Види моделювання та їх класифікація

У статті поговоримо про види моделювання. Їх досить багато, і кожен має безліч особливостей.

Моделювання

Перш ніж розглядати види моделювання процесів і явищ, поговоримо про їх загальній класифікації. Вона дуже складна і заплутана в силу того, що саме поняття «модель» має багато значень у різних областях науки і техніки. Класифікація можлива з упором на різні підстави. Так, вона може відбуватися:

  • за характером об’єктів моделювання;
  • за характером самих моделей;
  • за сферами використання (у фізичних науках, техніці, моделювання психіки тощо);
  • за рівнями моделювання (мікрорівень, макрорівень, мезорівень).

При цьому треба розуміти, що в цьому питанні жодна класифікація не буде достатньо повною. Треба враховувати той факт, що якихось конкретних правил, за якими відбувається розподіл груп моделювання, немає. Найчастіше це спирається на практичні, наукові або мовні традиції. Набагато частіше все вирішують певні завдання і умови в конкретному випадку.

Класифікація за характером моделей

Види методів моделювання досить різноманітні, тому ми будемо розглядати не одну, а кілька класифікацій. Найголовніша з них стосується розподілу за характером моделей:

  • Знакове моделювання, в якому об’єктом є креслення, схема або формула. Такі моделі стали досить популярні після розвитку ЕОМ.
  • Уявне моделювання, яке полягає в тому, що думки стають наочними. Для прикладу можна взяти відому модель атома, яку запропонував Нільс Бор.
  • Аналогове моделювання, при якому оригінал та сама модель описуються за допомогою одного і того ж математичного співвідношення. Для прикладу можна привести електричні моделі, які просто незамінні при дослідженні механічних явищ.
  • Предметне моделювання є найпопулярнішим. Воно полягає в тому, що в якості моделі можуть виступати фізичні, геометричні, функціональні або геометричні властивості об’єкта. Для прикладу наведемо модель корпуси швейної машинки або модель споруди.
  • Модельний експеримент. Цей вид стоїть відокремлено, так як в такому випадку в експерименті бере участь не сам об’єкт, а його модель, наділена всіма необхідними якостями. Цей метод ідеально демонструє, наскільки умовна межа між емпіричним і теоретичним пізнанням.
  • Предмет

    У розрізі видів моделювання розглянемо кожен з них окремо. Технічне, або предметне, моделювання використовується при вирішенні практичних завдань. Саме тому так популярно і затребуване. У його основі лежить аналіз і теорія подібностей. Важлива умова такого моделювання – це пропорційність величин, які характеризують реальний об’єкт по відношенню до величин моделі. Наявність пропорційної зв’язку дуже важливо, оскільки воно дозволяє варіювати отримані експериментальні результати для реального об’єкта шляхом множення отриманих значень на єдиний коефіцієнт.

    Висловлюючи коефіцієнти подібності визначених величин через коефіцієнти подібності інших величин можна одержати безрозмірні комбінації для моделі і реального предмета. Саме ці комбінації і є критеріями подібності.

    Дивіться також:  Шотландський віскі: марки та їх особливості

    Другою необхідною умовою предметного моделювання є повна рівність всіх параметрів моделі і реального об’єкта. Однак не завжди вдається досягти такої рівності. Саме тому на практиці дослідники часто використовують наближене предметне моделювання, при якому рівність є не серед усіх елементів. Треба зауважити, що визначити і встановити всі критерії подібності вкрай складно, а іноді і зовсім неможливо.

    Аналог

    Види моделювання систем надзвичайно різняться. Аналогові моделі — це такі, які мають фізичну природу, яка відрізняється від оригіналу повністю, але при цьому загальним і об’єднуючим елементом є функціонування оригіналу і моделі. Для такого виду моделювання обов’язково необхідна математична складова. В якості прикладу аналогових моделей можна навести пневматичні, механічні, електричні або гідравлічні системи. Опис елементів відбувається на логічному і системному рівнях.

    Використовуються спеціальні співвідношення, які дозволяють знаходити залежності між реальним об’єктом і його копією. При цьому тільки в цьому методі може використовуватися не одна, а відразу кілька моделей. Однак аналогове моделювання має два вагомих недоліку. Перший полягає в тому, що побудова правильної моделі вимагає багато затрат фінансових і розумових. Другий недолік полягає в тому, що все одно точність такого моделювання досить низька.

    Знаки

    Види об’єктів моделювання можуть бути представлені у вигляді знаків або символів. У такому випадку модель може бути представлена у вигляді різних схем, формул, креслень і графіків. Різновидом цього типу є математичне моделювання. Саме символи математики дозволяють дуже точно і детально описати властивість, відношення і сторони різних предметів або об’єктів. За допомогою рівнянь дослідник висловлює взаємозв’язки, що виникають у результаті функціонування досліджуваного предмета.

    Чисельне моделювання на ЕОМ, базою для якого є математика, використовується у випадках занадто великих обсягів обчислень, які використовуються для дослідження моделі. Для цього створюється спеціальна програма. У такому разі моделлю є алгоритм.

    Думки

    Багато можуть здивуватися, але існує уявне моделювання. Не тільки види математичного моделювання найбільш важкі, як ми зрозуміємо нижче.

    Такого моделювання в принципі не може бути, якщо немає умов для його фізичного існування. Воно буває різним. Може бути наочним або символічним. Давайте трохи поговоримо про наочному уявному моделюванні. Це такий вид інформаційного моделювання, який носить гіпотетичний характер. Тобто він використовується у тому випадку, якщо реальних і фактичних знань про об’єкт не вистачає для того, щоб створити формальну модель.

    Дивіться також:  Хвороба Хантінгтона: симптоми, причини і лікування

    Схожі елементи

    Часто вона схожа на аналогове моделювання, коли використовуються аналогії на різних рівнях. Якщо об’єкт дуже складний, то використовують різні аналогові моделі, які відображають кілька або ж одну сторону об’єкта. Також сюди входить макетування, яке полягає в тому, що деякі процеси, що відбуваються в реальному об’єкті, можуть просто не піддаватися фізичному моделюванню або передувати йому. Символічне моделювання є штучним процесом створення об’єкта, який замінює реальний. Але сюди відносять мовне моделювання, в основі якого лежить тезаурус. Це словник, у якому немає ніяких неоднозначностей, тобто кожному слову відповідає лише одне поняття. Ми розуміємо, що набір слів у тезаурусі все ж обмежений. Ще одним підвидом є знакові моделі, коли дослідники використовують умовні позначення та операції над ними. Таким чином можна скласти конкретний опис об’єкта.

    Модельний експеримент

    Модельний експеримент проводять у тому випадку, коли прямий експеримент з різних причин неможливий або дуже ускладнений. Для прикладу, він може бути просто економічно не вигідний. Суть модельного експерименту в тому, що досліджується не сам об’єкт, а лише його модель. Зазвичай вона матеріальна. Зазвичай після введення в експеримент моделі дослідження ускладнюється.

    Метод екстраполяції

    Вчені займаються докладними теоретичними дослідженнями різних сторін об’єкта для того, щоб обґрунтувати співвідношення між реальним об’єктом і штучним, а потім екстраполювати отримані дані. Зазначимо, що метод екстраполяції полягає в тому, що переносяться знання з однієї предметної галузі на іншу. Тобто з тією, яку ми знаємо і вивчаємо, на ту, яка нам ще невідома. Основна функція методу екстраполяції полягає в оптимізації самого процесу пізнання. До того ж сама процедура перенесення знань лише на деяку частину самостійна. У неї, до речі, входять такі методи, як аналогія, індукція, математика, моделювання, статистика.

    Види комп’ютерного моделювання

    Зазначимо, що моделей дуже багато. В комп’ютерному моделюванні використовуються в основному математичні, імітаційні і графічні моделі. Вивчення їх будується на трьох етапах. На першому створюється модель, на другому етапі вивчається, а на третьому на практиці застосовуються отримані результати дослідження. Математичні моделі — це знакові моделі, які можуть в числовому співвідношенні описувати деякі об’єкти або процеси. Графічні моделі — це візуальне подання об’єкта або процесу, які настільки складні, що описати їх іншим методом для нормального розуміння неможливо. Імітаційні моделі дозволяють спостерігати за аналогом якої моделі, проводити на ній експерименти, змінювати параметри. З-за того, що з кожним роком вдосконалюється обчислювальна техніка і щосили поширюються персональні комп’ютери, перед моделюванням виникають величезні перспективи розвитку. За допомогою цього методу пізнання можна не тільки досліджувати навколишній світ і різні процеси, але також займатися вивченням людського суспільства.

    Дивіться також:  Honda X4: фото, технічні характеристики, відгуки

    Особливості

    Головною особливістю комп’ютерного моделювання є те, що для нього дуже важливо певне програмне забезпечення. Його засобами власне і здійснюється сам процес. Програмне забезпечення може бути універсальним чи спеціалізованим. Універсальним забезпеченням можуть користуватися практично все, воно знаходиться у відкритому доступі. Але іноді для експерименту створюються спеціалізовані програми, які унікальні. Також комп’ютерне моделювання відрізняється тим, що тут різні види можуть доповнювати один одного. Так, якщо математична формула дуже складна і довга і не може бути представлена для достатнього розуміння, то використовують графічні або імітаційні моделі. Зазначимо, що часом комп’ютерна візуалізація може бути набагато дешевше, ніж відтворення реального прототипу об’єкта. Якщо моделі дуже складні, а необхідно досліджувати кожен елемент, то використовують імітацію. Завдяки комп’ютеру можна відтворити певний цикл минулих подій і за допомогою спеціальних програм обробити величезний масив інформації. Тут важливо розуміти, що комп’ютер — це потужний інструмент для створення і вивчення моделей, але все ж він не може їх вигадувати. Це роль як і раніше належить людині. Абстрактний аналіз завжди виконує людина.

    Математичне моделювання

    Ми розглянули види моделей в моделюванні для того, щоб розуміти, що це області дуже різноманітна. Вони можуть бути представлені як найскладніші формули, так і як картинки. Щоб трохи підсумувати, поговоримо про види математичного моделювання. Воно може бути аналітичним, комбінованим або імітаційним. Останній вид ми вже розглядали вище, але трішки в іншому контексті, проте зупинятися на ньому не будемо. Аналітичне моделювання характеризується тим, що різні процеси описуються у вигляді функціональних співвідношень, наприклад, інтегральних, алгебраїчних, диференціальних і так далі. Також тут дуже важливо логічна умова. При цьому аналітична модель може досліджуватися не лише аналітичними методами, але чисельними і якісними теж. Комбіноване моделювання включає в себе елементи аналітичного та імітаційного. Це процес, коли відбувається аналіз і синтез інформації для об’єднання її в щось комплексне. Перед побудовою комбінованої моделі всі складові розбиваються на підпроцеси. Багато з них замінюються аналітичними моделями. У тих випадках, коли це неможливо, використовується імітаційне моделювання.

    Ми розглянули всі можливі види моделей в моделюванні. З цього ми зрозуміли, який це різноманітний і непростий процес. В якості прикладів видів моделювання були розглянуті найбільш поширені явища.