Ю. Карпов - Иммитационное моделирование систем с AnyLogic 5 (1124147), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Является ли такая подмена правомерной? При изучении естественных объектов исследователь абстрагируется от несущественных, случайных' деталей, которые не просто усложняют, но могут и затемнить само явление. Например, при анализе нефтеналивного порта удобно говорить о танкерах как о емкостях, из которых производится перекачка определенного объема нефти с некоторой скоростью, а не как о кораблях с каютами, определенной численностью экипажа и т. п.
Поскольку все абстракции неполны и неточны, можно говорить только о приближенном соответствии реальности тех результатов, которые получены исследованием моделей. Соответствие модели моделируемому объекту или явлению при решении конкретной проблемы называется адекватностью. Адекватность определяет возможность использования приближенных результатов, полученных на модели, для решения практической проблемы реального мира. Часто адекватность модели определяется рядом условий и ограничений на сущности реального мира, и для того чтобы использовать результаты анализа, полученные на модели, необходимо тщательно проверять (или даже обеспечивать) эти ограничения и условия при функционировании реальной системы (например, чтобы сделать процессы в обществе управляемыми, создается вертикаль власти).
Поскольку адекватность модели определяется только возможностью использования модели для решения конкретной проблемы, адекватная модель не обязательно должна досконально отображать процессы, происходящие в моделируемой системе (или, что то же самое, модель не обязательно должна отображать "физически правильную" картину мира). На рис. 1.3, взятом из (АБ041, представлена шкала уровней абстракции и примеры проблем моделирования в конкретных областях. приблизительно расставленные на этой шкале.
На нижнем уровне абстракции решаются проблемы, в которых важны отдельные физические объекты, их индивидуальное поведение и физические связи, точные размеры, расстояния, времена. Примерами моделей, относящихся к этому уровню абстракции, являются модели движения пешеходов, модели движения механических систем и их систем управления. На среднем уровне обычно решаются проблемы массового производства и обслуживания, здесь представляются отдельные объекты, но их физическими размерами пренебрегают; значения скоростей и времен усредняются или используются их стохастические значения. Примерами моделей на этом уровне абстракции являются модели массового обслуживания, модели движения транспорта, модели управления ресурсами.
Высокий уровень Часть ). Общие вопросы имитационного моделирования абстракции используется при разработке молелей сложных систем, в которых исследователь абстрагируется от индивилуальных объектов и их поведений, рассматривая только совокупности объектов и их интегральные, агрегированные характеристики, тенленшш изменения значений, влияние на динамику системы причинных обратных связей.
Модели рынка и линамики народонаселения, экологические мололи и классические модели распространения эпилемий построены на этом уровне абстракции. Агрегаты, глобальные причинные зависимости, тенденции, динамика потоков, влияние обратных связей, ... О Рынок н конкуренция эконом,а О Динамика населения кено О Динамика персонала здравгюхранения О Экосистемы О Управление проектами Тра спорт: ра орт: О переработка отходов макромодели О цепочки поставок О Перевозки О Вьгсокий уровень абстракции (минимум деталей, макроуровень, стратегический уровень) Средний уровень абстрамции (средняя дегальность, мезоуровень, тактический уровень) Сервисные О Управление активами центры О Отделение скорой помощи О Склады и логистика О Энеогетические сети О Производство О гран порт: О ДвижЕние пещехсДов мыгрг,мсдегы Низкий уровень абстракции (много деталей, микроуровень, операционный уровень) О Компьютерные сИстемы О Системы управления Отдельные объекты, индивидуальные поведения, физические связи, точные размеры, расстояния, скорости, времена, ...
Рис. т.з. Уровни абстракции прн решении проблем Для кажлой цели исследования лаже одного и того же объекта реального мира должна быть построена своя модель, которая соответствует этой цели. Для решения конкретной задачи будет улобна модель, алекватно отражавшая структуру объекта и законы, по которым он функционирует на выбранном уровне абстракции. Например, очевидно, что планеты пе материальные точки, но при такой абстракшги в рамках ньютоновской теории тяготения можно лостаточно точно прелсказать характеристики лвижения планет. Однако эта модель требует уточнения лля расчета траекторий спутников и ракет. Для решения проблемы оггтггмального использования траггспорта в нашем примере и эта модель бесполезна, здесь необхолимы подробные карты, расстояния и времена.
То, что Земля на карте представляется плоской„не существенно для решения транспортных проблем. Хотя сушествуют устоявшиеся подходы к выбору уровня абстракции и разумные объяснения данного выбора для построения достаточно адекватных моделей при решении многих типов проблем, все же обшей методики построения модели с требуемым уровнем адекватности не сув(ествует. В качестве рекомендации по выбору уровня абстракции можно сказа~ь лишь сле- Глава б Модели.
Наука и искусство моделирования дующее. Нужно начать с наиболее простой модели, отражающей только самые существенные (с точки зрения исследователя) аспекты моделируемой системы. После обнаружения неадекватности молели, т. е. неприменимости ее к решенгпо поставленной проблемы, отдельные подструктуры и процессы модели следует реализовать более детально, на более низком уровне абстракции. Можно быть уверенным, что разработка последовательности усложпяюгцихся все более подробных моделей может привести к обеспечению приемлемои алекватности при решении любой конкретной задачи.
Очевидно, что никакая модель никогда не лает полных знаний о моделируемом объекте. Например, никакая молель не может предсшвить все характеристики планеты Земля. С дру~ой стороны, очевидно также, что любая конкретная задача не потребует для своего решения знания всех этих характеристик. Конечно, можно построить модели, которые абстрагируются от существенных аспектов реальности.
Такие модели будут неадекватными, а выводы, полученные на основе этих моделей, будут неверными. 1.4. Моделирование как наука и искусство Моделирование как вид профессиональной деятельности связано с анализом реальных систем и процессов самой разной природы. Специалист по моделированию при разработке молели в конкретной области должен связать словарь этой области с терминологией моделирования, вылелить подсистемы и их связи в реальной системе, определить параметры подсистем и пх зависимости, выбрать подходящий уровень абстракции при построении модели каждой подсистемы. Он должен грамотно выбрать подходягций математический аппарат и корректно его использовать, уметь реализовать элементы модели, их связи и логические отношения подходящими средствами в среде моделирования, понимать ограничения при интерпретации результатов моделирования, владеть методами верификации и калибровки моделей.
Все это делает моделирование серьезной научной деятельностью, Но моделирование является также и искусством, причем в значительно большей мере, чем им является, например, программирование. Универсального общего способа построения адекватных моделей не существует. Хотя для многих физических явлений давно разработаны адекватные молели, лостаточные для решения широкого класса задач анализа динамических систем (например, связь скорости, расстояния и времени при анализе свободного перемещения объектов в пространстве), однако для произволственных, социальных, биологических систем, а также многих технических систем при конструировании модели нужно проявить изобретательность, знание математики, понимание процессов в системе, сути абстрагирования и г.
и. Построение модели — созидательная креативная деятельность сродни искусству, она требует интуиции, глубокого проникновения в природу явления и решаемой проблемы. Глава 2 Виды моделей Модели можно классифицировать по различным признакам: статические и динамические, непрерывные и дискретные, детерминированные и стохастические, аналитические и имитационные и т. д. 2.1. Статические и динамические модели Свквлические модели оперируют характеристиками и объектами, не изменяющимися во времени. В динамвчесхвх моделях, которые обычно более сложны, изменение параметров во времени является существенным. Модель нефтеналивного порта (см.
рис. !.2) явлвется динамической: в ней моделируется поведение во времени отдельных объектов системы: движение танкеров в акватории порта, лвижение цистерн на причале, уровень нефти в на- копителях. Статические модели обычно имеют дело с установившимися процессами, уравнениями балансового типа, с предельными стационарными характеристиками. Моделирование динамических систем состоит в имитации правил перехода системы из одного состояния в другое с течением времени.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
