Основные этапы моделирования систем

 

1. Построение концептуальной модели системы и её формализация.

Основное назначение первого этапа – переход от содержательного описания исследуемой системы S к её математической модели M, т.е. формализация.

1.1.Постановка задачи моделирования системы:

· определение структуры системы S и алгоритмов её поведения, воздействий внешней среды;

· выбор методики решения задачи с учетом имеющихся ресурсов;

· определение возможности разбиения на подзадачи.

1.2.Определение требований к исходной информации об объекте моделирования и организация её сбора:

· выбор необходимой информации о системе S и внешней среде E;

· подготовка априорных данных;

· анализ имеющихся экспериментальных данных;

· выбор методов и средств предварительной обработки информации о системе.

1.3.Определение параметров и переменных модели:

·  – совокупность входных воздействий на систему;

·  – совокупность воздействий внешней среды;

·  – совокупность внутренних параметров системы;

·  – совокупность выходных характеристик системы Y_j.

Описание каждого параметра должно выполняться в следующей форме:

· определение и краткая характеристика;

· символ обозначения и единица измерения;

· диапазон изменения;

· место применения в модели.

1.4.Выбор критериев эффективности системы, которые являются функциями параметров и переменных системы. Критерии могут быть частные или интегральные.

1.5.Описание концептуальной модели системы M_{X .} Это представление свойств процесса функционирования системы с использованием абстрактных терминов и понятий. Если возможно, производится выбор процедур аппроксимации реальных процессов, протекающих в системе S: детерминированная, вероятностная аппроксимация или определение средних значений. Концептуальная модель обычно разбивается на блоки, представляющие собой описание некоторых подпроцессов общего процесса функционирования системы S, воздействий внешней среды E и т.п.

 

2. Алгоритмизация модели системы и её компьютерная реализация.

2.1.Построение логической модели системы M_M. Модель функционально подразделяется на подмодели, соответствующие автономным подпроцессам процесса функционирования системы S, выделенным в концептуальной модели.

2.2.Получение математических соотношений. Модель разбивается на m подмоделей, для каждой из которых формулируется математическое соотношение, являющееся моделью подпроцесса функционирования системы (10).

 

y1(t) = f1(x1, x2, … xnX; v1, v2, … vnV; h1, h2, … hnH; t) y2(t) = f2(x1, x2, … xnX; v1, v2, … vnV; h1, h2, … hnH; t) ...                                                                                                    ym(t) = fm(x1, x2, … xnX; v1, v2, … vnV; h1, h2, … hnH; t)

(10)

 

Математические соотношения (10) в виде явных функций, т.е. аналитическая модель, определяются, если это возможно. В общем случае, логическая модель имеет комбинированный характер, что отражает аналитико-имитационный подход. Логическая модель M_M должна содержать:

· описание всех блоков с их наименованиями;

· единую систему обозначений и нумерацию блоков;

· отражения логики модели процесса функционирования системы.

2.3.Выбор инструментальных средств моделирования, обеспечивающих следующие возможности:

· наличие необходимых программных и технических средств;

· обеспечение всех этапов реализации модели;

· возможность своевременного получения результатов моделирования.

2.4.Спецификация и построение схемы алгоритма программы. Спецификация – это формализованное представление требований, предъявляемых к программе, которые должны быть удовлетворены при ее разработке, а также описание задачи и ожидаемых результатов без указания способа их достижения. Схема алгоритма программы строится на основе логической модели M_M.

2.5.Программирование модели.

2.6.Проверка достоверности программы:

· тестирование отдельных частей программы

· комплексное тестирование всей программной модели на контрольном примере одного из вариантов организации системы S.

 

3. Получение и интерпретация результатов моделирования системы.

3.1.Планирование компьютерного эксперимента с моделью системы. Планирование заключается в том, чтоб определить стратегию и тактику получения максимального объема информации при минимальных затратах ресурсов. На этапе стратегического планирования ставится задача построения оптимального плана эксперимента в соответствии с целью моделирования. Тактическое планирование определяет оптимальные пути достижения целей, поставленных в стратегическом планировании.

3.2.Выполнение рабочих расчетов. Они включают в себя:

· подготовку наборов исходных данных;

· проведение расчетов на контрольном примере с целью определения чувствительности результатов моделирования к изменениям исходных данных;

· проведение рабочих расчетов с целью получения выходных характеристик модели.

3.3.Анализ результатов моделирования:

· представление результатов моделирования в наглядной форме;

· вычисление статистических характеристик результатов моделирования.

3.4.Интерпретация результатов моделирования, т.е. переход от информации, полученной на модели M_M, к практическим рекомендациям использования результатов моделирования в реальной системе S на этапах её проектирования, исследования, эксплуатации.