Системный анализ в информационных технологиях. Громов Ю.Ю - 27 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

гут проходить устно или на бумаге; военные игры на топографических картах; имитационное (двумя игроками) исследова-
ние неоконченных партий в шахматах. Имитация без ЭВМ лишний раз доказывает, что этот термин выходит за рамки опре-
деленного способа применения вычислительной техники и имеет более широкое значение.
Рассмотрим, что же может ЭВМ при моделировании сложных систем?
Прежде всего с помощью ЭВМ рассматриваются отдельные модели. Однако вычислительные машины удобны и для ор-
ганизации работы совокупности моделей. Они могут успешно осуществлять различные согласования по времени, проверять
соответствие и достаточность данных, управлять потоками информации. Как правило, в сложной системе одна и та же ин-
формация нужна в разных местах (моделях). В этом случае насущной становится проблема организации банка данных. От-
метим, что такой банк не только устраняет дублирующее хранение информации, но и гарантирует ее полную тождествен-
ность. Своеобразием сложных систем является и то, что при совместной работе разнородных моделей часто возникает про-
блема видоизменения данных и другой информации при передаче их от одной модели к другой или из банка данных в мо-
дель. Такое приспособление данных к задаче, в которой они будут использоваться, называется интерфейсной адаптацией.
В целом можно сделать вывод, что ЭВМ способна выполнять все основные операции при работе с моделями сложных сис-
тем. Совокупность нужных моделей, банка данных и разнообразных обслуживающих программных средств принято называть
модельно-вычислительным комплексом.
Сам набор моделей, полностью готовых для использования, нередко называют библиотекой моделей. Чаще всего при
этом речь идет о математической модели в виде набора формул, системы уравнений, алгоритма. Однако с полным основани-
ем моделями, хранимыми с помощью вычислительной техники, можно назвать и тексты в библиотеке технологий и способов
получения материала, библиотеке патентов и других инженерных решений, библиотеке диагнозов и типичных течений бо-
лезней и т.д. Из этого следует, что и вербальные модели могут являться основой при моделировании сложных систем. Спе-
цифична будет лишь работа с ними, которая в настоящее время, как правило, проводится человеком в диалоговом режиме
общения с ЭВМ.
Рассмотрим вопрос, который достаточно важен при создании совокупности моделей. Как отлаживать работу отдельных
моделей (модулей) в этой совокупности? Ведь режим и условия работы данной модели определяются ее связями в создавае-
мой схеме и, вроде бы, пока не заработают все остальные модели, мы не можем отлаживать и данную.
Эта проблема решается работой с фиктивными данными (связями), заменяющими настоящие. Для таких искусственно
организованных входов в системном программировании даже возник специальный термин «заглушки». Его вполне можно
применить к процессу отладки произвольной совокупности моделей, которые будут на начальных стадиях своей разработки
совершенствоваться на «правдоподобных» – специально подобранных заглушках и лишь потом, окончательно доводиться на
совместной работе всей совокупности моделей. При этом практика показывает, что чем удачней были выбраны заглушки (из
опыта предыдущей работы, из схожих систем, по интуиции, просто перебором большого диапазона входных данных), тем
меньше новых проблем возникает на последнем, системном этапе отладки.
1.3.8. Автоматизированное моделирование
При употреблении выражения «автоматизированное моделирование» речь идет о машинном построении модели, про-
водимом без участия или с минимальным участием человека. Это оказывается возможным, если сформулированы, формаль-
но реализованы и превращены в программные средства правила построения достаточно широкого класса моделей, к которо-
му принадлежит и та конкретная, с которой мы хотим работать.
Поясним сказанное на двух типичных примерах. Первый из них – построение модели в виде системы линейных диффе-
ренциальных уравнений. Допустим для конкретности, что речь идет о системе упруго связанных тел. В этом случае построе-
ние дифференциальных уравнений может быть произведено по основанному на использовании законов механики алгоритму,
исходя из задания взаимного расположения твердых тел и жесткостных (типа пружины) связей между ними. Исследователь
специальным образом кодирует указанное расположение, а также физические параметры элементов системы, вводит эту ко-
дировку в ЭВМ, после чего машина сама формирует модель в виде конкретной системы дифференциальных уравнений. По-
скольку эти уравнения без надобности можно не выводить на печать, часто получается, что человек при автоматизированном
моделировании работает с моделью, которой не видит и не знает.
Второй пример относится к рассмотрению напряженного состояния или динамики деформаций произвольной стержне-
вой системы. Описывающие эти задачи уравнения также могут быть получены при помощи специальных алгоритмов на ос-
нове кодировки структуры системы, которая здесь заключается в задании координат концов стержней, их внутренних пара-
метров и типа соединения между собой.
Таким образом, автоматизированное моделирование состоит в организации в ЭВМ последовательности действий по по-
строению модели, которые инициируются введением в машину удобной для человека кодировки конкретной системы.
Именно это по определенному и обычно не простому алгоритму делают программные средства автоматизированного моде-
лирования данного класса задач.
Следует упомянуть важный раздел прикладной математики, в котором автоматизированное моделирование выступает
одним из определяющих факторов. Это – метод конечных элементов, который в самом простом изложении сводится к деле-
нию системы на конечное число небольших элементов, внутри которых оказывается возможным применять грубые прибли-
жения. Основная задача в этом случае состоит во взаимосвязи элементов. Она достигается построением линейной алгебраи-
ческой системы большой (до нескольких тысяч уравнений) размерности. Ясно, что ручное построение такой системы прак-
тически невозможно, и его следует поручать ЭВМ. Наиболее универсальные программные комплексы метода конечных эле-
ментов не только составляют и решают эту систему, но и сами производят разбиение на элементы, которое удовлетворяет
требованиям по точности, а также ряду других условий. Можно утверждать, что на настоящий момент в методе конечных
элементов реализован один из наивысших уровней автоматизированного моделирования:

Страницы