Модели и методы анализа проектных решений

Введение

Глобальная информатизация, которая охватила все мировое сообщество, вызвана стремительным прогрессом современных средств цифровой автоматизации и компьютерной техники. Ее повсеместное распространение во все области человеческой деятельности предполагает создание постоянно растущего числа нового, все более совершенного и самого разнообразного электронного оборудования. Причем просматривается наличие очевидной тенденции к постоянному росту ассортимента и сложности цифрового электронного оснащения при одновременном уменьшении сроков проектирования и ужесточении требований к качественным показателям его функционирования.

Помимо этого, ощущается все более заметно увеличивающийся интерес специалистов, которые занимаются проектированием цифровых устройств, к применению в своей практической деятельности средств и методик имитационного моделирования, анализа характеристик и особенностей функционирования объектов, одинаково понимаемых и доступных, как специалистам по моделированию, так и специалистам в области цифровой электронной техники. Оперативное и качественное создание и реализация цифровых устройств стало уже практически нереальным без применения высокоэффективного инструментального набора, предназначенного как для осуществления имитационных экспериментов, так и для анализа качества работы сложного цифрового оборудования и систем.

Модели и методы анализа проектных решений

Из-за особенностей функционирования, которые характеризуют поведение объектов на цифровой основе, их следует воспринимать в качестве дискретно-событийных систем. Для исследования таких систем предлагалось много разных моделей, но самыми известными из них считаются следующие модели:

1. Модели алгебры логики.
2. Модели конечных автоматов.
3. Модели сетей Петри.
4. Модели диаграмм состояний.
5. Модели систем массового обслуживания.
6. Модели цепей Маркова.
7. Модели нейронных сетей и другие.

Сети Петри, которые были предложены для исследования поведения параллельных автоматов, должны очень хорошо подойти для моделирования дискретно-событийных систем. С момента своего возникновения они стали необычайно распространенными среди научных специалистов, благодаря, в основном, своей простоте, наглядности и отлично развитому математическому аппарату, способному формально представить объект, а также возможности имитационного моделирования и анализа моделируемых дискретных систем.

Сегодня сети Петри используются с достаточной эффективностью при моделировании систем в самых разных сферах человеческой деятельности, включая моделирование средств цифровой техники. Для этих целей применяются как классические сети Петри, так и их специализированные расширения. В формирование и усовершенствование теории сетей Петри и вопросам их практического использования для моделирования средств цифровой и вычислительной техники большой вклад внесли работы многих выдающихся ученых. В итоге было разработано много новых средств, которые позволили сформировать более эффективные и совершенные модели, а именно:

1. Ингибиторные модели.
2. Оценочные модели.
3. Схемные модели.
4. Модели операционных сетей Петри.
5. Модели графов операций и многие другие.

Тем не менее, невзирая на успехи, которые были достигнуты в процессе модификаций сетей Петри, их практическое использование сопряжено с некоторыми проблемами, появляющимися, главным образом, при применении данных моделей в имеющихся инструментальных средствах для проектирования цифровых устройств. Одной из этих проблем является наличие слабой формальной и однозначной связи между языками, на которых реализуется описание модели и объекта.

Это можно объяснить тем фактом, что усовершенствование моделей реализуется преимущественно в плане расширения их возможностей моделирования и не учитываются вопросы, сопряженные с их дальнейшим применением проектировщиками реальных устройств, которые слабо ориентируются в технологии моделирования.

Является совершенно очевидным, что для отображения или описания моделей обычно применяются атрибуты и понятия, требуемые лишь для описания наиболее общих свойств объекта. Причем многие атрибуты, при помощи которых осуществляется описание реальных объектов, к примеру, на схемном уровне, в моделях могут не присутствовать.

Такая ситуация приводит к использованию соответствующей интерпретации итогов моделирования с последующим их переносом на реальный объект и наоборот. Тем не менее иногда подобная интерпретация может оказаться очень сложной или вообще невыполнимой процедурой и обычно плохо поддающейся формализации. Иными словами, невзирая на усилия многих специалистов, проблема несоответствия между понятием модели в виде формального объекта и понятием дискретного устройства, сохранилась.

Это может привести к искусственному и нежелательному разделению процесса изучения моделируемого объекта на следующие отдельные процессы:

1. Процесс моделирования.
2. Процесс последующей его интерпретации и переноса найденных результатов на моделируемый объект.

Подобная ситуация предопределяет необходимость или привлечения еще одного специалиста по имитационному моделированию, или присутствие более квалифицированного проектировщика цифрового оборудования, который одинаково хорошо ориентируется как в своей предметной сфере, так и в сфере моделирования. Как показал опыт работы многих специалистов, устранение несоответствия между моделью и объектом лишь за счет рационального подбора атрибутов модели не может привести к желаемому результату. Стало очевидным, что для решения данной проблемы необходимо учитывать не только влияние атрибутов, но и правила работы и основные положений концепций, которые положены в основу формирования сетевых моделей.