательное учреждениевысшего профессионального образования«Томский политехнический университет»______________________________________________________О. М. ЗамятинаКОМПЬЮТЕРНОЕМОДЕЛИРОВАНИЕУчебное пособие0Decide 1Create 1TrueProcess 1Dispose 10000FalseProcess 2Dispose 200Издательство ТПУТомск 2007УДК 681.3.06ББК 32.973.2К34Замятина О.

М.К34 Компьютерное моделирование: Учебное пособие. – Томск: Изд-воТПУ, 2007. – 121 с.В учебном пособии кратко изложены основы теориимоделирования систем, приведены различные типы классификациимоделей, рассмотрены методологии структурного анализа и методы исредства имитационного моделирования систем.Пособие подготовлено на кафедре автоматики и компьютерныхсистем Томского политехнического университета,соответствуетпрограммедисциплины«Компьютерноемоделирование»ипредназначено для студентов Института дистанционного образования.УДК 681.3.06Рекомендовано к печати Редакционно-издательским советомТомского политехнического университетаРецензентыМ.

П. Силич – профессор кафедры автоматизации обработкиинформацииТомскогоуниверситетасистемуправленияирадиоэлектроники, доктор технических наук;В. Г. Спицын – профессор кафедры вычислительной техники Томскогополитехнического университета, доктор технических наук.Томский политехнический университет, 20072ВведениеДанное учебное пособие ориентировано на студентов техническихи экономических специальностей, в специализацию которых входятследующие курсы: «Компьютерное моделирование», «Моделирование ианализ сложных систем», «Математическое моделирование систем»,«Моделирование и анализ бизнес-процессов» и др.Курс «Компьютерное моделирование» ориентирован наформирование у студентов навыков и знаний в теории моделированиясистем и процессов различной природы с целью последующего иханализа и оптимизации.Теоретическая часть курса дает сведения об основных понятияхмоделирования, о возможных методах классификации моделей.

Такжерассматриваются методологии структурного анализа: IDEF0, IDEF3 иDFD и методы и средства имитационного моделирования: сети Петри,системы массового обслуживания.Практическая часть курса позволяет студентам освоить ипрактически применять одно из самых современных пакетовимитационного моделирования Arena 7.0, в основу которого заложенматематический аппарат раскрашенных сетей Петри и систем массовогообслуживания.Лабораторный практикум и выполнение курсовой работыпозволит студентам развить системное мышление, находить различныеварианты решения инженерных задач методом имитационногомоделирования.Учебный материал, ставший основой этого учебного пособия, ужев течениенескольких лет читаетсястудентамТомскогополитехнического университета.Автор выражает благодарность всем тем, кто принял участие вподготовке этого пособия, особенно Саночкиной Н.

Г., совместнаяработа с которой принесла позитивные результаты, а также хочетсявыделить студентов, которые участвовали в этом: Карпову Евгению иНгуен Минь Ки.От автораВаши замечания, предложения и вопросы отправляйте по адресуэлектронной почты oxa@aics.ru. Я буду рада узнать Ваше мнение!3Глава 1. Основные понятия теории моделирования1.1. Модель и моделированиеСлово «модель» (от лат. modelium) означает «мера», «способ»,«сходство с какой–то вещью».Термин «модель» широко используется в различных сферахчеловеческой деятельности и имеет множество смысловых значений.Мы под «моделью» будем понимать некий материальный или мысленнопредставляемый объект, который в процессе исследования замещаетобъект-оригинал так, что его непосредственное изучение дает новыезнания об объекте-оригинале.Модель – это объект или описание объекта, системы длязамещения (при определенных условиях предложениях, гипотезах)одной системы (т. е.

оригинала) другой системой для лучшего изученияоригинала или воспроизведения каких-либо его свойств [4, 23]. Модель– результат отображения одной структуры (изученной) на другую(малоизученную). Любая модель строится и исследуется приопределенных допущениях, гипотезах. Модель должна строиться так,чтобы она наиболее полно воспроизводила те качества объекта, которыенеобходимо изучить в соответствии с поставленной целью [17, 27]. Вовсех отношениях модель должна быть проще объекта и удобнее его дляизучения. Таким образом, для одного и того же объекта могутсуществовать различные модели, классы моделей, соответствующиеразличным целям его изучения.

Необходимым условием моделированияявляется подобие объекта и его модели. В этом случае мы должныговорить об адекватности модели объекту-оригиналу.Если результаты моделирования подтверждаются и могут служитьосновой для прогнозирования процессов, протекающих в исследуемыхобъектах, то говорят, что модель адекватна объекту. При этомадекватность модели зависит от цели моделирования и принятыхкритериев.Под адекватной моделью понимается модель, которая сопределенной степенью приближения на уровне пониманиямоделируемой системы разработчиком модели отражает процесс еефункционирования во внешней среде.

Под адекватностью (от лат.adaequatus – приравненный) будем понимать степень соответствиярезультатов, полученных по разработанной модели, даннымэксперимента или тестовой задачи. Если система, для которойразрабатывается модель, существует, то сравнивают выходные данныемодели и этой системы. В том случае, когда два набора данных4оказываются подобными, модель существующей системы считаетсяадекватной.

Чем больше общего между существующей системой и еемоделью, тем больше уверенность в правильности модели системы.Проверка адекватности модели необходима для того, чтобыубедиться в справедливости совокупности гипотез, сформулированныхна первом этапе разработки модели, и точности полученныхрезультатов; соответствует точности, требуемой техническим заданием.Для моделей, предназначенных для приблизительных расчетов,удовлетворительной считается точность 10-15 %, а для моделей,предназначенныхдляиспользованиявуправляющихиконтролирующих системах – 1-2 % [27].Любая модель обладает следующими свойствами:конечностью: модель отображает оригинал лишь в конечномчисле его отношений;упрощенностью: модель отображает только существенныестороны объекта;приблизительностью: действительность отображается модельюгрубо или приблизительно;адекватностью: модель успешно описывает моделируемуюсистему;информативностью: модель должна содержать достаточнуюинформацию о системе в рамках гипотез, принятых при построениимодели.Процесс построения, изучения и применения моделей будемназывать моделированием, т.

е. можно сказать, что моделирование – этометод исследования объекта путем построения и исследования егомодели, осуществляемое с определенной целью, и состоит в заменеэксперимента с оригиналом экспериментом на модели.Моделирование базируется на математической теории подобия,согласно которой абсолютное подобие может иметь место лишь призамене одного объекта другим, точно таким же. При моделированиибольшинства систем (за исключением, возможно, моделирования однихматематических структур другими) абсолютное подобие невозможно, иосновная цель моделирования – модель достаточно хорошо должнаотображать функционирование моделируемой системы [1].1.2 Классификация моделейВ общем случае все модели, независимо от областей и сфер ихприменения, бывают трех типов: познавательные, прагматические иинструментальные.5Познавательная модель – форма организации и представлениязнаний, средство соединения новых и старых знаний.

Познавательнаямодель обычно подгоняется под реальность и является теоретическоймоделью.Прагматическая модель – средство организации практическихдействий, рабочего представления целей системы для ее управления.Реальность в них подгоняется под некоторую прагматическую модель.Это, как правило, прикладные модели.Инструментальная модель – средство построения, исследованияи/или использования прагматических и/или познавательных моделей.Познавательные отражают существующие, а прагматические –хоть и не существующие, но желаемые и, возможно, исполнимыеотношения и связи.Вся остальная классификация моделей выстраивается поотношению к объекту-оригиналу, методам изучения и т. п.1.2.1.

Классификация моделей по степени абстрагированиямодели от оригиналаПо степени абстрагирования от оригинала (рис. 1.1) модели могутбыть разделены на материальные (физические) и идеальные. Кматериальным относятся такие способы, при которых исследованиеведется на основе модели, воспроизводящей основные геометрические,физические, динамические и функциональные характеристикиизучаемого объекта. Основными разновидностями физических моделейявляются [17]:натурные;квазинатурные;масштабные;аналоговые.Натурные – это реальные исследуемые системы, которыеявляются макетами и опытными образцами. Натурные модели имеютполную адекватность с системой-оригиналом, что обеспечиваетвысокую точность и достоверность результатов моделирования;другими словами, модель натурная, если она есть материальная копияобъекта моделирования.

Пример глобус – натурная географическаямодель земного шара.Квазинатурные (от лат. «квази» почти) – это совокупностьнатурных и математических моделей. Этот вид моделей используется вслучаях, когда математическая модель части системы не являетсяудовлетворительной или когда часть системы должна быть исследована6во взаимодействии с остальными частями, но их еще не существуетлибо их включение в модель затруднено или дорого.Рис. 1.1. Схема классификации моделей по степени абстрагированияот объекта-оригиналаМасштабные модели – это системы той же физической природы,что и оригинал, но отличающиеся от него размерами. В основемасштабных моделей лежит математический аппарат теории подобия,который предусматривает соблюдение геометрического подобияоригинала и модели и соответствующих масштабов для их параметров.Примером масштабного моделирования являются любые разработкимакетов домов, а порой и целых районов при проведении проектныхработ при строительстве.

Также масштабное моделированиеиспользуетсяприпроектированиикрупныхобъектоввсамолетостроении и кораблестроении.Аналоговое моделирование основано на аналогии процессов иявлений, имеющих различную физическую природу, но одинаковоописываемых формально (одними и теми же математическимиуравнениями, логическими схемами и т. п.). В качестве аналоговыхмоделей используются механические, гидравлические, пневматическиесистемы, но наиболее широкое применение получили электрические иэлектронные аналоговые модели, в которых сила тока или напряжениеявляется аналогами физических величин другой природы. Например,является общеизвестным, что математическое уравнение колебаниямаятника имеет эквивалент при записи уравнения колебаний тока.7Идеальное моделирование носит теоретический характер.Различают два типа идеального моделирования: интуитивное изнаковое.Под интуитивным будем понимать моделирование, основанноена интуитивном представлении об объекте исследования, неподдающемся формализации либо не нуждающемся в ней.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов книги