Сутність імітаційного моделювання процесів

Сутність імітаційного моделювання процесів

Під терміном “імітаційне моделювання” зазвичай мають на увазі обчислення значень певних характеристик процесу, що розвивається в часі, шляхом відтворення течії цього процесу на комп’ютері за допомогою його математичної моделі, причому отримати необхідні результати іншими способами або неможливо, або вкрай складно. Відтворення течії процесу на комп’ютері за допомогою математичної моделі прийнято називати імітаційним експериментом.

Широке використання імітаційного моделювання стало можливим на певному етапі розвитку інформаційних технологій, тобто засобів і інструментів збору передачі, обробки, зберігання інформації. Серед цих засобів маються на увазі не лише комп’ютери, але й засоби обчислювальної математики, багаторівневі інструменти програмування, системи управління базами даних, банки даних і так далі.

На думку Ю. М. Павловського, імітаційні моделі відносяться до класу моделей, які є системою співвідношень між характеристиками описуваного процесу. Ці характеристики розділяють на внутрішні, що отримали також назву “фазові змінні”, і зовнішні, що позначаються терміном “параметри”. До внутрішніх характеристик відносяться ті, значення яких мають бути визначені за допомогою засобів імітаційного моделювання. До зовнішніх відносяться такі характеристики, від яких внутрішні характеристики істотно залежать, але суттєва зворотна залежність не існує.

Слід зазначити, що в імітаційних моделях процесів внутрішні характеристики є функціями часу і співвідношення моделі повинні однозначно визначати ці функції, якщо відомі характеристики, що фігурують в цих співвідношеннях, оголошені зовнішніми. Очевидно, що для прогнозу значень характеристик процесу, що розвивається в часі, необхідно знати значення цих характеристик в деякий “початковий” момент часу. Необхідність мати значення внутрішніх характеристик в початковий момент часу для того, щоб за допомогою моделі дати прогноз їх значень в наступні моменти часу, є припущенням відносно характеру процесу.

Модель, яка здатна давати прогноз значень внутрішніх характеристик, має бути замкнутою. Під замкнутою моделлю розуміється модель, в якій її співвідношення дозволяють обчислювати внутрішні характеристики при відомих зовнішніх. Процедура визначення зовнішніх характеристик моделі позначається термінами “ідентифікація” або “калібрування”.

Відмітною ознакою імітаційного моделювання є особливість процесу передбачення механізму функціонування складної системи, пов’язаного з організацією обчислювального експерименту на комп’ютері та обробкою отриманих результатів.

Імітаційне моделювання не виключає застосування в процесі обчислювального експерименту аналітичних моделей при неповній інформації про початковий стан системи і її вхідні дії. Таким чином, імітаційне моделювання не знижує значущості аналітичних моделей, а є способом розширення сфери їх застосування відповідно до умов дослідження, що ускладнюються.

В той же час, в імітаційному моделюванні дуже помітна технологічна сторона математичного моделювання. Технологічна у власному значенні слова, тобто в сенсі методів і процесу обробки, зміни стану, властивостей форми сировини, деякого матеріалу.

Таким чином, технологія імітаційного моделювання може трактуватись як спосіб отримання нової інформації (нового знання), а саме значень внутрішніх характеристик моделі, з тієї, яку вже маємо в розпорядженні, – зі значень зовнішніх характеристик.

Ще одним важливим чинником впровадження в наукові дослідження імітаційних моделей є або висока вартість реальних експериментів, або принципова неможливість проведення експериментів. Так, заборона випробувань ядерної зброї привела не до відмови від її вдосконалення, а до розвитку математичної та комп’ютерної імітації процесів, що відбуваються при ядерному вибуху. Характерно, що дослідження соціально-політичних процесів в цьому відношенні аналогічно дослідженню ядерних реакцій – масштабні практичні експерименти з суспільством неможливі, щонайменше, з моральних міркувань.