Модели и моделирование системы

Содержание

Введение……………………………………….……………………………….3

Глава 1.   Основные принципы моделирования систем управления……………………………………………………………………4

1.1 Принципы системного подхода в моделировании систем управления..…4

1.2 Подходы к исследованию систем управления………………………...……5

1.3 Стадии разработки моделей……………………..…………………….…….9

Глава 2. Общая характеристика проблемы моделирования систем управления………………………………………………………11

2.1  Цели моделирования систем управления…………………………….……11

2.2 Классификация видов моделирования систем…………………………...17

Заключение…………………………………………………...…………………..22

Список используемой литературы…………………………………...…………23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В данной курсовой работе рассматриваются основные методы и принципы моделирования в разрезе исследования систем управления.

Моделирование является основным методом исследований во всех областях знаний и научно обоснованным методом оценок характеристик сложных систем, используемым для принятия решений в различных сферах социальной деятельности. Существующие и проектируемые системы можно эффективно исследовать с помощью математических моделей (аналитических и имитационных), которые выступают в качестве инструмента экспериментатора с моделью системы.

Актуальность  темы, как в условиях развитой рыночной экономики, так и переходной экономики определяется тем, что моделирование является неотъемлемой частью социального прогнозирования, а уровень прогнозирования процессов общественного развития обуславливает эффективность планирования и управления социальной и другими сферами.

Целью данной курсовой работы является рассмотрение методологии и методик разработки и построения моделей социальных процессов для определения сущности, областей применения и наиболее эффективных методов моделирования. Для этого необходимо решить следующие задачи: определить сущность метода моделирования социального прогнозирования и области его применения в ходе изучения теоретико-методологических основ методологии прогнозирования; дать характеристику методов моделирования социальной системы.

Объектом исследования является организация процесса построения моделей социальных процессов.

Предмет исследования: применение моделирования как ведущего принципа совершенствования организации  социальных процессов в обществе.

 

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ

1.1. Принципы системного подхода  в моделировании систем управления

Моделирование начинается с формирования предмета исследований системы понятий, отражающей существенные для моделирования характеристики объекта. Эта задача является достаточно сложной, что подтверждается различной  интерпретацией в научно-технической  литературе таких фундаментальных  понятий, как система, модель, моделирование. Подобная неоднозначность не говорит  об ошибочности одних и правильности других терминов, а отражает зависимость  предмета исследований (моделирования) как от рассматриваемого объекта, так  и от целей исследователя. Отличительной  особенностью моделирования сложных  систем является его многофункциональность  и многообразие способов использования; оно становится неотъемлемой частью всего жизненного цикла системы. Объясняется это в первую очередь  технологичностью моделей, реализованных  на базе средств вычислительной техники: достаточно высокой скоростью получения  результатов моделирования и  их сравнительно невысокой себестоимостью.

Объект моделирования. Специалисты  по проектированию и эксплуатации сложных  систем имеют дело с системами  управления различных уровней, обладающими  общим свойством — стремлением  достичь некоторой цели. Эту особенность  учтем в следующих определениях системы. Система S — целенаправленное множество! взаимосвязанных элементов  любой природы. Внешняя среда  Е— множество существующих вне системы элементов любой природы, оказывающих влияние на систему или находящихся под ее воздействием.

С развитием науки и техники  сам объект непрерывно усложняется, и уже сейчас говорят об объекте  исследования как о некоторой  сложной системе, которая состоит  из различных компонент, взаимосвязанных  друг с другом. Поэтому, рассматривая системный подход как основу для построения больших систем и как базу создания методики их анализа и синтеза, прежде всего необходимо определить само понятие системного подхода.

Системный подход — это  элемент учения об общих законах  развития природы и одно из выражений  диалектического учения. Можно привести разные определения системного подхода, но наиболее правильно то, которое  позволяет оценить познавательную сущность этого подхода при таком  методе исследования систем, как моделирование. Поэтому весьма важны выделение  самой системы S и внешней среды Е из объективно существующей реальности и описание системы исходя из общесистемных позиций.

При системном подходе  к моделированию систем необходимо прежде всего четко определить цель моделирования. Поскольку невозможно полностью смоделировать реально функционирующую систему (систему-оригинал, или первую систему), создается модель (система-модель, или вторая система) под поставленную проблему. Таким образом, применительно к вопросам моделирования цель возникает из требуемых задач моделирования, что позволяет подойти к выбору критерия и оценить, какие элементы войдут в создаваемую модель М. Поэтому необходимо иметь критерий отбора отдельных элементов в создаваемую модель.

1.2 Подходы к исследованию систем

Важным для системного подхода является определение структуры  системы — совокупности связей между  элементами системы, отражающих их взаимодействие. Структура системы может изучаться  извне с точки зрения состава  отдельных подсистем и отношений  между ними, а также изнутри, когда  анализируются отдельные свойства, позволяющие системе достигать  заданной цели, т. е. когда изучаются  функции системы. В соответствии с этим наметился ряд подходов к исследованию структуры системы с ее свойствами, к которым следует прежде всего отнести структурный и функциональный.

При структурном подходе  выявляются состав выделенных элементов  системы S и связи между ними. Совокупность элементов и связей между ними позволяет судить о структуре  системы. Последняя в зависимости от цели исследования может быть описана на разных уровнях рассмотрения. Наиболее общее описание структуры это топологическое описание, позволяющее определить в самых общих понятиях составные части системы и хорошо формализуемое на базе теории графов.

Менее общим является функциональное описание, когда рассматриваются  отдельные функции, т. е. алгоритмы  поведения систе­мы, и реализуется функциональный подход, оценивающий функции, которые выполняет система, причем под функцией понимается свойство, приводящее к достижению цели. Поскольку функция отображает свойство, а свойство отображает взаимодействие системы S с внешней средой Е, то свойства могут быть выражены в виде либо некоторых характеристик элементов SiV) и подсистем Si системы, либо системы S в целом.

При наличии некоторого эталона сравнения можно ввести количественные и качественные характеристики систем. Для количест­венной характеристики вводятся числа, выражающие отношения между данной характеристикой и эталоном. Качественные харак­теристики системы находятся, например, с помощью метода экспертных оценок.

Проявление функций системы  во времени S(t), т. е. функционирование системы, означает переход системы из одного состояния в другое, т. е. движение в пространстве состояний Z. При эксплуатации системы S весьма важно качество ее функционирования, определяемое показателем  эффективности и являющееся значением  критерия оценки эффективности.    Существуют различные подходы к  выбору критериев оценки эффективности. Система S может оцениваться либо совокупностью частных критериев, либо некоторым общим интегральным критерием.

Следует отметить, что создаваемая  модель М с точки зрения системного подхода также является системой, т. е. S'=S'(M), и может рассматриваться по отношению к внешней среде Е. Наиболее просты по представлению модели, в которых сохраняется прямая аналогия явления. Применяют также модели, в которых нет прямой аналогии, а сохраняются лишь законы и общие закономерности поведения элементов системы S. Правильное понимание взаимосвязей как внутри самой модели М, так и взаимодействия ее с внешней средой Е в значительной степени определяется тем, на каком уровне находится наблюдатель.

Простой подход к изучению взаимосвязей между отдельными частями  модели предусматривает рассмотрение их как отражение связей между  отдельными подсистемами объекта. Такой  классический подход может быть использован  при создании достаточно простых моделей. По отдельной совокупности исходных данных Д ставится цель моделирования отдельной стороны функционирования системы, на базе этой цели формируется некоторая компонента К будущей модели. Совокупность компонент объединяется в модель М.

Таким образом, разработка модели М на базе классического подхода  означает суммирование отдельных компонент  в единую модель, причем каждая из компонент  решает свои собственные задачи и  изолирована от других частей модели. Поэтому классический подход может быть использован для реализации сравнительно простых моделей, в которых возможно разделение и взаимно независимое рассмотрение отдельных сторон функционирования реального объекта. Для модели сложного объекта такая разобщенность решаемых задач недопустима, так как приводит к значительным затратам ресурсов при реализации модели на базе конкретных программно-технических средств. Можно отметить две отличительные стороны классического подхода: наблюдается движение от частного к общему, создаваемая модель (система) образуется путем суммирования отдельных ее компонент и не учитывается возникновение нового системного эффекта.

С усложнением объектов моделирования возникла необходимость  наблюдения их с более высокого уровня. В этом случае наблюдатель (разработчик) рассматривает данную систему S как  некоторую подсистему какой-то метасистемы, то есть системы более высокого ранга, и вынужден перейти на позиции нового системного подхода, который позволит ему построить не только исследуемую систему, решающую совокупность задач, но и создавать систему, являющуюся составной частью метасистемы.

Системный подход получил  применение в системотехнике в связи  с необходимостью исследования больших  реальных систем, ког­да сказалась недостаточность, а иногда ошибочность принятия каких-либо частных решений. На возникновение системного подхо­да повлияли увеличивающееся количество исходных данных при разработке, необходимость учета сложных стохастических связей в системе и воздействий внешней среды Е. Все это заставило исследователей изучать сложный объект не изолированно, а во вза­имодействии с внешней средой, а также в совокупности с другими системами некоторой метасистемы.

Системный подход позволяет  решить проблему построения сложной  системы с учетом всех факторов и  возможностей, пропорци-1 овальных их значимости, на всех этапах исследования системы 5" и построения модели М'. Системный  подход означает, что каждая система S является интегрированным целым  даже тогда, когда она состоит  из отдельных разобщенных подсистем. Таким образом, в основе системного подхода лежит рассмотрение системы  как интегрированного целого, причем это рассмотрение при разработке начинается с главного — формулировки цели функционирования. На основе исходных данных Д, которые известны из анализа внешней системы, тех ограничений, которые накладываются на систему сверху либо исходя из возможностей ее реализации, и на основе цели функционирования формулируются исходные требования Т к модели системы S. На базе этих требований формируются ориентировочно некоторые подсистемы П, элементы Э и осуществляется наиболее сложный этап синтеза — вы-< бор В составляющих системы, для чего используются специальные критерии выбора КВ.

При моделировании необходимо обеспечить максимальную эффективность  модели системы, которая определяется как некоторая разность между  какими-то показателями результатов, полученных в итоге эксплуатации модели, и  теми затратами, которые были вложены  в ее разработку и создание.

1.3 Стадии разработки моделей

 На базе системного  подхода может быть предложена  и некоторая последовательность  разработки моделей, когда выделяют  две основные стадии проектирования: макропроектирование и микропроектирование.

На стадии макропроектирования  на основе данных о реальной системе S и внешней среде Е строится модель внешней среды, выявляются ресурсы и ограничения для построения модели системы, выбирается модель системы и критерии, позволяющие оценить адекватность модели М реальной системы S. Построив модель системы и модель внешней среды, на основе критерия эффективности функционирования системы в процессе моделирования выбирают оптимальную стратегию управления, что позво­ляет реализовать возможности модели по воспроизведению отдельных сторон функционирования реальной системы S.

Стадия микропроектирования  в значительной степени зависит  от конкретного типа выбранной модели. В случае имитационной модели необходимо обеспечить создание информационного, математического, технического и программного обеспечении системы моделирования. На этой стадии можно установить основные характеристики созданной модели, оценить время работы с ней и затраты ресурсов для получения заданного качества соответствия модели процессу функционирования системы S.