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系統模型與模型化技術(1)

模型及模型化概述#

模型及模型化的定义#

模型是现实系统的理想化抽象或简洁表示,描绘了现实系统的某些主要特点,是为了可观的研究系统二发展起来的。

模型的特征:模型是现实世界部分的抽象或模仿;它是有哪些与分析问题有关的因素构成;它表明了有关因素间的相互关系。

系统模型是现实系统的替代物,是为了描述现实世界的一个抽象。模型反映了系统的主要组成成分、个部分之间的相互作用以及在运用条件下的因果作用、相互关系。

模型化就是为了描述系统的构成和行为,对实体系统的各种因素进行适当筛选后,用一定方式(数学、图像等)表达系统实体的方法。

模型化的本质、作用与地位#

模型化的本质在于利用模型与圆形之间某方面的像是关系,在研究过程中用模型来代替原型,通过对模型的研究得到关于原型的一些信息。

模型化的作用分为三点:

  • 模型本身是人们对课题系统一定程度研究成果的表达,这种表达是简洁的、形式化的。

  • 模型提供了脱离具体内容逻辑研议和计算的基础,这回促使科学规律、理论、原理的发现。

  • 利用模型可以进行「思想」实验。

模型化的地位:模型的本质决定了它作用的局限性,模型不能代替对客观系统内容的研究,只有在和客观系统相配合时,模型的作用才能充分发挥。

模型的分类#

模型分类示意图

构建模型的一般原则#

  1. 考虑系统集合性 - 方框图

  2. 考虑信息相关性

  3. 考虑信息准确性

  4. 考虑系统层次性

建模的基本步骤#

  1. 明确建模的目的和要求

  2. 对系统进行一般语言描述

  3. 弄清楚系统中的主要因素(变量)及其相互关系(结构关系、函数关系)

  4. 确定模型的结构

  5. 估计模型的参数

  6. 实验研究

  7. 必要修改

模型化的基本方法#

  1. 分析法 分析解剖问题,深入研究客体系统内部的细节(如结构、形式、函数关系等)。利用逻辑研议方法,从公理、定律到处系统模型。
    如 $ Mx'' + Bx' + kx = F (t) $

  2. 实验法 通过对实验结果的观察和分析,利用逻辑归纳法到处系统模型,数理模型法是典型代表。实验法基本分为三类:模拟法、统计数据分析(如线性回归法)、试验分析。

  3. 综合法 重视实验数据又承认理论价值,将实验数据与理论推导统一于瘦默之中。实验数据与理论不可分割,没有实验就建立不了理论,没有理论推导就难以得到有用的数据。通常使用演绎方法,从已知定理中导出模型,对于某些不详之处则利用实验方法来补充,再利用归纳法从实验数据中搞清楚关系,建立模型。

  4. 老手法 主要为德尔非法。通过专家们之间启发式的讨论,逐步完善对系统的认识,构造出模型来。在社会系统规划、决策中是常用的方法。

  5. 辩证法 其基本观点是:系统是一个对立统一体,是有矛盾的两方面构成的。矛盾双方互相转化与统一乃是真实情境。同时现象不是本质,形式不是内容。因此必须构成两个相反的分析模型。相同数据可以通过两个模型来解释。这种方法可以防止片面性,结果优于单方面的结果。

模型的简化#

  1. 减少变量

  2. 改变变量性质

  3. 合并变量(集结)

  4. 改变函数关系

  5. 改变约束条件

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原始链接为 https://nishikori.tech/posts/systems-engineering-note/System-Model-and-Modeling-Technology-1


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