Тема 3.Основні особливості моделей.

Розвиток теорії управління, комп’ютерної техніки дає можливість підняти ефективність управління у випадку розглядання об’єктів управління як складних систем. Складні системи мають такі основні ознаки: велика кількість елементів та підсистем, які мають різну природу явищ, мають різнопланові зв’язки, велику ступінь невизначеності, характеризуються ієрархічністю. Особливою ознакою складних систем управління є наявність людського фактору. Наявність людини в контурі управління має позитивне значення в плані формування системи цілей, вибору та оцінки ефективних рішень по управлінню, відповідальність. Але людина в силу своїх психофізіологічних здатностей не може обробити значну кількість інформації по оцінці ситуації в системі, не може прийняти оперативне рішення по управлінню, особливо в системах реального часу.

Для автоматизації рутинної роботи людина, для генерації варіантів по управлінню, для оцінки ефективності по управлінню застосовує комп’ютерно-інтегровані технології (КІТ). Успішне використання КІТ можливе лише при використанні системи моделей, що відтворюють різні сторони та етапи функціонування об’єктів в процесі управління.

При всій різноманітності моделей для управління складними системами, в них можна виділити ряд характерних особливостей:

1. Ціль функціонування управління: вона повинна визначати ступінь цілеспрямованості поведінки моделі та об’єкта. В цьому випадку моделі можуть розділятися на одноцільові та багатоцільові. В першому випадку модель,як правило, відображає певну сторону об’єкта чи певний етап його функціонування. У випадку багатоцільових моделей потрібна модель цілей, за якою проходить визначення пріоритетних цілей, їх узгодження, доцільність використання на даному етапі тощо. Багатоцільові моделі, як правило, є комплексними: відображають всі необхідні сторони та властивості об’єкта для ефективності управління. Для багатоцільових моделей характерна ієрархічність.

2. Складність моделей. Складність враховується кількістю елементів та підсистем, а також зв’язків між ними. Складність залежить від кількості типів та видів елементів (наприклад технологічні процеси характеризуються наявністю великої кількості явищ різної природи (теплові, механічні, дифузії, масообміну)). Крім елементів важливою характеристикою є кількість та характер зв’язків між цими елементами та підсистемами (наприклад у вигляді ієрархічних структур, нейроноподібних структур). Для відтворення цих особливостей складних об’єктів, модель повинна мати в своєму складі сукупність моделей різнопланових елементів, а також моделі, що відтворюють зв’язки між елементами. Тобто, складна модель повинна мати не меншу складність чим об’єкт, з точки зору поставленої мети дослідження.

3. Цілісність (єдність). Ця особливість вказує на те, що модель є однією системою, як і об’єкт – оригінал та включає в себе велику кількість складових частин моделей, що відображають різні властивості системи, різні аспекти функціонування системи і знаходяться в складній взаємодії для виконання поставлених задач, для виконання цілей дослідження, управління.

4. Невизначеність. Невизначеність проявляється в системі в невизначеності стану об’єкта, в невизначеності можливості досягнення поставленої цілі, в невизначеності методів прийняття рішень по управлінню, достовірності інформації тощо. Основною характеристикою невизначеності системи є ентропія, яка в деяких випадках дозволяє оцінити кількість інформації, необхідної для реалізації поставлених цілей. При моделюванні основна ціль - це забезпечення відповідності моделі оригіналу (адекватністі). При моделюванні повинно забезпечуватись зниження невизначеності в оцінці адекватності моделі об’єкту.

5. Можливість оцінки за допомогою моделі поведінки об’єкта. Ця особливість дає можливість оцінити ефективність досягнення системою поставленої мети. В залежності від цього моделі можуть мати різний характер. З точки зору каузальності (причина — наслідок): детерміновані, стохастичні, нечіткі; за поведінкою: неперервні та дискретні; за розвитком, за поведінкою в часі: статичні, динамічні, прогнозуючі.

6. Адаптивність. Адаптивність є властивістю високої організації систем. Завдяки адаптивності модель може враховувати всі особливості змінювань, що відбуваються в об’єкті внаслідок впливу зовнішнього оточення в широкому спектрі діючих збурень. Адаптація системи і її моделей здійснюється різними шляхами: еволюційним, коли змінюються тільки параметри системи при незмінній її структурі; та революційним чином, коли відбувається перебудова системи — реконфігурація системи. Всі ці змінювання відбуваються з метою забезпечення виконання поставлених цілей перед системою. В процесі адаптації необхідно звернути увагу на те, що в системі можуть виникнути такі режими, що можуть привести до зниження її ефективності, або до припинення її функціонування.

7. Моделі повинні мати відповідну організацію. Організаційна структура системи моделювання залежить від складності моделі та особливості її використання. Необхідна оптимальна організаційна структура цілого комплексу технічних засобів, інформаційного, математичного та програмного забезпечення системи моделювання. Основними факторами оптимальності є точність отриманих результатів та час моделювання. Останній фактор особливо важливий для систем реального часу.

8. Можливість управління моделлю. Ця особливість витікає із необхідності забезпечення управління моделлю зі сторони експериментатора, користувача для отримання можливості розглядання процесів, що протікають в об’єкті та системі в різних умовах, тобто модель повинна дати широкий спектр результатів.

9. Можливість розвитку моделі. Науково – технічний прогрес дає необхідні передумови для розвитку систем управління і відповідних систем моделювання. Системи моделювання повинні передбачати можливість розвитку як по горизонталі (розширення спектру функцій), так і по вертикалі (розширення числа підсистем).

Контрольні питання

1. Основні ознаки складних систем.

2. Переваги багатоцільових моделей.

3. Які моделі відображають поведінку систем?

4. В чому проявляється невизначеність при моделюванні?

5. Що досяється при використанні механізмів адаптації при моделюванні?

6. Чим характеризується організація систем моделювання?

7. Що забезпечується можливістю управління моделями?

8. Перспективність розвитку моделей.

[6,c.8-13]