MiSS.odt

(416 KB) Pobierz



Wykład 1.

 

System (układ) – jakiś obiekt lub zjawisko stanowiące część otaczającej nas rzeczywistości, wyodrębniona z otoczenia.

 

Powinien on spełniać 4 podstawowe postulaty:

                     wyodrębnienie z otoczenia,

                     budowa z podsystemów, które oddziałują na siebie wzajemnie, przy czym oddziaływania te maja istotny wpływ na własności systemu,

                     spełnianie celu założonego działania,

                     ograniczoność zmienności w czasie – zachowuje swoje podstawowe właściwości.

 

Aby zrozumieć działanie systemu buduje się jego modele. Tworzymy je dla konkretnego systemu i do konkretnych zastosowań (samolot jako bryła itp.).

 

Model w nauce jest rozumiany jako celowo uproszczona reprezentacja rzeczywistości, ujmuje tylko jej część, jest pozbawiony wielu szczegółów i cech nieistotnych z punktu widzenia celów modelowania. Uwzględnia tylko wybrane czynniki na niego wpływające i to tylko w niezbędnym zakresie zmienności. Zakres uwzględnianych zjawisk zależy od dostępnej wiedzy i celu badań symulacyjnych.                                                                                                                                                                       

 

Cele budowy modeli systemów:

                     opis i wyjaśnienie mechanizmu działania systemu (modele fenomenologiczne / systemy biologiczne),

                     przewidywanie zachowania się systemów w przyszłości i przy różnorodnych warunkach działania otoczenia na system (modele prognostyczne / systemy ekonomiczne),

                     wybór właściwych oddziaływań wejściowych, spełniających określone warunki (modele decyzyjne / systemy sterowania),

                     wybór struktury lub parametrów systemu, spełniającego określone zadania (modele normatywne / systemy techniczne)

 

Rodzaje modeli:

                     lingwistyczne (opis słowny),

                     graficzne (np. schemat obwodu, wykresy charakterystyk),

                     budowane z elementów fizycznych,

                     matematyczne

 

Model matematyczny to zbiór symboli i relacji matematycznych oraz bezwzględnie ścisłych zasad operowania nimi, przy czym zawarte w modelu symbole i relacje mają interpretację odnoszącą się do konkretnych elementów modelowanego wycinka rzeczywistości.                                         

 

Każdy model matematyczny, nawet ten najdokładniejszy, jest tylko pewnym przybliżeniem obiektu rzeczywistego i taki powinien być.

 

Modelowanie to doświadczalna lub matematyczna metoda badania złożonych układów, zjawisk i procesów na podstawie konstruowania modeli.

 

Modelowanie doświadczalne opiera się na podobieństwie fizycznym (np. badania aerodynamiczne) lub na analogiach fizycznych (modele elektryczne).

 

Modelowanie matematyczne polega na tworzeniu modeli matematycznych i wykorzystaniu aparatu matematycznego do ich analizy. Zastosowanie w tej analizie znajdują komputery (symulacja komputerowa).                                                                                                                                                         

 

Symulacja komputerowa to odtworzenie działania badanego systemu rzeczywistego na podstawie jego modelu matematycznego za pomocą komputera oraz zbadanie wpływu otoczenia (zmienne wejściowe) i wewnętrznych właściwości systemu (parametry modelu) na charakterystyki systemu (wyniki?). Jest szeroko stosowana w modelowaniu wielu procesów w fizyce, chemii i biologii, ekonomii oraz naukach społecznych (np. zachowanie tłumu) ze szczególnym uwzględnieniem działania tych procesów.                                                                                                 

 

Zalety symulacji komputerowej:

                     łatwość wprowadzania różnego rodzaju wymuszeń i zakłóceń, w szczególności losowych,

                     badanie stanów ekstremalnych,

                     łatwość wprowadzania zmian w modelu symulowanego systemu

                     łatwość uzupełniania modelu o nowe zjawiska,

                     stosunkowo niewielki koszt i czas przygotowania symulacji w porównaniu z budową systemu rzeczywistego,

                     szybsze, tańsze i bezpieczniejsze przeprowadzenie badań bez wykonywania prototypów,

                     wiarygodność wyników symulacji – szczególnie w tych przypadkach, gdy możemy porównać otrzymane wyniki symulacji z danymi otrzymanymi z rzeczywistego systemu,

                     możliwość sterowania czasem symulacji (wydłużanie i skracanie),

 

Wady symulacji komputerowej:

                     trudno zweryfikować poprawność metody obliczeniowej,

                     trudno zweryfikować poprawność nowych rozwiązań konstrukcyjnych,

                     rezultaty symulacji mogą być trudne do zinterpretowania.

 



 

 

 

1.

 

2.

 

3.a) / 3.b)

 

 

 

4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wykład 2.

 

1. Sformułowanie problemu:

                     zrozumienie rozważanego problemu,

                     wstępne określenie celów modelowania,

                     współpraca modelującego z potencjalnym użytkownikiem.

 

2. Ustalenie szczegółowych celów i wymagań dotyczących:

                     tworzenia i działania modelu:

                     zrozumienie i opracowanie planu działań,

                     organizacja pracy (czas, koszty, sprzęt, oprogramowanie, ludzie).

 

3.a) Opracowania modelu konceptualnego:

                     zapisanie działania systemu rzeczywistego i zachodzących w nim relacji przy pomocy algorytmów, grafów, tabel, opisów słownych lub zależności matematycznych – sformalizowanie,

                     stopniowe uszczegóławianie modelu,

                     udział użytkownika końcowego podczas formułowania modelu konceptualnego ma duże znaczenie dla jego dokładności.

 

3.b) Zbieranie i analiza danych koniecznych do określenia wartości

                     parametrów modelu:

                     dostępność danych,

                     jakość danych (poprawność).

 

4. Kodowanie modelu:

                     wybór algorytmów obliczeniowych,

                     wybór oprogramowania.

 

Model komputerowy to model konceptualny z ustalonymi wartościami parametrów i zapisany przy pomocy wybranego języka programowania lub zrealizowany przy pomocy pakietu do symulacji.                                                                                                                                                                                     

 

Model komputerowy powinien zapewniać:

                     zgodność z modelowanym system w zakresie interesujących nas zależności (podobieństwo geometryczne, kinematyczne i dynamiczne),

                     łatwość użytkowania, zgodnie z przeznaczeniem.

 

Ocena modelu:

                     Weryfikacja – analiza kodu programu w celu wykrycia nieprawidłowości w zapisie. Często przeprowadzana automatycznie podczas kompilacji programu. Ustalamy, czy sposób zakodowania modelu odpowiada podstawowemu opisowi modelu i jego rozwiązań opracowanego przez projektanta. Weryfikacja daje odpowiedź na pytanie: czy poprawnie zbudowano model?

                     Walidacja – badanie zachowania opracowanego modelu i porównania działania tego modelu z zachowaniem obiektu rzeczywistego. Ustalamy stopień odwzorowania rzeczywistości z perspektywy postawionych celów, tak więc powinna być przeprowadzana z uwzględnieniem celów stawianych na początku procesu modelowania i odpowiada na pytanie, czy zbudowano poprawny model?

 

Opracowany model matematyczny powinien być poprawny i użyteczny.

                     Model poprawny jest kompletny, logiczny i jednoznaczny. Warunek poprawności modelu jest związany z postulatem poprawnego sformułowania zadania, które posiada rozwiązania w określonych zbiorach, te rozwiązania są jednoznaczne i ciągłe względem parametrów i zmiennych.

                     Użyteczny model matematyczny powinien zapewniać:

              - istnienie i jednoznaczność rozwiązania równań, z których jest zbudowany,

              - możliwość uzyskania wyników ilościowych,

              - możliwość empirycznego porównania tych wyników z wielkościami wytwarzanymi przez modelowany system rzeczywisty.

 

Główne kategorie modeli matematycznych:

                     deterministyczne i stochastyczne,

                     statyczne i dynamiczne,

                     ciągłe i dyskretne,

                     stacjonarne i niestacjonarne,

                     liniowe i nieliniowe,

 

Model deterministyczny – model, w którym każdemu elementowi u zbioru wielkości wejściowych U przyporządkowany jest jednoznacznie określony element y zbioru wielkości wyjściowych Y. Zależności między zmiennymi oraz same zmienne modelu są ściśle określone. Najczęściej stosowana klasa modeli.

Model stochastyczny – model, w którym każdemu elementowi u zbioru wielkości wejściowych U odpowiada nie jeden, lecz wiele elementów zbioru wielkości wyjściowych Y. Zależności między

zmiennymi wejściowymi a zmiennymi wyjściowymi są opisane przez rozkłady prawdopodobieństwa. Przykłady: zależność wzrostu dzieci od ich wieku, zadania układania harmonogramów produkcyjnych, badanie rozprzestrzeniania się zjawisk...

 

Model dynamiczny...

Zgłoś jeśli naruszono regulamin