1.6. Системы автоматизированного моделирования

Желание дальнейшего ускорения и упрощения процесса моделирования приводит к необходимости его автоматизации, создания инструментария в виде систем автоматизированного моделирования (САМ). Учитывая вышеизложенное, можно дать определение CAM.

Определение 5. Системой автоматизированного математического моделирования (САММ) можно называть организационно-техническую систему, состоящую из комплекса средств математического моделирования (КСММ), взаимосвязанных с группой специалистов (ЛПР), и выполняющую автоматизированное (человеко-машинное) моделирование.

Из определения следует, что к классу САММ могут быть отнесены САПР, АСУ, автоматизированное пакеты оптимизации и имитационного моделирования, экспертные системы.

Необходимо знать, что КСММ включает в себя семь видов обеспечения: математическое, программное, информационное, техническое, лингвистическое, методическое и организационное.

Математическое обеспечение (МО) – это совокупность математических методов, моделей, численных схем и алгоритмов, необходимых для моделирования.

МО формируется на основе теории и методов математики и математической кибернетики и включает в себя методы и модели аналитической и высшей математики (теорий линейной алгебры и функционального анализа, дифференциального и интегрального исчисления численных методов и конечных разностей и др.), вероятностные методы и модели (теорий вероятностей и математической статистики, информации и кодирования, массового обслуживания, марковских процессов, аппроксимации и экстраполяции, распознавания образов и др.), методы и модели оптимизаций (аналитические и численные схемы и алгоритмы скалярной и векторной оптимизации), методы и модели дискретной математики (теорий множеств, математической логики, автоматов, алгоритмов, графов, математической лингвистики и комбинаторики и др.), методы и модели принятия решений (теорий игр и статистических решений, принятия решений в условиях определенности, неопределенности и риска и др.) и др.

Программное обеспечение (ПО) – это совокупность «машинных» программ, необходимых для моделирования. Структурной единицей ПО является пакет прикладных программ (ППП).

Под ППП будем понимать функционально законченный комплекс программ, предназначенных для решения логически целостного класса задач.

ПО по своему назначению разбивается на общесистемное и прикладное.

Общесистемное ПО – это стандартное обеспечение, поставляемое вместе с ПК. В своем составе оно содержит операционные системы (управляющие программы, программы обслуживания, системы программирования, средства генерации) и комплексы программ технического обслуживания.

Основными компонентами прикладного ПО служат ППП, реализующие процессы моделирования, управления прикладными программами, организации диалога и взаимодействия с информационным обеспечением.

Информационное обеспечение (ИО) – это совокупность сведений (данных) необходимых для моделирования и представленных в заданной форме. ИО, как правило, строится в виде автоматизированных банков данных (АБД). Под АБД будем понимать совокупность баз данных (БД), ориентированных на различные этапы моделирования, и комплекс программных средств, обеспечивающий создание, централизованное хранение, накопление, обновление и использование информации таких баз. Такой комплекс программных средств называется системой управления базой данных (СУБД).

Под БД будем понимать совокупность взаимосвязанных массивов данных, относящихся к некоторой предметной области, хранящихся вместе в запоминающих устройствах ПК и организованных в соответствии с требованиями применяемого АБД.

Следует помнить, что в настоящее время используются три основных подхода при формировании структуры логических связей информации в БД, а именно: иерархический, сетевой и реляционный.

Схематическое изображение классификации информации в таких базах представлено на рис.1.11, 1.12 соответственно.

Техническое обеспечение (ТО) – это комплекс технических средств (КТС), обеспечивающий подготовку и ввод исходных данных, программную обработку и документирование данных, хранение информации и др. Структурно КТС строятся в виде одноуровневых, двухуровневых и трехуровневых систем.

Рис. 1.11. Фрагмент иерархической классификации

Рис. 1.12. Фрагмент сетевой структуры

Одноуровневые системы КТС создаются на базе ПК. К таким системам относятся автоматизированные рабочие места (АРМ) и инженерные станции (ИРС).

Двухуровневые системы КТС строят для решения более сложных задач моделирования. Здесь на верхнем уровне располагается одна или несколько мощных ПК, которые образуют так называемый центральный вычислительный комплекс (ЦВК), который обеспечивает централизованное управление работой АРМ и ИРС, расположенных на нижнем уровне.

Если же к двухуровневой структуре KTС добавить еще один уровень, расположить на нем мощную ПК и построить сеть ПК, то такая конфигурация КТС называется трехуровневой системой.

Лингвистическое обеспечение разделяется на языки программирования и языки моделирования.

Языки программирования – известные алгоритмические языки, которые служат для записи программ, формирования прикладного ПО.

Языки моделирования (ЯМ) – языки, предназначенные для описания оригинала и процесса моделирования.

В качестве примера приведем GPSS – язык моделирования, ориентированный на описание процесса с дискретными событиями. Особенно хорошо приспособлен для моделирования систем массового обслуживания.

Методическое обеспечение – это совокупность документов, нормативов, устанавливающих правила отбора и эксплуатации средств обеспечения АСММ в процессе моделирования (методические рекомендации и указания, ГОСТы, стандарты предприятий и др.).

Организационное обеспечение – совокупность положений, инструкций, приказов, штатных расписаний, квалификационных требований и других документов, регламентирующих организационную структуру АСММ.

Структурно АСММ формируется в виде подсистем, которые обладают всеми свойствами системы, и, следовательно, имеет свой КСАМ, состав которого рассмотрен выше. По своему назначению подсистемы АСММ можно подразделить на моделирующие и обслуживающие.

Моделирующие подсистемы непосредственно реализуют процесс моделирования и обеспечивают получение конечных результатов (решений).

Обслуживающие подсистемы предназначены для обеспечения работоспособности моделирующих подсистем. К ним относятся подсистемы управления, информационного поиска, документирования, графического отображения и др.

Следует помнить, что только путем взаимодействия коллектива исследователей (ЛПР) с КСАМ происходит автоматизированное моделирование, результатом которого, как правило, является программный продукт (модель), представленный в форме программной документации (рис.1.13).

Рис. 1.13. Схема взаимодействия ЛПР с КСАМ