Модели класса «математические теории реальных процессов и ситуаций» содержат достаточно полный и общий набор математических соотношений. Эти соотношения выражают реальные физические, химические, биологические, социологические и др. законы, которые позволяют на их основе разработать прикладную математическую модель для математической постановки и решения требуемого комплекса задач.
В отличие от концептуальных моделей математическая теория приводит к численному решению задач моделируемого объекта.
? Процесс и структура моделируемого объекта. В моделируемых объектах изучаются модели процесса и структуры.
Процесс моделируемого объекта представляется как некоторая совокупность целесообразных элементарных преобразований ресурса – элементарных процессов производства результата моделируемого объекта. Все эти преобразования моделируются, как функции времени. Другими словами, процесс моделируемого объекта – это то, с помощью чего моделируемый объект реализуется во времени. Модели процесса – временные модели.
Структура моделируемого объекта моделируется как некоторая совокупность элементов производства (людей, машин, аппаратов, оборудования, автоматизированных рабочих мест), внутри каждого из которых локализовано протекание определенного элементарного процесса моделируемого объекта. Все эти элементы моделируемого объекта имеют «привязку» к определенному месту в пространстве (вода, воздух, земля, космическое пространство). Структура моделируемого объекта – это то, с помощью чего моделируемый объект реализуется в пространстве. Модели структуры – пространственные модели.
? Рассмотрим наиболее часто используемые модели процессов и структур.
Для моделирования процессов и структур объектов часто используется принцип «черного ящика», согласно которому для предсказания поведения объекта не обязательно точно знать, как именно устроены его процесс и структура. Этот принцип широко применяется при моделировании таких больших систем, как производственные системы, на основе анализа характеристик информации о входных и выходных потоках и ресурсов системы.
Для моделирования используются машинные модели двух видов: аналоговые и дискретные.
Аналоговые модели – это, как правило, модели процессов в виде обыкновенных дифференциальных уравнений и уравнений в частных производных, решаемые на аналоговых и цифровых вычислительных машинах.
Дискретные модели, т.е. модели с развитой системой логических переходов и условий, описываемой с помощью аппарата дискретной математики (математическая логика и теория алгоритмов, теория языков и языковых процессоров, алгебраические системы и др.), решаются с помощью цифровых вычислительных машин.
Существуют также модели процессов систем, ориентированные на решение с помощью аналогово-цифровых комплексов, так как во многих случаях модели процессов моделируемого объекта являются непрерывно-дискретными.
Для решения задач моделирования процессов эффективными являются имитирующие модели. Для этих моделей не ставится задача наибольшего соответствия структуры модели структуре моделируемого процесса. Основная задача – наиболее достоверное воспроизведение реакции моделируемого процесса на внешние, в том числе и на входные воздействия в виде изменений характеристик преобразуемого ресурса. Подбор совокупности операторов преобразования входной информации в выходную информацию производится с помощью статистических математических методов.
Модель процесса структурируется в виде блоков в соответствии с достоверными представлениями о структуре моделируемого объекта. Каждый блок модели имитирует поведение определенной системы, являющейся подсистемой исследуемого моделируемого объекта. Имитирующие модели позволяют корректировать набор операторов преобразования в соответствии с текущим поведением моделируемой системы, создавать имитационные и деловые игры для принятия решений по проектированию, управлению, развитию производственных систем.
Процессы в производственных объектах часто моделируются с помощью «неформальных» графических моделей. Графические модели позволяют наглядно изобразить в виде схем, графиков, других простых и сложных графических конструкций частные и общие качественные и количественные характеристики моделей моделируемого объекта. Неформальные модели являются, как правило, этапом, предшествующим построению формальных математических, экономических и экономико-математических моделей моделируемого объекта.
Формальные математические модели производственных процессов могут быть дифференциальными (в форме дифференциальных уравнений), логическими (в форме уравнений математической логики), теоретико-множественными, алгебраическими (в форме алгебраических уравнений и систем), графовыми (в форме ориентированных и неориентированных графов), комбинаторными (в виде моделей размещения объектов в соответствии со специальными правилами), смешанными.
Модели производственных процессов и систем могут быть стохастическими и детерминированными, т.е. учитывающими (в первом случае) и не учитывающими (в другом случае) случайный характер изменений характеристик производственных процессов и преобразуемых системой ресурсов.
Для построения стохастических моделей процессов систем используют специальные методы моделирования[35] .
Процессы и структуры моделируемого объекта можно описывать с использованием функционального, морфологического и информационного подходов.
Функциональный подход используется для описания процесса моделируемого объекта. Модель процесса моделируемого объекта представляется в виде совокупности функций, преобразующих поступающие ресурсы в конечный результат функционирования моделируемого объекта – знание, товар, услугу, проект, программу, политику и.т.п. Конечный результат и входные ресурсы объекта представляются в виде функций времени. В каждый данный момент времени состояние моделируемого объекта описывается совокупностью информации о характеристиках входных ресурсов и выходных результатов. Функциональная модель предсказывает изменения состояния процесса моделируемого объекта во времени.
Морфологический подход предназначен для моделирования структуры моделируемого объекта, структур его частей. При этом выделяют элементы объекта и транспортно-складские связи между ними, предназначенные для обеспечения взаимодействий: информационные, энергетические, финансовые, социальные, материальные и др.
Информационный подход позволяет создать модель преобразования информационного ресурса, как для любого элемента и для части моделируемого объекта, так и для преобразования, проводимого моделируемым объектом в целом. Информационный подход позволяет создать информационную модель моделируемого объекта, дающую интегральное описание системы, независимо от ее природы и природы преобразуемых ресурсов.
? Субъект деятельности как моделируемый объект. На всем протяжении жизненного цикла некоторого объекта деятельности его развитие и взаимоотношения с внешней средой – предмет деятельности субъекта деятельности. При этом субъект деятельности должен обеспечивать достижение цели деятельности данного объекта (как собственной, так и миссионерской). Во-первых, это достижение миссионерской цели производства в интересах внешней среды. И, во-вторых, как известно из предыдущего изложения, имеется и собственная цель выживания, сохранения и развития объекта. К модели субъекта деятельности, которая существенно видоизменяется в течение жизненного цикла объекта деятельности, с позиций системной технологии предъявляются определенные требования.
На начальных фазах концептуальной стадии создаваемого объекта субъект деятельности выполняет по отношению к нему аналитические и исследовательские функции. Эти функции связаны с анализом потребностей и возможностей внешней среды в создании данного объекта. Субъект деятельности может представлять собой аналитическую группу, исследовательский коллектив. На последующих фазах концептуальной стадии, если принято решение о создании данного объекта, субъект деятельности выполняет разработку проекта создаваемого объекта. Модель субъекта деятельности дополняется моделью проектного коллектива и группы управления проектом. Функции субъекта деятельности создаваемого объекта на этой стадии заключаются в согласовании проекта с представителями внешней среды по вопросам экологии, экономики, социологии и др., а также в составлении планов реализации проекта создаваемого объекта.