Материал: Основы математического моделирования. курс лекций. Перова А.В

верка является последней на этапе машинной реализации модели и должна проводиться либо путем обратного перевода программы в схему, либо проверкой отдельных частей программы при пении различных тестовых задач, либо объединением всех частей программы и проверки ее в целом. На этом подэтапе необходимо также уточнить оценки затрат машинного времени моделирование.

2.10. Составление технической документации по второму этапу. Для завершения этапа машинной реализации модели необходимо составить техническую документацию, содержащую логическую схему модели и ее описание, схему программы и принятые обозначения, полный текст программы, перечень входных и выходных величин с пояснениями, инструкцию по работе с программой, оценку затрат машинного времени на моделирование.

3. Этап получения и интерпретации результатов моделирования

На третьем этапе моделирования инструментальная ПЭВМ используется для проведения рабочих расчетов по составленной и отлаженной программе. Результаты этих расчетов позволяют провести анализ и сформулировать выводы о характеристиках процесса функционирования моделируемой системы S. При реализации моделирующих алгоритмов на ПЭВМ вырабатывается информация о состояниях процесса функционирования исследуемой системы, которая является исходным материалом для приближенной оценки искомых характеристик, получаемых в результате имитационного эксперимента с моделью [5].

Остановимся на рассмотрении каждого из подэтапов.

3.1. Планирование машинного эксперимента с моде-

лью системы. Перед проведением рабочих расчетов на ПЭВМ должен быть составлен план проведения эксперимента с моделью системы S с указанием комбинаций переменных и параметров, для которых проводится моделирование. Проведение стратегического и тактического планирования машинных экспериментов призвано в итоге дать возможность получить мак-

30

симальный объем необходимой информации об объекте моделирования при минимальных затратах ресурсов ПЭВМ. При выполнении этого подэтапа решаются частные задачи тактического планирования конкретного машинного эксперимента при уже заданных условиях его проведения и выбранных инструментальной ПЭВМ и ее математического обеспечения. Используя методы планирования экспериментов, Определим координаты точек факторного пространства и комбинации уровней факторов для каждой экспериментальной точки [8].

3.2.Определение требований к вычислительным средствам. При этом необходимо окончательно (предварительно это было сделано на предыдущих этапах) сформулировать требования по времени загрузки вычислительных средств, т. е. составить график использования ПЭВМ, а также необходимо указать внешние устройства.

3.3.Проведение рабочих расчетов. После составления плана проведения машинного эксперимента можно приступить

квыполнению рабочих расчетов на ПЭВМ, которые обычно, включают подготовку наборов исходных данных, подготовку исходных данных для ввода в ПЭВМ, проверку исходных данных, подготовленных для ввода, проведение расчетов на ПЭВМ, получение результатов моделирования. Моделирование рационально выполнять в два этапа: сначала контрольные, а затем рабочие расчеты. Причем контрольные расчеты проводятся для проверки машинной модели и определения чувствительности результатов к изменению исходных данных.

3.4.Анализ результатов моделирования системы.

Чтобы проанализировать выходные данные, полученные при моделировании системы S на ПЭВМ, необходимо знать, что делать с результатами рабочих расчетов и как их интерпретировать. Эти задачи могут быть решены на основании предварительного анализа, проведенного на первых этапах моделирования. Планирование машинного эксперимента позволяет вывести необходимое количество выходных данных и определить метод их анализа. При этом необходимо выводить только те результаты, которые нужны для проведения дальнейшего

31

анализа. Также необходимо полнее использовать возможности инструментальной ПЭВМ для статистической обработки результатов моделирования и представления этих результатов в наиболее наглядной форме, например в виде графиков, гистограмм, схем и т. п. Вычисление статистических характеристик перед выводом результатов позволяет повысить эффективность использования ПЭВМ и свести к минимуму обработку выходной информации после ее выдачи пользователю.

3.5.Представление результатов моделирования.

Необходимо на третьем этапе моделирования окончательно решить вопрос о форме представления результатов моделирования (таблицы, графики, диаграммы, гистограммы, схемы и т. п.). В каждом конкретном случае целесообразно выбрать наиболее подходящую форму представления результатов моделирования, так как это существенно влияет на эффективность дальнейшего использования результатов заказчиком. В большинстве случаев удобнее результаты моделирования сводить в таблицы, хотя графики позволяют более наглядно иллюстрировать полученные результаты.

3.6.Интерпретация результатов моделирования. По-

сле получения и предварительного анализа результатов моделирования они должны быть интерпретированы относительно моделируемого объекта, т. е. системы S. Таким образом, основным содержанием этого подэтапа является переход от информации, полученной в результате машинного эксперимента

смоделью Мм к информации применимой непосредственно к объекту моделирования, на основании которой и будет делаться выводы относительно характеристик процесса функционирования исследуемой системы S.

3.7.Подведение итогов моделирования и выдача ре-

комендаций. Проведение этого подэтапа тесно связано с предыдущим. При подведении итогов моделирования должны быть отмечены главные особенности полученных в соответствии с планом эксперимента результатов, проведена проверка гипотез и предположений и сделаны выводы на основании полученных результатов моделирования. Все это позволяет

32

сформулировать рекомендации по практическому использованию заказчиком полученных результатов моделирования, например, на этапе проектирования конкретной системы.

3.8. Составление технической документации по тре-

тьему этапу. Эта документация является окончательной и результирующей и включает в себя план проведения машинного эксперимента, наборы исходных данных для моделирования, результаты моделирования системы, анализ и оценку полученных результатов, пути дальнейшего совершенствования машинной; модели. Документация по моделированию конкретной системы S на ПЭВМ должна содержать весь комплект технической документации по каждому из трех рассмотренных этапов, оформленный, в соответствии с требованиям ГОСТ [5].

Взаимосвязь перечисленных этапов моделирования систем и их составляющих (подэтапов) может быть представлена в виде сетевого графика (рис. 7)

Рис. 7

ЛЕКЦИЯ 3 СИСТЕМНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

В основе системного моделирования и анализа лежит понятие "система". В научной литературе имеется множество определений этого понятия. В философском теорети- ко-познавательном смысле система есть способ мышления

33

как способ постановки и упорядочения проблем.

Понятие “система” в переводе с греческого означает “целое, составленное из частей”. Это одна из абстракций информатики и системного анализа, которую можно конкретизировать, выразить в конкретных формах. В научноисследовательском понимании система представляет собой общую методологию исследования процессов и явлений, отнесенных к какой-либо области человеческих знаний, в качестве объекта системного анализа. В проектном понимании система представляется как методология проектирования и создания

дач. В общем виде система определяется как множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, образующих определенную целостность, единство.

Анализируя различные взаимно дополняющие понятия системы, следует отметить, что наиболее полное определение должно включать и элементы, и связи, и свойства, и цель, и наблюдателя (исследователя), и его язык, с помощью которого отображается объект или процесс. Однако есть системы, для которых наблюдатель, исследователь очевиден, и его не надо включать в определение системы, например для некоторых технических систем. Иногда не нужно в явном виде говорить о цели.

определения системы, а затем, выделив наиболее существенные компоненты, принять "рабочее" определение системы, которым будут пользоваться все лица, участвующие в принятии решения. Важно, чтобы в понятии "система" был отражен подход к объекту исследования как к системе. Дело в том, что один и тот же объект на разных этапах его рассмотрения может быть представлен в различных аспектах, соответствен-

34