- •1 Методологические основы моделирования сложных систем
- •1.1 Системность
- •Определение понятия системы
- •Основные свойства, обязательные для любой системы
- •Системное мышление
- •Понятия общей теории систем
- •Системный подход
- •1.2 Определение понятий элементов, связей, функций, внешней среды системы Элемент
- •Функции системы
- •Сложность систем
- •Внешняя среда
- •Классификация систем
- •Развитие искусственной системы и ее жизненный цикл
- •1.3 Моделирование
- •Общая методология моделирования
- •Примеры сложных систем Космическая система наблюдения Земли как сложная техническая система
- •Сложная социально-экономическая система
- •2 Методология построения математических моделей
- •2.1 Математическая модель, математическое моделирование – основные понятия, термины и определения
- •Цели математического моделирования
- •2.2 Общие методы построения математической модели Процесс моделирования
- •Анализ и синтез в моделировании
- •Микроподход и макроподход в исследованиях системы.
- •Формальная запись модели системы
- •Модульное построение моделей
- •Понятие вариационных принципов
- •2.3 Требования к построению модели
- •Адекватность и достоверность модели
- •Равнозначимость внешнего и внутреннего правдоподобия
- •2.4 Этапы построения моделей
- •2.4.1 Постановка задачи моделирования
- •Разработка содержательной модели
- •Разработка концептуальной модели
- •Описание внешних воздействий
- •Декомпозиция системы
- •Подготовка исходных данных для математической модели
- •Содержание концептуальной модели
- •2.4.2 Разработка математической модели
- •Разработка функциональных соотношений
- •Выбор метода решения задачи
- •Проверка и корректировка модели
- •Анализ чувствительности модели
- •Реализация математической модели в виде программ для эвм
- •2.4.3 Практическое использование построенной модели и анализ результатов моделирования
- •3 Математические модели структуры и состояния системы
- •3.1 Модель структуры системы Основные понятия структуры системы
- •Модель состава и структуры системы
- •Виды структур
- •Методология моделирования структуры системы
- •Пример разработки моделей деятельности организации
- •3.2 Модель состояния системы Состояние системы и ее функционирование
- •Формализация процесса функционирования системы
- •3.3 Модель процесса функционирования
- •Установление функциональных зависимостей
- •Неопределенность функционирования системы
- •Пути уменьшения неопределенностей при синтезе системы (проекта)
- •3.4 Анализ функционирования и анализ структуры
- •Пример разработки моделей деятельности организации
- •Функционально – физический анализ технических объектов
- •Пример функционально – физического анализа технических объектов Конструкция бытовой электроплитки
- •Функционально стоимостной анализ
- •4 Виды математических моделей
- •4.1 Классификация математических моделей
- •4.2 Классификация математических моделей в зависимости от оператора модели
- •Линейные и нелинейные модели
- •Обыкновенные дифференциальные модели
- •4.3 Классификация математических моделей в зависимости от параметров модели Непрерывные и дискретные модели
- •Детерминированные и неопределенные модели
- •Статические и динамические модели
- •Стационарные и нестационарные модели
- •Формализация системы в виде автомата
- •Формализация системы в виде агрегата
- •Моделирование процесса функционирования агрегата
- •Моделирование агрегативных систем
- •Модель сопряжения элементов
- •5 Математические модели физических явлений и процессов. Универсальность моделей
- •5.1 Математические модели на основе фундаментальных законов
- •Теоретический метод составления математических моделей
- •Основные фундаментальные законы механики
- •Работа, энергия, мощность
- •5.2 Уравнения движения
- •Динамика поступательного движения.
- •5.3 Уравнения состояния
- •Термодинамическая система
- •Твердые тела, жидкости и газы
- •6 Универсальность моделей
- •6.1Типовые математические модели элементов и подсистем
- •Модель колебательного процесса
- •Электрическая подсистема
- •Модели элементов гидравлических систем
- •Модели элементов пневматических систем
- •6.2 Модели на основе аналогий
- •Скорость роста какой-либо величины пропорциональна текущему значению этой величины Закон сохранения материи
- •II. Квадратичная зависимость скорости воспроизводства
- •IV. «Равновесная» численность популяции Nр, которую может обеспечить окружающая среда
- •V. Конкуренция двух популяций
- •VI. Изменение зарплаты и занятости
- •VII. Организация рекламной кампании
- •VIII. Двухвидовая борьба в популяции
- •IX. Взаимоотношения «производитель – управленец».
- •7 Математические модели распределения ресурсов в исследовании операций
- •7.1 Моделирование операций распределения ресурсов
- •Формулировка задачи математического программирования
- •7.2 Модели линейного программирования
- •Формулировка общей задачи линейного программирования.
- •Типовые задачи линейного программирования
- •Транспортная задача
- •Примеры сведения практических задач к канонической транспортной задаче
- •7.3 Распределительные задачи линейного программирования
- •Примеры распределительных задач.
- •Распределение транспортных единиц по линиям
- •Задача о назначениях
- •Экономическая интерпретация задач линейного программирования
- •Перевозки взаимозаменяемых продуктов
- •Перевозка неоднородного продукта на разнородном транспорте
- •Задача коммивояжера
- •Задача о ранце
- •Общая задача теории расписаний
- •8 Моделирование процесса управления
- •8.1 Основные определения
- •Формальная запись системы с управлением
- •8.2 Модели систем автоматического управления
- •Математическая модель объекта управления
- •Устойчивость движения систем
- •Определение программного движения и управление движением
- •8.3 Модели автоматизированных систем управления
- •9 Моделирование производственных процессов Общая характеристика производственного процесса
- •9.1 Модели систем массового обслуживания
- •Основные элементы систем массового обслуживания.
- •Характеристики потока
- •Классификация смо
- •Оценка эффективности смо
- •Аналитические и статистические модели
- •9.2 Модели дискретного производственного процесса
- •Операции обработки
- •Операции сборки
- •Операции управления
- •Формализация отклонения течения производственного процесса от нормального
- •Моделирование комплексного процесса обработки, сборки и управления при поточном производстве
- •9.3 Имитационное моделирование производственного процесса
- •9.3 Модели непрерывного производственного процесса
- •10 Синтез модели (проекта) системы
- •10.1 Проектирование системы как процесс создания (синтеза) ее модели
- •10.2 Методология проектирования
- •10.3 Формирование концепции системы
- •Системный подход при формировании концепции
- •Типовые проектные процедуры формирования концепции
- •10.4 Эффективность системы Понятие эффективности системы
- •Формирование модели цели системы
- •Выбор критериев и показателей эффективности
- •Основные принципы выбора критериев эффективности:
- •Проблемы многокритериальности
- •Особенности синтеза адаптивных систем
- •10.5 Технология проектирования
- •10.6 Принятие решений в проектировании Особенности процесса принятия решений в проектировании
- •Выбор альтернатив
- •Принятие решений в условиях неопределенности
- •Моделирование принятия решения
- •Прогнозирование в принятии решений
- •10.7 Маркетинг и управление проектом
- •Задачи управления проектами
- •Пример анализа на чувствительность экономической задачи
- •11 Синтез модели технической системы
- •11.1 Особенности синтеза модели технической системы
- •Этапы проектирования
- •Особенности построения моделей при проектировании
- •Формирование технического облика системы
- •Формирование структуры системы
- •Выбор основных проектных параметров системы
- •Формирование множества вариантов системы
- •11.2 Концепции автоматизации проектирования
- •История развития сапр
- •Классификация сапр
- •Стратегическое развитие сапр Современное состояние сапр
- •Направления разработки проектной составляющей сапр
- •Разновидности сапр
- •Математическое и информационное обеспечение сапр
- •12 Особенности синтеза модели информационной системы
- •12.1 Общие свойства информационных систем
- •Файл-серверные информационные системы
- •Клиент-серверные информационные системы
- •Архитектура Интернет/Интранет
- •Хранилища данных и системы оперативной аналитической обработки данных
- •12.2 Схемы разработки проекта
- •1. Предпроектные исследования
- •2 Постановка задачи
- •3 Проектирование системы
- •Архитектура программного обеспечения
- •Подсистема администрирования.
- •Техническая архитектура
- •Организационное обеспечение системы
- •4 Реализация и внедрение системы
- •13 Анализ инвестиционной привлекательности проекта системы
- •13.1 Концепции инвестиционной привлекательности проекта Основные типы инвестиций.
- •Основные экономические концепции инвестиционного анализа
- •Состав работ при инвестиционном проектировании
- •13.2 Конкурентоспособность проектируемой системы Оценка потенциальной емкости рынка и потенциального объема продаж
- •Оценка конкурентоспособности
- •13.3 Методы оценки эффективности инвестиций
- •Метод определения чистой текущей стоимости.
- •Метод расчета рентабельности инвестиций
- •Метод расчета внутренней нормы прибыли
- •Расчет периода окупаемости инвестиций
3 Математические модели структуры и состояния системы
3.1 Модель структуры системы Основные понятия структуры системы
В сложной системе объединены различные по своей физической природе компоненты, и методы их исследования различны. Система изучается по частям, затем на основании анализа свойств компонентов и связей между ними формируется вывод об общих свойствах системы в целом (решение задачи анализа – синтеза при исследовании системы).
Обычно подсистемы являются некоторыми самостоятельно функционирующими частями системы. Например, в производственном комплексе предприятия можно выделить подсистемы, соответствующие отдельным цехам или технологическим линиям.
Подсистема — это самая крупная, функционирующая отдельно от общих связей, структурная единица, ее модель составляется в виде структуры из моделей элементов.
Понятие структуры системы связано с понятием целостности системы. Основа целостности (принцип целостности) в системном представлении, ее несводимости к простой сумме частей, состоит в связях, которые объединяют составные части в единую систему с присущими ей новыми свойствами.
Разным типам связей соответствуют различные типы целостности.
Связям созидания (кристалл, сооружение) соответствует структурный тип целостности, функциональным связям (функционирование искусственных систем, жизнедеятельность организмов) соответствует функциональный тип целостности, связям развития (сложная техническая система, растение, эмбрион) – генетический тип целостности.
Целостность выступает как обобщенная характеристика системы, которой присуще сложное внутреннее строение (сложная техническая система, общество), как единство компонентов во всем многообразии связей. Философская категория «часть – целое» стало основой формирования понятий элемент, структура, система.
Понятие связи – основа понимания упорядоченности объектов.
Общество - не механическое объединение индивидуумов, а организованная упорядоченная система, в рамках которой формируется индивидуум с его потребностями, особенностями, целями (Маркс).
Понятие целостности стало основой системного подхода – исследование объекта как составной части целого. Отсюда возникла необходимость выделения объектов из целого в процессе исследований.
Существование (функционирование, развитие) любой системы (биологической, социальной, экономической, технической) определяется ее структурой, обеспечивающей динамическую взаимосвязь отдельных частей системы.
Как нет общепринятого определения понятия сложной системы, так и нет строгого определения понятия структуры системы.
Тем не менее, сложившиеся представления о структуре исходят из общесистемных понятий (наличие элементов, существование связей между ними) и предполагают конфигурацию системы, не зависящую от времени.
Отсюда одно из определений системы – не свободно выбранное, а упорядоченное множество взаимосвязанных элементов, имеющих собственную структуру и организацию.
Элемент – неделимый в контексте конкретной системы и конкретных ее исследований компонент. Элемент связан с другими в сложном взаимодействии.
Понятия структуры системы, связи с внешней средой формулируются на основе целей, назначения системы, целей и задач исследований системы (формулируемых исследователем).
Структурные и функциональные свойства системы тесно связаны между собой – совокупность элементов и связей определяется исходя из распределения функций между элементами системы.
Структура системы — это совокупность устойчивых связей объекта, обеспечивающих его целостность - сохранение основных свойств при различных внешних и внутренних изменениях.
С другой стороны, структура системы — частичное упорядочение элементов системы и отношений между ними по какому-либо признаку.
Отличие в функционировании (поведении) различных элементов и необходимость согласования их функционирования в рамках системы приводят к формированию стойких внутренних связей между элементами – к формированию структуры.
Сама система, все взаимодействия и связи между ее подсистемами и элементами подчинены специфическим для данной системы законам, которые определяют особенности ее существования и развития. Между подсистемами данной системы могут быть различные отношения, связи и взаимодействия, которые составляют структуру системы.
Для описания системы рассматриваются три основные уровня моделей:
- внутреннее строение системы неизвестно – модель "черного ящика" (система представлена только своими входами и выходами, исследуется зависимость выходов от входов);
- состав системы (описание составляющих систему компонентов);
- структурная схема системы (описание всех элементов и связей системы между элементами и с внешней средой).
Структурные и функциональные свойства системы тесно связаны между собой – систему можно представить как целое, совокупность элементов и связей определяется исходя из распределения функций и целей между элементами системы.