
- •1 Методологические основы моделирования сложных систем
- •1.1 Системность
- •Определение понятия системы
- •Основные свойства, обязательные для любой системы
- •Системное мышление
- •Понятия общей теории систем
- •Системный подход
- •1.2 Определение понятий элементов, связей, функций, внешней среды системы Элемент
- •Внешняя среда
- •Функции системы
- •Сложность систем
- •Классификация систем
- •Развитие искусственной системы и ее жизненный цикл
- •1.3 Моделирование
- •Общая методология моделирования
- •Примеры сложных систем Космическая система наблюдения Земли как сложная техническая система
- •Сложная социально-экономическая система
- •2 Методология построения математических моделей
- •2.1 Математическая модель, математическое моделирование – основные понятия, термины и определения
- •Цели математического моделирования
- •2.2 Общие методы построения математической модели Процесс моделирования
- •Анализ и синтез в моделировании
- •Микроподход и макроподход в исследованиях системы.
- •Формальная запись модели системы
- •Модульное построение моделей
- •Понятие вариационных принципов
- •2.3 Требования к построению модели
- •Адекватность и достоверность модели
- •Равнозначимость внешнего и внутреннего правдоподобия
- •2.4 Этапы построения моделей
- •2.4.1 Постановка задачи моделирования
- •Разработка содержательной модели
- •Разработка концептуальной модели
- •Описание внешних воздействий
- •Декомпозиция системы
- •Подготовка исходных данных для математической модели
- •Содержание концептуальной модели
- •2.4.2 Разработка математической модели
- •Разработка функциональных соотношений
- •Выбор метода решения задачи
- •Проверка и корректировка модели
- •Анализ чувствительности модели
- •Реализация математической модели в виде программ для эвм
- •2.4.3 Практическое использование построенной модели и анализ результатов моделирования
- •3 Математические модели структуры и состояния системы
- •3.1 Модель структуры системы Основные понятия структуры системы
- •Модель состава и структуры системы
- •Виды структур
- •Методология моделирования структуры системы
- •Пример разработки моделей деятельности организации
- •3.2 Модель состояния системы Состояние системы и ее функционирование
- •Формализация процесса функционирования системы
- •3.3 Модель процесса функционирования
- •Установление функциональных зависимостей
- •Неопределенность функционирования системы
- •Пути уменьшения неопределенностей при синтезе системы (проекта)
- •3.4 Анализ функционирования и анализ структуры
- •Пример разработки моделей деятельности организации
- •Функционально – физический анализ технических объектов
- •Пример функционально – физического анализа технических объектов Конструкция бытовой электроплитки
- •Функционально стоимостной анализ
- •4 Виды математических моделей
- •4.1 Классификация математических моделей
- •4.2 Классификация математических моделей в зависимости от оператора модели
- •Линейные и нелинейные модели
- •Обыкновенные дифференциальные модели
- •4.3 Классификация математических моделей в зависимости от параметров модели Непрерывные и дискретные модели
- •Детерминированные и неопределенные модели
- •Статические и динамические модели
- •Стационарные и нестационарные модели
- •Формализация системы в виде автомата
- •Формализация системы в виде агрегата
- •Моделирование процесса функционирования агрегата
- •Моделирование агрегативных систем
- •Модель сопряжения элементов
- •5 Математические модели физических явлений и процессов. Универсальность моделей
- •5.1 Математические модели на основе фундаментальных законов
- •Теоретический метод составления математических моделей
- •Основные фундаментальные законы механики
- •Работа, энергия, мощность
- •5.2 Уравнения движения
- •Динамика поступательного движения.
- •5.3 Уравнения состояния
- •Термодинамическая система
- •Твердые тела, жидкости и газы
- •6 Универсальность моделей
- •6.1Типовые математические модели элементов и подсистем
- •Модель колебательного процесса
- •Электрическая подсистема
- •Модели элементов гидравлических систем
- •Модели элементов пневматических систем
- •6.2 Модели на основе аналогий
- •Скорость роста какой-либо величины пропорциональна текущему значению этой величины Закон сохранения материи
- •II. Квадратичная зависимость скорости воспроизводства
- •IV. «Равновесная» численность популяции Nр, которую может обеспечить окружающая среда
- •V. Конкуренция двух популяций
- •VI. Изменение зарплаты и занятости
- •VII. Организация рекламной кампании
- •VIII. Двухвидовая борьба в популяции
- •IX. Взаимоотношения «производитель – управленец».
- •7 Математические модели распределения ресурсов в исследовании операций
- •7.1 Моделирование операций распределения ресурсов
- •Формулировка задачи математического программирования
- •7.2 Модели линейного программирования
- •Формулировка общей задачи линейного программирования.
- •Типовые задачи линейного программирования
- •Транспортная задача
- •Примеры сведения практических задач к канонической транспортной задаче
- •7.3 Распределительные задачи линейного программирования
- •Примеры распределительных задач.
- •Распределение транспортных единиц по линиям
- •Задача о назначениях
- •Экономическая интерпретация задач линейного программирования
- •Перевозки взаимозаменяемых продуктов
- •Перевозка неоднородного продукта на разнородном транспорте
- •Задача коммивояжера
- •Задача о ранце
- •Общая задача теории расписаний
- •8 Моделирование процесса управления
- •8.1 Основные определения
- •Формальная запись системы с управлением
- •8.2 Модели систем автоматического управления
- •Математическая модель объекта управления
- •Устойчивость движения систем
- •Определение программного движения и управление движением
- •8.3 Модели автоматизированных систем управления
- •9 Моделирование производственных процессов Общая характеристика производственного процесса
- •9.1 Модели систем массового обслуживания
- •Основные элементы систем массового обслуживания.
- •Характеристики потока
- •Классификация смо
- •Оценка эффективности смо
- •Аналитические и статистические модели
- •9.2 Модели дискретного производственного процесса
- •Операции обработки
- •Операции сборки
- •Операции управления
- •Формализация отклонения течения производственного процесса от нормального
- •Моделирование комплексного процесса обработки, сборки и управления при поточном производстве
- •9.3 Имитационное моделирование производственного процесса
- •9.3 Модели непрерывного производственного процесса
- •10 Синтез модели (проекта) системы
- •10.1 Проектирование системы как процесс создания (синтеза) ее модели
- •10.2 Методология проектирования
- •10.3 Формирование концепции системы
- •Системный подход при формировании концепции
- •Типовые проектные процедуры формирования концепции
- •10.4 Эффективность системы Понятие эффективности системы
- •Формирование модели цели системы
- •Выбор критериев и показателей эффективности
- •Основные принципы выбора критериев эффективности:
- •Проблемы многокритериальности
- •Особенности синтеза адаптивных систем
- •10.5 Технология проектирования
- •10.6 Принятие решений в проектировании Особенности процесса принятия решений в проектировании
- •Выбор альтернатив
- •Принятие решений в условиях неопределенности
- •Моделирование принятия решения
- •Прогнозирование в принятии решений
- •10.7 Маркетинг и управление проектом
- •Задачи управления проектами
- •Пример анализа на чувствительность экономической задачи
- •11 Синтез модели технической системы
- •11.1 Особенности синтеза модели технической системы
- •Этапы проектирования
- •Особенности построения моделей при проектировании
- •Формирование технического облика системы
- •Формирование структуры системы
- •Выбор основных проектных параметров системы
- •Формирование множества вариантов системы
- •11.2 Концепции автоматизации проектирования
- •История развития сапр
- •Классификация сапр
- •Стратегическое развитие сапр Современное состояние сапр
- •Направления разработки проектной составляющей сапр
- •Разновидности сапр
- •Математическое и информационное обеспечение сапр
- •12 Особенности синтеза модели информационной системы
- •12.1 Общие свойства информационных систем
- •Файл-серверные информационные системы
- •Клиент-серверные информационные системы
- •Архитектура Интернет/Интранет
- •Хранилища данных и системы оперативной аналитической обработки данных
- •12.2 Схемы разработки проекта
- •1. Предпроектные исследования
- •2 Постановка задачи
- •3 Проектирование системы
- •Архитектура программного обеспечения
- •Подсистема администрирования.
- •Техническая архитектура
- •Организационное обеспечение системы
- •4 Реализация и внедрение системы
- •13 Анализ инвестиционной привлекательности проекта системы
- •13.1 Концепции инвестиционной привлекательности проекта Основные типы инвестиций.
- •Основные экономические концепции инвестиционного анализа
- •Состав работ при инвестиционном проектировании
- •13.2 Конкурентоспособность проектируемой системы Оценка потенциальной емкости рынка и потенциального объема продаж
- •Оценка конкурентоспособности
- •13.3 Методы оценки эффективности инвестиций
- •Метод определения чистой текущей стоимости.
- •Метод расчета рентабельности инвестиций
- •Метод расчета внутренней нормы прибыли
- •Расчет периода окупаемости инвестиций
IX. Взаимоотношения «производитель – управленец».
Несмотря на то, что взаимоотношения производителей и управленцев (чиновников) существенно отличаются от взаимоотношений «хищник – жертва», однако и те и другие находятся в конкурентных взаимоотношениях: производители питают управленцев, но и заинтересованы в них (управленцы способствуют производству продукта необходимого для обоих). Таким образом, имеются производители N, управленцы M, накопленный производенный продукт Р.
С
труктурная
схема, раскрывающая наличие и значимость
связей между этими категориями,
представлена на рисунке.
Каждая стрелка схемы соответствует наличию воздействия. Стрелка от Р к N, означает, что изменение N зависит от Р, стрелка от N к N - изменение N зависит от N. Все стрелки, идущие от N, M и Р, указывают, что изменение накопленного продукта Р зависит от N, M и Р.
Характер и вид этих влияний может быть описан математической моделью типа:
dN /dt = (а – β N - l M + c P) N,
dМ/dt = (-d - e M + fP) М, (9)
- hN – kM
= F
Коэффициент пропорциональности (а – β N - l M + c P) в первом уравнении убывает с N и M и растет с Р, что отражает внутреннюю конкуренцию среди производителей N, давление на них управленцев M и способствование производителям накопленного продукта Р. Параметр с отражает уровень использования накопленного продукта производителями.
Коэффициент пропорциональности (-d - e M + f P) М во втором уравнении убывает с M и растет с Р, что отражает внутреннюю конкуренцию управленцев M и благоприятствование росту управленцев накопленного продукта Р. Параметр d отражает жизнестойкость управленцев, параметр f - уровень использования накопленного продукта управленцами (способствование накопленного продукта существованию управленцев). Разница в знаках перед коэффициентами а и d соответствует возможности самостоятельного существования производителей и невозможности его для управленцев. Параметры е и l отражают уровень внутренней конкуренции управленцев.
Третье уравнение отражает производство, накопление и потребление продукта Р. Он производится совместными усилиями производителей и управленцев, потребляют его и те и другие. Параметры h и к отражают уровни потребления накопленного продукта производителями и управленцами, параметр отражает умение общества сберегать накопленный продукт и наличие необходимых природных ресурсов.
Характер участия производителей и управленцев в производстве продукта разный: производители непосредственно его производят, управленцы способствуют производству. В соответствии с этим правая часть уравнения для Р содержит три слагаемых: первое соответствует скорости производства, второе и третье – потреблению производителями и управленцами.
Производство продукта пропорционально
числу производителей N,
коэффициент пропорциональности g
соответствует технологическому уровню
производства, коэффициент
- влиянию на производство управленцев,
коэффициент
,
убывающий с ростом Р –
амортизации накопленного продукта и
трудности его накопления (когда продукта
уже много).
Коэффициент влияния на производство управленцев меняется при изменении M от 1 до ε1/ε2, т.е. с ростом числа управленцев их влияние увеличивается, но ограничено некоторым пределом, в то время, как в отношении производителей такого предела нет.
Продукт понимается обобщенно – это не только потребительские товары, но и интеллектуальный продукт. Производители и управленцы также понимаются неоднозначно и обобщенно. Приведенная модель является достаточно упрощенной, очень многое ею не учитывается, но она дает возможность качественно описать взаимодействие производителей и управленцев. Анализируя модель, можно определить влияние каждого параметра на поведение модели.
Конкретизация и уточнение приведет к значительному усложнению модели, при этом количественная картина существенно не улучшится, но качественное описание существенно усложнится.
И
зменение
в сообществе производителей и управленцев
характеризуется изменением переменных
N, M
и Р, что графически может быть
отражено в трехмерном пространстве,
точки О – точки равновесия, изменения
изображаются некоторыми кривыми,
периодическое изменение – замкнутой
кривой.
Характер сообщества сильно зависит от общего уровня его технологии, характеризуемого параметром g. При
g < h – низкий уровень технологии;
h < g < [1 + (d/f)] – средний уровень технологии;
g > [1 + (d/f)] - высокий уровень технологии.
В
се
кривые сходятся в точке О1, т. е. к
равновесию. Сообщество с низким уровнем
технологии состоит из одних производителей
– со временем переменные меняются так,
что происходит переход любого сообщества
к сообществу из одних производителей.
Координаты Р и M равны нулю - потребляется все, что производится, управленцы постепенно исчезают.
При увеличении уровня технологии до среднего значения характер изменения системы почти тот же, но у состояния равновесия О2 нулю равна только одна координата - M (управленцы). В таком сообществе кроме производителей имеется уже накопленный продукт Р – сообщество может производить продукта больше, чем сразу потребляет, но управленцы в таком сообществе исчезают.
При дальнейшем увеличении уровня технологичности g сверх [1 + (d/f)] при любых изменениях уровни равновесия сообщества достигаются тогда, когда в нем кроме производителей уже есть и накопленный продукт и в связи с этим могут появиться управленцы. Уровень технологии превышает величину [1 + (d/f)], не зависящую от параметров ε1 и ε2, характеризующих способствование управленцев производству. Этот порог не зависит и от того, как интенсивно управленцы потребляют продукт (параметр к).
П
оскольку
параметры h и к
отражают уровни потребления накопленного
продукта производителями и управленцами,
параметр f отражает
способствование накопленного продукта
существованию управленцев, то чем меньше
h и больше f,
тем раньше возникают управленцы. При
этом играют роль также параметр d
(отражает жизнестойкость управленцев)
и параметр
(отражает умение общества сберегать
накопленный продукт и наличие необходимых
природных ресурсов).
Сообщество с высоким уровнем технологии может развиваться по разному, в зависимости от других параметров.
В стабильных сообществах переменные N, M и Р приходят к равновесным значениям, отвечающим равновесию О3, в котором есть производители, накопленный продукт, управленцы. Равновесия О1 и О2, соответствующим сообществам без управленцев, неустойчивы.
Ниже на рисунке приведена зависимость накопленного продукта от уровня технологии (два варианта). Первый вариант – с ростом технологии неограниченно растет накопленный продукт Р (прямая). Второй вариант - с ростом технологии неограниченно накопленный продукт Р (также как и равновесные значения N и M) остается меньше некоторой величины – сообщество с ограниченным развитием (возможно, тупиковывй путь).
Развитие этих стабильных сообществ связано с величиной (ce – lf): при (ce – lf) > 0 общество развивается неограниченно, при (ce – lf) < 0 - ограниченно.
П
араметр
с отражает уровень использования
накопленного продукта производителями,
f - уровень использования
накопленного продукта управленцами, е
и l - уровень внутренней
конкуренции управленцев. Величина (ce
– lf) не включает ни
параметров производства, ни параметров
непосредственного потребления.
Для неограниченно развивающегося сообщества условие (ce – lf) > 0 можно записать в виде c/f > l/e, из чего следует, что возможность развития требует, чтобы отношения параметров и способствования накопленного продукта производителям и управленцам превышало отношение параметров давления управленцев на производителей к параметру внутреннего давления управленцев друг на друга.
Нестабильность сообщества вызывается потерей устойчивости равновесным состоянием (точка О3) и возникающим вследствие этого колебательным процессом изменения переменных N, M и Р (кривая Г). При этом количество накопленного продукта Р то увеличивается, то уменьшается. Так же меняются и величины N и M.
Обозначим через величину, от которой зависит стабильность сообщества. С обращением в нуль и переходом от положительным значениям к отрицательным происходит переход от стабильного общества к нестабильному (выражение через параметры модели достаточно сложное и не приводится). Частный случай: при ε1 = ε2 и е = = 0 имеет место нестабильность.
На рисунке качественно показано, в силу каких причин (значений параметров модели) сообщество имеет ту или иную организацию.
В модели не отражены роль науки, культуры, влияние различных отраслей промышленности, социальные отношения и т.д. и т.п.