В 1870 г. английское Адмиралтейство спустило на воду новый броненосец “Кэптен”. Корабль вышел в море и совершенно неожиданно для всех перевернулся. Погибло 523 человека. Неожиданно для всех, кроме одного человека - английского ученого-кораблестроителя В. Рид. Этот ученый построил игрушку-модель броненосца и, проведя несложные опыты, установил, что корабль обязательно опрокинется даже при небольшом волнении еще до спуска корабля на воду. Кораблестроителю тогда не поверили.
Мы знакомимся с понятием «модель» с первых наших игр – с игрушек (машинки, куклы), с первых игр (строительство из кубиков дома, игра в «Дочки-матери»). Если говорить в целом о человечестве, то и оно познакомилось и активно использует «игрущки» с давних пор. Об этом можно судить, например, по наскальным рисункам наших предков (моделирование успешной охоты).
При проведении системного анализа, научных исследований одной из проблем является проблема эксперимента. На реальных объектах подчас проводить опыты не возможно по техническим, моральным, этическим проблемам или проблемам безопасности. Часто это сложно с организационной и экономической стороны. Опыт человечества показывает, что лучше эксперименты проводить на моделях, а не на реальном объекте и ли моделируя процесс.
Что же такое «модель» и моделирование?
Определений множество. Если обобщить их, то получится что модель – это образ, заместитель реального объекта, а моделирование – процесс создания моделей или процесса и экспериментирование с моделями.
6.1.2 Классификация моделей
Признаки, по которым классифицируются модели:
1. Область использования.
2. Учет фактора времени и области использования.
3. По способу представления.
4. Отрасль знаний (биологические, исторические, социологические и т. д.).
Рассмотрим три первые классификации моделей в соответствии с их классификационными признаками.
1 классификация - по признаку « Область использования»
1.1. Учебные: наглядные пособия, обучающие программы, различные тренажеры;
1.2. Опытные:модель корабля испытывается в бассейне для определения устойчивости судна при качке;
1.3. Научно-технические:ускоритель электронов, прибор, имитирующий разряд молнии, стенд для проверки телевизора;
1.4. Игровые:военные, экономические, спортивные, деловые игры;
1.5. Имитационные: эксперимент либо многократно повторяется, чтобы изучить и оценить последствия каких либо действий на реальную обстановку, либо проводится одновременно со многими другими похожими объектами, но поставленными в разных условиях).
2 классификация - по признаку «Учет фактора времени и области использования»
2.1. Статистическая модель – это как бы одномоментный срез по объекту.
Пример: Вы пришли в стоматологическую поликлинику для осмотра полости рта. Врач осмотрел и всю информацию записал в карточку. Записи в карточке, которые дают картину о состоянии ротовой полости на данный момент времени (число молочных, постоянных, пломбированных, удаленных зубов) и будет являться статистической моделью.
2.2. Динамическая модельпозволяет увидеть изменения объекта во времени.
Пример: та же самая карточка школьника, которая отражает изменения, происходящие с его зубами за определенный момент времени.
3 классификация - по признаку «По способу представления»
Первые две большие группы: материальные и информационные. Названия этих групп как бы показывают, из чего сделаны модели.
Материальные модели иначе можно назвать предметными, физическими. Они воспроизводят геометрические и физические свойства оригинала и всегда имеют реальное воплощение.
Примеры: Детские игрушки. Школьные пособия, физические и химические опыты, географические карты, схемы солнечной системы и звездного неба и многое другое.
Материальные модели реализуют материальный (потрогать, понюхать, увидеть, услышать) подход к изучению объекта, явления или процесса.
3.1. Информационные моделинельзя потрогать или увидеть воочию, они не имеют материального воплощения, потому что они строятся только на информации. В основе этого метода моделирования лежит информационный подход к изучению окружающей действительности.
Информационные модели – совокупность информации, характеризующая свойства и состояния объекта, процесса, явления, а также взаимосвязь с внешним миром.
Информация, характеризующая объект или процесс, может иметь разный объем и форму представления, выражаться различными средствами. Это многообразие настолько безгранично, насколько велики возможности каждого человека и его фантазии. К информационным моделям можно отнести знаковые и вербальные.
3.1.1. Знаковая модель– информационная модель, выраженная специальными знаками, т. е. средствами любого формального языка. Это рисунки, тексты, графики и схемы.
По способу реализации знаковые модели можно разделить на две группы:
-- компьютерные знаковые модели;
-- некомпьютерные знаковые модели.
3.1.2. Вербальная(от лат «verbalis» – устный) модель –информационная модель в мысленной или разговорной форме.
Это модели, полученные в результате раздумий, умозаключений. Они могут так и остаться мысленными или быть выражены словесно. Примером такой модели может стать наше поведение при переходе улицы. Человек анализирует ситуацию на дороге (что показывает светофор, с какой скоростью и на каком расстоянии движутся автомобили и т. п.) и вырабатывает свою модель поведения. Если ситуация смоделирована удачно, то переход будет безопасным, если нет, то может произойти авария. К таким моделям можно отнести идею, возникшую в голове изобретателя, музыкальную тему, промелькнувшую в голове композитора, рифму, прозвучавшую пока в голове поэта.
Знаковые и вербальные модели, как правило, взаимосвязаны. Мысленный образ, родившийся в мозгу человека, может быть облечен в знаковую форму. И, наоборот, знаковая модель – помогает сформировать в сознании верный мысленный образ.
6.1.3 Моделирование
Наряду с понятием «модели» используется и термин «моделирование». Виды моделирования:
3.а) Материальное (физическое) – реальный объект заменяется его увеличенной или уменьшенной копией, допускающая исследование. Примеры: в астрономии - планетарий, в архитектуре - макеты зданий, в самолетостроении - модели летательных аппаратов и т.п.
3.б) Идеальное моделирование - основано не на материальной аналогии объекта и модели, а на аналогии идеальной, мыслимой.
3.в) Знаковое моделирование – это моделирование, использующее в качестве моделей знаковые преобразования какого-либо вида: схемы, графики, чертежи, формулы, наборы символов.
3.г) Математическое моделирование- это моделирование, при котором исследование объекта осуществляется посредством модели, сформулированной на языке математики: описание и исследование законов механики Ньютона средствами математических формул.
Основной задачей процесса моделирования является выбор наиболее адекватной к оригиналу модели и перенос результатов исследования на оригинал. Существуют достаточно общие методы и способы моделирования.