Модель как результат моделирования

Способы реализации моделей

Классификация моделей по способу их реализации представлена на рис. 17.1.

Классификация моделей но способу их реализации

Рис. 17.1. Классификация моделей но способу их реализации

1. Физические модели.

Физическое моделирование может проводиться в двух формах:

  • а) на основе качественной аналогии; при этом предполагается тождественность субстрата объекта-оригинала и модели; геометрическое соответствие и точные количественные характеристики, как правило, отсутствуют; примеры: натурная модель Солнечной системы, моделирование заболеваний человека на лабораторных животных;
  • б) на основе количественной аналогии; при этом соблюдается геометрическое подобие модели и оригинала и имеется достаточно полное математическое описание последнего; необходимое условие успешного моделирования: равенство значений критериев подобия — определенных безразмерных комбинаций некоторых физических величин, оказывающих влияние на параметры натуры и модели, — для объекта-оригинала и его модели; примеры: макет двигателя внутреннего сгорания, продувка моделей самолетов в аэродинамической трубе.
  • 2. Математические модели.

Представляют собой системы математических уравнений (в первую очередь дифференциальных), которые отражают свойства и поведение объекта моделирования. При разработке математических моделей опираются на физические закономерности, выявленные при экспериментальном исследовании оригинала. В отличие от физических, математические модели позволяют «конструировать» системы и изучать их поведение в таких условиях, которые трудно или невозможно создать в реальном эксперименте. Являются ценным инструментом проверки гипотез, сформулированных на основе опытных данных. Существенно облегчают решение задач планирования научного эксперимента, прогнозирования его реализации и ожидаемых результатов. Благодаря внедрению современной вычислительной техники открылись широкие возможности для исследования сложных систем с помощью математических моделей. Примеры: уравнения Максвелла, описывающие электромагнитные взаимодействия; уравнения Ландау, описывающие явление сверхтекучести, модели распространения эпидемий.

3. Образные (иконические) модели.

Формируются как синтетический результат непосредственного чувственного отражения и деятельности абстрактного мышления (адекватный образ). Благодаря мышлению в модели-представлении осознаются (фиксируются) наиболее общие, существенные стороны объекта-оригинала. Это в равной степени относится и к микрообъектам (элементарным частицам, атомам, молекулам, биологическим микроструктурам). В данном случае свойства мик- рообъскта находят свое выражение в макропроявлениях, которые фиксируются с помощью соответствующих приборов. На основе совокупности показаний различных приборов формируется модельный образ-представление о микрообъекте. По мерс накопления знаний о данном классе микроструктур и совершенствовании технических устройств уточняются (или сменяются новыми) соответствующие модели-представления. Примеры: модель «система упругих шаров» в кинетической теории газов; модель «пульсирующая капля» атомного ядра; планетарная модель атома.

4. Знаковые (символические) модели.

Представляют собой относительно самостоятельные знаковые системы, обладающие высокой степенью абстракции и отражающие наиболее общие закономерности исследуемых классов объектов.

Процесс формирования знаковых моделей в качестве обязательного включает процедуру формализации: задаются алфавит, правила образования «слов» и «формул» из исходных знаков, формулируются правила перехода от одних «слов» и «формул» к другим, формулируются предложения, считающиеся исходными (аксиомы и постулаты).

Исследование закономерностей знаковых систем, как правило, осуществляется вне связи с какой-либо предметной областью. Но только те из них выполняют функцию моделей (т.е. являются инструментом познания), которые в конечном итоге находят интерпретацию в определенной сфере человеческой деятельности.

Наиболее широкое применение знаковые модели получили в математике, математической логике, физике, экономике и др. Примеры: дифференциальное исчисление Ньютона; уравнение Шредингера, описывающее изменение во времени состояния квантовых объектов, характеризуемого волновой функцией.

Классификация моделей

по характеру воспроизводимых сторон оригинала

1. Субстанциональные модели.

Модели, субстрат (материал) которых по своим основным свойствам идентичен субстрату оригинала.

Примеры: уменьшенные в масштабе модели плотин, электростанций, архитектурные модели.

2. Структурные модели.

Модели, имитирующие внутреннюю организацию системы- оригинала.

Основанием структурного моделирования является подобие систем структурных отношений модели и объекта-оригинала.

Структурные модели характеризуются более высоким уровнем обобщенности по сравнению с субстанциональными моделями, так как в меньшей степени «привязаны» к оригиналу (как правило, абстрагируются от его физической сущности). Это обстоятельство открывает большие возможности для построения моделей широкого спектра знаковых и незнаковых систем, причем под различными углами зрения.

Различают структурные модели статических объектов (имитируют внутреннюю геометрическую организацию вещи-оригинала; примеры: ньютоновская модель Солнечной системы, кристаллическая решетка как модель структуры твердого тела) и структурные модели динамических объектов (отражают структуру процессов; примеры: модели производственного процесса, музыкального произведения).

3. Функциональные модели.

Модели, имитирующие способ поведения (функционирования) системы-оригинала.

Функциональные модели отличаются более высокой степенью абстракции по сравнению со структурными моделями, так как они относительно независимы не только от конкретного физического субстрата объекта-оригинала, но и его структуры (предполагается существование некоторого потенциального множества определенных структур, способных выполнять данную функцию).

Поскольку в любой системе каждый элемент несет определенную функциональную нагрузку по отношению к системе в целом и (в той или иной степени) к другим ее элементам, предметом функционального моделирования могут являться как материальные, так и идеальные объекты. По этой же причине сами функциональные модели могут быть материальными или знаковыми.

Пример: модели различных типов пищевого поведения (у животных с периодическим и непрерывным типом питания).

4. Смешанные модели.

В реальных научных изысканиях часто приходится иметь дело со смешанными моделями (структурно-функциональными, функционально-структурными и др.), поскольку нередко отсутствует возможность использовать одно основание моделирования, полностью абстрагируясь от других. Кроме того, большинство встающих в ходе исследования задач носит комплексный характер. Также необходимо иметь в виду, что в процессе самого научного поиска возможна смена «одномерных» (чистых) моделей «многомерными» (смешанными).

Модель молекулы ДНК

Рис. 17.2. Модель молекулы ДНК

Искусственная бислойная липидная модель (липосома)

Рис. 173. Искусственная бислойная липидная модель (липосома)

Примеры: структурно-функциональные модели молекул в химии и молекулярной биологии (рис. 17.2); искусственные бислойные липидные модели (рис. 17.3).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >