La modelarea sistemelor, sunt utilizate două abordări: clasică (inductivă), care s-a dezvoltat mai întâi din punct de vedere istoric, și sistemică, care a fost dezvoltată recent.
Abordare clasică. Din punct de vedere istoric, abordarea clasică a studiului unui obiect și modelării unui sistem a fost prima care a apărut. Abordarea clasică a sintetizării unui model de sistem (M) este prezentată în Fig. 3. Obiectul real de modelat este împărțit în subsisteme, sunt selectate datele inițiale (D) pentru modelare și sunt stabilite obiectivele (T), reflectând aspectele individuale ale procesului de modelare. Pe baza unui set separat de date inițiale, se stabilește scopul modelării unui aspect separat al funcționării sistemului, pe baza acestui obiectiv, se formează o anumită componentă (K) a viitorului model; Un set de componente este combinat într-un model.
Acea. componentele sunt rezumate, fiecare componentă își rezolvă propriile probleme și este izolată de celelalte părți ale modelului. Aplicam abordarea doar pentru sisteme simple, unde relațiile dintre componente pot fi ignorate. Se pot remarca două aspecte distincte abordare clasică:
1. există o mișcare de la particular la general la crearea unui model;
2. modelul (sistemul) creat se formează prin însumarea componentelor sale individuale și nu ține cont de apariția unui nou efect sistemic.
Orez. 3. Abordarea clasică a construirii unui obiect și studierea modelului
Abordarea sistemelor – un concept metodologic bazat pe dorința de a construi o imagine holistică a obiectului studiat, ținând cont de elementele obiectului care sunt importante pentru problema rezolvată, conexiunile dintre acestea și conexiunile externe cu alte obiecte și mediu inconjurator. Odată cu creșterea complexității modelării obiectelor, a apărut nevoia de a le observa cu mai mult nivel inalt. În acest caz, dezvoltatorul consideră acest sistem ca un subsistem de rang superior. De exemplu, dacă sarcina este de a proiecta un sistem de monitorizare pentru un obiect separat, atunci din perspectiva abordării sistemelor nu trebuie să uităm că acest sistem este parte integrantă unele complexe. Abordarea sistemelor se bazează pe luarea în considerare a sistemului ca un întreg integrat, iar această luare în considerare în timpul dezvoltării începe cu principalul lucru - formularea scopului funcționării. În fig. 4. Procesul de sinteză a unui model de sistem bazat pe o abordare sistemică este prezentat în mod convențional. Este important ca abordarea sistemică să determine structura sistemului - ansamblul de conexiuni dintre elementele sistemului, reflectând interacțiunea acestora.
Orez. 4. Abordarea sistematică a construirii unui obiect și studierea modelului
Există abordări structurale și funcționale pentru a studia structura unui sistem și proprietățile acestuia. Cu o abordare structurală, sunt relevate compoziția elementelor selectate ale sistemului și conexiunile dintre ele. În abordarea funcțională sunt luați în considerare algoritmi pentru comportamentul sistemului (funcțiile sunt proprietăți care conduc la atingerea unui scop).
Întrebări de control la secțiunea 2
1. Ce se determină în timpul procesului de analiză a sistemului?
2. Ce se determină în procesul de sinteză a sistemului?
3. Cum se evaluează eficacitatea sistemului?
4. Ce se înțelege prin sistem optim?
5. Proprietățile inerente unui sistem complex și descrierea lor succintă.
6. Care este problema alegerii nivelului de detaliu al modelelor?
7. Enumerați etapele principale ale modelării sistemului.
Abordare clasică a modelelor de construcție- abordarea studierii relaţiilor dintre părţile individuale ale modelului presupune a le considera ca o reflectare a conexiunilor dintre subsistemele individuale ale obiectului. Această abordare (clasică) poate fi folosită pentru a crea modele destul de simple.
Astfel, dezvoltarea unui model M bazat pe abordarea clasică înseamnă însumarea componentelor individuale într-un singur model, fiecare componentă rezolvând propriile probleme și izolată de alte părți ale modelului. Prin urmare, abordarea clasică poate fi utilizată pentru a implementa modele relativ simple în care este posibil să se separe și să se ia în considerare independent reciproc aspectele individuale ale funcționării unui obiect real.
Două aspecte distinctive ale abordării clasice pot fi remarcate:
Există o mișcare de la particular la general,
Modelul creat se formează prin însumarea componentelor sale individuale și nu ține cont de apariția unui nou efect sistemic.
Abordarea sistemelor- acesta este un element al doctrinei lui legi generale dezvoltarea naturii şi una dintre expresiile învăţăturii dialectice.
Cu o abordare sistematică a sistemelor de modelare, este necesar în primul rând să se definească clar scopul modelării. Deoarece este imposibil să se simuleze complet un sistem care funcționează cu adevărat, este creat un model (sistem model sau al doilea sistem) pentru problema în cauză. Astfel, în legătură cu aspectele de modelare, scopul decurge din sarcinile de modelare cerute, ceea ce permite abordarea selecției unui criteriu și evaluarea ce elemente vor fi incluse în modelul M creat. Prin urmare, este necesar să existe un criteriu pentru selectând elemente individuale în modelul creat.
Este important ca abordarea sistemică să determine structura sistemului - ansamblul de conexiuni dintre elementele sistemului, reflectând interacțiunea acestora.
Abordarea sistemică ne permite să rezolvăm problema construirii unui sistem complex, luând în considerare toți factorii și posibilitățile, proporțional cu semnificația acestora, în toate etapele studierii sistemului S și construirii modelului M.
Abordarea sistemelor înseamnă că fiecare sistem S este un întreg integrat chiar și atunci când constă din subsisteme separate deconectate. Astfel, baza abordării sistemelor este luarea în considerare a sistemului ca un întreg integrat, iar această luare în considerare în timpul dezvoltării începe cu principalul lucru - formularea scopului funcționării.
Cu o abordare structurală sunt relevate compoziţia elementelor selectate ale sistemului S şi legăturile dintre ele. Setul de elemente și conexiunile dintre ele ne permit să judecăm structura sistemului. Acestea din urmă, în funcție de scopul studiului, pot fi descrise la diferite niveluri de considerare. Cel mai descriere generala structura este o descriere topologică care vă permite să determinați cel mai mult concepte generale componente ale sistemului şi bine formalizate pe baza teoriei grafurilor.
Cu o abordare funcțională sunt luate în considerare funcțiile individuale, adică algoritmi pentru comportamentul sistemului, și este implementată o abordare funcțională care evaluează funcțiile pe care le îndeplinește sistemul, iar o funcție este înțeleasă ca o proprietate care duce la atingerea unui scop. Deoarece o funcție reprezintă o proprietate, iar o proprietate reprezintă interacțiunea sistemului S cu Mediul extern E, atunci proprietățile pot fi exprimate fie sub forma unor caracteristici ale elementelor Si(j) și ale subsistemelor Si, - sistemul, fie a sistemului S ca întreg.
Principalele etape ale evaluării sistemelor complexe.
Etapa 1. Determinarea scopului evaluării. În analiza sistemelor, există două tipuri de obiective. Un scop calitativ este un scop, a cărui realizare se exprimă pe o scară nominală sau pe o scară de ordine. Cantitativ este un scop, a cărui realizare este exprimată în scale cantitative.
Etapa 2. Măsurarea proprietăților unui sistem care sunt considerate semnificative în scopuri de evaluare. Pentru a face acest lucru, sunt selectate scale adecvate pentru măsurarea proprietăților și tuturor proprietăților studiate ale sistemelor li se atribuie o anumită valoare pe aceste scale.
Etapa 3. Justificarea preferințelor pentru criteriile de calitate și criteriile de performanță pentru sisteme pe baza proprietăților măsurate pe scale selectate.
Etapa 4. Evaluarea propriu-zisă. Toate sistemele studiate, considerate alternative, sunt comparate după criterii formulate și, în funcție de scopurile evaluării, sunt ierarhizate, selectate și optimizate.
Tema 5. MODEL DE ABORDARE
Model este o descriere abstractă a unui sistem (obiect, proces, problemă, concept) într-o formă diferită de forma existenței lor reale
Modelarea începe cu formarea subiectului de cercetare - un sistem de concepte care reflectă caracteristicile obiectului care sunt esențiale pentru modelare. Această sarcină este destul de complexă, ceea ce este confirmat de diferite interpretări din literatura științifică și tehnică a unor concepte fundamentale precum sistem, model, modelare. O astfel de ambiguitate nu indică eroarea unor termeni și corectitudinea altor termeni, ci reflectă dependența subiectului de cercetare (modelare) atât de obiectul luat în considerare, cât și de scopurile cercetătorului. O caracteristică distinctivă a modelării sistemelor complexe este versatilitatea și varietatea utilizărilor; devine o parte integrantă a tuturor lucrurilor ciclu de viață sisteme. Acest lucru se explică în primul rând prin fabricabilitatea modelelor implementate pe baza instrumentelor tehnologia calculatoarelor: o viteză destul de mare de obținere a rezultatelor modelării și costul relativ scăzut al acestora.
Abordări ale modelării sistemelor
În prezent, în analiza și sinteza sistemelor complexe (mari) s-a dezvoltat o abordare sistemică, care diferă de abordarea clasică (sau inductivă). Acesta din urmă consideră sistemul trecând de la particular la general și sintetizează (construiește) sistemul prin fuzionarea componentelor sale, dezvoltate separat. În schimb, abordarea sistemică implică o tranziție consistentă de la general la specific, atunci când baza de considerare este scopul, iar obiectul studiat este izolat de mediu.
Cu o abordare sistematică a sistemelor de modelare, este necesar, în primul rând, să se definească clar scopul modelării. Deoarece este imposibil să se simuleze complet un sistem care funcționează cu adevărat (sistemul original sau primul sistem), este creat un model (sistemul model sau al doilea sistem) pentru problema în cauză. Astfel, în ceea ce privește aspectele de modelare, scopul decurge din sarcinile de modelare cerute, ceea ce permite abordarea selecției criteriilor și evaluarea elementelor care vor fi incluse în modelul creat. M. Prin urmare, este necesar să existe un criteriu pentru selectarea elementelor individuale în modelul creat.
Este important ca abordarea sistemică să determine structura sistemului - ansamblul de conexiuni dintre elementele sistemului, reflectând interacțiunea acestora. Structura unui sistem poate fi studiată din exterior din punctul de vedere al compoziției subsistemelor individuale și al relațiilor dintre acestea, precum și din interior, atunci când sunt analizate proprietățile individuale care permit sistemului să atingă un anumit scop, adică atunci când sunt studiate funcţiile sistemului. În conformitate cu aceasta, au fost conturate o serie de abordări pentru a studia structura unui sistem cu proprietățile sale, care ar trebui, în primul rând, să includă structurală și funcțională.
Cu o abordare structurală, sunt relevate compoziția elementelor selectate ale sistemului S și conexiunile dintre ele. Setul de elemente și conexiunile dintre ele ne permit să judecăm structura sistemului. Acestea din urmă, în funcție de scopul studiului, pot fi descrise la diferite niveluri de considerare. Cea mai generală descriere a structurii este o descriere topologică, care permite definirea părților constitutive ale sistemului în cei mai generali termeni și este bine formalizată pe baza teoriei grafurilor.
Mai puțin obișnuit este descriere funcțională, atunci când sunt luate în considerare funcțiile individuale, i.e. algoritmi pentru comportamentul sistemului, și se implementează o abordare funcțională care evaluează funcțiile pe care le îndeplinește sistemul, iar prin funcție se înțelege o proprietate care duce la atingerea unui scop. Deoarece o funcție afișează o proprietate, iar o proprietate afișează interacțiunea sistemului S cu mediul extern W, atunci proprietățile pot fi exprimate fie sub forma unor caracteristici ale elementelor s iși subsisteme Sj, sau sisteme Sîn general.
Dacă aveți un standard de comparație, puteți introduce caracteristicile cantitative și calitative ale sistemelor. Pentru o caracteristică cantitativă se introduc numere care exprimă relația dintre această caracteristică și standard. Caracteristicile calitative ale sistemului se regăsesc, de exemplu, prin metoda evaluărilor experților.
Manifestarea funcțiilor sistemului în timp S(t), adică funcționarea sistemului, înseamnă trecerea sistemului de la o stare la alta, adică mișcarea în spațiul stărilor. C. Când utilizați sistemul S Calitatea funcționării acestuia este foarte importantă, determinată de indicatorul de eficiență și fiind valoarea criteriului de evaluare a eficienței. Există diferite abordări pentru alegerea criteriilor de evaluare a performanței. Sistem S poate fi evaluată fie printr-un set de criterii particulare, fie după un criteriu integral general.
Trebuie remarcat faptul că modelul creat M din punctul de vedere al abordării sistemice, este și un sistem, adică. S"= S" (M), și poate fi considerată în raport cu mediul extern W. Cele mai simple modele sunt cele în care se păstrează o analogie directă a fenomenului. Se folosesc și modele în care nu există analogie directă, ci doar legile și tipare generale comportamentul elementelor sistemului S. Înțelegerea corectă a relațiilor atât în interiorul modelului în sine Mși interacțiunea acestuia cu mediul extern W este în mare măsură determinată de nivelul la care se află observatorul.
Procesul de sinteză a modelului M bazată pe o abordare sistemică este prezentată în Fig. 5.1.
La modelare, este necesar să se asigure eficiența maximă a modelului de sistem. Eficiența este de obicei definită ca o anumită diferență între unii indicatori ai valorii rezultatelor obținute ca urmare a exploatării modelului și costurile care au fost investite în dezvoltarea și crearea acestuia.
Indiferent de tipul de model folosit M la construirea acestuia este necesar să ne ghidăm după o serie de principii ale unei abordări sistematice: 1) progres proporțional și consistent prin etapele și direcțiile de realizare a modelului; 2) coordonarea informațiilor, a resurselor, a fiabilității și a altor caracteristici; 3) relația corectă între nivelurile ierarhice individuale în sistemul de modelare; 4) integritatea etapelor individuale separate ale construcției modelului.
Model M trebuie să îndeplinească scopul specificat al creării sale, prin urmare părțile individuale trebuie aranjate reciproc, pe baza unei singure sarcini de sistem. Scopul poate fi formulat calitativ, apoi va avea un conținut mai mare și pentru o lungă perioadă de timp poate reflecta capacitățile obiective ale unui anumit sistem de modelare. Atunci când un scop este formulat cantitativ, apare o funcție țintă care reflectă cu acuratețe cei mai importanți factori care influențează atingerea obiectivului.
Construirea unui model este una dintre problemele de sistem pe care se sintetizează soluțiile număr mare date inițiale, pe baza propunerilor de la echipe mari de specialiști. Utilizarea unei abordări de sistem în aceste condiții permite nu numai construirea unui model al unui obiect real, ci și pe baza acestui model să selecteze cantitatea necesară de informații de control într-un sistem real, să se evalueze indicatorii de performanță ai acestuia și, prin urmare, pe baza modelării. , găsiți cea mai eficientă opțiune pentru construirea și cel mai profitabil mod de funcționare a unui sistem real S.