Техническими объектами

Имитационное моделирование представляет собой метод исследования проектируемой системы, заключающийся в имитации на ЭВМ процесса ее функционирования. Имитационное моделирование реализуется программным алгоритмом процесса функционирования системы с учетом выбранного уровня детализации и его испытаний для получения нужных характеристик. Таким образом, под имитационным моделированием понимается процесс конструирования модели реальной системы и постановки экспериментов на этой модели с целью изучения ее поведения либо оценки в рамках ограничений, накладываемых некоторым критерием или совокупностью критериев, обеспечивающих функционирование системы. Конструируя модель, ЭВМ как бы имитирует явления и события моделирующего процесса.

Процесс имитации включает в себя большое число операций, связанных с формированием, преобразованием и использованием реализаций случайных событий, величин и процессов. Результаты моделирования носят случайный характер и отражают лишь случайные сочетания действующих факторов, складывающихся в процессе моделирования. Искомые величины при имитационном моделировании обычно определяют средние значения по данным некоторого числа реализаций процесса. Совокупность реализаций выступает в роли статистического материала при машинном эксперименте, а оценки параметров исследуемой системы по результатам моделирования – в роли экспериментальных данных.

Имитационное моделирование позволяет исследовать систему управления любой сложности, и на любом уровне детализации его можно представить в виде непрерывного спектра, простирающегося от точных моделей или макетов реальных систем до совершенно абстрактных математических моделей. Как следствие широты этого спектра имитационное моделирование представляет собой недостаточно четко определенное понятие в гораздо более узком случае, чем это следует из приведенного выше описания.

Структура имитационной модели в самом общем виде представляется как результат действия реального объекта (устройства, системы)

, (6.11)

где f(…) – функциональная зависимость между x_i и y_i, определяющая величину Е; x_i и y_i – переменные и параметры, которыми можно и нельзя управлять соответственно. Это явное упрощение полезно тем, что дает зависимость функционирования системы управления от контролируемых и неконтролируемых переменных.

Схема процесса имитационного моделирования приведена на рис. 6.5. Определение границ характеристик системы подразумевает установление границ, ограничений и изменения показателей эффективности, подлежащих изучению. На этапе формирования модели осуществляется переход от представлений о реальной системе к абстрагированию, т. е. к некоторой логической схеме. Подготовка данных состоит в отборе данных, необходимых для построения модели и представления их в соответствующей форме. Трансляция заключается в описании модели на языке, приемлемом для используемой ЭВМ. Оценка адекватности модели осуществляется путем обращения к модели и сопоставлении полученной информации с данными о реальной системе. Планирование эксперимента включает в себя совокупность сведений по организации эксперимента. Экспериментирование – собственно процесс имитации с получением необходимых данных. Построение выводов по данным, полученным путем имитации, осуществляется на этапе интерпретации результатов. Документирование включает регистрацию как процесса проектирования и его результатов, так и процесса создания и использования модели. Реализация подразумевает практическое применение модели и результатов моделирования.

Недостатки имитационного моделирования:

1. В отличие от математического моделирования, позволяющего в ряде случаев получать аналитические зависимости показателей от внутренних характеристик системы, одиночное ис-

Рис. 6.5. Схема процесса имитационного моделирования

пытание модели может дать лишь численные вычисления некоторого показателя при заданных значениях характеристик.

2. Получение формальных и графических зависимостей от характеристик системы требует многократных испытаний.

3. Разработка программ сложных имитационных моделей весьма трудоемка и требует высокой квалификации разработчиков.

4. Имитационная модель в принципе не точна, и не представляется возможным измерить степень этой неточности. Этот недостаток может быть преодолен лишь частично путем анализа чувствительности модели к изменению определенных параметров.

Имитационное моделирование является крайним средством, используемым для решения задач. Когда задача может быть сведена к простой модели и решена аналитически, то необходимости в имитационном моделировании не возникает. Реальным способом снижения трудоемкости имитационного моделирования является автоматизация процедур построения и реализации моделей. Одним из средств достижения этого служат специализированные языки моделирования.

СИНТЕЗ СИСТЕМ