Построение концептуальных моделей систем и их формализация

Этапы моделирования

Построение концептуальной модели системы и ее формализация

Алгоритмизация модели системы и ее машинная реализация

Получение и интерпретация результатов моделирования системы

ПОСТРОЕНИЕ КОНЦЕПТУАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ СИСТЕМ И ИХ ФОРМАЛИЗАЦИЯ

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.

Механизм перехода от описания процесса функционирования некоторой системы к модели этого процесса.

- из рассмотрения исключают некоторые второстепенные элементы описания, предполагая, что они не оказывают существенного влияния на ход процессов

- Часть элементов заменяется на пассивные связи, отражающие внутренние свойства системы

- Некоторая часть элементов заменяется входными факторами и воздействиями внешней среды

- Возможны и комбинированные замены, т.е. часть элементов заменены пассивной связью и воздействием внешней среды, а так же выделяют элементы, отражающие воздействие системы на внешнюю среду.

Оставшиеся элементы системы группируются в блоки, отражающие процесс функционирования исследуемой системы

Подэтапы первого этапа моделирования.

- Постановка задачи машинного моделирования системы.

Дается четкая формулировка задачи исследования конкретной системы S и рассматриваются вопросы:

а) о необходимости машинного моделирования;

б) выбор методики решения задачи с учетом имеющихся ресурсов;

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

- Анализ задачи моделирования системы.

а) выбор критериев оценки эффективности процесса функционирования системы;

б) определение эндогенных (выходные) и экзогенных (входные, внутренние, внешние) переменных модели;

в) выбор возможных методов идентификации;

г) выполнение предварительного анализа следующих двух этапов моделирования систем

- Определение требований к исходной информации об объекте моделирования и организация ее сбора.

а) выбор необходимой информации о системе и внешней среде;

б) подготовка априорной информации о системе;

в) анализ имеющихся экспериментальных данных;

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

- Выдвижение гипотез и принятие предположений.

Гипотезы при построении модели системы S служат для заполнения «пробелов» в понимании задачи исследователем. Предположения могут выдвигаться относительно известных данных, которые не отвечают требованиям решения поставленной задачи или служат для упрощения

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.

- Определение параметров и переменных модели.

Необходимо определить параметры системы (внутренние, входные и выходные переменные) и воздействия внешней среды. Конечной целью этого подэтапа является подготовка к построению математической 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.

- Установление основного содержания модели.

Выбор метода построения модели системы. При этом учитываются следующие особенности:

а) формулировка задачи моделирования системы;

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

в) возможные методы и средства решения задачи моделирования.

- Обоснование критериев оценки эффективности системы.

Эффективность системы можно оценить с помощью интегральных или частных критериев.

- Определение процедур аппроксимации.

Для аппроксимации реальных процессов, протекающих в системе, обычно используются три вида процедур:

а) детерминированную;

б) вероятностную;

в) определения средних значении.

При детерминированной процедуре результаты моделирования однозначно определяются по данной совокупности входных воздействий, параметров и переменных системы S. В этом случае отсутствуют случайные элементы, влияющие на результаты моделирования.

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

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

- Описание концептуальной модели системы.

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

б) дается описание модели с использованием типовых математических схем (D,P,Q,F);

в) принимаются окончательно гипотезы и предположения;

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

- Проверка достоверности концептуальной модели.

Один из методов проверки концептуальной модели— применение операций обратного перехода, позволяющий проанализировать модель, вернуться к принятым аппроксимациям и, наконец, рассмотреть снова реальные процессы, протекающие в моделируемой системе.

Проверка достоверности концептуальной модели 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.

- Составление технической документации по первому этапу.