Вопрос 36. Структура и процесс моделирования содержание этапов.

Моделирование систем - это метод, с помощью которого, варь­ируя в эксперименте потоки материалов или предметов через опера­ции или процессы, можно определить влияние изменений различных переменных в системе. Моделирование представляет собой средство опытной проверки идей и представлений в условиях, которые невоз­можно было бы создать для реального эксперимента, учитывая свя­занные с этим затраты, время и риск. Это метод накопления опыта и обучения, результатом которого может быть разработка новой и луч­шей системы, оценка нескольких альтернативных систем или нахож­дение лучшего способа функционирования заданной системы. Моде­лирование по существу своему является заменой практического опы­та, который иначе был бы слишком дорог, продолжителен и рискован. Может оказаться, что специалисты моделирования, накопившие успешный опыт его применения, ориентируются в методике, но не ориентируются в постановке проблемы или в возможностях, имею­щихся в той или иной области. Они склонны применять эту методику независимо от того, существует ли сама проблема или возможность практического ее решения. Необходимо помнить, что моделирование систем представляет собой орудие исследования, и никто не может заранее предсказать, какими методами выразить лучшее понимание системы. Суждение от­носительно целесообразности усилий, направленных на создание мо­дели системы, должно основываться на рассматриваемой системе и ясном представлении, что в некоторых случаях эти усилия могут дать лишь незначительный результат. Процесс моделирования обязательно включает и построение аб­стракций и умозаключения по аналогии и конструирование новых сис­тем. Основная особенность моделирования в том, что это метод опо­средованного познания с помощью объектов заменителей. Модель выступает как своеобразный инструмент познания, который исследо­ватель ставит между собой и объектом и с помощью которого изучает интересующий его объект. Процесс моделирования включает три элемента: субъект (ис­следователь); объект исследования; модель, опосредующая отноше­ние познающего субъекта и познаваемого объекта. Первый этап моделирования - построение модели. Он пред­полагает наличие некоторых знаний об объекте - оригинале. На этом этапе важен вопрос о необходимой и достаточной мере сходства ори­гинала и модели. Любая модель замещает оригинал лишь в строго ог­раниченном смысле, и изучение одних сторон моделируемого объекта осуществляется ценой отказа от отражения других сторон. Из этого следует, что для одного объекта может быть построено несколько специализированных моделей, концентрирующих внимание на опре­деленных сторонах исследуемого объекта ила же характеризующих объект с разной степенью детализации.

При разработке модели должны соблюдаться следующие прин­ципы:

1. Принцип компромисса между ожидаемой точностью резуль­татов моделирования и сложностью модели. В соответствии с этим принципом в процессе создания модели устанавливается разумный компромисс с использованием критерия "точность модели - затраты на создание модели". 2. Принцип баланса, точности требует соразмерности систе­матической погрешности моделирования и случайной погрешности в задании параметров описания. Этот принцип устанавливает требова­ние соответствия между точностью исходных данных и точностью мо­дели, между точностью отдельных элементов модели, между система­тической погрешностью модели и случайной погрешностью при интер­претации и усреднении результатов. 3. Принцип разнообразия элементов модели, в соответствии с которым количество элементов должно быть достаточным для прове­дения конкретных исследований 4. Принцип наглядности модели трактует, что при прочих рав­ных условиях модель, которая привычна, удобна, построена на обще­принятых терминах, обеспечивает, как правило, более значительные результаты, чем менее удобная и наглядная 5. Принцип блочного представления модели. Для его реали­зации следует соблюдать следующие правила:

- обмен информацией между блоками должен быть минималь­ным;

- блок модели, мало влияющей на интерпретацию результатов моделирования, является несущественным и подлежащим удалению;

- блок модели, осуществляющий взаимодействие с исследуемой частью системы, можно заменить множеством упрощенных эквивален­тов, не зависящих от исследуемой части, при этом моделирование проводится в нескольких вариантах по каждому упрощенному эквива­ленту;

- при упрощении блока, воздействующего на исследуемую часть системы, следует рассмотреть возможность прямого упрощения замк­нутого контура без разрыва обратной связи. Для этого блок заменяют вероятным эквивалентом с оценкой его статистических характеристик, полученных путем автономного исследования упрощенного блока;

- замена блока воздействиями, наихудшими по отношению к ис­следуемой части системы Прежде чем использовать модель необходимо в процессе ис­следования проверить, отвечает ли она предъявляемым требованиям:

- полноты, адаптивности, возможности включения достаточно широких изменений;

- быть достаточно абстрактной, чтобы допускать варьирование большим числом переменных. Вместе с тем при стремлении к абст­рактности необходимо контролировать, чтобы не были утеряны физи­ческий смысл и возможность оценки полученных результатов;

- быть ориентированной на реализацию с помощью существую­щих технических средств, то есть должна быть осуществлена на имеющемся уровне развития техники с учетом ограничений конкретно­го исследователя;

- удовлетворять требованиям и условиям, ограничивающим время решения задачи. При исследовании в реальном масштабе вре­мени допустимое время решения определяется ритмом функциониро­вания объекта при нештатных ситуациях;

- обеспечивать получение полезной информации об объекте для решения поставленных задач исследования. В качестве непременных требований к исследовательским моделям выступают обеспечение заданной достоверности, точности результата при минимальных за­тратах на их разработку. В социально-экономических системах ин­формация, полученная с помощью модели, должна обеспечить расчет значений и позволить определить шаги поиска оптимального решения;

- по возможности строиться с использованием общепринятой терминологии;

- предусматривать возможность проверки соответствия ее ориги­налу, проверки адекватности;

- обладать устойчивостью по отношению к ошибкам в исходных данных. Это требование особенно важно в условиях низкой точности исходных данных.

Второй этап моделирования - изучение модели. Здесь мо­дель выступает как состоятельный объект исследования. Одной из форм такого исследования является проведение экспериментов, при которых сознательно изменяются условия функционирования модели и систематизируются данные о ее поведении. Конечным результатом этого этапа является совокупность знаний о модели. Третий этап моделирования - перенос знаний с модели на оригинал. Этот процесс проводится по определенным правилам. Зна­ния о модели должны быть скорректированы с учетом тех свойств объекта - оригинала, которые не нашли отражения или были измене­ны при построении модели. Четвертый этап моделирования - практическая проверка по­лученных с помощью модели знаний и их использование при построении обобщенной теории объекта, его преобразования или управления им. В итоге происходит возвращение к проблематике реального объекта. Моделирование представляет собой циклический процесс. Это оз­начает, что за первым четырехэтапным циклом может последовать вто­рой, третий и т.д. При этом знания об исследуемом объекте расширяют­ся, а исходная модель постепенно совершенствуются. Недостатки, об­наруженные после первого цикла моделирования, обусловленные ма­лым знанием объекта и ошибками в построении модели, можно испра­вить в последующих циклах. Таким образом, в методологии моделиро­вания заложены большие возможности саморазвития.