Классификация моделей и виды моделирования

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ

 

Объектом называется часть реального или воображаемого мира, на который направлена деятельность субъекта - отдельного индивида, группы людей, коллектива или общества в целом. Если в ходе эксперимента измеряют ток в электрической цепи, то она является реальным объектом исследования; проектируемая электрическая цепь - воображаемый объект. Объектами могут быть не только материальные предметы, но также процессы (производственный процесс, технологический процесс, процесс документооборота), свойства (электропроводность), отношения (отношения между работниками в трудовом коллективе), формы мышления (понятия) и т.д.

 

Метод - это способ организации человеческой деятельности. Научный метод исследования включает в себя способы исследования объектов, систематизацию, корректировку новых и полученных ранее знаний. Один из основных принципов научного метода - отказ от некритического признания верным того или иного положения только потому, что так считает какой-то авторитет. Качество (успешность, эффективность) метода проверяется практикой, решением научно-практических задач. Признаками научного метода исследования обычно считают непредвзятость исследования, объективность, воспроизводимость. Другими словами, результат применения метода может быть подтверждён другим компетентным и непредвзятым исследователем.

 

Моделированием называется любой метод исследования, позволяющий получить информацию о некоторой системе (оригинале модели) путём изучения другой системы (модели).

 

Модель системы предназначена для того, чтобы заменить её в ходе исследования или выбора технического решения. Функции модели: исследование модели помогает понять структуру системы, характер и закономерности протекающих в ней процессов, предсказать её поведение, принять правильное техническое решение в ходе проектирования и разработки системы, выбрать оптимальный режим её эксплуатации.

 

КЛАССИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ И ВИДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ

 

Классификацией называется любой метод исследования, в ходе применения которого объекты, выделенные в предметной области, распределяются по классам, семействам, разрядам, видам, группам в зависимости от их общих признаков. Примером может служить классификация живых организмов.

 

В настоящее время отсутствует общепринятая классификаций моделей и видов моделирования. Различают мысленное и реальное моделирование: в ходе мысленного моделирования субъект строит модель системы в своём сознании, реальная же модель существует в виде материального объекта. Графические модели используют графические образы объектов моделирования, на основе представлений человека о реальных объектах создаются наглядные модели, отображающие явления и процессы, протекающие в объекте - макеты, рисунки, фотографии и т. д.

 

Математическое моделирование ставит в соответствие реальной или воображаемой системе математические конструкции, это теоретический метод исследования. Все естественные и общественные науки, использующие математический аппарат, занимаются математическим моделированием: заменяют реальный или воображаемый объект его математической моделью и затем её изучают. Математическое моделирование является частным случаем символьного моделирования - описания системы с помощью какого-то языка.

 

Статическая модель характеризует состояние объекта в фиксированный момент времени, динамическая модель отражает изменение состояний объекта с течением времени. В дискретных динамических моделях состояния системы изменяются через определённые промежутки времени, в непрерывных динамических моделях изменение состояний системы происходит непрерывно. Детерминированные модели отображают детерминированные процессы: предполагается, что состояние модели в начальный момент времени однозначно определяет все последующие состояния, случайные воздействия на систему отсутствуют. Такие случайные воздействия учитывают стохастические модели.

 

Как правило, прямые экспериментальные исследования оригинала модели осложняются целым рядом факторов. К ним относятся слишком большие или слишком малые размеры системы, слишком быстрая (медленная) скорость процесса, высокая (низкая) температура, отсутствие оригинала модели (когда моделируемая система только проектируется). Основой натурного (физического) моделирования служат эмпирические методы исследования - наблюдение, измерение, эксперимент, они направлены на изучение чувственно воспринимаемых объектов. В ходе натурного моделирования процессы, протекающие в модели и её оригинале качественно однородны. Примерами натурного моделирования могут служить эксперименты с моделями самолётов в аэродинамических трубах и с моделями судов в опытовых бассейнах. Оно применяется в тех случаях, когда целью исследования является не выяснение общих физических закономерностей,а детальное изучение вполне конкретного протекающего в системе с определёнными геометрическими и физическими характеристиками при заданных режимных условиях.

 

При аналоговом моделировании физические процессы в модели и её оригинале качественно различны, однако между ними существует определённая аналогия (сходство). Например, постоянный электрический ток в проводнике можно представить с помощью течения жидкости по трубе. Физическая географическая карта является аналоговой моделью поверхности Земли, на ней с помощью цвета выделены особенности рельефа местности, кружочками обозначены населённые пункты и т. п.