Понятие и краткая характеристика моделей

Без особого преувеличения можно сказать, что в своей осо­знанной жизни человек имеет дело с большим количеством са­мых различных моделей. При этом чаще всего он их использует в качестве аналога своего или чьего-то будущего поведения либо какого-либо реального процесса или объекта.

Однако особенно широко понятия «модель» и «моделирова­ние» распространены в сфере науки, образования, а также при выполнении проектно-конструкторских работ и в серийном тех­ническом производстве. Обычно термин «модель» там использует­ся для обозначения а) устройства, воспроизводящего строение или действие какого-либо другого устройства (уменьшенное, уве­личенное или в натуральную величину), и б) аналога (чертежа, плана, графика, схемы, описания...) конкретного явления, пред­мета или процесса.

Важное место при составлении всех моделей принадлежит уме­нию людей строить соответствующие гипотезы и пользоваться аналогиями. Первое понятие часто определяют как предсказание или предположительное суждение, основанное на некотором ко­личестве опытных данных, наблюдений и догадок. Тогда как под аналогией обычно подразумевается представление о каком-либо частном сходстве, причем такое сходство может быть как суще­ственным, так и несущественным, в зависимости от уровня абст­рагирования, определяемого конечной целью исследования.

Гипотезы и аналогии, в определенной мере отражающие реальный, объективно существующий мир, должны обладать на­глядностью или сводиться к удобным для человека логическим схемам. Вот почему моделями также считают некоторые образы или логические схемы, упрощающие рассуждения и логические построения или позволяющие проводить такие эксперименты, которые уточняют представления людей об окружающем их мире. Другими словами, модель обычно играет роль как бы некоторого заменителя реального объекта и используется для его изучения. Только что сделанные пояснения позволяют сделать следующие определения рассматриваемых здесь категорий.

Модель - такой материальный или мысленно представляемый­ объект, который в процессе познания (изучения) замещает объект­-оригинал, сохраняя некоторые его важные для данного исследо­вателя типичные черты. Моделирование - процесс построения и использования модели.

Как следует из данных определений, все модели и методы мо­делирования с определенной условностью могут быть разделены на следующие наиболее общие классы: материальные (реально существующие) и идеальные (мысленно воображаемые) Примера­ми материальных моделей служат лабораторные установки, маке­ты автомашин, а идеальных - описание или пред­ставление любых явлений, процессов и предметов с помощью графических и математических символов и даже слов. Кроме того, среди моделей последней группы иногда выделяют когнитивный тип модели, понимая под ним мысленный образ конкретных объек­тов, допустим, персонажей какого-либо прочитанного вами ли­тературного произведения.

Поскольку один и тот же объект может восприниматься раз­ными людьми по-разному, то и создаваемая ими модель зависит от множества субъективных факторов - объема и качества зна­ний, особенностей мышления и эмоционального состояния, ряда других причин, зачастую не доступных рациональному осозна­нию. Естественно, что по этим же причинам всегда будут отли­чаться между собой и модели одного и того же объекта, создава­емые разными людьми или тем же самым человеком, но, напри­мер, в разном возрасте.

Второй (после субъективности восприятия) особенностью мо­делей служит их относительная неполнота. Дело в том, что при моделировании исследователь всегда исходит из вполне опреде­ленной цели, учитывая только наиболее существенные для ее до­стижения факторы. Поэтому любая созданная им модель не тож­дественна оригиналу: для сравнительно простых объектов она может быть совершеннее оригинала, тогда как для сложных объек­тов она всегда значительно проще его.

К другим важным характеристикам моделей следует отнести то, что называют адекватностью, а также степень их сложности и предсказательности (или потенциальности). Если результаты ис­пользования модели удовлетворяют цели, т. е. могут быть пригод­ными, например, для прогнозирования поведения или свойств оригинала, то говорят, что модель адекватна реальности. Однако, учитывая заложенную при создании неполноту модели, можно утверждать, что идеально адекватная сложному объекту модель принципиально невозможна.

Что касается сложности (или простоты) модели, то уместно сказать следующее: из двух моделей, позволяющих достичь жела­емой цели, предпочтение должно быть отдано более простой. При этом адекватность и простота модели далеко не всегда представ­ляют собой противоречивые требования. Следовательно, для слож­ного объекта можно создать множество разных моделей, отлича­ющихся по степени полноты, адекватности и сложности.

Наконец, говоря о предсказательности модели, обычно имеют в виду ее пригодность для получения новых знаний об объекте­-оригинале. Обоснованно считается, что хорошая модель содержит в себе потенциальное знание, которое человек, исследуя ее, мо­жет приобрести, сделать доступным для других и использовать в практических целях. Именно свойство потенциальности, иногда называемое «богатством» модели, позволяет ей выступать в каче­стве самостоятельного объекта исследования.

Следующая (после особенностей) группа характеристик рассмат­риваемых здесь моделей касается предназначения, а точнее, тех функций, ради которых они и создаются. Самым важным и наиболее распространенным предназначе­нием моделей является их применение в целях исследования и прогнозирования поведения сложных процессов и явлений, в том числе интересующих нас здесь - техносферных. Дело в том, что ряд подобных объектов вообще не может быть изучен непосред­ственным образом, например, в силу быстротечности их процес­сов, дороговизны или опасности натурного исследования. Недо­пустимы также эксперименты с экономикой и прошлым, какого-то государства, поскольку в первом случае всегда будут страдать люди, а во втором - история, которая, как известно, «не терпит сослагательного наклонения».

По этим причинам, проведению крупных и/или сложных экс­периментов всегда должно предшествовать создание и исследова­ние различных моделей, вначале идеальных, а затем и материаль­ных, при необходимости. Тем более что в последнее время появи­лась мощная электронно-вычислительная техника, позволяющая проводить так называемые машинные эксперименты - не столь дорогостоящие и в то же время довольно обстоятельные (учитыва­ющие колоссальное число объективно действующих факторов).

Второе, не менее важное предназначение моделей состоит в том, что с их помощью выявляются наиболее существенные фак­торы, формирующие те или иные свойства объекта-оригинала. Заметим - не все его факторы и свойства, а лишь те, которые интересуют разработчика и пользователя модели. Например, ис­следуя движение тел в атмосфере, конструктор самолета может выяснить, что их ускорение существенно зависит от массы, фор­мы и шероховатости поверхности, но практически не зависит от цвета последней.

Наконец, модель позволяет научиться управлять самим объек­том, апробируя различные варианты воздействия на него. Исполь­зовать в этих целях оригинал часто бывает экономически не вы­годно или рискованно. Допустим, получить первые навыки в уп­равлении тем же самолетом безопаснее, быстрее и дешевле на его тренажерной модели, чем непосредственно подвергать неоправ­данному риску себя и такую дорогостоящую машину.

Более того, поскольку свойства реальных сложных объектов непрерывно меняются с течением времени, то особое значение приобретает задача прогнозирования их состояния под воздей­ствием этого и других факторов. Например, при проектировании, изготовлении и эксплуатации любого сложного технического уст­ройства желательно уметь прогнозировать изменения надежности и безопасности его функционирования, а также определять наи­более эффективные меры по поддержанию таких свойств.

Таким образом, модели и моделирование вообще нужны для того, чтобы а) по­нять, как устроен конкретный объект-оригинал; каковы его струк­тура, основные свойства, закономерности функционирования и развития; б) научиться управлять объектом и процессом его фун­кционирования, в том числе определять наилучшие для него уп­равляющие воздействия при заданных целях и критериях; в) про­гнозировать прямые и косвенные последствия реализации конк­ретных способов и форм воздействия на моделируемый объект.