2.4. Общая характеристика проблемы моделирования систем
2.4.1. Объект моделирования.
Определение системы.
Система S – это целенаправленное множество взаимосвязанных элементов любой природы [17].
Внешняя среда E - это множество существующих вне системы элементов любой природы, оказывающих влияние на систему или находящихся под ее воздействием.
В зависимости от цели исследования могут рассматриваться разные соотношения между объектом S и внешней средой E.
В
зависимости от уровня, на котором
находится наблюдатель, объект исследования
может выделяться по-разному и может
иметь место различие взаимодействия
этого объекта с внешней средой. Т.е.
справедлива взаимосвязь:
При системном подходе к моделированию систем необходимо прежде всего четко определить цель моделирования.
Поскольку невозможно полностью смоделировать реально функционирующую систему (систему-оригинал или первую систему) создается модель (система-модель или вторая система) под поставленную проблему.
Таким образом, цель возникает из требуемых задач моделирования, что позволяет подойти к выбору критерия и оценить, какие элементы войдут в создаваемую модель M.
2.4.2. Характеристики моделей систем
Для моделирования систем характерно следующее.
Цель функционирования, определяет степень целенаправленности:
одноцелевые модели (для решения одной задачи);
многоцелевые модели (для решения ряда сторон функционирования объекта).
Сложность (модель может быть идентифицирована по целому ряду признаков).
Целостность. Создаваемая модель является одной целостной системой S(M).
Неопределенность, которая проявляется в системе: по состоянию системы, возможности достижения поставленной цели, достоверности исходной информации. Основной характеристикой неопределенности служит такая мера информации, как энтропия, позволяющая в ряде случаев оценить количество управляющей информации, необходимое для достижения заданного состояния системы.
Поведенческая страта, которая позволяет оценить эффективность достижения системой поставленной цели.
Адаптивность. Свойство высокоорганизованной системы. Благодаря адаптивности удается приспосабливаться к различным внешним возмущающим факторам в широком диапазоне изменения воздействия внешней среды.
Организационная структура систем моделирования – возможность использования имитационных моделей для проведения машинных экспериментов.
Управляемость модели – это обеспечение управления со стороны экспериментатора.
Возможность развития модели. Необходимо предусмотреть возможность развития системы моделирования как по горизонтали в смысле расширения спектра изучаемых функций, так и по вертикали в смысле расширения числа подсистем.
2.4.3. Цели моделирования систем
Одна из основных проблем при моделировании - это проблема целевого назначения.
Подобие процесса в модели реальному процессу является не целью, а условием правильного функционирования модели.
Цель – задача изучения какой-либо стороны функционирования объекта.
Если цель моделирования ясна, то отсюда следует проблема построения модели. Построение модели оказывается возможным, если имеется информация (или выдвинута гипотеза) относительно структуры, алгоритмов и параметров исследуемого объекта. На основании их изучения осуществляется идентификация объекта.
Если модель построена, то следующая проблема – работа с ней, т.е. реализация модели, основная задача которой – это минимизация времени получения конечных результатов и обеспечения их достоверности.
Для правильно построенной модели характерно то, что она выявляет лишь те закономерности, которые нужны исследователю, и не рассматривает свойства системы S, не существенные для данного исследования.
Таким образом, от постановки задачи моделирования до интерпретации полученных результатов существует большая группа сложных научно-технических проблем:
идентификация реальных объектов;
построение модели и машинная реализация;
взаимодействие исследователя с моделью в ходе машинного эксперимента, проверка правильности полученных в ходе моделирования результатов;
выявление основных закономерностей.
И в этом смысле нет формальных путей выбора оптимального вида модели. Поэтому той или иной аналогии, выбор того или иного математического аппарата моделирования полностью основывается на имеющемся опыте исследователя, и ошибка исследователя может привести к ошибочным результатам моделирования.
Постановка задачи, построение содержательной модели реального объекта во многом представляет собой творческий процесс и базируется на эвристике.