Общая характеристика проблемы моделирования систем

Одновременно с развитием теоретических методов анализа и синтеза совершенствуются и методы экспериментального изучения реальных объектов, а также появляются новые средства исследования. Однако эксперимент был и остается одним из основных и существенных инструментов познания. При объяснении реальных процессов выдвигаются гипотезы, для подтверждения которых ставится эксперимент либо проводятся теоретические рассуждения, подтверждающие их правильность. В широком смысле под экспериментом можно понимать некоторую процедуру организации и наблюдения каких-то явлений, которые осуществляют в условиях, близких к естественным, или имитируют их. Различают пассивный эксперимент, когда исследователь наблюдает протекающий процесс, и активный, когда наблюдатель вмешивается и организует протекание процесса. В последнее время распространен активный эксперимент, поскольку именно на его основе удается выявить критические ситуации, получить наиболее интересные закономерности, обеспечить возможность повторения эксперимента в различных точках и т.д.

В качестве объекта моделирования, как правило, выступают сложные организационно-технические системы, которые можно отнести к классу больших систем, для которых характерно следующее:

1. Цель функционирования, которая определяет степень направленности поведения модели. В этом случае модели могут быть разделены на одноцелевые, предназначенные для решения одной задачи, и многоцелевые, позволяющие разрешить или рассмотреть ряд сторон функционирования объекта.

2. Сложность, которую, учитывая, что модель является совокупностью отдельных элементов и связей между ними, можно оценить по общему числу элементов и их связей в системе. По разнообразию элементов можно выделить ряд уровней иерархии, отдельные функциональные подсистемы, ряд входов и выходов и т.д.

3. Целостность, указывающая на то, что создаваемая модель является одной цельной системой, т.е. включает в себя определенное количество элементов, находящихся в сложной взаимосвязи друг с другом.

4. Неопределенность, которая проявляется в системе – по состоянию системы, возможности достижения поставленной цели, методам решения задач, достоверности исходной информации и т.д.

5. Поведенческая страта, которая позволяет оценить эффективность достижения системой поставленной цели. В зависимости от наличия случайных воздействий можно различать детерминированные и стохастические системы, по своему поведению – непрерывные, дискретные и т.д.

6. Адаптивность, которая является свойством высокоорганизованной системы. Благодаря адаптивности удается приспособиться к различным внешним возмущающим факторам в широком диапазоне изменения воздействий внешней среды.

7. Организационная структура системы моделирования, которая во многом зависит от сложности модели и степени совершенства средств моделирования. Одним из последних достижений в области моделирования можно считать возможность использования имитационных моделей для проведения машинных экспериментов.

8. Управляемость модели, вытекающая из необходимости обеспечивать управление со стороны экспериментаторов для получения возможности рассмотрения течения процесса в различных условиях, имитирующих реальные.

9. Возможность развития модели, которая, исходя из современного уровня науки и техники, позволяет создавать мощные системы моделирования для исследования многих сторон функционирования реального объекта.

Одним из наиболее важных аспектов построения систем моделирования является проблема цели. Любую модель строят в зависимости от цели, которую ставит перед ней исследователь, поэтому одна из основных проблем при моделировании – это проблема целевого назначения. Для упрощения модели обычно цель подразделяют на подцели, которые позволяют создать более эффективные виды моделей.

Для правильно построенной модели характерным является то, что она выявляет лишь те закономерности, которые действительно нужны исследователю, и не рассматриваем свойства системы, не осуществленные для проводимого исследования. Следует отметить, что оригинал и модель должны быть одновременно сходны по одним и тем же признакам и различны по другим, что позволяет выделить наиболее важные изучаемые свойства. В этом смысле модель выступает как некоторый заместитель оригинала, обеспечивающий фиксацию и изучение лишь некоторых свойств реального объекта.

Таким образом, характеризуя проблему моделирования в целом, необходимо указать, что от постановки задачи моделирования до интерпретации полученных результатов существует большая группа сложных научно-технических проблем, к основным из которых можно отнести следующие: идентификацию реальных объектов; выбор вида моделей; построение моделей и их машинную реализацию; взаимодействие исследователя с моделью в ходе машинного эксперимента; проверку правильности полученных в ходе моделирования результатов; выявление основных закономерностей, исследованных в процессе моделирования.