Машинный эксперимент с моделью системы S при ее исследовании и проектировании проводится с целью получения информации о характеристиках процесса функционирования рассматриваемого объекта. Эта информация может быть получена как для анализа характеристик, так и для их оптимизации при заданных ограничениях, т. е. для синтеза структуры, алгоритмов и параметров системы S'. В зависимости от поставленных целей моделирования системы S' на ЭВМ имеются различные подходы к организации имитационного эксперимента с машинной моделью Мм.
Основная задача планирования машинных экспериментов — получение необходимой информации об исследуемой системе S' при ограничениях на ресурсы (затраты машинного времени, памяти и т. п.). К числу частных задач, решаемых при планировании машинных экспериментов, относятся задачи уменьшения затрат машинного времени на моделирование, увеличения точности и достоверности результатов моделирования, проверки адекватности модели и т. д.
Эффективность машинных экспериментов с моделями Мм существенно зависит от выбора плана эксперимента, так как именно план определяет объем и порядок проведения вычислений на ЭВМ, приемы накопления и статистической обработки результатов моделирования системы S'.
'Поэтому основная задача планирования машинных экспериментов с моделью Мм формулируется следующим образом: необходимо получить информацию об объекте моделирования, заданном в виде моделирующего алгоритма (программы), при минимальных или ограниченных затратах машинных ресурсов на реализацию процесса моделирования.
Таким образом, при машинном моделировании рационально планировать и проектировать не только саму модель Ммсистемы S', но и процесс ее использования, т. е. проведение с ней экспериментов с использованием инструментальной ЭВМ.
Тактическое планирование представляет собой определение способа проведения каждой серии испытаний машинной модели Мм, предусмотренных планом эксперимента. Для тактического планирования также имеется аналогия с внутренним проектированием системы S', но опять в качестве объекта рассматривается процесс работы с моделью Мм.
Тактическое планирование эксперимента с машинной моделью Мм системы S' связано с вопросами эффективного использования выделенных для эксперимента машинных ресурсов и определением конкретных способов проведения испытаний модели Мм, намеченных планом эксперимента, построенным при стратегическом планировании.
Тактическое планирование машинного эксперимента связано прежде всего с решением следующих проблем:
1) определения начальных условий и их влияния на достижение установившегося результата при моделировании;
2) обеспечения точности и достоверности результатов моделирования;
3) уменьшения дисперсии оценок характеристик процесса функционирования моделируемых систем;
4) выбора правил автоматической остановки имитационного эксперимента с моделями систем.
Первая проблема при проведении машинного эксперимента возникает вследствие искусственного характера процесса функционирования модели Мм, которая в отличие от реальной системы S' работает эпизодически, т. е. только когда экспериментатор запускает машинную модель и проводит наблюдения.
Решение второй проблемы тактического планирования машинного эксперимента связано с оценкой точности и достоверности результатов моделирования (при конкретном методе реализации модели, например, методе статистического моделирования на ЭВМ) при заданном числе реализаций (объеме выборки) или с необходимостью оценки необходимого числа реализаций при заданных точности и достоверности результатов моделирования системыS'.
проблемой выбора количества реализаций при обеспечении необходимой точности и достоверности результатов машинного эксперимента тесно связана и третья проблема, а именно проблема уменьшения дисперсии. В настоящее время существуют методы, позволяющие при заданном числе реализаций увеличить точность оценок, полученных на машинной модели Мм, и, наоборот, при заданной точности оценок сократить необходимое число реализаций при статистическом моделировании. Эти методы используют априорную информацию о структуре и поведении моделируемой системы S и называются методами уменьшения дисперсии. при подходе к уменьшению дисперсии задача состоит в специальном построении моделирующего алгоритма системы S', позволяющего получить положительную корреляцию, например, за счет управления генерацией случайных величин. Вопрос об эффективности использования метода уменьшения дисперсии может быть решен только с учетом необходимости дополнительных затрат машинных ресурсов (времени и памяти) на реализацию подхода, т. е. теоретическое уменьшение затрат машинного времени на моделирование вариантов системы (при той же точности результатов) должно быть проверено на сложность машинной реализации модели.
последней из проблем, возникающих при тактическом планировании имитационных экспериментов является выбор правил автоматической остановки имитационного эксперимента. Простейший способ решения проблемы — задание требуемого количества реализаций N (или длины интервала моделирования Т). Однако такой детерминированный подход неэффективен, так как в его основе лежат достаточно грубые предположения о распределении выходных переменных, которые на этапе тактического планирования являются неизвестными.
Другой способ — задание доверительных интервалов для выходных переменных и остановка прогона машинной модели Мм при достижении заданного доверительного интервала, что позволяет теоретически приблизить время прогона к оптимальному. При практической реализации введение в модель Мм правил остановки и операций вычисления доверительных интервалов увеличивает машинное время, необходимое для получения одной выборочной точки при статистическом моделировании.