Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем

М.: Высшая школа, 2009, - 343 с.

Может быть полезен специалистам в области моделирования сложных информационных систем. Представлена новая скорректированная методика имитационного моделирования сложных систем, рассмотрена интеллектуальная система моделирования, а также скорректирован и расширен математический аппарат. Для студентов ВУЗов, обучающихся по направлениям "Информатика и вычислительная техника" и "Информационные системы". Даны фундаментальные основы теории моделирования, приведены определения основных понятий компьютерной имитации, рассмотрены подходы к моделированию процессов и явлений в природе и обществе, особое внимание уделено математическому аппарату формализации процессов в сложных системах, методически последовательно показан переход от концептуальных моделей систем к формальным, приводится методология статистического моделирования систем, обсуждаются проблемы интерпретации полученных с помощью компьютерной модели результатов применительно к объекту моделирования, т. е. исследуемой системе.

Оглавление

Предисловие

Введение. Современное состояние проблемы моделирования систем

B.1. Моделирование как метод научного дознания

B.2. Использование моделирования при исследовании и проектировании сложных систем

B.3. Перспективы развития методов и средств моделирования систем в свете новых информационных технологий

Глава 1. Основные понятая теория моделирования систем

1.1. Принципы системного подхода в моделировании систем

1.2. Общая характеристика проблемы моделирования систем

1.3. Классификация видов моделирования систем.

1.4. Возможности и эффективность моделирования систем на вычислительных машинах.

Глава 2. Математические схемы моделирования систем

2.1. Основные подходы к построению математических моделей систем

2.2. Непрерывно-детерминированные модели (D-схемы)

2.3. Дискретно-детерминированные модели (F-схемы)

2.4. Дискретно-стохастические модели (Р-схемы)

2.5. Непрерывно-стохастические модели (Q-схемы)

2.6. Сетевые модели (N-схемы)

2.7. Комбинированные модели (А-схемы)

Глава 3. Формализация и алгоритмизация процессов функционирования систем

3.1. Методика разработки и машинной реализации моделей систем

3.2. Построение концептуальных моделей систем и их формализация

3.3. Алгоритмизация моделей систем и их машинная реализация

3.4. Получение и интерпретация результатов моделирования систем

Глава 4. Статистическое моделирование систем на ЭВМ

4.1. Общая характеристика метода статистического моделирования

4.2. Псевдослучайные последовательности и процедуры их машинной генерации

4.3. Проверка и улучшение качества последовательностей псевдослучайных чисел

4.4. Моделирование случайных воздействий на системы

Глава 5. Инструментальные средства моделирования систем

5.1. Основы систематизации языков имитационного моделирования

5.2. Сравнительный анализ языков имитационного моделирования

5.3. Пакеты прикладных программ моделирования систем

5.4. Базы данных моделирования

5.5. Гибридные моделирующие комплексы

Глава 6. Планирование машинных экспериментов с моделями систем

6.1. Методы теории планирования экспериментов

6.2. Стратегическое планирование машинных экспериментов с моделями систем

6.3. Тактическое планирование машинных экспериментов с моделями систем

Глава 7. Обработка анализ результатов моделирования систем

7.1. Особенности фиксации и статистической обработки результатов моделирования систем на ЭВМ

7.2. Анализ и интерпретация результатов машинного моделирования .

7.3. Обработка результатов машинного эксперимента при синтезе систем

Глава 8. Моделирование систем с использованием типовых математических схем

8.1. Иерархические модели процессов функционирования

8.2. Моделирование процессов функционирования систем на базе Q-схем

8.3. Моделирование процессов функционирования систем на базе N-схем

8.4. Моделирование процессов функционирования систем на базе А-схем

Глава 9. Моделирование для принятая решений при управлении

9.1. Гносеологические и информационные модели при управлении

9.2. Модели в адаптивных системах управления

9.3. Моделирование в системах управления в реальном масштабе времени

Глава 10. Использование метода моделирования при разработке автоматизированных систем

10.1. Общие правила построения и способы реализации моделей систем

10.2. Моделирование при разработке распределенных автоматизированных систем н информационных сетей

10.3. Моделирование при разработке организационных н производственных систем

Заключение. Перспективы использования компьютерного моделирования в информационном обществе

ПРЕДИСЛОВИЕ

Современный этап развития человечества отличается тем, что на; смену века энергетики приходит век информатики. Происходит интенсивное внедрение новых информационных технологий во все сферы человеческой деятельности. Встает реальная проблема перехода в информационное общество, для которого приоритетным должно стать развитие образования. Изменяется и структура знаний в обществе. Все большее значение для практической жизни приобретают фундаментальные знания, способствующие творчес­кому развитию личности. Важна и конструктивность приобрета­емых знаний, умение их структурировать в соответствии с поставленной целью. На базе знаний формируются новые информаци­онные ресурсы общества. Формирование и получение новых знаний должно базироваться на строгой методологии системного подхода, в рамках которого особое место занимает модельный подход. Возможности модельного подхода крайне многообразны как по используемым формальным моделям, так и по способам ре­ализации методов моделирования. Физическое моделирование по­зволяет получить достоверные результаты для достаточно простых систем.

Сложные по внутренним связям и большие по количеству элементов системы экономически трудно поддаются прямым способам моделирования и зачастую для построения и изучения переходят к имитационным методам. Появление новейших информационных технологий увеличивает не только возможности моделирующих систем, но и позволяет применять большее многообразие моделей способов их реализации. Совершенствование вычислительной; и телекоммуникационной техники привело к дальнейшему разви­тию методов машинного моделирования, без которых невозможно изучение процессов и явлений, а также построение больших и сложных систем. Поэтому дисциплина «Моделирование систем» сталан базовой в структуре подготовки бакалавров и специалистов по ряду направлений высшего профессионального образования. Среди этих направлений, прежде всего, следует отметить 654600 — «Информатика и вычислительная техника», 654700 — «Информационные системы», а также ряд специальностей, среди которых 654602 — «Автоматизированные системы обработки информации и управления» (АСОИУ), 654701 — «Информационные системы в технике и технологиях» (ИС) и др.

Материал предлагаемого учебника является третьим, дополненным и переработанным изданием и соответствует программам дисциплины «Моделирование систем» учебного плана подготовки инженеров по специальностям 654602 — АСОИУ и 654701 — ИС. При подготовке третьего издания использована новая отечествен­ная и зарубежная литература по моделированию систем различных классов, опыт разработки реальных систем, а также результаты использования ранее выпущенных учебников «Моделирование си­стем» в учебном процессе на кафедре Автоматизированных систем обработки информации и управления Санкт-Петербургского госу­дарственного электротехнического университета ЛЭТИ.

Автору благодарны д.т.н., профессору О. С. Чугрееву за ценные замечания, сделанные при рецензировании рукописи.

Пожелания по содержанию книги просим направлять по адресу: 127994, Москва, ГСП-4, Неглинная ул., 29/14, издательство «Вы­сшая школа».

Авторы

ВВЕДЕНИЕ

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ

СИСТЕМ

Моделирование (в широком смысле) является основным методом иссле­дований во всех областях знаний и научно обоснованным методом оценок характеристик сложных систем, используемым для принятия решений в раз­личных сферах инженерной деятельности. Существующие и проектируемые системы можно эффективно исследовать с помощью математических моделей (аналитических и имитационных), реализуемых на современных ЭВМ, которые в этом случае выступают в качестве инструмента экспериментатора с моделью системы.

В.1. МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК МЕТОД НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ

В настоящее время нельзя назвать область человеческой деятель­ности, в которой в той или иной степени не использовались бы методы моделирования. Особенно это относится к сфере управле­ния различными системами, где основными являются процессы принятия решений на основе получаемой информации. Остановим­ся на философских аспектах моделирования, а точнее общей теории моделирования [35, 37, 43].

Методологическая основа моделирования. Все то, на что направ­лена человеческая деятельность, называется объектом (лат. objection — предмет). Выработка методологии направлена на упо­рядочение получения и обработки информации об объектах, кото­рые существуют вне нашего сознания и взаимодействуют между собой и внешней средой.

В научных исследованиях большую роль играют гипотезы, т. е. определенные предсказания, основывающиеся на небольшом коли­честве опытных данных, наблюдений, догадок. Быстрая и полная проверка выдвигаемых гипотез может быть проведена в ходе специ­ально поставленного эксперимента. При формулировании и провер­ке правильности гипотез большое значение в качестве метода сужде­ния имеет аналогия.

Аналогией называют суждение о каком-либо частном сходстве. Двух объектов, причем такое сходство может быть существенным и несущественным. Необходимо отметить, что понятия существен­ности и несущественности сходства или различия объектов условны и относительны. Существенность сходства (различия) зависит от уровня абстрагирования и в общем случае определяется конечной целью проводимого исследования. Современная научная гипотеза создается, как правило, по аналогии с проверенными на практике научными положениями. Таким образом, аналогия связывает гипо­тезу с экспериментом.

Гипотезы и аналогии, отражающие реальный, объективно суще­ствующий мир, должны обладать наглядностью или сводиться к удобным для исследования логическим схемам; такие логические схемы, упрощающие рассуждения и логические построения или позволяющие проводить эксперименты, уточняющие природу явле­ний, называются моделями. Другими словами, модель (лат. modulus — мера) — это объект-заместитель объекта-оригинала, обеспечивающий изучение некоторых свойств оригинала.

Определение моделирования. Замещение одного объекта другим с целью получения информации о важнейших свойствах объекта-оригинала с помощью объекта-модели называется моделированием. Таким образом, моделирование может быть определено как пейредставление объекта моделью для получения информации об этом объекте путем проведения экспериментов с его моделью. Теория замещения одних объектов (оригиналов) другими объектами (моде­лями) и исследования свойств объектов на их моделях называется теорией моделирования [5, 36, 46].

Определяя гносеологическую роль теории моделирования, т. е. ее значение в процессе познания, необходимо, прежде всего, отвлечь­ся от имеющегося в науке и технике многообразия моделей и выде­лить то общее, что присуще моделям различных по своей природе объектов реального мира. Это общее заключается в наличии неко­торой структуры (статической или динамической, материальной или мысленной), которая подобна структуре данного объекта. В процессе изучения модель выступает в роли относительного самостоятельного квазиобъекта, позволяющего получить при ис­следовании некоторые знания о самом объекте.

Если результаты моделирования подтверждаются и могут слу­жить основой для прогнозирования процессов, протекающих в ис­следуемых объектах, то говорят, что модель адекватна объекту. При этом адекватность модели зависит от цели моделирования и принятых критериев.

Обобщенно моделирование можно определить как метод опос­редованного познания, при котором изучаемый объект-оригинал находится в некотором соответствии с другим объектом-моделью, причем модель способна в том или ином отношении замещать оригинал на некоторых стадиях познавательного процесса. Стадии познания, на которых происходит такая замена, а также формы соответствия модели и оригинала могут быть различными:

1) моделирование как познавательный процесс, содержащий пе­реработку информации, поступающей из внешней среды, о проис­ходящих в ней явлениях, в результате чего в сознании появляются образы, соответствующие объектам;

2) моделирование, заключающееся в построении некоторой системы-модели (второй системы), связанной определенными соот­ношениями подобия с системой-оригиналом (первой системой), причем в этом случае отображение одной системы в другую являет­ся средством выявления зависимостей между двумя системами, отраженными в соотношениях подобия, а не результатом непосред­ственного изучения поступающей информации.

Следует отметить, что с точки зрения философии моделиро­вание — эффективное средство познания природы. Процесс мо­делирования предполагает наличие объекта исследования; иссле­дователя, перед которым поставлена конкретная задача; модели, создаваемой для получения информации об объекте и необходи­мой для решения поставленной задачи. Причем по отношению к модели исследователь является, по сути дела, экспериментатором, только в данном случае эксперимент проводится не с реальным объектом, а с его моделью. Такой эксперимент для инженера есть инструмент непосредственного решения организационно-техничес­ких задач.

Надо иметь в виду, что любой эксперимент может иметь сущест­венное значение в конкретной области науки только при специаль­ной его обработке и обобщении. Единичный эксперимент никогда не может быть решающим для подтверждения гипотезы, проверки теории. Поэтому инженеры (исследователи и практики) должны быть знакомы с элементами современной методологии теории по­знания и, в частности, не должны забывать основного положения материалистической философии, что именно экспериментальное ис­следование, опыт, практика являются критерием истины.

В.2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ И ПРОЕКТИРОВАНИИ

СЛОЖНЫХ СИСТЕМ

Одна из проблем современной науки и техники — разработка и внедрение в практику проектирования новейших методов иссле­дования характеристик сложных информационно-управляющих и информационно-вычислительных систем различных уровней (на­пример, автоматизированных систем научных исследований и ко­мплексных испытаний, систем автоматизации проектирования, АСУ технологическими процессами, а также интегрированных АСУ, вычислительных систем, комплексов и сетей, информационное систем, цифровых сетей интегрального обслуживания и т. Д). При проектировании сложных систем и их подсистем возникают Многочисленные задачи, требующие оценки количественных и ка­чественных закономерностей процессов функционирования такихсистем, проведения структурного алгоритмического и параметри­ческого их синтеза [4,11, 37, 45].

Особенности разработки систем. Рассматриваемые в данном учебнике системы информатики и вычислительной техники, автома­тизированные системы обработки информации и управления, ин­формационные системы относятся к классу больших систем, этапы проектирования, внедрения, эксплуатации и эволюции которых в настоящее время невозможны без использования различных видов моделирования. На всех перечисленных этапах для сложных видов различных уровней необходимо учитывать следующие особенности: сложность структуры и стохастичность связей между элементами, неоднозначность алгоритмов поведения при различных условиях, большое количество параметров и переменных, неполноту и неде­терминированность исходной информации, разнообразие и вероят­ностный характер воздействий внешней среды и т. д. Ограничен­ность возможностей экспериментального исследования больших си­стем делает актуальной разработку методики их моделирования, которая позволила бы в соответствующей форме представить про­цессы функционирования систем, описание протекания этих процес­сов с помощью математических моделей, получение результатов экспериментов с моделями по оценке характеристики исследуемых объектов. Причем на разных этапах создания и использования перечисленных систем для всего многообразия входящих, в них подсистем применив метода моделирования преследует конкретные цели, а эффективность метода зависит от того, насколько грамотно разработчик использует возможности моделирования [34].

Независимо от разбиения конкретной сложной системы на подсистемы при проектировании каждой из них необходимо выпол­нить внешнее проектирование (макропроектирование) и внутреннее проектирование (микропроектирование). Так как на этих стадиях разработчик преследует различные цели, то и используемые при этом методы и средства моделирования могут существенно от­личаться.

На стадии макропроектирования должна быть разработана обо­бщенная модель процесса функционирования сложной системы, позволяющая разработчику получить ответы на вопросы об эффек­тивности различных стратегий управления объектом при его вза­имодействии с внешней средой. Стадию внешнего проектирования можно разбить на анализ и синтез. При анализе изучают объект управления, строят модель воздействий внешней среды, определяют критерии оценки эффективности, имеющиеся ресурсы, необходимые ограничения. Конечная цель стадии анализа — построение модели объекта управления для оценки его характеристик. При синтезе на этапе внешнего проектирования решаются задачи выбора стратегии управления на основе модели объекта моделирования, т. е. сложной системы.

На стадии микропроектирования разрабатывают модели с целью создания эффективных подсистем. Причем используемые методы и средства моделирования зависят от того, какие конкретно обсспенивающие подсистемы разрабатываются: информационные, математические, технические, программные и т. д.

Особенное использования моделей. Выбор метода моделировая и необходимая детализация моделей существенно зависят от этапа разработки сложной системы [34, 37, 46]. На этапах обследо­вания объекта управления, например промышленного предприятия, я разработки технического задания на проектирование автоматизи­рованной системы управления модели в основном носят описательный характер и преследуют цель наиболее полно представить в ком­пактной форме информацию об объекте, необходимую разработ­чику системы.

На этапах разработки технического и рабочего проектов систем, модели отдельных подсистем детализируются, и моделирование служит для решения конкретных задач проектирования, т. е. выбора оптимального по определенному критерию при заданных ограниче­ниях варианта из множества допустимых. Поэтому в основном на этих этапах проектирования сложных систем используются модели для целей синтеза [10, 18, 37].

Целевое назначение моделирования на этапе внедрения и эксплу­атации сложных систем — это проигрывание возможных ситуаций для принятия обоснованных и перспективных решений по управле­нию объектом. Моделирование (имитацию) также широко применя­ют при обучении и тренировке персонала автоматизированных систем управления, вычислительных комплексов и сетей, инфор­мационных систем в различных сферах. В этом случае моделирова­ние носит характер деловых игр. Модель, реализуемая обычно на ЭВМ, воспроизводит поведение управляемого объекта и внешней среды, а люди в определенные моменты времени принимают реше­ния по управлению объектом.

АСОИУ являются системами, которые развиваются по мере эволюции объекта управления, появления новых средств управле­ния и т.-д. Поэтому при прогнозировании развития сложных систем роль моделирования очень высока, так как это единственная воз­можность ответить на многочисленные вопросы о путях дальнейше­го эффективного развития системы и выбора из них наиболее оптимального.

В.З. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МЕТОДОВ

И СРЕДСТВ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ

В СВЕТЕ НОВЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

В последние годы основные достижения в различных областях науки и техники неразрывно связаны с процессом совершенство­вания ЭВМ. Сфера эксплуатации ЭВМ — бурно развивающаясяотрасль человеческой практики, стимулирующая развитие новых теоретических и прикладных направлений [35]. Ресурсы современной информационно-вычислительной техники дают возможность ста­вить и решать математические задачи такой сложности, которые в недавнем прошлом казались нереализуемыми, например модели­рование больших систем.

Аналитические и имитационные методы. Исторически первым сложился аналитический подход к исследованию систем, когда ЭВМ использовалась в качестве вычислителя по аналитическим зависи­мостям. Анализ характеристик процессов функционирования боль­ших систем с помощью только аналитических методов исследова­ния наталкивается обычно на значительные трудности, приводящие к необходимости существенного упрощения моделей либо на этапе их построения, либо в процессе работы с моделью, что может привести к получению недостоверных результатов.

Поэтому в настоящее время наряду с построением аналитичес­ких моделей большое внимание уделяется задачам оценки харак­теристик больших систем на основе имитационных моделей, ре­ализованных на современных ЭВМ с высоким быстродействием и большим объемом оперативной памяти. Причем перспективность имитационного моделирования как метода исследования характе­ристик процесса функционирования больших систем возрастает с повышением быстродействия и оперативной памяти ЭВМ, с раз­витием математического обеспечения, совершенствованием банков данных и периферийных устройств для организации диалоговых систем моделирования. Это, в свою очередь, способствует появле­нию новых «чисто машинных» методов решения задач исследова­ния больших систем на основе организации имитационных экс­периментов с их моделями. Причем ориентация на автоматизиро­ванные рабочие места на базе персональных ЭВМ для реализации экспериментов с имитационными моделями больших систем позво­ляет проводить не только анализ их характеристик, но и решать задачи структурного, алгоритмического и параметрического син­теза таких систем при заданных критериях оценки эффективности и ограничениях [4, 9, 18, 23].

Достигнутые успехи в использовании средств вычислительной техники для целей моделирования часто создают иллюзию, что применение современной ЭВМ гарантирует возможность исследо­вания системы любой сложности. При этом игнорируется тот факт, что в основу любой модели положено трудоемкое по затратам времени и материальных ресурсов предварительное изучение явле­ний, имеющих место в объекте-оригинале. И от того, насколько детально изучены реальные явления, насколько правильно проведе­на их формализация и алгоритмизация, зависит в конечном итоге успех моделирования конкретного объекта.

Средства моделирования систем. Расширение возможностей мо­делирования различных классов больших систем неразрывно связано с совершенствованием средств вычислительной техники и техники связи. Перспективным направлением является создание для клей моделирования иерархических многомашинных вычислитель­ных систем и сетей [2, 7, 12, 25, 41].

При создании больших систем их компоненты разрабатываются различными коллективами, которые используют средства модели­рования при анализе и синтезе отдельных подсистем. При этом разработчикам необходимы оперативный доступ к программно-техническим средствам моделирования, а также оперативный обмен результатами моделирования отдельных взаимодействующих под­систем. Таким образом, появляется необходимость в создании диа­логовых систем моделирования, для которых характерны следу­ющие особенности: возможность одновременной работы многих пользователей, занятых разработкой одной или нескольких систем, доступ пользователей к программно-техническим ресурсам системы моделирования, включая, базы данных и знаний, пакеты приклад­ных программ моделирования, обеспечение диалогового режима работы с различными вычислительными машинами и устройства­ми, включая цифровые и аналоговые вычислительные машины, установки натурного и физического моделирования, элементы ре­альных систем и т. п., диспетчирование работ в системе моделирова­ния и оказание различных услуг пользователям, включая обучение работе с диалоговой системой моделирования при обеспечении дружественного интерфейса,

В зависимости от специфики исследуемых объектов в ряде случа­ев эффективным оказывается моделирование на аналоговых вычис­лительных машинах (АВМ). При этом надо иметь в виду, что АВМ значительно уступают ЭВМ по точности и логическим возмож­ностям, но по быстродействию, схемной простоте реализации, сопрягаемости с датчиками внешней информации АВМ превосходят ЭВМ или, по крайней мере, не уступают им.

Для сложных динамических объектов перспективным является моделирование на базе гибридных (аналого-цифровых) вычисли­тельных комплексов. Такие комплексы реализуют преимущества цифрового и аналогового моделирования и позволяют наиболее эффективно использовать ресурсы ЭВМ и АВМ в составе единого комплекса. При использовании гибридных моделирующих комп­лексов упрощаются вопросы взаимодействия с датчиками, установ­ленными на реальных объектах, что позволяет, в свою очередь, проводить комбинированное моделирование с использованием ана­лого-цифровой части модели и натурной части объекта [11, 19]. Такие гибридные моделирующие комплексы могут входить в состав многомашинного вычислительного комплекса, что еще больше рас­ширяет его возможности с точки зрения моделируемых классов больших систем.

Информационные технологии в обществе XXI века. Конец XX столетия ознаменовался интенсивным развитием и внедрением во все сферы жизни общества информатики. Это проявилось в интен­сивном совершенствовании средств вычислительной техники и тех­ники связи, в появлении новых и в дальнейшем развитии существу­ющих информационных технологий, а также в реализации приклад­ных информационных систем. Достижения информатики заняли достойное место в организационном управлении, в промышлен­ности, в проведении научных исследований и в автоматизированном проектировании. Информатизация охватила и социальную сферу: образование, науку, культуру, здравоохранение.

Переход страны к рыночной экономике потребовал развития соответствующего информационного обеспечения. Постепенно в России формировался рынок, в котором информация начинала выступать как ресурс, имеющий коммерческий характер. Наряду с производством систем и средств информатики большое место в настоящее время занимают и информационные услуги, на базе самоокупаемости интенсивно развивается отрасль связи. Телефо­ния, радиовещание, телевидение работают с использованием раз­личных типов каналов связи. Компьютерная техника прочно вошла в быт и используется как в образовании, так и в воспитании подрастающего поколения.

Домашний компьютер стал естественным для многих семей. В образовании значительная доля нагрузки в учебном процессе переносится на самостоятельные задания, выполняемые на домаш­нем компьютере. По своему качеству домашний компьютер в на­стоящее время часто оказывается намного выше компьютера, ис­пользуемого в школе или в ВУЗе. Характерно, что в последние годы, покупая домашний компьютер, пользователь начал обращать вни­мание на место сборки, конфигурацию и перспективные возмож­ности техники. Приобретается и значительное количество про­граммных средств, в том числе записанных на CD-ROM, огромное число абонентов подключается к Интернет, значительное число пользователей работает с использованием сотовой и других сетей. Все это подтверждает, что процесс информатизации интенсифициру­ется, завершается этап неуправляемой информатизации. Управля­емая составляющая, которая реализовывалась в основном в об­разовании, в промышленности и в административном управлении оказалась явно недостаточной из-за малых финансовых средств, но в целом современный уровень информатизации позволяет констати­ровать, что начало следующего века, станет точкой перехода из века энергетики в век информатики, как это прогнозировал Норберт Винер [8, 35].

Информатизация как процесс перехода от индустриального об­щества к информационному характеризуется резким перераспреде­лением трудовых ресурсов в материальное производство и в сферу информации. Это соотношение изменяется от 3:1 к 1:3. В ряде стран суммарные расходы на компьютерную технику, телекоммуникации, электронику превысили расходы на энергетику, а поэтому, рассматривая проблему перспектив развития образования, нам необходимо исходить из будущего, поскольку только логически разработанная картина будущего может помочь познать настоящее. Проблема становления информационного общества и составляющая ее пробле­ма информатизации образования должна рассматриваться в тесной взаимосвязи с проблемой будущего устойчивого развития цивилизации

Модель образовательной системы должна быть сформирована с учетом адаптации образования к модели устойчивого развития цивилизации, а отсюда вытекает проблема опережающего развития образовательной системы, которая должна удовлетворять потреб­ностям будущего информационного общества.

Для информационного общества характерно полное удовлет­ворение информационных потребностей населения при завершении формирования единой информационной среды, определяющей но­вую культуру как общества в целом, так и каждого человека в от­дельности. Информационная культура как составляющая и базис информационного общества должна закладываться уже в насто­ящее время. Переход от консервативной образовательной системы к опережающей мог бы базироваться на опережающем формирова­нии информационного пространства Российского образования. То­лько образование может служить фундаментом новой информацион­ной культуры.

Информационная культура, конечно, не ограничивается системой знаний в области информационных процессов, технологий и должна включать активно преобразовательный аспект отношения к миру. По сути информационная культура может рассматриваться как свод правил поведения в информационном обществе, в коммуника­ционной среде, в человеко-машинных системах, вписывающихся в мировую гуманистическую культуру человечества. Уже в насто­ящее время вхождение пользователя в мировую сеть позволяет получить огромные объемы информации, которая может быть предназначена и для идеологической обработки.

Необходимо воспитывать корректное отношение к получаемой информации. Информационное пространство Российского образо­вания должно отвечать национальным интересам и базироваться на традициях отечественной культуры. Повсеместное использование зарубежной компьютерной техники сопровождается планомерным информационным идеологическим воздействием на пользователей. Можно пойти по пути защиты от чуждой нам информации, со­здавая соответствующие методы и средства, но особое внимание нужно обратить на информационную культуру педагога, воспита­теля, учителя школы и преподавателя ВУЗа.

Уровень информационной подготовки учителя нередко отстает от уровня ученика, работающего на домашнем компьютере, подключенном к сети. Проблема развития интеллекта учащихся не может быть решена только средствами информатики, но проблема развития науки об образовании должна разрешаться с учетом пере­хода в информационное общество, в котором будет сформирована инфоноосфера личности, а поэтому развитие интеллектуальных спо­собностей личности даже в настоящее время тесно смыкается с про­блемой информатизации образования. Возможности информатиза­ции образования определяются современными достижениями ин­форматики и методологией их использования в образовании.

Можно выделить три уровня информатики:

— физический — программно-аппаратные средства вычисли­тельной техники и техники связи;

— логический — информационные технологии;

— прикладной — пользовательские информационные системы. Для физического уровня характерно, что компьютерная техника

и техника связи практически вся разработана за рубежом и в луч­шем случае наблюдается лишь ее сборка на отечественном произ­водстве.

Информатизация города, региона, области базируется на созда­нии единой телекоммуникационной среды. Отличительными осо­бенностями перспективных сетей являются интеграция услуг, пре­доставляемых пользователю, цифровизация, комплексное исполь­зование проводных, радио - и космических каналов связи, переход к цифровым сетям интегрального обслуживания [35]. Использова­ние волоконно-оптических линий и сетей кабельного телевидения позволяет на одной и той же базе обеспечить передачу речи, видео­сигнала, данных, служебной информации и тем самым обеспечить вхождение каждого пользователя как в Российское, так и в мировое информационное пространство.

Происходит формирование единой информационной среды на основе объединения банков данных и баз знаний, проектируются конкретные информационные системы в различных областях челове­ческой деятельности. Совершенствование технической базы сопро­вождается продвижением современных операционных систем в поль­зовательскую среду, развиваются открытые системы.

Модели базовых информационных технологий в образовании. Для логического уровня информатики характерно совершенствование существующих, создание и развитие новых информационных тех­нологий. Получили развитие как теория, так и практика информаци­онных технологий [1, 8, 35]. Развивается методология, совершенст­вуются средства информационных технологий. Уже в настоящее время могут быть выделены базовые информационные процессы и информационные технологии.

В рамках базовых технологий получают развитие конкретные технологии, решающие задачи в выбранных предметных областях. Переход к информационному обществу заставляет задуматься о го­товности выпускников учебных заведений к жизни и к труду в обще­стве XXI века. Учитывая, что уже в настоящее время скорости преобразования технологий производства стали опережать темпы смены поколений, оказывается необходимым не только совершенст­вование и дополнительная подготовка, но и неоднократное осво­ение новых видов деятельности в течение трудовой жизни.

Поэтому в информационном обществе встает проблема обу­чения, и непрерывное образование становится составной частью жизни каждого человека. В этих условиях информатизация означа­ет изменение всей образовательной системы с ее ориентацией на новую информационную культуру. Освоение новой информаци­онной культуры может в значительной степени реализовываться за счет внедрения в учебный процесс, управление образованием _и в повседневную жизнь перспективных информационных техно­логий.

Прежде всего, следует обратить особое внимание на проблему обеспечения сферы образования теорией и методикой, как разработ­ки, так и эффективного применения новых средств информационных технологий. Теория информационных технологий должна опреде­лить модели базовых информационных процессов, связанных с по­лучением, сбором, передачей, обработкой, хранением, накоплением и представлением информации. Особое место занимают модели формализации и представления знаний.

Весьма актуальным представляется выделение базовых инфор­мационных технологий, к которым уже в настоящее время можно отнести технологии распределенного хранения и обработки, офис­ные технологии, мультимедиа технологии, геоинформационные тех­нологии, технологии защиты информации, CASE-технологии, те­лекоммуникационные технологии [15, 35]. На основе базовых раз­рабатываются прикладные информационные технологии по областям применения, позволяющие получать конкретные продукты соответ­ствующего назначения в виде средств, систем, сред.

В рамках указанных технологий в образовании уже в настоящее время получили широкое применение:

1) компьютерные программы и обучающие системы, представ­ляющие собой электронные учебники, учебные пособия, тренаже­ры, лабораторные практикумы, системы тестирования знаний и квалификации, выполненные на различных типах машинных носи­телей;

2) системы на базе мультимедиа-технологии, построенные ^с применением видеотехники, накопителей на CD-ROM и реализу­емые на ПЭВМ;

3) интеллектуальные обучающие экспертные системы, которые специализируются по конкретным областям применения и имеют практическое значение как в процессе обучения, так и в учебных исследованиях;

4) информационные среды на основе баз данных и знаний, позво­ляющие осуществить как прямой, так и удаленный доступ к инфор­мационным ресурсам;

5) телекоммуникационные системы, реализующие электронную почту, телеконференции и т. д. и позволяющие осуществить выход в мировые коммуникационные сети;

6) электронные настольные типографии, позволяющие в индиви­дуальном режиме с высокой скоростью осуществить производство учебных пособий и документов на различных носителях;

7) электронные библиотеки как распределенного, так и цент­рализованного характера, позволяющие по-новому реализовать до­ступ учащихся к мировым информационным ресурсам;

8) геоинформационные системы, которые базируются на техно­логии объединения компьютерной картографии и систем управле­ния базами данных. В итоге удается создать многослойные элект­ронные карты, опорный слой которых описывает базовые явления или ситуации, а каждый последующий — задает один из аспектов, процессов или явлений;

9) системы защиты информации различной ориентации (от не­санкционированного доступа при хранении информации, от искаже­ний при передаче информации, от подслушивания и т. д.).

Перспективы применения информационных технологий. Методи­чески новые информационные технологии в образовании должны быть проработаны с ориентацией на конкретное применение. Часть технологий может поддерживать учебный процесс (лекционные и практические занятия), другие технологии способны эффективно поддержать разработку новых учебников и учебных пособий. Ин­формационные технологии помогут также эффективно организо­вать проведение экспериментально-исследовательских работ, как в школе, так и в ВУЗе. Особую значимость информационные тех­нологии приобретают при самостоятельной работе учащихся на домашнем компьютере с использованием современных методов мо­делирования.

Какие же новые возможности открываются при внедрении современных информационных технологий в образование? На ос­нове мультимедиа технологии появляется возможность создавать учебники, учебные пособия и другие методические материалы на машинном носителе, которые могут быть разделены на некоторые группы:

1. Учебники, представляющие собой текстовое изложение мате­риала с большим количеством иллюстраций, которые могут быть установлены на сервире и переданы через сеть на домашний компьютер. При ограниченном количестве материала такой учеб­ник может быть реализован в прямом доступе пользователя к сер­веру.

2. Учебники с высокой динамикой иллюстративного материала, выполненные на CD-ROM. Наряду с основным материалом они содержат средства интерактивного доступа, средства анимации и мультипликации, а также видеоизображения, в динамике демонстрирующие принципы и способы реализации отдельных процессовявлений.

Такие учебники могут иметь не только образовательное, но и художественное назначение. Огромный объем памяти носителя информации позволяет реализовывать на одном оптическом диске

энциклопедию, справочник, путеводитель и т. д.

3. Современные компьютерные обучающие системы для прове­дения учебно-исследовательских работ. Они реализовывают моделирование, как процессов, так и явлений, т. е. создают новую учебную компьютерную среду, в которой обучаемый является ак­тивным, и может сам вести учебный процесс.

4. Системы виртуальной реальности, в которых учащийся стано­вятся участником компьютерной модели, отображающей окружа­ющий мир. Для грамотного использования мультимедиа продуктов этого типа крайне важно изучение их психологических особенностей и негативных воздействий на обучаемого.

5. Системы дистанционного обучения. В сложных социально-экономических условиях дистанционное образование становится особенно актуальным для отдаленных регионов, для людей с малой подвижностью, а также при самообразовании и самостоятельной работе учащихся. Эффективная реализация дистанционного обуче­ния возможна лишь при целенаправленной программе создания высококачественных мультимедиа продуктов учебного назначения по фундаментальным, естественнонаучным, общепрофессиональ­ным и специальным дисциплинам.

К сожалению, это требует значительных финансовых средств и пока не окупается на коммерческой основе, необходимы сущест­венные бюджетные ассигнования в эту область. Реализация такой программы позволит по-новому организовать учебных процесс, увеличив нагрузку на самостоятельную работу обучаемого.

Формирование новой информационной культуры должно базироваться, прежде всего на определенном уровне обучения в школе, а поэтому особое внимание следует уделить содержанию програм­мы базового курса информатики, который, с одной стороны, до­лжен быть согласован по содержанию с последующим обучением в ВУЗе, а с другой, должен поддерживать и остальные предметы школьного образования. В курс информатики уже в настоящее время закладываются сведения по моделирования процессов и явле­ний, по методологии формирования информационных моделей окружающего мира. У учащихся должна возникать в процессе познания информационная картина мира. Это невозможно без формирования информационной культуры населения. В основу со­здания информационной культуры нового общества должна быть положена идея компьютерной поддержки каждого изучаемого пред­мета, нельзя подменить это изучением единственного курса инфор­матики.

Весьма важным является принцип непрерывности информационной подготовки учащихся, который должен соблюдаться как на стадии школьного, так и при переходе от школьного к Вузовскому уровню. В структуре Вузовского образования информатика является фундаментальной дисциплиной. Наряду с информатикой в учебном плане специальностей может предусматриваться ряд курсов информационной подготовки даже для нетехнических ВУЗов, которые должны совершенствоваться, чтобы компьютер стал естественным орудием труда в любой предметной области деятельности выпускника ВУЗа. К информационной подготовке можно отнести обучение методологии и средствам моделирования. Создание oпeрежающей информационной среды непрерывного Российского образования требует и решения ряда методических и организационных проблем, в том числе следующие:

1. Принятие единой системы программно и аппаратно совместимых средств вычислительной техники и техники связи, используемой в непрерывном учебном процессе. Это требует сертификации используемых средств учебного назначения и реализации программы по созданию сертификационных центров и эффективному их использованию.

2. Подключение образовательных организаций к единой цифровой сети в последующим выходом в Интернет. Решение этой задачи в значительной степени реализуется в настоящее время в высшем образовании и сдерживается в школьном образовании по финансовым причинам, а также и по сложностям выполнения для отдаленных районов.

3. Формирование единой информационной среды непрерывного образования с созданием баз данных по направлениям и специальностям подготовки, которые бы включали в себя методические документы, энциклопедии, справочники, учебники и учебные пособия, а также дополнительные средства, поддерживающие учебный процесс. Актуальным является представление в международной сети наших достижений и возможностей. Необходима организация обмена информационными ресурсами Российской образовательной системы с международной.

4. Необходимо совершенствование инструментальных средств непрерывного образования, ориентированных на ускоренное освоение материала и приобретение устойчивых навыков обучаемых, а также преследующих цели индивидуального обучения. Сюда можно отнести перспективные программные оболочки по разработке компьютерных учебников и методических материалов, программные и аппаратные средства создания компьютерных обучающих систем, средства технологии разработки мультимедиа продуктов, геоинформационных систем и т. д.

5. Необходима организация инфраструктуры информатизации образования как составной части информатизации общества в целом. Эта структура должна обеспечить создание новых, тиражирование и внедрение существующих информационных технологий в непрерывное образование.

Идеологически при инфарматизатзици образования необходимо учитывать ряд принципиальных позиций

• Эволюционное развитие сложившейся методологии образования за счет явных преимуществ новых информационных технологий, а именно, возможность наглядного, динамичного представления информатизации с использованием видеоизображений и звука, применения удаленного доступа для ознакомления с внешним и внесения собственного информационного ресурса в образовании.

• Непрерывность и преемственность компьютерного образования на всех уровнях обучения от дошкольного до послевузовского.

•Непрерывность может быть обеспечена компьютерной поддержкой всех предметов и дисциплин учебного процесса.

• Обеспечение свободы выбора методики, стиля и средств обучения с целью выявления творческих индивидуальных способностей обучаемого в сочетании с возможностью их коллективной деятельности на основе информационных технологий и телекоммуникационных систем.

• Создание научно и методически основанной системы базового образования на основе компьютерных технологий. Одним из реальных путей решения проблемы в целом является формирование и реализация региональных научно-технических программ с долевым федеральным и местным бюджетным финансированием при (дополнительном использовании внебюджетных средств. Предме­том специальных исследований коллективов Высшей школы должны стать содержание, методы и средства развития образования как опережающей системы в будущем информационном обществе. При этом фундаментальное место занимают методы и средства модели­рования, на основе которых можно предсказать будущее. Только при устойчивом развитии цивилизации мы можем надеяться на последовательное становление ноосферы как сферы разума. Будущее развитие человечества должно быть управляемым и в этом аспекте, несомненно, управляемым должно быть и развитие образования.

Глава 1

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ МОДЕЛИРОВАНИЯ

СИСТЕМ

Моделирование начинается с формирования предмета исследований — сис­темы понятий, отражающей существенные для моделирования характеристи­ки объекта. Эта задача является достаточно сложной, что подтверждается различной интерпретацией в научно-технической литературе таких фундамен­тальных понятий, как система, модель, моделирование. Подобная неоднознач­ность не говорит об ошибочности одних и правильности других терминов, а отражает зависимость предмета исследований (моделирования) как от рас­сматриваемого объекта, так и от целей исследователя. Отличительной особен­ностью моделирования сложных систем является его многофункциональность и многообразие способов использования; оно становится неотъемлемой частью всего жизненного цикла системы. Объясняется это в первую очередь технологи­чностью моделей, реализованных на базе средств вычислительной техники: достаточно высокой скоростью получения результатов моделирования и их сравнительно невысокой себестоимостью.

1.1. Принципы системного подхода в моделировании

СИСТЕМ

В настоящее время при анализе и синтезе сложных (больших) систем получил развитие системный подход, который отличается от классического (или индуктивного) подхода. Последний рассматри­вает систему путем перехода от частного к общему и синтезирует (конструирует) систему путем слияния ее компонент, разрабатыва­емых раздельно. В отличие от этого системный подход предполага­ет последовательный переход от общего к частному, когда в основе рассмотрения лежит цель, причем исследуемый объект выделяется из окружающей среды.

Объект моделирования. Специалисты по проектированию и эксплуатации сложных систем имеют дело с системами управления различных уровней, обладающими общим свойством — стремлени­ем достичь некоторой цели. Эту особенность учтем в следующих определениях системы. Система S — целенаправленное множество взаимосвязанных элементов любой природы. Внешняя среда Е — множество существующих вне системы элементов любой природы, оказывающих влияние на систему или находящихся под ее воздей­ствием .

В зависимости от цели исследования могут рассматриватьсяразные соотношения между самим объектом S и внешней средой Е.

Таким образом, в зависимости от уровня, на котором находится наблюдатель объект исследования может выделяться по-разному и могут иметь место различные взаимодействия этого объекта с внешней средой.

С развитием науки и техники сам объект непрерывно усложняется и уже сейчас говорят об объекте исследования как о некоторой сложной системе, которая состоит из различных компонент, вза­имосвязанных друг с другом. Поэтому, рассматривая системный подход как основу для построения больших систем и как базу создания методики их анализа и синтеза, прежде всего необходимо определить само понятие системного подхода.

Системный подход — это элемент учения об общих законах развития природы и одно из выражений диалектического учения. Можно привести разные определения системного подхода, но на­иболее правильно то, которое позволяет оценить познавательную сущность этого подхода при таком методе исследования систем, как моделирование. Поэтому весьма важны выделение самой системы S и внешней среды Е из объективно существующей реальности и описание системы исходя из общесистемных позиций.

При системном подходе к моделированию систем необходимо прежде всего четко определить цель моделирования. Поскольку невозможно полностью смоделировать реально функционирующую систему (систему-оригинал, или первую систему), создается модель (система-модель, или вторая система) под поставленную проблему. Таким образом, применительно к вопросам моделирования цель возникает из требуемых задач моделирования, что позволяет по­дойти к выбору критерия и оценить, какие элементы войдут в со­здаваемую модель М., Поэтому необходимо иметь критерий отбора отдельных элементов в создаваемую модель.

Подходы к исследованию систем. Важным для системного под­хода является определение структуры системы — совокупности связей между элементами системы, отражающих их взаимодейст­вие. Структура системы может изучаться извне с точки зрения состава отдельных подсистем и отношений между ними, а также изнутри, когда анализируются отдельные свойства, позволяющие системе достигать заданной цели, т. е. когда изучаются функции системы. В соответствии с этим наметился ряд подходов к ис­следованию структуры системы с ее свойствами, к которым следует прежде всего отнести структурный и функциональный.

При структурном подходе выявляются состав выделенных эле­ментов системы S и связи между ними. Совокупность элементов связей между ними позволяет судить о структуре системы. Последняя в зависимости от цели исследования может быть описана на. разных уровнях рассмотрения. Наиболее общее описание структуры — это топологическое описание, позволяющее определить в самых общих понятиях составные части системы и хорошо формализуемое на базе теории графов.

Менее общим является функциональное описание, когда рассматриваются отдельные функции, т. е. алгоритмы поведения системы, и реализуется функциональный подход, оценивающий функции которые выполняет система, причем под функцией понимается свойство, приводящее к достижению цели. Поскольку функция отображает свойство, а свойство отображает взаимодействие систему S с внешней средой Е, то свойства могут быть выражены в виде либо некоторых характеристик элементов S;_W и подсистем S_t систе­мы, либо системы S в целом.

При наличии некоторого эталона сравнения можно ввести количественные и качественные характеристики систем. Для количественной характеристики вводятся числа, выражающие отношения между данной характеристикой и эталоном. Качественные харак­теристики системы находятся, например, с помощью метода экс­пертных оценок.

Проявление функций системы во времени S(t), т. е. функци­онирование системы, означает переход системы из одного состояния в другое, т. е. движение в пространстве состояний Z. При эксплу­атации системы S весьма важно качество ее функционирования, определяемое показателем эффективности и являющееся значением критерия оценки эффективности. Существуют различные подходы к выбору критериев оценки эффективности. Система S может оце­ниваться либо совокупностью частных критериев, либо некоторым общим интегральным критерием.

Следует отметить, что создаваемая модель М с точки зрения системного подхода также является системой, т. е. S' = S'(M), и мо­жет рассматриваться по отношению к внешней среде Е. Наиболее просты по представлению модели, в которых сохраняется прямая аналогия явления. Применяют также модели в которых нет прямой аналогии, а сохраняются лишь законы и общие закономерности поведения элементов системы S. Правильное понимание взаимосвя­зей как внутри самой модели М, так и взаимодействия ее с внешней средой Е в значительной степени определяется тем, на каком уровне находится наблюдатель.

Простой подход к изучению взаимосвязей между отдельными частями модели предусматривает рассмотрение их как отражение связей между отдельными подсистемами объекта. Такой классичес­кий подход может быть использован при создании достаточно простых моделей. Процесс синтеза модели М на основе классичес­кого (индуктивного) подхода представлен на рис. 1.1, а. Реальный объект, подлежащий моделированию, разбивается на отдель­ные подсистемы, т. е. выбираются исходные данные Д для

моделирования и ставятся цели Ц, отображающие отдельные сто­роны процесса моделирования. По отдельной совокупности исход­ных данных Д ставится цель моделирования отдельной стороны функционирования системы, на базе этой цели формируется некото­рая компонента К будущей модели. Совокупность компонент объ­единяется в модель М.

Таким образом, разработка модели М на базе классического подхода означает суммирование отдельных компонент в единую модель, причем каждая из компонент решает свои собственные задачи и изолирована от других частей модели. Поэтому классичес­кий подход может быть использован для реализации сравнительно простых моделей, в которых возможно разделение и взаимно неза­висимое рассмотрение отдельных сторон функционирования реаль­ного объекта. Для модели сложного объекта такая разобщенность решаемых задач недопустима, так как приводит к значительным затратам ресурсов при реализации модели на базе конкретных программно-технических средств. Можно отметить две отличитель­ные стороны классического подхода: наблюдается движение от частного к общему, создаваемая модель (система) образуется путем суммирования отдельных ее компонент и не учитывается возник­новение нового системного эффекта.

С усложнением объектов моделирования возникла необхо­димость наблюдения их с более высокого уровня. В этом случае наблюдатель (разработчик) рассматривает данную систему как некоторую подсистему какой-то метасистемы, т. е. систе­мы более высокого ранга, и вынужден перейти на позиции нового системного подхода, который позволит ему построить не только исследуемую систему, решающую совокупность задачи создавать систему, являющуюся составной частью метасистемы. Например, если ставится задача проектирования АСУ предпятием, то с позиции системного подхода нельзя забывать том, что эта система является составной частью АСУ объедением.

Системный подход получил применение в системотехнике в связи с необходимостью исследования больших реальных систем, ког­да сказалась недостаточность, а иногда ошибочность принятая каких-либо частных решений. На возникновение системного подхода повлияли увеличивающееся количество исходных данных праазработке, необходимость учета сложных стохастических связей I в системе и воздействий внешней среды Е. Все это заставило исследователей изучать сложный объект не изолированно, а во взаимодействии с внешней средой, а также в совокупности с другими системами некоторой метасистемы.

Системный подход позволяет решить проблему построения сложной системы с учетом всех факторов и возможностей, пропорциональных их значимости, на всех этапах исследования системы S и построения модели М. Системный подход означает, что каждая система S является интегрированным целым даже тогда, когда она состоит из отдельных разобщенных подсистем. Таким образом, в основе системного подхода лежит рассмотрение системы как интегрированного целого, причем это рассмотрение при разработке начинается с главного — формулировки цели функционирования. Процесс синтеза модели М на базе системного подхода условно представлен на рис. 1.1, б. На основе исходных данных Д, которые известны из анализа внешней системы, тех ограничений, которые накладываются на систему сверху либо, исходя из возможностей ее реализации, и на основе цели функционирования формулируются исходные требования Т к модели системы S. На базе этих требова­ний формируются ориентировочно некоторые подсистемы П, эле­менты Э и осуществляется наиболее сложный этап синтеза — вы­бор В составляющих системы, для чего используются специальные критерии выбора КВ.

При моделировании необходимо обеспечить максимальную эф­фективность модели системы. Эффективное» обычно определяется как некоторая разность между какими-то показателями ценности результатов, полученных в итоге эксплуатации модели, и теми затратами, которые были вложены в ее разработку и создание.

Стадии разработки моделей. На базе системного подхода может быть предложена и некоторая последовательность разработки мо­делей, когда выделяют две основные стадии проектирования: мак­ропроектирование и микропроектирование.

На стадии макропроектирования на основе данных о pеальной системе S и внешней среде Е строится модель внешней среды, выявляются ресурсы и ограничения для построения модели системы, выбирается модель системы и критерии, позволяют оценить адекватность модели М реальной системы S. Построив модель системы и модель внешней среды, на основе критерия эффективности функционирования системы в процессе моделирования выбирают оптимальную стратегию управления, что позволяет реализовать возможности модели по воспроизведению отдельных сторон функционирования реальной системы S.

Стадия микропроектирования в значительной степени зависит от конкретного типа выбранной модели. В случае имитационной модели необходимо обеспечить создание информационного, математического,технического и программного обеспечений системного моделирования. На этой стадии можно установить основные характеристики созданной модели, оценить время работы с ней я затраты ресурсов для получения заданного качества соответствия модели процессу функционирования системы S.

Независимо от типа используемой модели М при ее построении необходимо руководствоваться рядом принципов системного под­хода: 1) пропорционально-последовательное продвижение по эта­пам и направлениям создания модели; 2) согласование информаци­онных, ресурсных, надежностных и других характеристик; 3) пра­вильное соотношение отдельных уровней иерархии в системе моде­лирования; 4) целостность отдельных обособленных стадий постро­ения модели.

Модель М должна отвечать заданной цели ее создания, поэтому отдельные части должны компоноваться взаимно, исходя из единой системной задачи. Цель может быть сформулирована качественно, тогда она будет обладать большей содержательностью и длитель­ное время может отображать объективные возможности данной системы моделирования. При количественной формулировке цели возникает целевая функция, которая точно отображает наиболее существенные факторы, влияющие на достижение цели.

Построение модели относится к числу системных задач, при решении которых синтезируют решения на базе огромного числа исходных данных, на основе предложений больших коллективов специалистов. Использование системного подхода в этих условиях позволяет не только построить модель реального объекта, но и на базе этой модели выбрать необходимое количество управляющей информации в реальной системе, оценить показатели ее функци­онирования и тем самым на базе моделирования найти наиболее эффективный вариант построения и выгодный режим функциониро­вания реальной системы S.