Дальнейшее развитие и совершенствование определений связаны с целями метода моделирования. Три основных выделяются большинством исследователей [2,14]:
Понимание устройства определенной системы, её строения, свойств, закономерностей развития и взаимодействия с окружающим миром
Управление системой, отыскание оптимальных путей управления при определенных целях и критериях
Прогнозирование косвенных и прямых результатов применение данных способов и видов влияния на систему
Все вышеперечисленные цели в некотором механизме обратной связи, другими словами подразумевается не только возможность переноса элементов, свойств и характера взаимодействий на модель, но и наоборот.
Учитывая все это, определение моделирования представляется в следующем виде [15]:
«Моделирование-это опосредованное практическое или теоретическое исследование объекта, при котором непосредственно изучается не сам интересующий нас объект, а некоторая вспомогательная искусственная или естественная система:
1) находящаяся в некотором объективном соответствии с познаваемым объектом;
2) способная замещать его в определенных отношениях;
3) дающая при её исследовании, в конечном счете, информацию о самом моделируемом объекте»
(эти три признака фактически являются определяющими признаками модели)
Приведенное определение, данное И.Б.Новиком и А.А.Ляпуновым, по мнению автора реферата, более полно отражает истинную суть понятия «моделирование» в сравнении с другими ему известными, поэтому в данной работе он будет придерживаться и опираться на него. Единственный недочет (методологического плана) в том, что автор рассматривает отражение «объект–система», вместо «система–система». Данное замечание не столь серьезно, поскольку это определение дано более 50 лет назад, в период, когда уровень науки был ниже, а теория систем только развивалась.
Для большей объективности рассмотрим еще два более современных определения «модели».
Определение И.Т. Фролова:
«Моделирование означает материальное или мысленное имитирование реально существующей системы путем специального конструирования аналогов (моделей), в которых воспроизводятся принципы организации и функционирования этой системы».[25] В этом определении основная идея сводится к тому, что модель — это средство познания, а ее главный признак — отображение, при этом ничего не говорится о третьем признаке Ляпунова, об обратной связи.
Если обратиться к западной философии, то мы увидим, что там превалирует определение, написанное В.А. Штоффом в книге «Моделирование и философия»: «Под моделью понимается такая мысленно представляемая или материально реализуемая система, которая отображая или воспроизводя объект исследования, способна замещать его так, что ее изучение дает нам новую информацию об этом объекте».[27, С.22] Оно хорошо согласуется с определением Новика-Ляпунова, но в нем есть один существенный минус – оно не выделяет относительность характера модели.
В дальнейшем будем отталкиваться от того, что свойство, объединяющее все модели заключается в их способности более или менее отображать реальность. Разнообразный выбор средств и условий реализации их общего свойства влечет за собой появление огромного количества различных моделей, а также рождает проблему их классификации.
2. Классификация моделей и видов моделирования
Общая классификация видов моделирования очень сложна в силу многозначности понятия «модель» в науке и технике. Классифицировать можно, опираясь на разные основания:
по характеру моделей (т. е. по средствам моделирования);
по характеру моделируемых объектов;
по сферам приложения моделирования (моделирование в технике, в физических науках, в химии, моделирование процессов живого, моделирование психики и т. п.)
по уровням («глубине») моделирования, начиная, например, с выделения в физике моделирования на микроуровне (моделирование на уровнях исследования, касающихся элементарных частиц, атомов, молекул) до моделирования на мезо- и макроуровнях.
Из этого следует, какой бы классификация ни была, она будет неполной, особенно если учесть, что не существует каких-то стандартных правил, в соответствии с которыми должна выстраиваться терминология, как правило она опирается на языковые, научные и практические традиции, а еще чаще определяется условиями и задачами в каждом конкретном случае.
Самой распространенной можно назвать классификацию основывающуюся на характере моделей. В соответствии с ней выделяют пять видов моделирования [17]:
1. Предметное моделирование, при котором в модели отражаются геометрические, физические, динамические или функциональные характеристики объекта. К примеру, модель здания или корпуса автомобиля.
2. Аналоговое моделирование, при котором модель и оригинал описываются единым математическим соотношением. В пример можно привести электрические модели, которые используются для изучения гидродинамических и механических явлений.
3. Знаковое моделирование, при котором моделью являются формулы, чертежи, схемы. Знаковые модели стали чаще использоваться в связи с развитием ЭВМ.
4. Со знаковым неразрывно связано мысленное моделирование, при котором модели приобретают мысленно наглядный характер. Примером может в данном случае служить модель атома, предложенная в свое время Бором.
5. Также есть особый вид моделирования, при котором в эксперименте участвует не сам объект, а его модель, в результате чего последний приобретает характер модельного эксперимента. Данный вид моделирования демонстрирует отсутствие четкой грани между методами теоретического и эмпирического познания.
Предметным называется моделирование, в процессе которого исследование проводится на модели, воспроизводящей главные геометрические, физические, динамические и функциональные характеристики реального объекта или процесса. На этих моделях исследуются процессы, происходящие в оригинале — изучаемом объекте или разработке (исследование параметров строительных конструкций, различных механизмов, транспортных средств и т. п.). В случае, если моделируемый объект и объект одной физической природы, то здесь имеет место физическое моделирование.
Явление (процесс, система) также может изучаться опытным путём исследования какого-либо явления другой физической природы, но при условии, что оно характеризуется теми же математическими зависимостями, что и моделируемое явление. Например, напряженное состояние при пластической и упругой деформации описывается идентичными дифференциальными уравнениями. Такое «предметно-математическое» (аналоговое) моделирование часто используется для исследования одних процессов на примере других, более удобных для изучения, учитывая невозможность реализации многих процессов в лабораторных условиях. Так, электрическое моделирование позволяет изучать на электрических моделях механические, гидродинамические, акустические и другие явления. Электрическое моделирование лежит в основе аналоговых вычислительных машин (сейчас, правда, редко использующихся).
При знаковом моделировании в качестве моделей используются знаковые образования какого-либо вида: графики, схемы, планы, чертежи, формулы, слова и предложения в некотором алфавите (естественного или искусственного языка).
Одним из наиболее важных видов знакового моделирования является математическое (логико-математическое) моделирование, реализуемое средствами языка математики и логики. Знаковые образования и их элементы всегда рассматриваются вместе с определенными преобразованиями, операциями над ними, выполняемые человеком или машиной (преобразования математических, химических, логических формул, преобразования состояний элементов цифровой машины, соответствующих знакам машинного языка, и др.). Современный вид «материальной реализации» знакового (в первую очередь, математического) моделирования - это моделировании на универсальных и специализированных цифровых ЭВМ. Они представляют своего рода «пустые формы», которые можно заполнить описанием любого процесса (явления) в виде его программы, т. е. написанного на машинном языке комплекса команд, по которым машина может «пройти» ход моделируемого процесса.
Работа со знаковым моделированием требует понимание знаковых образований и их преобразований: математические уравнения, формулы и другие выражения применяемого при построении модели научного языка особым образом интерпретируются в терминах той предметной области, к которой относится оригинал. Построение знаковых моделей или их фрагментов можно заменить мысленно-наглядным представлением знаков и действий над ними. Этот вид знакового моделирования обычно называют мысленным моделированием. Хотя, это название часто используют для обозначения «интуитивного» моделирования, в котором не применяются никакие жёстко фиксированные знаковые системы, происходящего в плоскости «модельных представлений». Этот вид моделирования присутствует на начальной стадии любого познавательного процесса.
Прежде всего нужно различать «материальное» (предметное) и «идеальное» моделирование; первое можно назвать как «экспериментальное», второе — как «теоретическое» моделирование, хотя такое разграничение весьма приблизительно из-за взаимосвязи и взаимного влияния этих видов моделирования, а также из-за существующих таких «смежных» форм, как «мысленный эксперимент». «Материальное» моделирование состоит, как было упомянуто раньше, из физического и предметно-математического моделирований, а производным последнего является аналоговое моделирование. «Идеальное» моделирование производится как на уровне общих, порой и не до конца осознанных и четких, «модельных представлений», так и на уровне вполне детализированных знаковых систем; первое - мысленное (интуитивное) моделирование, второе — знаковое (самый важный и распространённый вид — логико-математическое моделирование). Также моделирование на ЭВМ (называемое «компьютерным») является «предметно-математическим по форме, знаковым по содержанию». [4]