2.4 Модели и моделирование ис

В д. сл. под моделированием будем подразумевать процесс создания моделей, хотя сейчас это расхожий термин. Использование моделей дает разработчику след-ие преимущества:

1) существенное сокращение времени и средств на создание системы,

2) возможность получения И-и о процессах как на системном уровне, так и на уровне различного рода локальных объектов исследования,

3) возможность проведения исслед-й, а след-но, и получение И-и при различных ситуациях как вне, так и внутри системы (это возм-сть иссл-я системы при внешних помехах).

Модель – это качественное или колич-ое представление системы, отражающее влияние важных факторов на её функционирование.

В основе процесса моделирования лежит использование теории подобия, кот утверждает, что абсолютное подобие м. иметь место только тогда, когда один объект заменяется другим, подобным ему.

Общая структура видов моделирования.

По степени полноты моделей виды моделирования делятся на полные, неполные и приближенные. Полные модели идентичны объекту во времени и пространстве. Для неполного моделирования эта идентичность не сохраняется и в основе приближенного моделирования лежит подобие, при кот. некоторые стороны ф-я объекта (системы) не моделируются совсем.

В зависимости от характера изучаемых процессов виды моделирования разделяются на детерминированные, стохастические, статистические, динамические, дискретные, дискретно-нерперывные и непрерывные. При детерминированном не учитывается воздействие случайного хар-ра (хотя любые процессы носят случ. хар-р). При стохастическом моделировании учитываются случайные воздействия как на уровне случайных величин, так и случ. ф-й. При статическом моделировании модели отражают поведение объекта в фиксированные моменты времени. В динамических моделях наряду со многими факторами, необходимыми для изучения объекта, присутствует прежде всего временной фактор, т.е. можно это интерпретировать как перенесение случ. ф-й на уровень случ. процессов. За всеми перечисленными видами модел-я стоят соотв. цифровые, аналоговые и А-Ц модели.

В зав. от формы представления объекта моделирования: на мысленное и реальное. Мысленное мод-е применяется тогда, когда объекты не реализуемы на данном интервале времени, либо отсутствует условие для их физического создания.

В зависимости от подхода к созданию моделей выделяют: наглядное, символическое и мат-ое. В рамках первого вида мод-я: гипотетическое, кот. отражает знания исследователя об объекте на уровне использования и представления различных гипотез (пример: модели микромира); аналоговое, кот предполагает использование различных аналогий по отношению к изучаемому объекту различных уровней (полная аналогия или частичная), и макетирование: создание макетов. Символическое: в его основе лежит процесс создания логического объекта, кот. отражает процессы, протекающие во времени, с использованием понятий некоторого языка или специальных символов. 2 разновидности: при языковом мод-и используются понятия тезауруса (словарь), слова кот. лишены неоднозначности. Если каждому понятию тезауруса сопоставить соотв. знаки (↑↓), то в этом сл. представление моделей становится менее объемным.

Матем. мод-е – это процесс установления соответствия данному реальному объекту матем. объекта, получившего названия ММ (мат. модели).

Вид ММ зависит от природы реального объекта и задач исследования объекта. Если обратиться к структуре, то в рамках мат. моделирования идет речь о создании семейства моделей для исследования опред. класса объектов.

При аналит. моделировании строятся модели, представляющие собой совокупность функцион. соотношений (алгебраич., диф., конечно-разностных и др.), позволяющих определить хар-ки сост-й системы, а через них и вых. координаты в зав. от вх. воздействий, параметров системы, начальных условий и времени. Модели тоже разнообразные.

Самая простая модель

; y = kx

Имитационное мод-е предполагает создание так называемого моделирующего алгоритма, отражающего процесс функционирования сложного объекта во времени, в рамках которого (алгоритма) можно произвести имитацию любого элементарного явления с сохранением его логической структуры и последовательности выполнения во времени.

Моделирующий алгоритм создается с целью последующей реализации на ЭВМ. И теперь в рамках модели и с ее использованием можно посмотреть все особенности процесса функц-я и оценить хар-ки, важные для построения системы.

Имитационные явл. наиболее важными именно при иссл-и сложных систем.

Комбинированное (аналитико-имитационное) предполагает: перед построением комбинированных моделей осуществляется декомпозиция процесса функ-я объекта на ряд подпроцессов. Для некоторых подпроцессов разрабатываются соотв. аналитич. модели, а для других имитационные и объединение их позволяет говорить о комбинированных моделях.

Инф-ое моделирование (кибернетическое).

Объект рассматривается как «черный ящик» с соотв. входами и выходом. При этом строится модель, отражающая зависимость м/у некоторым хар-ками (в т.ч. и вых. хар-ка) и переменными, кот. оказывают влияние на эти хар-ки.

Здесь речь идет не обо всей системе, а о локальном объекте, чтобы построенные зав-ти были простыми (линейными или нелин., но с простой нелинейностью). У этой модели нет соответствия с реально протекающими процессами.

Ситуационное моделирование основано на модельной теории мышления. А в основе ее лежит информационная модель, формируемая в структурах мозга об объекте и внешней среде.

Структурно-системное мод-е предполагает построение системы с использованием структур определенного вида (н-р, иерархических структур, графов и т.д.).

Реальное мод-е предполагает создание реальных объектов или отдельных его частей. (Реальный объект – это не окончательный, это как правило первый образец.)

При натурном моделировании речь идет о создании реальных объектов и условий для их исследования.

Научный эксперимент предполагает создание наряду с объектом условий для автоматизации эксперимента и обработки его результата.

Комплексное испытание предполагает создание условий для реализации многократных испытаний объекта с целью определения таких хар-к, как надежность, помехоустойчивость, устойчивость самой системы и т.д.

Промышленный эксперимент: здесь осуществляется испытание изделий (объектов) в промышленных условиях.

Физическое моделирование предполагает создание физических моделей подобия, т.е. моделей с сохранением прир. явлений (гидро-техн. сооружений, лет. аппаратов). М. идти речь о моделях в реальном и нереальном масштабе времени.