Симулация на сложни системи
Глава 1. Концепцията за моделиране.
Лекция #4.
ЧАСТ 2. Системно моделиране
Моделирането (в широк смисъл) е основният метод на изследване във всички области на знанието и научно обоснован метод за оценка на характеристиките на сложни системи, използвани за вземане на решения в различни области на дейност. Съществуващите и проектирани системи могат да бъдат ефективно изследвани с помощта на математически модели (аналитични и симулационни), реализирани на съвременни компютри, които в този случай действат като инструмент на експериментатора със системен модел.
. При проектирането на сложни системи и техните подсистеми възникват множество проблеми, които изискват оценка на количествените и качествени модели на процесите на функциониране на такива системи, техния структурен алгоритмичен и параметричен синтез.
Особености на развитието на системите. Информационните и компютърните технологични системи, автоматизираните системи за обработка и управление на информация, информационните системи принадлежат към класа на големите системи, чиито етапи на проектиране, внедряване, експлоатация и еволюция в момента са невъзможни без използването на различни видове моделиране.
За сложни системи трябва да се имат предвид следните характеристики:
– сложност на структурата и стохастичност на връзките между елементите,
– неяснота на алгоритмите за поведение при различни условия,
– голям брой параметри и променливи,
- непълнота и неопределеност на първоначалната информация,
- разнообразие и вероятностен характер на въздействията върху околната среда и др.
Ограничените възможности за експериментално изследване на големи системи правят уместно разработването на методология за тяхното моделиране, която да позволипредставят процесите на функциониране на системите в подходяща форма, описват хода на тези процеси с помощта на математически модели, получават резултатите от експерименти с модели за оценка на характеристиките на изследваните обекти.
Независимо от разделянето на конкретна комплексна система на подсистеми, при проектирането на всяка от тях е необходимо да се извърши външно проектиране (макродизайн ) и вътрешно проектиране (микродизайн ). Тъй като на тези етапи разработчикът преследва различни цели, методите и инструментите за моделиране, използвани в този случай, могат да се различават значително.
1. На етапамакродизайн трябва да се разработи обобщен модел на процеса на функциониране на сложна система, който позволява на разработчика да получи отговори на въпроси относно ефективността на различни стратегии за управление на обект, когато той взаимодейства с външната среда. Външен етап на проектиране
може да се раздели наанализ и синтез.
1.1. По време на анализа се изследва обектът на управление, изгражда се модел на влиянието на околната среда, определят се критерии за оценка на ефективността, наличните ресурси и необходимите ограничения. Крайната цел на етапа на анализ е да се изгради модел на обекта на управление за оценка на неговите характеристики.
1.2. По време на синтеза, на етапа на външно проектиране, проблемите с избора на стратегия за управление се решават въз основа на модела на симулационния обект, т.е. сложна система.
2. На етапа на микродизайна се разработват модели с цел създаване на ефективни подсистеми. Освен това използваните методи и инструменти за моделиране зависят от това какви конкретни поддържащи подсистеми се разработват: информационни, математически, технически, софтуерни и др.
При прогнозиране на развитието на сложни системи ролята на моделирането е много голямае висока, тъй като това е единствената възможност да се отговори на многобройни въпроси относно начините за по-нататъшно ефективно развитие на системата и избора на най-оптималния.