Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем (2001) (1186219), страница 21

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

Текст из файла (страница 21)

Поэтому одной из актуальныхзадач подготовки специалистов является освоение теории и мето­дов математического моделирования с учетом требований систем­ности, позволяющих не только строить модели изучаемых объект­ов, анализировать их динамику и возможность управления машин­ным экспериментом с моделью, но и судить в известной мере обадекватности создаваемых моделей исследуемым системам, о гра­ницах применимости и правильно организовать моделированиесистем на современных средствах вычислительной техники [35, 43,46].Методологические аспекты моделирования. Прежде чем рассмат­ривать математические, алгоритмические, программные и приклад­ные аспекты машинного моделирования, необходимо изучить об­щие методологические аспекты для широкого класса математичес­ких моделей объектов, реализуемых на средствах вычислительнойтехники. Моделирование с использованием средств вычислительнойтехники (ЭВМ, АВМ, ГВК) позволяет исследовать механизм явле84ний, протекающих в реальном объекте с большими или малымискоростями, когда в натурных экспериментах с объектом трудно(или невозможно) проследить за изменениями, происходящимив течение короткого времени, или когда получение достоверныхрезультатов сопряжено с длительным экспериментом.

При необ­ходимости машинная модель дает возможность как бы «растяги­вать» или «сжимать» реальное время, так как машинное моделиро­вание связано с понятием системного времени, отличного от реаль­ного. Кроме того, с помощью машинного моделирования в диало­говой системе можно обучать персонал АСОИУ принятию решенийв управлении объектом, например при организации деловой игры,что позволяет выработать необходимые практические навыки ре­ализации процесса управления [12, 29, 46, 53].Сущность машинного моделирования системы состоит в прове­дении на вычислительной машине эксперимента с моделью, котораяпредставляет собой некоторый программный комплекс, описыва­ющий формально и (или) алгоритмически поведение элементовсистемы S в процессе ее функционирования, т.

е. в их взаимодейст­вии друг с другом и внешней средой Е. Машинное моделированиес успехом применяют в тех случаях, когда трудно четко сфор­мулировать критерий оценки качества функционирования системыи цель ее не поддается полной формализации, поскольку позволяетсочетать программно-технические возможности ЭВМ со способ­ностями человека мыслить неформальными категориями.

В даль­нейшем основное внимание будет уделено моделированию системна универсальных ЭВМ как наиболее эффективному инструментуисследования и разработки АСОИУ различных уровней, а случаииспользования АВМ и ГВК будут специально оговариваться.Требования пользователя к модели. Сформулируем основныетребования, предъявляемые к модели М процесса функционирова­ния системы S.1. Полнота модели должна предоставлять пользователю воз­можность получения необходимого набора оценок характеристиксистемы с требуемой точностью и достоверностью.2.

Гибкость модели должна давать возможность воспроизведе­ния различных ситуаций при варьировании структуры, алгоритмови параметров системы.3. Длительность разработки и реализации модели большой си­стемы должна быть по возможности минимальной при учете огра­ничений на имеющиеся ресурсы.4. Структура модели должна быть блочной, т.

е. допускатьвозможность замены, добавления и исключения некоторых частейбез переделки всей модели.5. Информационное обеспечение должно предоставлять возмож­ность эффективной работы модели с базой данных систем опреде­ленного класса.6. Программные и технические средства должны обеспечивать85эффективную (по быстродействию и памяти) машинную реализа­цию модели и удобное общение с ней пользователя.7. Должно быть реализовано проведение целенаправленных(планируемых) машинных экспериментов с моделью системы с ис­пользованием аналитико-имитационного подхода при наличииограниченных вычислительных ресурсов.С учетом этих требований рассмотрим основные положения,которые справедливы при моделировании на ЭВМ систем S, а так­же их подсистем и элементов. При машинном моделировании систе­мы S характеристики процесса ее функционирования определяютсяна основе модели М, построенной исходя из имеющейся исходнойинформации об объекте моделирования.

При получении новой ин­формации об объекте его модель пересматривается и уточняетсяс учетом новой информации, т. е. процесс моделирования, включаяразработку и машинную реализацию модели, является итерацион­ным. Этот итерационный процесс продолжается до тех пор, пока небудет получена модель М, которую можно считать адекватнойв рамках решения поставленной задачи исследования и проектиро­вания системы S.Моделирование систем с помощью ЭВМ можно использоватьв следующих случаях [5, 29, 41]: а) для исследования системы S дотого, как она спроектирована, с целью определения чувствитель­ности характеристики к изменениям структуры, алгоритмов и пара­метров объекта моделирования и внешней среды; б) на этапе проек­тирования системы S для анализа и синтеза различных вариантовсистемы и выбора среди конкурирующих такого варианта, которыйудовлетворял бы заданному критерию оценки эффективности систе­мы при принятых ограничениях; в) после завершения проектирова­ния и внедрения системы, т.

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.

Характеристики

Список файлов книги