Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем (3-е изд., 2001) (1186218), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Структура системы может изучаться извне с точки зрениясостава отдельных подсистем и отношений между ними, а такжеизнутри, когда анализируются отдельные свойства, позволяющиесистеме достигать заданной цели, т. е. когда изучаются функциисистемы. В соответствии с этим наметился ряд подходов к исследованию структуры системы с ее свойствами, к которым следуетпрежде всего отнести структурный и функциональный.При структурном подходе выявляются состав выделенных элементов системы S и связи между ними. Совокупность элементови связей между ними позволяет судить о структуре системы. Последняя в зависимости от цели исследования может быть описана на21разных уровнях рассмотрения.
Наиболее общее описание структуры — это топологическое описание, позволяющее определитьв самых общих понятиях составные части системы и хорошо формализуемое на базе теории графов.Менее общим является функциональное описание, когда рассматриваются отдельные функции, т. е. алгоритмы поведения системы, и реализуется функциональный подход, оценивающий функции,которые выполняет система, причем под функцией понимаетсясвойство, приводящее к достижению цели. Поскольку функция отображает свойство, а свойство отображает взаимодействие системыS с внешней средой Е, то свойства могут быть выражены в виделибо некоторых характеристик элементов SiW и подсистем Ss системы, либо системы S в целом.При наличии некоторого эталона сравнения можно ввести количественные и качественные характеристики систем. Для количественной характеристики вводятся числа, выражающие отношениямежду данной характеристикой и эталоном.
Качественные характеристики системы находятся, например, с помощью метода экспертных оценок.Проявление функций системы во времени S(t), т. е. функционирование системы, означает переход системы из одного состоянияв другое, т. е. движение в пространстве состояний Z. При эксплуатации системы S весьма важно качество ее функционирования,определяемое показателем эффективности и являющееся значениемкритерия оценки эффективности. Существуют различные подходык выбору критериев оценки эффективности.
Система S может оцениваться либо совокупностью частных критериев, либо некоторымобщим интегральным критерием.Следует отметить, что создаваемая модель М с точки зрениясистемного подхода также является системой, т. е. S'=S'(M), и может рассматриваться по отношению к внешней среде Е. Наиболеепросты по представлению модели, в которых сохраняется прямаяаналогия явления. Применяют также модели, в которых нет прямойаналогии, а сохраняются лишь законы и общие закономерностиповедения элементов системы S. Правильное понимание взаимосвязей как внутри самой модели М, так и взаимодействия ее с внешнейсредой Е в значительной степени определяется тем, на каком уровненаходится наблюдатель.Простой подход к изучению взаимосвязей между отдельнымичастями модели предусматривает рассмотрение их как отражениесвязей между отдельными подсистемами объекта.
Такой классический подход может быть использован при создании достаточнопростых моделей. Процесс синтеза модели М на основе классического (индуктивного) подхода представлен на рис. 1.1, а. Реальныйобъект, подлежащий моделированию, разбивается на отдельные подсистемы, т. е. выбираются исходные данные Д для22а)5)Рис.
1.1. Процесс синтеза модели на основе классического (я) и системного (б)подходовмоделирования и ставятся цели Ц, отображающие отдельные стороны процесса моделирования. По отдельной совокупности исходных данных Д ставится цель моделирования отдельной стороныфункционирования системы, на базе этой цели формируется некоторая компонента К будущей модели. Совокупность компонент объединяется в модель М.Таким образом, разработка модели М на базе классическогоподхода означает суммирование отдельных компонент в единуюмодель, причем каждая из компонент решает свои собственныезадачи и изолирована от других частей модели. Поэтому классический подход может быть использован для реализации сравнительнопростых моделей, в которых возможно разделение и взаимно независимое рассмотрение отдельных сторон функционирования реального объекта.
Для модели сложного объекта такая разобщенностьрешаемых задач недопустима, так как приводит к значительнымзатратам ресурсов при реализации модели на базе конкретныхпрограммно-технических средств. Можно отметить две отличительные стороны классического подхода: наблюдается движение отчастного к общему, создаваемая модель (система) образуется путемсуммирования отдельных ее компонент и не учитывается возникновение нового системного эффекта.С усложнением объектов моделирования возникла необходимость наблюдения их с более высокого уровня.
В этом случаенаблюдатель (разработчик) рассматривает данную системуS как некоторую подсистему какой-то метасистемы, т. е. системы более высокого ранга, и вынужден перейти на позиции нового системного подхода, который позволит ему построить нетолько исследуемую систему, решающую совокупность задач,но и создавать систему, являющуюся составной частью метасистемы. Например, если ставится задача проектирования АСУ предприятием, то с позиции системного подхода нельзя забывать23о том, что эта система является составной частью АСУ объединением.Системный подход получил применение в системотехнике в связи с необходимостью исследования больших реальных систем, когда сказалась недостаточность, а иногда ошибочность принятиякаких-либо частных решений.
На возникновение системного подхода повлияли увеличивающееся количество исходных данных приразработке, необходимость учета сложных стохастических связейв системе и воздействий внешней среды Е. Все это заставило исследователей изучать сложный объект не изолированно, а во взаимодействии с внешней средой, а также в совокупности с другимисистемами некоторой метасистемы.Системный подход позволяет решить проблему построения сложной системы с учетом всех факторов и возможностей, пропорциональных их значимости, на всех этапах исследования системыS и построения модели М.
Системный подход означает, что каждаясистема S является интегрированным целым даже тогда, когда онасостоит из отдельных разобщенных подсистем. Таким образом,в основе системного подхода лежит рассмотрение системы какинтегрированного целого, причем это рассмотрение при разработкеначинается с главного — формулировки цели функционирования.Процесс синтеза модели М на базе системного подхода условнопредставлен на рис. 1.1, б. На основе исходных данных Д, которыеизвестны из анализа внешней системы, тех ограничений, которыенакладываются на систему сверху либо исходя из возможностей еереализации, и на основе цели функционирования формулируютсяисходные требования Т к модели системы S. На базе этих требований формируются ориентировочно некоторые подсистемы П, элементы Э и осуществляется наиболее сложный этап синтеза — выбор В составляющих системы, для чего используются специальныекритерии выбора КВ.При моделировании необходимо обеспечить максимальную эффективность модели системы.
Эффективность обычно определяетсякак некоторая разность между какими-то показателями ценностирезультатов, полученных в итоге эксплуатации модели, и темизатратами, которые были вложены в ее разработку и создание.Стадии разработки моделей. На базе системного подхода можетбыть предложена и некоторая последовательность разработки моделей, когда выделяют две основные стадии проектирования: макропроектирование и микропроектирование.На стадии макропроектирования на основе данных о реальной системе S и внешней среде Е строится модель внешнейсреды, выявляются ресурсы и ограничения для построения модели системы, выбирается модель системы и критерии, позволяющиеоценить адекватность модели М реальной системы S.
Построив модель системы и модель внешней среды, на основе критерияэффективности функционирования системы в процессе модели24рования выбирают оптимальную стратегию управления, что позволяет реализовать возможности модели по воспроизведению отдельных сторон функционирования реальной системы S.Стадия микропроектирования в значительной степени зависит от конкретного типа выбранной модели. В случае имитационной модели необходимо обеспечить создание информационного,математического, технического и программного обеспечений системы моделирования. На этой стадии можно установить основныехарактеристики созданной модели, оценить время работы с нейи затраты ресурсов для получения заданного качества соответствиямодели процессу функционирования системы S.Независимо от типа используемой модели М при ее построениинеобходимо руководствоваться рядом принципов системного подхода: 1) пропорционально-последовательное продвижение по этапам и направлениям создания модели; 2) согласование информационных, ресурсных, надежностных и других характеристик; 3) правильное соотношение отдельных уровней иерархии в системе моделирования; 4) целостность отдельных обособленных стадий построения модели.Модель М должна отвечать заданной цели ее создания, поэтомуотдельные части должны компоноваться взаимно, исходя из единойсистемной задачи.
Цель может быть сформулирована качественно,тогда она будет обладать большей содержательностью и длительное время может отображать объективные возможности даннойсистемы моделирования. При количественной формулировке целивозникает целевая функция, которая точно отображает наиболеесущественные факторы, влияющие на достижение цели.Построение модели относится к числу системных задач, прирешении которых синтезируют решения на базе огромного числаисходных данных, на основе предложений больших коллективовспециалистов. Использование системного подхода в этих условияхпозволяет не только построить модель реального объекта, но и набазе этой модели выбрать необходимое количество управляющейинформации в реальной системе, оценить показатели ее функционирования и тем самым на базе моделирования найти наиболееэффективный вариант построения и выгодный режим функционирования реальной системы S.1.2.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОБЛЕМЫМОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМС развитием системных исследований, с расширением экспериментальных методов изучения реальных явлений все большее значение приобретают абстрактные методы, появляются новые научныедисциплины, автоматизируются элементы умственного труда. Важ25ное значение при создании реальных систем 5 имеют математические методы анализа и синтеза, целый ряд открытий базируется начисто теоретических изысканиях. Однако было бы неправильнозабывать о том, что основным критерием любой теории являетсяпрактика, и даже сугубо математические, отвлеченные науки базируются в своей основе на фундаменте практических знаний.Экспериментальные исследования систем. Одновременно с развитием теоретических методов анализа и синтеза совершенствуютсяи методы экспериментального изучения реальных объектов, появляются новые средства исследования. Однако эксперимент был и остается одним из основных и существенных инструментов познания.Подобие и моделирование позволяют по-новому описать реальныйпроцесс и упростить экспериментальное его изучение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
