2.1 Содержательное описание объекта

Составление содержательного описания объекта моделирования представляет собой выполнение следующих действий:

Вначале определяются объект имитации и необходимый состав исходной технической информации. Устанавливаются границы изучения функционирования объекта. Составляется возможный список ограничений модели, которые допустимы при организации имитации или при наличии которых еще имеет смысл имитации функционирования объекта моделирования.

Ставятся конкретные цели моделирования и формулируются основные критерии эффективности, по которым предполагается проводить сравнение на модели различных вариантов решения.

Результатом работ на данном этапе является содержательное описание объекта моделирования с указанием целей имитации и аспектов функционирования объекта моделирования, которые необходимо изучить на ИМ. Обычно оно представляет собой техническое описание объекта моделирования, описание внешней среды, с которой он взаимодействует, и временную диаграмму этого взаимодействия.

2.2 Концептуальная модель

Составление концептуальной модели производится в следующей последовательности:

Устанавливаются связи между входами и выходами системы и её отдельных частей. На основе анализа поставленной задачи определяется общий замысел модели, выдвигаются гипотезы и уточняются все допущения, необходимые для построения математической модели, а на основании содержательного описания уточняется задачи моделирования, определяются процедура и график ее решения.

Общая задача моделирования разбивается на частные подзадачи, устанавливаются приоритеты решения подзадач моделирования. Затем проводится тщательный анализ задач, стоящих перед имитацией.

Выполняются такие работы, как выбор параметров и переменных системы, представляющих интерес для моделирования; уточнение критериев эффективности функционирования различных вариантов проектируемой системы; выбор типов аппроксимации отдельных компонент модели. Проводятся также: предварительный анализ требований к модели сложной системы; определение необходимых математических уравнений, описывающих реальные процессы; поиск возможных методов проверки правильности функционирования модели. Одновременно с этим исследователь должен выбрать язык будущей формализации процессов в объекте моделирования.

Результатом выполнения работ являются концептуальная модель, выбранный язык формализации и способ организации имитации, реализуемый языком формализации. В состав концептуальной модели входят: уточненное содержательное описание объекта моделирования, свободное от всего того, что не представляет интереса для моделирования системы; уточнённый список параметров и переменных моделирования и связь между ними; критерии эффективности функционирования вариантов системы; список используемых методов обработки результатов имитации и перечисление способов представления результатов моделирования.

Отметим, что при создании небольших моделей данный этап работ совмещается с этапом составления содержательного описания моделируемой системы.

2.3 Формальное описание объекта моделирования

Цель формального описания объекта моделирования – получение исследователем формального представления алгоритмов поведения компонент сложной системы и отражение вопросов взаимодействия между собой этих компонент. При составлении формального описания модели исследователь использует тот или иной язык формализации. В зависимости от сложности объекта моделирования и внешней среды могут использоваться три вида формализации:

– аппроксимация явлений функциональными зависимостями,

– алгоритмическое описание процессов в системе,

– смешанное представление в виде последовательности формул и алгоритмических записей.

После составления формального описания объекта моделирования приступают к его проверке. Это первая главная проверка достоверности будущей модели сложной системы в процессе проектирования. Для обеспечения контроля правильности функционирования модели вводят известные классические модели, достоверность которых доказана. Они фигурируют в модели в виде составных частей. На вход таких моделей поступают данные, вычисляемые в других частях модели, достоверность которых проверяется. Если результат работы классической модели окажется недостоверным, то считают, что предшествующая часть формального описания системы также недостоверна.

В процессе проверки достоверности модели необходимо ответить на следующие вопросы: позволяет ли модель решить поставленные задачи моделирования, насколько полна предложенная схема модели и отражает ли она фактическую последовательность развития процессов в реальной системе. Необходимо провести анализ каждой функции модели и убедиться, что она нашла свое отражение в формальном описании модели. В том случае, когда уравнения получены на основании анализа опытных данных, необходимо провести выборочную проверку согласия уравнений с исходной информацией, по которой они получены. Для уравнений, полученных теоретическим путем, необходимо провести вычисления в нескольких контрольных точках с целью определения приемлемости результатов. Для дополнительной проверки уравнений обязательно провести анализ размерностей и масштабов переменных системы.

Важно правильно выбрать вычислительные средства и язык программирования, которые обеспечили бы исследователю легкость программирования, минимальные затраты на моделирование, доступность выбранной ЭВМ, быстрое получение результатов. Результатом этапа является проверенное формальное описание исследуемой системы на выбранном языке формализации.