Философские аспекты теории моделирования.

С развитием ЭВМ непрерывно совершенствуются и методы исследований, основывающиеся на их применении. Новый этап в использовании вычислительной техники связан с широким распространением особого вида машинного эксперимента, получившего название имитационного.

В методологической литературе известны различные понимания моделей и моделирования. В широком смысле под моделью можно понимать искусственно созданный аналог реального объекта, представление совокупности отношений между частями этого объекта. М о д е л и р о в а н и е рассматривается как воспроизведение при помощи модели процессов, осуществляемых объектом или происходящих в нем.

Моделирование нашло широкое применение в практике научных исследований. Широко используются различные виды моделирования: физическое, математическое, аналоговое, макетирование и др. В качестве примеров этих методов можно привести следующие: использование и исследование электрических процессов для определения закономерностей механических, акустических, гидродинамических, тепловых явлений, экономико-математические модели экономических процессов страны, отрасли, предприятия, фирмы, банка и др., глобальные модели Земли, кибернетические устройства, моделирующие работу биологических объектов. В отличие от данных методов имитационное моделирование можно назвать особым методом, отражающим процесс познания человеком действительности.

В основе имитационного эксперимента, имитационного моделирования лежит построение математических моделей исследуемых процессов и анализ их поведения в разнообразных изменяющихся условиях. Задание модели и разнообразных воздействий на неё проводятся на ЭВМ. Цель имитационного моделирования - воспроизведение объекта с помощью математической модели. Таким образом, можно сказать, что и ми т а ц и о н н о е м о д е л и р о в а н и е - метод исследования, заключающийся в имитации, воспроизведения на ЭВМ функционирования объектов с сохранением причинно-следственных связей и отношений объекта моделирования с целью исследования характеристик, свойств или качественных показателей. Сущность метода имитационного моделирования состоит в разработке специального программного алгоритма процесса функционирования, поведения исследуемого объекта и реализации этого алгоритма в вычислительной среде (ЭВМ). Этот метод позволяет в принципе исследовать объекты любой сложности.

При анализе имитационного моделирования важную роль играет взаимосвязь математических и имитационных моделей. Математическая модель имеет более высокую степень абстракции, тогда как имитационная является более конкретной по содержанию. В процессе имитационного моделирования происходит переход, преобразование математической модели объекта в его конкретную имитационную модель.

В конкретных объектах имитационного моделирования информационные процессы осуществляются при помощи разнородных и взаимодействующих биологических, социальных и технических процессов. Поэтому при моделировании таких объектов возникает необходимость использования знаний конкретных наук, где исследуется поведения и взаимодействие соответствующих объектов. Объединение таких наук выступает разновидностью интеграции научного знания в процессе имитационного моделирования, что является отличительной особенностью метода имитационного моделирования.

Как инструмент исследования сложных систем имитационное моделирования включает:

- методологию построения системных моделей;

- методы алгоритмизации объектов;

- методы и средства построения программных реализаций имитаторов;

- методы планирования, организации и выполнения на ЭВМ экспериментов с имитационными моделями;

- методы машинной обработки результатов и их анализа.

Основные понятия курса

Имитационное моделирование получило первоначальный толчок в ходе реализации космических программ. К настоящему времени накопленная обширная литература свидетельствует о росте использования и распространения метода имитационного моделирования для анализа почти всех сторон нашей жизни. Но особенно имитационное моделирование стало незаменимым при анализе сложных систем и управления ими.

Для успешного применения метода имитационного моделирования в решении практических задач, возникающих при разработке и организации функционирования сложных систем управления, важно осмыслить и овладеть комплексом понятий, выработанных на основе системных представлений. Для дальнейшего изложения курса рассмотрим наиболее важные из них.

Система. Это понятие в настоящее время является развивающимся как по форме так и по содержанию. Существует множество определений системы. Например, система есть множество элементов, образующих структуру и обеспечивающих определенное поведение в условиях окружающей среды. Однако, анализ определений системы показывает, что даже общее определение системы в конкретных системных концепциях является выражением свойств специфических объектов исследования. В дальнейшем определим систему как такую вещь, в которой установлено некоторое отношение (структура) с определенным свойством, соответствующим принятому исследователем смыслу (концепту).

Представление объектов в виде систем эффективно в том случае, если у них удается обнаружить особые признаки чисто системной природы и указать способ их изучения и использования.

Элемент. Под элементом принято понимать простейшую неделимую часть системы. Однако, ответ на вопрос, что является такой частью, неоднозначен и зависит от цели рассмотрения объекта как системы, от точки зрения на него или от аспекта его изучения. Таким образом под элементом следует понимать предел членения системы на части с точки зрения конкретной задачи, с точки зрения поставленной цели. Элементы также могут быть рассмотрены как системы, но это будут системы другого типа или уровня, чем исследуемая.

Элементы обладают связями, которые объединяют их в целостную систему. Элементы могут существовать только в связанном виде. Важнейшую роль в системных исследованиях играют системообразующие связи, благодаря которым все элементы системы оказываются связанными воедино.

Подсистема. Система может быть разделена на элементы не сразу, а последовательным расчленением на подсистемы, или единицы, которые представляют собой образования более крупное, чем элементы, но более детальные, чем система в целом. Подсистема способна выполнять относительно независимые функции и, следовательно, обладает функциональной спецификой целого. Система может быть представлена в виде совокупности подсистем, составляющих системную иерархию.

Группа элементов, для которой не сформулирована подцель и не выполняются свойства целостности, называется к о м п о н е н т о м.

Структура. Это понятие используется, когда элементов в системе оказывается очень много, они неоднородны и возникает необходимость многоступенчатого расчленения системы. С т р у к т у р а означает строение, расположение, порядок и отражает наиболее существенные взаимоотношения между элементами и их группами (компонентами, подсистемами).

Структуру часто стремятся представить в виде и е р а р х и и. Термин иерархия ("многоступенчатость","вложенность") определяет упорядоченность подсистем, компонентов по степени важности. Системная иерархия замыкается снизу предельной единицей (подсистемой), которая все еще сохраняет основные черты данной системы. Предельная единица может быть разложена только на элементы. Например, молекула аммиака не может быть разложена на молекулы, а только на атомы (т.е. элементы).

Совокупность единиц, принадлежащих одному горизонтальному ряду системной иерархии, называют уровнем иерархии. Между единицами системной иерархии, существуют горизонтальные и вертикальные отношения (функциональные связи).

Состояние. Понятием с о с т о я н и е обычно характеризуют мгновенную фотографию, "срез" системы, остановку её в развитии. Его определяют либо через входные воздействия и выходные сигналы, либо через макропараметры, макросвойства системы (например, давление, скорость, ускорение).

Поведение. Если система способна переходить из одного состояния в другое, то говорят, что она обладает поведением. Этим понятием пользуются, когда неизвестны закономерности переходов из одного состояния в другое. Часто смену состояний системы во времени рассматривают как процесс. Однако процесс можно рассматривать и как событие во множестве вложенных процессов, протекающих совместно и составляющих бытие. Процесс и событие отличаются масштабом величин. То, что на одном уровне иерархии (масштабов) является процессом, то на другом уровне это можно рассматривать как событие и наоборот.

Целостность. Закономерность целостности означает принципиальную несводимость свойств системы к сумме свойств составляющих её элементов и невыводимость из элементов свойств целого. Свойства системы зависят от свойств элементов, частей (изменение в одной части вызывает изменение во всех остальных частях и во всей системе).

Целостность и иерархичность являются фундаментальными свойствами всех систем.