Понятие модели и моделирования
Понятие «модель» многозначно. Вот некоторые словарные трактовки этого термина:
- схема или описание явления, процесса;
- образец конструкции;
- воспроизведение предмета в масштабе;
- изображаемый предмет (в искусстве);
- образец для серийного производства;
- предмета для формовки при литье из металла.
В общем случае модель объекта - это другой объект (в том числе воображаемый), который отличается от исходного, но обладает существенными свойствами, полезными при моделировании.
Модель (от лат. modulus — образец) — упрощённое представление об объекте, процессе, явлении реального мира. Моделирование — построение моделей для изучения чего-либо.
Модель позволяет изучать объект путем его упрощения, выделения параметров, представляющих интерес. Она подменяет собой исходный объект. Это оказывается полезным там, где исследование поведения реального объекта связано с высокими затратами. Например, при испытаниях автомобилей на устойчивость к авариям реальные детали заменяют на муляжи с соответствующими свойствами на которые установлены необходимые датчики.
Еще более выгодны с экономической точки зрения информационные модели, в которых процессы реального мира воспроизводятся с помощью компьютеров. Существуют высокотехнологичные тренажеры (симуляторы) для обучения летчиков, машинистов поездов, водителей. Используя их, обучающийся может воссоздать аварийную ситуацию, но при этом вместо реальных разрушений произойдут лишь изменения изображений, демонстрируемых на мониторах. Такой метод не заменяет практики на настоящих устройствах (самолетах, поездах, автомобилях), но позволяет обучаемому привыкнуть к обстановке, которая воспроизводится виртуально, сократить срок обучения, расходы (например, топлива), а также риск поломок и аварий.
Рисунок 1. Симулятор авиационного полета. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Классификация моделей
Можно провести классификацию по цели, способу моделирования, степени формализации, неопределенности, по временнóй зависимости и т.п. Также можно разделить модели на два класса:
- материальные (аналоговые);
- информационные (знаковые, цифровые).
К первым относятся модели, имеющие такую же природу, как и объект моделирования, так и иную материальную природу. Например, для исследования потерь в электропроводниках применяется гидродинамическая модель (течение жидкости в трубках). С помощью электрических резонансных контуров исследуются характеристики пружин и т.п.
Информационные модели делятся на:
- описательные: формулируются на языке общения людей (инструкция, автореферат диссертации, гражданский паспорт и т.д.);
- математические: применяются для описания объектов, процессов, явлений с помощью специального языка формул и уравнений;
- компьютерные: формируются с помощью компьютеров и программного обеспечения.
Иногда выделяют также умозрительные модели, которые формируются в органах мышления человека. Поскольку разные люди воспринимают мир по-разному, умозрительные модели субъективны. После их отделения от сознания автора они становятся информационными или материальными.
Информационные модели - описания объекта моделирования. В современном мире они формируются с помощью компьютерного оборудования и цифрового двоичного кода, в который переводятся данные, предоставленные в любой другой форме.
Информационная модель - не обязательно модель, созданная с помощью компьютера. В доцифровую эпоху существовали модели, выполненные с помощью других носителей информации. Примером могут служить географические пособия, настольные и деловые игры и т.п.
Современные компьютерные информационные модели могут заменять собой описательные (электронные книги, midi-файлы вместо нотной записи), математические (компьютерные вычисления) и даже физические (создание виртуальной реальности).
Примеры информационных моделей
Примеры использования информационных моделей можно видеть в различных областях деятельности: электрические схемы, карты местности, графики, чертежи, таблицы. При этом одни и те же данные можно представить в различных формах, например, сводку по изменениям среднесуточной температуры за период можно представить и как таблицу, и как график.
Когда информационная модель подготовлена и испытана, ее данные можно использовать для формирования реального объекта, прогнозирования его состояний в различных условиях. Например, в машиностроении характеристики сложного устройства (например, двигателя), выражаются в виде чертежей, расчетов допустимых нагрузок. Руководствуясь технической документацией, производственники изготавливают продукцию с заранее рассчитанными параметрами.
Ярким примером информационной модели служат географические карты и схемы. При их подготовке задействуются топографические символы, надписи, таблицы, цветовые комбинации. Если же рассматривать карту-схему метро, то можно обнаружить, что на ней расположение линий не соответствует реальному географическому положению туннелей. Тем не менее, она прекрасно справляется со своей задачей: помогает проложить подземный маршрут между интересующими станциями. Это говорит о том, что информационная модель всегда формируется на некотором уровне абстракции.
Рисунок 2. Схема Московского метро. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Другим хорошо известным примером информационной системы является Таблица Менделеева, где свойства атомов химических элементов распределены в наглядной и компактной форме.
Рисунок 3. Таблица Менделеева. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
