Общая характеристика проблемы моделирования систем

2.4.1. Объект моделирования.

Определение системы.

Система S – это целенаправленное множество взаимосвязанных элементов любой природы [17].

Внешняя среда E - это множество существующих вне системы элементов любой природы, оказывающих влияние на систему или находящихся под ее воздействием.

В зависимости от цели исследования могут рассматриваться разные соотношения между объектом S и внешней средой E.

В зависимости от уровня, на котором находится наблюдатель, объект исследования может выделяться по-разному и может иметь место различие взаимодействия этого объекта с внешней средой. Т.е. справедлива взаимосвязь:

При системном подходе к моделированию систем необходимо прежде всего четко определить цель моделирования.

Поскольку невозможно полностью смоделировать реально функционирующую систему (систему-оригинал или первую систему) создается модель (система-модель или вторая система) под поставленную проблему.

Таким образом, цель возникает из требуемых задач моделирования, что позволяет подойти к выбору критерия и оценить, какие элементы войдут в создаваемую модель M.

2.4.2. Характеристики моделей систем

Для моделирования систем характерно следующее.

1. Цель функционирования, определяет степень целенаправленности:

- одноцелевые модели (для решения одной задачи);

- многоцелевые модели (для решения ряда сторон функционирования объекта).

2. Сложность (модель может быть идентифицирована по целому ряду признаков).

3. Целостность. Создаваемая модель является одной целостной системой S(M).

4. Неопределенность, которая проявляется в системе: по состоянию системы, возможности достижения поставленной цели, достоверности исходной информации. Основной характеристикой неопределенности служит такая мера информации, как энтропия, позволяющая в ряде случаев оценить количество управляющей информации, необходимое для достижения заданного состояния системы.

5. Поведенческая страта, которая позволяет оценить эффективность достижения системой поставленной цели.

6. Адаптивность. Свойство высокоорганизованной системы. Благодаря адаптивности удается приспосабливаться к различным внешним возмущающим факторам в широком диапазоне изменения воздействия внешней среды.

7. Организационная структура систем моделирования – возможность использования имитационных моделей для проведения машинных экспериментов.

8. Управляемость модели – это обеспечение управления со стороны экспериментатора.

9. Возможность развития модели. Необходимо предусмотреть возможность развития системы моделирования как по горизонтали в смысле расширения спектра изучаемых функций, так и по вертикали в смысле расширения числа подсистем.

2.4.3. Цели моделирования систем

Одна из основных проблем при моделировании - это проблема целевого назначения.

Подобие процесса в модели реальному процессу является не целью, а условием правильного функционирования модели.

Цель – задача изучения какой-либо стороны функционирования объекта.

Если цель моделирования ясна, то отсюда следует проблема построения модели. Построение модели оказывается возможным, если имеется информация (или выдвинута гипотеза) относительно структуры, алгоритмов и параметров исследуемого объекта. На основании их изучения осуществляется идентификация объекта.

Если модель построена, то следующая проблема – работа с ней, т.е. реализация модели, основная задача которой – это минимизация времени получения конечных результатов и обеспечения их достоверности.

Для правильно построенной модели характерно то, что она выявляет лишь те закономерности, которые нужны исследователю, и не рассматривает свойства системы S, не существенные для данного исследования.

Таким образом, от постановки задачи моделирования до интерпретации полученных результатов существует большая группа сложных научно-технических проблем:

- идентификация реальных объектов;

- построение модели и машинная реализация;

- взаимодействие исследователя с моделью в ходе машинного эксперимента, проверка правильности полученных в ходе моделирования результатов;

- выявление основных закономерностей.

И в этом смысле нет формальных путей выбора оптимального вида модели. Поэтому той или иной аналогии, выбор того или иного математического аппарата моделирования полностью основывается на имеющемся опыте исследователя, и ошибка исследователя может привести к ошибочным результатам моделирования.

Постановка задачи, построение содержательной модели реального объекта во многом представляет собой творческий процесс и базируется на эвристике.