Загальні положення та визначення

Вступ

Лекция 1

Информативные признаки человека

Моделювання як одну з найважливіших категорій процесу пізнання неможливо відокремити від розвитку людства. Ще з дитинства людина пізнає світ, спочатку через іграшки та ігри, і відображає, або моделює, дійсність. Згадаємо комп'ютерні ігри, в яких ми, сидячи в літаку або космічному кораблі, здійснюємо політ так, нібито дійсно знаходимося там. З роками людина використовує більш складні моделі, що дають можливість «програвати» будь-які життєві та виробничі ситуації й отримувати такі рішення, що дозволяють знайти найкращий спосіб вирішення проблеми. У таких випадках є можливість аналізувати за допомогою моделі будь-які ситуації, включаючи ті, за яких реальна система вийшла б із ладу. Це дозволяє моделювати катастрофи, рідкісні випадки, та навіть такі явища і процеси, яких не існує насправді, тобто віртуальну реальність.

Методи комп'ютерного моделювання широко застосовуються в усіх сферах діяльності людини — від конструювання моделей технічних, технологічних та організаційних систем до вирішення проблем розвитку людства та всесвіту. Класичними об'єктами моделювання є інформаційні, виробничі, транспортні та інші логістичні системи, які в більшості випадків застосовуються для розв'язання задач проектування, реконструкції та довгострокового планування, а також використання моделей у контурі керування, тобто в реальному масштабі часу. Найважливішим завданням моделювання є оцінка показників функціонування таких систем.

Коли слід використовувати комп'ютерне моделювання? Завжди, як тільки ми ставимо запитання: «Що буде, якщо...?», тобто для прийняття рішень. У розвинених країнах перед інвестуванням коштів у будь-який проект можливості його реалізації перевіряються на імітаційних моделях. Практично всі транснаціональні компанії мають моделі розвитку виробництва, більш того, вони вкладають значні кошти у дослідження цих моделей.

Моделювання як технологія розв'язання задач усередині специфічного середовища широко застосовується під час аналізу і проектування інформаційних систем для перевірки вимог до їх ефективності, до використаних ресурсів і оцінки пропускної спроможності систем. Однак розробка і застосування імітаційних моделей інформаційних систем — це не прості завдання. Етап формулювання абстрактної моделі та етап конструювання моделі часто включають тривалі й дорогі процедури. Абстрактна модель інформаційної системи звичайно створюється фахівцем із моделювання, який може отримувати знання у потрібній галузі від проектувальників і аналітиків. Модель може мати математичний характер (наприклад, системи формування черг, ланцюги Маркова або мережі Петрі), але для того щоб вона підлягала аналізу, навіть за допомогою комп'ютера, при її формулюванні роблять деякі узагальнення. Програмна реалізація моделі потім здійснюється фахівцями з моделювання, які можуть використовувати універсальну мову програмування (типу С++ або Java) або спеціалізовані засоби моделювання (такі як GPSS або iThink). Для цього часто залучаються програмісти, які є проміжною ланкою між аналітиком і людиною, що приймає рішення. Наявність такої ланки може призводити до появи помилок і неточностей не тільки під час побудови моделі, але й під час програмування.

Моделювання — складний процес, що потребує багато часу, незважаючи на те, йде мова про окремого фахівця з моделювання чи цілої групи фахівців, впродовж роботи якої потрібні постійний зв'язок і координація. Зазначені причини виправдовують зусилля, докладені для розробки методів, що допомагають прискорити процес моделювання шляхом автоматизації деяких процесів. Сучасні програмні засоби моделювання використовують графічний інтерфейс і дво- або тримірну анімацію, що значно полегшує сприйняття результатів моделювання неспеціалістом.

Програми реалізації моделей взагалі складно писати й налагоджувати. Для того щоб перевірити правильність і достовірність імітаційної моделі та її відповідність цілям моделювання, необхідно мати вичерпну інформацію щодо області застосування системи, методології моделювання і мови програмування. Таку роботу зазвичай виконує експерт. У якісній моделі повинні враховуватися всі можливі варіанти вихідних даних, і починати моделювання можна лише, отримавши позитивні результати. Після огляду числових результатів моделювання може виникнути потреба у внесенні деяких змін в абстрактну модель і (або) програмну реалізацію моделі, що може призвести до повторного виконання деяких або всіх операцій на різних етапах моделювання. Таким чином, жоден серйозний проект з моделювання не може бути успішно реалізований без участі експерта. Великі за обсягом моделі створює, як правило, команда розробників, і хоча б один з її членів має виконувати при цьому роль експерта. Експерт повинен:

v володіти базовими інженерними знаннями, необхідними для розуміння принципів функціонування визначених класів систем;

v володіти методами системного аналізу і керування проектами, необхідними для коректної постановки задачі моделювання і організації робіт з реалізації й використання моделей;

v володіти методами математичного та імітаційного моделювання незалежно від того, які програмні засоби моделювання використовуються;

v знати і вміти застосовувати одну або декілька імітаційних систем і мов програмування;

v бути обізнаним із сучасними інформаційними технологіями, що забезпечують інтеграцію моделей у системи проектування, планування і керування;

v бути спроможним приймати рішення за результатами моделювання;

v знати основні класи математичних моделей і методи моделювання систем, а також принципи побудови імітаційних моделей процесів функціонування систем, методи та етапи їх формалізації та алгоритмізації;

v вміти вибирати та використовувати методи математичного моделювання при проектуванні та експлуатації складних систем управління, розробляти схеми алгоритмів для імітаційного моделювання технічних, технологічних, організаційних, інформаційних систем та їх об'єктів, реалізовувати моделюючі програми на комп'ютері;

v мати уявлення про сучасний стан і перспективи розвитку методів моделювання в галузі інформаційних технологій, систем управління та систем обробки інформації з використанням сучасних програмних систем, таких як програмні генератори, інтерактивні, інтелектуальні та візуальні системи моделювання.

Для того щоб стати досвідченим експертом і професіоналом, необхідно також мати досвід роботи в проектах з моделювання.

З 1952 року існує всесвітнє добровільне товариство міжнародного комп'ютерного моделювання – The Society for Modeling & Simulation International (SCS) (www.scs.org), основними завданнями якого є вивчення, розповсюдження, використання й удосконалення методів комп'ютерного моделювання для вирішення реальних проблем, що існують у світі. До SCS входять професіонали, діяльність яких пов'язана з розробленням методології та застосуванням сучасних технологій і методів моделювання. Регіональні ради SCS існують у США, Канаді, країнах Європи (www.scs-europe.net), включаючи Східну Європу, в Китаї, Мексиці та інших країнах.

Щороку SCS проводить конференції з проблем моделювання, публікує доповіді та випускає журнали (www.scsorg/pubs/pubsinfo.html). В Європі існує федерація європейських товариств моделювання – The Federation of European Simulation SocietiesEUROSIM(www.eurosim.info), товариство моделювання та технології імітації – EUROSIS (http://biomath.rug.ac.be/~eurosis/index.html), а також інститути науки моделювання — McLeod. Комп'ютерне моделювання активно застосовується у дослідницьких центрах в усьому світі.

Добре відомі праці з імітаційного моделювання Р.Шеннона, Дж.Шрайбера, Дж.Клейнена, А.Прицкера.

v Визначення моделі та системи

v Взаємозв'язок моделі та системи

v Класифікація моделей і види моделювання

v Принципи і методи побудови моделей

v Технологія моделювання

Моделювання — це спосіб дослідження будь-яких явищ, процесів або об'єктів шляхом побудови та аналізу їх моделей. У широкому розумінні моделювання є однією з основних категорій теорії пізнання і чи не єдиним науково обґрунтованим методом наукових досліджень систем і процесів будь-якої природи в багатьох сферах людської діяльності.