Этапы разработки компьютерной имитационной модели системы

Имитационная модель (ИМ) – это формальное (т. е. выполненное на некотором языке) описание логики функционирования исследуемой системы и взаимодействия ее отдельных элементов во времени, учитывающее наиболее существенные причинно-следственные связи, присущие системе, и отражающее поведение моделируемого объекта во времени и в пространстве.

ИМ используется с целью либо оценить различные стратегии управления действующей системой и определить пути ее улучшения, либо понять поведение вновь создаваемой системы, относительно которого изначально имеется большая априорная неопределенность.

Независимо от способа исходного описания исследуемой системы и внешней среды следует выделить следующие этапы создания ИМ, в обобщенном виде представленные на рисунке 8.1.

1. Составление содержательного описания объекта моделирования, включая: определение объекта имитации как системы; определение целей моделирования; установление перечня количественных показателей эффективности системы, которые должны оцениваться при имитации; определение основных ограничений к задаче моделирования.

Рисунок 8.1 – Основные этапы разработки имитационной модели

2. Определение концептуальной (содержательной) модели как абстрактной модели, фиксирующей границы системы и внешней среды, тип моделируемой системы, характер реализуемого взаимодействия с внешней средой, включая и потребителей результатов работы системы, основные качественные свойства ее элементов, характер внутренних информационных взаимодействий и причинно-следственных (логических) связей, присущие системе. На данном этапе составляется по возможности полное феноменологическое описание системы и ее рабочей нагрузки как совокупности внешних воздействий, оказывающих влияние на эффективность системы. В итоге концептуальная модель системы дает описание общих сведений о системе, ее структуре, рабочей нагрузке на естественном языке или с использованием специализированных языков графического моделирования.

3. Формализация системы, которая начинается построением блочной (компонентной) статической модели системы. Такая формализация проводится в рамках структурно-функционального или объектного подходов и позволяет на предельном уровне детализации выделить группы элементов модели, имеющие общий характер реализуемых процессов и подпроцессов, и отразить взаимосвязи между ними.

4. Следующий этап формализации предусматривает разработку общей математической модели как упорядоченного набора необходимых математических описаний отдельных подпроцессов и алгоритмов функционирования элементов системы. Достаточно часто на этой стадии сущность формализации состоит в подборе типовых математических схем, описывающих поведение отдельных элементов системы, и математической схемы их взаимодействия.

5. Составление детального логического и динамического описания моделируемых процессов, происходящих в системе, в форме общего моделирующего алгоритма.

6. Программирование и отладка модели на основе универсального языка высокого уровня или специализированного языка для моделирования данного типа объектов.

7. Тестирование и анализ адекватности модели, а также таких близких по существу характеристик модели, как устойчивость и чувствительность. Подобный анализ, как правило, заключается в проведении серии предварительных экспериментальных исследований ИМ, направленных на повышение степени уверенности в корректности ее функционирования, информативности и достоверности получаемых результатов до приемлемого уровня.

8. Организация (постановка) и оптимизация модельного эксперимента, включающая в себя стратегическое и тактическое планирование проводимых с использованием ИМ исследований.

9. Реализация плана эксперимента, регистрация и накопление получаемых в процессе эксплуатации модели системы результатов (первичных данных).

10. Вторичная обработка данных, предусматривающая, как правило, использование специальной статистической и иной обработки первичных данных и выработку информации, отражающую закономерности функционирования системы.

11. Анализ и интерпретация информации, полученной по результатам модельного эксперимента, в форме определенных выводов и заключений.