Класифікація видів моделювання систем

В основі моделювання лежить теорія подібності, яка стверджує, що абсолютна подібність може мати місце лише при заміні одного об'єкта іншим точно таким же. При моделюванні абсолютної подібності не має і тому прагнуть до того, щоб модель досить добре відображала досліджувану сторону функціонування об'єкта.

Класифікаційні ознаки. У якості одного з перших ознак класифікації видів моделювання можна вибрати степінь повноти моделі і розділити моделі згідно з цією ознакою на повні, неповні та наближені. В основі повного моделювання лежить повна подібність, що проявляється як у часі, так і в просторі. Для неповного моделювання характерна неповна подібність моделі об'єкту, що вивчається. В основі наближеного моделювання лежить наближена подібність, при якій деякі сторони функціонування реального об'єкта зовсім не моделюються.

Класифікація видів моделювання систем S наведена на рис. 2.

Залежно від характеру досліджуваних процесів у системі S всі види моделювання можуть бути розділені на детерміновані і стохастичні, статичні і динамічні, дискретні, неперервні і дискретно-неперервні. Детерміноване моделювання відображає детерміновані процеси, тобто процеси, в яких передбачається відсутність усяких випадкових впливів; стохастичне моделювання відображає ймовірнісні процеси та події. У цьому випадку аналізується ряд реалізацій випадкового процесу й оцінюються середні характеристики, тобто набір однорідних реалізацій. Статичне моделювання служить для опису поведінки об'єкта в будь-який момент часу, а динамічне моделювання відображає поведінку об'єкта в часі. Дискретне моделювання служить для опису процесів, коли передбачається, що вони дискретні, відповідно неперервне моделювання дозволяє відобразити неперервні процеси в системах, а дискретно-неперервне моделювання використовується для випадків, коли хочуть виділити наявність як дискретних, так і неперервних процесів.

Залежно від форми подання об'єкта (системи S) можна виділити уявне і реальне моделювання.

Уявне моделюваннячасто є єдиним способом моделювання об'єктів, які або практично не реалізуються в заданому інтервалі часу, або існують поза умов, можливих для їх фізичного створення. Наприклад, на базі уявного моделювання можуть бути проаналізовані багато ситуації мікросвіту, які не піддаються фізичному експерименту. Уявне моделювання може бути реалізовано у виглядінаочного, символьного і математичного.

При наочному моделюванні на базі уявлень людини про реальні об'єкти створюються різні наочні моделі, які відображають явища і процеси, що протікають в об'єкті. В основу гіпотетичного моделювання дослідником закладається деяка гіпотеза про закономірності протікання процесу в реальних об'єктах, які відбивають рівень знань дослідника про об'єкт і базуються на причинно-наслідкових зв'язках між входом і виходом об'єкта, що вивчається. Гіпотетичне моделювання використовується, коли знань про об'єкт недостатньо для побудови формальних моделей.

Рис. 2. Класифікація видів моделювання систем

Аналогове моделювання ґрунтується на застосуванні аналогій різних рівнів. Найвищим рівнем є повна аналогія, яка має місце тільки для досить простих об'єктів. З ускладненням об'єкту використовують аналогії наступних рівнів, коли аналогова модель відображає кілька або тільки одну сторону функціонування об'єкта.

Істотне місце при уявному наочному моделюванні займає макетування. Уявний макет може застосовуватися у випадках, коли процеси, що протікають у реальному об'єкті не піддаються фізичному моделюванню, або може передувати проведенню інших видів моделювання. В основі побудови уявних макетів також лежать аналогії, проте, зазвичай, базуються на причинно-наслідкових зв'язках між явищами і процесами в об'єкті. Якщо ввести умовне позначення окремих понять, тобто знаки, а також певні операції між цими знаками, то можна реалізувати знакове моделювання і за допомогою знаків відображати набір понять - складати ланцюжок з слів і пропозицій. Використовуючи операції об'єднання, перетину і доповнення теорії множин, можна в окремих символах дати опис якогось реального об'єкта.

В основі мовного моделювання лежить деякий тезаурус. Останній утворюється з набору понять, що входять, причому цей набір повинен бути фіксованим. Слід зазначити, що між тезаурусом і звичайним словником є принципова різниця. Тезаурус - словник, який очищений від неоднозначності, тобто в ньому кожному слову може відповідати лише єдине поняття, хоча у звичайному словнику одному слову можуть відповідати декілька понять.

Символьне моделювання являє собою штучний процес створення логічного об'єкта, який заміщує реальний і висловлює основні властивості його відносин з допомогою визначеної системи знаків або символів.

Інші види моделювання. При реальному моделюванні використовується можливість дослідження різних характеристик або на реальному об'єкті в цілому, або на його частині. Такі дослідження можуть проводитися як на об'єктах, що працюють у нормальних режимах, так і при організації спеціальних режимів для оцінки цікавих для дослідника характеристик (при інших значеннях змінних і параметрів, в іншому масштабі часу і т. д.). Реальне моделювання є найбільш адекватним, але при цьому його можливості, з урахуванням особливостей реальних об'єктів, обмежені. Наприклад, проведення реального моделювання АСУ підприємством потребують, по-перше, створення такої АСУ, а по-друге, проведення експериментів з об'єктом, тобто підприємством, що в більшості випадків неможливо. Розглянемо різновиди реального моделювання.

Натурним моделюванням називають проведення дослідження на реальному об'єкті з наступною обробкою результатів експерименту на основі теорії подібності. При функціонуванні об'єкта у відповідності з поставленою метою вдається виявити закономірності протікання реального процесу. Треба відзначити, що такі різновиди натурного експерименту, як виробничий експеримент і комплексні випробування, мають високий ступінь достовірності.

З розвитком техніки і проникненням в глибину процесів, що протікають у реальних системах, зростає технічна оснащеність сучасного наукового експерименту. Він характеризується широким використанням засобів автоматизації проведення, застосуванням досить різноманітних засобів обробки інформації, можливістю втручання людини в процес проведення експерименту, і відповідно до цього з'явилося нове наукове спрямування - автоматизація наукових експериментів.

Відмінність експерименту від реального протікання процесу полягає в тому, що в ньому можуть з'явитися окремі критичні ситуації і визначатися границі стійкості процесу. У ході експерименту вводяться нові фактори і зовнішні збурення в процесі функціонування об'єкта. Один з різновидів експерименту - комплексні випробування, які також можна віднести до натурного моделювання, коли внаслідок повторення випробувань виробів виявляються загальні закономірності про надійність цих виробів, про характеристики якості і т. д. У цьому випадку моделювання здійснюється шляхом обробки та узагальнення відомостей, що проходять в групі однорідних явищ. Поряд зі спеціально організованими випробуваннями можлива реалізація натурного моделювання шляхом узагальнення досвіду, набутого під час виробничого процесу, тобто можна говорити про виробничий експеримент. Тут на базі теорії подібності обробляють статистичний матеріал з виробничого процесу та отримують його узагальнені характеристики.

Іншим видом реального моделювання є фізичне, що відрізняється від натурного тим, що дослідження проводиться на установках, які зберігають природу явищ і мають фізичну подібність. У процесі фізичного моделювання задаються деякі характеристики зовнішнього середовища і досліджується поведінка деякого реального об'єкта, або його моделі при заданих або створених штучно впливах зовнішнього середовища. Фізичне моделювання може протікати в реальному та нереальному (псевдореальному) масштабах часу, а також може розглядатися без урахування часу. В останньому випадку вивченню підлягають так звані «заморожені» процеси, які фіксуються в деякий момент часу. Найбільші складність і інтерес з точки зору вірності одержуваних результатів представляє фізичне моделювання в реальному масштабі часу.