ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

ФОРМАЛИЗАЦИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ

Естественные языки используются для создания описательных информа­ционных моделей. С помощью формальных языков строятся формальные ин­формационные модели (математические, логические и др.). Одним из наиболее широко используемых формальных языков является математика. Модели, по­строенные с использованием математических понятий и формул, называются математическими моделями. Язык математики является совокупностью фор­мальных языков.

Язык алгебры позволяет формализовать функциональные зависимости меж­ду величинами. Язык алгебры логики (алгебры высказываний) позволяет стро­ить формальные логические модели. С помощью алгебры высказываний мож­но формализовать (записать в виде логических выражений) простые и сложные высказывания, выраженные на естественном языке. Построение логических моделей позволяет решать логические задачи, строить логические модели устройств компьютера (сумматора, триггера) и так далее.

В процессе познания окружающего мира человечество постоянно исполь­зует моделирование и формализацию. При изучении нового объекта сначала обычно строится его описательная информационная модель на естественном языке, затем она формализуется, т.е. выражается с использованием формальных языков (математики, логики и др.).

Визуализация формальных моделей. В процессе исследования формальных моделей часто производится их визуализация. Для визуализации алгоритмов используются блок-схемы: пространственных соотношений между объекта­ми — чертежи, моделей электрических цепей — электрические схемы, логиче­ских моделей устройств — логические схемы и так далее.

Так, при визуализации формальных физических моделей с помощью ани­мации может отображаться динамика процесса, производиться построение графиков изменения физических величин и т.д. Визуальные модели обычно являются интерактивными, т. е. исследователь может менять начальные условия и параметры протекания процессов и наблюдать изменения в поведении мо­дели.

Иерархические и сетевые модели. Множество окружающих нас объектов об­ладают одинаковыми свойствами, которые отличают их от других групп объ­ектов. Группа объектов, обладающих одинаковыми общими свойствами, на­зывается классом объектов. Внутри класса объектов могут быть выделены под­классы, объекты которых обладают какими-то особыми свойствами. В свою очередь, подклассы могут делиться на более мелкие группы и так далее.

В процессе классификации объектов часто строят информационные моде­ли, которые имеют иерархическую структуру. В иерархической информацион­ной модели объекты распределены по уровням. Каждый элемент более высо­кого уровня может состоять из элементов нижнего уровня, а элемент нижнего уровня может входить в состав только одного элемента более высокого уровня.

Иерархические информационные модели для наглядного представления удоб­но изображать в форме графа. Сетевые информационные модели применяют­ся для отражения систем со сложной структурой, в которых связи между эле­ментами имеют произвольный характер.

Классификация моделей по временному фактору. Статическая модель — это как бы одномоментный срез информации по объекту. Динамическая модель позволяет увидеть изменения объекта во времени. Например, при строительстве дома рассчитывают прочность и устойчивость фундамента, стен, балок при постоянной нагрузке — это статическая модель здания. Если учитываются на­грузки, переменные во времени, например ветровые, движение грунтовых вод, сейсмические колебания и другие изменяющиеся во времени факторы, то в этом случае нужно строить динамическую модель.

Информационные модели отражают различные типы систем объектов, в которых реализуются различные структуры взаимодействия и взаимосвязи между элементами системы. Для отражения систем с различными структурами используются различные типы информационных моделей: табличные, иерар­хические и сетевые.

Знаковые и вербальные информационные модели. К информационным моделям можно отнести вербальные (от лат. verbalize — устный) модели, полученные в результате раздумий, умозаключений. Они могут так и остаться мысленными или быть выражены словесно. Вербальная модель — информационная модель в мысленной или разговорной форме. Знаковая модель — информационная модель, выраженная специальными знаками, т.е. средствами любого формаль­ного языка. Знаковые модели — это рисунки, тексты, графики, схемы и т.д. Вербальные и знаковые модели, как правило, взаимосвязаны.

Синтаксис языка моделирования на примере IDEFO. Основными элементами на IDEFO-диаграммах являются блоки и дуги. Блоки служат для отображения функций (действий), выполняемых моделируемой системой. Сформулирован­ные функции должны содержать глагольный оборот.

Дуги служат для отображения информации или материальных объектов, которые необходимы для выполнения функции или появляются в результате ее выполнения (объекты, обрабатываемые системой). Под объектами в рамках функционального моделирования могут пониматься документы, физические материалы, инструменты, станки, информация, организации и даже системы. Место соединения дуги с блоком определяет тип интерфейса.

Управляющие выполнением функции данные входят в блок сверху, в то вре­мя как информация, которая подвергается воздействию функции, показана с левой стороны блока; результаты выхода показаны с правой стороны. Механизм (человек или автоматизированная система), который осуществляет функцию, представляется дугой, входящей в блок снизу.

Функциональный блок преобразует входную информацию (данные, мате­риалы, средства, задачи, цели и др.) в выходную (что требуется получить в ре­зультате выполнения данной функции). Управление определяет, когда и как

это преобразование может или должно произойти. Механизм (или исполните­ли) непосредственно осуществляет это преобразование. За каждой дугой за­крепляется замечание, которое отображает суть информации или объекта. За­мечание формулируется в виде оборота существительного, отвечающего на вопрос «Что?».

Функциональные блоки надиаграмме изображаются в виде прямоугольни­ков, внутри которых записывается имя функции и номер блока (в правом ниж­нем углу прямоугольника). Блоки располагаются на диаграмме согласно их степени важности (по мнению автора модели). При этом доминирующим яв­ляется тот блок, выполнение функции которого оказывает влияние на выпол­нение всех остальных функций, представленных на диаграмме. К примеру, это может быть блок, содержащий контролирующую или планирующую функцию, выходы которого являются управляющими для всех остальных функциональ­ных блоков диаграммы. Доминирующий блок помещается, как правило, в верх­нем левом углу листа диаграммы, а наименее важный блок — в правом нижнем углу. Таким образом, ступенчатость блоков надиаграмме отражает мнение ав­тора о доминировании одних блоков относительно других. Очень важно пом­нить, что доминирование блоков на диаграмме не задает четкой временной зависимости операций.

Стороны блока также имеют определенное значение. К левой границе бло­ка присоединяются входные дуги, к верхней — управляющие дуги, к правой — выходные дуги, а к нижней — дуги механизмов. Дуги на IDEFO-диаграмме изображаются в виде стрелок. При IDEFO моделировании используются пять типов взаимосвязей между блоками для описания их отношений.

Под взаимосвязью по управлению понимается связь, при которой выход одного блока влияет (является управляющим) на выполнение функции в дру­гом блоке, под взаимосвязью по входу — когда выход одного блока является входом для другого.

Обратная связь по управлению подразумевает, что выходы из одной функции влияют на выполнение других функций, выполнение которых, в свою очередь, влияет на выполнение исходной функции. Обратная связь по входу та, при которой выход из одной функции является входом для другой функции, выход которой является для него входом. При взаимосвязи выход — механизм выход одной функции является механизмом для другой, выходная дуга одного блока является дугой механизма для другого. Такой тип связи встречается редко и относится чаще всего к подготовительным операциям.

Поскольку содержание IDEFO-диаграмм уточняется в ходе моделирования постепенно, дуги на диаграммах редко отображают один объект. Чаще всего они отображают определенный набор объектов и могут иметь множество на­чальных точек (источников) и определенное количество конечных точек (при­емников). В ходе разработки графической диаграммы для отражения этой осо­бенности используют механизм разветвления/слияния дуг. Это позволяет не только уточнить с использованием замечаний содержание каждой ветви раз-

ветвленной дуги, но и более точно описать, из каких наборов объектов состоит входящая в функциональный блок дуга, если она получена путем слияния.