Этапы моделирования сложных систем
Научное направление - автоматизация научного эксперимента.
Другим видом реального моделирования является физическое, отличающееся от натурного тем, что исследование проводится на установках, которые сохраняют природу явлений и обладают физическим подобием.
Физическое моделированиеможет протекать в реальном и нереальном масштабах времени.
Наибольшую сложность с точки зрения верности получения результатов представляет физическое моделирование в реальном масштабе времени.
С точки зрения математического описания объекта и в зависимости от его характера модели можно разделить на модели аналоговые (непрерывные), цифровые (дискретные) , аналого-цифровые (комбинированные).
Под аналоговой модельюпонимается подобная модель, которая описывается уравнениями, связывающие непрерывные величины.
Под цифровой модельюпонимается модель, которая описывается уравнениями, связывающие дискретные величины, представленные в цифровом виде.
Под аналого-цифровой модельюпонимается модель, которая может быть описана уравнениями, связывающие непрерывные и дискретные величины.
Особое место в моделировании занимает кибернетическое моделирование, в котором отсутствует непосредственное подобие физических процессов, происходящих в моделях реальным моделям.
В этом случае стремятся отобразить лишь некоторую функцию и рассмотреть реальный объект как черный ящик , имеющий ряд входов и выходов, и моделируются некоторые связи между входами и выходами.
Чаще всего при использовании кибернетических моделей проводят анализ поведенческой стороны объекта при различных воздействиях внешней среды.
Таким образом в основе кибернетических моделей лежит отражение некоторых информационных процессов управления, что позволяет оценить поведение реального объекта.
Для построения имитационной модели необходимо выделить исследуемую функцию реального объекта, попытаться формализовать эту функцию в виде некоторых операторов связи между входами и выходами, и произвести на имитационной модели данную функцию, причем, на базе совершенно иных математических соотношений и, естественно, иной физической реализации процесса.
Специфика исследовательской работы предопределяет следующие этапы моделирования сложных систем:
- постановка конкретной задачи в терминах, которыми описывают процессы в рассматриваемой системе;
- формализация задачи – построение математической модели рассматриваемой системы на основании сформулированной прикладным специалистом постановки задачи;
- проверка и корректировка модели, выяснение степени адекватности модели и реального объекта с помощью сравнения фактически измеренных (или зарегистрированных ранее) входных или выходных параметров объектов и соответствующих параметров моделей, в случае необходимости выполняются корректировка модели.
- нахождение оптимального решения задачи на основании уточненной модели с помощью того или иного численного метода оптимизации. На этом этапе составляется программа для компьютера, реализующая выбранный алгоритм, и проводится вычислительный эксперимент.
- практическое применение и анализ полученных результатов, придание им необходимой содержательной формы.
Процесс создания концептуальной модели никогда не может быть полностью реализован. Именно в связи с этим говорят, что моделирование не только наука, но и искусство.
Уровни детализации называются стратами, а процесс выделения уровней называется стратификацией.
Построение модели завершается указанием связей между элементами. Связи могут быть вещественные и информационные.
Вещественные связи отражают пути перемещения продукта преобразования от одного элемента к другому.
Информационные связи обеспечивают передачу между элементами управляющих воздействий и информации о их состоянии.