Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем (3-е изд., 2001) (1186218), страница 21
Текст из файла (страница 21)
е. при ее эксплуатации, для полученияинформации, дополняющей результаты натурных испытаний (эксплуатации) реальной системы, и для получения прогнозов эволюции(развития) системы во времени.Существуют общие положения, применяемые ко всем перечисленным случаям машинного моделирования. Даже в тех случаях,когда конкретные способы моделирования отличаются друг отдруга и имеются различные модификации моделей, например в области машинной реализации моделирующих алгоритмов с использованием конкретных программно-технических средств, в практикемоделирования систем можно сформулировать общие принципы,которые могут быть положены в основу методологии машинногомоделирования [29, 35, 46].Этапы моделирования систем. Рассмотрим основные этапы моделирования системы S, к числу которых относятся: построение концептуальной модели системы и ее формализация; алгоритмизациямодели системы и ее машинная реализация; получение и интерпретация результатов моделирования системы.Взаимосвязь перечисленных этапов моделирования систем и ихсоставляющих (подэтапов) может быть представлена в виде сетево86Первый этапВторой этап\Третий этап•+••»f<»>Рве.
3.1. Взаимосвязь этапов моделирования системго графика, показанного на рис. 3.1. Перечислим эти подэтапы:1.1—постановка задачи машинного моделирования системы;1.2 — анализ задачи моделирования системы; 1.3—определениетребований к исходной информации об объекте моделированияи организация ее сбора; 1.4 — выдвижение гипотез и принятиепредположений; 1.5 — определение параметров и переменных модели; 1.6 — установление основного содержания модели; 1.7 — обоснование критериев оценки эффективности системы; 1.8 — определение процедур аппроксимации; 1.9 — описание концептуальноймодели системы; 1.10 — проверка достоверности концептуальноймодели; 1.11 — составление технической документации по первомуэтапу; 2.1 — построение логической схемы модели; 2.2 — получениематематических соотношений; 2.3 — проверка достоверности модели системы; 2.4 — выбор инструментальных средств для моделирования; 2.5 — составление плана выполнения работ по программированию; 2.6 —спецификация и построение схемы программы,2.7 — верификация и проверка достоверности схемы программы;2.8 — проведение программирования модели; 2.9 — проверка достоверности программы; 2.10 — составление технической документации по второму этапу; 3.1 — плакирование машинного эксперимента с моделью системы; 3.2 — определение требований к вычислительным средствам; 3.3 — проведение рабочих расчетов; 3.4 —анализ результатов моделирования системы; 3.5 — представлениерезультатов моделирования; 3.6 — интерпретация результатов моделирования; 3.7 — подведение итогов моделирования и выдачарекомендаций; 3.8 — составление технической документации потретьему этапу.Таким образом, процесс моделирования системы S сводитсяк выполнению перечисленных подэтапов, сгруппированных в видетрех этапов.
На этапе построения концептуальной модели Мх и ееформализации проводится исследование моделируемого объектас точки зрения выделения основных составляющих процесса его87функционирования, определяются необходимые аппроксимациии получается обобщенная схема модели системы S, которая преобразуется в машинную модель Мм на втором этапе моделированияпутем последовательной алгоритмизации и программирования модели. Последний третий этап моделирования системы сводитсяк проведению согласно полученному плану рабочих расчетов наЭВМ с использованием выбранных программно-техническихсредств, получению и интерпретации результатов моделированиясистемы 5" с учетом воздействия внешней среды Е.
Очевидно, чтопри построении модели и ее машинной реализации при полученииновой информации возможен пересмотр ранее принятых решений,т. е. процесс моделирования является итерационным. Рассмотримсодержание каждого из этапов более подробно.3.2. ПОСТРОЕНИЕ КОНЦЕПТУАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ СИСТЕМИ ИХ ФОРМАЛИЗАЦИЯНа первом этапе машинного моделирования — построения концептуальной модели Мх системы 5 и ее формализации — формулируется модель и строится ее формальная схема, т. е. основнымназначением этого этапа является переход от содержательного описания объекта к его математической модели, другими словами,процесс формализации. Моделирование систем на ЭВМ в настоящее время — наиболее универсальный и эффективный метод оценки характеристик больших систем.
Наиболее ответственными и наименее формализованными моментами в этой работе являютсяпроведение границы между системой S и внешней средой Е, упрощение описания системы и построение сначала концептуальной, а затем формальной модели системы. Модель должна быть адекватной, иначе невозможно получить положительные результаты моделирования, т. е. исследование процесса функционирования системына неадекватной модели вообще теряет смысл. Под адекватноймоделью будем понимать модель, которая с определенной степенью приближения на уровне понимания моделируемой системыS разработчиком модели отражает процесс ее функционирования вовнешней среде Е.Переход от описания к блочной модели.
Наиболее рациональностроить модель функционирования системы по блочному принципу.При этом могут быть выделены три автономные группы блоковтакой модели. Блоки первой группы представляют собой имитаторвоздействий внешней среды Е на систему 5; блоки второй группыявляются собственно моделью процесса функционирования исследуемой системы S; блоки третьей группы — вспомогательнымии служат для машинной реализации блоков двух первых групп,а также для фиксации и обработки результатов моделирования.Рассмотрим механизм перехода от описания процесса функционирования некоторой гипотетической системы к модели этогопроцесса [29, 35]. Для наглядности введем представление об описа88нии свойств процесса функционирования системы S,т. е. об ее концептуальноймодели Мг как совокупностинекоторых элементов, условно изображенных квадратами так, как показано на рис.3.2, а.
Эти квадраты представляют собой описание некоторых подпроцессов исследуемого процесса функционирования системы S,воздействия внешней средыЕ и т. д. Переход от описаРис. 3.2. Модель системы: - хоняещуальшя;ния системы к ее моделиб — блочнмв этой интерпретации сводится к исключению из рассмотрения некоторых второстепенных элементов описания (элементы j _ 8,39 — 41,43 — 47). Предполагается, что они не оказываютсущественного влияния на ход процессов, исследуемых с помощьюмодели. Часть элементов (14,15, 28, 29, 42) заменяется пассивнымисвязями h,, отражающими внутренние свойства системы (рис. 3.2,б). Некоторая часть элементов (1 — 4.
10. 11, 24L 25)- заменяетсявходными факторами х и воздействиями внешней среды »i- Возможны и комбинированные замены: элементы 9, 18, 19, 32, 33заменены пассивной связью А2 и воздействием внешней среды Е.Элементы 22,23.36.37 отражают воздействие системы на внешнююСреДУ>'-с«ССОставшиеся элементы системы S группируются в олоки \ , ла,Sm, отражающие процесс функционирования исследуемой системы.Каждый из этих блоков достаточно автономен, что выражаетсяв минимальном количестве связей между ними. Поведение этихблоков должно быть хорошо изучено и для каждого из них построена математическая модель, которая в свою очередь может содержать ряд подблоков.
Построенная блочная модель процесса функционирования исследуемой системы S предназначена для анализахарактеристик этого процесса, который может быть проведен примашинной реализации полученной модели.Математические модели процессов. После перехода от описаниямоделируемой системы S к ее модели Mv построенной по блочномупринципу, необходимо построить математические модели процессов, происходящих в различных блоках. Математическая модельпредставляет собой совокупность соотношений (например, уравнений, логических условий, операторов), определяющих характеристики процесса функционирования системы S в зависимости отструктуры системы, алгоритмов поведения, параметров системы,воздействий внешней среды Е, начальных условий и времени. Мате89матическая модель является результатом формализации процессафункционирования исследуемой системы, т. е.
построения формального (математического) описания процесса с необходимой в рамкахпроводимого исследования степенью приближения к действительности [4, 35, 37].Для иллюстрации возможностей формализации рассмотримпроцесс функционирования некоторой гипотетической системы S,которую можно разбить на т подсистем с характеристиками ух (/),Уг (0> —» УкЛ*) с параметрами к1г h2, ..., h„H при наличии входныхвоздействии хи хг,..., х„х и воздействий внешней среды vlt v2,..., v„y.Тогда математической моделью процесса может служить системасоотношений видаyi(0=fi (xi> х2' —> x«x> *i» г2> —» v*r> *i» А2, ..., Апд; 0JУг0)=/2 (*и хг•*»*; »i. w2» —> v»vi ^i» ^2A"jp OlУчт(*)=/т(Xl>Хг•*"*; *1« "2w(3.1)»ri ^l> *2» —> *»JF ' ) •Если бы функции flt f2, ..-,/„ были известны, то соотношения(3.1) оказались бы идеальной математической моделью процессафункционирования системы S.
Однако на практике получение модели достаточно простого вида для больших систем чаще всегоневозможно, поэтому обычно процесс функционирования системыS разбивают на ряд элементарных подпроцессов. При этом необходимо так проводить разбиение на подпроцессы, чтобы построение моделей отдельных подпроцессов было элементарно и невызывало трудностей при формализации. Таким образом, на этойстадии сущность формализации подпроцессов будет состоять в подборе типовых математических схем. Например, для стохастическихпроцессов это могут быть схемы вероятностных автоматов (Рсхемы), схемы массового обслуживания (Q-схемы) и т. д., которыедостаточно точно описывают основные особенности реальных явлений, составляющих подпроцессы, с точки зрения решаемых прикладных задач.Таким образом, формализации процесса функционирования любой системы S должно предшествовать изучение составляющих егоявлений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
