Общее понятие о моделировании

 

4. Понятие модели и требования  к ним

 

Модель - это упрощенное представление реального устройства и/или протекающих в нем процессов, явлений.

 

Построение и исследование моделей, то есть моделирование, облегчает изучение имеющихся в реальном устройстве свойств и закономерностей. Применяют для нужд познания (созерцания, анализа и синтеза).

 

Моделирование является обязательной частью исследований и разработок, неотъемлемой частью нашей жизни, поскольку сложность любого материального объекта и окружающего его мира бесконечна вследствие неисчерпаемости материи и форм её взаимодействия внутри себя и с внешней средой.

 

Одни и те же устройства, процессы, явления и т. д. могут иметь много разных видов моделей. Как следствие, существует много названий моделей, большинство из которых отражает решение некоторой конкретной задачи. Ниже приведена классификация и дана характеристика наиболее общих видов моделей.

 

Требования к моделям

 

Моделирование всегда предполагает принятие допущений той или иной степени важности. При этом должны удовлетворяться следующие требования к моделям:

 

адекватность, то есть соответствие модели исходной реальной системе и учет, прежде всего, наиболее важных качеств, связей и характеристик. Оценить адекватность выбранной модели, особенно, например, на начальной стадии проектирования, когда вид создаваемой системы ещё неизвестен, очень сложно. В такой ситуации часто полагаются на опыт предшествующих разработок или применяют определенные методы, например, метод последовательных приближений;

 

точность, то есть степень совпадения полученных в процессе моделирования результатов с заранее установленными, желаемыми. Здесь важной задачей является оценка потребной точности результатов и имеющейся точности исходных данных, согласование их как между собой, так и с точностью используемой модели;

 

универсальность, то есть применимость модели к анализу ряда однотипных систем в одном или нескольких режимах функционирования. Это позволяет расширить область применимости модели для решения бомльшего круга задач;

 

целесообразная экономичность, то есть точность получаемых результатов и общность решения задачи должны увязываться с затратами на моделирование. И удачный выбор модели, как показывает практика, -- результат компромисса между отпущенными ресурсами и особенностями используемой модели;

 

Выбор модели и обеспечение точности моделирования считается одной из самых важных задач моделирования.

 

5. Классификация моделей

 

По способу отображения действительности различают три основных вида моделей -- эвристические, натурные и математические.

 

Эвристические модели

 

Эвристические модели, как правило, представляют собой образы, рисуемые в воображении человека. Их описание ведется словами естественного языка (например, вербальная информационная модель) и, обычно, неоднозначно и субъективно. Эти модели неформализуемы, то есть не описываются формально-логическими и математическими выражениями, хотя и рождаются на основе представления реальных процессов и явлений.

 

Эвристическое моделирование -- основное средство вырваться за рамки обыденного и устоявшегося. Но способность к такому моделированию зависит, прежде всего, от богатства фантазии человека, его опыта и эрудиции. Эвристические модели используют на начальных этапах проектирования или других видов деятельности, когда сведения о разрабатываемой системе ещё скудны. На последующих этапах проектирования эти модели заменяют на более конкретные и точные.

 

Натурные модели

 

Отличительной чертой этих моделей является их подобие реальным системам (они материальны), а отличие состоит в размерах, числе и материале элементов и т. п. По принадлежности к предметной области модели подразделяют на следующие:

 

Физические модели. Это -  реальные изделия, образцы, экспериментальные и натурные модели, когда между параметрами системы и модели одинаковой физической природы существует однозначное соответствие. Выбор размеров таких моделей ведется с соблюдением теории подобия. Физические модели подразделяются на объемные (модели и макеты) и плоские.

 

Физическое моделирование - основа наших знаний и средство проверки наших гипотез и результатов расчетов. Физическая модель позволяет охватить явление или процесс во всём их многообразии, наиболее адекватна и точна, но достаточно дорога, трудоемка и менее универсальна. В том или ином виде с физическими моделями работают на всех этапах проектирования;

Технические модели;

 

Социальные модели;

 

Экономические модели, например, Бизнес-модель;

 

Математические модели

 

Математические модели - формализуемые, то есть представляют собой совокупность взаимосвязанных математических и формально-логических выражений, как правило, отображающих реальные процессы и явления (физические, психические, социальные и т. д.). По форме представления бывают:

 

аналитические модели. Их решения ищутся в замкнутом виде, в виде функциональных зависимостей;

 

численные модели. Их решения - дискретный ряд чисел (таблицы). Модели универсальны, удобны для решения сложных задач, но не наглядны и трудоемки при анализе и установлении взаимосвязей между параметрами;

 

формально - логические информационные модели - это модели, созданные на формальном языке.

 

эталонная модель.

 

Математические модели более универсальны и дешевы, позволяют поставить «чистый» эксперимент (то есть в пределах точности модели исследовать влияние какого-то отдельного параметра при постоянстве других), прогнозировать развитие явления или процесса, отыскать способы управления ими. Математические модели -- основа построения компьютерных моделей и применения вычислительной техники.

 

Результаты математического моделирования нуждаются в обязательном сопоставлении с данными физического моделирования - с целью проверки получаемых данных и для уточнения самой модели.

 

Промежуточные виды моделей

 

К промежуточным видам моделей можно отнести:

 

графические модели. Занимают промежуточное место между эвристическими и математическими моделями. Представляют собой различные изображения: графы; схемы; эскизы. Этому упрощенному изображению некоторого устройства в значительной степени присущи эвристические черты; чертежи. Здесь уже конкретизированы внутренние и внешние связи моделируемого (проектируемого) устройства, его размеры; графики;

 

аналоговые модели. Позволяют исследовать одни физические явления или математические выражения посредством изучения других физических явлений, имеющих аналогичные математические модели;

 

Существует и другие виды «пограничных» моделей, например, экономико-математическая и т. д.

 

Выбор типа модели зависит от объема и характера исходной информации о рассматриваемом устройстве и возможностей инженера, исследователя. По возрастанию степени соответствия реальности модели можно расположить в следующий ряд: эвристические (образные) - математические - натурные (экспериментальные).

 

 

 

6. Уровни моделей

 

Количество параметров, характеризующих поведение не только реальной системы, но и её модели, очень велико. Для упрощения процесса изучения реальных систем выделяют четыре уровня их моделей, различающиеся количеством и степенью важности учитываемых свойств и параметров. Это - функциональная, принципиальная, структурная и параметрическая модели.

 

Функциональная модель

 

Функциональная модель предназначена для изучения особенностей работы (функционирования) системы и её назначения во взаимосвязи с внутренними и внешними элементами.

 

Функция - самая существенная характеристика любой системы, отражает её предназначение, то, ради чего она была создана. Подобные модели оперируют, прежде всего, с функциональными параметрами. Графическим представлением этих моделей служат блок-схемы. Они отображают порядок действий, направленных на достижение заданных целей (т. н. функциональная схема). Функциональной моделью является абстрактная модель.

 

Модель принципа действия

 

Модель принципа действия (принципиальная модель, концептуальная модель) характеризует самые существенные (принципиальные) связи и свойства реальной системы. Это - основополагающие физические, биологические, химические, социальные и т. п. явления, обеспечивающие функционирование системы, или любые другие принципиальные положения, на которых базируется планируемая деятельность или исследуемый процесс. Принципиальные исходные положения (методы, способы, направления и т. д.) лежат в основе любой деятельности или работы.

 

Примеры моделей принципа действия: фундаментальные и прикладные науки (например, принцип построения модели, исходные принципы решения задачи), общественная жизнь (например, принципы отбора кандидатов, оказания помощи), экономика (например, принципы налогообложения, исчисления прибыли), культура (например, художественные принципы).

 

Работа с моделями принципа действия позволяет определить перспективные направления разработки (например, механика или электротехника) и требования к возможным материалам.

 

Структурная модель

 

Четкого определения структурной модели не существует. Так, под структурной моделью устройства могут подразумевать:

 

структурную схему, которая представляет собой упрощенное графическое изображение устройства, дающее общее представление о форме, расположении и числе наиболее важных его частей и их взаимных связях;

 

топологическую модель, которая отражает взаимные связи между объектами, не зависящие от их геометрических свойств.

 

Под структурной моделью процесса обычно подразумевают характеризующую его последовательность и состав стадий и этапов работы, совокупность процедур и привлекаемых технических средств, взаимодействие участников процесса.

 

Параметрическая модель

 

Под параметрической моделью понимается математическая модель, позволяющая установить количественную связь между функциональными и вспомогательными параметрами системы. Графической интерпретацией такой модели в технике служит чертеж устройства или его частей с указанием численных значений параметров.

 

7. Социальное моделирование: его  суть, элементы, цели

 

Социальное моделирование - метод исследования обществ. явлений и процессов посредством их воспроизведения в менее сложных формах и проведения необходимых операций с полученными таким образом аналогами или моделями реальных отношений в обществе.

 

Социальное моделирование рассматривалось в работах ученых начиная с XIIX века, однако его становление как самостоятельного научного направления стало развиваться лишь в XX веке. Оно является производной математического и инженерного моделирования. В процессе создания материальных конструктов формировалось представление о концепции моделирования. Постепенно моделирование становится самостоятельной наукой со свойственной ей методологией познавательной деятельности, понятийным аппаратом, логикой концепций, принципами и законами.

 

Одним из базовых элементов социального моделирования является изучение социума, как определенного структурированного и целостного образования - социальной системы. Теория социума строится посредством всестороннего социологического осмысления взаимоотношений и связей между компонентами социальной структуры с позиции структуры и социального действия ее рассматривали в своих работах Б. Гоффман, А. Шюц, Т. Парсонс, Ю. Хабермас, М. Фуко, Э. Гидденс, Э. Дюркгейм, так же анализ социальных систем представлен работами 3. Фрейда, М. Вебера, И. Бергера, М. Уайта, В.В. Орлова, Р.И. Косолапова.

 

Моделирование социальных систем является одним из важнейших направлений процесса познания управленческой деятельности и управленческих отношений и потому выступает как важнейшая функция управления наряду с целеполаганием, нормативно-ценностным регулированием и информационным обеспечением.

 

Общество не может разумно развиваться, не анализируя себя, различные стороны своей деятельности, не контролируя себя, не заглядывая вперед. Но для того чтобы этот анализ был эффективным, он должен опираться на точные, объективные данные, т. е. необходима информационная база, социальная информация. Совокупность проблем, поддающаяся количественному анализу, может быть формализована, выражена языком цифр и обработана на ЭВМ с помощью математического моделирования. Но далеко не все процессы общества поддаются количественному измерению и контролю. Социальные отношения отличаются исключительной сложностью, в них взаимодействуют самые различные факторы, взаимовлияние которых друг на друга неоднозначно, вариативно; причинно-следственные связи, их интенсивность и характер подвижны и неопределенны. К тому же следует учитывать, что все социальные процессы осуществляются людьми, а поступки, мысли, чувства людей не могут иметь числового отображения. Отсюда -- объективно необходимыми становятся различные методы анализа качественного содержания процессов в социальной сфере. А значит, необходимы и самые различные модели, функциями которых являются: углубление познания действующих систем, объектов; определение основных параметров, путей дальнейшего их совершенствования; проведение сравнительного анализа оригинала и модели, выявление качественных характеристик. Моделирование выполняет и важные эвристические функции: выявляет негативные тенденции, определяет позитивные пути решения проблем, предлагает альтернативные варианты. Моделирование выступает, таким образом, в единстве с прогнозированием, являясь его составной частью.

 

Социальное моделирование предполагает три этапа в исследовании:

 

1). формализацию  исследуемого явления и конструирование  соответствующего аналога;