Лекция 1. Моделирование процессов и систем

1.

Моделирование процессов и систем

2.

Рекомендуемая литература.
1. Лунев В.А. Математическое моделирование и
планирование эксперимента. СПб.: Из-во Политех.
Ун-та, 2006, 164 с.
2. Турчак Л.И. Основы численных методов. М.: Наука,
1987, 320 с.
3. Макарова Н.В., Трофимец В.Я. Статистика в Excel.
М.: Финансы и статистика, 2003, 386 с.

3.

Моделирование как один из методов научного
познания
Моделирование  —  это  метод  исследования  объектов  и 
предметов на основе их заместителей — моделей. 
Научное познание —  это  процесс  получения  объективного, 
истинного 
знания, 
направленного 
на 
отражение 
закономерностей действительности.
Методы научного познания делятся на три группы: 
1. Философские методы. 
2. Научные методы.
3. Общелогические методы.

4.

Философские методы.
Отличаются всеобщим характером применения. 
Эти  методы  используются  для  анализа  природных  явлений, 
социальных  процессов,  закономерностей  сознательной 
деятельности  человека.                                                                   
Традиционно выделяются два философских метода: 
1. Диалектический метод. 
2. Метафизический метод. 
Метафизика  используется  на  этапе  накопления научных
фактов, а диалектика - на этапе теоретического обобщения
практического опыта.

5.

Отличия метафизического и диалектического подходов
Подход к
пониманию
проблемы.
Метафизический метод Диалектический метод
Связь
объекта с
окружающим
миром
Рассматривает объект
Учитывает связь объекта с
изолированно,
окружающим миром.
отвлекаясь от его связи
с другими предметами.
Развитие
объекта
Игнорирует развитие
изучаемого объекта или
сводит его развитие к
простым
количественным
изменениям.
Учитывает изменение объекта.
Развитие предполагает не только
количественные изменения, но и
качественные скачки, которые
осуществляются при переходе от
старого качества к новому
качеству.

6.

Научные методы.
    Делятся на два уровня: 
1. Методы эмпирического познания 
2. Методы теоретического познания 
Методы эмпирического познания  реализуются  в  процессе 
научного  опыта,  где  главная  роль  принадлежит  чувствам. 
Методы теоретического познания  предполагают  ведущую 
роль мышления в процессе научной деятельности. 

7.

К эмпирическим методам относятся:
1)  наблюдение  —  это  целенаправленное  изучение  предмета  на 
основе  работы  органов  чувств  без  вмешательства  в  изучаемое 
явление; 
2)  эксперимент  —  это  целенаправленное  изучение  предмета  в 
специально  созданных,  искусственных  и  контролируемых 
условиях.  Здесь  предмет  воспроизводится  искусственно; 
3)  сравнение  —  это  выявление  сходных  черт  или  различий 
предметов; 
4)  описание  —  это  фиксирование  результатов  опыта, 
наблюдения или эксперимента с помощью специальных систем 
обозначения.  Описание  осуществляется  с  помощью  схем, 
таблиц, диаграмм и т.д.; 
5)  измерение  —  это  выполнение  познавательных  действий  с 
целью  нахождения  количественного,  числового  измерения 
величины. 

8.

К теоретическим методам относятся:
1)  формализация  —  это  отображение  научного  знания  с 
помощью  знаков  и  символов,  то  есть  с  помощью 
формализованного языка. 
При  формализации  рассуждения  о  предметах  заменяются 
операциями со знаками, что наглядно проявляется в математике 
или символической логике.
2)  аксиоматический метод —  это  выведение  знания  из 
некоторых  исходных  положений  —  аксиом.  Аксиомы  —  это 
положения, которые очевидны и не требуют доказательств. 

9.

Общелогические методы
Являются  общими  для  эмпирического,  теоретического, 
философского познания.
Общелогические методы включают в себя:
1)  анализ  —  это  мысленное  разделение  предмета  на  составные 
части; 
2) синтез — это мысленное объединение частей в единое целое; 
3) абстрагирование — это мысленное выделение самых главных, 
самых существенных сторон, качеств предмета;
4)  идеализация  —  это  мыслительная  операция,  связанная  с 
образованием  идеализированных  объектов,  которые  не 
существуют  в  действительности  (точка,  идеальный  газ,  и  т.д.); 
5)  моделирование  —  это  метод  исследования  объектов  и 
предметов на основе их заместителей — моделей. 

10.

Понятие «модель»
Модель  -  это  материальный  или  мысленно  представляемый 
объект, замещающий в процессе изучения объект-оригинал, 
и  сохраняющий  его  значимые  для  данного  исследования 
типичные черты. 
Хорошо построенная модель, как правило, позволяет
получать новые знания об объекте-оригинале, что является
замечательным свойством моделирования.

11.

Моделирование применяется в  тех  случаях,  когда   
нужно:
•  понять, как устроен реальный объект:  какова  его 
структура,  основные  свойства,  законы  развития  и 
взаимодействия с окружающими предметами и явлениями;
•  управлять объектом или процессом  и  определить 
наилучшие  способы  управления  при  заданных  целях  и 
критериях;
•  анализировать прямые и косвенные последствия
реализации  заданных  способов  и  форм  воздействия  на 
объект.

12. Классификация методов моделирования

Методы моделирования
Материальное (реальное) 
моделирование
Идеальное (абстрактное) 
моделирование
Физическое моделирование
Интуитивное моделирование
Аналоговое моделирование
Знаковое 
моделирование

13.

Материальное моделирование
К  материальным  относятся  такие  способы моделирования, 
при  которых  исследование  ведется  на  основе материальных
модели, воспроизводящей основные геометрические,
физические,
динамические
и
функциональные
характеристики изучаемого объекта.
Материальное моделирование подразделяется на
физическое и аналоговое.

14.

Физическое моделирование – это  моделирование,  при 
котором  реальный  объект  заменяется  на  свою 
увеличенную,  либо  уменьшенную  копию  (принцип 
подобия).
Примеры: 
в 
астрономии 
- 
планетарий, 
в 
самолетостроении - модели летательных аппаратов и т.п.
Аналоговое моделирование основано  на  аналогии 
процессов  и  явлений,  имеющих  различную  физическую 
природу,  но  одинаково  описываемых  формально  либо  с 
помощью уравнений, либо логическими схемами (принцип 
аналогии).
Пример аналогового моделирования -  это  изучение 
механических колебаний с помощью электрической схемы, 
описываемой 
аналогичными 
дифференциальными 
уравнениями.

15.

Аналогия в процессах переноса

16.

Идеальное моделирование
Отличие  идеального моделирования от  материального 
заключается в том, что модель описывает реальный объект или 
явление    мысленно  (или  идеально).  Идеальное  моделирование 
носит теоретический характер. 
Идеальное моделирование подразделяется на интуитивное 
и знаковое.

17.

Под  интуитивным  понимается  моделирование, 
основанное  на  интуитивном представлении об объекте
исследования,  плохо  или  совсем  не поддающемся
формализации либо не нуждающемся в нем. 
Например,  жизненный  опыт  человека  может  считаться 
его интуитивной моделью окружающего мира.
Знаковым  называется  моделирование,  использующее  в 
качестве  моделей знаковые преобразования какого-либо 
вида:  схемы, графики, чертежи, формулы и  т.п.,  а  также 
включающее  совокупность  законов,  по  которым  можно 
оперировать  с  выбранными  знаковыми  образованиями    и  их 
элементами.

18.

Важнейшим видом знакового моделирования является
математическое моделирование (ММ),  при  котором 
исследование объекта осуществляется  с  помощью  модели,
сформулированной
на
языке
математики,  и  с 
использованием тех или иных математических методов.  
ММ имеет два существенных преимущества: 
•дает  быстрый  ответ  на  поставленный  вопрос,  на  что  в 
реальной обстановке могут потребоваться даже годы; 
•предоставляет 
широкие 
возможности 
для 
экспериментирования,  осуществить  которое  на  реальном 
объекте зачастую просто не возможно.

19.

Понятие «система»
Система (от д. греч.σύστημα — целое, составленное из  частей; 
соединение) —  это взаимосвязь элементов, находящихся в
отношениях друг с другом и образующих определённую
целостность.
Различают: моно - и поли – системы;
статические и динамические системы;
открытые и закрытые системы;
детерминированные и вероятностные системы;
простые и сложные системы.
Система образуется двумя составляющими:
внешним окружением,  включающим  в  себя вход и
выход системы, связь с внешней средой и обратную связь;
внутренней
структурой,  т.е.  совокупностью 
взаимосвязанных  компонентов,  обеспечивающих  процесс 
воздействия  субъекта  управления  на  объект,  переработку 
входа системы в ее выход и достижение целей системы.

20.

Системный подход и системный анализ
Системный подход - это  методология  исследования  объектов 
как систем.
Главные принципы системного подхода:
• единство;
• целостность ;
• динамичность;
• взаимозависимость системы и среды;
• иерархичность;
• организованность;
• множественность состояний;
• декомпозиция.
Системный анализ — 
научный 
метод 
познания, 
представляющий  собой последовательность  действий  по 
установлению  структурных  связей  между переменными  или 
элементами исследуемой системы. 

21.

Понятие «процесс»
Процеесс (от лат. processus —  продвижение),  —  это 
последовательная смена состояний объекта во времени. 
Природа  объекта  может  быть  произвольной:  материальный 
(природный  или  искусственный)  или  идеальный  (понятие, 
теория  и  т.п.)  объект  порождает  соответственно 
материальный или идеальный процесс.
Различают дискретные и непрерывные процессы. 
У  дискретных процессов состояния  четко  отграничены  друг 
от  друга,  и  для  каждого  состояния  можно  указать  соседние 
(предыдущее и последующее, или только одно из них). 
У  непрерывных процессов между  двумя  любыми 
состояниями всегда можно выделить промежуточные

22.

Различают также:
•   апериодические  и  циклические  процессы  (в  последних 
одни  и  те  же  состояния  повторяются  во  времени  в  одной  и 
той же последовательности); 
• конечные  (с  известным  или  неизвестным  временем 
протекания)  и  бесконечные  (в  некотором  абстрактном 
смысле); 
• управляемые и неуправляемые; 
• линейные (однонаправленные) и разветвленные процессы; 
• стационарные  и  нестационарные процессы,  т.е.  не 
зависящие и зависящие от времени.
Эти  и  другие  типы  процессов  выделяют  в  зависимости  от 
задач,  которые  решаются  при  изучении  или  использовании 
процессов.

23.

ПРОЦЕССНЫЙ ПОДХОД
      Если процесс связан с деятельностью, имеющей некоторую 
цель,  то  в  нем  часто  выделяют  этапы процесса (обычно 
связанные с промежуточными целями).
       Деятельность любого предприятия можно рассматривать 
как  производственный процесс,  который  можно  разбить  на 
множество взаимосвязанных процессов (бизнес-процессов).
              Рассмотрение  единого  целенаправленного  процесса  как 
совокупность  взаимосвязанных  бизнесс-процессов  является 
эффективным  методом  анализа,  получивший  название 
процессный подход.
Процессный подход основан  на  выделении  и  рассмотрении 
бизнес-процессов  предприятия,  каждый  из  которых  протекает 
во  взаимосвязи  с  другими  бизнес-процессами  компании  или 
внешней средой. 
Функционирование системы есть процесс, поэтому
процессный подход – это метод анализа процессов,
проходящих в системах.

24.

Объект и предмет исследования дисциплины
«Моделирование процессов и систем» 
Объектом (лат. objectum — предмет) исследования называется 
предмет, явление или процесс, который подвергается изучению,
а сам исследователь – субъектом. 
Как  научные  категории  понятия  «объект»  и  «предмет» 
исследования различают и соотносят как общее и частное.
Объект — это процесс или явление, порождающее проблемную 
ситуацию и взятое исследователем для изучения. 
Предмет — это то, что находится в рамках, в границах объекта.
В  изучаемой  дисциплине  объектом исследования будем 
считать  жизненный цикл (ЖЦ) изделия,  а  предметом
исследования – моделирование этапов, процессов и систем
ЖЦ изделия.

25. Жизненный цикл изделия

Примеры производственных процессов и систем
Жизненный цикл изделия
Производство
Планирование
или
и разработка
Реализация
предоставление
процессов
услуг
Утилизация и
Техническая
переработка в
помощь и
конце полезного
обслуживание
срока службы
Послепродажная
деятельность и
эксплуатация
Установка и
ввод в
эксплуатацию
Упаковка и
хранение
Закупки
Маркетинг и
изучение
рынка
Проектирование
и разработка
продукта
Жизненный цикл (ЖЦ) изделия (продукта) –  совокупность
процессов,  выполняемых  от  момента  выявления  потребностей 
общества в определенном продукте до момента удовлетворения 
этих потребностей и утилизации продукта.

26.

Цикл производства изделия

27.

Производственная система
Производственная система - это  единство  материальных  и 
нематериальных  компонентов  предприятия,  его  внешних  и 
внутренних  связей,  обеспечивающих  рациональность 
информационных,  производственных,  управленческих  и 
других  процессов  по  переработке  входа  системы  в  ее  выход  и 
достижению целей субъекта управления.
Функционирование  производственной системы –  это 
целенаправленный процесс,  благодаря  которому  происходит 
превращение  материальных  ресурсов  системы  в  продукцию 
предприятия.
Моделирование  применяется  для  изучения  различных  этапов 
жизненного цикла изделия. 
Объектами моделирования служат как системы, так и
процессы ЖЦ изделия.

28.

Виды моделирования, применяемые для изучения
этапов, процессов и систем ЖЦ изделия.
 физическое;
 математическое;
 функциональное;
 информационное;
 имитационное и др.