Моделирование в системных исследованиях (его формы; принципы)

Моделированием называется замещение одного объекта другим с целью получения информации о свойствах объекта-оригинала путем изучения объекта-модели. Таким образом, моделирование может быть определено как представление объекта моделью для получения информации об этом объекте путем проведения экспериментов с его моделью.

Теория замещения одних объектов (оригиналов) другими объектами (моделями) и исследования свойств объектов на их моделях называется теорией моделирования.

По форме представления модели подразделяются на два класса: физические и символические модели.

Физические модели представляют класс вещественных (материальных) моделей и подразделяются на модели подобия и аналоговые.

Модели подобия характеризуются некоторыми масштабными изменениями, выбираемые в соответствии с критериями подобия (пример, глобус – модель земного шара). Эти модели характеризуются тем, что природа процесса, его физическая сущность одинаковы как для модели, так и для исследуемого объекта.

Аналоговые модели основаны на известных аналогиях между исследуемыми процессами (механическими, тепловыми, электрическими). Они предназначены для исследования статических и динамических свойств объекта (например, изучение колебаний пружинного маятника осуществляется на модели электрического колебания контура).

Символические модели характерны тем, что параметры исследуемого объекта и отношения между ними представлены семантическими, математическими и логическими символами. Класс символьных моделей весьма широк: словесные описания – сценарии, логические модели –алгоритмы программ, логические таблицы, математические описания – формулы, формализованные математические схемы. В системных исследованиях наибольшее распространение получили математические модели.

Для построения моделей системных объектов существуют правила (принципы), позволяющие корректно осуществлять процесс формализации и исследования объектов. Эти принципы вытекают из общих принципов системного анализа: целенаправленности (цель исследования определяет способы и форму описания исследуемого объекта); многоуровневости в целостно-эволюционном представлении объекта; структурированности (декомпозиции структуры до уровня, достаточно для целей исследования); информационного единства в иерархическом представлении объекта; динамичности объекта.

В принципы системного моделирования, закладываются общие положения: что и когда моделировать, при помощи кого и чего моделировать, на основе какой информации осуществляется моделирование, какой результат должен быть получен в результате моделирования.

Основные принципы:

• принцип достаточности информации;

• принцип инвариантности информации;

• принцип преемственности моделей;

• принцип реализуемости моделей.

Принцип достаточности информации означает, что в какой частной модели должна использоваться только та информация, которая известна с требуемой для результатов моделирования точностью.

Принцип инвариантности информации требует, чтобы используемая в модели входная информация была независима от параметров моделируемой системы, которые еще не известны на данной стадии исследования. Это позволяет избежать ситуации, когда в деле используется информация, которая может быть известна ли по результатам моделирования (что приводи к «цикличности» модели в процессе ее решения).

Принцип преемственности моделей сводится к тому, что каждая последующая модель не должна нарушать свойств объекта, установленных или отраженных в предыдущих моделях. Если же последующая модель не является преемственно предыдущим (а это бывает из-за использования при ее построении новой, дополнительной информации), то ранее построенные модели должны быть скорректированы для обеспечения принципа преемственности.

Принцип реализуемости - необходимо, чтобы каждая частная модель могла быть реализована при помощи современных средств компьютерной техники, а также данный принцип требует обеспечения соответствия точности исходных данных и требуемой точности результатов моделирования.

Сформулированные выше принципы моделирования позволяют избегать методических ошибок и определять методологию построения и исследования моделей сложных систем.

Модель и моделирование, понятие, сущность, содержание

Модель - это такой материальный или мысленно представляемый объект, который в процессе исследования замещает объект-оригинал так, что его непосредственное изучение дает новые знания об объекте- оригинале.

Под моделированием понимается процесс построения, изучения и применения моделей. ^Оно тесно связано с такими гносеологическими категориями, как абстракция, аналогия, гипотеза и др. Процесс моделирования обязательно включает и построение абстракций, и умозаключения по аналогии, и конструирование научных гипотез.

Главная особенность моделирования в том, что это метод опосредованного познания с помощью объектов-заместителей. Модель выступает как своеобразный инструмент познания, который исследователь ставит между собой и объектом и с помощью которого изучает интересующий его объект. Именно эта особенность метода моделирования определяет специфические формы использования абстракций, аналогий, гипотез, других категорий и методов познания.

Необходимость использования метода моделирования определяется тем, что многие объекты (или проблемы, относящиеся к этим объектам) непосредственно исследовать или вовсе невозможно (когда объект недосягаем, как, например, ядро Земли и глубины Вселенной, либо еще реально не существует: будущее состояние экономики, будущие потребности общества и т.п.), или же это исследование требует много времени и средств.

Процесс моделирования включает три элемента: 1) субъект (исследователь), 2) объект исследования, 3) модель, опосредствующую отношения познающего субъекта и познаваемого объекта.

.

Таким образом, изучение одних сторон моделируемого объекта осуществляется ценой отказа от отражения других сторон. Поэтому любая модель замещает оригинал лишь в строго ограниченном смысле. Из этого следует, что для одного объекта может быть построено несколько „специализированных” моделей, концентрирующих внимание на определенных сторонах исследуемого объекта или же характеризующих объект с разной степенью детализации.

На втором этапе процесса моделирования модель выступает как самостоятельный объект исследования. Одной из форм такого исследования является проведение „модельных” экспериментов, при которых сознательно изменяются условия функционирования модели и систематизируются данные о ее „поведении”. Конечным результатом этого этапа является множество (совокупность) знаний о модели К.

На третьем этапе осуществляется перенос знаний с модели на оригинал — формирование множества знаний 5 об объекте. Этот процесс переноса знаний проводится по определенным правилам. Знания о модели должны быть скорректированы с учетом тех свойств объекта- оригинала, которые не нашли отражения или были изменены при построении модели. Мы можем с достаточным основанием переносить какой- либо результат с модели на оригинал, если этот результат необходимо связан с признаками сходства оригинала и модели. Если же определенный результат модельного исследования связан с отличием модели от оригинала (неадекватностью), то этот результат переносить неправомерно.

Четвертый этап - практическая проверка получаемых с помощью моделей знаний и их использование для построения обобщающей теории объекта, его преобразования или управления им. В итоге мы снова возвращаемся к проблематике реального объекта.

Для понимания сущности моделирования важно не упускать из виду, что моделирование не единственный источник знаний об объекте. Процесс моделирования „погружен” в более общий процесс познания. Это обстоятельство учитывается не только на этапе построения модели, но и на завершающей стадии, когда происходит объединение и обобщение результатов исследования, получаемых на основе многообразных средств познания.

Моделирование циклический процесс. Это означает, что за первым четырехэтапным циклом может последовать второй, третий и т.д. При этом знания об исследуемом объекте расширяются и уточняются, а исходная модель постепенно совершенствуется. Недостатки, обнаруженные после первого цикла моделирования, обусловленные малым знанием объекта и ошибками в построении модели, можно исправить в последующих циклах. В методологии моделирования, таким образом, заложены большие возможности саморазвития.

О формах моделирования. Метод моделирования может применяться для исследования объектов любой природы, и в свою очередь любой объект в принципе может стать средством моделирования. При этом природа выбранною объекта-модели оказывает большое влияние на методику познавательного процесса. ч

Все множество моделей принято делить на два больших класса: модели материальные (предметные) и модели идеальные (мысленные). Первые воплощены в каких-либо материальных объектах, имеющих естественное или искусственное происхождение (отобранные в природе или созданные человеком для целей исследования); вторые являются продуктом человеческого мышления; операции с такими моделями осуществляются в сознаний человека.