Лекція 2. Основні поняття моделювання систем.
1. Принципи системного підходу в моделюванні систем.
В даний час при аналізі і синтезі великих систем отримав розвиток системний підхід, який відрізняється від класичного або індуктивного підходу. Останній розглядає систему шляхом переходу від часткового до загального і синтезує систему шляхом злиття її компонент, які розробляються окремо. На відміну від цього, системний підхід передбачає послідовний перехід від загального до часткового, коли в основі розгляду лежить мета, причому об'єкт, який досліджується, виділяється з оточуючого середовища.
Система S - це цілеспрямована множина взаємозв'язаних елементів будь-якої природи. Зовнішнє середовище E - це множина існуючих ззовні системи елементів будь-якої природи, які впливають на систему або знаходяться під її впливом. В залежності від мети дослідження можуть розглядатися різні співвідношення між самим об'єктом S і зовнішнім середовищем E. Таким чином, в залежності від рівня, на якому знаходиться дослідник, об'єкт дослідження може виділятися по-різному і можуть мати місце різні взаємодії цього об'єкта з зовнішнім середовищем.
При системному підході до моделювання систем необхідно чітко визначити метод моделювання.
Оскільки не можливо повністю змоделювати реально-функціонуючу систему, тому створюється модель під визначену проблему. Важливим для системного підходу є визначення структури системи, як сукупність зв'язків між елементами системи, які відображають їх взаємодію. При структурному підході виявляється склад виділених елементів системи S і зв'язки між ними. Сукупність елементів і зв'язків між ними дозволяє робити висновок про структуру системи. В залежності від мети досліджувана структура може бути описана, на різних рівнях розгляду. Найбільш загальний опис структури - це топологічний опис, який дозволяє визначити в самих загальних поняттях складові частини системи і добре формалізується на базі теорії графів. Менш загальним є функціональний опис, це опис, коли розглядаються окремі функції, тобто алгоритми поведінки системи. Функціональний підхід оцінює функції, які виконує система. Функціонування системи в часі S(t) означає перехід системи з одного стону в інший, тобто пресування в просторі станів Z. При експлуатації системи S важлива якість її функціонування, яка визначається показником функціонування, в ролі якого виступає значення критерію оцінки ефективності. Існують багато підходів для визначення критерію оцінки ефективності. Система S може оцінюватись або сукупністю часткових критеріїв, або деяким загальним інтегрованим критерієм.
Розглянемо процес синтезу моделі М системи S на основі класичного індуктивного підходу. (рис. 2.1.)
Рис. 2.1. Процес синтезу моделі на основі класичного підходу.
Процес синтезу моделі М системи S на основі класичного індуктивного підходу полягає : реальний об'єкт, який підлягає моделювання розбивається на окремі підсистеми, тобто вибираються вихідні дані D для моделювання і ставляться цілі, які відображають окремі сторони процесу моделювання. По окремій сукупності вихідних даних ставляться цілі моделювання окремої сторони функціонування системи. На базі цієї цілі формується деяка компонента майбутньої моделі. Сукупність компонент об'єднується в модель M. Таким чином розробка моделі M на базі класичного підходу означає сумування окремих компонент в єдину модель, при цьому кожна з компонент вирішує свої особисті задачі і ізольована від інших частин моделі. Тому класичний підхід може бути використаний для реалізації порівняно простих моделей, в яких можливий розподіл і взаємонезалежний розгляд окремих сторін функціонування реального об'єкту.
Розглянемо структурну схему системного підходу. (рис.2.2)
Рис. 2.2. Процес синтезу моделі на основі системного підходу.
Системний підхід дозволяє рішати проблему побудови складної системи з врахуванням всіх факторів і можливостей пропорційних їх значимості на всіх етапах дослідження системи S і побудови моделі M. Системний підхід означає, що кожна система є інтегрованим цілим навіть тоді, коли вона складається з окремих роз'єднаних підсистем. Таким чином, в основі системного підходу лежить розгляд системи, як інтегрованого цілого, причому цей розгляд при розробці починається з головного - формулювання цілі функціонування. Процес синтезу моделі M на базі системного підходу виглядає таким чином : на основі вихідних даних D, які відомі з аналізу зовнішньої системи тих обмежень, які накладаються на систему згори або виходячи з можливостей її реалізації і на основі цілі функціонування формулюються вихідні вимоги B до моделі системи S. На базі цих вимог формуються орієнтовно деякі підсистеми П, елементи E і здійснюється найбільш важливий етап синтезу - вибір складових системи, для чого використовується спеціальний критерій вибору. При моделюванні необхідно забезпечити максимальну ефективність моделі системи. Ефективність частіше визначається, як деяка різниця між деякими показниками цінності результатів отриманих в результаті експлуатації моделі і тими витратами, які були вкладені в її розробку і створення. вартістю розробки та експлуатації.