. Лекция 8. Тема 3. Формализация и алгоритмизация процессов моделирования систем

Несмотря на многообразие классов моделируемых систем и наличие широких возможностей реализации машинных моделей на современных ЭВМ, можно выделить основные закономерности перехода от построения концептуальной модели объекта моделирования к проведению машинного эксперимента с моделью системы. При этом для достижения эффективного решения пользователем практических задач моделирования последовательность проработки этапов разработки и машинной реализации моделей является возможным рационально оформить в виде определенной методики.

Методика разработки и машинной реализации моделей систем

С развитием вычислительной техники наиболее эффективным методом исследования больших систем стало машинное моделирование, без которого невозможно решение многих исследовательских или инженерных проблем. Поэтому одной из актуальных задач в этой области 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 об адекватности создаваемых моделей исследуемым системам и границах их применимости, а также правильно организовывать моделирование на современных ЭВМ.

Сущность машинного моделирования системы состоит в проведении вычислительного эксперимента с моделью, которая представляет собой некоторый программный комплекс, описывающий формально и (или) алгоритмически поведение элементов системы в процессе ее функционирования, т.е. картину их взаимодействия друг с другом и внешней средой. Машинное моделирование с успехом применяется тогда, когда трудно четко сформулировать критерий оценки качества функционирования системы или ее цель не поддается полной формализации, поскольку оно позволяет сочетать программно-технические возможности ЭВМ со способностью человека мыслить неформальными категориями.

Сформулируем основные требования, предъявляемые к модели функционирования системы:

1. Полнота модели должна предоставлять пользователю возможность получения необходимого набора оценок характеристик системы с требуемой точностью и достоверностью.

2. Гибкость модели должна давать возможность воспроизведения различных ситуаций при варьировании структуры, алгоритмов и параметров системы.

3. Длительность разработки и реализации модели большой системы должна быть минимальной при учете ограничений на имеющиеся ресурсы.

4. Структура модели должна быть блочной, т.е. допускать возможность замены, добавления и исключения некоторых частей без переделки всей модели.

5. Информационное обеспечение должно предоставлять возможность эффективной работы модели с базой данных систем определенного класса.

6. Программные и технические средства должны обеспечивать эффективную (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 наличии ограниченности машинных ресурсов.

Моделирование систем с помощью ЭВМ можно использовать:

1. для исследования системы до того, как она спроектирована, с целью определения чувствительности характеристики к изменениям структуры алгоритмов и параметров объекта моделирования и внешней среды;

2. на этапе проектирования системы для анализа и синтеза различных вариантов системы и выбора варианта, который удовлетворял бы заданному критерию оценки эффективности системы при принятых ограничениях;

3. после завершения проектирования и внедрения системы, т.е. при ее эксплуатации, для получения информации, дополняющей результаты натурных испытаний реальной системы, и для получения прогнозов эволюции системы во времени.

К основным этапам моделирования системы относятся:

1. построение концептуальной модели системы и ее формализация;

2. алгоритмизация модели системы и ее машинная реализация;

3. получение и интерпретация результатов моделирования системы.