Разработка концептуальной модели

Тема: Формулировка проблемы, смысловая постановка задачи и

Разработка концептуальной модели при имитационном моделировании

План лекции:

1. Формулировка проблемы и смысловая постановка задачи.

2. Разработка концептуальной модели.

2.1 Выбор степени детализации для описания объекта моделирования.

2.2 Описание переменных модели.

2.3. Формализованное изображение концептуальной модели.

3. Выбор средств реализации имитационной модели.

 

Формулировка проблемы и смысловая постановка задачи

Типовыми объектами моделирования являются компьютерные, производственные, транспортные, финансовые и другие системы, которые в большинстве случаев применяются для решения задач проектирования, модернизации, прогнозирования и принятия решений.

Имитационное моделирование используется также при разработке функциональных подсистем компьютеризированных систем управления и связано, как обычно, с методами анализа и синтеза производственных процессов, организацией и планированием производства, системами сбора, обработки и отображения информации. Имитационное моделирование целесообразно применять, например, для выполнения таких задач:

- выбор и обоснование технологического маршрута изготовления изделий;

- оценка страховых запасов на участках комплектации складского производства;

- исследование работы автоматизированного склада;

- выбор склада технологического оборудования на участке по критерию минимизации времени обработки;

-  выбор организационной структуры управления цехом предприятия;

-  анализ работы системы сбора, передачи и обработки информации;

- анализ времени доступа пользователей к информационной базе;

- выбор комплекса технических средств обработки информации в организации или на предприятии.

Из перечня задач видно, что одна и та же имитационная модель строится как многоцелевая модель, которая даёт возможность решать несколько разных задач, т.е. решать некоторую проблему. Проблема отличается от задачи тем, что точные методы её решения неизвестны. Проблема всегда является комплексной и состоит из нескольких заданий. Поэтому, формулируя проблему, для решения которой разрабатывается модель, необходимо в первую очередь определить цели моделирования, потом исследовать объект моделирования (систему или процесс), определить границы, в которых проводятся исследования. На этом этапе моделирования широко привлекаются специалисты, имеющие опыт работы в эксплуатации системы и выступающие экспертами в разработке смысловой постановки задачи.

После завершения этого этапа на смысловом уровне описываются основные характеристики системы, входные и выходные переменные, их взаимосвязь, внешнее воздействие на систему, определяются основные критерии функционирования системы и ограничения. Дальнейшее уточнение и формализацию модели осуществляют на этапе создания концептуальной модели.

Разработка концептуальной модели

Концептуальной называется абстрактная модель, которая выявляет причинно-следственные связи, свойственные исследуемому объекту в границах, определенных целями исследования. Это формальное описание объекта моделирования, которое отображает концепцию (взгляд исследователя на проблему). Эта модель существует в воображении разработчика, т.е. она субъективная по своей природе и отображает общие свойства и закономерности в мире объектов.

Концептом называют структуру, необходимую для определения объектов. Последние можно определить через перечень их атрибутов (свойств). С позиции анализа системы, которая моделируется, — это важнейший этап, поскольку неправильно сформулированная концепция приведет к построению неправильной модели.

При разработке концептуальной модели необходимо:

- определить цели моделирования;

- сформулировать целевые функции (критерии качества) системы, которая моделируется;

- определить степень детализации изображения модели;

- описать выходные, входные переменные и параметры модели;

- указать функциональные зависимости, которые описывают поведение переменных и параметров;

- описать ограничения на возможные изменения величин;

- разработать структурную схему концептуальной модели и составить описание её функционирования.

Разработка концептуальной модели начинается с составления смыслового описания процесса функционирования объекта соответственно с принципами системного анализа. С учетом определенных целей и ограничений формулируются критерии функционирования системы или целевые функции, определяются структура системы, входные, выходные переменные, внешние воздействия, внутренние параметры системы, функциональные зависимости, которые описывают переменные и параметры, ограничения на переменные. На данном этапе фактически решается задача структурной и параметрической идентификации. Класс и структура математической модели выбираются на основании результатов теоретического анализа объекта с учетом общих закономерностей процессов, которые происходят в системе, или на основе априорной информации. Математической моделью может быть и алгоритм.

При построении концептуальной модели объекта существенным являются выделение и описание состояний объекта. Состояние системы определяется непрерывными или дискретными значениями характеристик элементов системы. Важность понятия состояния при моделировании систем и управлении ними состоит в обеспечении возможности связать с каждой входной переменной единую выходную переменную, используя состояние системы как параметр. Следовательно, динамическое поведение системы задают путём описания переходов её из одного состояния в другое в пространстве состояний.

Состояния системы могут изменяться непрерывно или в дискретные моменты времени, что, в свою очередь, определяет класс непрерывных или дискретных математических моделей, которые используются для описания поведения системы. Имитационное моделирование, по сути, заключается в динамическом отображении состояний системы на протяжении определенного промежутка времени.