4. Разработка концептуальной модели. Подготовка исходных данных.

В процессе разработки модель создается в трех видах: концептуальная, математическая и программная.

Концептуальная (содержательная) модель – это абстрактная модель, определяющая состав и структуру системы, свойства элементов S₀ и связи, присущие исследуемой модели. Концептуальная модель – словесное описание природы и параметров элементарных явлений исследуемой системы, видов и способов взаимодействия между ними, значений каждого элементарного явления в общем процессе функционирования системы.

Основа для создания концептуальной модели – цели моделирования. Основной проблемой при создании модели является нахождение компромисса между простотой модели и ее адекватностью с исследуемой системой.

При создании концептуальной модели необходимо выбрать уровень детализации модели путем построения иерархической последовательности моделей.Уровни детализации иногда называют стратами, а процесс выделения уровней – стратификацией.

Правило построения стратифицированной концептуальной модели следующее:

в модель входят те параметры системы S_ok, которые обеспечивают определение характеристик Y_ok при некоторых внешних воздействиях X_on на заданном временном интервале Т функционирования системы, и, в первую очередь, параметры, допускающие варьирование в процессе моделирования, S_oj; остальные параметры могут быть исключены из модели.

Правило расчленения системы на элементы:

каждый элемент обеспечивает выполнение элементарных операций в системе, поэтому в модели должны присутствовать параметры, реализующие выполнение всех технических процессов (преобразование информации, энергии, вещества), а также элементы, управляющие ресурсами и процессами и обеспечивающие хранение информации.

После детализации проводится локализация концептуальной модели, которая осуществляется путем представления внешней среды в виде генераторов внешних воздействий, включаемых в состав модели в качестве элементов.

Завершается построение концептуальной модели указанием связей между элементами, которые подразделяются на вещественные и информационные. Вещественные связи отражают возможные перемещения предмета преобразования от одного элемента к другому, а информационные связи обеспечивают передачу между элементами управляющих воздействий.

Динамику функционирования системы отражает совокупность алгоритмов управления A₀, параметров входных воздействий X₀ и элементов S₀, то есть множество характеристик динамической системы определяется следующим образом:

Y = Ф(X,S,A,T). (1.4)

где Z(t) – текущее состояние системы; G,Ф – операторы выходов; H – оператор переходов.

Разработанная концептуальная модель проверяется на адекватность исследуемому объекту

Подготовка исходных данных.

Подготовка исходных данных может проходить параллельно с разработкой концептуальной модели.

Подбор исходных данных связан с определенными трудностями:

во-первых, значения параметров могут быть не только детерминированными, но и стохастическими;

во-вторых, не все параметры оказываются стационарными, особенно для внешних воздействий;

в-третьих, обычно моделируется проектируемая система, которая должна функционировать в новых условиях.

При интеграции элементов системы или внешних воздействий с целью сокращения размерности модели может иметь место и замена детерминированных параметров случайной величиной. Например, для моделирования многократного выполнения программы можно вместо задания совокупности параметров задать случайную величину с определенным законом распределения.

Для случайных параметров собирается статистика, выявляется возможность представления параметра некоторым теоретическим законом распределения.

В процессе подготовки исходных данных необходимо проводить аппроксимацию функций, связывающих параметры входных воздействий и выходные характеристики в том случае, если указанная функциональная связь не очевидна, а может быть получена в ходе эксперимента.

Для параметров, отражающих новые элементы или условия функционирования и для которых невозможен сбор данных, выдвигается гипотеза относительно их возможных значений. При этом используется информация об аналогах или прототипах системы.

Заканчивается этап сбора и обработки данных их классификацией: на внешние и внутренние, постоянные и переменные, непрерывные и дискретные, линейные и нелинейные, стационарные и нестационарные, детерминированные и стохастические и т.п.

Для переменных, варьируемых в ходе моделирования, определяются границы изменения, а для дискретных – возможные значения.