5. Этапы моделирования

Обычно процесс моделирования включает в себя этапы [161,163]:

• анализ объекта исследования;

• построение математической модели;

• построение алгоритмической модели и ее реализация на ЭВМ;

• исследование и проверка модели;

• использование модели;

• анализ результатов;

• уточнение, модификация модели, если это необходимо, и возврат к исследуемой системе с новыми знаниями, полученными с помощью моделирования.

Перечисленные этапы в значительной степени перекрываются по времени и в зависимости от результатов этапов охвачены многочисленными обратными связями.

1. Анализ объекта исследования

В основу модели при ее формировании кладутся некоторые первоначальные знания об объекте, закономерности, устанавливающие свойства этого объекта (или класса объектов), его характеристики, особенности связи между составляющими объект, элементами. Получение этих знаний и их уточнение и являются содержанием первого этапа моделирования.

Этот этап состоит из следующих фаз [161,163]:

1) постановка цели и задачи моделирования;

2) сбор информации об объекте;

3) выдвижение гипотез и принятие предположений;

4) определение параметров и переменных модели;

5) выбор структуры модели;

6) определение критериев оценки эффективности системы.

Любую модель строят в зависимости от цели, которую ставит перед ней исследователь, поэтому одна из основных проблем при моделировании — это проблема целевого назначения. Подобие процесса, протекающего в модели, реальному процессу является не целью, а условием правильного функционирования модели, и поэтому в качестве цели должна быть поставлена задача изучения какой-либо стороны функционирования объекта.

На этом этапе дается формулировка задачи исследования системы, определяется масштаб задачи и возможности разбиения ее на подзадачи, решается вопрос о приоритетности решения различных подзадач. Параллельно осуществляется выбор методики решения задачи с учетом имеющихся ресурсов и производится оценка эффективности возможных математических методов и программно-технических средств их решения.

Сбор информации об объекте включает уточнение его границ с внешней средой; характеристики среды и внешних воздействий; изучение состава, назначения, внешних и внутренних связей. На этом подэтапе формируется возможно более полное описание объекта: выделяются его элементы, устанавливаются связи между ними, вычленяются существенные для исследования характеристики, выявляются параметры, изменение которых влияет или может влиять на объект. На этом же подэтапе проводятся подготовка априорных данных и анализ имеющихся экспериментальных данных. Описание объекта представляется в виде схем, текстов, формул, таблиц экспериментальных данных.

На следующем подэтапе формируются подлежащие последующей проверке гипотезы о закономерностях, присущих изучаемому объекту, о характере влияния на него изменения тех или иных параметров и связей между его элементами. Гипотезы при построении модели системы служат для заполнения «пробелов» в понимании задачи исследователем. Выдвигаются также гипотезы о возможных результатах моделирования системы, справедливость которых будет проверяться при проведении исследования модели.

Предположения предусматривают, что некоторые данные неизвестны или их нельзя получить. Предположения дают возможность провести упрощения модели в соответствии с выбранным уровнем моделирования.

Прежде чем перейти к описанию математической модели, необходимо определить параметры системы: входные и выходные переменные, воздействия внешней среды и управляющие воздействия. Чем меньше входных и выходных переменных, тем легче процесс моделирования. Однако, если входных переменных слишком мало, модель может стать неадекватной реальности, если слишком много,— из-за недостаточного объема памяти ЭВМ или сложности вычислительных процедур машинная имитация оказывается нереализуемой.

Описание каждого параметра и переменной должно содержать определение и краткую характеристику, символ обозначения и единицу измерения, диапазон изменения, место применения в модели.

На следующем подэтапе определяется основное содержание модели и выбирается метод построения модели системы, которые разрабатываются на основе принятых гипотез и предположений.

Для оценки качества процесса функционирования моделируемой системы необходимо выбрать некоторую совокупность критериев оценки эффективности. Эффективность системы можно оценить с помощью интегральных или частных критериев, выбор которых зависит от рассматриваемой задачи.