Файл: Моделирование систем: понятие, цели и виды.pdf

Введение

Моделирование (в широком смысле) считается главным способом исследований во всех областях познаний и научно обоснованным способом оценок данных трудных систем, применяемым для принятия заключений в различных сферах инженерной работы. Имеющие место быть и проектируемые системы возможно действенно изучать с поддержкой математических моделей (аналитических и имитационных), реализуемых на передовых ЭВМ, которые в данном случае выступают в качестве инструмента экспериментатора с моделью системы.

В реальное время невозможно именовать район людской деятель-ности, в которой в что или же другой степени не применялись бы способы моделирования. Тем более это относится к сфере управле¬ния разными системами, где ведущими считаются процессы принятия заключений на базе получаемой инфы. Остановимся на философских качествах моделирования, а вернее совместной доктрине моделирования.

Методологическая база моделирования. Все то, на собственно что направлена людская работа, именуется объектом (лат. objection — предмет). Выработка методологии ориентирована на упорядочение получения и обработки инфы об объектах, которые есть за пределами нашего сознания и ведут взаимодействие меж собой и наружной средой.

В научных исследовательских работах огромную роль играют догадки, т. е. конкретныеопределенные пророчества, основывающиеся на маленьком количестве искусных данных, исследований, предположений. Стремительная и абсолютная испытание выдвигаемых гипотез имеет возможность быть проведена в ходе специально поставленного опыта. При формулировании и проверке корректности гипотез большущее смысл в качестве способа суждения содержит аналогия.

Обобщенно моделирование можно определить как метод опос­редованного познания, при котором изучаемый объект-оригинал находится в некотором соответствии с другим объектом-моделью, причем модель способна в том или ином отношении замещать оригинал на некоторых стадиях познавательного процесса. Стадии познания, на которых происходит такая замена, а также формы соответствия модели и оригинала могут быть различными:

1) моделирование как познавательный процесс, содержащий пе­реработку информации, поступающей из внешней среды, о проис­ходящих в ней явлениях, в результате чего в сознании появляются образы, соответствующие объектам;

2) моделирование, заключающееся в построении некоторой си­стемы-модели (второй системы), связанной определенными соот­ношениями подобия с системой-оригиналом (первой системой), причем в этом случае отображение одной системы в другую являет­ся средством выявления зависимостей между двумя системами, отраженными в соотношениях подобия, а не результатом непосред­ственного изучения поступающей информации.

Глава 1. Основные принципы моделирования систем управления

1.1. Принципы системного подхода в моделировании систем управления

Моделирование наступает с формирования предмета изучений — системы мнений, отображающей немаловажные для моделирования характеристики объекта. Данная задачка считается довольно трудной, собственно что подтверждается разной интерпретацией в научно-технической литературе этих фундаментальных мнений, как система, модель, моделирование. Аналогичная неоднозначность не беседует об неточности 1 и корректности иных определений, а отображает подневольность предмета изучений (моделирования) как от рассматриваемого объекта, например и от целей изыскателя. Особой особенностью моделирования трудных систем считается его многофункциональность и разнообразие методик использования; оно делается обязательной частью всего актуального цикла системы. Разъясняется это в первую очередь технологи-чностью моделей, реализованных на основе средств вычислительной техники: довольно высочайшей скоростью получения итогов моделирования и их относительно низкой себестоимостью.^[1]

В реальное время при анализе и синтезе трудных (больших) систем получил становление системный расклад, который выделяется от традиционного (или индуктивного) расклада. Конечный рассматривает систему методом перехода от личного к совокупному и синтезирует (конструирует) систему методом слияния ее составляющую, разрабатываемых отдельно. В различие от сего системный расклад предполагает поочередный переход от совместного к личному, когда в базе рассмотрения лежит задача, при этом исследуемый объект отличается из находящейся вокруг среды.

Объект моделирования. Знатоки по проектированию и эксплуатации трудных систем имеют дело с системами управления всевозможных значений, владеющими совокупным свойством — влечением добиться кое-какой цели. Данную индивидуальность предусмотрим в надлежащих определениях системы. Система S — целенаправленное множество! взаимосвязанных составляющих всякий природы. Наружная среда Е— большое количество имеющих место быть за пределами системы составляющих всякий природы, оказывающих воздействие на систему или же оказавшихся под ее действием.

В зависимости от цели изучения имеют все шансы рассматриваться различные пропорции меж самим объектом S и наружной средой Е. Этим образом, в зависимости от значения, на котором располагается наблюдающий, объект изучения имеет возможность отличаться по-всякому и имеют все шансы владеть пространство всевозможные взаимодействия сего объекта с наружной средой.

С развитием науки и техники сам объект беспрерывно усложняется, и уже в данный момент беседуют об объекте изучения как о кое-какой трудной системе, которая произведено из всевозможных составляющую, взаимосвязанных приятель с ином. В следствие этого, рассматривая системный расклад как базу для возведения большущих систем и как основание сотворения способа их анализа и синтеза, до этого всего нужно квалифицировать само понятие системного расклада.

Системный расклад — это вещество учения об совокупных законодательстве становления природы и одно из выражений диалектического учения. Возможно привести различные определения системного расклада, но более верно то, которое разрешает расценить познавательную суть сего расклада при этом способе изучения систем, как моделирование. В следствие этого очень актуальны выделение самой системы S и наружной среды Е из беспристрастно имеющейся действительности и описание системы исходя из общесистемных позиций.

При системном раскладе к моделированию систем нужно до этого всего внятно квалифицировать задача моделирования. Потому что нельзя всецело создать возможно функционирующую систему (систему-оригинал, или же первую систему), формируется модель (система-модель, или же 2-ая система) под поставленную делему. Этим образом, применительно к задачам моделирования задача появляется из требуемых задач моделирования, собственно что разрешает по¬дойти к выбору аспекта и расценить, какие составляющие зайдут в создаваемую модель М. В следствие этого нужно владеть аспект отбора отдельных составляющих в создаваемую модель.^[2]

1.2. Подходы к исследованию систем

Необходимым для системного подхода считается определение структуры системы — совокупы связей меж веществами системы, отображающих их взаимодействие. Конструкция системы имеет возможность исследоваться снаружи с точки зрения состава отдельных подсистем и отношений меж ними, а еще изнутри, когда анализируются отдельные качества, дозволяющие системе достигать данной цели, т. е. когда исследуются функции системы. В согласовании с данным наметился ряд раскладов к исследованию структуры системы с ее качествами, к коим идет по стопам до этого всего отнести структурный и активный.

При структурном раскладе выявляются состав выделенных элементов системы S и связи меж ними. Совокупа составляющих и связей меж ними разрешает осуждать о структуре системы. Последняя в зависимости от цели изучения имеет возможность быть описана на различных уровнях рассмотрения. Более сплошное описание структуры — это топологическое описание, позволяющее квалифицировать в самых совокупных мнениях составные части системы и отлично формализуемое на основе доктрине графов.

Наименее совокупным считаетсяявляется активное описание, когда рассматриваются отдельные функции, т. е. методы поведения системы, и реализуется активный расклад, оценивающий функции, которые делает система, при этом под функцией понимается свойство, приводящее к достижению цели. Потому что функция отображает свойство, а свойство отражает взаимодействие системы S с наружной средой Е, то качества имеют все шансы быть проявлены в облике или кое-каких данных составляющих SiV) и подсистем Si системы, или системы S в целом.

При наличии кое-какого образца сопоставления возможно установить коли-чественные и высококачественные свойства систем. Для количественной свойства вводятся количества, выражающие дела меж предоставленной чертой и мерилом. Высококачественные характеристики системы присутствуют, к примеру, с поддержкой способа экспертных оценок.

Проявление функций системы во времени S(t), т. е. функци-онирование системы, значит переход системы из 1-го состояния в другое, т. е. перемещение в месте состояний Z. При эксплуатации системы S очень принципиально качество ее функционирования, определяемое показателем производительности и являющееся смыслом аспекта оценки производительности. Есть всевозможные расклады к выбору критериев оценки производительности. Система S имеет возможность оцениваться или совокупой личных критериев, или кое-каким совокупным интегральным аспектом.

Следует отметить, что создаваемая модель М с точки зрения системного подхода также является системой, т. е. S'=S'(M), и мо­жет рассматриваться по отношению к внешней среде Е. Наиболее просты по представлению модели, в которых сохраняется прямая аналогия явления. Применяют также модели, в которых нет прямой аналогии, а сохраняются лишь законы и общие закономерности поведения элементов системы S. Правильное понимание взаимосвя­зей как внутри самой модели М, так и взаимодействия ее с внешней средой Е в значительной степени определяется тем, на каком уровне находится наблюдатель.

Простой подход к изучению взаимосвязей между отдельными частями модели предусматривает рассмотрение их как отражение связей между отдельными подсистемами объекта. Такой классичес­кий подход может быть использован при создании достаточно простых моделей. Процесс синтеза модели М на основе классичес­кого (индуктивного) подхода представлен на рис. 1.1, а. Реальный объект, подлежащий моделированию, разбивается на отдель­ные подсистемы, т. е. выбираются исходные данные Д для моделирования и ставятся цели Ц, отображающие отдельные сто­роны процесса моделирования. По отдельной совокупности исход­ных данных Д ставится цель моделирования отдельной стороны функционирования системы, на базе этой цели формируется некото­рая компонента К будущей модели. Совокупность компонент объ­единяется в модель М.

Таким образом, разработка модели М на базе классического подхода означает суммирование отдельных компонент в единую модель, причем каждая из компонент решает свои собственные задачи и изолирована от других частей модели. Поэтому классичес­кий подход может быть использован для реализации сравнительно простых моделей, в которых возможно разделение и взаимно неза­висимое рассмотрение отдельных сторон функционирования реаль­ного объекта. Для модели сложного объекта такая разобщенность решаемых задач недопустима, так как приводит к значительным затратам ресурсов при реализации модели на базе конкретных программно-технических средств. Можно отметить две отличитель­ные стороны классического подхода: наблюдается движение от частного к общему, создаваемая модель (система) образуется путем суммирования отдельных ее компонент и не учитывается возник­новение нового системного эффекта.

С усложнением объектов моделирования появилась необхо¬димость исследования их с больше высочайшего значения. В данном случае наблюдающий (разработчик) оценивает эту систему S как кое-какую подсистему некий метасистемы, т. е. систе¬мы больше высочайшего ранга, и обязан перебежать на позиции но¬вого системного расклада, который дозволит ему выстроить не лишь только исследуемую систему, постановляющую совокупа задач, но и делать систему, которая является составной частью метасисте-мы.

Системный расклад получил использование в системотехнике в связи с потребностью изучения большущих настоящих систем, когда отразилась дефицитность, а временами неточность принятия каких-то личных заключений. На появление системного подхода воздействовали растущее численность начальных данных при разработке, надобность учета трудных стохастических связей в системе и воздействий наружной среды Е. Все это принудило исследователей исследовать трудный объект не обособленно, а во взаимодействии с наружной средой, а еще в совокупы с другими системами кое-какой метасистемы.