Порядок моделирования сложных систем

Моделирование сложных систем является достаточно трудоемким и трудно формализуемым процессом. Порядок моделирования зависит от поставленных целей исследования, а также от назначения, вида, сложности исследуемой системы и многих других факторов. В этом параграфе изложен порядок системного моделирования с использованием имитационной модели, реализуемой на ЭВМ. Такой вид моделирования предполагает выполнение следующих этапов:

  • • формулирование целей моделирования, содержательное описание моделируемой системы, разработка ее концептуальной модели;
  • • выбор средств формализации концептуальной модели, разработка алгоритма реализации модели, выбор средств и методов моделирования;
  • • разработка программы имитационной модели, проверка ее адекватности и корректировка модели;
  • • планирование и реализация процесса моделирования, обработка и анализ полученных результатов, выработка рекомендаций и принятие проектных решений по исследуемой системе.

Блок-схема процесса системного моделирования приведена на рис. 3.3.

Целью моделирования в данном случае является необходимость определения свойств и характеристик проектируемой или совершенствуемой системы еще до момента ее конструирования и изготовления. Моделирование позволит получить в более короткие сроки проект работоспособной системы, которую не придется существенно дорабатывать после ее изготовления. Таким образом, моделирование сокращает и удешевляет процесс проектирования, изготовления и внедрение системы. На этапе формирования целей моделирования должны быть определены существенные характеристики системы-оригинала, а также определена и описана вся совокупность критериев оценки как этих характеристик, так и выходных характеристик системы в целом. Кроме того, на данном этапе должны быть определены виды и объемы ресурсов (материальных, финансовых, человеческих, временных), выделяемых на создание системы в целом, а также на этап моделирования системы. Конечная цель моделирования заключается в выборе наилучшего варианта проектируемой или совершенствуемой системы. Этот выбор осуществляется на основании критериев эффективности, которые также должны быть определены при постановке целей моделирования.

Блок-схема алгоритма процесса системного моделирования

Рис. 33. Блок-схема алгоритма процесса системного моделирования

Содержательное описание моделируемой системы осуществляется с позиций системного анализа. Исходя из цели исследования системы устанавливаются и описываются совокупность ее элементов, взаимосвязи между ними, возможные состояния каждого элемента, существенные характеристики состояний и отношения между ними. Естественно, такое словесное описание может содержать логические неточности, противоречия и неопределенности. Оно является лишь исходной естественно-научной концепцией исследуемой системы. Такое предварительное, приближенное представление системы называют концептуальной моделью. Таким образом, концептуальная модель определяет в словесной форме состав и структуру системы, свойства ее элементов и причинно-следственные связи между ними. Для того чтобы концептуальная модель служила хорошей основой для последующих этапов моделирования, требуется обстоятельно изучить моделируемую систему. В концептуальной модели должна быть изложена информация о природе и параметрах каждого элементарного процесса исследуемой системы, о виде и степени взаимодействия между ними, о месте и значении каждого процесса в общем процессе функционирования системы, т.е. в выполнении технологических процессов преобразования вещества, информации или энергии.

На этапе разработки концептуальной модели осуществляется ее стратификация, т.с. выбор страт, характеризующих уровень детализации модели. Выбор уровня детализации, как правило, определяется параметрами, допускающими варьирование в процессе моделирования. Именно эти параметры обеспечивают определение интересующих выходных характеристик системы. Таким образом, определяются элементы модели, т.е. такие ее части, для которых известны или могут быть получены зависимости выходных параметров от входных. Как правило, модель сложной системы имеет большое количество элементов. В этом случае реализуется иерархическая модульная структура модели. Каждый модуль (страта) такой модели состоит из совокупности модулей (страт) более низких рангов, вплоть до элементов модели.

В концептуальной модели определяются связи между ее элементами — вещественные, энергетические, информационные. Вещественные и энергетические связи отражают возможные пути перемещения рассматриваемого продукта и энергии от одного элемента модели к другому. Информационные связи обеспечивают передачу управляющих воздействий и информации о состоянии каждого элемента. Управляющие воздействия содержат указания о том, когда, откуда и сколько вещества, энергии, информации взять, какую операцию по преобразованию выполнить и куда передать.

В сложных системах обычно одновременно протекает несколько функциональных процессов, каждый из которых состоит из определенной последовательности отдельных элементарных операций. Часть операций может выполняться параллельно разными элементами системы. Такие системы функционируют в соответствии с алгоритмическим принципом управления. В концептуальной модели должны быть конкретизированы все решающие правила и описаны алгоритмы управления совокупностью протекающих в системе, а следовательно, и в модели функциональных процессов.

Концептуальная модель предусматривает реализацию так называемого процесса локализации. Суть локализации заключается в описании границ исследуемой системы, а также в определении внешних объектов, с которыми взаимодействует система. К числу таких объектов относятся источники, создающие рабочую входную нагрузку для системы, а также управляющие и возмущающие воздействия. В концептуальной модели по возможности точно должны быть описаны величины и характер каждого из возможных внешних воздействий.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >