Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ проблем разработки и использования систем моделирования пожаров в процессе подготовки кадров в области пожарной безопасности 10
1.1. Обоснование необходимости совершенствования подготовки специалистов пожарной безопасности на основе имитационных систем моделирования пожаров 10
1.2. Понятие, классификация и обзор моделей пожаров 13
1.3. Классификация и структура компьютерных тренажёров 35
1.4. Анализ существующих тренажёров организации тушения пожаров 42
1.5. Проблемы использования математических моделей пожаров в режиме реального времени 45
1.6. Выводы, постановка задач исследования 50
Глава 2. Моделирование основных закономерностей развития и тушения пожаров в зданиях 52
2.1. Вероятностная имитационная модель распространения пожара 52
2.1.1. Метод определения площади пожара 52
2.1.2. Ограничения метода 55
2.1.3. Практическая реализация 55
2.2. Интегральная математическая модель пожара 59
2.3. Комбинированная модель пожара для системы нескольких помещений.64
2.4. Моделирование процессов прекращения горения 69
2.5. Устойчивость результатов моделирования 72
2.6. Проверка адекватности комбинированной модели пожара 75
Глава 3. Применение компьютерной имитационной системы развития и тушения пожаров в зданиях при подготовке специалистов пожарной безопасности 80
3.1. Структура и реализация КИС РТП 80
3.2. Методологические основы исследования сложных систем с применением имитационного моделирования 85
3.3. Применение КИС РТП в учебном процессе 88
3.4. Примеры использования КИС РТП при решении учебно-практических задач в области пожарной безопасности 93
3.4.1. Выбор оптимального варианта противопожарной защиты помещения серверной 93
3.4.2. Определение требуемых пределов огнестойкости строительных конструкций склада 95
Заключение 99
Литература 101
Приложение 112
- Обоснование необходимости совершенствования подготовки специалистов пожарной безопасности на основе имитационных систем моделирования пожаров
- Проблемы использования математических моделей пожаров в режиме реального времени
- Интегральная математическая модель пожара
- Методологические основы исследования сложных систем с применением имитационного моделирования
Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Совершенствование подготовки персонала противопожарной службы невозможно без внедрения в процесс обучения современных компьютерных обучающих программ, имитационных систем и тренажёров, отражающих динамику развития пожара.
Применение таких систем позволяет отразить всю совокупность этих процессов и явлений во всей её сложности и взаимосвязях, значительно снизить затраты на натурное моделирование пожаров, сократить сроки и повысить уровень подготовки специалистов к принятию эффективных решений в области пожарной безопасности. Необходимость их внедрения в процесс профессиональной подготовки специалистов противопожарной службы неоднократно отражалась в работах Брушлинского Н.Н., Денисова А.Н., Кафидова В.В., Коломийца Ю.И., Мисюкевича Н.С., Семикова В.Л., Соболева Н.Н. и других.
Однако существующие на сегодняшний день модели пожаров, большой вклад в развитие которых внесли Астахова И.Ф., Кошмаров Ю.А., Пузач СВ., Рыжов А.М. и другие, и имитационные системы на их основе не реализовывались для целей обучения. Они направлены на решение конкретных практических задач пожарной безопасности, отражают частные случаи горения веществ и материалов в помещениях определённой формы. При этом требуют для своего функционирования значительного времени из-за большого объёма производимых вычислений. А разработанные до настоящего времени имитационные системы развития пожаров в большинстве случаев не содержат в своей основе достаточно адекватных моделей пожаров. Они отражают развитие пожара дискретно (выполнены в виде светового табло), либо изменение оперативной обстановки в них запрограммировано заранее, в качестве сценария деловой игры (компьютерная программа-симулятор «Emergency 4: Global Fighters for Life» и другие). Это не позволяет использовать их для исследования всей совокупности процессов, протекающих при пожаре, изменять исходные данные, изучать влияние действий обучаемого на процесс тушения пожара и т.д., что в целом существенно ограничивает область их применения и снижает эффективность их использования в процессе обучения.
В связи с этим решение научной задачи по созданию обучающих компьютерных систем, работающих в условиях реального времени, является актуальной проблемой.
Данные системы могут быть использованы при организации подготовки персонала по дистанционной форме обучения, при моделировании чрезвычайных ситуаций различного характера на базе ситуационных центров подготовки
2 специалистов МЧС России, а также при традиционных формах обучения.
Создание таких систем возможно на основе применения технологий компьютерного имитационного моделирования, имеющих широкие возможности в описании и визуальном представлении исследуемых процессов, в интерактивном взаимодействии с обучаемыми в реальных масштабах времени.
Цель работы.
Повышение эффективности подготовки специалистов пожарной безопасности на основе разработки учебной компьютерной имитационной системы развития и тушения пожаров в зданиях.
Объект исследования: профессиональная подготовка кадров в области пожарной безопасности.
Предмет исследования: подготовка персонала противопожарной службы на основе учебной компьютерной имитационной системы развития и тушения пожаров в зданиях.
Задачи исследования:
Обоснование необходимости совершенствования процесса подготовки специалистов пожарной безопасности на основе компьютерных имитационных систем развития и тушения пожаров.
Анализ существующих математических моделей пожаров на предмет их использования при разработке имитационной системы развития и тушения пожаров в зданиях.
3. Разработка вероятностной имитационной модели распространения
пожара по площади здания, позволяющей моделировать развитие пожара (в том
числе прекращение горения) при одновременном нахождении в помещениях
горючих материалов с различными свойствами и позволяющей применять
интегральную математическую модель пожара к любой планировке здания.
4. Разработка на основе комбинированной модели пожара компьютерной
имитационной системы развития и тушения пожаров (КИС РТП) в зданиях.
5. Определение области учебно-практических задач, решаемых с
использованием КИС РТП.
6. Разработка вариантов и алгоритмов применения КИС РТП в процессе
подготовки специалистов пожарной безопасности
Методы исследования.
Основными методами исследования, соответствующими природе решаемых задач, являются методы системного анализа и имитационного моделирования.
При разработке компьютерной имитационной системы применялись методы объектно-ориентированного анализа и программирования, методы теории графов и метод итераций.
Научная новизна работы.
Впервые проведён анализ существующих моделей пожаров и
разработанных на их основе компьютерных систем на предмет их использования в процессе подготовки персонала в области пожарной безопасности.
Разработана обучающая компьютерная имитационная система развития и тушения пожаров в зданиях, позволяющая в режиме реального и ускоренного времени моделировать развитие пожаров при любых конфигурациях помещений, произвольном количестве видов горючей нагрузки с разными характеристиками, произвольном количестве источников зажигания и противопожарных преград.
Использование этой системы позволит повысить качество подготовки специалистов в области пожарной безопасности на основе дифференциации обучения; высвобождения времени за счёт выполнения ЭВМ трудоёмких вычислений; компьютерной визуализации учебной информации; моделирования пожаров и выполнения на его основе лабораторных и курсовых работ; а также усиления мотивации и развития мышления (наглядно-образного и теоретического), формирования умений принимать решения.
Практическая значимость.
КИС РТП может применяться на различных уровнях системы подготовки специалистов в области пожарной безопасности: в качестве визуальной вариативной модели при изучении процесса развития и тушения пожаров, а также в качестве тренажёра по формированию и совершенствованию навыков организации тушения пожаров, оценки проектных решений противопожарной защиты зданий и сравнения их экономической эффективности, исследования пожаров и оценки действий руководителя тушения пожара, определения требуемых пределов огнестойкости строительных конструкций, определения необходимого времени эвакуации и решения других задач.
Кроме того, КИС РТП может быть использована для определения необходимого времени эвакуации, требуемых пределов огнестойкости строительных конструкций и решения других практических задач пожарной безопасности.
Апробация работы.
Основные результаты диссертационного исследования докладывались на заседаниях кафедры управления и экономики ГПС Академии Государственной противопожарной службы МЧС России, рассматривались на заседаниях кафедры пожарной профилактики, учебно-методических семинарах и конференциях Уральского института ГПС МЧС России («Современные технологии обеспечения пожарной безопасности и роль учебных заведений пожарно-технического профиля в подготовке специалистов для решения задач ГПС МЧС России»: декабрь 2005 г.; «Актуальные проблемы обеспечения пожарной безопасности в Российской Федерации»: апрель, декабрь 2007 г. и др.), международных научно-практических конференциях: «Новые информационные технологии в образовании» (Екатеринбург, РГТГПУ, 2008 г.), «Управление непрерывным
4 образованием: структура, содержание, качество» (Екатеринбург, УрГПУ, 2008 г.), публиковались в сборниках материалов других международных и межвузовских конференциях.
Публикации.
По теме исследования опубликовано 14 работ, одна из которых опубликована в рецензируемом научном издании, включённом в реестр ВАК МОиН РФ (журнал «Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций»).
Внедрение результатов работы.
Результаты диссертационной работы внедрены в практику учебной деятельности Уральского института ГПС МЧС России и Академии ГПС МЧС России.
На защиту выносится.
1. Учебно-ориентированная компьютерная имитационная система
моделирования развития и тушения пожаров в зданиях.
2. Комбинированная имитационная модель развития пожара на основе
модели распространения пожара по площади и интегральной математической
модели пожара.
Результаты проверки адекватности разработанной имитационной модели и целесообразность её использования для решения задач профессиональной подготовки персонала противопожарной службы.
Варианты применения КИС РТП в учебном процессе для различных категорий обучаемых.
Структура и объём диссертации.
Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, библиографического списка и приложения. Общий объём диссертации 113 страниц. Работа иллюстрирована 33 рисунками и 7 таблицами. Библиографический список включает 102 наименования.
Обоснование необходимости совершенствования подготовки специалистов пожарной безопасности на основе имитационных систем моделирования пожаров
Совершенствование подготовки персонала противопожарной службы невозможно без внедрения в процесс обучения компьютерных имитационных систем и тренажёров.
В процессе преподавания многих специальных дисциплин специальности «Пожарная безопасность» педагог повсеместно сталкивается с проблемой наглядного отображения сложных процессов и явлений, происходящих при пожаре. Это обусловлено как масштабами их проявления, так и большими материальными затратами, а нередко и социальной опасностью проведения натурного моделирования. При этом одной из главных задач является достичь глубокого, системного понимания учащимися всей совокупности этих явлений во всей её сложности и взаимосвязях.
Математические методы и модели играют ведущую роль в достижении этой цели. Таким образом, математика в данном контексте является неотъемлемым инструментом обучения, но, в то же время, источником хорошо известных всем трудностей преподавания [72]: для осознания нового материала учащемуся сначала приходится осваивать новый математический аппарат, учиться его правильно использовать, и это при условии, что изучаемое явление ему плохо знакомо.
В такой области знаний, где практически невозможно наглядно отобразить сложные процессы и явления, происходящие в реальной жизни, компьютерное моделирование особенно актуально. Моделирование в процессе обучения можно рассматривать не только как способ обобщения и представления знаний, но и как орудие (средство) его формирования
Имитационные системы позволят моделировать и отображать поведение изучаемых объектов и течение разнообразных процессов, происходящих при пожаре, пряча математику «за экраном дисплея». Только убедившись, что требуемая глубина качественного понимания увиденного достигнута, можно и нужно демонстрировать методы математической формализации, соединяя качественное и количественное описания в единое целое.
Многие убеждены, что при изучении таких сложных систем как пожар можно опираться лишь на реальный эксперимент. Сторонники этого подхода, пренебрегающие моделированием, лишают себя возможности применять современные методы обучения. Стоит отметить, что и при проведении реальных экспериментов возникают свои трудности. Опыт показывает, что дидактическая ценность реальных экспериментов часто переоценивается, и учащиеся при проведении экспериментов не всегда видят то, ради чего эксперимент ставился. Так происходит, например, если обучаемый заранее не знает, на что нужно обратить внимание, или результаты эксперимента кажутся ему неправдоподобными. В таких случаях моделирование может оказаться просто необходимым в учебном процессе. Оно позволяет заострять внимание на наиболее важных аспектах, при необходимости многократно повторять эксперимент, менять параметры модели по ходу эксперимента.
Конечно, в общем случае модель не является реальным объектом, она может быть неправильно построена и не соответствовать предъявляемым к ней требованиям. Поэтому, если преподаватель использует моделирование в процессе обучения, он должен говорить об этом прямо. В его задачу входит найти убедительные аргументы в пользу того, что моделирование заслуживает доверия, и в то же время постоянно подчеркивать, что в случае возникновения каких-либо сомнений следует обращаться к реальному эксперименту.
Работа с имитационной системой может развивать мышление не только эмпирического, но и теоретического типа, поскольку она сочетает в себе внешние особенности изучаемого объекта во взаимодействии с его внутренней структурой и связями, которые непосредственно наблюдать невозможно. Тем самым форма знаний об объектах оказывается носителем содержания знаний [40].
Кроме того, имитационная модель пожара - не только способ обобщения и представления учебного материала, но и орудие (средство) его формирования. Необходимо вовлечь обучаемых в самостоятельную деятельность учения, имитируя практическую деятельность, усиливая возможности анализа изучаемых явлений и процессов.
Использование компьютерного моделирования позволяет построить обучение на основе проблемно-ситуационного подхода, даёт возможность реализовать деятельностные методики обучения, активизирует интерес к процессу обучения, улучшает его качество за счёт повышения уровня восприятия учащимися изучаемого материала и добавления нового дидактического средства в образовательный процесс [8, 21, 25, 45].
Внедрение систем моделирования пожаров в процесс подготовки специалистов пожарной безопасности позволит реализовать на практике активные методы обучения и индивидуальный подход к каждому обучаемому, сократить время на изучение сложных газодинамических и теплообменных процессов, происходящих при пожаре, повысить мотивацию к занятиям, а также даст возможность преподавателю редактировать и корректировать сценарий обучения в зависимости от успеваемости студентов. При этом будет обеспечен переход к качественно новому уровню педагогической деятельности, значительно увеличатся её дидактические, информационные и методические возможности, что будет способствовать повышению успеваемости и качества подготовки выпускников к осуществлению своей будущей профессиональной деятельности.
Проблемы использования математических моделей пожаров в режиме реального времени
Итак, рассмотрим более подробно математические модели пожара на предмет их использования в качестве базового процессора для имитационной системы развития и тушения пожара.
В математическом отношении три ранее названных вида моделей пожаров (дифференциальные, интегральные, зонные) характеризуются разным уровнем сложности, обусловленным степенью детализации физико-математической картины пожара.
Наиболее сложными, конечно, являются полевые модели, так как они состоят из системы трёх- или двумерных нестационарных дифференциальных уравнений в частных производных, численные методы решения которых в настоящее время продолжают развиваться [7, 17, 53, 64]. Из-за ограничения на шаг счета по времени расчёт одного варианта задачи с помощью таких моделей даже на современных ЭВМ может составлять 1-3 месяца [58]. Таким образом, на сегодняшний день не представляется возможным применять дифференциальные методы при построении имитационных систем развития пожара, работающих в режиме реального времени.
Существуют и другие проблемы, ограничивающие пока возможности практического использования дифференциальных моделей (например, недостаточная изученность явления турбулентности, которую необходимо учитывать в этих моделях).
В зонных моделях [5, 13, 16, 26, 81] помещение разбивается на отдельные зоны, в которых для описания тепломассообмена используются соответствующие уравнения законов сохранения. Размеры и количество зон выбираются таким образом, чтобы в пределах каждой из них неоднородности температурных и других полей параметров газовой среды были минимальными, или из каких-то других предположений, определяемых задачами исследований и расположением горючего материала.
Такой подход не может быть реализован в тренажёре в условиях неопределенности конфигурации объекта: заранее неизвестны ни планировка помещений, ни расположение горючей нагрузки, проёмов и источников зажигания. Особенно если принять во внимание, что эти условия могут изменяться в процессе моделирования (открываться-закрываться проёмы, появляться новые источники зажигания и т.п.).
Наиболее эффективным для использования в компьютерной имитационной системе нам представляется метод интегрального моделирования. Основным достоинством интегральных моделей является возможность проведения на ЭВМ относительно быстрого и нетрудоемкого многофакторного комплексного исследования динамики развития ОФП в помещении. Интегральная математическая модель пожара по сравнению с другими менее требовательная к конкретике при описании расчетных исходных данных. Например, из характеристик помещения в формулах используются только объём и высота помещения, а применительно к горючей нагрузке достаточно знать площадь пожара в каждый момент времени и пожароопасные свойства горючего материала. Это позволит, по нашему мнению, после некоторых доработок использовать интегральную модель пожара не только в рамках предустановленных конфигураций помещений, но и позволит пользователю самому проектировать систему помещений, а также изменять многие параметры уже в процессе моделирования (что принципиально необходимо при использовании имитационной системы в качестве тренажёра).
Конечно, по сравнению с другими интегральная модель менее детально отражает состояние опасных факторов пожара в помещении. Однако в рамках данной работы, когда требуется показать только характер их изменения, общую картину происходящего на пожаре, показать влияние на развитие пожара активных систем (пожаротушения, вентиляции и др.), среднеобъёмных значений вполне достаточно. Кроме этого, только при интегральном моделировании может быть достигнута необходимая для работы в режиме реального времени скорость вычислений. А локальные значения параметров состояния среды в помещении могут быть получены из дополнительных эмпирических соотношений.
Однако и в этом случае есть некоторые проблемы, которые предстоит разрешить. Во-первых, существует проблема, связанная с тем, что ни интегральные, ни зонные, ни дифференциальные модели пожаров не позволяют определить площадь пожара: они лишь отражают термодинамические, физико-химические, конвективные и другие процессы, сопровождающие горение вещества на некоторой уже известной площади.
Поэтому при моделировании пожаров в помещениях площадь пожара принимается либо постоянной (например, горение разлившейся на определённой площади горючей жидкости [34, 60]), либо определяется с помощью вспомогательных моделей развития пожара по площади (рисунок 1.4). Одни из таких моделей существенно ограничены очень узкой областью применения (частные случаи горения некоторых веществ при определённых условиях [13, 49, 51, 55]), что делает невозможным их использование в тренажёре, другие - «геометрическим» подходом, когда площадь пожара представляется в виде совокупности элементарных геометрических фигур [12, 30, 35, 49, 68, 71] (рисунок 1.5). Такой метод делает невозможной разработку имитационной системы развития пожара по нескольким помещениям или хотя бы по одному помещению произвольной (введённой пользователем) формы, так как для каждой формы помещения нужна своя модель распространения пожара. Примером такого подхода в построении имитационной системы является компьютерная программа «INTMODEL», применяемая в настоящее время в пожарно-технических учебных заведениях, реализующая интегральную модель пожара в одном помещении только прямоугольной формы, только с центральным расположением источника зажигания (табл. 3.1, также [35]).
Интегральная математическая модель пожара
Интегральная математическая модель пожара представлена системой обыкновенных дифференциальных уравнений, описывающих изменение среднеобъёмных параметров состояния газовой среды в помещении в процессе развития пожара, которые впервые были сформулированы в 1976 г. профессором Ю.А. Кошмаровым. Они вытекают из фундаментальных законов природы - первого закона термодинамики для открытой термодинамической системы и закона сохранения массы. Подробный вывод этих уравнений приведён в работах [36, 37], мы же ограничимся лишь кратким изложением принятых допущений и отношений интегральной модели пожара, в том виде, в котором они использовались при разработке тренажёра.
С позиций термодинамики газовая среда, заполняющая помещение с проемами (окна, двери и т.п.), есть открытая термодинамическая система. Ограждающие конструкции (пол, потолок, стены) и наружный воздух (атмосфера) являются внешней средой, с которой к эта система взаимодействует путем тепло- и массообмена. В процессе развития пожара через одни проёмы выталкиваются из помещения нагретые газы, а через другие поступает холодный воздух. Количество вещества, т.е. масса газа в рассматриваемой открытой термодинамической системе, в течение времени изменяется. Эта термодинамическая система взаимодействует также с ограждающими конструкциями путем теплообмена. Кроме того, в эту систему с поверхности горящего материала (т.е. из пламенной зоны) поступает вещество в виде газообразных продуктов горения. Таким образом, состояние рассматриваемой термодинамической системы изменяется в результате взаимодействия с окружающей средой.
В интегральной математической модели пожара принимается, что, во-первых, газовая среда внутри помещения при пожаре есть смесь идеальных газов.
В интегральном методе описания состояния термодинамической системы, которой является газовая среда в помещении, используются «интегральные» параметры состояния — масса всей газовой среды и ее внутренняя тепловая энергия. Отношение этих двух интегральных параметров позволяет оценивать в среднем степень нагретости газовой среды. Однако, учитывая, что объём помещения в процессе развития пожара практически не изменяется, используются удельные (среднеобъемные) параметры - среднеобъемная плотность газовой среды рт и среднеобъемная внутренняя энергия и . С
Левая часть уравнения (2.8) есть скорость изменения внутренней тепловой энергии газовой среды в помещении за единицу времени в рассматриваемый малый промежуток времени dr. В правой части этого уравнения первый член представляет собой количество тепла, поступающего за единицу времени в газовую среду в результате горения (скорость тепловыделения). Второй член есть сумма внутренней тепловой энергии воздуха, поступающей за единицу времени. Третий член представляет собой сумму внутренней тепловой энергии, которую уносят за единицу времени уходящие газы. Четвертый член представляет собой тепловой поток, поглощаемый ограничивающими конструкциями и излучаемый через проёмы. QQ — мощность системы отопления, Вт.
Важным и принципиальным требованием к модели, которая может быть положена в основу разработки тренажёра по управлению процессом тушения пожара, является возможность моделировать пожар в здании, состоящем из нескольких помещений.
Однако система уравнений интегральной модели пожара (2.7)—(2.11) и, соответственно, алгоритмы её решения зависят от количества помещений и проёмов между ними. Поэтому имитационная система должна обладать функциями анализа введённой пользователем планировки здания и автоматического построения соответствующей системы балансовых уравнений, чтобы не ограничивать конечного пользователя в проектировании модели здания.
Такая адаптивность комбинированной модели стала возможной благодаря применению метода идентификации гидравлической схемы здания, подобного описанному в работах [9, глава 6; 22; 27; 28].
Для определения газообмена между помещениями и моделирования на его основе распространения продуктов горения по зданию, изменений температуры в помещениях и пр. в рамках интегрального подхода здание заменяется гидравлической схемой — графом, узлы которого моделируют помещения здания, а ветви - связи между ними (проёмы), через которые осуществляется газообмен (рисунок 2.6). Таким образом, математическое моделирование динамики ОФП в помещениях здания осуществляется путём решения системы уравнений газообмена и системы дифференциальных балансовых уравнений, соответствующих графу рассматриваемого здания.
Такой подход позволяет автоматически генерировать систему уравнений в соответствии с введённой пользователем структурой здания без изменений кода программы. Для решения системы уравнений используется допущение о квазистационарности процесса: в течение некоторого малого промежутка времени dr процесс считается стационарным, и уравнения газообмена (2.15), (2.16) решаются для каждого помещения при определенном распределении температур, плотностей и давлений во всех помещениях здания.
Определяя давление в г -ом узле гидравлической схемы, считаем, что давления во всех узлах, связанных с z -ым, известны и равны давлениям на предыдущем временном шаге (при г = 0 — атмосферному давлению). После того, как в процессе решения достигается заданная точность, осуществляется переход к z +l-му узлу этажа. Однако, при сведении баланса массы в z +l-ом узле схемы, баланс массы в z-ом узле нарушается. Для того чтобы получить удовлетворительную точность решения балансовых уравнений для здания в целом организуется итерационный процесс, суть которого состоит в многократном повторении расчета давлений во всех узлах схемы до тех пор, пока при допустимой погрешности решения давления во всех узлах схемы не перестанут изменяться (рисунок 2.7).
Методологические основы исследования сложных систем с применением имитационного моделирования
Исследование сложных систем (которой в частности является пожар в здании) с помощью методов имитационного моделирования, в общем случае, включает в себя следующие основные этапы [67]. 1. Постановка задачи и определение цели исследования. На этом этапе определяют характеристики системы, подлежащие изучению, показатели эффективности и ограничения. Опыт показывает, что постановка задачи является непрерывным процессом, поскольку исследования порождают новую информацию об исследуемой системе, касающуюся ограничений и возможностей альтернативных решений. Поэтому, в процессе исследования необходимо корректировать первоначально поставленные задачи и некоторые показатели. 2. Изучение исследуемой системы. На этом этапе собирают информацию, характеризующую исследуемую систему. Определяют необходимые исходные данные и ограничения. Например, по отношению к пожару, как к объекту исследования, это могут быть свойства горючей нагрузки, планировка здания, характеристики ограждающих конструкций, наличие и типы проёмов и др. 3. Конструирование математической модели системы. В ходе этого этапа выделяют главные факторы, влияющие на функционирование исследуемой системы, и исключают второстепенные, с точки зрения целей моделирования. Это позволяет построить математические модели системы в виде уравнений, вычислительных алгоритмов, графиков, схем и т.д. Применительно к КИС РТП этот этап ограничивается вводом известных данных о горючей нагрузке, вычерчиванием схемы здания и описанием характеристик работы систем противопожарной защиты. Собственно конструирование модели здания и пожара КИС РТП осуществляет без участия пользователя. 4. Планирование машинных экспериментов. Проведение имитационных экспериментов на ЭВМ может требовать значительных затрат труда экспериментатора и машинного времени. Одна из задач исследования состоит в изучении поведения исследуемой системы при наименьших затратах ресурсов всех видов. С этой целью необходимо осуществлять планирование проведения экспериментов. Планирование эксперимента позволяет уменьшить число необходимых испытаний на ЭВМ и может служить собственно структурной основой процесса исследования. Хороший план (сценарий) эксперимента позволяет разработать стратегию сбора исходных данных и установить степень влияния (взаимовлияния) различных факторов на показатели поведения системы с наименьшими затратами. 5. Проведение эксперимента на ЭВМ.
В процессе моделирования может возникнуть необходимость в определении чувствительности окончательных результатов моделирования к изменению параметров системы. При этом значения параметров модели варьируют в некоторых пределах и определяют изменение исследуемых характеристик.
Поскольку многие параметры модели могут быть определены на основе весьма недостоверной информации, знание чувствительности модели к вариациям значений этих параметров очень важно. Если в ходе экспериментов на ЭВМ окажется, что модель нечувствительна (или мало чувствительна) к изменению некоторого параметра, то можно ограничиться его средним значением. Если же при незначительных вариациях величины некоторого параметра результаты моделирования изменяются сильно, то это является основанием для затраты дополнительного времени или средств с целью получения более точных значений оценок этого параметра. 6. Проверка адекватности математической модели. Эта проблема достаточно сложна, так как она связана со многими статистическими, логическими и практическими задачами. В зависимости от вида задачи проверка на адекватность может производиться, например, сравнением полученных с помощью модели выходных данных с аналогичными данными, полученными опытным путём; сравнением имитационной модели с другими, в том числе аналитическими, моделями и др. В общем же случае проблема оценки адекватности модели не имеет полного решения. Важным критерием при этом выступает практика: если в процессе имитационного моделирования не получают результатов, противоречащих практике, то доверие к модели возрастает. Оценка адекватности модели по реальным данным лучше всего даёт представление о качестве модели. 7. Формулировка выводов по данным моделирования и практическое использование результатов моделирования. Моделирование можно считать успешно завершенным, если полученные результаты приняты для внедрения на практике. Основные выводы и рекомендации должны быть четко сформулированы и понятны потребителю. В них должны содержаться сведения для принятия количественно обоснованных решений. Это особенно важно в тех случаях, когда принятие ошибочных решений может привести к нежелательным последствиям или значительным экономическим потерям.
