Оптимизация модельного эксперимента

Данный этап является очередным важным этапом общей технологии разработки и эксплуатации ИМ. Он базируется на использовании методов планирования эксперимента. Моделирование на ЭВМ требует затрат труда и времени исследователя, а также затрат машинного времени. Чем больше ресурсов вкладывается в данное исследование, тем меньше их остается на остальное. Поэтому всегда необходимо иметь план, позволяющий извлекать из каждого эксперимента максимально возможное количество информации при минимальных затратах. Планирование процесса эксплуатации ИМ дает возможность не только навести необходимую экономию, но и обеспечивает формирование некоторой структурной основы исследований, позволяющей упростить и упорядочить проведение анализа результатов моделирования.

Таким образом, можно дать следующее определение: планирование ИМ представляет совокупность методов и приемов получения необходимой информации при экспериментировании с использованием разработанной модели с учетом затрачиваемых на это ресурсов. Как уже упоминалось ранее, разделяют (в терминологии Р. Шеннона) стратегическое и тактическое планирование.

Стратегическое планирование – это планирование совокупности экспериментов, различающихся по исходным данным, в ходе которых должна быть получена вся необходимая информация о системе, т. е. определены все интересующие исследователя свойства. Исходя из ранее введенных определений, эти свойства описываются компонентами вектора
и = K(S_wv,a) оценочной функции эффективности системы при заданных внешних условиях.

Соответственно, план экспериментов позволяет разработать экономную стратегию задания исходных данных: конечного числа вариантов структур системы; подмножеств значений параметров для каждого из вариантов структур; конечного множества элементов, определяющих характеристики внешней среды , по отношению к которым определяется эффективность системы. Данная стратегия должна обеспечить перекрытие всего спектра гипотез и условий, подлежащих проверке в ходе анализа вариантов системы и, с другой стороны, – реализовать обозримый по времени и экономичный по затратам стратегический план исследования путем определения наиболее информативных наборов исходных данных для ИМ.

В ходе стратегического планирования решаются обычно два типа задач: объяснение соотношения между контролируемыми (входными) параметрами и выходными показателями; определение сочетания параметров, которые оптимизируют в некотором смысле выходные показатели.

Тактическое планирование обеспечивает оптимизацию статистических испытаний в смысле минимизации их объема при выполнении заданных требований к точности и достоверности для фиксированных исходных данных (в одной точке стратегического плана). Как уже упоминалось, при фиксированных исходных данных модельный эксперимент состоит из серии повторяющихся имитаций процесса функционирования системы, что позволяет получить усредненную картину относительно ее эффективности с учетом случайного характера протекающих процессов и явлений. Естественно желание получить более точные оценки исследуемых показателей эффективности при минимальном объеме испытаний, который определяется количеством однотипных актов имитации или, как еще говорят, размером получаемой выборки данных моделирования.

Таким образом, данный подраздел можно заключить следующим утверждением: стратегическое планирование есть оптимизация проведения экспериментов «в большом» в смысле использования необходимого спектра исходных данных; при этом тактическое планирование реализует оптимизацию процесса моделирования «в малом», для каждой точки фазового пространства исходных данных, определяющих облик исследуемой системы и характеристики внешней среды.