Модели и моделирование

Дисциплина: Математические методы в решении профессиональных задач Лекция № 2 Модели и моделирование Тема 1 Основы теории принятия решений 3. Литература: 1. Беляков, С. А., Борисов, В. И., Шумов, В. В. Введение в погранометрику. – М.: Пограничная академия ФСБ России, 2012. – 667 с. 2. Кучков А.Ф., Лукашевич Н.Ф., Попов Г.П., Шумов В.В. Математическое моделирование служебно-боевых действий пограничных войск: Учебник. В 3-х томах. – М. Академия ФПС России, 1997. 3. Ларичев О.И. Теория и методы принятия решений, а также хроника Событий в Волшебных Странах: Учебник. Издание второе. – М.: Логос, 2002. 4. Орлов А.И. Теория принятия решений Учебное пособие. – М.: Издательство "Март", 2004. 4. Учебные вопросы и расчет времени Содержание Время, мин Вступительная часть 5 Учебные вопросы (основная часть) 80 1. Виды моделей и моделирования 20 2. Модели принятия управленческих решений 30 3. Погранометрические модели 30 Заключительная часть 5 Текст лекции № 2 1. Виды моделей и моделирования 1.1. Понятия модели и моделирования Человечество в своей деятельности (научной, образовательной) постоянно создает и использует модели окружающего мира. Модели позволяют в наглядной форме представить объекты и процессы, недоступные для непосредственного восприятия (очень большие или очень маленькие объекты, очень быстрые или очень медленные процессы и др.). Наглядные модели часто используются в процессе обучения. В курсе географии первые представления о нашей планете Земля мы получаем, изучая ее модель - глобус, в курсе физики изучаем работу двигателя внутреннего сгорания по его модели, в химии при изучении строения вещества используем модели молекул и кристаллических решеток, в биологии изучаем строение человека по анатомическим муляжам и т.д. Модели играют чрезвычайно важную роль в проектировании и создании различных технических устройств, машин и механизмов, зданий, электрических цепей и т.д. Моделирование - это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей. Каждый объект имеет большое количество различных свойств. В процессе построения моделей выделяются главные, наиболее существенные для проводимого исследования свойства. В процессе исследования аэродинамических качеств модели самолета в аэродинамической трубе важно, чтобы модель имела геометрическое подобие оригинала, но не важен, например, ее цвет. При построении электрических схем - моделей электрических цепей - необходимо учитывать порядок подключения элементов цепи друг к другу, но не важно их геометрическое расположение друг относительно друга и так далее. Модель - это некий новый объект, который отражает существенные особенности изучаемого объекта, процесса или явления. 1.2. Классификация моделей В основу классификации можно положить множество различных признаков: способ описания, функциональное назначение, степень детализации, структурные свойства, область применения и т.д. Рассмотрим некоторые классы моделей. 1. По назначению моделей различают: 1) исследовательские (познавательные), предназначенные для генерации знаний путем изучения свойств объекта; 2) учебные, предназначенные для передачи знаний об изучаемом объекте; 3) рабочие (прагматические), предназначенные для генерации правильных действий в процессе достижения цели. К исследовательским моделям относятся полунатурные стенды, физические модели, математические модели. Отметим, что исследовательские модели могут выступать в качестве учебных, если они предназначены для передачи знаний о свойствах объекта. Примерами рабочих моделей могут служить: робот; автопилот; математическая модель объекта, встроенная в систему управления или контроля; искусственное сердце и т.д. При этом исследовательские и учебные модели должны приближаться к реальности, а рабочие модели должны отражать эту реальность. Четкой границы между этими моделями не существует. Так, например, исследовательская модель, адекватно отражающая свойства объекта, может быть использована в качестве рабочей. Исследовательские модели являются носителями новых знаний, учебные модели соединяют старые знания с новыми, а рабочие модели идеализируют накопленные знания в форме идеальных действий по выполнению тех или иных функций, которые желательно было бы осуществить. 2. По временному фактору: 1) статические модели, которые отражают установившиеся (равновесные) режимы работы системы; 2) динамические, которые отражают неустановившиеся (неравновесные, переходные) режимы работы системы. Статическая модель – это одномоментный срез информации по объекту. Например, состояние физической подготовки или успеваемости курсанта на текущий день. Динамическая модель позволяет увидеть изменения объекта во времени. В примере с курсантом это динамика изменения перечисленных факторов в течении учебного года. При строительстве дома рассчитывают прочность и устойчивость к постоянной нагрузке его фундамента, стен, балок — это статическая модель здания. Но еще надо обеспечить противодействие ветрам, движению грунтовых вод, сейсмическим колебаниям и другим изменяющимся во времени факторам. Это можно решить с помощью динамических моделей Статические режимы работы элементов, объектов, систем отражены в их статических характеристиках (линейных, нелинейных) и описываются соответствующими алгебраическими функциональными зависимостями. Динамические режимы работы систем (объектов, элементов) описываются дифференциальными или разностными уравнениями и отражены в их динамических характеристиках (переходных функциях, частотных характеристиках, передаточных функциях и т.д.). 3. По способу создания (построения) моделей различают: 1) материальные (физические, реальные) модели, построенные средствами материального мира для отражения его объектов, явлений, процессов и т.д. 2) абстрактные (информационные, образные) модели, построенные средствами мышления на базе нашего сознания; Материальные модели – реальные, вещественные конструкции, служащие для замены оригинала в определенном отношении. Основным требованием к построению данного класса моделей является требование сходства (подобия, аналогии) между моделью и оригиналом. При материальном моделировании различают геометрическое, физическое подобия оригинала и модели и аналогию. Геометрическое подобие является основным требованием к построению геометрических моделей, которые представляют собой объект, геометрически подобный своему прототипу и служащий для демонстрационных целей. Модель демонстрирует принцип действия, взаимное расположение частей, процесс сборки и разборки, компоновку объекта и предназначена для изучения свойств, которые инвариантны (независимы) от абсолютных величин линейных размеров объекта. Примерами геометрических моделей являются: макеты машины (установки), манекены, скульптуры, протезы, копии и т.д. Физическое подобие относится к модели и оригиналу одинаковой физической природы и отражает их сходство в одинаковости отношений одноименных физических переменных в соответствующих пространственно-временных точках. Геометрическое подобие является частным случаем физического подобия, которое также соответствует прямому подобию. При физическом подобии модель и оригинал могут находиться в более сложных геометрических отношениях, чем линейная пропорциональность, так как физические свойства оригинала не пропорциональны его геометрическим размерам. Эти соотношения принимаются по зависимостям теории подобия. Примерами натурных физических моделей являются аэродинамическая труба, модели гидротехнических сооружений, военные учения, модель тектоники (структуры) земной коры труднодоступных районов нашей планеты и т.д. Физическая модель является как бы формой технической реализации абстрактных (дедуктивных) моделей. К достоинству физического моделирования следует отнести получение достаточно достоверных результатов, которые необходимы для принятия правильных решений при проектировании, планировании, контроле, управлении, прогнозировании и т.д. К недостаткам следует отнести относительно высокую стоимость по сравнению с математическими моделями, а также трудность быстрой (оперативной) доработки модели при переходе от одного варианта к другому. Отметим также, что изготовление физической модели занимает много времени, а соответствие измеренных искомых величин на модели оригиналу бывает достаточно грубым, что искажает в некоторой степени изучаемый процесс. Аналогия – это такой класс моделей, в котором не предполагается тождественности физической природы модели и прототипа, но требуется, чтобы модель при некоторых условиях вела себя аналогично поведению оригинала (косвенное подобие). Аналогия основана на возможности моделирования явления (системы, процесса) одной природы явлениями (системами, процессами) совсем другой природы. Например, электромеханическая аналогия: колебания в механических системах можно моделировать колебаниями в электрических цепях. При этом модель (аналог) и оригинал (прототип) описываются одинаковыми математическими соотношениями, например дифференциальными уравнениями. На этом сходстве основана теория аналогий и аналоговое моделирование. Абстрактные (информационные) модели – это идеальные конструкции в нашем сознании в виде образов или представлений о тех или иных физических явлениях, процессах, ситуациях, объектах, системах. Различают два вида идеального моделирования: формализованное и неформализованное (интуитивное). К формализуемым абстрактным моделям относятся знаковые модели, в том числе математические и языковые конструкции (языки программирования, естественные языки) вместе с правилами их преобразования и интерпретации. Примером знаковых моделей могут служить чертежи, схемы, графики, формулы и т.д. Математическое моделирование – частный случай знакового моделирования. Здесь преобразование формул осуществляется на основе правил логики и математики. Математическая модель – это объект, который имеет с прототипом следующее однозначное соответствие: 1) структуры, т.е. состава элементов и связей между ними; 2) уравнений, описывающих свойства этих элементов и их связей. При этом математическую модель сложной системы можно трактовать как множество математических моделей элементов, взаимосвязанных и взаимодействующих друг с другом и адекватно отражающих синергетические свойства системы. При образном моделировании модели строятся из каких-либо наглядных элементов (упругие шары, потоки жидкости, траектории движения тел и т.д.). Анализ образных моделей осуществляется мысленно и может быть отнесен к формализованному моделированию в том случае, когда правила взаимодействия образов четко формализованы. Этот вид моделирования используется при мысленном эксперименте. К неформализуемым абстрактным моделям относятся модели, построенные с использованием различных форм мышления: эмоции, интуиции, образного мышления, подсознания, эвристики как совокупности логических приемов и правил отыскания истины. При неформализованном моделировании модель не формулируется, а вместо нее используется некоторое нечеткое мысленное отражение реальности, служащее основой для рассуждения и принятия решения. Примером неопределенных (интуитивных) представлений об объекте может служить нечеткое описание ситуации, основанное на опыте и на интуиции. 4. По виду деятельности человека различают модели: а) проектирования; б) управления; в) планирования; г) принятия решения; д) прогнозирования; е) развития; ж) идентификации и т.д. 5. По способу математического описания различают следующие типы математических моделей: а) линейные и нелинейные (в том числе логические); б) непрерывные и дискретные; в) детерминированные и стохастические; г) с сосредоточенными и с распределенными параметрами; д) стационарные и нестационарные; е) одномерные и многомерные; ж) аналитические и имитационные; з) функциональные и структурные – в зависимости от характера отображаемых свойств объекта. Особый класс моделей составляют кибернетические модели, которые отражают управленческие аспекты поведения сложных систем на основе информационного обмена между ее элементами. Сама физическая природа кибернетических моделей отличается от физической природы прототипа и ее элементов. Особенностью кибернетических моделей является возможное наличие в них, кроме механизма управления, также и механизмов самоорганизации, обучения, адаптации и т.д., а в более сложных системах – и искусственного интеллекта. 2. Модели принятия управленческих решений Все методы принятия решений базируются на моделях. Моделью называ­ется научный инструмент для изображения определенного реального предмета или ситуации. Модели не могут, и не должны изображать все детали предмета или ситуации. Предполагается, что в моделях отражены наиболее существен­ные их черты. Путем исключения многих деталей, модель предлагает упрощен­ный взгляд на общую действительность: многие детали опускаются, т.к. они не являются необходимыми для принятия мелких решений. Модели могут служить самым различным целям управления, помогая представить себе общие перспективы конкретной ситуации. Существует ряд причин обусловливающих использование модели вместо попыток прямого воз­действия с реальным миром: • естественная сложность многих управленческих ситуаций (реальный мир организации исключительно сложен и понять его можно упростив с помо­щью моделирования); • экспериментирование (возможность опробовать и экспериментально проверить альтернативные варианты решения проблемы, в случае, когда нельзя провести эксперимент в реальной жизни); • ориентация управления на будущее (невозможность наблюдения яв­ление, которое еще не существует и, может быть, никогда не состоится или от­сутствие возможности проводить прямые эксперименты). Прежде чем рассмотреть широко используемые современными организа­циями модели необходимо описать три базовых типа моделей: • физическая модель: представляет то, что исследуется, с помощью уве­личенного или уменьшенного описания объекта или системы (например, чер­теж здания; физические уменьшенные копии средств передвижения); • аналоговая модель: представляет исследуемый объект аналогом, кото­рый ведет себя как реальный объект, но не выглядит как таковой (например, график соотношения между объемом производства и издержками; организаци­онная схема); • математическая модель: представляет описание свойств или характери­стик объекта или события в виде символов. Построение модели является процессом, называемым моделирование. Основные этапы моделирования: постановка задачи, построение, проверка на достоверность, применение и обновление модели. Первый и наиболее важный этап построения модели, способный обеспе­чить правильное решение управленческой проблемы, состоит в постановке за­дачи. Правильное использование математического аппарата не принесет ника­кой пользы, если сама проблема не будет точно диагностирована. Правильная постановка задачи даже важнее, чем ее решение. Для нахождения приемлемого или оптимального решения задачи нужно знать, из чего она состоит. После правильной постановки задачи следующим этапом процесса моде­лирования предусмотрено построение модели. На этом этапе определяется главная цель модели и выходная информация, которую предполагается полу­чить, используя модель. Также необходимо определить какая информация тре­буется для построения модели, удовлетворяющей этим целям и выдающей на выходе нужные сведения. После построения модели ее следует проверить на достоверность. Пер­вый аспект проверки заключается в определении степени соответствия модели реальному миру. Второй аспект проверки модели связан с установлением сте­пени, в которой информация, получаемая с ее помощью действительно, помо­гает решить проблему. После проверки на достоверность модель готова к применению. Модель управления нельзя считать успешно выстроенной, пока она не применена на практике. Даже если применение модели оказалось успешной, почти наверня­ка она потребует обновления', возможно, форма выходных данных не ясна или желательны дополнительные данные; изменение цели влияет на принятие ре­шений, и требует модифицикации модели; изменение во внешнем окружении (появление новых потребителей, поставщиков или технологий) может обесценить допущение исходную информацию, на которых основывалась модель при построении. Число всевозможных конкретных моделей почти также велико, как и число проблем, для разрешения которых они были разработаны. Опишем самые распространенные из них. Модель линейного программирования. Линейное программирование - это направление математического программирования, изучающее методы ре­шения задач, характеризующихся линейной зависимостью между переменными и линейным критерием. Необходимым условием постановки задачи линейного программирования являются ограничения на наличие ресурсов, величину спро­са, производственную мощность и другие факторы. Линейное программирование применяется для определения оптимально­го способа распределения дефицитных ресурсов при наличии конкурирующих потребностей. Линейное программирование обычно используют специалисты штабных подразделений для разрешения производственных трудностей. Ти­пичные варианты применения линейного программирования в управлении: ук­рупненное планирование (составление графиков производства, минимизирующих общие издержки); планирование ассортимента необходимых изделий; оп­ределение оптимального маршрута; регулирование запасов на складе; планиро­вание распределения продукции; распределения человеческих ресурсов по ра­бочим местам. Модель массового обслуживания. Модель массового обслуживания или модель теории очередей используется для определения оптимального числа ка­налов обслуживания по отношению потребности в них. К ситуациям, в которых модели теории очередей могут быть полезны, можно отнести ожидание в оче­реди на машинную обработку данных, мастеров по ремонту оборудования, оче­редь грузовиков под разгрузку на склад. Проблемы, родственные задачам мас­сового обслуживания, постоянно возникают в военном деле. Каналы наведения, линии связи, аэродромы, устройства для сбора и обработки информации пред­ставляют собой своеобразные системы массового обслуживания со своим ре­жимом работы и пропускной способностью. Работа любой системы массового обслуживания состоит в выполнении поступающего на нее потока требований или заявок. Заявки поступают одна за другой в случайные моменты времени. Обслуживание поступившей заявки продолжается некоторое время, после чего канал освобождается и снова готов для приема следующей заявки. Каждая система массового обслуживания, в за­висимости от числа каналов и их производительности, обладает некой пропу­скной способностью, позволяющей ей более или менее успешно справляться с потоком заявок. Предмет теории массового обслуживания - установление зави­симости между характером потока заявок, производительностью отдельного канала, числом каналов и эффективностью обслуживания. Модели очередей снабжают руководство инструментом определения оп­тимального числа каналов обслуживания, которые необходимо иметь, чтобы сбалансировать издержки в случаях чрезмерно малого и чрезмерно большого их количества. Теория игр. Теория игр - это математическая модель теории конфликт­ных ситуаций. Целью теории игр является выработка рекомендаций по разум­ному поведению участников конфликта (определение оптимальных стратегий поведения игроков). От реального конфликта игра отличается тем, что ведется по определенным правилам. Эти правила устанавливают последовательность ходов, объем информации каждой стороны о поведении другой и результат иг­ры в зависимости от сложившейся ситуации. Правилами устанавливаются так­же конец игры, когда некоторая последовательность ходов уже сделана и больше ходов делать не разрешается. Теория игр, как и всякая математическая модель, имеет свои ограни­чения. Одним из них является предположение об «идеальной» разумности противников. В реальном конфликте зачастую оптимальная стратегия со­стоит в том, чтобы угадать слабые места противника и воспользоваться этим в своих интересах. Еще одним недостатком теории игр является то, что каждому из игроков должны быть известны все возможные действия противника, неизвестно лишь то, каким именно из них он воспользуется в данной партии. В реальном кон­фликте это обычно не так: перечень всех возможных действий противника как раз и неизвестен, а наилучшим решением в конфликтной ситуации нередко бу­дет именно выход за пределы известных противнику стратегий. Теория игр не включает элементов риска, неизбежно сопровождающего разумные решения в реальных конфликтах. Она определяет наиболее осторож­ное поведение участников конфликта. Перечисленные условия применения теории игр приводят к тому, что она используется не так часто, как другие модели. Тем не менее, теория игр полезна, когда требуется определить наиболее важные и требующие учета факторы в ситуации принятия решений в условиях конфликтных ситуаций. Эта информа­ция важна, поскольку учет дополнительных переменных или факторов, может повлиять на ситуацию, и тем самым повысить эффективность решения. Сетевое планирование - это схематическое представление проблемы принятия решений. Как и платежная матрица, дерево решений дает руководи­телю возможность учесть различные направления действий, соотнести с ними результаты, скорректировать их в соответствии с приписанной им вероятно­стью, а затем сравнить альтернативы. Концепция ожидаемого значения являет­ся неотъемлемой частью метода дерева решений. Дерево решений можно строить под сложные ситуации, когда результаты одного решения влияют на последующие решения. Таким образом, дерево ре­шений - это полезный инструмент для принятия последовательных решений. Многие допущения, из которых исходит руководитель, относятся к усло­виям в будущем, над которыми руководитель почти не имеет никакого контро­ля. Однако такого рода допущения необходимы для многих операций планиро­вания. Очевидно, что чем лучше руководитель сможет предсказать внешние и внутренние условия применительно к будущему, тем выше шансы на составле­ние осуществимых планов. 3. Погранометрические модели Погранометрика - это научное направление, в рамках которого изучаются процессы обеспечения пограничной безопасности государств с помощью математических методов и моделей. Сложность процессов, протекающих в пограничных пространствах, их слабая формализуемость, предполагает использование комплексного подхода, основанного на использовании математических моделей. Погранометрические модели разрабатываются в целях реализации следующих функций моделирования: познавательная (изучение сложных процессов), прогностическая (предсказание свойств и состояний исследуемой системы), нормативная (построение системы, отвечающей на вопрос «как должно быть?»). Классификация погранометрические модели по В.В. Шумову. 1. По масштабу системы моделирования: ◦ Уровень государства ◦ Уровень пограничной службы ◦ Уровень региона ◦ Уровень подразделения ◦ Уровень пограничного наряда 2. По пограничным задачам: ◦ Модель защиты и охраны государственной границы; ◦ Модели режима границы и пограничного режима; ◦ Модели режима в пунктах пропуска; ◦ Модели режима исключительной экономической зоны и континентального шельфа; ◦ Модели по видам обеспечения пограничной деятельности. 3. По предмету управления: ◦ Собственно погранометрические модели (моделирование прямых и информационных воздействий на внешние субъекты); ◦ Погранометрические организационные модели. 4. По видам деятельности: ◦ Операционные модели (оптимизация действий существующих сил и средств): ◦ Проектные модели (оптимизация штатного состава сил и средств). 5. По методам моделирования: ◦ Теоретико-игровые модели; ◦ Оптимизационные модели (на основе применения теории вероятностей, теории оптимизации). Для оперативного и эффективного решения задач охраны государственной границы, управления подразделениями пограничных органов на основе погранометрических моделей в управлениях разных уровней создаются ситуационные центры. Создание эффективных ситуационных центров и автоматизированных систем предполагает изучение существующих в пограничных службах процессов (ситуация "как есть"), их реинжиниринг и подготовка предложений по их совершенствованию (ситуация "как должно быть"). Основой для взаимодействия специалистов пограничных служб и ведения дискуссий может стать модель ситуационного центра пограничной службы (рисунок 1). Структура (карта) процессов охраны границы обеспечивает модели процессов, которые могут быть использованы: • Для определения границ программного решения; • Для создания и ведения каталога существующих процессов; • В качестве базы для построения единой направленности в общении с пограничными службами сопредельных государств, взаимодействующими ведомствами, разработчиками СЦ и АСУ. Рис. 1. Структура модели ситуационного центра ПС Структура данных (унифицированная модель данных) обеспечивает общую универсальную модель для возможности полноценного функционирования пограничной службы в целом. Данная модель является своеобразным общим языком для специалистов пограничной службы, поставщиков технических средств охраны границы и программных решений. Модель является основой для интеграции различных систем. Структура системной интеграции (технологически нейтральная архитектура интеграции систем) описывает основные принципы разработки решений: архитектурные проблемы, общие интерфейсы, общие механизмы управления процессами. Причем структура должна быть технологически нейтральной, т.е. описывать не саму реализацию, а принципы, подлежащие использованию в любой конкретной реализации. Структура приложений (карта прикладных задач пограничной службы) - набор рекомендуемых программных решений (подсистем СЦ). Жизненный цикл СЦ ПС может быть рассмотрен с точки зрения концепции перспектив и ракурсов. Выделяются две категории перспектив (рис. 2): • Логическая и физическая перспективы, • Перспективы пограничной службы и разработчика СЦ (системного интегратора). Обычно выделяются следующие ракурсы: • Ракурс охраны границы, • Системный ракурс, • Ракурс внедрения, • Ракурс развертывания. Рис. 2. Перспективы и ракурсы жизненного цикла СЦ ПС Логическая и физическая перспективы позволяют отделить "логику" от "физики", т.е. содержательную часть от конкретной реализации. Разработка СЦ ПС включает пять шагов (рис. 3). На 1-м этапе определяются границы решения исходя из документов, характеризующих цели решения, существующие в настоящей и будущей среде. На этапе анализа готовится подробная документация по существующим и будущим процессам охраны границы. Документируются процессы, информация, политики. Уточняются пропущенные или дублирующиеся функции. Процесс нормализации облегчает взаимодействие различных физических представлений, основанных на одном и том же логическом представлении. На этапе рационализации определяются новые процессы, политики и технологии, которые должны быть разработаны. На этапе корректировки вводятся новые процессы, политики и технологии, позволяющие заполнить пробелы, выявленные в ходе рационализации. Рис. 3. Взаимосвязь этапов создания СЦ ПС Структурная схема процессов пограничной службы На рис. 4 показан вариант структурной схемы процессов пограничной службы верхнего (нулевого) уровня. С точки зрения системного подхода, выделяются два основных вида деятельности: проектная деятельность (создание новых элементов пограничной системы, разработка новых воздействий с целью нейтрализации угроз и т.д.) и процессная деятельность (непрерывный мониторинг ситуаций, поддержание в готовности к применению ресурсов и воздействий). Проектной деятельности соответствует левый блок на рис. 4, процессной - правый. Разумеется, правый блок также предполагает проектную деятельность, направленную на поддержание на требуемом уровне степени нейтрализации угроз пограничной безопасности (проведение пограничных операций и т.д.). Рис. 4. Структурная схема процессов пограничной службы (вариант) Далее выполняется декомпозиция процессов по иерархии (центр, региональное управление, пограничное управление, районный отдел, линейное отделение, пограничный наряд) и функциям (защита государственной границы, охрана государственной границы, охрана ИЭЗ и КШ и т.д.). К примеру, эксплуатация и управление ресурсами на следующем уровне декомпозиции будет включать процесс обеспечения ресурсами, который в свою очередь состоит из следующих процессов: • Распределение и поставка ресурсов, • Тестирование ресурсов, • Конфигурирование и активация ресурсов, • Сбор и обновление данных по конфигурации ресурсов, • Обучение персонала и т.д. Декомпозиция процессов дает основное представление об их описании и содержании. Чтобы обеспечить дальнейшее понимание того, как протекают эти процессы, можно выстроить их потоки, что позволит определить, каким образом с помощью нескольких или всех процессов поддерживается некоторый более крупный, «сквозной» процесс в масштабах пограничной службы (управления). Потоки процессов позволяют изучить некоторый конкретный сценарий (ситуацию), с помощью которого (сценария) эти процессы обеспечивают реализацию некоторой цели обеспечения пограничной безопасности (рис. 5). Рис. 5. Последовательность процессов (вариант) Метод построения последовательностей процессов имеет следующие общие характеристики: • позволяет анализировать типичный (характерный) сценарий; • дает представление о ходе и взаимодействии процессов; • позволяет выбрать уровень детализации, на котором будет выполняться моделирование последовательности; • его цель – предоставить лишь пример последовательностей процессов, то есть в каждом сценарии описываются лишь некоторые из возможных взаимосвязей; • обычно этот метод дает частичное представление о протекании процессов (поскольку последовательности строятся на основе характерных сценариев); • обеспечивает динамическое представление процесса. Построение последовательностей процессов завершается разработкой сетевых графиков для нескольких характерных сценариев. Унифицированная модель данных СЦ ПС В основе структуры данных лежит понятие сущности. Под сущностью понимается объект, субъект, явление, имеющее интерес для пограничной службы. Сущности можно разделить на материальные (например, нарушитель границы), активные (нарушение границы) и концептуальные (угроза пограничной безопасности). У сущностей есть определенные признаки (атрибуты), так же сущности вступают в отношения с другими сущностями. Объектом называется совокупность свойств некоторой сущности и ее модели поведения. Декомпозиция процессов заканчивается формированием единой карты процессов и объектов (рис. 6). Рис. 6. Служба пограничного наряда дозор, процессы и информационная модель (вариант) Отметим некоторые преимущества использования унифицированной модели данных: • Модель не зависит от платформы (комплекс технических средств и операционная среда), языка программирования и протоколов взаимодействия; • Используются стандартные способы структурирования, определения и реализации информационных сущностей; • Единая, цельная и общая для всех подразделений и систем терминология. Технологически нейтральная архитектура интеграции систем СЦ ПС Технологически нейтральная архитектура представляет собой совокупность принципов и концепций для описания компонентной распределенной системной архитектуры и основного комплекса системных услуг, которые требует эта архитектура. На первом уровне детализации во внимание принимаются следующие аспекты: • Отделение процессов от реализации компонентов, • Наличие архитектуры, ориентированной на безопасность, • Наличие архитектуры, основанной на политиках, • Универсальная среда информации и данных, • Прозрачность распределения. Отделить процессы от реализации компонентов можно с использованием идеи "контракта". Под контрактом обычно понимается спецификация услуги по обеспечению пограничной безопасности, а также спецификация информации и программного кода, посредством которого реализуется данная услуга. Контракт строится на основе одного или нескольких сценариев использования. Сценарий использования - это описание (через серию взаимодействий) соглашения между сторонами (актерами, пользователями) системы и самой системой. Соглашение описывает, в свою очередь, ожидаемое поведение системы. Обеспечение безопасности - неотъемлемая часть разработки СЦ ПС. Эту часть нельзя рассматривать как дополнение, которое можно реализовать позднее. Защитные функции должны охватывать всю структуру СЦ ПС и их необходимо планировать и встраивать с самого начала. Пользователи, приложения, услуги и ресурсы СЦ ПС разбиваются на категории в зависимости от их ролей, определяющих набор ресурсов и услуг, которые им доступны. Для определения ролевых функций сущностей, пользователей и ресурсов, а также для определения комплексов ресурсов и услуг, доступ к которым обеспечивает данная ролевая функция, могут использоваться политики. Посредством политик реализуется наложение ограничений и/или условий на выполнение тех или иных операций. Все компоненты СЦ ПС должны иметь возможность локализации других контрактов или компонентов, не владея знаниями об их физическом местоположении в сети. Такой принцип называется прозрачностью распределения. Важнейшим структурным объектом, который поддерживает прозрачность распределения, является репозиторий. Репозиторий обеспечивает сервис наименования, сервис регистрации и сервис для локализации контракта. Эти сервисы взаимодействуют между собой, обеспечивая распределенное хранение, управление и поиск информации. Вопросы и задания для проверки 1. Что называется моделью, моделированием ? 2. Что называется математической моделью? 3. Назовите примеры моделей в управлении, погранометрических моделей.