Модельный подход

Осознанное использование материальных моделей как инстру­мента для решения технологических (в литейном·деле) и технических задач началось с глубокой древности. Создаваемые опытным путем материальные модели на всем протяжении истории служили важным средством для создания новой и усовершенствования существующей техники. Материальное моделирование использовалось и в познании. Так, например, английский врач ХVII века У. Гарвей представлял работу сердца и движение крови в системе кровообращения в виде механической модели.

Однако идеальные представления и· научные представления, отражающие свойства и закономерности объективной реальности, вплоть до ХХ века обычно не рассматривались как модели, т.е. с по­ниманием их относительной истинности в рамках определенных предположений и допущений. Ситуация изменилась в 50-70-х годах ХХ века в связи с развитием кибернетики и использованием систем­ного подхода. Общая информационная теория произвольных процес­сов управления и кибернетика как наука об управлении большими динамическими системами внесли огромный вклад в совершенство­вание конкретных, вполне формализованных (математических) иде­альных моделей, а также модельных методов анализа и синтеза систем.

Здесь окончательно выявилась единая сущность понятия «модель» независимо от того, реализована она материально или представляет собой некое идеальное построение. Суть и смысл модели выразились в том, что она несет в себе информацию о свойствах и характеристиках объекта-оригинала, существенных с точки зрения решаемой исследовательской или прикладной задачи. Модель впервые стала восприниматься как общенаучное образование, не связанное со способом ее реализации, и стала семантическим ядром модельного подхода.

Модельный подход необходим в тех случаях, в которых прямое манипулирование с оригиналом крайне затруднено, неэффективно или вообще невозможно. Примерами ситуаций, в которых показано применение моделирования, могут служить:

1) многие виды медико-биологических исследований, объектом которых должен служить человек, что недопустимо по этическим причинам;

2) технические испытания различных дорогостоящих объектов: судов, самолетов, зданий и т.п. (которые вполне могут быть заменены моделями-макетами, воспроизведением отдельных частей);

3) недоступные во времени или в пространстве объекты и про­цессы (удаленные космические тела, процессы далекого прошлого);

4) отсутствие возможностей изучить объект целиком (массовые явления, которые подлежат изучению лишь на выборочных приме­рах);

5) другие случаи подобного рода, когда вместо оригинала иссле­дователь строит или подыскивает подходящую модель: лабораторных животных - вместо человека, крыло самолета - вместо целого само­лета, репрезентативную выборку для социологического опроса - вме­сто опроса всего населения, математическую модель колебания цен в каком-то периоде исторического прошлого и т.п.» (Ушаков Е. В. Вве­дение в философию и методологию науки. - М., 2005. - С. 144).

Модельный подход опирается на понятие обобщенной модели, ее свойства и характеристики. «Модель в общем виде (обобщенная модель) есть создаваемый с целью получения и (или) хранения инфор­мации специфический объект (в форме мысленного образа, описания знаковыми средствами либо.материальной системы), отражающий свойства, характеристики и связи объекта - оригинала произвольной природы, существенные для задачи, решаемой субъектом» (Неуймин Я. Г. Модели в науке и технике: история, теория практика. - Л., 1984. - С. 44).

Непосредственно из структуры принятого определения вытекает ряд общих свойств моделей, которые обычно принимаются во внима­ние при модельном подходе:

1. Модель включает в себя четыре компонента: 1) субъект; 2) за­дача, решаемая субъектом; 3) объект-оригинал; 4) язык описания или способ материального воспроизведения модели.

Особую роль в структуре обобщенной модели играет решаемая субъектом задача. Задача, во-первых, обеспечивает отбор существен­ных признаков и характеристик объекта; во-вторых, выполняет роль главного системообразующего фактора при интеграции этих свойств и характеристик в единый идеальный образ как некую целостность, как систему; в-третьих, определяет характер формируемой модели: преимущественно структурный, главным образом функциональный или комплексный, структурно-функциональный.

Вводить понятие модели без четкого указания задачи или класса задач, ради решения которых она создается, неправомерно. Вне кон­текста задачи понятие модели не имеет смысла.

2. Каждому материальному объекту соответствует бесчисленное множество в равной мере адекватных, но различных по существу мо­делей, связанных с разными задачами. Так, например, концептуаль­ные (мысленные) модели некоторого предприятия (объекта-­оригинала), существующие в сознании его директора, главного техно­лога, бухгалтера и начальника снабжения, очень существенно разли­чаются, поскольку каждое должностное лицо, решая собственные специфические задачи, использует и «выстраивает» в модель различ­ную информацию о реальном предприятии.

3. Отношению «задача-объект» также соответствует множество моделей, содержащих в принципе одну и ту же информацию, но раз­личающихся формами ее представления или воспроизведения. Так, например, некоторое физическое явление может быть описано в вер­бальной форме, представлено таблицей данных, охарактеризовано графиком, описано аналитической формулой, алгоритмом, воспроиз­ведено на компьютере и т.д. Выбор формы представления информа­ции зависит от специфики задачи и объекта, полноты языков описа­ния и материальных моделирующих установок.

4. Модель по определению всегда является лишь относитель­ным, приближенным подобием объекта-оригиналa и в информацион­ном отношении принципиально беднее последнего. Если мысленно допустить «полное подобие», то это будет уже не модель, экземпляр объекта-оригинала с принципиально недоступными познанию свой­ствами и характеристиками.

5. В принципе три основные формы представления модели – концептуальная (мысленная), знаковая и материальная – с информа­ционной точки зрения равноценны. Отдавать предпочтение матери­альным субстратно подобным или аналоговым моделям или, наобо­рот, рассматривать как полноценные только знаковые модели (напри­мер, в форме дифференциальных уравнений или алгоритмов) нет ни­каких оснований.

6. Условия и требования задачи, решаемой субъектом, несут еще одну важную нагрузку: они в основном определяют ограничения и допущения, которые явно или неявно фигурируют в процессе по­строения модели.

Ограничения обычно касаются исходных свойств, состояний и режимов рассматриваемого объекта или ограничивают подлежащие рассмотрению значения входящих в состав модели переменных, па­раметров и промежутков времени. Так, например, модель линейной упругой деформации твердого тела (закон Гука), во-первых, предпо­лагает способность тела к упругой деформации (что определяется его микроструктурой), во-вторых, имеет в виду ограниченность величин напряжения и деформации.

Допущения, вводимые в модель, характеризуют приемлемую в рамках решаемой задачи степень идеализации свойств реальных объ­ектов и процессов, фиксируют факторы, которые можно считать не­существенными.

Ограничения и допущения, связанные с решаемой задачей и свойствами объекта, являются органической составной частью моде­ли и должны специально рассматриваться и фиксироваться при построении и использовании каждой модели.

7. «Произвольная природа», фигурирующая в принятом определении,означает, что этот объект может быть материально-вещественным (включать в себя вещество, поля, энергию и информацию), может но­сить чисто информационный характер (в теоретических исследованиях вообще, в прикладных задачах теории связи, кибернетики, метрологии и др.) И, наконец, может представлять собой комплекс разнородных ма­териальных и информационных компонентов, включая и тодей, спо­собных принимать решения (см.: Неуймин Я.Г. Там же. - С. 45-48).

Для общей ориентировки в модельном подходе целесообразно опереться на классификации моделей и моделирования. Задача систе­матизации или классификации некоторого множества объектов, обла­дающих, с одной стороны, общими, С другой - специфическими, индивидуальными признаками и свойствами, нетривиальна и неодно­значна. Понятие модели объединяет материальные и идеальные объ­екты с чрезвычайно широким и многомерным спектром признаков, свойств и характеристик, что обусловливает значительные трудности при попытках упорядочивания и структуризации элементов модель­ного множества в форме некоторой классификационной схемы. По­этому пока еще нет общепринятой классификации моделей, но можно воспользоваться добротными вариантами, которые предлагают неко­торые исследователи (см.: Веников В.А., Веников Г.В. Теория подобия и моделирования. - М., 1984; Неуймин Я.Г. Модели в науке и технике.

-М., 1984).

Наиболее наглядна классификация моделей Я.Г. Неуймина, которая руководствуется принятой выше дефиницией обобщенной мо­дели и учитывает другие классификации. Здесь модели подразделяются по следующим основаниям: по классам задач, по классам объек­тов, по форме представления информации (материальные и идеальные).

Модели по классам задач: эстетические, познавательные, планово-экономические, технологические, кибернетические (сфера иссле­дования процессов управления и гомеостаза - устойчивости состава, функций и т.д.).

Модели по классам объектов: физические, биологические, экономические, производственные.

Модели по формам представления информации.

Материальные модели: геометрически подобные, субстратно подобные, аналоговые изоморфные (используются модели, по приро­де отличные от объекта-оригинала на основе некоторой системы ана­логий или тождества их структур).

Идеальные модели: концептуальные, вербальные, графические, графоаналитические, аналитические, алгоритмические, информационные.