Целевой характер моделирования

Модель, абсолютно эквивалентная действительности есть только идеализация. Создание такой модели невозможно, так как реальная действительность имеет бесконечную размерность.

В моделях достаточно потребовать не эквивалентности их оригиналам, а выделения из полного набора свойств тех свойств системы, которые интересуют исследователя системы (влияют на результаты решения задач исследований).

Общего решения проблемы определения, что такое существенная информация для решения поставленной задачи, не существует – этому посвящена вся методология моделирования.

Модель должна обеспечить возможность ответов на некоторую конкретную совокупность вопросов и исходя из этого давать полное, точное и адекватное описание конкретной системы.

Модель создается под поставленную проблему, а моделирование заключается в решениях задач: цели, построения модели, работы с моделью. Для правильно выбранной модели характерным является то, что она выявляет лишь те закономерности, которые нужны исследователю, и не рассматривает свойства системы, не существенные для данного исследования.

Между оригиналом и моделью должны быть сохранены некоторые соотношения подобия, вытекающие из закономерностей физической природы явлений. Это даст возможность путем моделирования оценивать свойства оригинала. Подбор этих соотношений (зависимостей, функций) определяется целями моделирования.

Для этого в модели должно быть точно установлено, что является и что не является субъектом моделирования (системой), описывать то, что входит в систему, и подразумевая то, что лежит за ее пределами и влияет на систему.

Отождествление модели системе проводится таким образом, что несущественные для решаемой задачи второстепенные детали опускаются, но сохраняются отношения между элементами системы, между системой и окружающей средой, влияющие на результаты исследования, для которых создается модель. Излишние подробности, не влияющие или слабо влияющие на результаты, могут заметно усложнить исследования и ухудшить точность решения.

Пример идеализации исходя из целей и задач.

Материальная точка не имеет размеров. Тогда что такое линия? Определение линии, плоскости: «Существует хотя бы одна прямая или одна плоскость. Каждая прямая и каждая плоскость есть несовпадающее с пространством непустое множество точек». Как не имеющие размеров точки могут заполнить линию? Вводится понятие предела и связанного с ним понятия бесконечно малой величины, непрерывности (основа дифференциального и интегрального исчисления).

Функция непрерывна на интервале, если она непрерывна во всех его точках, тогда ее график представляет собой непрерывную кривую.

Предел по ∆x: lim [f(x + ∆x) - f(x)] = 0.

Производная от функции y = f(x) в точке x есть скорость изменения ее в этой точке: lim ∆у/∆x = [f(x + ∆x) - f(x)] / ∆x = f′(x)

Траектория - линия, описываемая движущейся точкой. Состояние системы описывается точкой фазового пространства, которая тоже движется по некоторой траектории в этом пространстве. Состояние материальной точки не сводится к ее геометрическому положению, включает также и скорость.

Процесс синтеза модели на основе системного подхода включает следующие этапы:

1. Формирование требований к модели системы исходя из цели исследований (определяется вопросами, на которые исследователь хочет получить ответы с помощью модели) на основе исходных данных, включающих назначение модели, условия работы системы, внешнюю среду для системы и накладываемые ограничения.

2.Определение подсистем модели исходя из действий системы, необходимых для выполнения назначения системы.

3.Подбор элементов подсистем модели на основе данных для их реализации и выбор составляющих элементов будущей модели.

Получившаяся таким образом модель является интегрированным целым.

Пример. Системные исследования в области экологии.

Методологической основой исследований в области экологии является комплексное использование натурных экспериментов, измерений и исследований, экспе6риментальных лабораторных исследований, применения методов управления и моделирования, широкое использование методов других наук (химии, физики, геологии, математики и др.).

Эти методы можно объединить в несколько групп:

- методы регистрации и оценки качества окружающей среды, прежде всего различные типы экологического мониторинга (дистанционный аэрокосмический мониторинг, биомониторинг и биоиндикация);

- методы количественного учета организмов и методы оценки биомассы и продуктивности растений и животных;

- изучение особенностей влияния различных экологических показателей на жизнедеятельность организмов (длительные наблюдения в природных и лабораторных условиях – токсикологические, биохимические, биофизические, физиологические и др.);

- методы изучения взаимосвязей между организмами в многовидовых группах;

- методы математического моделирования экологических явлений и процессов, а также экосистем, имитационное моделирование, моделирование локальных, региональныхи глобальных экологических процессов и ситуаций;

- создание геоинформационных систем и технологий для решения экологических вопросов различных масштабов в разных сферах деятельности;

- комплексный эколого-экономический анализ состояния различных объектов, территорий, отраслей производства;

- геоэкологические методы исследований, геоэкологический мониторинг с целью уменьшения негативного влияния загрязнений на окружающую среду;

- технологические методы экологизации различных производств с целью уменьшения негативного влияния загрязнений на окружающую среду;

- медико-экологические методы изучения влияния различных воздействий на здоровье людей;

- методы экологического контроля окружающей среды (экологические экспертиза, аудит, паспортизация и т.д.).

Примеры сложных систем

Космическая система наблюдения Земли как сложная техническая система

Задачи космической системы наблюдения Земли

Сейчас обостряются проблемы общемирового масштаба: сокращение запасов критически важных природных ресурсов, нарастание загрязнения и деградация среды обитания, увеличение количества природных и техногенных катастроф, глобальное потепление климата, рост терроризма и наркоторговли. Информационное обеспечение этих проблем – на основе оперативного сбора, обработки и предоставления пользователям необходимой информации - предоставляется космической системой глобального мониторинга Земли.

Сегодня в мире насчитывается десятки стран, участвующих в реализации программ космических наблюдений - уровень информатизации становится все более важным критерием оценки могущества и безопасности любого государства и важным средством выработки внутренней и внешней стратегии.

Современные задачи, решаемые космической системой наблюдения Земли:

- метеонаблюдения и анализ изменения климата на планете;

- поиск полезных ископаемых, нефтяных и газовых месторождений;

- анализ крупномасштабной динамики растительного покрова;

- мониторинг водных биологических ресурсов, наблюдение и контроль за деятельностью промысловых судов;

- анализ ледовой обстановки;

- контроль технического состояния промышленных комплексов;

- учет и мониторинг застройки города (контроль над земельными ресурсами и недвижимостью);

- оперативный прогноз и контроль чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера (мониторинг предвестников землетрясений, экологический обстановки, лесных пожаров).

Эти задачи определяют требования к средствам спутникового наблюдения: оперативное наблюдение, повышение разрешающей способности изображений, увеличение полосы съемки, освоение всех информативных диапазонов спектра электромагнитных излучений.

Система наблюдения Земли представляет собой сложную многофункциональную техническую систему - совокупность большого числа разнотипных элементов и разнородных связей между ними, объединенных для выполнения комплексных задач.

Система имеет цель, взаимосвязанные составные части образуют многоуровневую структуру и выполняют функции, направленные на достижение цели, имеет управление, благодаря которому все компоненты функционируют согласованно и целенаправленно.

Дата добавления: 2014-08-04; просмотров: 291; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!