Абстрактное и физическое моделирование

Моделирование - это исследование объектов познания на их моделях; процесс построения и изучения моделей реально существующих предметов, явлений и конструируемых объектов. Модель (в широком понимании) - это образ какого-либо объекта, являющегося оригиналом. Она воспроизводит наиболее характерные признаки изучаемого объекта, выбор которых определяется конкретной целью исследования и ограничен рамками поставленной задачи. Разумеется, модель должна быть адекватной (изоморфной, аналогичной, сходственной) оригиналу.

В процессе познания человек всегда (более или менее явно и сознательно) строит модели ситуаций окружающего мира и управляет своим поведением в соответствии с выводами, полученными им при изучении модели. Моделирование в конкретных науках производится с целью выяснения свойств какого-то объекта, процесса или явления - оригинала, с помощью другого (аналогичного, изоморфного, адекватного) объекта - модели, между которыми существуют и достоверно установлены определенные количественные соотношения. Различают три вида моделирования: абстрактное, физическое, моделирование на электронных моделях и ЭВМ.

Абстрактное моделирование основывается на аналитическом описании изучаемого процесса или явления, на языке некоторой научной теории, чаще всего - на математическом.

На первом этапе этого вида моделирования дается четкое словесное описание информационной модели: что происходит, почему так происходит и при каких условиях возможен изучаемый процесс. На втором, не менее важном, этапе словесное описание (чаще всего размытое, расплывчатое) переводится на соответствующий математических язык. На этом этапе информационная модель процесса преобразуется в логико-математическую модель, которая представляется в виде соответствующих правил и математических формул. Третий этап моделирования - это исследование функционирования модели - ее структуры, свойств и параметров, их сходимости со свойствами процесса - оригинала. Этот этап намного проще двух предыдущих (творческих) этапов, особенно при наличии у исследователя электронных вычислительных средств.

Физическое моделирование состоит в замене изучения конкретного объекта или явления экспериментальным исследованием его модели, имеющей ту же физическую природу. Особенно широко этот вид моделирования используется в технике, когда трудно провести натурный эксперимент. Например, при конструировании новых морских судов сначала изготавливают их модели (макеты с габаритами, уменьшенными в десятки и сотни раз по сравнению с проектируемыми), а затем испытывают поведение этих моделей в специальных испытательных бассейнах, воспроизводя в них ситуации, приближенные к действительности (приливы, штормы, тайфуны и т.д.). При создании крупных и уникальных электрических машин их параметры, свойства и конструктивные особенности обычно отрабатываются на малогабаритных моделях. В основу физического моделирования положены теория подобия и анализ размерностей. При этом необходимым условием является геометрическое и физическое подобие модели и оригинала: в какие-то моменты времени и в каких-то точках пространства значения переменных величин, характеризующих явления, для оригинала должны быть строго пропорциональны тем же значениям для модели. Однако физическое моделирование, несмотря на его наглядность и высокую степень достоверности результатов, используется крайне редко из-за большой себестоимости.

В последние годы в практике инженерного проектирования, бизнеса, маркетинга, научных исследований и изобретательства широкое применение получило моделирование с помощью электронно-вычислительных машин и специализированных электронных моделирующих установок. Этот вид моделирования основан на изоморфизме явлений, имеющих совершенно различную физическую природу, но описываемых одинаковыми математическими уравнениями. Предположим, что мы моделируем на персональном компьютере процессы нагрева каких-то стальных деталей в газовой печи. Очевидно, что процессы, протекающие в этой печи, по своей физической природе совершенно не схожи с природой тех процессов, которые имеют место в электронных блоках компьютера. Однако оба эти явления описываются одинаковыми дифференциальными уравнениями в частных производных, что позволяет с той или иной степенью достоверности исследовать на запрограммированной компьютером модели свойства процесса-оригинала.

Контрольные вопросы:

1.Что подразумевает собой дедукция?

2. Что подразумевает собой индукция?

3. Дать определение анализа и синтеза?

4. Дать определение абстрактногомоделирования.

5. Дать определение физического моделирования.