Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования Ставропольский Государственный Аграрный Университет Лекция 14 на тему «Перспективы использования имитационных моделей» по дисциплине «Имитационное моделирование экономических процессов»

Вопросы: 1. Перспективы использования компьютерного моделирования в информационном обществе 2. Перспективы развития методов и средств моделирования систем в свете новых информационных технологий Контрольные вопросы.

1. Перспективы использования компьютерного моделирования в информационном обществе Процесс проектирования информационных систем, реализующих новую информационную технологию, непрерывно совершенствуется. В центре внимания инженеров-системотехников оказываются все более сложные системы, что затрудняет использование физических моделей и повышает значимость математических моделей и машинного моделирования систем. Машинное моделирование стало эффективным инструментом исследования и проектирования сложных систем. Актуальность математических моделей непрерывно возрастает из-за их гибкости, адекватности реальным процессам, невысокой стоимости реализации на базе современных ЭВМ.

Современные вычислительные средства позволили существенно увеличить сложность используемых моделей при изучении систем, появилась возможность построения комбинированных, аналитико-имитационных моделей, учитывающих все многообразие факторов, имеющих место в реальных системах, т. е. использования моделей, более адекватных исследуемым явлениям. Одной из основных в настоящее и ближайшее время будет проблема информатизации образования в условиях перехода к информационному обществу. В конце текущего столетия, по определению Н. Винера, человечество переходит из века энергетики в век информатики, общество из индустриального превращается в информационное. В этих условиях информатизацию можно рассматривать как процесс перехода от индустриального общества к информационному.

Начиная с 80-х годов сумма знаний в обществе возрастает вдвое за каждые два года. Происходит перераспределение трудовых ресурсов из материального производства в сферу информации. В ряде стран суммарные расходы на компьютерную технику, телекоммуникации, электронику превышают расходы на энергетику, т. е. в силу уверенно вступает век информатизации Для информационного общества характерно полное удовлетворение информационных потребностей при завершении формирования единой информационной среды, которая определяет и информационную культуру общества и каждого человека. Информационная культура не ограничивается системой знаний в области информационных процессов и должна включать активно- преобразовательный аспект отношения к миру. В создании информационной культуры лидирующая роль принадлежит образованию.

Достижениями информатики, в которой, как в научном направлении, можно выделить 3 уровня: физический программно-аппаратные средства вычислительной техники и техники связи, т. е. средства телематики (телекоммуникаций и информатики); логический информационные технологии; прикладной пользовательские информационные системы. Моделирование вообще и компьютерное имитационное моделирование, в частности, получает применение в таких информационных технологиях как: компьютерные программы, включающие в себя электронные учебники, тренажеры, тьюторы, лабораторные практикумы, тестовые системы, деловые игры, использующие машинные имитаторы; системы на базе мультимедиа технологий, построенные с использованием персональных ЭВМ, видеотехники, накопителей на оптических дисках, включая системы виртуальной реальности;

интеллектуальные и обучающие экспертные системы, широко использующие имитационный подход в различных предметных областях; распределение базы данных по отраслям знаний, электронные библиотеки, распределенные и централизованные издательские системы; средства телекоммуникации, включающие в себя электронную почту, телеконференции, локальные и региональные сети связи, цифровые сети интегрального обслуживания и т. д. с использованием новых интеллектуальных сетевых технологий; геоинформационные системы, базирующиеся на технологии, объединяющей компьютерную картографию и системы управления базами данных, и реализующие технологию создания многослойной электронной карты, опорный слой которой описывает географию территории, а каждый из остальных слоев один из аспектов состояния территории;

технологии защиты информации, включая защиту от несанкционированного доступа в ПЭВМ, защиту от перехвата в сетях и т. п. Важно отметить, что, говоря о совокупности средств информатизации, следует иметь в виду не только средства вычислительной техники и некоторую «сумму информационных технологий», но также и сумму общественных знаний и умений по использованию указанных средств, которая может быть определена как уровень общественного (или организационного) обучения Очевидно, что ни одна предметная область, в том числе и машинное моделирование, не может перешагнуть через некоторые объективные стадии такого общественного обучения.

Этот факт впервые был облечен в форму модели стадий роста Р. Ноланом в 1979 г. Эта модель показывает, как изменяются расходы на информатизацию, которые определяют уровень организационного обучения, в зависимости от степени проникновения информационной технологии в деятельность организации. Таким образом, наряду с психологической необходимо обеспечить и профессиональную подготовленность пользователей. Особенно это актуально в сфере использования ЭВМ для целей имитации широкого класса систем. Этот факт впервые был облечен в форму модели стадий роста Р. Ноланом в 1979 г. Эта модель показывает, как изменяются расходы на информатизацию, которые определяют уровень организационного обучения, в зависимости от степени проникновения информационной технологии в деятельность организации.

Информатизация является объективной реальностью. Возникает вопрос, не может ли информатизация предотвратить глобальный кризис цивилизации и явиться основным механизмом свершения образовательной революции. Считается возможным становление новой системы непрерывного открытого гибкого дистанционного образования на базе перспективных информационных технологий. Это возможно, если вложить в информационные технологии необходимое гуманистическое содержание. В этом смысле цель информатизации общества создание гибридного интегрального интеллекта всей цивилизации, способного предвидеть и управлять развитием человечества. В настоящее время в образовании создано и внедрено достаточно большое количество программных и технических разработок, реализующих отдельные информационные технологии.

Но при этом используются различные методические подходы, несовместимые технические и программные средства, что затрудняет тиражирование, становится преградой на пути общения с информационными ресурсами и компьютерной техникой, приводит к распылению сил и средств. Переход к информационному обществу предполагает формирование информационной культуры, как свода правил поведения в информационном обществе, в коммуникационной среде, человеко-машинных системах, вписывающихся в мировую гуманистическую культуру человечества. Вхождение пользователя в мировую сеть (например, Internet) позволяет получать огромные потоки информации, в том числе и для целей моделирования.

Информатизация должна предусматривать эволюционное развитие методологии образования. Не отрицание, а последовательное эволюционное развитие сложившейся методологии образования за счет использования явных преимуществ компьютерных технологий, включая и имитационное моделирование (наглядность, возможность использования различных форм представления информации звук, изображение, удаленный доступ, обработка и хранение больших объемов информации), должно стать основой опережающего развития образования. Информатизация может внести существенные изменения в структуру и организацию учебного процесса. Использование персонального компьютера открывает принципиально новые возможности в организации изучения физических явлений с помощью машинной имитации. При традиционном подходе физическое понимание по существу в процессе выполнения необходимых математических преобразований и вычислений, представляет собой наибольшую трудность.

Благодаря специально разработанным программам имитации физических процессов в реальных системах такую работу берет на себя компьютер, и необходимо не само добывание результата, а выявление и усвоение его физических причин. Другими словами, теперь доминирует роль идей и качественных методов исследования, которые связаны с гораздо большей наглядностью и образностью мышления. При этом заметно возрастает эмоциональный фактор, и предмет изучения становится не только доступным, но и интересным

2 Перспективы развития методов и средств моделирования систем в свете новых информационных технологий В последние годы основные достижения в различных областях науки и техники неразрывно связаны с процессом совершенствования ЭВМ. Сфера эксплуатации ЭВМ – бурно развивающаяся отрасль человеческой практики, стимулирующая развитие новых теоретических и прикладных направлений. Ресурсы современной информационно-вычислительной техники дают возможность ставить и решать математические задачи такой сложности, которые в недавнем прошлом казались нереализуемыми, например моделирование больших систем. Аналитические и имитационные методы

Исторически первым сложился аналитический подход к исследованию систем, когда ЭВМ использовалась в качестве вычислителя по аналитическим зависимостям. Поэтому в настоящее время наряду с построением аналитических моделей большое внимание уделяется задачам, оценки характеристик больших систем на основе имитационных моделей, реализованных на современных ЭВМ с высоким быстродействием и большим объемом оперативной памяти. Причем перспективность имитационного моделирования как метода исследования характеристик процесса функционирования больших систем возрастает с повышением быстродействия и оперативной памяти ЭВМ, с развитием математического обеспечения, совершенствованием банков данных и периферийных устройств для организации диалоговых систем моделирования.

Это, в свою очередь, способствует появлению новых «чисто машинных» методов решения задач исследования больших систем на основе организации имитационных экспериментов с их моделями. Причем ориентация на автоматизированные рабочие места на базе персональных ЭВМ для реализации экспериментов с имитационными моделями больших систем позволяет проводить не только анализ их характеристик, но и решать задачи структурного, алгоритмического и параметрического синтеза таких систем при заданных критериях оценки эффективности и ограничениях.

Достигнутые успехи в использовании средств вычислительной техники для целей моделирования часто создают иллюзию, что применение современной ЭВМ гарантирует возможность исследования системы любой сложности. При этом игнорируется тот факт, что в основу любой модели положено трудоемкое по затратам времени и материальных ресурсов предварительное изучение явлений, имеющих место в объекте-оригинале. И от того, насколько детально изучены реальные явления, насколько правильно проведена их формализация и алгоритмизация, зависит в конечном итоге успех моделирования конкретного объекта.

При создании больших систем их компоненты разрабатываются различными коллективами, которые используют средства моделирования при анализе и синтезе отдельных подсистем. При этом разработчикам необходимы оперативный доступ к программно- техническим средствам моделирования, а также оперативный обмен результатами моделирования отдельных взаимодействующих подсистем. В зависимости от специфики исследуемых объектов в ряде случаев эффективным оказывается моделирование на аналоговых вычислительных машинах (АВМ). При этом надо иметь в виду, что АВМ значительно уступают ЭВМ по точности и логическим возможностям, но по быстродействию, схемной простоте реализации, сопрягаемости с датчиками внешней информации АВМ превосходят ЭВМ или по крайней мере не уступают им.

Для сложных динамических объектов перспективным является моделирование на базе гибридных (аналого- цифровых) вычислительных комплексов. Такие комплексы реализуют преимущества цифрового и аналогового моделирования и позволяют наиболее эффективно использовать ресурсы ЭВМ и АВМ в составе единого комплекса.. При использовании гибридных моделирующих комплексов упрощаются вопросы взаимодействия с датчиками, установленными на реальных объектах, что позволяет, в свою очередь, проводить комбинированное моделирование с использованием аналого-цифровой части модели и натурной части объекта.

Переход страны к рыночной экономике потребовал развития соответствующего информационного обеспечения. Постепенно в России формировался рынок, в котором информация начинала выступать как ресурс, имеющий коммерческий характер. Наряду с производством систем и средств информатики большое место в настоящее время занимают и информационные услуги, на базе самоокупаемости интенсивно развивается отрасль связи. Информатизация как процесс перехода от индустриального общества к информационному характеризуется резким перераспределением трудовых ресурсов в материальное производство и в сферу информации. Это соотношение изменяется от 3:1 к 1:3.

В ряде стран суммарные расходы на компьютерную технику, телекоммуникации, электронику превысили расходы на энергетику, а поэтому, рассматривая проблему перспектив развития образования, нам необходимо исходить из будущего, поскольку только логически разработанная картина будущего может помочь познать настоящее. Проблема становления информационного общества и составляющая ее проблема, информатизации образования должна рассматриваться в тесной взаимосвязи с проблемой будущего устойчивого развития цивилизации. Для информационного общества характерно полное, удовлетворение информационных потребностей населения при завершении формирования единой информационной среды, определяющей новую культуру как общества в целом, так и каждого человека в отдельности.

Информационная культура как составляющая и базис информационного общества должна закладываться уже в настоящее время. Переход от консервативной образовательной системы к опережающей мог бы базироваться на опережающем формировании информационного пространства Российского образования. Только образование может служить фундаментом новой информационной культуры. Необходимо воспитывать корректное отношение к получаемой информации. Информационное пространство Российского образования должно отвечать национальным интересам и базироваться на традициях отечественной культуры. Повсеместное использование зарубежной компьютерной техники сопровождается планомерным информационным идеологическим воздействием на пользователей.

Уровень информационной подготовки учителя нередко отстает от уровня ученика, работающего на домашнем компьютере, подключенном к сети. Проблема развития интеллекта учащихся не может быть решена только средствами информатики, но проблема развития науки об образовании должна разрешаться с учетом перехода в информационное общество, в котором будет сформирована инфоноосфера личности, а поэтому развитие интеллектуальных способностей личности даже в настоящее время тесно смыкается с проблемой информатизации образования. Возможности информатизации образования определяются современными достижениями информатики и методологией их использования в образовании.

Можно выделить три уровня информатики: физический программно-аппаратные средства вычислительной техники и техники связи; логический информационные технологии; прикладной пользовательские информационные системы. Для физического уровня характерно, что компьютерная техника и техника связи практически вся разработана за рубежом и в лучшем случае наблюдается лишь ее сборка на отечественном производстве. Информатизация города, региона, области базируется на создании единой телекоммуникационной среды.

Отличительными особенностями перспективных сетей являются интеграция услуг, предоставляемых пользователю, цифровизация, комплексное использование проводных, радио- и космических каналов связи, переход к цифровым сетям интегрального обслуживания. Использование волоконно-оптических линий и сетей кабельного телевидения позволяет на одной и той же базе обеспечить передачу речи, видеосигнала, данных, служебной информации и тем самым обеспечить вхождение каждого пользователя как в Российское, так и в мировое информационное пространство. Происходит формирование единой информационной среды на основе объединения банков данных и баз знаний, проектируются конкретные информационные системы в различных областях человеческой деятельности.

Для логического уровня информатики характерно совершенствование существующих, создание и развитие новых информационных технологий. Получили развитие как теория, так и практика информационных технологий. Развивается методология, совершенствуются средства информационных технологий. Уже в настоящее время могут быть выделены базовые информационные процессы и информационные технологии. В настоящее время скорости преобразования технологий производства стали опережать темпы смены поколений, оказывается необходимым не только совершенствование и дополнительная подготовка, но и неоднократное освоение новых видов деятельности в течение трудовой жизни.

В информационном обществе встает проблема обучения, и непрерывное образование становится составной частью жизни каждого человека. В этих условиях информатизация означает изменение всей образовательной системы с ее ориентацией на новую информационную культуру. Освоение новой информационной культуры может в значительной степени реализовываться за счет внедрения в учебный процесс, управление образованием и в повседневную жизнь перспективных информационных технологий.

Весьма актуальным представляется выделение базовых информационных технологий, к которым уже в настоящее время можно отнести технологии распределенного хранения и обработки, офисные технологии, мультимедиа технологии, геоинформационные технологии, технологии защиты информации, CASE-технологии, телекоммуникационные технологии. На основе базовых разрабатываются прикладные информационные технологии по областям применения, позволяющие получать конкретные продукты соответствующего назначения в виде средств, систем, сред.

В рамках указанных технологий в образовании уже в настоящее время получили широкое применение: компьютерные программы и обучающие системы, представляющие собой электронные учебники, учебные пособия, тренажеры, лабораторные практикумы, системы тестирования знаний и квалификации, выполненные на различных типах машинных носителей; системы на базе мультимедиатехнологии, построенные с применением видеотехники, накопителей на CD-ROM и реализуемые на ПЭВМ; интеллектуальные обучающие экспертные системы, которые специализируются по конкретным областям применения и имеют практическое значение как в процессе обучения, так и в учебных исследованиях;

информационные среды на основе баз данных и знаний, позволяющие осуществить как прямой, так и удаленный доступ к информационным ресурсам; телекоммуникационные системы, реализующие электронную почту, телеконференции и т. д. и позволяющие осуществить выход в мировые коммуникационные сети; электронные настольные типографии, позволяющие в индивидуальном режиме с высокой скоростью осуществить производство учебных пособий и документов на различных носителях; электронные библиотеки как распределенного, так и централизованного характера, позволяющие по-новому реализовать доступ учащихся к мировым информационным ресурсам;

геоинформационные системы, которые базируются на технологии объединения компьютерной картографии и систем управления базами данных. В итоге удается создать многослойные электронные карты, опорный слой которых описывает базовые явления или ситуации, а каждый последующий задает один из аспектов, процессов или явлений; системы защиты информации различной ориентации (от несанкционированного доступа при хранении информации, от искажений при передаче информации, от подслушивания и т. д.).

Перспективы применения информационных технологий Методически новые информационные технологии в образовании должны быть проработаны с ориентацией на конкретное применение. Часть технологий может поддерживать учебный процесс (лекционные и практические занятия), другие технологии способны эффективно поддержать разработку новых учебников и учебных пособий. Информационные технологии помогут также эффективно организовать проведение экспериментально-исследовательских работ, как в школе, так и в ВУЗе. Особую значимость информационные технологии приобретают при самостоятельной работе учащихся на домашнем компьютере с использованием современных методов моделирования.

На основе мультимедиа технологии появляется возможность создавать учебники, учебные пособия и другие методические материалы на машинном носителе, которые могут быть разделены на некоторые группы: учебники, представляющие собой текстовое изложение материала с большим количеством иллюстраций, которые могут быть установлены на сервере и переданы через сеть на домашний компьютер. При ограниченном количестве материала такой учебник может быть реализован в прямом доступе пользователя к серверу; учебники с высокой динамикой иллюстративного материала, выполненные на CD-ROM. Наряду с основным материалом они содержат средства интерактивного доступа, средства анимации и мультипликации, а также видеоизображения, в динамике демонстрирующие принципы и способы реализации отдельных процессов и явлений. Такие учебники могут иметь не только образовательное, но и художественное назначение. Огромный объем памяти носителя информации позволяет реализовывать на одном оптическом диске энциклопедию, справочник, путеводитель и т. д;

современные компьютерные обучающие системы для проведения учебно-исследовательских работ. Они реализовывают моделирование как процессов, так и явлений, т. е. создают новую учебную компьютерную среду, в которой обучаемый является активным, и может сам вести учебный процесс; системы виртуальной реальности, в которых учащийся становится участником компьютерной модели, отображающей окружающий мир. Для грамотного использования мультимедиа продуктов этого типа крайне важно изучение их психологических особенностей и негативных воздействий на обучаемого.

системы дистанционного обучения. В сложных социально-экономических условиях дистанционное образование становится Особенно актуальным для отдаленных регионов, для людей с малой подвижностью, а также при самообразовании и самостоятельной работе учащихся. Эффективная реализация дистанционного обучения возможна лишь при целенаправленной программе создания высококачественных мультимедиа продуктов учебного назначения по фундаментальным, естественнонаучным, общепрофессиональными специальным дисциплинам.

Это требует значительных финансовых средств и пока не окупается на коммерческой основе, необходимы существенные бюджетные ассигнования в эту область. Реализация такой программы позволит по-новому организовать учебных процесс, увеличив нагрузку на самостоятельную работу обучаемого. Формирование новой информационной культуры должно базироваться прежде всего на определенном уровне обучения в школе, а поэтому особое внимание следует уделить содержанию программы базового курса информатики, который, с одной стороны, должен быть согласован по содержанию с последующим обучением в ВУЗе, а с другой, должен поддерживать и остальные предметы Школьного образования. В курс информатики уже в настоящее время закладываются сведения по моделирования процессов и явлений, по методологии формирования информационных моделей окружающего мира.

Создание опережающей информационной среды непрерывного Российского образования требует и решения ряда методических и организационных проблем, в том числе следующие: принятие единой системы программно и аппаратно совместимых средств вычислительной техники и техники связи, используемой в непрерывном учебном процессе. Это требует сертификации используемых средств учебного назначения и реализации программы по созданию сертификационных центров и эффективному их использованию; подключение образовательных организаций к единой цифровой сети в последующим выходом в Интернет. Решение этой задачи в значительной степени реализуется в настоящее время в высшем образовании и сдерживается в школьном образовании по финансовым причинам, а также и по сложностям выполнения для отдаленных районов;

формирование единой информационной среды непрерывного образования с созданием баз данных по направлениям и специальностям подготовки, которые бы включали в себя методические документы, энциклопедии, справочники, учебники и учебные пособия, а также дополнительные средства, поддерживающие учебный процесс. Актуальным является представление в международной сети наших достижений и возможностей. Необходима организация обмена информационными ресурсами Российской образовательной системы с международной; необходимо совершенствование инструментальных средств непрерывного образования, ориентированных на ускоренное освоение материала и приобретение устойчивых навыков обучаемых, а также преследующих цели индивидуального обучения. Сюда можно отнести перспективные программные оболочки по разработке компьютерных учебников и методических материалов, про­граммные и аппаратные средства создания компьютерных обучающих систем, средства технологии разработки мультимедиа продуктов и т.д;

необходима организация инфраструктуры информатизации образования как составной части информатизации общества в целом. Эта структура должна обеспечить создание новых, тиражирование и внедрение существующих информационных технологий в непрерывное образование. Идеологически при информатизации образования необходимо учитывать ряд принципиальных позиций: эволюционное развитие сложившейся методологии образования за счет явных преимуществ новых информационных технологий, а именно, возможность наглядного, динамичного представления информатизации с использованием видеоизображений и звука, применения удаленного доступа для ознакомления с внешним и внедрения собственного информационного ресурса в образовании;

непрерывность и преемственность компьютерного образования на всех уровнях обучения от дошкольного до послевузовского. Непрерывность может быть обеспечена компьютерной поддержкой всех предметов и дисциплин учебного процесса; обеспечение свободы выбора методики, стиля и средств общения с целью выявления творческих индивидуальных способности обучаемого в сочетании с возможностью их коллективной деятельности на основе информационных технологий и телекоммуникационных систем.

Создание научно и методически основанной системы базового образования на основе компьютерных технологий. Одним из реальных путей решения проблемы в целом является формирование и реализация региональных научно-технических программ с долевым федеральным и местным бюджетным финансированием при дополнительном использовании внебюджетных средств. Предметом специальных исследований коллективов Высшей школы должны стать содержание, методы и средства развития образования как опережающей системы в будущем информационном обществе. При этом фундаментальное место занимают методы и средства моделирования, на основе которых можно предсказать будущее. Только при устойчивом развитии цивилизации мы можем надеяться на последовательное становление ноосферы как сферы разума. Будущееe развитие человечества должно быть управляемым и в этом аспекте, несомненно, управляемым должно быть и развитие образования.

Контрольные вопросы: Что является перспективным и значимым для теории и практики системного моделирования? В каких информационных технологиях получает применение моделирование вообще и компьютерное имитационное моделирование? Перспективы развития методов и средств моделирования систем в свете новых информационных технологий?