Методика разработки и машинной реализации моделей систем
ФОРМАЛИЗАЦИЯ И АЛГОРИТМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ
Сущность машинного моделирования системы состоит в проведении на вычислительной машине эксперимента с моделью, которая представляет собой некоторый программный комплекс, описывающий формально и (или) алгоритмически поведение элементов системы в процессе ее функционирования, т.е. в их взаимодействии друг с другом и внешней средой.
Требования пользователя к модели. Основные требования, предъявляемые к модели процесса функционирования системы:
1. Полнота модели должна предоставлять пользователю возможность получения необходимого набора оценок характеристик системы с требуемой точностью и достоверностью.
2. Гибкость модели должна давать возможность воспроизведения различных ситуаций при варьировании структуры, алгоритмов и параметров системы.
3. Длительность разработки и реализации модели большой системы должна быть по возможности минимальной при учете ограничений на имеющиеся ресурсы.
4. Структура модели должна быть блочной, т.е. допускать возможность замены, добавления и исключения некоторых частей без переделки всей модели.
5. Информационное обеспечение должно предоставлять возможность эффективной работы модели с базой данных систем.
6. Программные и технические средства должны обеспечивать эффективную (по быстродействию и памяти) машинную реализацию модели и удобное общение с ней пользователя.
7. Должно быть реализовано проведение целенаправленных (планируемых) машинных экспериментов с моделью системы с использованием аналитико-имитационного подхода при наличии ограниченных вычислительных ресурсов.
При машинном моделировании системы S характеристики процесса ее функционирования определяются на основе модели М, построенной исходя из имеющейся исходной информации об объекте моделирования. При получении новой информации об объекте его модель пересматривается и уточняется с учетом новой информации, т.е. процесс моделирования, включая разработку и машинную реализацию модели, является итерационным. Этот итерационный процесс продолжается до тех пор, пока не будет получена модель М, которую можно считать адекватной в рамках решения поставленной задачи исследования и проектирования системы S.
Моделирование систем с помощью ЭВМ можно использовать в следующих случаях:
а) для исследования системы S до того, как она спроектирована, с целью определения чувствительности характеристики к изменениям структуры, алгоритмов и параметров объекта моделирования и внешней среды;
б) на этапе проектирования системы S для анализа и синтеза различных вариантов системы и выбора среди конкурирующих такого варианта, который удовлетворял бы заданному критерию оценки эффективности системы при принятых ограничениях;
в) после завершения проектирования и внедрения системы, т.е. при ее эксплуатации, для получения информации, дополняющей результаты натурных испытаний (эксплуатации) реальной системы, и для получения прогнозов эволюции (развития) системывовремени.
Этапы моделирования систем. Основные этапы моделирования системы:
· построение концептуальной модели системы и ее формализация;
· алгоритмизация модели системы и ее машинная реализация;
· получение и интерпретация результатов моделирования системы.
Взаимосвязь этапов моделирования системи ихсоставляющих (подэтапов) представлена на рис. 3.1.
Основные подэтапы:
1.1 – формулировка цели и постановка задачи машинного моделирования системы;
1.2 – анализ задачи моделирования системы;
1.3 – определение требований к исходной информации об объекте моделирования и организация ее сбора;
1.4 – выдвижение гипотез и принятие предположений;
Первый этап Второй этап Третий этап
Рис. 3.1. Взаимосвязь этапов моделирования систем
1.5 – определение параметров и переменных модели;
1.6 –установление основного содержания модели;
1.7 – обоснование критериев оценки эффективности системы;
1.8 – определение процедур аппроксимации;
1.9 – описание концептуальной модели системы;
1.10 – проверка достоверности концептуальной модели;
1.11 – составление технической документации по первому этапу;
2.1 – построение логической схемы модели;
2.2 – получение математических соотношений;
2.3 – проверка достоверности модели системы;
2.4 – выбор инструментальных средств для моделирования;
2.5 – составление плана выполнения работ по программированию;
2.6 – спецификация и построение схемы программы;
2.7 – верификация и проверка достоверности схемы программы;
2.8 – проведение программирования модели;
2.9 – проверка достоверности программы;
2.10 – составление технической документации по второму этапу;
3.1 – планирование машинного эксперимента с моделью системы;
3.2 – определение требований к вычислительным средствам;
3.3 – проведение рабочих расчетов;
3.4 – анализ результатов моделирования системы;
3.5 – представление результатов моделирования;
3.6 – интерпретация результатов моделирования;
3.7 – подведение итогов моделирования и выдача рекомендаций;
3.8 – составление технической документации по третьему этапу.
Таким образом, на этапе построения концептуальной модели МК и ее формализации проводится исследование моделируемого объекта с точки зрения выделения основных составляющих процесса его функционирования, определяются необходимые аппроксимации и получается обобщенная схема модели системы S, которая преобразуется в машинную модель ММ на втором этапе моделирования путем последовательной алгоритмизации и программирования модели. Последний, третий, этап моделирования системы сводится к проведению согласно полученному плану рабочих расчетов на ЭВМ с использованием выбранных программно-технических средств, получению и интерпретации результатов моделирования системы S с учетом воздействия внешней среды Е.