Как моделировать системы

Это очень сложный процесс и ответить на него однозначно очень трудно. Можно только выделить несколько этапов при моделировании системы.

Начальный этап. Любое моделирование начинается с определением цели моделирования и четкой постановки задачи. На этом этапе должен стать ясным объект моделирования и тип модели (познавательная или прагматичная модель).

Построение прагматической модели. Сначала формулируется свойство модели, которое необходимо получить. Система представляется как «черный ящик» со входом и выходом. Предполагается, что на входе и что выходе, человек знает. На основе знания входных и выходных параметров необходимо смоделировать внутреннюю структуру «черного ящика». Подбирается функция, которая может реализовать зависимость между входными и выходными параметрами, а потом необходимо выяснить что может реализовать данные функции.

Построение познавательной модели. Построение познавательной модели связано с уже существующей системой. На первом этапе строится структурная модель системы, из нее выводится функциональная модель, а из функциональной – динамическая модель.

Бывает, что нужно изучить естественную систему, образованную без воздействия человека. Первую проблему в данном случае нужно решать – это отделение изучаемой системы от окружающей среды и определение существенного свойства данной системы, которое необходимо моделировать, а для этого необходимо определить компоненты системы, которые реализуют данное свойство. Получается замкнутый круг. Разорвать его можно. Проходя этапы определения существенного свойства, функции реализующие это свойство и компоненты системы, реализующие функцию, несколько раз. Сначала, а потом с конца в начало, получая необходимую информацию со стороны.

Как разделить систему на компоненты, у которых нет четких границ? Для этого можно руководствоваться следующими критериями.

Выделение по однородности, по функциям, по величине потока.

Переход от структурной модели к динамической.

После построения познавательной структурно-функциональной модели можно перейти к динамической модели, которая позволяет рассмотреть объект в динамике и реализовать функцию предсказания.

14.2. Математическое моделирование

14.2.1. Место математического моделирования при создании систем

При создании новых систем перед разработчиком стоит задача на основании требований или технического задания построить эту систему. Создание ее, как часто бывает, связано с большими затратами. И еще чаще происходит, что созданная система не удовлетворяет заданным требованиям после ее создания при проведении испытаний. Учитывая результаты испытаний, система перерабатывается и снова подвергается испытаниям. Если создаваемая система очень сложная и дорогая, например самолет, эти переработки могут быть неоднократными. Как показал опыт проектирования различных систем, задача создания может быть ускорена и быть менее дорогостоящей, если использовать так называемое математическое моделирование. При создании сложной системы, ее элементы или процесс можно теоретически рассчитать перед их созданием.

Основные этапы создания системы приведены на рис. 1. Математическое моделирование применяется не на всех этапах создания системы, а в основном на этапах эскизного и технического проектов.

Исходные

данные разработки

для

разработки

ТЗ

Разработка,

согласование и утверждение ТЗ

Разработка

Эскизного проекта

Разработка

Технического проекта

Разработка

Рабочего проекта

Изготовление, монтаж и наладка

Испытание

Рис. 14.1. Этапы создания системы

Надобность математического моделирования возникает тогда, когда у разработчика не имеется «достаточных знаний», о протекающих процессах в создаваемой системе. Особенно, когда эта «недостаточность» может сильно повлиять на качество показателей созданной системы. Для увеличения этих «достаточных знаний» и сокращения расходов на ее создание, разработчик проводит математическое моделирование или всей системы или ее составных частей, в зависимости от того, где больше «не знания» о процессах, протекающих в системе и в ее составных частях.

Проведение математического моделирования позволяет избежать «переделки» системы и повторения некоторых этапов ее создания, например, испытание системы.