Получение и интерпретация результатов моделирования систем

На третьем этапе моделирования – этапе получения и интерпретации результатов моделирования – ЭВМ используется для проведения рабочих расчетов по составленной и отлаженной программе. Результаты этих расчетов позволяют проанализировать и сформулировать выводы о характеристиках процесса функционирования моделируемой системы S.

Особенности получения результатов моделирования. При реализации моделирующих алгоритмов на ЭВМ вырабатывается информация о состояниях процесса функционирования исследуемых систем z(t)ÎZ. Эта информация является исходным материалом для определения приближенных оценок искомых характеристик, получаемых в результате машинного эксперимента, т.е. критериев оценки. Критерий оценки – это любой количественный показатель, по которому можно судить о результатах моделирования системы.

Часто используют более простые критерии оценки, например, вероятность определенного состояния системы в заданный момент времени t*Î[0, Т], отсутствие отказов и сбоев в системе на интервале [0, Т] и т.д. При интерпретации результатов моделирования вычисляются различные статистические характеристики закона распределения критерия оценки.

Рассмотрим общую схему фиксации и обработки результатов моделирования системы, которая приведена на рис.3.4, на интервале времени [0, Т]. В общем случае критерием интерпретации результатов моделирования является нестационарный случайный n-мерный процесс . Состояние модели проверяется каждые временных единиц, т.е. используется «принцип ». При этом вычисляют значения . О свойствах случайного процесса судят по свойствам случайной последовательности , или, иначе говоря, по свойствам
m-мерного вектора вида

Процесс функционирования системы S на интервале [0, Т] моделируется N-кратно с получением независимых реализаций вектора . Работа модели на интервале [0, T] называется прогоном модели.

На схеме, изображенной на рис. 3.4, обозначено: Iºi; Jºj; Kºk; NºN; Tºt; DTºDt; Qºq.

В общем случае алгоритмы фиксации и статистической обработки данных моделирования содержат три цикла.

Внутренний цикл (блоки 5 – 8) позволяет получить последовательность , в моменты времени . Основной блок 7 реализует процедуру вычисления последовательности
: ВЫЧ[QI/(T)]. Именно в этом блоке имитируется процесс функционирования моделируемой системы S на интервале времени [0, Т].

Промежуточный цикл (блоки 3 – 10), в котором организуется
N-кратное повторение прогона модели, позволяющее после соответствующей статистической обработки результатов судитьоб оценках характеристик моделируемого варианта системы. Окончание моделирования варианта системы S может определяться не только заданным числом реализации
(блок 10), как это показано на схеме, но и заданной точностью результатов моделирования. В этом цикле содержится блок 9, реализующий процедуру фиксации результатов моделирования по -му прогону модели ФРМ[QI/(T)].

Рис. 3.4. Алгоритм фиксации и обработки результатов моделирования системы

Внешний цикл (блок 1-12) охватывает оба предшествующих цикла и дополнительно включает блоки 1, 2, 11, 12, управляющие последовательностью моделирования вариантов системы S. Здесь организуется поиск оптимальных структур, алгоритмов и параметров системы S, то есть блок 11 обрабатывает результаты моделирования исследуемого k-го варианта системы OPM[QK], блок 12 проверяет удовлетворительность полученных оценок характеристик процесса функционирования системы требуемым (ведёт поиск оптимального варианта системы ПОВ[]), блок 1 изменяет структуру, алгоритмы и параметры системы S на уровне ввода исходных данных для очередного -го варианта системы ВИД[]. Блок 13 реализует функцию выдачи результатов моделирования по каждому k-му варианту модели системы , т.e. BPM[QK].

Рассмотренная система позволяет вести статистическую обработку результатов моделирования в наиболее общем случае при нестационарном критерии .

Подэтапы третьего этапа моделирования. Прежде чем приступить к последнему, третьему, этапу моделирования системы, необходимо для его успешного проведения иметь чёткий план действий, сводящийся к выполнению следующих основных подэтапов.

3.1. Планирование машинного эксперимента с моделью системы.Планирование машинного эксперимента с указанием комбинаций переменных и параметров позволяет получить максимальный объём необходимой информации об объекте моделирования при минимальных затратах машинных ресурсов.

3.2. Определение требований к вычислительным средствам.Необходимо сформулировать требования по времени использования вычислительных средств, т.е. составить график работы на одной или нескольких ЭВМ, а также указать те внешние устройства ЭВМ, которые потребуются при моделировании.

3.3. Проведение рабочих расчётов. Рабочие расчёты на ЭВМ включают в себя: а) подготовку наборов исходных данных для ввода в ЭВМ; б) проверку исходных данных, подготовленных для ввода; в) проведение расчётов на ЭВМ; г) получение выходных данных, т.е. результатов моделирования.

3.4. Анализ результатов моделирования системы. Планирование машинного эксперимента с моделью М_М позволяет вывести необходимое количество выходных данных и определить метод их анализа. Вычисление статистических характеристик перед выводом результатов на ЭВМ повышает эффективность применения машины и сводит к минимуму обработку выходной информации после её вывода на ЭВМ.

3.5. Представление результатов моделирования. Форма представления окончательных результатов моделирования может быть в виде таблиц, графиков, диаграмм, схем и т.п. Наиболее простой формой считаются таблицы, хотя графики более наглядно иллюстрируют результаты моделирования системы S.

3.6. Интерпретация результатов моделирования. Интерпретация результатов – переход от информации, полученной в результате машинного эксперимента с моделью М_М, к информации применительно к объекту моделирования, на основании которой будут делаться выводы относительно характеристик процесса функционирования исследуемой системы S.

3.7. Подведение итогов моделирования и выдача рекомендаций.При подведении итогов моделирования должны быть отмечены главные особенности результатов, полученных в соответствии с планом эксперимента над моделью М_М, проведена проверка гипотез и предложений и сделаны выводы на основании этих результатов, сформулированы рекомендации по практическому использованию результатов моделирования.

3.8. Составление технической документации по третьему этапу. Эта документация должна включать в себя: а) план проведения машинного эксперимента; б) наборы исходных данных для моделирования; в) результаты моделирования системы; г) анализ и оценку результатов моделирования;
д) выводы по полученным результатам моделирования; е) указания путей дальнейшего совершенствования машинной модели и возможных областей ее приложения.

Таким образом, процесс моделирования системы S сводится к выполнению перечисленных этапов моделирования. На этапе построения концептуальной модели М_К проводится исследование моделируемого объекта, определяются необходимые аппроксимации и строится обобщенная схема модели, которая преобразуется в машинную модель М_М на втором этапе моделирования путем последовательного построения логической схемы модели и схемы программы. На последнем этапе моделирования проводят рабочие расчеты на ЭВМ, получают и интерпретируют результаты моделирования системы S.