Подэтапы второго этапа моделирования (этапа алгоритмизации модели и ее машинной реализации).

Подэтапы второго этапа моделирования. Рассмотрим подэтапы, выполненные при алгоритмизации модели системы и ее машинной реализации, обращая основное внимание на задачи каждого подэтапа и методы их решения.

2.1. Построение логической схемы модели.Рекомендуется стро­ить модель по блочному принципу, т.е. в виде некоторой совокуп­ности стандартных блоков. Построение модели системы S из таких блоков обеспечивает необходимую гибкость в процессе ее эксплуа­тации, особенно на стадии машинной отладки. При построении блочной модели проводится разбиение процесса функционирования системы на отдельные достаточно автономные подпроцессы. Таким образом, модель функционально подразделяется на подмодели, каждая из которых в свою очередь может быть разбита на еще более мелкие элементы. Блоки такой модели бывают двух типов: основные и вспомогательные. Каждый основной блок соответствует некоторому реальному подпроцессу, имеющему место в моделируе­мой системе S, а вспомогательные блоки представляют собой лишь составную часть машинной модели, они не отражают функции моде­лируемой системы и необходимы лишь для машинной реализации, фиксации и обработки результатов моделирования.

2.2. Получение математических соотношений.Одновременно с выполнением подэтапа построения логической схемы модели необ­ходимо получить, если это возможно, математические соотношения в виде явных функций. Этот подэтап соответствует неявному зада­нию возможных математических соотношений на этапе построения концептуальной модели. При выполнении первого этапа еще не может иметься информации о конкретном виде таких математиче­ских соотношений, а на втором этапе уже необходимо получить эти соотношения. Схема машинной модели должна представлять собой полное отражение заложенной в модели концепции и иметь: а) описание всех блоков модели с их наименованиями; б) единую систему обозначений и нумерацию блоков; в) отражение логики модели процесса функционирования системы; г) задание математических соотношений в явном виде.

Таким образом, в общем случае построенная машинная модель системы будет иметь комбинированный характер, т. е. отражать аналитико-имитационный подход, когда часть процесса в системе описана аналитически, а другая часть имитируется соответствую­щими алгоритмами.

2.3. Проверка достоверности модели системы.Эта проверка яв­ляется первой из проверок, выполняемых на этапе реализации мо­дели. Так как модель представляет собой приближенное описание процесса функционирования реальной системы S, то до тех пор, пока не доказана достоверность модели нельзя утверждать, что с ее помощью будут получены результаты, совпадающие с теми, которые могли бы быть получены при проведении натурного экспе­римента с реальной системой S. Поэтому определение достоверно­сти модели можно считать наиболее важной проблемой при моде­лировании систем. От решения этой проблемы зависит степень доверия к результатам, полученным методом моделирования. Про­верка модели на рассматриваемом подэтапе должна дать ответ на вопрос, насколько логическая схема модели системы и используемые математические соотношения отражают замысел модели, сфор­мированный на первом этапе. При этом проверяются: а) возмож­ность решения поставленной задачи; б) точность отражения замыс­ла в логической схеме; в) полнота логической схемы модели; г) правильность используемых математических соотношений.

Только после того, как разработчик убеждается путем соответствующей проверки в правильности всех этих положений, можно считать, что имеется логическая схема модели системы S, пригод­ная для дальнейшей работы по реализации модели на ЭВМ.

2.4. Выбор вычислительных средств для моделирования.На этом подэтапе необходимо окончательно решить вопрос о том, какую вычислительную машину целесообразно исполь­зовать для реализации модели системы S. Вообще, выбор вычисли­тельных средств может быть проведен и на предыдущих подэтапах, но рассматриваемый подэтап является последним, когда этот выбор должен быть сделан окончательно, так как в противном случае возникнут трудности в проведении дальнейших работ по реализа­ции модели. Вопрос о выборе универсальной ЭВМ сводится к обес­печению следующих требований: а) наличие необходимых програм­мных и технических средств; б) доступность выбранной ЭВМ для разработчика модели; в) обеспечение всех этапов реализации моде­ли; г) возможность своевременного получения результатов.

2.5. Составление плана выполнения работ по программированию. Такой план должен помочь при программировании модели, учиты­вая оценки объема программы и трудозатрат на ее составление. План при использовании универсальной ЭВМ должен включать в себя: а) выбор языка (системы) программирования модели; б) ука­зание типа ЭВМ и необходимых для моделирования устройств; в) оценку примерного объема необходимой оперативной и внешней памяти; г) ориентировочные затраты машинного времени на моде­лирование; д) предполагаемые затраты времени на программирова­ние и отладку программы на ЭВМ.

2.6. Построение схемы программы.Наличие логической схемы модели позволяет построить схему программы, которая должна отражать: а) разбиение модели на блоки, подблоки и т.д.; б) осо­бенности программирования модели; в) проведение необходимых изменений; г) возможности тестирования программы; д) оценку затрат машинного времени; е) форму представления входных и вы­ходных данных.

Построение схемы программы представляет собой одну из ос­новных задач на этапе машинной реализации модели. При этом особое внимание должно быть уделено особенностям выбранного для реализации модели языка: алгоритмического языка общего назначения или языка моделирования.

2.7. Проверка достоверности схемы программы.Эта проверка является второй на этапе машинной реализации модели системы. Очевидно, что нет смысла продолжать работу по реализации моде­ли, если нет уверенности в том, что в схеме программы, по которой будет вестись дальнейшее программирование, допущены ошибки, которые делают ее неадекватной логической схеме модели, а сле­довательно, и неадекватной самому объекту моделирования. При этом проводится проверка соответствия каждой операции, представ­ленной в схеме программы, аналогичной ей операции в логической схеме модели.

2.8. Проведение программирования модели.При достаточно подробной схеме программы, которая отражает все операции логиче­ской схемы модели, можно приступить к программированию моде­ли. Если имеется адекватная схема программы, то программирова­ние представляет собой работу только для программиста (возможно без участия и помощи со стороны разработчика модели). При использо­вании пакетов прикладных программ моделирования проводится непосредственная генерация рабочих программ для моделирования конкретного объекта.

2.9. Проверка достоверности программы.Эта последняя провер­ка на этапе машинной реализации модели, которую необходимо проводить: а) обратным переводом программы в исходную схему; б) проверкой отдельных частей программы при решении различных тестовых задач; в) объединением всех частей программы и провер­кой ее в целом на контрольном примере моделирования варианта системы S.

На этом подэтапе необходимо также проверить оценки затрат машинного времени на моделирование. Полезно также получить достаточно простую аналитическую аппроксимацию зависимости затрат машинного времени от количества реализаций, что позволит разработчику модели (заказчику) правильно сформулировать тре­бования к точности и достоверности результатов моделирования.