Концептуальное моделирование

Содержательное описание системы, составленное по результатам изучения проблемной ситуации, включает перечень объектов и ситуаций, подлежащих исследованию, определяет цели исследования. Концептуальная модель - это абстрактная модель, определяющая структуру моделируемой системы, свойства ее элементов и причинно-следственные связи, присущие системе и существенные для достижения цели моделирования.

Переход от содержательного описания системы и исследуемой задачи к построению соответствующей концептуальной модели неоднозначен. Однако опыт показывает, что исследование почти всегда включает следующие этапы:

• составление функциональной схемы взаимодействия основных процессов, протекающих в системе;

• определение границ модели;

• определение степени подробности представления элементов.

Последовательное прохождение указанных этапов и составляет, по сути, технологию построения моделей систем. Можно отметить, что во многом схожая технология используется при создании программных продуктов методами объектного моделирования.

Каждый выделенный этап характеризуется своим набором понятий, поэтому переход от одного этапа к последующему есть трансформация модели, записанной в одних понятиях, в модель, базирующуюся на других понятиях. Эта трансформация сопровождается не только изменением понятий, но и накоплением и упорядочением наших знаний о системе.

Вернемся к примеру [1]. В нем достаточно полно дано содержательное описание объекта и проблемной ситуации, возникшей на этапе подготовки строительства ГЭС и состоящей, в частности в том, что организаторов строительства интересуют в основном группы вопросов, связанные с производством, перевозкой, укладкой (потреблением) бетона. Решение именно этих вопросов даст ответ на поставленные задачи составления и выполнения долгосрочных, краткосрочных и оперативных планов строительства, выбора состава автопарка, выбора схемы укладки бетона, организации движения и др. Понятия, с которыми оперируют на данном этапе, характерны для рассматриваемой проблемной области. Иначе говоря, это - профессиональные понятия исследователя системы. В результате вырисовывается следующая общая картина изучаемой проблемы (см. рис. 2.2). Центральными являются вопросы производства, перевозки и потребления бетона.

Производство бетонаобеспечивают карьер и бетонный завод, а также транспорт, осуществляющий перевозки из карьера на бетонный завод. Дляперевозки бетонаопределяющими являются структура транспортного хозяйства (количество и типы автотранспорта), организация транспортного движения, характеристики дороги.Процесс потребления(укладки) бетона зависит от количества укладочных мест, состава работающих укладочных механизмов, режима работы укладочных механизмов, графика ввода их в действие по мере роста плотины. Однако представление системы на рис. 2.2 лишь акцентирует внимание на объектах и процессах, требующих изучения или учета. Следующим этапом является описание взаимодействия основных изучаемых процессов, их характеристик, определение границ модели.

Для рассматриваемого примера такое описание может быть дано в следующем виде (рис. 2.3). Основным объектом изучения в процессе производства бетона является бетонный завод. С одной стороны, БЗ снабжается щебнем из карьера, с другой стороны, БЗ - поставщик бетона для строительства. В данной ситуации снабжение БЗ щебнем узким местом быть не может и в дальнейшем из изучения исключается (на рис. 2.3 этот процесс изображен штриховой линией). Материальными носителями процесса перевозки являются дорога с находящимися на ней транспортными средствами. Здесь подлежит изучению и определению состав и характеристики автопарка, требуемого для перевозки бетона, и организации движения. Оба эти фактора влияют на процесс перевозки. Однако следует учесть и такие факторы, как погодные условия и наличие на дороге «постороннего» транспорта, - эти факторы являются внешними относительно изучаемой системы, т.е. они влияют на ее работу, а влияние системы на них не изучается (даже в случае наличия такого влияния). Далее процесс укладки бетона зависит от поступающего потока бетона и металлоконструкций. В результате в модель включаются следующиеобъекты и процессы: БЗ, перевозка бетона, укладка бетона. Кроме того, учету подлежат такие факторы, как посторонний транспорт и погодные условия. За пределами анализа остаются, например, экологические проблемы. Если бы потребовалось учесть их в модели, то нужно было бы предусмотреть механизмы, определяющие влияние объекта и процесса его строительства на окружающую среду.

После выделения основных элементов и процессов в модели необходимо решить вопрос о степени подробности их представления: следует определить, какие факторы и параметры учитываются и регистрируются в каждом из выделенных процессов.

Перечень факторов и параметров зависит как от назначения модели, так и от исследуемых режимов ее работы. В рассматриваемом случае модель служит прежде всего для выяснения возможностей системы по производству, перевозке и укладке бетона. При этом, как уже отмечалось, необходимы исследования функционирования системы на промежутках времени различной продолжительности (для долгосрочного, краткосрочного и оперативного планирования). В соответствии с этим для изучаемой системы принята следующая детализация элементов.

При рассмотрении функционирования БЗ необходимо учитывать состав очереди автотранспорта на погрузку, наличие у БЗ нескольких независимо работающих секций, производящих и выгружающих бетон, возможности выпуска (и соответственно погрузки) бетона различных марок, процесс управления переключением секций на выпуск бетона различных марок с учетом различия во времени их приготовления. Вообще говоря, временные характеристики приготовления бетона определяются протеканием соответствующих физических процессов в рамках технологии его изготовления. Однако эти процессы достаточно хорошо изучены и их можно не рассматривать в рамках данной модели и считать указанные характеристики известными.

При рассмотрении укладки учитывается очередь транспорта на разгрузку, сама разгрузка, рабочий цикл разгрузочного механизма (прием бетона - движение к плотине - выгрузка бетона в тело плотины - движение к месту приема), отказы и ремонт разгрузочных механизмов.

При описании процесса перевозки необходимо учитывать, как уже отмечалось, погодные условия, наличие постороннего транспорта, характеристики автотранспорта, перевозящего бетон, время его перевозки. Последняя характеристика, в частности, определяется структурой транспортного потока на дороге и организацией движения на ней. В общем случае зависимость длительности поездки от указанных факторов неизвестна, поэтому для ее определения необходима достаточно подробная модель дорожного движения, учитывающая закономерности движения транспорта на дороге: скорость свободного движения, правила обгона, интервалы безопасности, габаритные размеры машин и т.п. Такая модель тем более необходима, что исследование возможностей дороги по перевозке бетона, как указывалось, является одной из узловых задач. Получив временные характеристики движения на этой подробной модели, можно составить огрубленную модель, в которую найденные характеристики войдут как исходные данные.

В результате описанной детализации мы получаем концептуальнуюмодель, содержащуюперечень взаимодействующих элементов, процессов и перечень соответствующих характеристик, учитываемых при их функционировании. Остается проверить эти перечни на информационную обеспеченность. Имеется в виду возможность задания выбранных характеристик на базе имеющегося набора данных о системе. Например, время приготовления бетона на БЗ можно задать, исходя из имеющихся данных, а время перевозки бетона - нельзя. То есть необходимо убедиться, что информация, требуемая для работы каждого элемента, обеспечивается исходными данными. В противном случае необходимо определить способ получения недостающей информации.