1.2 Классификация моделей

Все модели принято делить на физические и математические. Физическая модель – это система, подобная оригиналу, или система, у которой процесс функционирования совпадает с оригиналом, и которая имеет такую же или иную физическую природу.

Виды физических моделей натурные, квазинатурные, масштабные и аналоговые.

Натурная модель – это реальная исследуемая система (макет или опытный образец), полностью соответствующая оригиналу, что обеспечивает высокую точность и достоверность результатов моделирования. Созданием и исследованием натурных моделей заканчивается процесс проектирования ВС.

Квазинатурная модель - это совокупность натурной и математической (абстрактной) моделей. Используется в том случае, если математическая модель части системы неудовлетворительна (например, модель человека-оператора при моделировании ВС). Примером такой модели могут служить реальные АСУ, исследуемые совместно с математическими моделями соответствующих производств.

Масштабная модель – это система той же физической природы, что и оригинал, но отличающаяся масштабами. При проектировании ВС такие модели могут использоваться для анализа вариантов компоновки системы и ее элементов.

Аналоговая модель – это система, имеющая физическую природу, отличающуюся от оригинала, но сходные с оригиналом процессы функционирования. Обязательным является условие однозначного соответствия между параметрами изучаемого объекта и его модели, а также тождественности математических описаний процессов ,протекающих в них. Для создания аналоговой модели требуется математическое описание изучаемой системы.

Наиболее широко распространены электрические и электронные аналоговые модели, в которых сила тока или напряжение являются аналогами физических величин другой природы. Аналоговые модели отличаются гибкостью, простотой подгонки к изменениям измеряемых характеристик системы. Аналоговые модели используются при исследовании средств ВТ на уровне логических элементов и электрических цепей, а также на системном уровне, когда функционирование системы описывается дифференциальными или алгебраическими уравнениями.

Математическая модель – формализованное описание системы, с помощью абстрактного языка, в частности, с помощью математических соотношений, отражающих процесс функционирования системы. Для составления математической модели можно использовать любой математический аппарат – алгебраическое, дифференциальное или интегральное исчисление, теорию множеств, теорию автоматов и т.д.

В основе классификации математических моделей лежат цели моделирования и особенности моделируемого объекта. В зависимости от необходимости учета случайных факторов различают детерминированные и вероятностные (стохастические) модели. Детерминированные устанавливают однозначное соответствие между параметрами и характеристиками модели, а вероятностные - между статистическими значениями этих величин.

По методу исследования математические модели разделяют на аналитические, численные и имитационные.

Аналитическая модель - это формализованное описание системы позволяющее получить решение уравнения (1.2) в явном виде, используя математический аппарат.

Численная модель характеризуется зависимостью вида (1.2) , которая допускает частные численные решения для конкретных начальных условий и параметров.

Имитационная модель – это совокупность описания системы и внешних воздействий, алгоритмов функционирования системы или правил изменения состояний системы под воздействием внешних и внутренних возмущений. Эти алгоритмы и правила не могут быть описаны с помощью математических или численных методов, но позволяют имитировать процесс функционирования системы и производить измерения ее характеристик.

Имитационная модель (ИМ) может быть создана для гораздо более широкого класса систем, чем аналитическая или численная модель. Для реализации ИМ, как правило, используются ВС, поэтому средствами формализованного описания ИМ служат универсальные или специальные алгоритмические языки.