5. Формализация и алгоритмизация процессов функционирования систем

Несмотря на многообразие классов моделируемых систем и наличие широких возможностей реализации машинных моделей на ЭВМ, можно выделить основные закономерности перехода от построения концептуальной модели до проведения машинного эксперимента с моделью. Существенным фактором, который нужно учитывать при формализации и алгоритмизации моделей, является использование в качестве инструмента исследования аппаратно-программных средств вычислительной техники. Также необходимо привлекать для выполнения этой трудоемкой работы коллективы специалистов различных специальностей (системщиков, алгоритмистов, программистов).

5.1. Методика разработки и машинной реализации моделей систем

Моделирование с использованием ЭВМ позволяет исследовать механизм явлений, протекающих в реальном объекте с большими и малыми скоростями, так как машинная модель позволяет как бы "сжимать" или "растягивать" реальное время. Машинное моделирование связано с понятием системного времени, отличного от реального времени.

Сущность машинного моделирования – проведение на вычислительной машине эксперимента с моделью, которая представляет собой некоторый программный комплекс, описывающий формально и (или) алгоритмически поведение элементов системы S в процессе ее функционирования, то есть в их взаимодействии друг с другом и внешней средой Е.

Требования пользователя к модели: 1. Полнота модели должна предоставлять пользователю возможность получения необходимого набора оценок характеристик системы с требуемой точностью и достоверностью. 2. Гибкость модели должна давать возможность воспроизведения различных ситуаций при варьировании структуры, алгоритмов и параметров системы. 3. Длительность разработки системы должна быть минимальной с учетом имеющихся ресурсов. 4. Структура модели должна быть блочной, то есть допускать возможность замены некоторых блоков без переделки всей модели. 5. Информационное обеспечение должно давать возможность работы модели с базой данных систем определенного класса. 6. Программные и технические средства должны обеспечить эффективную реализацию модели и удобную работу с ней пользователя. 7. Если вычислительные ресурсы ограничены, то должно быть предусмотрено проведение аналитико-имитационного подхода к исследованию системы.

Процесс моделирования, включая разработку и машинную реализацию модели, является итерационным и продолжается до тех пор, пока не будет получена модель адекватная проектируемой системе.

Моделирование с помощью ЭВМ используется в следующих случаях:

1. для исследования системы до того как она спроектирована с целью определении чувствительности характеристики к изменениям структуры, алгоритмов и параметров объекта и внешней среды;

2. на этапе проектирования системы для анализа и синтеза различных вариантов системы и выбора такого варианта, который будет удовлетворять заданному критерию оценки эффективности системы при принятых ограничениях;

3. при эксплуатации системы для получения дополняющей результаты натурных испытаний информации и для получения прогнозов эволюции системы во времени.

Этапы моделирования систем: построение концептуальной модели и ее реализация; получение и интерпретация результатов моделирования системы.

Рассмотрим взаимосвязь этапов и их составляющих (подэтапов) в виде сетевого графика (рис 5.1.)

Рис. 5.1. Взаимосвязь этапов и подэтапов моделирования

Подэтапы:

1. Постановка задачи машинного моделирования;

2. Анализ задачи моделирования системы;

3. определение требований к исходной информации об объекте и ее сбор;

4. выдвижение гипотез и принятие предположений;

5. определение параметров и переменных модели;

6. установление основного содержания модели;

7. обоснование критериев эффективности модели;

8. определение процедур аппроксимации;

9. описание концептуальной модели системы;

10. проверка достоверности концептуальной модели;

11. составление тех. документации по первому этапу;

1. построение логической схемы модели;

2. получение математических соотношений;

3. проверка достоверности модели;

4. выбор инструментальных средств для моделирования;

5. составление плана выполнения работ по программированию;

6. спецификация и построение схемы программы;

7. верификация и проверка достоверности схемы программы;

8. программирование модели;

9. проверка достоверности программы;

10. составление тех. документации по второму этапу;

1. планирование машинного эксперимента с моделью системы;

2. определение требований к вычислительным средствам;

3. проведение рабочих расчетов;

4. анализ результатов моделирования системы;

5. представление результатов моделирования;

6. интерпретация результатов моделирования;

7. подведение итогов моделирования и выдача рекомендаций;

8. составление тех. документации по третьему этапу.

Теперь рассмотрим содержание каждого этапа более подробно.