Δομή και κύρια στάδια της διαδικασίας μοντελοποίησης. Μοντελοποίηση Συστήματος Κύρια στάδια μοντελοποίησης συστήματος

Πριν από την κατασκευή ενός μοντέλου ενός αντικειμένου (φαινόμενο, διαδικασία), είναι απαραίτητο να προσδιοριστούν τα συστατικά στοιχεία του και οι συνδέσεις μεταξύ τους (πραγματοποιήστε μια ανάλυση συστήματος) και να "μεταφραστεί" (εμφανιστεί) η δομή που προκύπτει σε κάποια προκαθορισμένη μορφή - επισημοποιήσει τις πληροφορίες.

Η μοντελοποίηση οποιουδήποτε συστήματος είναι αδύνατη χωρίς προκαταρκτική επισημοποίηση. Στην πραγματικότητα, η επισημοποίηση είναι το πρώτο και πολύ σημαντικό στάδιο της διαδικασίας μοντελοποίησης. Τα μοντέλα αντικατοπτρίζουν τα πιο ουσιώδη πράγματα στα αντικείμενα, τις διαδικασίες και τα φαινόμενα που μελετώνται, με βάση τον δηλωμένο σκοπό της μοντελοποίησης. Αυτό είναι το κύριο χαρακτηριστικό και ο κύριος σκοπός των μοντέλων.

Τυποποίηση είναι η διαδικασία αναγνώρισης και μετάφρασης της εσωτερικής δομής ενός αντικειμένου, φαινομένου ή διαδικασίας σε μια συγκεκριμένη δομή πληροφοριών - φόρμα.

Για παράδειγμα,Γνωρίζετε από το μάθημά σας στη γεωγραφία ότι η ισχύς των δονήσεων συνήθως μετριέται σε μια κλίμακα δέκα. Στην πραγματικότητα, έχουμε να κάνουμε με το απλούστερο μοντέλο για την εκτίμηση της ισχύος αυτού του φυσικού φαινομένου. Πράγματι, η στάση "ισχυρότερη",που λειτουργούν στον πραγματικό κόσμο, εδώ επίσημα αντικαθίσταται από τη σχέση "περισσότερο",που σημαίνει στο σύνολο των φυσικών αριθμών: οι πιο αδύναμοι δονήσεις αντιστοιχούν στον αριθμό 1, οι ισχυρότεροι - 10. Το προκύπτον διατεταγμένο σύνολο 10 αριθμών είναι ένα μοντέλο που δίνει μια ιδέα για την ένταση των δονήσεων.

Στάδια μοντελοποίησης

Πριν αναλάβετε οποιαδήποτε εργασία, πρέπει να φανταστείτε ξεκάθαρα το σημείο εκκίνησης και κάθε σημείο της δραστηριότητας, καθώς και τα κατά προσέγγιση στάδια της. Το ίδιο μπορεί να ειπωθεί για το μόντελινγκ. Το σημείο εκκίνησης εδώ είναι ένα πρωτότυπο. Μπορεί να είναι ένα υπάρχον ή σχεδιασμένο αντικείμενο ή διαδικασία. Το τελικό στάδιο της μοντελοποίησης είναι η λήψη μιας απόφασης με βάση τη γνώση για το αντικείμενο.

(Στο μοντελισμό, το σημείο εκκίνησης είναι - πρωτότυπο, το οποίο μπορεί να είναι μόνο ένα υπάρχον ή σχεδιασμένο αντικείμενο ή διαδικασία. Το τελικό στάδιο της μοντελοποίησης είναι η λήψη μιας απόφασης με βάση τη γνώση για το αντικείμενο.)

Η αλυσίδα μοιάζει με αυτό.

Ας το εξηγήσουμε αυτό με παραδείγματα.

Ένα παράδειγμα μοντελοποίησης κατά τη δημιουργία νέων τεχνικών μέσων είναι η ιστορία της ανάπτυξης της διαστημικής τεχνολογίας. Για να πραγματοποιηθεί η διαστημική πτήση, έπρεπε να λυθούν δύο προβλήματα: να ξεπεραστεί η βαρύτητα και να εξασφαλιστεί η πρόοδος στο διάστημα χωρίς αέρα. Ο Νεύτων μίλησε για τη δυνατότητα υπέρβασης της βαρύτητας της Γης τον 17ο αιώνα. Ο K. E. Tsiolkovsky πρότεινε τη δημιουργία ενός κινητήρα τζετ για κίνηση στο διάστημα, ο οποίος χρησιμοποιεί καύσιμο από ένα μείγμα υγρού οξυγόνου και υδρογόνου, που απελευθερώνουν σημαντική ενέργεια κατά την καύση. Συνέταξε ένα αρκετά ακριβές περιγραφικό μοντέλο του μελλοντικού διαπλανητικού διαστημικού σκάφους με σχέδια, υπολογισμούς και αιτιολογήσεις.

Λιγότερο από μισός αιώνας έχει περάσει από τότε που το περιγραφικό μοντέλο του K. E. Tsiolkovsky έγινε η βάση για την πραγματική μοντελοποίηση στο γραφείο σχεδιασμού υπό την ηγεσία του S. P. Korolev. Σε πειράματα πλήρους κλίμακας, δοκιμάστηκαν διάφοροι τύποι υγρών καυσίμων, σχήμα πυραύλου, σύστημα ελέγχου πτήσης και υποστήριξη ζωής για αστροναύτες, όργανα για επιστημονική έρευνα κ.λπ.. Το αποτέλεσμα της ευέλικτης μοντελοποίησης ήταν ισχυροί πύραυλοι που εκτόξευσαν τεχνητή γη δορυφόρους, πλοία με αστροναύτες επί του σκάφους και διαστημικούς σταθμούς.

Ας δούμε ένα άλλο παράδειγμα. Ο διάσημος χημικός του 18ου αιώνα Antoine Lavoisier, μελετώντας τη διαδικασία της καύσης, πραγματοποίησε πολυάριθμα πειράματα. Προσομοίωσε διαδικασίες καύσης με διάφορες ουσίες, τις οποίες ζύγιζε και ζύγιζε πριν και μετά το πείραμα. Αποδείχθηκε ότι ορισμένες ουσίες γίνονται βαρύτερες μετά τη θέρμανση. Ο Lavoisier πρότεινε ότι κάτι προστέθηκε σε αυτές τις ουσίες κατά τη διαδικασία θέρμανσης. Έτσι, η μοντελοποίηση και η επακόλουθη ανάλυση των αποτελεσμάτων οδήγησε στον ορισμό μιας νέας ουσίας - οξυγόνου, στη γενίκευση της έννοιας της «καύσης», παρείχε μια εξήγηση για πολλά γνωστά φαινόμενα και άνοιξε νέους ορίζοντες για έρευνα σε άλλους τομείς της επιστήμης. ιδιαίτερα στη βιολογία, αφού το οξυγόνο αποδείχθηκε ότι ήταν ένα από τα κύρια συστατικά της αναπνοής και του ενεργειακού μεταβολισμού σε ζώα και φυτά.

Πρίπλασμα- δημιουργική διαδικασία. Είναι πολύ δύσκολο να το βάλεις σε ένα επίσημο πλαίσιο. Στην πιο γενική του μορφή, μπορεί να παρουσιαστεί σε στάδια, όπως φαίνεται στο Σχ. 1.

Ρύζι. 1. Στάδια μοντελοποίησης.

Κάθε φορά που επιλύεται ένα συγκεκριμένο πρόβλημα, ένα τέτοιο σχήμα μπορεί να υφίσταται κάποιες αλλαγές: κάποιο μπλοκ θα αφαιρείται ή θα βελτιώνεται, κάποιο θα προστίθεται. Όλα τα στάδια καθορίζονται από την εργασία και τους στόχους μοντελοποίησης. Ας εξετάσουμε τα κύρια στάδια της μοντελοποίησης με περισσότερες λεπτομέρειες.

ΣΤΑΔΙΟ. ΔΙΑΤΥΠΩΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ.

Μια εργασία είναι ένα πρόβλημα που πρέπει να λυθεί. Στο στάδιο της διαμόρφωσης του προβλήματος, είναι απαραίτητο να αντικατοπτρίζονται τρία κύρια σημεία: περιγραφή του προβλήματος, προσδιορισμός στόχων μοντελοποίησης και ανάλυση του αντικειμένου ή της διαδικασίας.

Περιγραφή της εργασίας

Η εργασία διατυπώνεται σε συνηθισμένη γλώσσα και η περιγραφή πρέπει να είναι σαφής. Το κύριο πράγμα εδώ είναι να ορίσετε το αντικείμενο μοντελοποίησης και να κατανοήσετε ποιο θα πρέπει να είναι το αποτέλεσμα.

Σκοπός μοντελοποίησης

1) γνώση του περιβάλλοντος κόσμου

Γιατί ένα άτομο δημιουργεί μοντέλα; Για να απαντήσουμε σε αυτό το ερώτημα, πρέπει να κοιτάξουμε στο μακρινό παρελθόν. Πριν από αρκετά εκατομμύρια χρόνια, στην αυγή της ανθρωπότητας, οι πρωτόγονοι άνθρωποι μελέτησαν τη γύρω φύση για να μάθουν πώς να αντέχουν τα φυσικά στοιχεία, να χρησιμοποιούν φυσικά οφέλη και απλά να επιβιώνουν.

Η συσσωρευμένη γνώση μεταβιβάστηκε από γενιά σε γενιά προφορικά, αργότερα γραπτώς και τελικά μέσω μοντέλων αντικειμένων. Έτσι, για παράδειγμα, γεννήθηκε ένα μοντέλο της Γης - μια σφαίρα - που μας επιτρέπει να έχουμε μια οπτική ιδέα για το σχήμα του πλανήτη μας, την περιστροφή του γύρω από τον άξονά του και τη θέση των ηπείρων. Τέτοια μοντέλα επιτρέπουν να κατανοήσουμε πώς είναι δομημένο ένα συγκεκριμένο αντικείμενο, να ανακαλύψουμε τις βασικές του ιδιότητες, να καθορίσουμε τους νόμους της ανάπτυξης και της αλληλεπίδρασής του με τον περιβάλλοντα κόσμο των μοντέλων.

(Με την πάροδο των αιώνων, ο άνθρωπος δημιούργησε μοντέλα, συσσώρευσε γνώση και τη μεταβίβασε από γενιά σε γενιά προφορικά, αργότερα γραπτώς και τέλος με τη βοήθεια υποκειμένων. Τέτοια μοντέλα καθιστούν δυνατή την κατανόηση του τρόπου δομής ενός συγκεκριμένου αντικειμένου, την εύρεση να καθορίσει τις βασικές του ιδιότητες, να καθορίσει τους νόμους της ανάπτυξης και της αλληλεπίδρασής του με τον περιβάλλοντα κόσμο των μοντέλων *Παράδειγμα: μοντέλο της υδρογείου*).

2) δημιουργία αντικειμένων με καθορισμένες ιδιότητες ( καθορίζεται από τη δήλωση προβλήματος «Πώς να το κάνεις…».

Έχοντας συσσωρεύσει αρκετή γνώση, ένα άτομο έθεσε στον εαυτό του την ερώτηση: "Δεν είναι δυνατόν να δημιουργήσει ένα αντικείμενο με δεδομένες ιδιότητες και δυνατότητες για να εξουδετερώσει τα στοιχεία ή να χρησιμοποιήσει φυσικά φαινόμενα για να εξυπηρετήσει τον εαυτό του;" Ο άνθρωπος άρχισε να κατασκευάζει μοντέλα αντικειμένων που δεν υπήρχαν ακόμη. Έτσι γεννήθηκαν οι ιδέες της δημιουργίας ανεμόμυλων, διάφορων μηχανισμών, ακόμα και μιας συνηθισμένης ομπρέλας. Πολλά από αυτά τα μοντέλα έχουν πλέον γίνει πραγματικότητα. Πρόκειται για αντικείμενα που δημιουργούνται από ανθρώπινα χέρια.

(Έχοντας συσσωρεύσει αρκετή γνώση, ένα άτομο είχε την επιθυμία να δημιουργήσει ένα αντικείμενο με δεδομένες ιδιότητες και δυνατότητες, *να εξουδετερώσει τα στοιχεία ή να χρησιμοποιήσει φυσικά φαινόμενα στην υπηρεσία του* για να κάνει τη ζωή του ευκολότερη και να προστατευτεί από τις καταστροφικές συνέπειες των φύση. Ο άνθρωπος άρχισε να κατασκευάζει μοντέλα αντικειμένων που δεν υπάρχουν ακόμα Πολλά από αυτά τα μοντέλα έχουν γίνει πραγματικότητα. Αυτά είναι αντικείμενα που δημιουργήθηκαν από ανθρώπινα χέρια.) *Παράδειγμα: ανεμόμυλοι, διάφοροι μηχανισμοί, ακόμη και μια συνηθισμένη ομπρέλα*

3) τον προσδιορισμό των συνεπειών της επίδρασης στο αντικείμενο και τη λήψη της σωστής απόφασης . Ο σκοπός της μοντελοποίησης προβλημάτων όπως "τι θα γίνει αν..." . (τι θα συμβεί αν αυξήσετε το ναύλο για τη μεταφορά, ή τι θα συμβεί εάν θάψετε πυρηνικά απόβλητα σε αυτή και την περιοχή;)

Για παράδειγμα, για να σωθεί η πόλη στον Νέβα από συνεχείς πλημμύρες που προκαλούν τεράστιες ζημιές, αποφασίστηκε να κατασκευαστεί ένα φράγμα. Κατά τον σχεδιασμό του κατασκευάστηκαν πολλά μοντέλα, μεταξύ των οποίων και πλήρους κλίμακας, ακριβώς για να προβλέψουν τις συνέπειες της επέμβασης στη φύση.

Σε αυτή την παράγραφο μπορούμε μόνο να δώσουμε ένα παράδειγμα και πείτε για την ερώτηση.

4) αποτελεσματικότητα της διαχείρισης αντικειμένων (ή διαδικασίας). ) .

Δεδομένου ότι τα κριτήρια διαχείρισης μπορεί να είναι πολύ αντιφατικά, θα είναι αποτελεσματικό μόνο εάν «οι λύκοι τρέφονται και τα πρόβατα είναι ασφαλή».

Για παράδειγμα, πρέπει να βελτιώσετε το φαγητό στην καντίνα του σχολείου. Αφενός πρέπει να πληροί τις απαιτήσεις ηλικίας (θερμιδική περιεκτικότητα, να περιέχει βιταμίνες και ανόργανα άλατα), αφετέρου να αρέσει στα περισσότερα παιδιά και, επιπλέον, να είναι προσιτό στους γονείς και, αφετέρου, η τεχνολογία παρασκευής πρέπει να ανταποκρίνεται στις δυνατότητες των σχολικών κυλικείων. Πώς να συνδυάσετε ασύμβατα πράγματα; Η κατασκευή ενός μοντέλου θα σας βοηθήσει να βρείτε μια αποδεκτή λύση.

Εάν οι πληροφορίες σε αυτήν την παράγραφο φαίνονται σημαντικές σε κάποιον, τότε επιλέξτε τις μόνοι σας.

Ανάλυση Αντικειμένου

Σε αυτό το στάδιο, το μοντελοποιημένο αντικείμενο και οι κύριες ιδιότητές του προσδιορίζονται σαφώς, από τι αποτελείται και ποιες συνδέσεις υπάρχουν μεταξύ τους.

(Ένα απλό παράδειγμα δευτερευουσών συνδέσεων αντικειμένων είναι η ανάλυση μιας πρότασης. Αρχικά επισημαίνονται τα κύρια μέλη (υποκείμενο, κατηγόρημα), μετά τα δευτερεύοντα μέλη που σχετίζονται με τα κύρια, μετά οι λέξεις που σχετίζονται με τα δευτερεύοντα κ.λπ.)

ΣΤΑΔΙΟ II. ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΜΟΝΤΕΛΩΝ

1. Μοντέλο πληροφοριών

Σε αυτό το στάδιο, οι ιδιότητες, οι καταστάσεις, οι ενέργειες και άλλα χαρακτηριστικά των στοιχειωδών αντικειμένων διευκρινίζονται με οποιαδήποτε μορφή: προφορικά, με τη μορφή διαγραμμάτων, πινάκων. Σχηματίζεται μια ιδέα για τα στοιχειώδη αντικείμενα που αποτελούν το αρχικό αντικείμενο, δηλ. μοντέλο πληροφοριών.

Τα μοντέλα πρέπει να αντικατοπτρίζουν τα πιο ουσιαστικά χαρακτηριστικά, ιδιότητες, καταστάσεις και σχέσεις αντικειμένων στον αντικειμενικό κόσμο. Παρέχουν πλήρεις πληροφορίες για το αντικείμενο.

Φανταστείτε ότι πρέπει να λύσετε έναν γρίφο. Σας προσφέρεται μια λίστα με τις ιδιότητες ενός πραγματικού αντικειμένου: στρογγυλό, πράσινο, γυαλιστερό, δροσερό, ριγέ, κουδουνίσιο, ώριμο, αρωματικό, γλυκό, ζουμερό, βαρύ, μεγάλο, με στεγνή ουρά...

Η λίστα συνεχίζεται, αλλά μάλλον έχετε ήδη μαντέψει ότι μιλάμε για καρπούζι. Δίνονται οι πιο ποικίλες πληροφορίες σχετικά με αυτό: χρώμα, οσμή, γεύση, ακόμη και ήχος... Προφανώς, υπάρχουν πολύ περισσότερα από αυτά που απαιτούνται για την επίλυση αυτού του προβλήματος. Προσπαθήστε να επιλέξετε από όλα τα αναφερόμενα σημάδια και ιδιότητες το ελάχιστο που σας επιτρέπει να προσδιορίσετε με ακρίβεια το αντικείμενο. Μια λύση έχει βρεθεί από καιρό στη ρωσική λαογραφία: «Το κόκκινο, ζάχαρη, πράσινο, βελούδινο καφτάνι».

Εάν οι πληροφορίες προορίζονταν για τον καλλιτέχνη να ζωγραφίσει μια νεκρή φύση, θα μπορούσε κανείς να περιοριστεί στις ακόλουθες ιδιότητες του αντικειμένου: στρογγυλό, μεγάλο, πράσινο, ριγέ. Για να ανοίξετε την όρεξη ενός γλυκού, θα επιλέξετε άλλες ιδιότητες: ώριμο, ζουμερό, αρωματικό, γλυκό. Για ένα άτομο που επιλέγει ένα καρπούζι από ένα έμπλαστρο πεπόνι, θα μπορούσαμε να προσφέρουμε το ακόλουθο μοντέλο: μεγάλο, δυνατό, με στεγνή ουρά.

Αυτό το παράδειγμα δείχνει ότι δεν χρειάζεται να υπάρχουν πολλές πληροφορίες. Είναι σημαντικό να είναι «επί της ουσίας», δηλαδή να συνάδει με τον σκοπό για τον οποίο χρησιμοποιείται.

Για παράδειγμα, στο σχολείο, οι μαθητές εισάγονται στο μοντέλο πληροφοριών της κυκλοφορίας του αίματος. Αυτές οι πληροφορίες είναι αρκετές για έναν μαθητή, αλλά όχι για εκείνους που κάνουν αγγειακές επεμβάσεις στα νοσοκομεία.

Τα μοντέλα πληροφοριών παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στη ζωή του ανθρώπου.

Οι γνώσεις που αποκτάτε στο σχολείο έχουν τη μορφή ενός μοντέλου πληροφοριών που προορίζεται για τους σκοπούς της μελέτης αντικειμένων και φαινομένων.

Μαθήματα ιστορίαςκαθιστούν δυνατή την οικοδόμηση ενός μοντέλου ανάπτυξης της κοινωνίας και η γνώση του σάς επιτρέπει να χτίσετε τη δική σας ζωή, είτε επαναλαμβάνοντας τα λάθη των προγόνων σας είτε λαμβάνοντας υπόψη τα.

Επί μαθήματα γεωγραφίαςσας δίνονται πληροφορίες για γεωγραφικά αντικείμενα: βουνά, ποτάμια, χώρες κ.λπ. Αυτά είναι επίσης μοντέλα πληροφοριών. Πολλά από αυτά που διδάσκονται στα μαθήματα γεωγραφίας δεν θα τα δείτε ποτέ στην πραγματικότητα.

Επί μαθήματα χημείαςπληροφορίες σχετικά με τις ιδιότητες διαφορετικών ουσιών και τους νόμους της αλληλεπίδρασής τους υποστηρίζονται από πειράματα, που δεν είναι τίποτα άλλο από πραγματικά μοντέλα χημικών διεργασιών.

Ένα μοντέλο πληροφοριών δεν χαρακτηρίζει ποτέ πλήρως ένα αντικείμενο. Για το ίδιο αντικείμενο, μπορείτε να δημιουργήσετε διαφορετικά μοντέλα πληροφοριών.

Ας επιλέξουμε ένα αντικείμενο όπως "πρόσωπο" για μοντελοποίηση. Ένα άτομο μπορεί να ιδωθεί από διαφορετικές οπτικές γωνίες: ως άτομο και ως άτομο γενικά.

Εάν έχετε ένα συγκεκριμένο άτομο στο μυαλό σας, μπορείτε να δημιουργήσετε μοντέλα που παρουσιάζονται στον Πίνακα. 1-3.

Τραπέζι 1.Μοντέλο πληροφοριών μαθητή

Πίνακας 2..Πληροφοριακό μοντέλο επισκέπτη σχολικού ιατρείου

Πίνακας 3.Πληροφοριακό μοντέλο υπαλλήλου επιχείρησης

Ας εξετάσουμε και άλλα παραδείγματαδιαφορετικά μοντέλα πληροφοριών για το ίδιο αντικείμενο.

Πολλοί μάρτυρες του εγκλήματος ανέφεραν ποικίλες πληροφορίες για τον φερόμενο ως εισβολέα - αυτά είναι τα μοντέλα πληροφοριών τους. Ο εκπρόσωπος της αστυνομίας θα πρέπει να επιλέξει από τη ροή πληροφοριών τις πιο σημαντικές που θα βοηθήσουν στον εντοπισμό του εγκληματία και στη σύλληψή του. Ένας εκπρόσωπος του νόμου μπορεί να έχει περισσότερα από ένα μοντέλα πληροφοριών ενός ληστή. Η επιτυχία της επιχείρησης εξαρτάται από το πόσο σωστά επιλέγονται τα βασικά χαρακτηριστικά και απορρίπτονται τα δευτερεύοντα.

Η επιλογή των πιο βασικών πληροφοριών κατά τη δημιουργία ενός μοντέλου πληροφοριών και η πολυπλοκότητά του καθορίζονται από τον σκοπό της μοντελοποίησης.

Η οικοδόμηση ενός μοντέλου πληροφοριών είναι το σημείο εκκίνησης του σταδίου ανάπτυξης του μοντέλου. Όλες οι παράμετροι εισόδου των αντικειμένων που προσδιορίζονται κατά την ανάλυση ταξινομούνται με φθίνουσα σειρά σπουδαιότητας και το μοντέλο απλοποιείται σύμφωνα με το σκοπό της μοντελοποίησης.

2. Εμβληματικό μοντέλο

Πριν ξεκινήσει η διαδικασία μοντελοποίησης, ένα άτομο κάνει προκαταρκτικά σκίτσα σχεδίων ή διαγραμμάτων σε χαρτί, εξάγει τύπους υπολογισμού, δηλ. δημιουργεί ένα μοντέλο πληροφοριών με τη μία ή την άλλη μορφή εικονική μορφή, που μπορεί να είναι είτε υπολογιστή ή μη υπολογιστή.

Μοντέλο υπολογιστή

Ένα μοντέλο υπολογιστή είναι ένα μοντέλο που υλοποιείται χρησιμοποιώντας ένα περιβάλλον λογισμικού.

Υπάρχουν πολλά πακέτα λογισμικού που σας επιτρέπουν να διεξάγετε έρευνα (μοντελοποίηση) μοντέλων πληροφοριών. Κάθε περιβάλλον λογισμικού έχει τα δικά του εργαλεία και σας επιτρέπει να εργάζεστε με συγκεκριμένους τύπους αντικειμένων πληροφοριών.

Το άτομο γνωρίζει ήδη ποιο θα είναι το μοντέλο και χρησιμοποιεί τον υπολογιστή για να του δώσει ένα εμβληματικό σχήμα. Για παράδειγμα, τα γραφικά περιβάλλοντα χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία γεωμετρικών μοντέλων και διαγραμμάτων και ένα περιβάλλον επεξεργασίας κειμένου χρησιμοποιείται για προφορικές ή πινακικές περιγραφές.

ΣΤΑΔΙΟ III. ΠΕΙΡΑΜΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗ

Για να δώσετε ζωή σε νέες σχεδιαστικές εξελίξεις, να εισαγάγετε νέες τεχνικές λύσεις στην παραγωγή ή να δοκιμάσετε νέες ιδέες, χρειάζεται ένα πείραμα. Στο πρόσφατο παρελθόν, ένα τέτοιο πείραμα μπορούσε να πραγματοποιηθεί είτε σε εργαστηριακές συνθήκες σε εγκαταστάσεις ειδικά δημιουργημένες για αυτό, είτε in situ, δηλαδή σε πραγματικό δείγμα του προϊόντος, υποβάλλοντάς το σε κάθε είδους δοκιμές

Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας των υπολογιστών, εμφανίστηκε μια νέα μοναδική μέθοδος έρευνας - ένα πείραμα υπολογιστή. Ένα πείραμα υπολογιστή περιλαμβάνει μια ακολουθία εργασίας με ένα μοντέλο, ένα σύνολο στοχευμένων ενεργειών χρήστη σε ένα μοντέλο υπολογιστή.

IV ΣΤΑΔΙΟ. ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ

Ο απώτερος στόχος της μοντελοποίησης είναι η λήψη μιας απόφασης, η οποία θα πρέπει να ληφθεί με βάση μια ολοκληρωμένη ανάλυση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν. Αυτό το στάδιο είναι καθοριστικό - είτε συνεχίζετε την έρευνα είτε την τελειώνετε. Ίσως γνωρίζετε το αναμενόμενο αποτέλεσμα, τότε πρέπει να συγκρίνετε τα ληφθέντα και τα αναμενόμενα αποτελέσματα. Εάν υπάρχει ταίριασμα, θα μπορέσετε να πάρετε μια απόφαση.

Η βάση για την ανάπτυξη μιας λύσης είναι τα αποτελέσματα δοκιμών και πειραμάτων.Αν τα αποτελέσματα δεν ανταποκρίνονται στους στόχους της εργασίας, σημαίνει ότι έγιναν λάθη στα προηγούμενα στάδια. Αυτό μπορεί να είναι μια υπερβολικά απλοποιημένη κατασκευή ενός μοντέλου πληροφοριών ή μια ανεπιτυχής επιλογή μιας μεθόδου ή περιβάλλοντος μοντελοποίησης ή μια παραβίαση τεχνολογικών τεχνικών κατά την κατασκευή ενός μοντέλου. Εάν εντοπιστούν τέτοια σφάλματα, τότε το μοντέλο πρέπει να προσαρμοστεί, δηλαδή να επιστρέψει σε ένα από τα προηγούμενα στάδια. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται μέχρι τα πειραματικά αποτελέσματα να ανταποκριθούν στους στόχους της μοντελοποίησης.

Το κύριο πράγμα είναι να θυμάστε πάντα: ένα εντοπισμένο σφάλμα είναι επίσης αποτέλεσμα. http://www.gmcit.murmansk.ru/text/information_science/base/simulation/materials/mysnik/2.htm

Σχετική πληροφορία.

Η θεωρία μοντελοποίησης είναι ένα από τα συστατικά στοιχεία της θεωρίας της αυτοματοποίησης των διαδικασιών ελέγχου. Μία από τις θεμελιώδεις αρχές του είναι η δήλωση: το σύστημα αντιπροσωπεύεται από ένα πεπερασμένο σύνολο μοντέλων, καθένα από τα οποία αντικατοπτρίζει μια συγκεκριμένη πτυχή της ουσίας του.

Μέχρι σήμερα, έχει συσσωρευτεί σημαντική εμπειρία, η οποία δίνει τη βάση για τη διαμόρφωση των βασικών αρχών κατασκευής μοντέλων. Παρά το γεγονός ότι κατά την κατασκευή μοντέλων, ο ρόλος της εμπειρίας, της διαίσθησης και των πνευματικών ιδιοτήτων του ερευνητή είναι πολύ σημαντικός, πολλά λάθη και αποτυχίες στην πρακτική μοντελοποίησης οφείλονται σε άγνοια της μεθοδολογίας μοντελοποίησης και μη συμμόρφωση με τις αρχές κατασκευής μοντέλων.

Τα κυριότερα περιλαμβάνουν:

Η αρχή της συμμόρφωσης του μοντέλου με τους στόχους της μελέτης.

Η αρχή της αντιστοίχισης της πολυπλοκότητας του μοντέλου με την απαιτούμενη ακρίβεια των αποτελεσμάτων της μοντελοποίησης.

Η αρχή της αποτελεσματικότητας του μοντέλου.

Αρχή της αναλογικότητας;

Η αρχή της αρθρωτότητας στα μοντέλα κτιρίων.

Η αρχή της διαφάνειας.

Η αρχή της συλλογικής ανάπτυξης (ειδικοί στο αντικείμενο και στον τομέα της μοντελοποίησης συμμετέχουν στη δημιουργία του μοντέλου).

Η αρχή της λειτουργικότητας (ευκολία χρήσης του μοντέλου).

Πολλά μοντέλα μπορούν να κατασκευαστούν για το ίδιο σύστημα. Αυτά τα μοντέλα θα διαφέρουν ως προς τον βαθμό λεπτομέρειας και θα λαμβάνουν υπόψη ορισμένα χαρακτηριστικά και τρόπους λειτουργίας ενός πραγματικού αντικειμένου, θα αντανακλούν μια συγκεκριμένη πτυχή της ουσίας του συστήματος και θα επικεντρώνονται στη μελέτη μιας συγκεκριμένης ιδιότητας ή ομάδας ιδιοτήτων του Σύστημα. Επομένως, είναι σημαντικό να διατυπωθεί με σαφήνεια ο σκοπός της μοντελοποίησης ήδη στο αρχικό στάδιο της κατασκευής του μοντέλου. Θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη ότι το μοντέλο έχει κατασκευαστεί για να λύσει ένα συγκεκριμένο ερευνητικό πρόβλημα. Η εμπειρία της δημιουργίας καθολικών μοντέλων δεν έχει δικαιολογηθεί λόγω της δυσκίνητης φύσης των δημιουργημένων μοντέλων και της ακαταλληλότητάς τους για πρακτική χρήση. Για να λύσετε κάθε συγκεκριμένο πρόβλημα, πρέπει να έχετε το δικό σας μοντέλο, που να αντικατοπτρίζει τις πιο σημαντικές πτυχές και συνδέσεις από την άποψη της έρευνας. Η σημασία του συγκεκριμένου καθορισμού των στόχων της μοντελοποίησης υπαγορεύεται επίσης από το γεγονός ότι όλα τα επόμενα στάδια της μοντελοποίησης πραγματοποιούνται με έμφαση σε έναν συγκεκριμένο ερευνητικό στόχο.

Το μοντέλο είναι πάντα κατά προσέγγιση σε σύγκριση με το πρωτότυπο. Ποια πρέπει να είναι αυτή η προσέγγιση; Η υπερβολική λεπτομέρεια περιπλέκει το μοντέλο, το καθιστά πιο ακριβό και περιπλέκει την έρευνα. Είναι απαραίτητο να βρεθεί ένας συμβιβασμός μεταξύ του βαθμού πολυπλοκότητας του μοντέλου και της επάρκειάς του στο μοντελοποιημένο αντικείμενο.

Σε γενικές γραμμές, το πρόβλημα «ακρίβεια - πολυπλοκότητα» διατυπώνεται ως ένα από τα δύο προβλήματα βελτιστοποίησης:

Καθορίζεται η ακρίβεια των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης και στη συνέχεια ελαχιστοποιείται η πολυπλοκότητα του μοντέλου.

Έχοντας ένα μοντέλο ορισμένης πολυπλοκότητας, προσπαθούν να εξασφαλίσουν τη μέγιστη ακρίβεια των αποτελεσμάτων της μοντελοποίησης.

Μείωση αριθμού χαρακτηριστικών, παραμέτρων, ενοχλητικών παραγόντων. Καθορίζοντας τους στόχους της μοντελοποίησης από το σύνολο των χαρακτηριστικών του συστήματος, αυτοί που μπορούν να προσδιοριστούν χωρίς μοντελοποίηση ή είναι, από την άποψη του ερευνητή, δευτερεύουσας σημασίας είτε εξαιρούνται είτε συνδυάζονται. Η δυνατότητα εφαρμογής τέτοιων διαδικασιών συνδέεται με το γεγονός ότι κατά τη μοντελοποίηση δεν είναι πάντα σκόπιμο να λαμβάνεται υπόψη ολόκληρη η ποικιλία των ενοχλητικών παραγόντων. Επιτρέπεται κάποια εξιδανίκευση των συνθηκών λειτουργίας. Εάν ο σκοπός της μοντελοποίησης δεν είναι απλώς η καταγραφή των ιδιοτήτων του συστήματος, αλλά και η βελτιστοποίηση ορισμένων αποφάσεων σχετικά με την κατασκευή ή τη λειτουργία του συστήματος, τότε εκτός από τον περιορισμό του αριθμού των παραμέτρων του συστήματος, είναι απαραίτητο να προσδιοριστούν εκείνες οι παράμετροι που ο ερευνητής μπορεί να αλλάξει.

Αλλαγή της φύσης των χαρακτηριστικών του συστήματος. Προκειμένου να απλοποιηθεί η κατασκευή και η μελέτη του μοντέλου, επιτρέπεται να θεωρούνται ορισμένες μεταβλητές παράμετροι ως σταθερές, διακριτές ως συνεχείς και αντίστροφα.

Αλλαγή της λειτουργικής σχέσης μεταξύ των παραμέτρων. Μια μη γραμμική εξάρτηση συνήθως αντικαθίσταται από μια γραμμική και μια διακριτή συνάρτηση από μια συνεχή. Στην τελευταία περίπτωση, ο αντίστροφος μετασχηματισμός μπορεί επίσης να είναι μια απλοποίηση.

Αλλαγή περιορισμών. Όταν αφαιρούνται οι περιορισμοί, η διαδικασία λήψης μιας λύσης συνήθως απλοποιείται. Και, αντίστροφα, όταν εισάγονται περιορισμοί, η εξεύρεση λύσης αποδεικνύεται πολύ πιο δύσκολη. Μεταβάλλοντας τους περιορισμούς, είναι δυνατός ο προσδιορισμός της περιοχής απόφασης που περιγράφεται από τις οριακές τιμές των δεικτών απόδοσης του συστήματος.

Η διαδικασία μοντελοποίησης συνοδεύεται από ορισμένα κόστη διαφόρων πόρων (υλικών, υπολογιστικών κ.λπ.). Αυτά τα κόστη είναι μεγαλύτερα όσο πιο περίπλοκο είναι το σύστημα και τόσο υψηλότερες είναι οι απαιτήσεις για αποτελέσματα μοντελοποίησης. Θα θεωρήσουμε ένα οικονομικό μοντέλο ως ένα τέτοιο μοντέλο, το αποτέλεσμα της χρήσης των αποτελεσμάτων μοντελοποίησης του οποίου έχει ένα ορισμένο ποσοστό υπέρβασης σε σχέση με τη δαπάνη των πόρων που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία και τη χρήση του.

Κατά την ανάπτυξη ενός μαθηματικού μοντέλου, είναι απαραίτητο να επιδιώκεται η συμμόρφωση με τη λεγόμενη αρχή της αναλογικότητας. Αυτό σημαίνει ότι το σφάλμα συστηματικής μοντελοποίησης (δηλαδή, η απόκλιση του μοντέλου από την περιγραφή του μοντελοποιημένου συστήματος) πρέπει να είναι ανάλογο με το σφάλμα της περιγραφής, συμπεριλαμβανομένου του σφάλματος των δεδομένων πηγής. Επιπλέον, η ακρίβεια της περιγραφής των επιμέρους στοιχείων του μοντέλου θα πρέπει να είναι η ίδια ανεξάρτητα από τη φυσική τους φύση και τη μαθηματική συσκευή που χρησιμοποιείται. Και τέλος, το σφάλμα συστηματικής μοντελοποίησης και το σφάλμα ερμηνείας, καθώς και το σφάλμα στον μέσο όρο των αποτελεσμάτων μοντελοποίησης, πρέπει να είναι ανάλογα μεταξύ τους.

Το συνολικό σφάλμα μοντελοποίησης μπορεί να μειωθεί εάν χρησιμοποιηθούν διάφορες μέθοδοι αμοιβαίας αντιστάθμισης σφαλμάτων που οφείλονται σε διαφορετικούς λόγους. Πρέπει δηλαδή να τηρηθεί η αρχή της ισορροπίας των σφαλμάτων. Η ουσία αυτής της αρχής είναι η αντιστάθμιση σφαλμάτων ενός τύπου με σφάλματα άλλου τύπου. Για παράδειγμα, τα σφάλματα που προκαλούνται από ανεπάρκεια μοντέλου εξισορροπούνται από σφάλματα στα δεδομένα προέλευσης. Δεν έχει αναπτυχθεί μια αυστηρά επίσημη διαδικασία για την τήρηση αυτής της αρχής, αλλά έμπειροι ερευνητές καταφέρνουν να χρησιμοποιήσουν με επιτυχία αυτήν την αρχή στην εργασία τους.

Η αρθρωτή κατασκευή «μειώνει σημαντικά το κόστος» της διαδικασίας δημιουργίας μοντέλων, καθώς επιτρέπει τη χρήση της συσσωρευμένης εμπειρίας στην εφαρμογή τυπικών στοιχείων και μονάδων κατά την ανάπτυξη πολύπλοκων μοντέλων συστημάτων. Επιπλέον, ένα τέτοιο μοντέλο είναι εύκολο να τροποποιηθεί (να αναπτυχθεί).

Το άνοιγμα του μοντέλου συνεπάγεται τη δυνατότητα συμπερίληψης νέων ενοτήτων λογισμικού στη σύνθεσή του, η ανάγκη των οποίων μπορεί να αποκαλυφθεί κατά τη διάρκεια της έρευνας και κατά τη διαδικασία βελτίωσης του μοντέλου.

Η ποιότητα του μοντέλου θα εξαρτηθεί σε μεγάλο βαθμό από το πόσο επιτυχώς επιλύονται οι οργανωτικές πτυχές της μοντελοποίησης, δηλαδή από τη συμμετοχή ειδικών από διάφορους τομείς. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τα αρχικά στάδια, όπου διατυπώνεται ο σκοπός της έρευνας (μοντελοποίηση) και αναπτύσσεται ένα εννοιολογικό μοντέλο του συστήματος. Η συμμετοχή εκπροσώπων πελατών στις εργασίες είναι υποχρεωτική. Ο πελάτης πρέπει να κατανοεί ξεκάθαρα τους στόχους της μοντελοποίησης, το αναπτυγμένο εννοιολογικό μοντέλο, το ερευνητικό πρόγραμμα και να είναι σε θέση να αναλύει και να ερμηνεύει τα αποτελέσματα της μοντελοποίησης.

Οι απώτεροι στόχοι της μοντελοποίησης μπορούν να επιτευχθούν μόνο με τη διεξαγωγή έρευνας χρησιμοποιώντας το αναπτυγμένο μοντέλο. Η έρευνα συνίσταται στη διεξαγωγή πειραμάτων με τη χρήση ενός μοντέλου, η επιτυχής υλοποίηση του οποίου οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στην υπηρεσία που διατίθεται στον ερευνητή, με άλλα λόγια, στην ευκολία χρήσης του μοντέλου, που σημαίνει την ευκολία της διεπαφής χρήστη, την είσοδο -έξοδος αποτελεσμάτων μοντελοποίησης, πληρότητα εργαλείων εντοπισμού σφαλμάτων, ευκολία ερμηνείας αποτελεσμάτων κ.λπ.

Η διαδικασία μοντελοποίησης μπορεί να χωριστεί σε διάφορα στάδια.

Πρώτο στάδιοπεριλαμβάνει: την κατανόηση των στόχων της έρευνας, τη θέση και το ρόλο του μοντέλου στη διαδικασία της έρευνας του συστήματος, τη διατύπωση και τον προσδιορισμό του σκοπού της μοντελοποίησης, τον καθορισμό του έργου μοντελοποίησης.

Δεύτερη φάση- αυτό είναι το στάδιο της δημιουργίας (ανάπτυξης) του μοντέλου. Ξεκινά με μια ουσιαστική περιγραφή του μοντελοποιημένου αντικειμένου και τελειώνει με μια εφαρμογή λογισμικού του μοντέλου.

Επί τρίτο στάδιοΗ έρευνα πραγματοποιείται με τη χρήση ενός μοντέλου, το οποίο αποτελείται από τον προγραμματισμό και τη διεξαγωγή πειραμάτων.

Η διαδικασία μοντελοποίησης (τέταρτο στάδιο) ολοκληρώνεται με ανάλυση και επεξεργασία των αποτελεσμάτων μοντελοποίησης, ανάπτυξη προτάσεων και συστάσεων για χρήση των αποτελεσμάτων μοντελοποίησης στην πράξη.

Η άμεση κατασκευή του μοντέλου ξεκινά με μια ουσιαστική περιγραφή του μοντελοποιημένου αντικειμένου. Το αντικείμενο μοντελοποίησης περιγράφεται από την οπτική γωνία μιας συστημικής προσέγγισης. Με βάση το σκοπό της μελέτης, προσδιορίζεται ένα σύνολο στοιχείων και οι πιθανές καταστάσεις τους, υποδεικνύονται οι συνδέσεις μεταξύ τους και δίνονται πληροφορίες σχετικά με τη φυσική φύση και τα ποσοτικά χαρακτηριστικά του υπό μελέτη αντικειμένου (συστήματος). Μια ουσιαστική περιγραφή μπορεί να συνταχθεί ως αποτέλεσμα μιας αρκετά ενδελεχούς μελέτης του υπό μελέτη αντικειμένου. Η περιγραφή πραγματοποιείται, κατά κανόνα, σε επίπεδο ποιοτικών κατηγοριών. Μια τέτοια προκαταρκτική, κατά προσέγγιση αναπαράσταση ενός αντικειμένου ονομάζεται συνήθως λεκτικό μοντέλο. Μια ουσιαστική περιγραφή ενός αντικειμένου, κατά κανόνα, δεν έχει ανεξάρτητο νόημα, αλλά χρησιμεύει μόνο ως βάση για περαιτέρω επισημοποίηση του αντικειμένου μελέτης - την κατασκευή ενός εννοιολογικού μοντέλου.

Το εννοιολογικό μοντέλο ενός αντικειμένου είναι ένας ενδιάμεσος σύνδεσμος μεταξύ μιας ουσιαστικής περιγραφής και ενός μαθηματικού μοντέλου. Δεν αναπτύσσεται σε όλες τις περιπτώσεις, αλλά μόνο όταν, λόγω της πολυπλοκότητας του υπό μελέτη αντικειμένου ή των δυσκολιών επισημοποίησης ορισμένων στοιχείων του, η άμεση μετάβαση από μια ουσιαστική περιγραφή σε ένα μαθηματικό μοντέλο αποδεικνύεται αδύνατη ή μη πρακτική. Η διαδικασία δημιουργίας ενός εννοιολογικού μοντέλου είναι δημιουργική. Από αυτή την άποψη, μερικές φορές λέγεται ότι το μόντελινγκ δεν είναι τόσο επιστήμη όσο τέχνη.

Το επόμενο στάδιο της μοντελοποίησης είναι η ανάπτυξη ενός μαθηματικού μοντέλου του αντικειμένου. Η δημιουργία ενός μαθηματικού μοντέλου έχει δύο βασικούς στόχους: να δώσει μια τυπική περιγραφή της δομής και της διαδικασίας λειτουργίας του υπό μελέτη αντικειμένου και να προσπαθήσει να παρουσιάσει τη διαδικασία λειτουργίας σε μια μορφή που επιτρέπει την αναλυτική ή αλγοριθμική μελέτη του αντικειμένου.

Για να μετατρέψετε ένα εννοιολογικό μοντέλο σε μαθηματικό, είναι απαραίτητο να γράψετε, για παράδειγμα, σε αναλυτική μορφή όλες τις σχέσεις μεταξύ των βασικών παραμέτρων, τη σύνδεσή τους με τη συνάρτηση στόχο και να ορίσετε περιορισμούς στις τιμές των ελεγχόμενων παραμέτρων. .

Ένα τέτοιο μαθηματικό μοντέλο μπορεί να αναπαρασταθεί ως:

όπου U είναι η συνάρτηση στόχος (συνάρτηση αποδοτικότητας, συνάρτηση κριτηρίου).

Διάνυσμα ελεγχόμενων παραμέτρων;

Διάνυσμα μη ελεγχόμενων παραμέτρων;

(x,y) - περιορισμοί στις τιμές των ελεγχόμενων παραμέτρων.

Η μαθηματική συσκευή που χρησιμοποιείται για την επισημοποίηση, ο συγκεκριμένος τύπος αντικειμενικής συνάρτησης και οι περιορισμοί καθορίζονται από την ουσία του προβλήματος που επιλύεται.

Το αναπτυγμένο μαθηματικό μοντέλο μπορεί να μελετηθεί χρησιμοποιώντας διάφορες μεθόδους - αναλυτική, αριθμητική, «ποιοτική», προσομοίωση.

Χρησιμοποιώντας αναλυτικές μεθόδους, μπορείτε να κάνετε την πληρέστερη μελέτη του μοντέλου. Ωστόσο, αυτές οι μέθοδοι μπορούν να εφαρμοστούν μόνο σε ένα μοντέλο που μπορεί να αναπαρασταθεί με τη μορφή ρητών αναλυτικών εξαρτήσεων, κάτι που είναι δυνατό μόνο για σχετικά απλά συστήματα. Ως εκ τούτου, οι μέθοδοι αναλυτικής έρευνας χρησιμοποιούνται συνήθως για μια αρχική χονδρική αξιολόγηση των χαρακτηριστικών ενός αντικειμένου (express αξιολόγηση), καθώς και στα αρχικά στάδια του σχεδιασμού του συστήματος.

Το κύριο μέρος των υπό μελέτη πραγματικών αντικειμένων δεν μπορεί να μελετηθεί με αναλυτικές μεθόδους. Για τη μελέτη τέτοιων αντικειμένων μπορούν να χρησιμοποιηθούν αριθμητικές μέθοδοι και μέθοδοι προσομοίωσης. Εφαρμόζονται σε μια ευρύτερη κατηγορία συστημάτων για τα οποία το μαθηματικό μοντέλο παρουσιάζεται είτε με τη μορφή συστήματος εξισώσεων που μπορεί να λυθεί με αριθμητικές μεθόδους είτε με τη μορφή αλγορίθμου που προσομοιώνει τη διαδικασία λειτουργίας του.

Εάν οι εξισώσεις που προκύπτουν δεν μπορούν να λυθούν με αναλυτικές, αριθμητικές μεθόδους ή μεθόδους προσομοίωσης, τότε καταφεύγουν στη χρήση «ποιοτικών» μεθόδων. Οι «ποιοτικές» μέθοδοι καθιστούν δυνατή την εκτίμηση των τιμών των επιθυμητών ποσοτήτων, καθώς και την αξιολόγηση της συμπεριφοράς της τροχιάς του συστήματος στο σύνολό του. Παρόμοιες μέθοδοι, μαζί με τις μεθόδους της μαθηματικής λογικής και τις μεθόδους της θεωρίας των αόριστων συνόλων, περιλαμβάνουν επίσης μια σειρά από μεθόδους της θεωρίας της τεχνητής νοημοσύνης.

Ένα μαθηματικό μοντέλο ενός πραγματικού συστήματος είναι ένα αφηρημένο, τυπικά περιγραφόμενο αντικείμενο, η μελέτη του οποίου πραγματοποιείται επίσης χρησιμοποιώντας μαθηματικές μεθόδους και κυρίως χρησιμοποιώντας τεχνολογία υπολογιστών. Επομένως, κατά τη μαθηματική μοντελοποίηση, πρέπει να καθοριστεί μια μέθοδος υπολογισμού ή διαφορετικά, να αναπτυχθεί ένα αλγοριθμικό μοντέλο ή ένα μοντέλο λογισμικού που υλοποιεί τη μέθοδο υπολογισμού.

Το ίδιο μαθηματικό μοντέλο μπορεί να εφαρμοστεί σε έναν υπολογιστή χρησιμοποιώντας διαφορετικούς αλγόριθμους. Όλα αυτά μπορεί να διαφέρουν ως προς την ακρίβεια της λύσης, τον χρόνο υπολογισμού, την ποσότητα της μνήμης που καταλαμβάνεται και άλλους δείκτες.

Φυσικά, κατά την έρευνα, χρειάζεται ένας αλγόριθμος που να παρέχει μοντελοποίηση με την απαιτούμενη ακρίβεια των αποτελεσμάτων και ελάχιστη δαπάνη χρόνου υπολογιστή και άλλων πόρων.

Ένα μαθηματικό μοντέλο, ως αντικείμενο πειράματος μηχανής, παρουσιάζεται με τη μορφή προγράμματος υπολογιστή (μοντέλο προγράμματος). Σε αυτήν την περίπτωση, είναι απαραίτητο να επιλέξετε τη γλώσσα και τα εργαλεία προγραμματισμού του μοντέλου και να υπολογίσετε τους πόρους για τη μεταγλώττιση και τον εντοπισμό σφαλμάτων του προγράμματος. Πρόσφατα, η διαδικασία προγραμματισμού μοντέλων έχει γίνει όλο και περισσότερο αυτοματοποιημένη (αυτή η προσέγγιση θα συζητηθεί στην ενότητα "Αυτοματοποίηση μοντελοποίησης πολύπλοκων στρατιωτικών οργανωτικών και τεχνικών συστημάτων"). Έχουν δημιουργηθεί ειδικές γλώσσες αλγοριθμικής μοντελοποίησης για τον προγραμματισμό μιας ευρείας κατηγορίας μοντέλων (η χρήση της γλώσσας GPSS (κυριολεκτική ρωσική μετάφραση - γλώσσα μοντελοποίησης διακριτών συστημάτων) για τη μοντελοποίηση συστημάτων υπολογιστών θα συζητηθεί επίσης σε επόμενα κεφάλαια). Παρέχουν ευκολία στην υλοποίηση τέτοιων κοινών εργασιών που προκύπτουν κατά τη μοντελοποίηση, όπως η οργάνωση ψευδοπαράλληλης εκτέλεσης αλγορίθμων, η δυναμική εκχώρηση μνήμης, η διατήρηση του χρόνου μοντέλου, η προσομοίωση τυχαίων γεγονότων (διαδικασίες), η διατήρηση μιας σειράς γεγονότων, η συλλογή και η επεξεργασία αποτελεσμάτων προσομοίωσης κ.λπ. Οι προσομοιώσεις εργαλείων περιγραφικής γλώσσας σάς επιτρέπουν να αναγνωρίζετε και να ορίζετε τις παραμέτρους του προσομοιωμένου συστήματος και τις εξωτερικές επιρροές, τους αλγόριθμους λειτουργίας και ελέγχου, τους τρόπους λειτουργίας και τα απαιτούμενα αποτελέσματα προσομοίωσης. Σε αυτή την περίπτωση, οι γλώσσες μοντελοποίησης λειτουργούν ως επίσημη βάση για τη δημιουργία μαθηματικών μοντέλων.

Πριν ξεκινήσετε ένα πείραμα στο μοντέλο, είναι απαραίτητο να προετοιμάσετε τα αρχικά δεδομένα. Η προετοιμασία των αρχικών δεδομένων ξεκινά στο στάδιο της ανάπτυξης ενός εννοιολογικού μοντέλου, όπου εντοπίζονται ορισμένα ποιοτικά και ποσοτικά χαρακτηριστικά του αντικειμένου και εξωτερικές επιρροές. Για τα ποσοτικά χαρακτηριστικά, είναι απαραίτητος ο προσδιορισμός των ειδικών τιμών τους, οι οποίες θα χρησιμοποιηθούν ως δεδομένα εισόδου για τη μοντελοποίηση. Αυτό είναι ένα εργατικό και υπεύθυνο στάδιο εργασίας. Είναι προφανές ότι η αξιοπιστία των αποτελεσμάτων της μοντελοποίησης εξαρτάται σαφώς από την ακρίβεια και την πληρότητα των δεδομένων πηγής.

Κατά κανόνα, η συλλογή αρχικών δεδομένων είναι μια πολύ περίπλοκη και χρονοβόρα διαδικασία. Αυτό οφείλεται σε διάφορους λόγους. Πρώτον, οι τιμές των παραμέτρων μπορούν να είναι όχι μόνο ντετερμινιστικές, αλλά και στοχαστικές. Δεύτερον, δεν αποδεικνύεται ότι όλες οι παράμετροι είναι σταθερές. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τις παραμέτρους των εξωτερικών επιρροών. Τρίτον, συχνά μιλάμε για μοντελοποίηση ενός ανύπαρκτου συστήματος ή ενός συστήματος που πρέπει να λειτουργεί υπό νέες συνθήκες. Η μη συνεκτίμηση οποιουδήποτε από αυτούς τους παράγοντες οδηγεί σε σημαντικές παραβιάσεις της επάρκειας του μοντέλου.

Οι τελικοί στόχοι της μοντελοποίησης επιτυγχάνονται με τη χρήση του αναπτυγμένου μοντέλου, το οποίο συνίσταται στη διεξαγωγή πειραμάτων με το μοντέλο, με αποτέλεσμα να προσδιορίζονται όλα τα απαραίτητα χαρακτηριστικά του συστήματος.

Τα πειράματα με ένα μοντέλο πραγματοποιούνται συνήθως σύμφωνα με ένα συγκεκριμένο σχέδιο. Αυτό συμβαίνει επειδή, με περιορισμένους υπολογιστικούς και χρονικούς πόρους, συνήθως δεν είναι δυνατή η διεξαγωγή όλων των πιθανών πειραμάτων. Ως εκ τούτου, υπάρχει η ανάγκη επιλογής ορισμένων συνδυασμών παραμέτρων και της ακολουθίας του πειράματος, δηλαδή, το καθήκον είναι η κατασκευή ενός βέλτιστου σχεδίου για την επίτευξη του στόχου μοντελοποίησης. Η διαδικασία ανάπτυξης ενός τέτοιου σχεδίου ονομάζεται στρατηγικός σχεδιασμός. Ωστόσο, δεν επιλύονται πλήρως όλα τα προβλήματα που σχετίζονται με τα πειράματα σχεδιασμού. Υπάρχει ανάγκη να μειωθεί η διάρκεια των πειραμάτων μηχανών, διασφαλίζοντας παράλληλα τη στατιστική αξιοπιστία των αποτελεσμάτων της μοντελοποίησης. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται τακτικός σχεδιασμός.

Το πειραματικό σχέδιο μπορεί να ενσωματωθεί σε ένα ερευνητικό πρόγραμμα υπολογιστή και να εκτελεστεί αυτόματα. Ωστόσο, τις περισσότερες φορές η ερευνητική στρατηγική περιλαμβάνει την ενεργό παρέμβαση του ερευνητή στο πείραμα προκειμένου να διορθωθεί το πειραματικό σχέδιο. Μια τέτοια παρέμβαση συνήθως υλοποιείται διαδραστικά.

Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, συνήθως μετρώνται πολλές τιμές κάθε χαρακτηριστικού, οι οποίες στη συνέχεια επεξεργάζονται και αναλύονται. Με μεγάλο αριθμό εφαρμογών που αναπαράγονται κατά τη διαδικασία μοντελοποίησης, ο όγκος των πληροφοριών σχετικά με τις καταστάσεις του συστήματος μπορεί να είναι τόσο σημαντικός που η αποθήκευσή του στη μνήμη του υπολογιστή, η επεξεργασία και η επακόλουθη ανάλυση είναι πρακτικά αδύνατες. Επομένως, είναι απαραίτητο να οργανωθεί η καταγραφή και η επεξεργασία των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης με τέτοιο τρόπο ώστε οι εκτιμήσεις των απαιτούμενων ποσοτήτων να διαμορφώνονται σταδιακά κατά τη διάρκεια της προσομοίωσης.

Δεδομένου ότι τα χαρακτηριστικά εξόδου είναι συχνά τυχαίες μεταβλητές ή συναρτήσεις, η ουσία της επεξεργασίας είναι ο υπολογισμός των εκτιμήσεων των μαθηματικών προσδοκιών, των διακυμάνσεων και των ροπών συσχέτισης.

Προκειμένου να εξαλειφθεί η ανάγκη αποθήκευσης όλων των μετρήσεων στο μηχάνημα, η επεξεργασία πραγματοποιείται συνήθως χρησιμοποιώντας επαναλαμβανόμενους τύπους, όταν οι εκτιμήσεις υπολογίζονται κατά τη διάρκεια του πειράματος χρησιμοποιώντας τη μέθοδο αθροιστικού συνόλου καθώς λαμβάνονται νέες μετρήσεις.

Με βάση τα επεξεργασμένα πειραματικά αποτελέσματα, αναλύονται οι εξαρτήσεις που χαρακτηρίζουν τη συμπεριφορά του συστήματος λαμβάνοντας υπόψη το περιβάλλον. Για καλά τυποποιημένα συστήματα, αυτό μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας μεθόδους συσχέτισης, διασποράς ή παλινδρόμησης. Η ανάλυση των αποτελεσμάτων της μοντελοποίησης περιλαμβάνει επίσης το πρόβλημα της ευαισθησίας του μοντέλου στις διακυμάνσεις των παραμέτρων του.

Η ανάλυση των αποτελεσμάτων της μοντελοποίησης μας επιτρέπει να διευκρινίσουμε πολλές πληροφοριακές παραμέτρους του μοντέλου και, κατά συνέπεια, να αποσαφηνίσουμε το ίδιο το μοντέλο. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική αλλαγή στην αρχική μορφή του εννοιολογικού μοντέλου, προσδιορισμό μιας ρητής εξάρτησης των χαρακτηριστικών, στην εμφάνιση της δυνατότητας δημιουργίας ενός αναλυτικού μοντέλου του συστήματος, σε επαναπροσδιορισμό των συντελεστών στάθμισης του κριτηρίου απόδοσης διανυσμάτων και άλλες τροποποιήσεις της αρχικής έκδοσης του μοντέλου.

Το τελικό στάδιο της μοντελοποίησης είναι η χρήση των αποτελεσμάτων μοντελοποίησης και η μεταφορά τους σε ένα πραγματικό αντικείμενο - το πρωτότυπο. Τελικά, τα αποτελέσματα της προσομοίωσης χρησιμοποιούνται συνήθως για τη λήψη αποφάσεων σχετικά με την υγεία του συστήματος, την πρόβλεψη της συμπεριφοράς του συστήματος, τη βελτιστοποίηση του συστήματος κ.λπ.

Η απόφαση σχετικά με τη λειτουργικότητα λαμβάνεται με βάση το εάν τα χαρακτηριστικά του συστήματος υπερβαίνουν τα καθορισμένα όρια ή δεν υπερβαίνουν τα καθορισμένα όρια για τυχόν επιτρεπόμενες αλλαγές στις παραμέτρους. Η πρόβλεψη είναι συνήθως ο κύριος στόχος κάθε μοντελοποίησης. Συνίσταται στην αξιολόγηση της συμπεριφοράς του συστήματος στο μέλλον υπό έναν ορισμένο συνδυασμό των ελεγχόμενων και μη ελεγχόμενων παραμέτρων του.

Βελτιστοποίηση είναι ο καθορισμός μιας στρατηγικής συμπεριφοράς συστήματος (φυσικά, λαμβάνοντας υπόψη το περιβάλλον) στην οποία η επίτευξη του στόχου του συστήματος θα εξασφαλιζόταν με τη βέλτιστη (με την έννοια του αποδεκτού κριτηρίου) κατανάλωση πόρων. Συνήθως, διάφορες μέθοδοι από τη θεωρία της επιχειρησιακής έρευνας λειτουργούν ως μέθοδοι βελτιστοποίησης.

Κατά τη διαδικασία μοντελοποίησης, σε όλα τα στάδια της, ο ερευνητής αναγκάζεται να αποφασίζει συνεχώς εάν το μοντέλο που δημιουργείται θα αντικατοπτρίζει σωστά το πρωτότυπο. Μέχρι να επιλυθεί θετικά αυτό το ζήτημα, η αξία του μοντέλου είναι αμελητέα.

Η απαίτηση επάρκειας, όπως σημειώθηκε παραπάνω, έρχεται σε σύγκρουση με την απαίτηση της απλότητας, και αυτό πρέπει να το θυμόμαστε συνεχώς κατά τον έλεγχο της επάρκειας του μοντέλου. Κατά τη διαδικασία δημιουργίας ενός μοντέλου, η επάρκεια παραβιάζεται αντικειμενικά λόγω της εξιδανίκευσης των εξωτερικών συνθηκών και των τρόπων λειτουργίας, του αποκλεισμού ορισμένων παραμέτρων και της παραμέλησης ορισμένων τυχαίων παραγόντων. Η έλλειψη ακριβών πληροφοριών σχετικά με εξωτερικές επιρροές, ορισμένα χαρακτηριστικά της δομής και της διαδικασίας λειτουργίας του συστήματος, οι αποδεκτές μέθοδοι προσέγγισης και παρεμβολής, ευρετικές υποθέσεις και υποθέσεις οδηγούν επίσης σε μείωση της αντιστοιχίας μεταξύ του μοντέλου και του αρχικού. Λόγω της έλλειψης επαρκώς ανεπτυγμένης μεθοδολογίας για την αξιολόγηση της επάρκειας, στην πράξη αυτή η επαλήθευση πραγματοποιείται είτε συγκρίνοντας τα αποτελέσματα των διαθέσιμων επιτόπιων πειραμάτων με παρόμοια αποτελέσματα που λήφθηκαν κατά τη διάρκεια πειραμάτων μηχανών είτε συγκρίνοντας τα αποτελέσματα που λαμβάνονται σε παρόμοια μοντέλα. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν και άλλες έμμεσες μέθοδοι ελέγχου της επάρκειας.

Με βάση τα αποτελέσματα του τεστ επάρκειας εξάγονται συμπεράσματα σχετικά με την καταλληλότητα του μοντέλου για τη διεξαγωγή πειραμάτων. Εάν το μοντέλο πληροί τις απαιτήσεις, τότε πραγματοποιούνται προγραμματισμένα πειράματα σε αυτό. Διαφορετικά, το μοντέλο βελτιώνεται (διορθώνεται) ή ανακατασκευάζεται πλήρως. Ταυτόχρονα, πρέπει να πραγματοποιείται αξιολόγηση της επάρκειας του μοντέλου σε κάθε στάδιο μοντελοποίησης, ξεκινώντας από το στάδιο διαμόρφωσης του στόχου της μοντελοποίησης και καθορισμού του έργου για μοντελοποίηση και τελειώνοντας με το στάδιο ανάπτυξης προτάσεων για χρήση των αποτελεσμάτων μοντελοποίησης.

Κατά την προσαρμογή ή την επανεπεξεργασία ενός μοντέλου, μπορούν να διακριθούν οι ακόλουθοι τύποι αλλαγών: καθολικοί, τοπικοί και παραμετρικοί.

Οι παγκόσμιες αλλαγές μπορεί να προκληθούν από σοβαρά σφάλματα στα αρχικά στάδια της μοντελοποίησης: κατά τη δημιουργία ενός προβλήματος μοντελοποίησης, κατά την ανάπτυξη λεκτικών, εννοιολογικών και μαθηματικών μοντέλων. Η εξάλειψη τέτοιων σφαλμάτων συνήθως οδηγεί στην ανάπτυξη ενός νέου μοντέλου.

Οι τοπικές αλλαγές σχετίζονται με την αποσαφήνιση ορισμένων παραμέτρων ή αλγορίθμων. Οι τοπικές αλλαγές απαιτούν μια μερική αλλαγή στο μαθηματικό μοντέλο, αλλά μπορεί να οδηγήσουν στην ανάγκη ανάπτυξης ενός νέου μοντέλου λογισμικού. Για να μειωθεί η πιθανότητα τέτοιων αλλαγών, συνιστάται η άμεση ανάπτυξη ενός μοντέλου με μεγαλύτερο βαθμό λεπτομέρειας από ό,τι είναι απαραίτητο για την επίτευξη του στόχου μοντελοποίησης.

Οι παραμετρικές αλλαγές περιλαμβάνουν αλλαγές σε ορισμένες ειδικές παραμέτρους που ονομάζονται παράμετροι βαθμονόμησης. Για να βελτιωθεί η επάρκεια του μοντέλου μέσω παραμετρικών αλλαγών, οι παράμετροι βαθμονόμησης θα πρέπει να προσδιορίζονται εκ των προτέρων και να παρέχονται απλοί τρόποι μεταβολής τους.

Η στρατηγική προσαρμογής του μοντέλου θα πρέπει να στοχεύει αρχικά στην εισαγωγή συνολικών, μετά τοπικών και, τέλος, παραμετρικών αλλαγών.

Στην πράξη, τα στάδια μοντελοποίησης πραγματοποιούνται μερικές φορές μεμονωμένα το ένα από το άλλο, γεγονός που επηρεάζει αρνητικά τα αποτελέσματα στο σύνολό τους. Η λύση σε αυτό το πρόβλημα βρίσκεται στους τρόπους εξέτασης μέσα σε ένα ενιαίο πλαίσιο των διαδικασιών κατασκευής ενός μοντέλου, οργάνωσης πειραμάτων πάνω σε αυτό και δημιουργίας λογισμικού μοντελοποίησης.

Η προσομοίωση θα πρέπει να θεωρείται ως ενοποιημένη διαδικασία κατασκευής και έρευνας ενός μοντέλου, έχοντας κατάλληλη υποστήριξη λογισμικού και υλικού. Υπάρχουν δύο σημαντικές πτυχές που πρέπει να σημειωθούν.

Μεθοδολογική πτυχή- προσδιορισμός προτύπων, τεχνικές κατασκευής αλγοριθμικών περιγραφών συστημάτων, σκόπιμη μετατροπή των περιγραφών που προκύπτουν σε πακέτα διασυνδεδεμένων μοντέλων μηχανών, κατάρτιση σεναρίων και σχεδίων εργασίας σε σχέση με τέτοια πακέτα, με στόχο την επίτευξη στόχων εφαρμοσμένης μοντελοποίησης.

Δημιουργική πτυχή- τέχνη, δεξιότητα, ικανότητα επίτευξης πρακτικά χρήσιμων αποτελεσμάτων κατά τη μηχανική μοντελοποίηση πολύπλοκων συστημάτων.

Η εφαρμογή της έννοιας της μοντελοποίησης συστημάτων ως αναπόσπαστο σύνολο μεθόδων για την κατασκευή και τη χρήση μοντέλων είναι δυνατή μόνο με ένα κατάλληλο επίπεδο ανάπτυξης της τεχνολογίας πληροφοριών.

Ανεξάρτητα από τον τύπο των μοντέλων (συνεχή και διακριτά, ντετερμινιστικά και στοχαστικά κ.λπ.), η μοντελοποίηση προσομοίωσης περιλαμβάνει μια σειρά από κύρια στάδια που παρουσιάζονται στο Σχ. 3.1 και είναι μια σύνθετη επαναληπτική διαδικασία:

Ρύζι. 3.1. Τεχνολογικά στάδια μοντελοποίησης προσομοίωσης

1. Το τεκμηριωμένο αποτέλεσμα σε αυτό το στάδιο είναι το μεταγλωττισμένο ;

2. Ανάπτυξη εννοιολογικής περιγραφής.Το αποτέλεσμα των δραστηριοτήτων του αναλυτή συστημάτων σε αυτό το στάδιο είναι εννοιολογικό μοντέλοΚαι επιλογή της μεθόδου επισημοποίησηςγια ένα δεδομένο αντικείμενο μοντελοποίησης.

3. Τυποποίηση του μοντέλου προσομοίωσης.Συντάχθηκε επίσημη περιγραφήαντικείμενο μοντελοποίησης.

4. Προγραμματισμός μοντέλου προσομοίωσης (ανάπτυξη προγράμματος προσομοίωσης). ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕπραγματοποιείται η επιλογή των εργαλείων αυτοματισμού μοντελοποίησης, ο αλγόριθμος, ο προγραμματισμός και ο εντοπισμός σφαλμάτων του μοντέλου προσομοίωσης.

5. Δοκιμή και έρευνα μοντέλου, επαλήθευση μοντέλου.Το μοντέλο επαληθεύεται, αξιολογείται η επάρκεια, μελετώνται οι ιδιότητες του μοντέλου προσομοίωσης και άλλα ολοκληρωμένες διαδικασίες δοκιμώναναπτυγμένο μοντέλο.

6. Σχεδιασμός και διεξαγωγή πειράματος προσομοίωσης.Πραγματοποιείται στρατηγικός και τακτικός σχεδιασμός του πειράματος προσομοίωσης. Το αποτέλεσμα είναι: μεταγλωττίστηκε και υλοποιήθηκε πειραματικό σχέδιο, δεδομένο συνθήκες λειτουργίας προσομοίωσηςγια το επιλεγμένο σχέδιο.

7. Ανάλυση αποτελεσμάτων προσομοίωσης.Ο ερευνητής ερμηνεύει τα αποτελέσματα της μοντελοποίησης και τα χρησιμοποιεί και στην πραγματικότητα λαμβάνει αποφάσεις.

Διατύπωση του προβλήματος και προσδιορισμός των στόχων της μελέτης προσομοίωσης.Στο πρώτο στάδιο διατυπώνεται το πρόβλημα που αντιμετωπίζει ο ερευνητής και λαμβάνεται απόφαση για τη σκοπιμότητα χρήσης της μεθόδου προσομοίωσης. Στη συνέχεια καθορίζονται οι στόχοι που πρέπει να επιτευχθούν ως αποτέλεσμα της προσομοίωσης. Η επιλογή του τύπου του μοντέλου προσομοίωσης και η φύση της περαιτέρω έρευνας προσομοίωσης χρησιμοποιώντας το μοντέλο προσομοίωσης εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τη διατύπωση των στόχων. Σε αυτό το στάδιο, προσδιορίζεται και μελετάται λεπτομερώς το αντικείμενο μοντελοποίησης, εκείνες οι πτυχές της λειτουργίας του που ενδιαφέρουν την έρευνα. Το αποτέλεσμα της εργασίας σε αυτό το στάδιο είναι ουσιαστική περιγραφή του αντικειμένου μοντελοποίησηςυποδεικνύοντας τους στόχους της προσομοίωσης και εκείνες τις πτυχές της λειτουργίας του αντικειμένου μοντελοποίησης που πρέπει να μελετηθούν χρησιμοποιώντας το μοντέλο προσομοίωσης. Μια ουσιαστική περιγραφή συντάσσεται στην ορολογία του πραγματικού συστήματος, στη γλώσσα της θεματικής περιοχής, κατανοητή στον πελάτη.

ΣΕΚατά τη διαδικασία σύνταξης μιας ουσιαστικής περιγραφής του αντικειμένου μοντελοποίησης, καθορίζονται τα όρια της μελέτης του μοντελοποιημένου αντικειμένου και δίνεται μια περιγραφή του εξωτερικού περιβάλλοντος με το οποίο αλληλεπιδρά. Διατυπώνονται τα κύρια κριτήρια απόδοσης, σύμφωνα με τα οποία υποτίθεται ότι συγκρίνει διαφορετικές επιλογές λύσης χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο και δημιουργούνται και περιγράφονται οι υπό εξέταση εναλλακτικές λύσεις. Δεν υπάρχει γενική συνταγή για τη δημιουργία μιας ουσιαστικής περιγραφής. Η επιτυχία εξαρτάται από τη διαίσθηση και τη γνώση του πραγματικού συστήματος του προγραμματιστή. Η γενική τεχνολογία ή η σειρά των ενεργειών σε αυτό το στάδιο είναι η εξής: συλλογή δεδομένων σχετικά με το αντικείμενο μοντελοποίησης και μεταγλώττιση ουσιαστική περιγραφή του αντικειμένου μοντελοποίησης; Ακολουθεί: μελέτη της προβληματικής κατάστασης - προσδιορισμός της διάγνωσης και καθορισμός του προβλήματος. αποσαφήνιση των στόχων μοντελοποίησης· δικαιολογείται η ανάγκη για μοντελοποίηση και επιλέγεται η μέθοδος μοντελοποίησης. Σε αυτό το στάδιο, σαφώς και συγκεκριμένα διατυπωμένο στόχους μοντελοποίησης.

ντοΤα δέντρα μοντελοποίησης καθορίζουν το συνολικό σχέδιο μοντέλακαι διαπερνούν όλα τα επόμενα στάδια μοντελοποίησης προσομοίωσης. Στη συνέχεια, διαμορφώνεται ένα εννοιολογικό μοντέλο του υπό μελέτη αντικειμένου.

ΠΑς σταθούμε λεπτομερέστερα στο κύριο περιεχόμενο των δραστηριοτήτων ενός αναλυτή συστημάτων σε αυτά τα αρχικά στάδια. Αυτή η εργασία είναι σημαντική για όλα τα επόμενα στάδια της μοντελοποίησης προσομοίωσης, και εδώ είναι που ο μοντελιστής προσομοίωσης επιδεικνύει τον εαυτό του ως αναλυτής συστημάτων που κατέχει την τέχνη της μοντελοποίησης.

Δόμηση του αρχικού προβλήματος. Διατύπωση του προβλήματος

Δόμηση του αρχικού προβλήματος. Διατύπωση του προβλήματος. Πρώτα απ 'όλα, ένας αναλυτής συστημάτων πρέπει να είναι σε θέση να αναλύσει ένα πρόβλημα. Πραγματοποιεί τη μελέτη και τη δόμηση του αρχικού προβλήματος, μια σαφή διατύπωση του προβλήματος.

Η ανάλυση του προβλήματος πρέπει να ξεκινά με μια λεπτομερή μελέτη όλων των πτυχών της λειτουργίας. Η κατανόηση των λεπτομερειών είναι σημαντική εδώ, επομένως πρέπει είτε να είστε ειδικός σε ένα συγκεκριμένο θέμα είτε να αλληλεπιδράτε με ειδικούς. Το εν λόγω σύστημα είναι συνδεδεμένο με άλλα συστήματα, επομένως είναι σημαντικό να ορίσετε σωστά τις εργασίες. Το γενικό πρόβλημα μοντελοποίησης χωρίζεται σε συγκεκριμένα.

Το κύριο σημασιολογικό περιεχόμενο της συστηματικής προσέγγισης στην επίλυση προβλημάτων παρουσιάζεται στο Σχ. 3.2.

Μια συστηματική προσέγγιση στην επίλυση προβλημάτων περιλαμβάνει:

• συστηματική εξέταση της ουσίας του προβλήματος:

1. αιτιολόγηση της ουσίας και του τόπου του υπό μελέτη προβλήματος·
2. σχηματισμός της γενικής δομής του υπό μελέτη συστήματος·
3. προσδιορισμός του πλήρους συνόλου σημαντικών παραγόντων·
4. Προσδιορισμός λειτουργικών εξαρτήσεων μεταξύ παραγόντων.

• οικοδόμηση μιας ενοποιημένης αντίληψης για την επίλυση του προβλήματος:

1. έρευνα αντικειμενικών συνθηκών για την επίλυση ενός προβλήματος.
2. αιτιολόγηση των στόχων και των στόχων που απαιτούνται για την επίλυση του προβλήματος·
3. Δόμηση εργασιών, επισημοποίηση στόχων.
4. ανάπτυξη μέσων και μεθόδων για την επίλυση του προβλήματος: περιγραφή εναλλακτικών λύσεων, σεναρίων, κανόνων λήψης αποφάσεων και ενεργειών ελέγχου για περαιτέρω ανάπτυξη διαδικασιών λήψης αποφάσεων σε μοντέλο.

• συστηματική χρήση μεθόδων μοντελοποίησης:

1. ταξινόμηση συστήματος (διάρθρωση) προβλημάτων μοντελοποίησης.
2. ανάλυση συστήματος των δυνατοτήτων των μεθόδων μοντελοποίησης·
3. επιλογή αποτελεσματικών μεθόδων μοντελοποίησης.

Προσδιορισμός στόχων

Προσδιορισμός στόχων. Το πρώτο και πιο σημαντικό βήμα για τη δημιουργία οποιουδήποτε μοντέλου είναι να προσδιοριστεί ο προορισμός του. Μπορεί να εφαρμοστεί η μέθοδος αποσύνθεσης στόχων, η οποία περιλαμβάνει τη διαίρεση του συνόλου σε μέρη: στόχους σε υποστόχους, εργασίες σε δευτερεύουσες εργασίες κ.λπ. Στην πράξη, αυτή η προσέγγιση οδηγεί σε ιεραρχικές δεντροδομές (χτίζοντας ένα δέντρο στόχων). Αυτή η διαδικασία είναι ο τομέας των ειδικών και των ειδικών στο πρόβλημα. Δηλαδή εδώ υπάρχει ένας υποκειμενικός παράγοντας. Η πρακτική πρόκληση είναι πόσο πλήρως δομημένα είναι όλα. Το δέντρο στόχων που κατασκευάστηκε ως αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας μπορεί αργότερα να αποδειχθεί χρήσιμο για το σχηματισμό πολλών κριτηρίων.

Ποιες παγίδες περιμένουν έναν αρχάριο αναλυτή συστημάτων; Αυτό που είναι στόχος για ένα επίπεδο είναι μέσο για ένα άλλο επίπεδο και συχνά εμφανίζεται σύγχυση στόχων. Για ένα σύνθετο σύστημα με πολλά υποσυστήματα, οι στόχοι μπορεί να είναι αντικρουόμενοι. Σπάνια υπάρχει ένας μόνο στόχος· με πολλά γκολ υπάρχει κίνδυνος λανθασμένης κατάταξης.

Οι στόχοι μοντελοποίησης που διατυπώθηκαν και δομήθηκαν στο πρώτο στάδιο διαπερνούν ολόκληρη την πορεία της περαιτέρω έρευνας προσομοίωσης.

Ας δούμε τα πιο χρησιμοποιημένα κατηγορίες στόχωνσε μια μελέτη προσομοίωσης: αξιολόγηση, πρόβλεψη, βελτιστοποίηση, σύγκριση εναλλακτικώνκαι τα λοιπά.

Τα πειράματα προσομοίωσης διεξάγονται για μια μεγάλη ποικιλία σκοπών, οι οποίοι μπορεί να περιλαμβάνουν:

• Βαθμός– προσδιορισμός του πόσο καλά το σύστημα της προτεινόμενης δομής θα πληροί ορισμένα συγκεκριμένα κριτήρια·
• σύγκριση εναλλακτικών λύσεων– σύγκριση ανταγωνιστικών συστημάτων που έχουν σχεδιαστεί για την εκτέλεση μιας συγκεκριμένης λειτουργίας ή σύγκριση πολλών προτεινόμενων αρχών ή τεχνικών λειτουργίας·
• πρόβλεψη– αξιολόγηση της συμπεριφοράς του συστήματος κάτω από κάποιον υποτιθέμενο συνδυασμό συνθηκών λειτουργίας.
• ανάλυση ευαισθησίας– τον ​​εντοπισμό από έναν μεγάλο αριθμό λειτουργικών παραγόντων εκείνων που επηρεάζουν περισσότερο τη συνολική συμπεριφορά του συστήματος.
• προσδιορισμός λειτουργικών σχέσεων– προσδιορισμός της φύσης της σχέσης μεταξύ δύο ή περισσότερων ενεργών παραγόντων, αφενός, και της απόκρισης του συστήματος, αφετέρου.
• βελτιστοποίηση –ακριβής προσδιορισμός ενός τέτοιου συνδυασμού συντελεστών λειτουργίας και των τιμών τους, που εξασφαλίζει την καλύτερη απόκριση ολόκληρου του συστήματος στο σύνολό του.

Διαμόρφωση κριτηρίων

Διαμόρφωση κριτηρίων. Ένας σαφής και σαφής ορισμός των κριτηρίων είναι εξαιρετικά σημαντικός. Αυτό επηρεάζει τη διαδικασία δημιουργίας και πειραματισμού του μοντέλου· επιπλέον, ο εσφαλμένος ορισμός του κριτηρίου οδηγεί σε εσφαλμένα συμπεράσματα. Υπάρχουν κριτήρια με τα οποία αξιολογείται ο βαθμός στον οποίο ένα σύστημα έχει επιτύχει έναν στόχο και κριτήρια με τα οποία αξιολογείται η μέθοδος μετάβασης προς έναν στόχο (ή η αποτελεσματικότητα ενός μέσου για την επίτευξη των στόχων). Για συστήματα μοντελοποιημένων πολλαπλών κριτηρίων, διαμορφώνεται ένα σύνολο κριτηρίων, τα οποία πρέπει να δομηθούν σε υποσυστήματα ή να ταξινομηθούν κατά σπουδαιότητα.

Ρύζι. 3.3. Μετάβαση από ένα πραγματικό σύστημα σε ένα λογικό διάγραμμα της λειτουργίας του

Ανάπτυξη εννοιολογικού μοντέλου του αντικειμένου μοντελοποίησης. Εννοιολογικό μοντέλο– υπάρχει λογική και μαθηματική περιγραφή του μοντελοποιημένου συστήματος σύμφωνα με τη διατύπωση του προβλήματος.

(Το γενικό περιεχόμενο αυτής της τεχνολογικής μετάβασης φαίνεται σχηματικά στο Σχ. 3.3). Ακολουθεί μια περιγραφή του αντικειμένου ως προς τις μαθηματικές έννοιες και ένας αλγόριθμος για τη λειτουργία των συστατικών του. Η εννοιολογική περιγραφή είναι μια απλοποιημένη αλγοριθμική αναπαράσταση του πραγματικού συστήματος.

Κατά την ανάπτυξη ενός εννοιολογικού μοντέλου, καθιερώνεται βασική δομή του μοντέλου, το οποίο περιλαμβάνει στατική και δυναμική περιγραφή του συστήματος. Καθορίζονται τα όρια του συστήματος, δίνεται περιγραφή του εξωτερικού περιβάλλοντος, εντοπίζονται βασικά στοιχεία και δίνεται η περιγραφή τους, διαμορφώνονται μεταβλητές, παράμετροι, λειτουργικές εξαρτήσεις τόσο για μεμονωμένα στοιχεία και διαδικασίες όσο και για ολόκληρο το σύστημα, περιορισμοί, στόχος συναρτήσεις (κριτήρια).

Το αποτέλεσμα της εργασίας σε αυτό το στάδιο είναι μια τεκμηριωμένη εννοιολογική περιγραφή και η επιλεγμένη μέθοδος επισημοποίησης του μοντελοποιημένου συστήματος. Κατά τη δημιουργία μικρών μοντέλων, αυτό το στάδιο συνδυάζεται με το στάδιο της σύνταξης μιας ουσιαστικής περιγραφής του συστήματος που μοντελοποιείται. Σε αυτό το στάδιο, διευκρινίζεται η μεθοδολογία του πειράματος προσομοίωσης.

Χτίζοντας ένα εννοιολογικό μοντέλο

Χτίζοντας ένα εννοιολογικό μοντέλοξεκινά με το γεγονός ότι, με βάση τον σκοπό της μοντελοποίησης, καθορίζονται τα όρια του μοντελοποιημένου συστήματος και καθορίζονται οι επιρροές του εξωτερικού περιβάλλοντος. Διατυπώνονται υποθέσεις και καταγράφονται όλες οι απαραίτητες υποθέσεις για την κατασκευή ενός μοντέλου προσομοίωσης. Συζητείται το επίπεδο λεπτομέρειας των προσομοιωμένων διαδικασιών.

Ένα σύστημα μπορεί να οριστεί ως μια συλλογή διασυνδεδεμένων στοιχείων. Σε έναν συγκεκριμένο τομέα, ο ορισμός ενός συστήματος εξαρτάται από τον σκοπό της μοντελοποίησης και από το ποιος ορίζει το σύστημα. Σε αυτό το στάδιο πραγματοποιείται αποσύνθεση του συστήματος. Καθορίζονται τα πιο σημαντικά, με την έννοια του διατυπωμένου προβλήματος, στοιχεία του συστήματος (το δομική ανάλυσημοντελοποιημένο σύστημα) και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους, προσδιορίζονται οι κύριες πτυχές της λειτουργίας του μοντελοποιημένου συστήματος (συντάσσονται λειτουργικό μοντέλο), παρέχεται περιγραφή του εξωτερικού περιβάλλοντος. Η αποσύνθεση ενός συστήματος (αντικείμενο μοντελοποίησης) ή η επιλογή υποσυστημάτων είναι μια πράξη ανάλυση. Τα στοιχεία του μοντέλου πρέπει να αντιστοιχούν σε πραγματικά υπάρχοντα θραύσματα στο σύστημα. Ένα πολύπλοκο σύστημα αναλύεται σε μέρη, διατηρώντας παράλληλα τις συνδέσεις που επιτρέπουν την αλληλεπίδραση. Είναι δυνατό να συνταχθεί ένα λειτουργικό διάγραμμα που θα αποσαφηνίσει τις ιδιαιτερότητες των δυναμικών διεργασιών που συμβαίνουν στο υπό εξέταση σύστημα. Είναι σημαντικό να καθοριστεί ποια στοιχεία θα συμπεριληφθούν στο μοντέλο, ποια θα εξωτερικευθούν και ποιες σχέσεις θα δημιουργηθούν μεταξύ τους.

Περιγραφή του εξωτερικού περιβάλλοντος

Περιγραφή του εξωτερικού περιβάλλοντοςπραγματοποιείται από τη σκέψη ότι στοιχεία του εξωτερικού περιβάλλοντος έχουν μια ορισμένη επίδραση στα στοιχεία του συστήματος, αλλά η επίδραση του ίδιου του συστήματος σε αυτά είναι, κατά κανόνα, ασήμαντη.

Όταν συζητάμε το επίπεδο λεπτομέρειας ενός μοντέλου, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε ότι οποιαδήποτε αποσύνθεση βασίζεται σε δύο αντιφατικές αρχές: πληρότητα και απλότητα. Συνήθως, στα αρχικά στάδια ανάπτυξης του μοντέλου, υπάρχει η τάση να περιλαμβάνονται πάρα πολλά στοιχεία και μεταβλητές. Ωστόσο, ένα καλό μοντέλο είναι απλό. Είναι γνωστό ότι ο βαθμός κατανόησης ενός φαινομένου είναι αντιστρόφως ανάλογος με τον αριθμό των μεταβλητών που εμφανίζονται στην περιγραφή του. Ένα μοντέλο υπερφορτωμένο με λεπτομέρειες μπορεί να γίνει πολύπλοκο και δύσκολο να εφαρμοστεί.

Ο συμβιβασμός μεταξύ αυτών των δύο πόλων είναι μόνο αυτός σημαντικός(ή σχετικό) συστατικά – απαραίτητα σε σχέση με το σκοπό της ανάλυσης.

Έτσι, πρώτα πρέπει να υπάρχει "στοιχειώδες" - συντάσσεται το απλούστερο δέντρο στόχων, μια απλοποιημένη δομή του μοντέλου. Στη συνέχεια, το μοντέλο βελτιώνεται σταδιακά. Πρέπει να προσπαθήσουμε να φτιάξουμε απλά μοντέλα και μετά να τα περιπλέκουμε. Πρέπει να ακολουθηθεί η αρχή της επαναληπτικής κατασκευής του μοντέλουόταν, καθώς το σύστημα μελετάται χρησιμοποιώντας το μοντέλο, κατά την ανάπτυξη, το μοντέλο αλλάζει με την προσθήκη νέων ή εξαιρώντας ορισμένα από τα στοιχεία του ή/και τις σχέσεις μεταξύ τους.

Πώς να μεταβείτε από ένα πραγματικό σύστημα στην απλοποιημένη περιγραφή του; Απλοποίηση, αφαίρεση– βασικές τεχνικές κάθε μοντελοποίησης. Το επιλεγμένο επίπεδο λεπτομέρειας θα πρέπει να επιτρέπει την αφαίρεση από ασαφείς πτυχές της λειτουργίας του πραγματικού συστήματος λόγω έλλειψης πληροφοριών.

Κάτω από απλοποίησηαναφέρεται στην παραμέληση ασήμαντων λεπτομερειών ή στη διατύπωση υποθέσεων για απλούστερες σχέσεις (για παράδειγμα, υποθέτοντας μια γραμμική σχέση μεταξύ μεταβλητών). Κατά τη μοντελοποίηση, διατυπώνονται υποθέσεις και υποθέσεις σχετικά με τη σχέση μεταξύ των στοιχείων και των μεταβλητών του συστήματος.

Μια άλλη πτυχή της ανάλυσης ενός πραγματικού συστήματος είναι η αφαίρεση. Αφαίρεσηπεριέχει τις ουσιαστικές ιδιότητες της συμπεριφοράς ενός αντικειμένου, αλλά όχι απαραίτητα με την ίδια μορφή και με τόση λεπτομέρεια όπως συμβαίνει σε ένα πραγματικό σύστημα.

Αφού αναλυθούν και μοντελοποιηθούν τα μέρη ή τα στοιχεία του συστήματος, προχωράμε στον συνδυασμό τους σε ένα ενιαίο σύνολο. Το εννοιολογικό μοντέλο πρέπει να αντικατοπτρίζει σωστά την αλληλεπίδρασή τους. Σύνθεσηυπάρχει επέμβαση σύνθεση, συνάθροιση (στη μοντελοποίηση συστημάτων αυτό δεν είναι απλώς μια συναρμολόγηση εξαρτημάτων). Κατά τη διάρκεια αυτής της λειτουργίας, δημιουργούνται σχέσεις μεταξύ των στοιχείων (για παράδειγμα, διευκρινίζεται η δομή, παρέχεται περιγραφή σχέσεων, σειρά, κ.λπ.).

Η έρευνα συστήματος βασίζεται σε έναν συνδυασμό λειτουργιών ανάλυσης και σύνθεσης. Στην πράξη εφαρμόζονται επαναληπτικές διαδικασίες ανάλυσης και σύνθεσης. Μόνο μετά από αυτό μπορούμε να προσπαθήσουμε να εξηγήσουμε το σύνολο - το σύστημα, μέσω των συστατικών του - υποσυστημάτων, με τη μορφή της γενικής δομής του συνόλου.

Κριτήρια απόδοσης

Κριτήρια απόδοσης. Παράμετροι, μεταβλητές μοντέλου.Η περιγραφή του συστήματος πρέπει να περιλαμβάνει κριτήρια για την αποτελεσματικότητα του συστήματος και τις εναλλακτικές λύσεις που αξιολογούνται. Το τελευταίο μπορεί να θεωρηθεί ως είσοδος μοντέλου ή παράμετρος σεναρίου. Κατά τον αλγόριθμο των προσομοιωμένων διαδικασιών, καθορίζονται επίσης οι κύριες μεταβλητές του μοντέλου που εμπλέκονται στην περιγραφή του.

Κάθε μοντέλο αντιπροσωπεύει κάποιο συνδυασμό τέτοιων στοιχείων όπως συνιστώσες, μεταβλητές, παράμετροι, λειτουργικές εξαρτήσεις, περιορισμοί, αντικειμενικές συναρτήσεις (κριτήρια).

Κάτω από συστατικάκατανοούν τα συστατικά μέρη που, όταν συνδυαστούν σωστά, σχηματίζουν ένα σύστημα. Μερικές φορές λαμβάνονται υπόψη και τα συστατικά στοιχείασύστημα ή του υποσυστήματα. Σύστημαορίζεται ως μια ομάδα ή μια συλλογή αντικειμένων που ενώνονται με κάποια μορφή τακτικής αλληλεπίδρασης ή αλληλεξάρτησης για την εκτέλεση μιας δεδομένης λειτουργίας. Το υπό μελέτη σύστημα αποτελείται από εξαρτήματα.

Παράμετροιείναι ποσότητες που ο ερευνητής μπορεί να επιλέξει αυθαίρετα, σε αντίθεση μεταβλητέςμοντέλα που μπορούν να λάβουν τιμές που καθορίζονται από τον τύπο μιας δεδομένης συνάρτησης. Στο μοντέλο θα διακρίνουμε δύο τύπους μεταβλητών: εξωγενείς και ενδογενείς. Εξωγενήςονομάζονται και μεταβλητές εισαγωγή. Αυτό σημαίνει ότι δημιουργούνται έξω από το σύστημα ή είναι αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης εξωτερικών αιτιών. ΕνδογενήςΟι μεταβλητές είναι μεταβλητές που προκύπτουν στο σύστημα ως αποτέλεσμα της επίδρασης εσωτερικών αιτιών. Σε περιπτώσεις όπου ενδογενείς μεταβλητές χαρακτηρίζουν την κατάσταση ή τις συνθήκες που εμφανίζονται στο σύστημα, τις ονομάζουμε μεταβλητές κατάστασης. Όταν είναι απαραίτητο να περιγράψουμε τις εισόδους και τις εξόδους του συστήματος, ασχολούμαστε μεταβλητές εισόδου και εξόδου.

Λειτουργικές εξαρτήσειςπεριγράφουν τη συμπεριφορά μεταβλητών και παραμέτρων σε ένα στοιχείο ή εκφράζουν τις σχέσεις μεταξύ των στοιχείων του συστήματος. Αυτές οι σχέσεις είναι είτε ντετερμινιστικές είτε στοχαστικές.

Περιορισμοίαντιπροσωπεύουν καθορισμένα όρια για την αλλαγή των τιμών των μεταβλητών ή περιοριστικές συνθήκες για τις αλλαγές τους. Μπορούν να εισαχθούν είτε από τον προγραμματιστή είτε να εγκατασταθούν από το ίδιο το σύστημα λόγω των εγγενών ιδιοτήτων του.

Αντικειμενική συνάρτηση (συνάρτηση κριτηρίου)αντιπροσωπεύει μια ακριβή αναπαράσταση των στόχων ή των στόχων του συστήματος και των απαραίτητων κανόνων για την αξιολόγηση της εφαρμογής τους. Η έκφραση για την αντικειμενική συνάρτηση πρέπει να είναι ένας σαφής ορισμός των στόχων και των στόχων με τους οποίους πρέπει να μετρώνται οι αποφάσεις που λαμβάνονται.

Τυποποίηση του μοντέλου προσομοίωσης. Στο τρίτο στάδιο της μελέτης προσομοίωσης, επισημοποιείται το αντικείμενο μοντελοποίησης. Η διαδικασία επισημοποίησης ενός σύνθετου συστήματος περιλαμβάνει:

• επιλογή της μεθόδου επισημοποίησης·
• συντάσσοντας επίσημη περιγραφή του συστήματος.

Κατά τη διαδικασία κατασκευής ενός μοντέλου, μπορούν να διακριθούν τρία επίπεδα αναπαράστασής του:

• άτυπη (στάδιο 2) - εννοιολογικό μοντέλο;
• επισημοποιήθηκε (στάδιο 3) – επίσημο μοντέλο;
• λογισμικό (στάδιο 4) – μοντέλο προσομοίωσης.

Κάθε επίπεδο διαφέρει από το προηγούμενο ως προς το βαθμό λεπτομέρειας του μοντελοποιημένου συστήματος και στους τρόπους περιγραφής της δομής και της διαδικασίας λειτουργίας του. Ταυτόχρονα, αυξάνεται το επίπεδο της αφαίρεσης.

Εννοιολογικό μοντέλο

Εννοιολογικό μοντέλοείναι μια συστηματική, ουσιαστική περιγραφή του μοντελοποιημένου συστήματος (ή της προβληματικής κατάστασης) σε άτυπη γλώσσα. Μια μη τυπική περιγραφή του υπό ανάπτυξη μοντέλου προσομοίωσης περιλαμβάνει τον ορισμό των κύριων στοιχείων του μοντελοποιημένου συστήματος, τα χαρακτηριστικά τους και την αλληλεπίδραση μεταξύ των στοιχείων στη δική τους γλώσσα. Σε αυτή την περίπτωση, μπορούν να χρησιμοποιηθούν πίνακες, γραφήματα, διαγράμματα κ.λπ. Μια άτυπη περιγραφή του μοντέλου είναι απαραίτητη τόσο για τους ίδιους τους προγραμματιστές (κατά τον έλεγχο της επάρκειας του μοντέλου, την τροποποίηση του κ.λπ.) όσο και για την αμοιβαία κατανόηση με ειδικούς σε άλλους τομείς.

Το εννοιολογικό μοντέλο περιέχει αρχικές πληροφορίες για τον αναλυτή συστημάτων που επισημοποιεί το σύστημα και χρησιμοποιεί μια συγκεκριμένη μεθοδολογία και τεχνολογία για αυτό, δηλ. Με βάση την άτυπη περιγραφή, αναπτύσσεται μια πιο αυστηρή και λεπτομερής τυπική περιγραφή.

Στη συνέχεια, η τυπική περιγραφή μετατρέπεται σε πρόγραμμα - προσομοιωτή σύμφωνα με κάποια μεθοδολογία (τεχνολογία προγραμματισμού).

Ένα παρόμοιο σχήμα εμφανίζεται κατά την εκτέλεση πειραμάτων προσομοίωσης: η διατύπωση περιεχομένου χαρτογραφείται σε ένα επίσημο μοντέλο, μετά από το οποίο γίνονται οι απαραίτητες αλλαγές και προσθήκες στη μεθοδολογία του κατευθυνόμενου υπολογιστικού πειράματος.

Το κύριο καθήκον του σταδίου επισημοποίησης– δίνουν επίσημη περιγραφή ενός πολύπλοκου συστήματος, χωρίς δευτερεύουσες πληροφορίες που περιέχονται στην ουσιαστική περιγραφή, αλγοριθμική αναπαράσταση του αντικειμένου μοντελοποίησης. Σκοπός επισημοποίησης– αποκτήστε επίσημη αναπαράσταση του λογικομαθηματικού μοντέλου, δηλ. αλγόριθμους για τη συμπεριφορά εξαρτημάτων ενός σύνθετου συστήματος και αντικατοπτρίζουν την αλληλεπίδραση μεταξύ των στοιχείων στο επίπεδο του αλγορίθμου μοντελοποίησης.

Μπορεί να αποδειχθεί ότι οι πληροφορίες που είναι διαθέσιμες στην ουσιαστική περιγραφή δεν είναι αρκετές για να επισημοποιήσουν το αντικείμενο μοντελοποίησης. Σε αυτήν την περίπτωση, είναι απαραίτητο να επιστρέψουμε στο στάδιο της σύνταξης μιας ουσιαστικής περιγραφής και να τη συμπληρώσουμε με δεδομένα, η ανάγκη για τα οποία ανακαλύφθηκε κατά την επισημοποίηση του αντικειμένου μοντελοποίησης. Στην πράξη, μπορεί να υπάρχουν αρκετές τέτοιες επιστροφές. Η επισημοποίηση είναι χρήσιμη εντός ορισμένων ορίων και δεν δικαιολογείται για απλά μοντέλα.

Υπάρχει μια σημαντική ποικιλία σχημάτων τυποποίησης και δόμησης (έννοιες) που έχουν βρει εφαρμογή στη μοντελοποίηση προσομοίωσης. Τα σχήματα τυποποίησης καθοδηγούνται από διαφορετικές μαθηματικές θεωρίες και βασίζονται σε διαφορετικές ιδέες σχετικά με τις διαδικασίες που μελετώνται. Εξ ου και η ποικιλομορφία τους και το πρόβλημα της επιλογής ενός κατάλληλου σχήματος τυποποίησης (για την περιγραφή ενός δεδομένου αντικειμένου μοντελοποίησης).

Για διακριτά μοντέλα, για παράδειγμα, συστήματα προσανατολισμένα στη διαδικασία (περιγραφή διεργασίας), μπορούν να χρησιμοποιηθούν συστήματα που βασίζονται σε παραδείγματα δικτύου (παραδείγματα δικτύου), για συνεχή - διαγράμματα ροής μοντέλων δυναμικής συστήματος.

Οι πιο γνωστές και ευρέως χρησιμοποιούμενες στην πράξη έννοιες της επισημοποίησης είναι: αθροιστικά συστήματα και αυτόματα. Δίχτυα Petri και οι προεκτάσεις τους. δυναμικά μοντέλα συστημάτων. Στο πλαίσιο μιας έννοιας τυποποίησης, μπορούν να εφαρμοστούν διάφορα αλγοριθμικά μοντέλα. Κατά κανόνα, η μία ή η άλλη έννοια δόμησης (σχήμα αναπαράστασης αλγοριθμικών μοντέλων) ή τυποποίησης σε τεχνολογικό επίπεδο καθορίζεται στο σύστημα μοντελοποίησης, στη γλώσσα μοντελοποίησης. Η έννοια της δόμησης βασίζεται σε όλα τα συστήματα προσομοίωσης και υποστηρίζεται από ειδικά ανεπτυγμένες τεχνικές τεχνολογίας προγραμματισμού. Αυτό απλοποιεί την κατασκευή και τον προγραμματισμό του μοντέλου. Για παράδειγμα, η γλώσσα μοντελοποίησης GPSS έχει μια έννοια μπλοκ δομής· η δομή της μοντελοποιημένης διαδικασίας απεικονίζεται ως ροή συναλλαγών που διέρχεται από συσκευές υπηρεσίας, ουρές και άλλα στοιχεία συστημάτων ουράς.

Σε ορισμένα σύγχρονα συστήματα μοντελοποίησης, μαζί με τη συσκευή που υποστηρίζει τη μία ή την άλλη έννοια δόμησης, υπάρχουν ειδικά εργαλεία που διασφαλίζουν την εφαρμογή μιας συγκεκριμένης έννοιας τυποποίησης στο σύστημα.

Η κατασκευή μοντέλων προσομοίωσης βασίζεται σε σύγχρονες μεθόδους για τη δόμηση πολύπλοκων συστημάτων και την περιγραφή της δυναμικής τους. Τα ακόλουθα μοντέλα και μέθοδοι χρησιμοποιούνται ευρέως στην πρακτική της ανάλυσης πολύπλοκων συστημάτων:

• δίκτυα τμηματικών γραμμικών μονάδων που μοντελοποιούν διακριτά και συνεχώς διακριτά συστήματα.
• Δίκτυα Petri (δίκτυα συμβάντων, E-net, COMBI net και άλλες επεκτάσεις), που χρησιμοποιούνται στη δόμηση αιτιακών σχέσεων και συστημάτων μοντελοποίησης με παράλληλες διαδικασίες, που χρησιμεύουν για τη διαστρωμάτωση και τον αλγόριθμο της δυναμικής των διακριτών και διακριτών-συνεχών συστημάτων.
• διαγράμματα ροής και εξισώσεις πεπερασμένων διαφορών δυναμικής συστημάτων, που είναι μοντέλα συνεχών συστημάτων.

Προγραμματισμός Μοντέλου Προσομοίωσης

Προγραμματισμός Μοντέλου Προσομοίωσης. Μια εννοιολογική ή επίσημη περιγραφή ενός σύνθετου μοντέλου συστήματος μετατρέπεται σε πρόγραμμα προσομοιωτή σύμφωνα με κάποια μεθοδολογία προγραμματισμού και χρησιμοποιώντας γλώσσες και συστήματα μοντελοποίησης. Ένα σημαντικό σημείο είναι η σωστή επιλογή εργαλείων για την υλοποίηση του μοντέλου προσομοίωσης.

Συλλογή και ανάλυση αρχικών δεδομένων.Αυτό το στάδιο δεν ξεχωρίζει πάντα ως ανεξάρτητο, αλλά το έργο που εκτελείται σε αυτό το στάδιο έχει μεγάλη σημασία. Ενώ ο προγραμματισμός και η ανίχνευση ενός μοντέλου προσομοίωσης μπορεί να πραγματοποιηθεί σε υποθετικά δεδομένα, η επερχόμενη πειραματική μελέτη πρέπει να εκτελεστεί σε μια πραγματική ροή δεδομένων. Η ακρίβεια των ληφθέντων αποτελεσμάτων προσομοίωσης και η επάρκεια του μοντέλου στο πραγματικό σύστημα εξαρτώνται από αυτό.

Εδώ ο προγραμματιστής του μοντέλου προσομοίωσης αντιμετωπίζει δύο ερωτήματα:

• πού και πώς να αποκτήσετε και να συλλέξετε αρχικές πληροφορίες·
• πώς να επεξεργάζεστε δεδομένα που συλλέγονται για ένα πραγματικό σύστημα.

Βασικές μέθοδοι για τη λήψη αρχικών δεδομένων:

• από την υπάρχουσα τεκμηρίωση για το σύστημα (δεδομένα εκθέσεων, στατιστικές συλλογές, για παράδειγμα, για κοινωνικοοικονομικά συστήματα, οικονομική και τεχνική τεκμηρίωση για συστήματα παραγωγής κ.λπ.)·
• σωματικός πειραματισμός. Μερικές φορές, για να ορίσετε τις αρχικές πληροφορίες, είναι απαραίτητο να πραγματοποιήσετε πειράματα πλήρους κλίμακας στο προσομοιωμένο σύστημα ή στα πρωτότυπά του.
• προκαταρκτική, a priori σύνθεση δεδομένων. Μερικές φορές τα δεδομένα εισόδου μπορεί να μην υπάρχουν και το σύστημα που μοντελοποιείται αποκλείει τον φυσικό πειραματισμό. Σε αυτή την περίπτωση, προτείνονται διάφορες μέθοδοι προκαταρκτικής σύνθεσης δεδομένων. Για παράδειγμα, κατά τη μοντελοποίηση συστημάτων πληροφοριών, η διάρκεια εκπλήρωσης μιας απαίτησης πληροφοριών εκτιμάται με βάση την πολυπλοκότητα των αλγορίθμων που εφαρμόζονται σε έναν υπολογιστή. Αυτές οι μέθοδοι περιλαμβάνουν διάφορες διαδικασίες που βασίζονται σε μια γενική ανάλυση του προβλήματος, ερωτηματολόγια, συνεντεύξεις και την ευρεία χρήση μεθόδων αξιολόγησης ειδικών.

Η δεύτερη ερώτηση σχετίζεται με το πρόβλημα αναγνώριση δεδομένων εισόδουγια στοχαστικά συστήματα. Είχε προηγουμένως επισημανθεί ότι η μοντελοποίηση προσομοίωσης είναι ένα αποτελεσματικό εργαλείο για τη μελέτη στοχαστικών συστημάτων, δηλ. συστήματα των οποίων η δυναμική εξαρτάται από τυχαίους παράγοντες. Οι μεταβλητές εισόδου (και εξόδου) ενός στοχαστικού μοντέλου είναι συνήθως τυχαίες μεταβλητές, διανύσματα, συναρτήσεις, τυχαίες διεργασίες. Ως εκ τούτου, προκύπτουν πρόσθετες δυσκολίες που σχετίζονται με τη σύνθεση εξισώσεων για σχετικά άγνωστους νόμους κατανομής και τον προσδιορισμό πιθανοτικών χαρακτηριστικών (μαθηματικές προσδοκίες, διασπορές, συναρτήσεις συσχέτισης κ.λπ.) για τις αναλυόμενες διαδικασίες και τις παραμέτρους τους. Η ανάγκη για στατιστική ανάλυση κατά τη συλλογή και ανάλυση δεδομένων εισόδου σχετίζεται με τα καθήκοντα προσδιορισμού του τύπου των λειτουργικών εξαρτήσεων που περιγράφουν τα δεδομένα εισόδου, την αξιολόγηση των ειδικών τιμών των παραμέτρων αυτών των εξαρτήσεων, καθώς και τον έλεγχο της σημασίας των Παράμετροι. Για την επιλογή θεωρητικών κατανομών τυχαίων μεταβλητών, χρησιμοποιούνται γνωστές μέθοδοι μαθηματικών στατιστικών, που βασίζονται στον προσδιορισμό των παραμέτρων των εμπειρικών κατανομών και στον έλεγχο στατιστικών υποθέσεων, χρησιμοποιώντας κριτήρια καλής προσαρμογής για να προσδιοριστεί εάν τα εμπειρικά δεδομένα συνάδουν με γνωστούς νόμους κατανομής.

Δοκιμή και μελέτη των ιδιοτήτων του μοντέλου προσομοίωσης

Δοκιμή και μελέτη των ιδιοτήτων του μοντέλου προσομοίωσης. Μετά την εφαρμογή του μοντέλου προσομοίωσης σε υπολογιστή, είναι απαραίτητο να διεξαχθούν δοκιμές για την αξιολόγηση της αξιοπιστίας του μοντέλου. Στο στάδιο της δοκιμής και της έρευνας του αναπτυγμένου μοντέλου προσομοίωσης, ολοκληρωμένη δοκιμή του μοντέλου (δοκιμή) – μια προγραμματισμένη επαναληπτική διαδικασία που αποσκοπεί στην υποστήριξη διαδικασιών επαλήθευσης και επικύρωσης μοντέλων και δεδομένων προσομοίωσης.

Εάν, ως αποτέλεσμα των διαδικασιών που πραγματοποιήθηκαν, το μοντέλο αποδειχθεί ανεπαρκώς αξιόπιστο, τότε βαθμονόμηση μοντέλου προσομοίωσης(οι συντελεστές βαθμονόμησης ενσωματώνονται στον αλγόριθμο μοντελοποίησης) για να διασφαλιστεί η επάρκεια του μοντέλου. Σε πιο περίπλοκες περιπτώσεις, πολλές επαναλήψεις είναι δυνατές σε πρώιμα στάδια προκειμένου να ληφθούν πρόσθετες πληροφορίες σχετικά με το μοντελοποιημένο αντικείμενο ή να τελειοποιηθεί το μοντέλο προσομοίωσης. Η παρουσία σφαλμάτων στην αλληλεπίδραση των στοιχείων του μοντέλου επιστρέφει τον ερευνητή στο στάδιο της δημιουργίας ενός μοντέλου προσομοίωσης. Ο λόγος για αυτό μπορεί να είναι ένα αρχικά απλοποιημένο μοντέλο μιας διαδικασίας ή φαινομένου, το οποίο οδηγεί στην ανεπάρκεια του μοντέλου για το αντικείμενο. Εάν η επιλογή της μεθόδου επισημοποίησης είναι ανεπιτυχής, τότε είναι απαραίτητο να επαναληφθεί το στάδιο της κατάρτισης ενός εννοιολογικού μοντέλου, λαμβάνοντας υπόψη τις νέες πληροφορίες και την αποκτηθείσα εμπειρία. Τέλος, όταν δεν υπάρχουν επαρκείς πληροφορίες για το αντικείμενο, είναι απαραίτητο να επιστρέψουμε στο στάδιο της σύνταξης μιας ουσιαστικής περιγραφής του συστήματος και να το διευκρινίσουμε λαμβάνοντας υπόψη τα αποτελέσματα της δοκιμής.

Κατευθυνόμενο υπολογιστικό πείραμα σε μοντέλο προσομοίωσης. Ανάλυση αποτελεσμάτων προσομοίωσης και λήψη αποφάσεων. Στα τελικά στάδια της μοντελοποίησης προσομοίωσης, είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθεί στρατηγικός και τακτικός σχεδιασμός του πειράματος προσομοίωσης. Η οργάνωση ενός κατευθυνόμενου υπολογιστικού πειράματος σε ένα μοντέλο προσομοίωσης περιλαμβάνει την επιλογή και εφαρμογή διαφόρων αναλυτικών μεθόδων για την επεξεργασία των αποτελεσμάτων μιας μελέτης προσομοίωσης. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιούνται μέθοδοι σχεδιασμού ενός υπολογιστικού πειράματος, ανάλυση παλινδρόμησης και διακύμανσης και μέθοδοι βελτιστοποίησης. Η οργάνωση και η διεξαγωγή ενός πειράματος απαιτεί τη σωστή εφαρμογή αναλυτικών μεθόδων. Με βάση τα ληφθέντα αποτελέσματα, η μελέτη θα πρέπει να επιτρέπει την εξαγωγή συμπερασμάτων επαρκή για τη λήψη αποφάσεων σχετικά με τα προβλήματα και τα καθήκοντα που εντοπίστηκαν στα αρχικά στάδια.

Κάθε στάδιο της μοντελοποίησης καθορίζεται από την εργασία και τους στόχους της μοντελοποίησης. Γενικά, η διαδικασία κατασκευής και μελέτης ενός μοντέλου μπορεί να αναπαρασταθεί χρησιμοποιώντας το διάγραμμα:

Στάδιο Ι. Διατύπωση του προβλήματος

Περιλαμβάνει τρία στάδια:

Περιγραφή της εργασίας

Η εργασία περιγράφεται σε συνηθισμένη γλώσσα.

Ολόκληρο το σύνολο των προβλημάτων μπορεί να χωριστεί ανάλογα με τη φύση του σκευάσματος σε 2 κύριες ομάδες:

1. Η πρώτη ομάδα περιέχει εργασίες στις οποίες είναι απαραίτητο να μελετηθεί πώς θα αλλάξουν τα χαρακτηριστικά ενός αντικειμένου υπό κάποια επίδραση σε αυτό, δηλ. πρέπει να λάβετε απάντηση στην ερώτηση "Τι θα συμβεί αν;...".

   Για παράδειγμα, τι συμβαίνει εάν τοποθετηθεί μια μαγνητική κάρτα στο ψυγείο; Τι θα συμβεί αν αυξηθούν οι προϋποθέσεις εισαγωγής σε πανεπιστήμιο; Τι θα συμβεί αν αυξήσετε απότομα τους λογαριασμούς κοινής ωφελείας; και ούτω καθεξής.

   Η δεύτερη ομάδα περιέχει εργασίες στις οποίες είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί τι πρέπει να γίνει με ένα αντικείμενο, ώστε οι παράμετροί του να ικανοποιούν μια συγκεκριμένη καθορισμένη συνθήκη, δηλ. πρέπει να λάβετε απάντηση στην ερώτηση "Πώς να το κάνετε έτσι ώστε...".

   Για παράδειγμα, πώς να δομήσετε ένα μάθημα μαθηματικών έτσι ώστε τα παιδιά να κατανοούν την ύλη; Ποιο τρόπο πτήσης αεροσκάφους να επιλέξω για να κάνω την πτήση ασφαλέστερη και πιο οικονομική; Πώς να προγραμματίσετε τις κατασκευαστικές εργασίες ώστε να ολοκληρωθούν το συντομότερο δυνατό;

Προσδιορισμός του σκοπού της προσομοίωσης

Σε αυτό το στάδιο, μεταξύ των πολλών χαρακτηριστικών (παραμέτρων) του αντικειμένου, εντοπίζονται τα πιο σημαντικά. Το ίδιο αντικείμενο για διαφορετικούς σκοπούς μοντελοποίησης θα έχει διαφορετικές βασικές ιδιότητες.

Για παράδειγμα, κατά την κατασκευή ενός μοντέλου θαλαμηγού για τη συμμετοχή σε διαγωνισμούς μοντέλων πλοίων, τα χαρακτηριστικά πλευσιμότητας του θα είναι απαραίτητα. Για να επιτευχθεί ο στόχος της κατασκευής ενός μοντέλου, θα αναζητηθεί η απάντηση στην ερώτηση «Πώς να το κάνουμε έτσι…;».

Κατά την κατασκευή ενός μοντέλου γιοτ για ταξίδια σε αυτό, μακροχρόνιες κρουαζιέρες, εκτός από τα πλωτά χαρακτηριστικά, η εσωτερική του δομή θα είναι σημαντική: ο αριθμός των καταστρωμάτων, η άνεση των καμπινών, η παρουσία άλλων ανέσεων κ.λπ.

Κατά την κατασκευή ενός μοντέλου προσομοίωσης υπολογιστή ενός γιοτ για τη δοκιμή της αξιοπιστίας του σχεδιασμού του σε συνθήκες καταιγίδας, το μοντέλο γιοτ θα αντιπροσωπεύει μια αλλαγή στην εικόνα και τις υπολογισμένες παραμέτρους στην οθόνη της οθόνης όταν αλλάξουν οι τιμές των παραμέτρων εισόδου. Το πρόβλημα «Τι θα συμβεί αν...;» θα λυθεί.

Ο σκοπός της μοντελοποίησης σάς επιτρέπει να καθορίσετε ποια δεδομένα θα είναι τα αρχικά δεδομένα, τι πρέπει να επιτευχθεί ως αποτέλεσμα και ποιες ιδιότητες του αντικειμένου μπορούν να αγνοηθούν.

Με αυτόν τον τρόπο κατασκευάζεται ένα λεκτικό μοντέλο του προβλήματος.

Ανάλυση Αντικειμένου

Αυτό συνεπάγεται σαφή αναγνώριση του αντικειμένου που μοντελοποιείται και των κύριων ιδιοτήτων του.

Στάδιο II. Επισημοποίηση της εργασίας

Συνδέεται με τη δημιουργία ενός επισημοποιημένου μοντέλου, π.χ. μοντέλο, το οποίο είναι γραμμένο σε κάποια επίσημη γλώσσα. Για παράδειγμα, τα ποσοστά γονιμότητας, τα οποία παρουσιάζονται με τη μορφή πίνακα ή διαγράμματος, είναι ένα επίσημο μοντέλο.

Η τυποποίηση νοείται ως η μεταφορά των βασικών ιδιοτήτων και χαρακτηριστικών ενός αντικειμένου μοντελοποίησης σε μια συγκεκριμένη μορφή.

Επίσημο μοντέλο είναι ένα μοντέλο που προκύπτει ως αποτέλεσμα επισημοποίησης.

Σημείωση 1

Για την επίλυση προβλημάτων με χρήση υπολογιστή, η καταλληλότερη γλώσσα είναι τα μαθηματικά. Το επίσημο μοντέλο καταγράφει τις συνδέσεις μεταξύ των αρχικών δεδομένων και του τελικού αποτελέσματος χρησιμοποιώντας διάφορους τύπους, καθώς και επιβάλλει περιορισμούς στις επιτρεπόμενες τιμές των παραμέτρων.

Στάδιο III. Ανάπτυξη υπολογιστικού μοντέλου

Ξεκινά με την επιλογή ενός εργαλείου μοντελοποίησης (περιβάλλον λογισμικού) με το οποίο θα δημιουργηθεί και θα μελετηθεί το μοντέλο.

Ο αλγόριθμος για την κατασκευή ενός μοντέλου υπολογιστή και η μορφή παρουσίασής του εξαρτώνται από την επιλογή του περιβάλλοντος λογισμικού.

Για παράδειγμα, σε ένα περιβάλλον προγραμματισμού, η μορφή αναπαράστασης είναι ένα πρόγραμμα που είναι γραμμένο στην κατάλληλη γλώσσα. Σε περιβάλλοντα εφαρμογών (υπολογιστικά φύλλα, DBMS, επεξεργαστές γραφικών κ.λπ.), η μορφή παρουσίασης ενός αλγορίθμου είναι μια ακολουθία τεχνολογικών τεχνικών που οδηγούν στην επίλυση ενός προβλήματος.

Σημειώστε ότι το ίδιο πρόβλημα μπορεί να λυθεί χρησιμοποιώντας διαφορετικά περιβάλλοντα λογισμικού, η επιλογή των οποίων εξαρτάται, πρώτα απ 'όλα, από τις τεχνικές και υλικές του δυνατότητες.

Στάδιο IV. Πείραμα υπολογιστή

Περιλαμβάνει 2 στάδια:

Δοκιμή μοντέλου – έλεγχος της ορθότητας της κατασκευής του μοντέλου.

Σε αυτό το στάδιο ελέγχεται ο αναπτυγμένος αλγόριθμος για την κατασκευή του μοντέλου και η καταλληλότητα του μοντέλου που προκύπτει ως προς το αντικείμενο και το σκοπό της μοντελοποίησης.

Σημείωση 2

Για τον έλεγχο της ορθότητας του αλγορίθμου κατασκευής του μοντέλου, χρησιμοποιούνται δεδομένα δοκιμής για τα οποία το τελικό αποτέλεσμα είναι γνωστό εκ των προτέρων. Τις περισσότερες φορές, τα δεδομένα δοκιμής προσδιορίζονται χειροκίνητα. Εάν τα αποτελέσματα συμπίπτουν κατά τη διάρκεια του ελέγχου, τότε έχει αναπτυχθεί ο σωστός αλγόριθμος και εάν όχι, τότε πρέπει να βρεθεί και να εξαλειφθεί ο λόγος της ασυμφωνίας τους.

Οι δοκιμές θα πρέπει να είναι στοχευμένες και συστηματοποιημένες, ενώ η αύξηση της πολυπλοκότητας των δεδομένων δοκιμών θα πρέπει να γίνεται σταδιακά. Να προσδιοριστεί η ορθότητα της κατασκευής του μοντέλου, το οποίο αντανακλά τις ιδιότητες του πρωτοτύπου που είναι απαραίτητες για το σκοπό της μοντελοποίησης, π.χ. για την επάρκειά του, είναι απαραίτητο να επιλεγούν δεδομένα δοκιμών που θα αντικατοπτρίζουν την πραγματική κατάσταση.

Πρότυπη έρευνα

Μπορείτε να προχωρήσετε στη μελέτη του μοντέλου μόνο μετά από επιτυχή δοκιμή και βεβαιότητα ότι έχει δημιουργηθεί ακριβώς το μοντέλο που πρέπει να μελετηθεί.

V στάδιο. Ανάλυση αποτελεσμάτων

Είναι θεμελιώδες για τη διαδικασία μοντελοποίησης. Η απόφαση για συνέχιση ή ολοκλήρωση της μελέτης λαμβάνεται με βάση τα αποτελέσματα του συγκεκριμένου σταδίου.

Εάν τα αποτελέσματα δεν ανταποκρίνονται στους στόχους της εργασίας, καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι έγιναν λάθη στα προηγούμενα στάδια. Τότε είναι απαραίτητο να διορθωθεί το μοντέλο, δηλ. επιστρέψτε σε ένα από τα προηγούμενα βήματα. Η διαδικασία πρέπει να επαναληφθεί έως ότου τα αποτελέσματα του πειράματος υπολογιστή να επιτύχουν τους στόχους μοντελοποίησης.

Σε προηγούμενα θέματα, διατυπώσαμε τι είναι μοντέλο και ορίσαμε μια νέα έννοια - πρίπλασμα.Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε ότι η μοντελοποίηση είναι μία από τις βασικές ανθρώπινες δραστηριότητες. Το μόντελινγκ πάντα προηγείται κάθε επιχείρησης με τη μια ή την άλλη μορφή.

Ρύζι. 4. Από το πρωτότυπο στη λήψη αποφάσεων.

Το διάγραμμα που φαίνεται στο Σχ. Το 4 δείχνει ότι η μοντελοποίηση κατέχει κεντρική θέση στη μελέτη ενός αντικειμένου. Σας επιτρέπει να λαμβάνετε τεκμηριωμένες αποφάσεις: πώς να βελτιώσετε οικεία αντικείμενα, εάν είναι απαραίτητο να δημιουργήσετε νέα, πώς να αλλάξετε τις διαδικασίες διαχείρισης και, τελικά, πώς να αλλάξουμε τον κόσμο γύρω μας προς το καλύτερο.

Το σημείο εκκίνησης εδώ είναι ένα πρωτότυπο (Εικ. 2.4). Μπορεί να είναι ένα υπάρχον ή σχεδιασμένο αντικείμενο ή διαδικασία.

Το τελικό στάδιο της μοντελοποίησης είναι η λήψη αποφάσεων. Σε πολλές περιπτώσεις πρέπει να πάρουμε τη μία ή την άλλη απόφαση. Στη μοντελοποίηση, αυτό σημαίνει ότι είτε δημιουργούμε ένα νέο αντικείμενο, το μοντέλο του οποίου έχουμε μελετήσει, είτε βελτιώνουμε ένα υπάρχον, είτε λαμβάνουμε πρόσθετες πληροφορίες για αυτό.

Το μόντελινγκ είναι μια δημιουργική διαδικασία. Είναι πολύ δύσκολο να το βάλεις σε ένα επίσημο πλαίσιο. Στην πιο γενική του μορφή, μπορεί να παρουσιαστεί σε στάδια, όπως φαίνεται στο Σχ. 5. Κάθε φορά που επιλύεται ένα συγκεκριμένο πρόβλημα, ένα τέτοιο σχήμα μπορεί να υφίσταται κάποιες αλλαγές: κάποιο μπλοκ θα αφαιρείται ή θα βελτιώνεται, κάποιο θα προστίθεται. Όλα τα στάδια καθορίζονται από την εργασία και τους στόχους μοντελοποίησης.

Στάδιο Ι. Διατύπωση του προβλήματος
Περιγραφή της εργασίας
Σκοπός μοντελοποίησης
Ανάλυση Αντικειμένου
Στάδιο II. Ανάπτυξη μοντέλου
Μοντέλο πληροφοριών
Εμβληματικό μοντέλο
Μοντέλο υπολογιστή
Στάδιο III. Πείραμα υπολογιστή
Σχέδιο προσομοίωσης
Τεχνολογία προσομοίωσης
Στάδιο IV. Ανάλυση αποτελεσμάτων προσομοίωσης
Τα αποτελέσματα είναι στο στόχο	Τα αποτελέσματα δεν ανταποκρίνονται στον στόχο

Ας εξετάσουμε τα κύρια στάδια της μοντελοποίησης με περισσότερες λεπτομέρειες.

3.2. Στάδιο Ι. Διατύπωση του προβλήματος

Μια εργασία με τη γενικότερη έννοια της λέξης νοείται ως ένα συγκεκριμένο πρόβλημα που πρέπει να επιλυθεί. Στο στάδιο της ρύθμισης του προβλήματος, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη τρία κύρια σημεία: περιγραφή του προβλήματος, προσδιορισμός στόχων μοντελοποίησης και ανάλυση του αντικειμένου ή της διαδικασίας.

Περιγραφή της εργασίας

Η εργασία (πρόβλημα) διατυπώνεται σε συνηθισμένη γλώσσα και η περιγραφή πρέπει να είναι κατανοητή. Το κύριο πράγμα εδώ είναι να ορίσετε το αντικείμενο μοντελοποίησης και να κατανοήσετε ποιο θα πρέπει να είναι το αποτέλεσμα. Το αποτέλεσμα της μοντελοποίησης και, τελικά, της λήψης αποφάσεων εξαρτάται από το πώς γίνεται κατανοητό το πρόβλημα.

Με βάση τη φύση του σκευάσματος, όλα τα προβλήματα μπορούν να χωριστούν σε δύο κύριες ομάδες.

Στην πρώτη ομάδα Κάποιος μπορεί να περιλαμβάνει εργασίες στις οποίες είναι απαραίτητο να μελετηθεί πώς θα αλλάξουν τα χαρακτηριστικά ενός αντικειμένου υπό κάποια επίδραση σε αυτό. Αυτή η διατύπωση του προβλήματος συνήθως ονομάζεται "τι θα συμβεί αν;" Για παράδειγμα, πώς θα αλλάξει η ταχύτητα ενός αυτοκινήτου μετά από 6 δευτερόλεπτα εάν κινείται ευθύγραμμα και ομοιόμορφα επιταχυνόμενο με αρχική ταχύτητα 3 m/s και επιτάχυνση 0,5 m/s 2

Μερικές φορές οι εργασίες διατυπώνονται κάπως ευρύτερα. Τι συμβαίνει αν αλλάξετε τα χαρακτηριστικά ενός αντικειμένου σε ένα δεδομένο εύρος με ένα συγκεκριμένο βήμα; Μια τέτοια μελέτη βοηθά στον εντοπισμό της εξάρτησης των παραμέτρων του αντικειμένου από τα αρχικά δεδομένα. Για παράδειγμα, το μοντέλο έκρηξης πληροφοριών:

«Ένας άντρας είδε ένα UFO και τα επόμενα 15 λεπτά είπε σε τρεις φίλους του γι' αυτό. Αυτοί με τη σειρά τους, μετά από άλλα 15 λεπτά, ενημέρωσαν για τα νέα σε άλλους τρεις γνωστούς τους ο καθένας κ.λπ. Παρακολουθήστε ποιος θα είναι ο αριθμός των ατόμων που θα ειδοποιηθούν μετά από 15, 30 κ.λπ. λεπτά».

Δεύτερη ομάδα Το πρόβλημα έχει την ακόλουθη γενικευμένη διατύπωση: τι αντίκτυπο πρέπει να γίνει στο αντικείμενο ώστε οι παράμετροί του να ικανοποιούν κάποια δεδομένη συνθήκη; Αυτή η διατύπωση του προβλήματος ονομάζεται συχνά "πώς να το κάνουμε έτσι ώστε...". Για παράδειγμα, τι όγκο πρέπει να έχει ένα μπαλόνι γεμάτο με αέριο ήλιο για να μπορεί να ανυψωθεί με φορτίο 100 kg;

Ο μεγαλύτερος αριθμός προβλημάτων μοντελοποίησης, κατά κανόνα, είναι πολύπλοκα. Για παράδειγμα, το πρόβλημα της αλλαγής της συγκέντρωσης ενός διαλύματος: «Ένα χημικό διάλυμα με όγκο 5 μερών έχει αρχική συγκέντρωση 70%. Πόσα μέρη νερού πρέπει να προστεθούν για να ληφθεί διάλυμα συγκεκριμένης συγκέντρωσης; Αρχικά, η συγκέντρωση υπολογίζεται κατά την προσθήκη 1 μέρους νερού. Στη συνέχεια κατασκευάζεται πίνακας συγκεντρώσεων όταν προστίθενται 2, 8, 4... μέρη νερού. Ο υπολογισμός που προκύπτει σας επιτρέπει να υπολογίσετε γρήγορα το μοντέλο με διαφορετικά αρχικά δεδομένα. Χρησιμοποιώντας τους πίνακες υπολογισμού, μπορείτε να απαντήσετε στην ερώτηση: πόσα μέρη νερού πρέπει να προστεθούν για να επιτευχθεί η απαιτούμενη συγκέντρωση.

Σκοπός μοντελοποίησης

Γιατί ένα άτομο δημιουργεί μοντέλα;

Εάν τα μοντέλα καθιστούν δυνατή την κατανόηση του τρόπου δομής ενός συγκεκριμένου αντικειμένου, την εύρεση των βασικών ιδιοτήτων του, τον καθορισμό των νόμων της ανάπτυξής του και της αλληλεπίδρασής του με τον έξω κόσμο, τότε σε αυτήν την περίπτωση ο σκοπός της κατασκευής μοντέλων είναιγνώση του περιβάλλοντος κόσμου.

Ένας άλλος σημαντικός σκοπός του μοντελισμού είναι δημιουργία αντικειμένων με καθορισμένες ιδιότητες. Αυτός ο στόχος καθορίζεται από τη δήλωση του προβλήματος «Πώς να το κάνεις…».

Ο σκοπός της μοντελοποίησης προβλημάτων όπως "τι θα γίνει αν..." - τον προσδιορισμό των συνεπειών της επίδρασης στο αντικείμενο και τη λήψη της σωστής απόφασης. Μια τέτοια μοντελοποίηση έχει μεγάλη σημασία για την αντιμετώπιση κοινωνικών και άλλων προβλημάτων.

Συχνά ο σκοπός του μόντελινγκ είναι αποτελεσματικότητα της διαχείρισης αντικειμένων (ή διαδικασίας). .

Ανάλυση Αντικειμένου

Σε αυτό το στάδιο, ξεκινώντας από τη γενική διατύπωση του προβλήματος, προσδιορίζονται με σαφήνεια το μοντελοποιημένο αντικείμενο και οι κύριες ιδιότητές του. Στην πραγματικότητα, όλοι αυτοί οι παράγοντες μπορούν να ονομαστούν παράμετροι εισόδου της προσομοίωσης. Μπορεί να υπάρχουν αρκετά από αυτά, και μερικά δεν μπορούν να περιγραφούν με ποσοτικές σχέσεις.

Πολύ συχνά, το αρχικό αντικείμενο είναι μια ολόκληρη συλλογή από μικρότερα στοιχεία που βρίσκονται σε κάποια σχέση. Λέξη "ανάλυση" (από την ελληνική «ανάλυση») σημαίνει αποσύνθεση, τεμαχισμός ενός αντικειμένου με σκοπό την αναγνώριση συστατικών, που ονομάζονται στοιχειώδη αντικείμενα. Το αποτέλεσμα είναι μια συλλογή απλούστερων αντικειμένων. Μπορούν να βρίσκονται είτε σε ισότιμη σχέση μεταξύ τους είτε σε αμοιβαία υποταγή. Σχέδια τέτοιων συνδέσεων παρουσιάζονται στο Σχ. 6 και 7.

Υπάρχουν αντικείμενα με πιο σύνθετες σχέσεις. Κατά κανόνα, τα πολύπλοκα αντικείμενα μπορούν να αποτελούνται από πιο απλά με διαφορετικούς τύπους σχέσεων.

Η βάση οποιασδήποτε σοβαρής εργασίας (είτε είναι ανάπτυξη σχεδιασμού ή σχεδιασμός μιας τεχνολογικής διαδικασίας, ανάπτυξη αλγορίθμου ή μοντελοποίηση) θα πρέπει να βασίζεται στην αρχή του συστήματος «από πάνω – κάτω" , δηλαδή από γενικά προβλήματα μέχρι συγκεκριμένες λεπτομέρειες. Το αποτέλεσμα της ανάλυσης ενός αντικειμένου εμφανίζεται στη διαδικασία αναγνώρισης των συστατικών του (στοιχειωδών αντικειμένων) και προσδιορισμού των συνδέσεων μεταξύ τους.