Построение концептуальной модели. Основные характеристики данного этапа. Теоретические основы построения концептуальной модели системы. Примеры построения концептуальных моделей.

Билет № 13

На первом этапе машинного моделирования — формулируется модель и строится ее формальная схема, т. е. основным назначением этого этапа является переход от содержательного описания объекта к его математической модели, другими словами, процесс формализации.

 

Наиболее рационально строить модель функционирования системы по блочному принципу. При этом могут быть выделены три автономные группы блоков такой модели.

 

Блоки первой группы представляют собой имитатор воздействий внешней среды Е на систему S.

 

Блоки второй группы являются собственно моделью процесса функционирования исследуемой системы S.

 

Блоки третьей группы — вспомогательными и служат для машинной реализации блоков двух первых групп, а также для фиксации и обработки результатов моделирования.

 

Элементы системы S группируются в блоки SI SII, SIII, отражающие процесс функционирования исследуемой системы. Построенная блочная модель процесса функционирования исследуемой системы S предназначена для анализа характеристик этого процесса, который может быть проведен при машинной реализации полученной модели рис. 1.

 

 

Математическая модель представляет собой совокупность соотношений (например, уравнений, логических условий, операторов), определяющих характеристики процесса функционирования системы S в зависимости от структуры системы, алгоритмов поведения, параметров системы, воздействий внешней среды Е, начальных условий и времени.

 

Математическая модель является результатом формализации процесса функционирования исследуемой системы.

 

Однако на практике получение модели достаточно простого вида для больших систем чаще всего невозможно, поэтому обычно процесс функционирования системы S разбивают на ряд элементарных подпроцессов. При этом необходимо так проводить разбиение на подпроцессы, чтобы построение моделей отдельных подпроцессов было элементарно и не вызывало трудностей при формализации.

 

Основными подэтапами построения концептуальной модели Мх системы являются:

 

1.1. Постановка задачи машинного моделирования системы. Основное внимание уделяется таким вопросам, как:

 

а) признание существования задачи и необходимости машинного моделирования;

б) выбор методики решения задачи с учетом имеющихся ресурсов;

в) определение масштаба задачи и возможности разбиения ее на подзадачи.

 

 

1.2. Анализ задачи моделирования системы. Который включает:

 

а) выбор критериев оценки эффективности процесса функционирования системы S;

б) определение зависимых и независимых переменных модели М;

в) выбор возможных методов идентификации;

г) выполнение предварительного анализа содержания второго этапа алгоритмизации модели системы и ее машинной реализации;

д) выполнение предварительного анализа содержания третьего этапа получения и интерпретации результатов моделирования системы.

 

 

1.3. Определение требований к исходной информации об объекте моделирования и организация ее сбора. На этом подэтапе проводится:

 

а) выбор необходимой информации о системе S и внешней среде Е;

б) подготовка априорных данных;

в) анализ имеющихся экспериментальных данных;

г) выбор методов и средств предварительной обработки информации о системе.

 

 

1.4. Выдвижение гипотез и принятие предположений. При выдвижении гипотез и принятии предположений учитываются следующие факторы:

 

а) объем имеющейся информации для решения задач;

б) подзадачи, для которых информация недостаточна;

в) ограничения на ресурсы времени для решения задачи;

г) ожидаемые результаты моделирования.

 

 

1.5. Определение параметров и переменных модели. Описание каждого параметра и переменной должно даваться в следующей форме:

 

а) определение и краткая характеристика;

б) символ обозначения и единица измерения;

в) диапазон изменения;

г) место применения в модели.

 

 

1.6. Установление основного содержания модели. При этом учитываются следующие особенности:

 

а) формулировка задачи моделирования системы;

б) структура системы S и алгоритмы ее поведения, воздействия внешней среды Е;

в) возможные методы и средства решения задачи моделирования.

 

 

1.7. Обоснование критериев оценки эффективности системы. Для оценки качества процесса функционирования моделируемой системы S необходимо выбрать некоторую совокупность критериев оценки эффективности, т. е. в математической постановке задача сводится к получению соотношения для оценки эффективности как функции параметров и переменных системы.

 

1.8. Определение процедур аппроксимации. Для аппроксимации реальных процессов, протекающих в системе S, обычно используются три вида процедур:

 

а) Детерминированную. При детерминированной процедуре результаты моделирования однозначно определяются по данной совокупности входных воздействий, параметров и переменных системы S.

б) Вероятностная (рандомизированная) процедура применяется в том случае, когда случайные элементы, включая воздействия, внешней среды Е, влияют на характеристики процесса функционирования системы S и когда необходимо получить информацию о законах распределения выходных переменных.

в) Процедура определения средних значений используется тогда, когда при моделировании системы интерес представляют средние значения выходных переменных при наличии случайных элементов.

 

 

1.9. Описание концептуальной модели системы. На этом подэтапе построения модели системы:

 

а) описывается концептуальная модель Мх в абстрактных терминах и понятиях;

б) дается описание модели с использованием типовых математических схем;

в) принимаются окончательно гипотезы и предположения;

г) обосновывается выбор процедуры аппроксимации реальных процессов при построении модели.

 

 

1.10. Проверка достоверности концептуальной модели. Проверка достоверности концептуальной модели МК должна включать:

 

а) проверку замысла модели;

б) оценку достоверности исходной информации;

в) рассмотрение постановки задачи моделирования;

г) анализ принятых аппроксимаций;

д) исследование гипотез и предположений.

 

 

1.11. Составление технической документации но первому этапу, который включает в себя:

 

а) подробную постановку задачи моделирования системы S;

б) анализ задачи моделирования системы;

в) критерии оценки эффективности системы;

г) параметры и переменные модели системы;

д) гипотезы и предположения, принятые при построении модели;

е) описание модели в абстрактных терминах и понятиях;

ж) описание ожидаемых результатов моделирования системы S.