Классификация моделей. Виды моделирования

Классификацией называется совокупность методов исследования, в ходе применения которых объекты, выделенные в предметной области, распределяются по классам, семействам, разрядам, видам, группам в зависимости от их общих признаков. Примером может служить классификация живых организмов.

В настоящее время отсутствует общепринятая классификация моделей и видов моделирования. Различают мысленное и реальное моделирование: в ходе мысленного моделирования субъект строит модель системы в своём сознании, реальная же модель существует в виде материального объекта.

Макеты, рисунки, фотографии и т. д. - это наглядные модели. Выполняя наглядное моделирование, пытаются представить объект моделирования так, как его мог бы воспринимать субъект, который имеет все необходимые приборы и находится в соответствующем месте. Например, наглядная модель нашей галактики изображает её такой, какой её увидел бы в телескоп наблюдатель из соседней галактики.

Графическая модель системы выполняются в виде схемы или чертежа. На структурной схеме системы с помощью условных графических обозначений и простых геометрических фигур изображают физические и геометрические связи элементов системы друг с другом. На функциональной схеме системы изображают её подсистемы, материальные, информационные, финансовые потоки, которыми они обмениваются, а также указывают функции подсистем.

Описание системы с помощью конструкций какого-то языка называется символьным моделированием.

Эксперименты с моделями самолётов в аэродинамических трубах и с моделями судов в опытовых бассейнах являются примерами натурного моделирования. Процессы, протекающие в натурной модели и в объекте моделирования качественно однородны. Натурное моделирование применяется в тех случаях, когда целью исследования является не выяснение общих физических закономерностей, а детальное изучение вполне конкретного процесса в системе с определёнными геометрическими и физическими характеристиками при заданных условиях.

При аналоговом моделировании физические процессы и явления в модели и её оригинале качественно различны, однако между ними существует определённая аналогия (сходство). Например, постоянный электрический ток в проводнике можно представить с помощью течения жидкости по трубе. Физическая географическая карта является аналоговой моделью поверхности Земли, на ней с помощью цвета выделены особенности рельефа местности, кружочками обозначены населённые пункты, линии изображают дороги и т. п.

Общая схема разработки моделей систем управления

Цель моделирования системы управления зависит от этапа жизненного цикла, на котором находится моделируемая система: предпроектного обследования, проектирования, разработки, отладки, испытания, внедрения, эксплуатации. На этапе обследования объекта управления строят символьную модель, которая должна представить в компактной форме информацию об объекте, необходимую разработчику системы, и требования заказчика, выделяют входные и выходные величины технологического процесса, регулирующие воздействия на его протекание. Входные величины характеризуют качество и количество сырья, параметры материальных, информационных, энергетических потоков; выходные величины характеризуют состояние (температуру, расход, давление) и свойства (состав, плотность, вязкость) продукции технологического процесса. Регулирующие воздействия обеспечивают требуемый режим протекания технологического процесса.

На этом же этапе пытаются выявить основные закономерности функционирования объекта управления и формулируют требования, предъявляемые к системе управления. На их основе составляют технико-экономическое обоснование, в котором приводится оценка соотношения затрат на разработку, внедрение, эксплуатацию системы управления с одной стороны и эффективности её использования - с другой. Технико-экономическое обоснование является составной частью технического задания (ТЗ) на разработку системы управления. Как правило, в техническом задании указываются этапы проведения работ и показатели качества системы.

Проектированием технической системы называется процесс разработки комплекта технической документации ( проекта), содержащего описание структуры системы и предъявляемых к ней требований, расчёты, схемы, макеты, сметы, пояснительные записки и другие материалы. В эскизный проект включают описание принципиальных технических решений, тогда как рабочий проект содержит все сведения, необходимые для создания системы. На этапе проектирования системы разрабатываются модели всей системы и её отдельных подсистем для того, чтобы принять оптимальные технические решения, связанные со структурой системы и распределением функций между её компонентами. Обоснование принятых технических решений содержится в пояснительной записке к проекту системы управления.

Практика показывает, что невозможно создать систему, которая бы сразу же будет безукоризненно работать. Дефекты технической системы, а также ошибки, допущенные при её проектировании и разработке, обнаруживают в процессе тестирования системы. Процесс устранения этих дефектов и ошибок называется отладкой системы. Отладка представляет собой наиболее трудоёмкую часть разработки. Моделирование помогает находить причины сбоев и неисправностей.

В ходе испытаний системы экспериментально определяются её конструктивные и эксплуатационные свойства, проверяется, насколько разработанная система соответствует предъявляемым к ней требованиям. Испытания проводят по заранее разработанной программе. Рекомендуется составлять программу испытаний параллельно с разработкой самой системы.

Для установки технической системы в том месте, где она будет эксплуатироваться, выполняют монтажные работы, включающие установку компонентов системы в проектное положение и их закрепление, присоединение средств контроля и автоматизации, а также коммуникаций, обеспечивающих подачу сырья, воды, пара, сжатого воздуха, электроэнергии и удаление отходов производства. Наладка системы включает в себя операции по подготовке системы к эксплуатации. Вся совокупность мероприятий по вводу системы в эксплуатацию (подготовка окружающей среды, проведение монтажных работ, обучение обслуживающего персонала, наладка и запуск системы) называется её внедрением. Сопровождение технической системы представляет собой деятельность, связанную с оказанием пользователям системы специализированных услуг, необходимых для поддержания её устойчивого функционирования, модификации, устранения дефектов, обнаруженных в процессе её эксплуатации. Профилактические (планово-предупредительные) мероприятия направлены на поддержание технической системы в исправном состоянии с заданным уровнем надёжности. Целью моделирования системы управления на этапах внедрения и эксплуатации является предсказание возможных вариантов поведения системы и её окружения. На основе результатов исследования этих моделей принимаются обоснованные управленческие оперативные и стратегические решения. Моделирование применяется в ходе обучения и тренировки персонала, обслуживающего систему, здесь оно часто носит характер деловых игр, тренингов и т. п.