Моделирование – неотъемлемый этап любой

Человеческой деятельности

 

Понятие модели. Первоначально моделью называли некое вспомогательное средство, объект, который в определенной ситуации заменял другой объект. В результате очень долго понятие «модель» относилось только к материальным объектам специального типа, например, манекен (модель человеческой фигуры), модель плотины, модели судов и самолетов, чучела (модели животных) и т.п. При этом далеко не сразу была понята универсальность законов природы, всеобщность моделирования, т.е. не просто возможность, но и необходимость представлять любые наши знания в виде моделей.

Осмысление понятия модели привело к следующему определению: моделью называется некий объект – заменитель, который в определенных условиях может заменить объект – оригинал, воспроизводя интересующие нас свойства и характеристики оригинала, причем он имеет преимущества перед оригиналом (наглядность, обозримость, доступность испытаний и т.д.). Затем были осознаны модельные свойства чертежей, рисунков, карт. Следующий шаг заключался в признании того, что моделями могут служить и абстрактные построения, например, математические модели. В 20 в. понятие модели становится все более общим, охватывающим и реальные и идеальные модели. Модели могут быть качественно различными, они образуют иерархию, в которой модель более высокого уровня (например, теория) содержит модели нижних уровней (скажем, гипотезы) как свои элементы. Важно, что признание идеальных представлений, научных построений, законов в качестве моделей подчеркивает их относительную истинность.

Целесообразная деятельность и моделирование. Всякий процесс труда есть деятельность, направленная на достижение определенной цели. Целевой характер имеет не только трудовая деятельность, но и отдых, развлечения, игры и т.п. Поэтому следует говорить о различных видах целесообразной деятельности человека. Цель – есть модель состояния, на реализацию которого и направлена деятельность. Однако, роль моделирования этим не ограничивается. Системность деятельности проявляется в том, что она осуществляется по определенному плану (алгоритму). Следовательно, алгоритм – образ будущей деятельности, ее модель. Часто приходится заранее оценивать результат последующих действий, не выполняя их, т.е. проигрывать на модели. Таким образом, моделирование является обязательным, неизбежным действием во всякой целесообразной деятельности, хотя часто и не осознанным.

Цель как модель. Модель является не просто образом – заменителем оригинала, а отображением целевым. Модель отображает не сам по себе объект – оригинал, а то, что нас в нем интересует, т.е. то, что соответствует поставленной цели. Из того, что модель является целевым отображением, следует множественность моделей одного и того-же объекта. Для разных целей требуются разные модели. Сама целевая предназначенность моделей позволяет все многообразие моделей разделить на основные типы – по типам моделей.

Познавательные и прагматические модели. Разделим модели на познавательные и прагматические, что соответствует делению целей на теоретические и практические. Познавательные модели являются формой организации и представления знаний, средством соединения новых знаний с имеющимися. При обнаружении расхождения между моделью и реальностью встает задача устранения этого расхождения с помощью изменения модели. Познавательная деятельность ориентирована на приближение модели к реальности с помощью изменения модели. Прагматические модели являются средством управления, средством организации практических действий или их результата, т.е. являются рабочим представлением целей. При обнаружении расхождений между моделью и реальностью прилагают усилия, чтобы изменить реальность так, чтобы приблизить реальность к модели. Примерами прагматических моделей могут служить планы и программы действий, уставы организаций, кодексы законов, рабочие чертежи и шаблоны, экзаменационные требования и т.д. Основное различие между познавательными и прагматическими моделями заключается в том, что познавательные модели отражают существующее, а прагматические – не существующее, но желаемое и, возможно, осуществимое.

Статические и динамические модели. Для одних целей нам могут понадобиться «моментальные фотографии» интересующего нас объекта. Такие модели называются статическими. Если возникает необходимость в отображении изменений состояния объекта, тогда строятся динамические модели.

Способы воплощения моделей

 

Все модели делятся на абстрактные и материальные.

Абстрактные модели являются идеальными конструкциями, построенными средствами мышления, сознания. Очевидно, что к абстрактным моделям относятся языковые конструкции, т.е. модели, построенные средствами естественного языка. Они являются конечной продукцией мышления, готовой для передачи другим носителям языка. Большую роль в построении моделей играют и неязыковые формы мышления: эмоции, бессознательное, интуиция, озарение, образное мышление, подсознание и т.п. Естественные языки обладают высокой универсальностью, главными их недостатками является расплывчатость понятий. Рано или поздно возникают ситуации, когда это неприемлемо и тогда вырабатываются специализированные языки, более точные, чем естественные, например, языки конкретных наук или языки программирования для ЭВМ. В результате приходим к иерархии языков и соответствующей иерархии типов моделей. На верхнем уровне модели, создаваемые средствами естественного языка, на нижнем – модели, описываемые в точных терминах конкретных наук. Любая отрасль знаний может с тем большим основанием относиться к научной, чем в большей степени в ней используется математика. Математические модели обладают абсолютной точностью, но для их использования в данной области необходимо накопить достаточное количество знаний.

Материальные модели и виды подобия. Чтобы некоторая материальная конструкция могла быть отображением, т.е. заменяла бы в каком-то отношении оригинал, между оригиналом и моделью должно быть установлено отношение подобия. Существуют разные способы установления такого подобия. Прежде всего, это подобие, устанавливаемое в результате физического взаимодействия модели и оригинала: фотографии, макеты, куклы, протезы, шаблоны, выкройки и т.п. Назовем такое подобие прямым. Только при прямом подобии возможна трудно обнаруживаемая невзаимозаменяемость модели и оригинала (копии произведений искусства, фальшивые денежные знаки). С другой стороны, как бы ни хороша была модель, она всего лишь заменитель оригинала, выполняющая эту роль только в каком-то отношении. Часто возникает проблема переноса результатов экспериментов с модели на оригинал. Рассмотрим, например, испытания уменьшенной модели корабля на гидродинамические качества. Часть условий эксперимента можно привести в соответствие с масштабом модели (скорость движения), другая часть условий (вязкость воды, плотность и т.д.) не может быть масштабирована. Задача пересчета результатов эксперимента на модели на масштаб реального изделия становится нетривиальной. Для таких целей разработана специальная теория подобия и размерностей, относящаяся именно к моделям прямого подобия.

Второй тип подобия назовем косвенным. Косвенное подобие между оригиналом и моделью устанавливается не в результате их физического взаимодействия, а объективно существует в природе и обнаруживается в виде совпадения или близости их абстрактных моделей и используется в практике реального моделирования. Наиболее известным примером здесь является электротехническая аналогия. Появляется возможность заменить эксперименты с механической системой на простые опыты с электрической схемой. Роль моделей, обладающих косвенным подобием оригиналу, очень велика. Часы – аналог времени, подопытные животные – аналог человека. Аналоговые вычислительные машины позволяют найти решение почти любого дифференциального уравнения, представляя, таким образом, аналог описываемого уравнением процесса.

Третий, особый, класс материальных моделей образуют модели, обладающие условным подобием, установленным в результате соглашения. Примерами условного подобия служат деньги (модель стоимости), удостоверение личности (модель владельца), рабочие чертежи, карты и т.д.

Знаковые модели и сигналы. Теория связи, теория информации и ряд других наук имеют дело со специфическими моделями условного подобия, которые применяются в технических устройствах без участия человека. Они получили название сигналов. Правила построения и способы использования сигналов, названные кодом, кодированием и декодированием, сами стали предметом широких исследований.

Наука о моделях условного подобия, использующихся непосредственно человеком, называется «семиотика». Сами модели называются знаковыми. Хотя условное подобие в принципе не требует фактического сходства, оно должно строиться с учетом особенностей человека, создателя и потребителя этих моделей (дорожные знаки, числа, пиктограммы, буквы, иероглифы).