Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем (2001) (1186219), страница 11

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

Текст из файла (страница 11)

В ряде случаевсложность объекта не позволяет не только построить математичес­кую модель объекта, но и дать достаточно близкое кибернетическоеописание, и перспективным здесь является выделение наиболеетрудно поддающейся математическому описанию части объектаи включение этой реальной части физического объекта в имитаци­онную модель.

Тогда модель реализуется, с одной стороны, на базесредств вычислительной техники, а с другой — имеется реальнаячасть объекта. Это значительно расширяет возможности и повыша­ет достоверность результатов моделирования.Имитационная система реализуется на ЭВМ и позволяет ис­следовать имитационную модель М, задаваемую в виде определен­ной совокупности отдельных блочных моделей и связей между ними40в их взаимодействии в пространстве и времени при реализациикакого-либо процесса.

Можно выделить три основные группы бло­ков: блоки, характеризующие моделируемый процесс функциониро­вания системы S; блоки, отображающие внешнюю среду £ и еевоздействие на реализуемый процесс; блоки, играющие служебнуювспомогательную роль, обеспечивая взаимодействие первых двух,а также выполняющие дополнительные функции по получениюи обработке результатов моделирования. Кроме того, имитацион­ная система характеризуется набором переменных, с помощьюкоторых удается управлять изучаемым процессом, и набором на­чальных условий, когда можно изменять условия проведения ма­шинного эксперимента.Таким образом, имитационная система есть средство проведе­ния машинного эксперимента, причем эксперимент может ставитьсямногократно, заранее планироваться, могут определяться условияего проведения.

Необходимо при этом выбрать методику оценкиадекватности получаемых результатов и автоматизировать как про­цессы получения, так и процессы обработки результатов в ходемашинного эксперимента.Обеспечение моделирования. Эксперимент с имитационной моде­лью требует серьезной подготовки, поэтому имитационная системахарактеризуется наличием математического, программного, инфор­мационного, технического, эргономического и других видов обес­печения.Математическое обеспечение имитационной системывключает в себя совокупность математических соотношений, опи­сывающих поведение реального объекта, совокупность алгоритмов,обеспечивающих как подготовку, так и работу с моделью. Сюдамогут быть отнесены алгоритмы ввода исходных данных, имита­ции, вывода, обработки.Программное обеспечение по своему содержанию включаетв себя совокупность программ: планирования эксперимента, имита­ционной модели, проведения эксперимента, обработки и интерпре­тации результатов.

Кроме того, программное обеспечение имитаци­онной системы должно обеспечивать синхронизацию процессовв модели, т. е. необходим блок, организующий псевдопараллельноевыполнение процессов в модели. Машинные эксперименты с имита­ционными моделями не могут проходить без хорошо разработан­ного и реализованного информационного обеспечения.Информационное обеспечение включает в себя средстваи технологию организации и реорганизации базы данных модели­рования, методы логической и физической организации массивов,формы документов, описывающих процесс моделирования и егорезультаты.

Информационное обеспечение имитационной системыявляется наименее разработанной частью, поскольку только в на­стоящее время наблюдается переход к созданию сложных имитаци­онных моделей и разрабатывается методология их использования41при анализе и синтезе сложных систем с использованием концепциибазы данных и знаний.Техническое обеспечение имитационной системы включаетв себя прежде всего средства вычислительной техники, связи и об­мена между оператором и сетью ЭВМ, ввода и вывода инфор­мации, управления проведением эксперимента. К техническомуобеспечению предъявляются весьма серьезные требования по наде­жности функционирования, так как сбои и отказы техническихсредств, ошибки оператора ЭВМ могут резко увеличить времяработы с имитационной моделью и даже привести к невернымконечным результатам.Эргономическое обеспечение имитационной системы пред­ставляет собой совокупность научных и прикладных методик и ме­тодов, а также нормативно-технических и организационно-методи­ческих документов, используемых на всех этапах взаимодействиячеловека-экспериментатора с инструментальными средствами(ЭВМ, гибридными комплексами и т.

д.). Эти документы, использу­емые на всех стадиях разработки и эксплуатации имитационныхсистем и их элементов, предназначены для формирования и поддер­жания эргономического качества путем обоснования и выбора ор­ганизационно-проектных решений, которые создают оптимальныеусловия для высокоэффективной деятельности человека во взаимо­действии с моделирующим комплексом.Таким образом, имитационная система может рассматриватьсякак машинный аналог сложного реального процесса. Позволяетзаменить эксперимент с реальным процессом функционированиясистемы экспериментом с математической моделью этого процессав ЭВМ.

В настоящее время имитационные эксперименты широкоиспользуют в практике проектирования сложных систем, когдареальный эксперимент невозможен.Возможности машинного моделирования. Несмотря на то чтоимитационное моделирование на ЭВМ является мощным инстру­ментом исследования систем, его применение рационально не вовсех случаях. Известно множество задач, решаемых более эффектив­но другими методами. Вместе с тем для большого класса задачисследования и проектирования систем метод имитационного моде­лирования наиболее приемлем. Правильное его употребление воз­можно лишь в случае четкого понимания сущности метода имита­ционного моделирования и условий его использования в практикеисследования реальных систем при учете особенностей конкретныхсистем и возможностей их исследования различными методами.В качестве основных критериев целесообразности примененияметода имитационного моделирования на ЭВМ можно указатьследующие: отсутствие или неприемлемость аналитических, числен­ных и качественных методов решения поставленной задачи; наличиедостаточного количества исходной информации о моделируемойсистеме S для обеспечения возможности построения адекватнойл->имитационной модели; необходимость проведения на базе другихвозможных методов решения очень большого количества вычисле­ний, трудно реализуемых даже с использованием ЭВМ; возмож­ность поиска оптимального варианта системы при ее моделирова­нии на ЭВМ.Имитационное моделирование на ЭВМ, как и любой методисследований, имеет достоинства и недостатки, проявляющиесяв конкретных приложениях [37, 43, 46].

К числу основных досто­инств метода имитационного моделирования при исследованиисложных систем можно отнести следующие: машинный экспери­мент с имитационной моделью дает возможность исследовать осо­бенности процесса функционирования системы S в любых условиях;применение ЭВМ в имитационном эксперименте существенно со­кращает продолжительность испытаний по сравнению с натурнымэкспериментом; имитационная модель позволяет включать резуль­таты натурных испытаний реальной системы или ее частей дляпроведения дальнейших исследований; имитационная модель об­ладает известной гибкостью варьирования структуры, алгоритмови параметров моделируемой системы, что важно с точки зренияпоиска оптимального варианта системы; имитационное моделиро­вание сложных систем часто является единственным практическиреализуемым методом исследования процесса функционированиятаких систем на этапе их проектирования.Основным недостатком, проявляющимся при машинной реали­зации метода имитационного моделирования, является то, что ре­шение, полученное при анализе имитационной модели М, всегданосит частный характер, так как оно соответствует фиксированнымэлементам структуры, алгоритмам поведения и значениям парамет­ров системы S, начальных условий и воздействий внешней среды Е.Поэтому для полного анализа характеристик процесса функциони­рования систем, а не получения только отдельной точки приходитсямногократно воспроизводить имитационный эксперимент, варьи­руя исходные данные задачи.

При этом, как следствие, возникаетувеличение затрат машинного времени на проведение экспериментас имитационной моделью процесса функционирования исследуемойсистемы S.Эффективность машинного моделирования. При имитационноммоделировании, так же как и при любом другом методе анализаи синтеза системы S, весьма существен вопрос его эффективности.Эффективность имитационного моделирования может оцениватьсярядом критериев, в том числе точностью и достоверностью резуль­татов моделирования, временем построения и работы с моделью М,затратами машинных ресурсов (времени и памяти), стоимостьюразработки и эксплуатации модели. Очевидно, наилучшей оценкойэффективности является сравнение получаемых результатов с реаль­ным исследованием, т.

е. с моделированием на реальном объектепри проведении натурного эксперимента. Поскольку это не всегда43удается сделать, статистический подход позволяет с определеннойстепенью точности при повторяемости машинного экспериментаполучить какие-то усредненные характеристики поведения системы.Существенное влияние на точность моделирования оказывает числореализаций, и в зависимости от требуемой достоверности можнооценить необходимое число реализаций воспроизводимого случай­ного процесса.Существенным показателем эффективности являются затратымашинного времени.

Характеристики

Список файлов книги