Комплексное аналитическое и имитационное моделирование

На занятиях по предыдущей теме мы убедились в неизбежности информатизации общества. Электронно-вычислительные средства стали основными помощниками человека в подготовке вариантов решений по той или иной задаче (ситуации, проблеме). Следует отметить, что за последние десятилетия научно-технический прогресс в различных сферах жизни общества, характеризуется существенной степенью интеграции всех производственных процессов, в том числе и в военной сфере. Поэтому, огромное значение имеет правильная организация работы отдельных структурных элементов, которые объединяются в системы. Система – это совокупность взаимосвязанных элементов, завязанных в единое целое, выполняющая определённые функции и обладающая интегрированными свойствами (то есть новым качеством). Для того, чтобы новое качество имело положительную динамику, необходимо постоянное, целенаправленное и всестороннее изучение систем, с последующим анализом эффективности их функционирования и коррекции их деятельности. Для этого в практике применяется системный подход – то есть рассмотрение объекта (системы) как единого целого во взаимосвязи с внешней средой (включающей человека). Оценить эффективность системы (а это важная социальная задача) в реальном масштабе довольно сложно (она может быть просто закрыта от исследователя).

Поэтому в научных и практических исследованиях существуют два направления:

1. Непосредственное исследование оригинала.

2. Замещение оригинала моделью и исследование модели.

Во втором случае, исследователи создают систему аналогичную исследуемой, отражающую её основные свойства и процессы, протекающие в ней, но имеющую вид и форму удобную для познания и работы. Для примера можно привести алгоритм деятельности военного специалиста профиля факультета (рис. 3.1).

Для того, чтобы объект можно было назвать моделью должны выполняться следующие условия:

1. Условие рефлективности: объект может быть моделью самого себя X=RmX.

2. Условие толерантности: Если один из объектов является моделью другого, этот второй является оригиналом первого XRmy= YRmx.

3. Условие транзитивности: XRmy& YRmz = YRmz.

4. Отношение тождества: сходство по всем характеристикам.

Таким образом, мы пришли к понятию модели, необходимости моделирования реальных систем (операций) для их изучения и последующего наблюдения. Существенную помощь человеку оказывают компьютеры, это одна из сторон их использования. Без них нет своевременности и качества обработки информации и создания моделей.

Рис.3.1. Модель деятельности военного специалиста

Поэтому процессы моделирования и анализа результатов построения моделей является важной задачами практической деятельности войск, а основные подходы к их решению рассматриваются в данной главе.

I. Цель, задачи и основные требования к математическому моделированию информационных процессов

Система, эффективность которой лежит в широких пределах, в зависимости от качества взаимодействия между элементами, обеспечивающаяся специальным процессом управления и соответствующим управляющим элементом называется – управляемой системой [4]. Другими словами, это система, которой свойственно управление (имеет место управляющий орган и организованный им процесс).

Основные функции управления:

- сбор информации состояния элементов и внешней среды;

- сравнительная оценка действительного и требуемого состояния системы и среды (выделение проблемы – как факта несоответствия задаваемым требованиям) и выработка информационных воздействий для перевода системы в новое состояние, приближающее её к цели функционирования;

- доведение выработанных информационных воздействий до управляемых элементов.

Цель функционирования управляемой системы состоит в том, чтобы на основе анализа поступающей от элементов системы и среды информации состояния выработать и передать элементам такие воздействия, которые обеспечили достижение заданной цели, в условиях мешающих воздействий среды. Процесс этот, как правило, циклический. Цикл управления завершается передачей управляющих воздействий.

Операция – это этап функционирования системы, ограниченный достижением определённой цели. Её результат описывается совокупностью управляемых и неуправляемых характеристик.

X = (x1, x2…xn) – множество управляемых характеристик;

Y = (y1, y2…ym) -множество неуправляемых характеристик.

На управляемые и неуправляемые характеристики накладываются ограничения, поэтому имеет смысл говорить о допустимом множестве решений из возможных. Решение – это набор значений управляемых характеристик, который должен быть достигнут в процессе функционирования системы. Оптимальное решение – это решение, которое с точки зрения выполнения достижения поставленной цели является наиболее предпочтительным.

Исход – ситуация, сложившаяся на момент завершения операции. Ситуация – состояние среды и элементов (совокупность значений характеристик в определённый момент времени управляемых объектов и среды). Для оценки исхода операции вводятся показатели их исхода (ПИО), которые характеризуют её результаты. Обозначения:

R = (r1,r2,…rn).

Они должны отражать:

- полезный результат операции;

- затраты ресурсов на операцию;

- нежелательные последствия выполнения операции.

Все эти определения присущи системам, реально действующим, которые подлежат анализу силами и средствами специальных служб, который осуществляется на моделях.

Под моделью понимается – такая мысленно представляемая или материально реализованная система, которая отражая и воспроизводя объект исследования, способна её замещать так, что её изучение даёт новую информацию об объекте. Модель – это объект, находящийся в некотором отношении сходства с другим объектом и предназначенный для фиксации известной и полученной новой информации о нём.

Таким образом модель - это:

1) Объект вторичный по отношению к оригиналу.

2) Средство изучения оригинала.

3) Она сходна в некотором отношении с оригиналом.

4) Отражает те свойства оригинала, которые существенны для исследователя.

Под моделированием понимают – процесс исследования моделируемой системы, который включает следующие операции:

- построение модели объекта;

- исследование модели объекта;

- накопление необходимого количества данных;

- обобщение и перенос полученных данных на объект.

При этом моделируется и среда – условия, в которых функционирует объект.

Цель моделирования – получение новой информации об объекте.

Задачи моделирования:

1) Оценка эффективности решений принимаемых на модели.

2) Поиск оптимальных или близких к ним решений.

3) Определение (оценка) чувствительности оптимальных решений к изменениям значений параметров.

4) Установление в явном виде взаимосвязи между параметрами системы.

Степень приближения полученных данных определяется адекватностью модели. Можно считать модель адекватной, если несмотря на некоторые неточности, отображающей системы (оригинала) она способна обеспечить достаточно надёжное предсказание системы.

Этапы моделирования:

1. Уяснение цели исследования.

2. Постановка задачи на моделирование.

3. Описание проблемы.

4. Разработка модели (декомпозиция свойств системы, определение требований к системе, описание процесса функционирования, определение способов измерения исходных данных и определения границ измерения).

5. Проведение исследований на модели.

6. Анализ и обработка результатов моделирования.

7. Оценка адекватности модели.

Процесс моделирования можно изобразить следующим образом (рис. 3.2).

Модели могут быть:

- физическими – то есть модели, находящиеся в отношении физического подобия к прототипу.

- абстрактными – словесные (концептуальные), графические, математические.

- Смешанными.

При построении математических моделей учитывается ряд требований:

1. Модель строится для решения конкретного класса задач (одной задачи).

2. В ходе формализации процессов (упрощения) должны сохраняться необходимые существенные свойства системы.

3. Должно соблюдаться соответствие между требуемой точностью результатов и сложностью моделей.

4. Должен обеспечиваться баланс погрешностей различных видов (погрешности математического метода, погрешности исходных данных, погрешности результатов расчётов).

5. Разнообразие реализации одного и того же элемента модели, отличающегося по точности, а следовательно по сложности (просчитали по основному алгоритму, проверили по упрощённому, сравнили результаты).

6. Разделение моделей по этапам и режимам функционирования системы.

7. Блочное построение, стандартизация блоков, обеспечивающая упрощение отработки и отладки моделей.

8. Наглядность модели и полученных с её помощью результатов.

Рис.3.2. Алгоритм процесса моделирования объектов

Таким образом, ввиду закрытости практических управляемых систем от исследования, офицеры аналитических аппаратов становятся перед необходимостью моделировать эти системы, по имеющимся данным, а затем в процессе наблюдения, корректировать модели с целью повышения их адекватности. С помощью моделей прогнозируется развитие обстановки, вскрываются оперативно-тактические нормативы учебно-боевых мероприятий, делаются выводы о состоянии и намерениях исследуемого объекта.

II. Метод построения комплексных аналитических

Дата добавления: 2014-12-29