1. Основные цели и этапы моделирования.

Определение качества функционирования большой систе­мы, выбор оптимальной структуры и алгоритма поведения, по­строение системы в соответствии с поставленной перед ней це­лью - главная проблема при проектировании современных больших систем.

Основная общая цель моделирования заключается в на­блюдении за системой, подверженной воздействию внешних или внутренних факторов при достижении системой определенного состоянии, которое может быть как задано, так и неизвестно из-за отсутствия информации или по каким-либо иным причинам. Моделирование позволяет определить, сможет ли система функционировать при таких условиях. Поэтому мо­делирование является одним из базовых методов, используе­мых при проектировании и исследовании больших систем.

Модель системы описывается следующими свойствами:

1. Цель функционирования. Определяет степень целенаправ­ленности поведения модели. Модели делятся на одноцелевые (для решения одной задачи) и многоцелевые (рассматривают ряд сторон объекта).

2. Сложность. Оценивается числом элементов и связей меж­ду ними, иерархией связей, множеством входов и выходов и т. д.

3. Целостность. Модель, которая создается, является одной целостной системой, включает в себя большое количество со­ставных, которые находятся в сложной взаимосвязи.

4. Неопределенность. Проявляется в системе: по состоянию системы, возможности достижения поставленной цели, методам решения задач, достоверности исходной информации и т. д. Главная характеристика неопределенности - как энтропия.

5. Эффективность. Позволяет оценить эффективность дос­тижения системой поставленной цели.

6. Адаптивность. Это свойство определяет адаптивность модели к внешним раздражителям в широком диапазоне изме­нения действий, а также вопрос ее живучести и надежности.

7. Управляемость. Необходимо обеспечить управление со стороны исследователя при имитации разных условий протека­ния процесса.

8. Организационная структура. Зависит от сложности моде­ли и степени совершенствования средств моделирования. Од­ним из главных достижений в области моделирования - это возможность использования имитационных моделей для прове­дения машинных экспериментов.

9. Возможность развития. Современный уровень науки и техники позволяет создавать мощные системы моделирования для исследования многих сторон функционирования реального объекта.

В целом, проблема моделирования сложной системы - это комплекс сложных научно-технических задач.

При создании модели системы выделяют следующие ос­новные этапы.

1. Определение цели моделирования.

2. Идентификация реальных объектов.

3. Выбор вида модели.

4. Построение модели и ее машинная реализация.

5. Взаимодействие исследователя с моделью в ходе ма­шинного эксперимента.

6. Проверка правильности полученных в ходе моделирова­ния результатов.

7. Определение главных закономерностей, исследуемых при моделировании.

2. Общие принципы моделирования систем.

Различают физическое и математическое моделирование.

Физическое моделирование предполагает проведение натурных экспериментов на специальных испытательных или лаборатор­ных стендах для получения физических процессов, однотипных с рассматриваемыми. Модели, полученные таким способом, широко применяются в механике, теплотехнике и др., однако применение физического моделирования становится затруднительным при переходе к сложным многоагрегатным объектам, в различных элементах которых одновременно протекают разнородные фи­зические процессы. К таким объектам относится теплоэнергети­ческое оборудование электростанций с их системами регулиро­вания.

Для изучения сложных систем широко используется математическое моделирование, базирующееся на принципе математического подобия. Математически подобными называ­ются процессы, имеющие одинаковое математическое описание. При математическом моделиро­вании любого объекта его заменяют некоторой приближенной схемой, которая отражает лишь главные, принципиально важ­ные свойства оригинала, характерные не только для одного кон­кретного агрегата, а для целого класса агрегатов или систем.

В процессе исследований, проводимых на математической модели, получают информацию о поведении модели и ее свой­ствах. Модель должна быть адекватной оригиналу в такой мере, чтобы ее свойства с достаточной точно­стью характеризовали те свойства объекта, которые интересуют исследователя.

Широко используют общепринятые в теории ма­тематического моделирования методы декомпозиции - расчле­нения сложного объекта на характерные элементы, и эквива- лентировапия - замены той или иной совокупности натурных элементов одним эквивалентным элементом. Так, при модели­ровании прямоточного парогенератора весь его пароводяной тракт обычно разделяют на несколько характерных участков, в частности по агрегатному состоянию рабочего тела. При моде­лировании же каждого участка, содержащего большое число параллельно включенных труб, исследователь не стремится описать уравнениями процессы в каждой из них, а в целях уп­рощения модели заменяет совокупность этих труб одной или несколькими эквивалентными трубами. Частный случай деком­позиции, когда сложная система разделяется на составляющие ее агрегаты, называют агрегированием

Общих рецептов по выбору расчетной схемы не сущест­вует. Разработка расчетной схемы - один из наиболее ответст­венных этапов математического моделирования, требующий большого искусства, поскольку самые ответственные допуще­ния делаются обычно именно на этом этапе.