Цель моделирования
Зачем человек создает модели?
Чтобы ответить на этот вопрос, надо заглянуть в далекое прошлое. Несколько миллионов лет назад, на заре человечества, первобытные люди изучали окружающую природу, чтобы научиться противостоять природным стихиям, пользоваться природными благами, просто выживать.
Накопленные знания передавались из поколения в поколение устно, позже письменно и, наконец, с помощью предметных моделей.
Так родилась, к примеру, модель Земного шара — глобус — позволяющая получить наглядное представление о форме нашей планеты, ее вращении вокруг собственной оси и расположении материков.
Такие модели позволяют понять, как устроен конкретный объект, узнать его основные свойства, установить законы его развития и взаимодействия с окружающим миром. В этом случае целью построения моделей является познание окружающего мира.
Накопив достаточно знаний, человек задал себе вопрос: «Нельзя ли создать объект с заданными свойствами и возможностями, чтобы противодействовать стихиям или ставить себе на службу природные явления?» Человек стал строить модели еще не существующих объектов.
|
|
Так родились идеи создания ветряных мельниц, различных механизмов, даже обыкновенного зонтика.
Многие из этих моделей стали в настоящее время реальностью. Это объекты, созданные руками человека.
Таким образом, другая важная цель моделирования — создание объектов с заданными свойствами. Эта цель определяется постановкой задачи «как сделать, чтобы...».
Цель моделирования задач типа «что будет, если...» — определение последствий воздействия на объект и принятие правильного решения.
Подобное моделирование имеет важное значение при обращении к социальным и экологическим проблемам: что будет, если увеличить плату за проезд в транспорте, или что произойдет, если закопать ядерные отходы в такой-то местности?
Например, для спасения города на Неве от постоянных наводнений, приносящих огромный ущерб, решено было возвести дамбу. При ее проектировании было построено множество моделей, в том числе и натурных, именно для того, чтобы предсказать последствия вмешательства в природу.
Нередко целью моделирования бывает эффективность управления объектом (или процессом). Поскольку критерии управления бывают весьма противоречивыми, то эффективным оно окажется только при условии, если будут «и волки сыты и овцы целы».
Например, нужно наладить питание в курсантской столовой. С одной стороны, оно должно отвечать возрастным требованиям (калорийное, содержащее витамины и минеральные соли), с другой — нравиться большинству курсантов и к тому же быть по уставной норме, а с третьей — технология приготовления должна соответствовать возможностям курсантской столовой. Как совместить несовместимое? Построение модели поможет найти приемлемое решение.
|
|
Можно без конца рассматривать все новые и новые цели и перспективы моделирования, но у нас еще будет немало случаев убедиться в полезности и целесообразности использования моделей в самых разных сферах деятельности человека.
На этом этапе, отталкиваясь от общей формулировки задачи, четко выделяют моделируемый объект и его основные свойства. По сути, все эти факторы можно назвать входными параметрами моделирования. Их может быть довольно много, причем некоторые невозможно описать количественными соотношениями.
Очень часто исходный объект — это целая совокупность более мелких составляющих, находящихся в некоторой взаимосвязи. Слово «анализ» (от греч. «analysis») означает разложение, расчленение объекта с целью выявления составляющих, называемых элементарными объектами. В результате появляется совокупность более простых объектов. Они могут находиться между собой либо в равноправной связи, либо во взаимном подчинении.
Например, объект «комната» может быть представлен совокупностью более простых объектов — предметов мебели, расположенных в ней. Под моделированием будем понимать поиск наиболее удобной расстановки предметов мебели. Все они находятся в равноправной связи, т. е. могут занимать в комнате любое место.
Простой пример подчиненных связей объектов — разбор предложения. Сначала выделяются главные члены (подлежащее, сказуемое), затем второстепенные члены, относящиеся к главным, затем слова, относящиеся к второстепенным, и т. д. Расположение объектов по степени подчиненности называется иерархией.
Есть объекты и с более сложными взаимосвязями.
Как правило, сложные объекты могут состоять из более простых с разными видами взаимосвязей.
В основу любой серьезной работы (будь то конструкторская разработка или проектирование технологического процесса, разработка алгоритма или моделирование) должен быть положен системный принцип «сверху вниз», т. е. от общих проблем к конкретным деталям.
На этой идее основан и метод пошаговой детализации при создании алгоритмов, и модульный принцип организации программ, и процесс управления государством, и процесс обучения курсантов в училище.
Например, объект «самолет» можно представить совокупностью разнородных объектов, без которых полет невозможен: двигатели, фюзеляж, крылья, система измерительной и контролирующей аппаратуры, система безаварийного энергоснабжения и т. п. Эти объекты, в свою очередь, тоже можно расчленять на более элементарные — детали.
Таким образом, результат анализа объекта появляется в процессе выявления его составляющих (элементарных объектов) и определения связей между ними.
II этап. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ