10. Общая технологическая схема имитационного моделирования (Гриша)

Техноло­гическая схема имитационного моделирования включает следующее:

1 - реальная система;

2 - построение логико-математической модели;

3 - разработка моделирующего алгоритма;

4 - построение имитационной (машинной) модели;

5 - планирование и проведение имитационных экспе­риментов;

6 - обработка и анализ результатов;

7 - выводы о поведении ре­альной системы (принятие решений).

Вне зависимости от типа моделей ИМ включает в себя ряд основных этапов.

Этапы ИМ.

На первом этапе формулируется проблема, стоящая перед исследовате­лем, и принимается решение о целесообразности применения метода имита­ционного моделирования.

Затем определяются цели, которые должны быть достигнуты в результа­те имитации. На этом этапе определяется и детально изучается объект моде­лирования, те стороны его функционирования, которые представляют инте­рес для исследования. Результатом этапа является содержательное описание объекта моделирования с указанием целей имитации и тех аспектов функ­ционирования объекта моделирования, которые необходимо изучить на ими­тационной модели.

Далее следует: изучение проблемной ситуации - определение диагноза и по­становка задачи; уточнение целей моделирования; обоснование необходимо­сти моделирования и выбор его метода. На этом этапе формулируются цели моделирования.

Структурирование и формулирование проблемы. Анализ проблемы не­обходимо начинать с детального изучения всех аспектов функционирования системы. Важно правильно поставить задачи, общая задача моделирования при этом разбивается на частные. Основное смысловое содер­жание системного подхода к решению проблем моделирования представлено на рисунке

Первый и самый важный шаг при создании любой модели состоит в оп­ределении ее целевого назначения. Может быть применен метод декомпози­ции целей, предполагающий разделение целого на части: целей - на подцели, задач - на подзадачи, и т. д. (построение дерева целей).

Категории целей в имитаци­онном исследовании.

Оценка. Определяется, насколько хорошо система предлагаемой струк­туры будет соответствовать некоторым конкретным критериям.

Сравнение альтернатив. Выполняется сопоставление конкурирующих систем, рассчитанных на выполнение определенной функции, или же выпол­няется сопоставление нескольких предлагаемых рабочих принципов или методик.

Прогноз. Выполняется оценка поведения системы при некотором пред­полагаемом сочетании рабочих условий.

Анализ чувствительности. Из большого числа действующих факторов выявляются те, которые в наибольшей степени влияют на общее поведение системы.

Выявление функциональных соотношений. Определяются зависимости между двумя или несколькими действующими факторами, с одной стороны, и откликом системы с другой.

Оптимизация. Находится точное определение такого сочетания дейст­вующих факторов и их величин, при котором обеспечивается наилучший от­клик всей системы в целом.

Формирование критериев. Четкость и однозначность определения кри­териев влияет на процесс создания модели и экспериментирования с ней; не­правильное определение критерия ведет к неправильным выводам.

Концептуалъная модель - логико-математическое описание моделируе­мой системы в соответствии с формулировкой проблемы. Основное содержа­ние этого этапа - формулировка общего замысла модели, переход от реальной системы к логической схеме ее функционирования. На этом этапе - документированное концептуальное описание плюс выбранный способ формализации моделируемой системы.

Построение концептуальной модели начинается с того, что на основе цели моделирования устанавливаются границы моделируемой системы, определяют­ся воздействия внешней среды. Выдвигаются гипотезы и фиксируются все до­пущения (предположения), необходимые для построения имитационной моде­ли. Обсуждается уровень детализации моделируемых процессов.

Система есть совокупность взаимосвязанных элементов. Декомпозиция системы (объекта моделиро­вания) или выделение подсистем есть операция анализа. Элементы модели должны соответствовать реально существующим фрагментам в системе.

Описание внешней среды выполняется, поскольку элементы внешней среды оказывают определенное влияние на элементы системы, однако влия­ние самой системы на них, как правило, незначительно.

При обсуждении уровня детализации модели важно понимать, что в ос­новании всякой декомпозиции лежат два противоречивых принципа: полно­та и простота. Критерии эффективности, параметры, переменные модели.

Параметрами являются величины, которые исследователь может выби­рать произвольно, в отличие от переменных модели, которые могут прини­мать только значения, определяемые видом данной функции. В модели различают переменные двух видов: экзогенные и эндогенные. Экзогенные пе­ременные называются также входными. Это означает, что они порождаются вне системы или являются результатом взаимодействия внешних причин. Эндогенными переменными называются переменные, возникающие в систе­ме в результате воздействия внутренних причин.

На третьем этапе имитационного исследования осуществляется форма­лизация объекта моделирования. Процесс формализации сложной системы включает выбор способа формализации и составление формального описания системы.

Основная задача этапа формализации — дать формальное описание слож­ной системы, свободное от второстепенной информации, имеющейся в со­держательном описании, алгоритмическое представление объекта модели­рования. Цель формализации - получить формальное представление логико-­математической модели, т. е. алгоритмов поведения компонентов сложной системы, и отразить на уровне моделирующего алгоритма вопросы взаимо­действия между собой этих компонентов.

На заключительных этапах имитационного моделирования необходимо проводить стратегическое и тактическое планирование имитационного экс­перимента (см. 9 вопрос конец). Организация направленного вычислительного эксперимента на имитационной модели предполагает выбор и применение различных анали­тических методов для обработки результатов имитационного исследования.