Міністерство освіти та науки України

Одеський національний політехнічний університет

Кафедра автоматизації теплоенергетичних процесів

конспект лекцій з дисципліни

"Числові методи і моделювання на ЕОМ"

Частина 2

для студентів інституту енергетики і систем комп'ютерного управлиння

при підготовке бакалаврів

за напрямком 6 050202 – Автоматизація і комп'ютерно - інтегровані технології

Составил проф. Ю.К. Тодорцев

Одеса 2010 Раздел 1. Основы моделирования систем

Тема 1.1. Модели и моделирование

§- 1.1.1.Моделирование — метод познания и этап всякой целенаправленной деятельности

Учебные элементы параграфа:

0. Объект

1. Методы изучения элементов систем автоматизированного управления.

2. Аналогия.

3. Моделирование.

4. Модель.

5. Оригинал.

6. Задача.

7. Проблема.

8. Субъект деятельности.

Внешняя среда, в которой существует человек, состоит из объектов. Объект представляет собой конкретный опознаваемый предмет, единицу или сущность (реальную или абстрактную), имеющую четко определенное функциональное назначение в данной предметной области. В общем можно сказать, что объект – это осязаемый и или видимый предмет; нечто воспринимаемое мышлением; нечто, на что направлена мысль или действие. Объекты обладают состоянием, поведением, индивидуальностью. Объекты существуют во времени, изменяются, имеют внутреннее состояние, преходящи и могут создаваться, разрушаться и разделяться. Объекты существуют не изолированно, а могут подвергаться воздействию или сами воздействовать на другие объекты.

Состояние объекта характеризуется перечнем всех возможных (обычно статических) свойств данного объекта и значениями (обычно динамическими), каждого из этих свойств.

Поведение, характеризует, как объект воздействует или подвергается действию других объектов с точки зрения изменения состояния этих объектов и передачи сообщений. Поведение объекта полностью определяется его действиями. Поведение – это то, как объект действует и реагирует.

Индивидуальность – это такие свойства объекта, которые отличают его от всех других объектов. Структура и поведение схожих объектов определяет общий для них класс, а экземпляр класса – объект.

Предметной областью нашей специальности являются объекты, в которых осуществляются различные технологические процессы (механические, гидравлические, теплотехнические, химические, ядерные).

Специалистам по автоматизации и компьютерно - интегрированным технологиям при решении инженерных задач приходиться оценивать состояние, поведение и индивидуальность (статические и динамические характеристики) технологических объектов управления (ТОУ). Большинство ТОУ представляют собой большие и сложные системы, изучение которых сопряжено со значительными трудностями.

В тоже время нередко бывает так, что те или иные свойства и характеристики, трудно обнаруживаемые в какой-либо системе, сравнительно заметно проявляются в другой, сходной с первой по определённым признакам. По сути дела при объяснении сложных явлений ищутся сходства с тем, что уже известно. Т.е. познание неизвестного, непонятного идёт через уже известное, понятное. Такие пути познания называют методами аналогии и моделирования.

Получение того или иного вывода с помощью метода аналогии поясним следующим образом. Пусть некоторые объекты А и В характеризуются одинаковыми свойствами: a, b, c, d, e. Пусть, далее, у объекта А наблюдается свойство f. Метод аналогии предполагает, что, и объект В обладает этим свойством f, хотя и не наблюдаемым непосредственно. Однако этот вывод не является абсолютно достоверным, а носит вероятностный характер и поэтому нуждается в дополнительной проверке.

Более эффективным является метод познания, который называется моделированием.

В то же время любая человеческая деятельность направлена на достижение определённой цели — образ желаемого будущего, который надо как-то сформулировать.

Для определения ключевого понятия “моделирование ” напомним, что любые два объекта О₁ и О₂ являющиеся предметами человеческой деятельности всегда в чем-то сходны и в чем-то различны.

Если О₁ и О₂ имеют существенное сходство и несущественное различие, то возможно изучение важнейших свойств О₁ с помощью О₂. Назовем О₁ — натурой или оригиналом, а О₂ — моделью.

Замещение объекта О₁ объектом О₂ для изучения или фиксации важнейших свойств О₁ с помощью O₂ называется моделированием объекта O₁ объектом O₂. Модель и оригинал реализуются в определенной окружающей среде.

Модель можно считать специальной системой, т.е. цель деятельности можно считать моделью состояния, на реализацию которого и направлена деятельность. Целесообразная деятельность невозможна без моделирования. Алгоритм деятельности, также модель этой деятельности, которую ещё предстоит реализовать.

Таким образом, моделирование является обязательным неизбежным действием во всякой целесообразной деятельности, пронизывает и организует её, представляет собой не часть, а аспект этой деятельности. Представить ситуацию моделирования можно следующим образом ( рис.1.1).

Рис. 1.1. Схема ситуации моделирования

В этой схеме появляется ещё один компонент — задача.

Задача возникает тогда, когда для достижения цели есть несколько неочевидных путей и надо выбрать наилучший.

Попутно заметим, что совокупность задач образуют проблему (рис.1.2):

Рис. 1.2. Проблемы и задачи

Понятие модели является фундаментальным и его следует рассмотреть с системных позиций.

Вопросы для самоконтроля и подготовки к МК:

0. Дайте определение понятия объект.

1. Какими методами можно изучать автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП)?

2. В чём сущность и различие методов аналогии и моделирования?

3. Нарисуйте структуру ситуации моделирования?

4. Как соотносятся между собой задача и проблема?

5. При каких условиях оригинал можно заменить моделью?