Построение и формализация концептуальных моделей систем
На первом этапе проведения моделирования конкретного объекта (системы) на базе ЭВМ необходимо построить концептуальную (содержательную) модель Mпроцесса функционирования системы, а затем провести ее формализацию, т. е. основным содержанием этапа является переход от словесного описания объекта моделирования к его математической (аналитико-имитационной) модели. Наиболее ответственными моментами в этой работе является упрощение описания системы, т. е. отделение собственно системы Sот внешней среды E и выбор основного содержания модели путем отбрасывания всего второстепенного с точки зрения поставленной цели моделирования.
1.1 Постановка задачи машинного моделирования. Необходимо дать четкую формулировку задачи, обратив особое внимание на существование такой задачи и необходимость машинного моделирования, на выбор методики решения задачи с учетом имеющихся машинных ресурсов, на определение масштаба задачи и возможность ее разбиения на подзадачи.
1.2 Анализ задачи моделирования. Проведение детального анализа поставленной задачи моделирования должно способствовать преодолению дальнейших трудностей с минимальными затратами. На этом подэтапе работа по анализу задачи сводится к выбору критериев оценки процесса функционирования исследуемой системы S (если они не заданы), выделению эндогенных и экзогенных переменныхмодели M, выбору возможных методов идентификации, выполнениюпредварительного анализа следующих двух этапов моделирования.
1.3 Определение требований к исходной информации. Необходимо сформулировать требования к исходной информации об объекте моделирования, оценить достаточность имеющейся информации об объекте для его машинного моделирования, подготовить имеющиеся априорные сведения об объекте, провести анализ имеющихся экспериментальных данных о подобном классе систем.
1.4 Выдвижение гипотез и принятие предположений. При выдвижении гипотез и принятии предположений учитывается следующее: объем априорной информации для решения задачи; подзадачи, для решения которых информации недостаточно;ограничения на ресурсы при решении задачи; ожидаемые результаты моделирования. Гипотезы при построении модели системы S служат для заполнения“пробелов” в понимании задачи моделирования исследователем, а предположения принимаются относительно известных данных, которые не отвечают требованиям (ограничениям, ресурсам) решаемой задачи и служат обычно для упрощения модели.
1.5 Определение параметров и переменных. Прежде чем перейти к описанию математической модели необходимо определить параметры системы, входные и выходные переменные, воздействия внешней среды. Описание каждого параметра и переменной дается в следующей форме: определение и краткая характеристика; символ обозначения и единица измерения; диапазон изменения (для переменных); место применения в модели.
1.6 Установление основного содержания модели. На этом подэтапе определяется основное содержание и выбирается метод построения модели системы, которые разрабатываются на основе принятых гипотез и предположений. При этом учитываются следующие особенности: формулировка задачи моделирования системы; структура системы S и алгоритмы ее поведения, воздействия внешней среды E; возможные методы и средства решения задачи моделирования.
1.7 Обоснование критериев оценки эффективности системы. Для возможности оценки качества процесса функционирования моделируемой системы S необходимо выбрать некоторую совокупность критериев оценки эффективности, т. е. в математической постановке задача сводится к получению соотношения для оценки эффективности как функции параметров и переменных системы, с учетом воздействий внешней среды E.
1.8 Определение процедур аппроксимации. Для возможности получения числовых значений интересующих характеристик системы S необходимо в процессе моделирования провести аппроксимации, для чего обычно используются:детерминированная, когда результаты моделирования однозначно определяются по данной совокупности входных воздействий и параметров системы;вероятностная, когда предполагается, что случайные элементы влияют на результаты моделирования и необходимо получить информацию о законах распределения выходных переменных; определения средних значений, когда при моделировании представляют интерес средние значения выходных переменных при наличии случайных факторов.
1.9 Описание концептуальной модели. Проводится описание концептуальной модели в абстрактных терминах и понятиях с использованием типовых математических схем, т. е. реализуется переход к математической модели системы, окончательно принимаются гипотезы и предположения, обосновывается выбор процедур аппроксимации реальных процессов при построении модели.
1.10 Проверка достоверности модели. Проверять достоверность концептуальной модели достаточно сложно, так как процесс ее построения является эвристическим, и такая модель описывается в абстрактных терминах и понятиях. Проверка достоверности должна включать: проверку замысла модели; оценку достоверности исходной информации; рассмотрение постановки задачи моделирования; анализ принятых аппроксимаций; исследование гипотез и предположений.
1.11 Составление технической документации. Технический отчет по этапувключает в себя: подробную постановку задачи моделирования системы S; анализ задачи моделирования системы; критерии оценки эффективности системы; параметры и переменные модели системы; гипотезы и предположения, принятые при построении модели; описание модели в абстрактных терминах и понятиях; описание ожидаемых результатов моделирования системы.
