Моделирование как метод научного познания

Основные понятия метода моделирования

В настоящее время трудно назвать область человеческой деятельности, где каким-либо образом не использовалось бы моделирование. Оно является естественным и едва ли не единственным способом изучения окружающего мира, позволяющим оценить последствия возможных действий и решений. Особенно это относится к экономике и управлению. Ведь по мысли Дж. Форрестера, управление экономической системой похоже на управление автомобилем, у которого отсутствуют все окна, кроме заднего. И, глядя на пройденный путь, водитель пытается управлять движением автомобиля вперед. В такой ситуации все надежды связаны со знаниями, опытом, ситуацией и моделированием.

Само по себе моделирование не ново. Разработка моделей играла жизненно важную роль в деятельности человека с тех пор, как он стал стремиться к пониманию и изменению окружающей среды. Люди всегда использовали концепцию модели, пытаясь представить и выразить с ее помощью абстрактные идеи и реальные процессы. Моделирование охватывает широкий диапазон актов человеческого общения — от наскальной живописи и сооружения идолов до составления систем сложных математических уравнений, описывающих полет ракеты в космическом пространстве. По существу,прогресс и история науки и техники нашли свое наиболее точное выражение в развитии способности человека создавать модели естественных явлений, понятий и объектов, которые могут выполнять функции:

Ø средства осмысления деятельности;

Ø средства общения;

Ø средства обучения и тренажа;

Ø инструмента прогнозирования;

Ø средства постановки экспериментов.

Рассмотрим основные понятия, связанные с моделированием и моделями. Исходным понятием для моделирования как вида человеческой деятельности является объект моделирования — внешнее проявление действия какой-либо системы или система, подлежащая изучению.

Термин «система» — это предельное обобщение, в котором наблюдатель подчеркивает аспекты реальности, интересующие его в данный момент. Существует достаточно много определений этого понятия. Например, система-множество, на котором реализуется заранее данное отношение R с фиксированными свойствами Р. Другое определение системы — совокупность элементов, связанных друг с другом в единое целое, способная изменять свое состояние и обладающая свойствами, отличными от свойств элементов, образующих систему. В этом определении элемент — простейшая неделимая часть изучаемого объекта, выполняющая некоторые функции. Внутреннее состояние такого элемента количественно характеризует свойства реального объекта.

Всякое уточнение или конкретизация определения системы влечет за собой уточнение определения внешней среды — совокупности объектов, изменение свойств которых влияет на систему, а также тех объектов, чьи свойства меняются в результате поведения системы. Кроме того, при рассмотрении какого-либо объекта как системы в ней подчеркивают ряд свойств.

Во-первых, это целостность объекта. Любое образование, лю­бое множество объектов может быть названо системой, если его рассмотрение как целого оправдано с какой-либо точки зрения и может помочь исследователю ответить на поставленный вопрос, решить сформулированную задачу. В основе системы лежит процесс — последовательное закономерное изменение свойств объекта, его параметров.

Во-вторых, наличие цели изучения, критерия, обусловливаю­щего существование данного объекта как целого.

В-третьих, рассматриваемый объект определяют как часть, подсистему некоторой большей системы. Подсистема — это группа выделенных из системы элементов, объединенных на основе какого-либо свойства.

В-четвертых, изучаемый объект сам, в свою очередь, дробится на подсистемы, т. е. характеризуется структурой. Структурой системы называются определенные и относительно устойчивые отношения между ее элементами и подсистемами.

Система обладает входами, через которые в нее поступают материальные, энергетические и информационные потоки, и выходами, благодаря которым результаты преобразования в системе поступают во внешнюю среду.

Выделение какой-либо системы в качестве объекта моделирования требует:

Ø наличия некоторого объекта — оригинала, состоящего из множества элементов;

Ø существования наблюдателя-исследователя;

Ø задачи, определяющей для наблюдателя границы рассмотре­ния объекта моделирования, выделения его существенных свойств.

По поводу этого объекта моделирования исследователь выдвигает гипотезы — определенные предложения, предсказания, основанные на небольшом числе опытных данных, наблюдений, догадок. При этом человек широко использует аналогии — суждения о каком-либо частном сходстве двух различных объектов, которые, по мнению исследователя, могут помочь в объяснении поведения изучаемого объекта моделирования. На основе аналогий и выдвигаемых гипотез человек вырабатывает некоторую систему представлений о свойствах объекта моделирования, его поведении. Эта система представлений оформляется в виде рисунков, графиков, уравнений, макетов, механизмов, т.е. строится модель рассматриваемого объекта, выступающая абстрактным или материальным его заменителем. Таким образом, модель — это представление исследуемого объекта в некоторой форме, отличной от формы его реального существования, изучение которой дает о нем новые знания.

По поводу этого определения необходимо сделать ряд замечаний.

1. Модель отображает не все свойства реального объекта, а лишь существенные для исследования поставленной задачи. В известном смысле можно считать модель «карикатурой» реального объекта.

2. Между моделью и объектом существует взаимное соответствие, которое устанавливается рядом правил. У модели имеется определенная структура (статическая или динамическая), отвечающая структуре объекта моделирования.

3. Реальный объект может быть таким, что получить информацию о некоторых его свойствах путем непосредственного контакта с ним невозможно. Нужен его заменитель- модель, которая позволит изучить эти свойства более просто и наглядно.

Замещение одного объекта другим с целью получения информации о важнейших свойствах объекта-оригинала с помощью объекта-модели называется моделированием. Таким образом, моделирование — это представление объекта в виде модели для получения информации об этом объекте путем проведения экспериментов с его моделью. Теория замещения одних объектов (оригиналов) другими объектами (моделями) и исследование свойств объектов на их моделях называется теорией моделирования. Моделирование может выступать, во-первых, как познавательный процесс, содержащий переработку информации, поступающей из внешней среды, о происходящих в ней явлениях, в результате чего в сознании появляются образы, мысленные модели, соответствующие объектам, во-вторых, как процесс построения некоторой модели в виде объекта-заместителя, связанного определенными соотношениями подобия с объектом-оригиналом.