что называется моделью объекта явления

Модели объектов, процессов и явлений

Какие только явления не скрываются за словом модель:

· демонстрационный образец на стенде выставки,

· макет моста через реку,

· известная формула земного притяжения Р = тgН,

· теория развития общества,

· расчеты климатических последствий образования «озоновых дыр»

Как совмещаются в одном слове такие разные понятия?

Оказывается, все многообразие моделей отличает нечто общее, а именно — моделью может стать искусственно созданный человеком абстрактный или материальный объект, явление, процесс.

Анализ модели и наблюдение за ней позволяют познать суть реально существующего более сложного объекта, процесса или явления, называемого прототипом, или оригиналом. Значит, можно дать более простое определение и модели, и процесса моделирования.

Одним из важнейших свойств модели является ее адекватность моделируемому объекту, процессу или явлению.

Адекватность модели оценивается двумя параметрами:

Искусство построения моделей как раз и заключается в том, чтобы, не переусложнив модель, учесть в ней все существенное и отбросить второстепенное, добившись адекватности исходному объекту.

Поскольку в модели всегда отражена лишь часть бесконечного разнообразия информации об объекте, процессе или явлении, то область адекватности (применимости) модели всегда ограничена, хотя может быть очень широкой.

Всякая модель имеет ограниченную область адекватности, и за пределами этой области она перестает удовлетворительно отражать свойства моделируемого объекта.

Поэтому и применить модель для решения той или иной задачи допустимо только тогда, когда не произошел выход за границы области адекватности.

Как же проверить, что выбранная модель применима?

Прежде всего, надо убедиться, что все факторы, существенные для данной задачи, присутствуют в модели. Затем надо проверить, что в исходных данных задачи значения параметров, описывающих действие факторов, не выходящих за границы адекватности модели.

Моделирование — построение и использование моделей для исследования и изучения объектов, процессов, явлений.

Может возникнуть вопрос, почему бы не исследовать сам оригинал, зачем создавать его модель?

Во-первых, в реальном времени оригинал (прототип) может уже не существовать или его нет в действительности. Для моделирования время не помеха. На основании известных фактов методом гипотез и аналогий можно построить модель событий далекого прошлого.

Так, к примеру, родились теории вымирания динозавров или гибели Атлантиды. С помощью такого же метода можно заглянуть в будущее. Так, ученые-физики построили теоретическую модель «ядерной зимы», которая начнется на нашей планете в случае атомной войны. Такая модель — предостережение человечеству.

Во-вторых, оригинал может иметь много свойств и взаимосвязей. Чтобы глубоко изучить какое-то конкретное, интересующее нас свойство, иногда полезно отказаться от менее существенных, вовсе не учитывая их.

Цели моделирования:

· Изучение, как устроен объект (как протекает процесс, происходит явление), какова его структура, каковы его свойства, законы развития и функционирования, каково его взаимодействие с окружающим миром (понятийная модель).

· Определение наилучших способов управления объектом или процессом (управленческая модель).

· Прогнозирование прямых и косвенных последствий функционирования или развития объекта, процесса или явления (прогностические модели).

· Организация процесса обучения и самообучения.

Что будет, если? Как сделать, чтобы?

Что же поддается моделированию? Это может быть объект, явление или процесс. Различают модели объектов, явлений, процессов.

1. Моделями объектов могут быть:

· уменьшенные копии архитектурных сооружений либо художественных произведений, а также наглядные пособия на кафедрах и т. д.;

· модель может отражать нечто реально существующее, скажем, атом водорода, Солнечную систему, структуру парламентской власти в стране, грозовой разряд;

· но нередко под моделью понимают абстрактное обобщение реально существующих объектов;

Модель, демонстрирующая одежду, представляет не какого-то реального человека с его личными особенностями и недостатками, а некий обобщенный идеальный образ, стандарт.

2. Для изучения явлений живой природы, для предотвращения катастрофы, для применения природных сил на благо человечества создаются модели явлений.

Академик Георг Рихман, сподвижник и друг великого Ломоносова, еще в начале XVIII века моделировал магнитные и электрические силы, чтобы изучать их и найти им в дальнейшем применение.

Когда речь идет о природных явлениях, часто мы имеем в виду не какой-то конкретный природный случай (селевой поток или землетрясение), а некоторое его обобщение.

В этих примерах прототипом модели выступает целый класс объектов или явлений с общими свойствами. В моделях объектов или явлений отражаются свойства оригинала — его характеристики, параметры.

Примеры тому общеизвестны: это модели экономических или экологических процессов, развития Вселенной или общества и т. п.

Собираетесь ли вы решать задачу или строить дом, переходите дорогу или отправляетесь в поход, — вы непременно сначала представляете себе все это в уме. Это главное отличие человека мыслящего от всех других живых существ на земле.

Модель может быть наглядной, образной — письменный план, набросок, чертеж или схема. Почти всегда такая модель возникает в нашем сознании до появления прототипа (оригинала), который она представляет.

Рассмотрим пример. Предположим, что вы в скором времени поедете в другой город на экскурсию. Вы — человек основательный и поэтому предварительно, используя разные источники, знакомитесь с его достопримечательностями и создаете собственную модель этого города. Ваша цель — знакомство с другой средой (городом). После экскурсии составленная ранее модель, возможно, будет существенно изменена, т. к. вы получили дополнительную информацию. Модель этого города для его главного архитектора будет существенно отличаться от вашей, т. к. он руководствуется иной целью — реконструкцией и строительством зданий.

Модель этого города для его жителя тоже будет отличной от всех предыдущих, т. к. его цель — обеспечение нормальной жизнедеятельности.

Можно без преувеличения сказать, что все образование – это изучение тех илииных моделей, а также приемов их использования.

Так, например, в курсе физики рассматривается множество разнообразных формул, выражающих зависимости между физическими величинами. Эти формулы представляют собой не что иное, как математические модели изучаемых объектов, процессов или явлений.

Источник

Информатика

Именная карта банка для детей
с крутым дизайном, +200 бонусов

Закажи свою собственную карту банка и получи бонусы

План урока:

Модели вокруг нас

Мы постоянно сталкиваемся с самыми разными моделями в жизни, даже не задумываясь, для чего была создана та или иная вещь, что изменится, если бы их не было.

Давайте вспомним, где мы видим модели каждый день.

Подсказка (виды моделей):

Изучая мир вокруг и внутри себя, человек стремится зафиксировать полученные знания о процессах и объектах. Существует множество способов сохранить информацию, но создавая образ, ему удается пространственно и детально показать все важные свойства.

Например, глобус. Если мы попытаемся описать Землю словами, то нам придется потратить десятки страниц, расписывая, какой она формы и то, что находится на ее поверхности.

Если мы решим нарисовать планету, то нам понадобится минимум 2 рисунка, чтобы изобразить материки и океаны с двух сторон, а лучше 4 (с двух боков, низ и верх).

А модель Земли (глобус) позволяет оценить самые важные характеристики голубой планеты с первого взгляда.

Модель – поверхностный образ, в котором отображены признаки оригинала, имеющие ценность для данной задачи. Оригинальный объект, по сравнению с моделью, сложнее, динамичнее, он состоит из сотен или тысяч различных свойств, параметров, характеристик, участвует в различных процессах.

При помощи модели можно управлять прототипом, не разрушая оригинал, то есть моделировать процесс или явление. Моделирование – важнейший способ получения информации, незаменимый инструмент инженеров, архитекторов, метеорологов и даже медиков. Это описание оригинала различными способами.

Мы ежедневно используем моделирование в обычной жизни, ведь это помогает выбирать потенциально лучшие варианты. Например, какое яблоко взять с полки магазина. Оценивая плод как пищу, мы выбираем лучший вариант. Перебирая в голове характеристики, мы выбираем самое красивое, здоровое, аппетитное яблоко.

Главные свойства моделей, причины создания

Одна и та же копия может изготавливаться для различных целей. Любая модель обладает частью свойств исходного прототипа. Это хорошо понятно на примере модели самолета.

Сравните, пожалуйста, эти самолетики. Скажите, для чего их сделали, с какой целью.

Делая самолет игрушку, человек старается получить примитивную копию для развлечения и обучения малыша. Он стремится сделать ее безопасной, простой и яркой, но с сохранением функционально важных элементов (крылья, пропеллер, хвост). Чем младше ребенок, тем меньше будет деталей, острых углов, ведь производитель выберет приоритетными 2 критерия: безопасность и простоту. Если же игрушка предназначена для детей постарше, изготовителю будет важно, чтобы уменьшенная копия максимально близко повторяла оригинал, плюс была прочной.

Наклейки в виде самолетов должны быть яркими, напоминать оригинал, и хорошо клеиться.

Если это конструктор самолета, то он должен быть простым и безопасным в сборке, повторять оригинал, вплоть до возможности полета.

Коллекционные модели самолетов должны быть максимально точной уменьшенной копией прототипа (с масштабированием). Все детали, цвета должны четко соответствовать реальному образцу. Плюс сохраняются все пропорции.

Детальный чертеж, схема или графическая модель самолета позволяют разобраться в его строении, найти нужные отсеки или быстро выбраться в случае катастрофы.

Самолет является прототипом или оригиналом, а полученный результат (объект-заместитель) моделью.

Метод изучения свойств объектов, процессов или явлений при помощи моделей называется моделирование. Он позволяет захватить то, что сложно понять, представить. Особенно впечатляющее выглядит 3д моделирование, когда процессы, происходящие на протяжении миллионов лет, можно «прокрутить» за несколько минут в виде трехмерного изображения/видео.

Цели моделирования процессов – управлять, прогнозировать, проецировать и рассматривать все возможные варианты развития того или иного процесса при изменении исходных и текущих параметров.

Для примера возьмем развитие планеты Земля. Это изучение возможного будущего при изменении различных параметров (выделение СО₂, повышение температуры, загрязнение океана, вырубка лесов).

Давайте вместе придумаем, где люди могут использовать такой способ, и какие цели и задачи моделирования будут в каждом случае:

примитивное изображение окружающего мира (манекен для магазина, швеи, парикмахерской, игрушки для малышей);

процессы, происходящие в прошлом (3d моделирование жизни динозавров, их внешний вид, формирование угля или других ископаемых);

прогнозирование процессов будущего (оценить опасность глобального потепления, составить прогноз погоды или моделирование развития эпидемии);

охватить процессы, которые слишком объемные, глобальные (действующая модель солнечной системы, моделирование землетрясения или наводнения);

представить слишком маленькие явления (строение атома, молекул, ЭКО, строение человека).

А теперь попытаемся систематизировать то, что мы обсудили и найти общие свойства для всех моделей:

Как вы уже увидели, есть простые, примитивные, упрощенные модели, и детализированные, полные. Чем полнее по свойствам копия, тем сложнее ее изготавливать, процесс производства будет дороже. Поэтому, специалисты в каждом конкретном случае определяют цели моделирования проекта.

Например, настольная модель динозавра отражает:

Сразу понятно, что такая модель не отражает:

Если предмет предназначался для игр, он будет изготовлен из безопасных материалов, с минимумом мелких или острых деталей, удобного для детской руки размера. Если фигурка для изучения природы, то динозавр будет выполнен максимально реалистично, с правильными пропорциями, в большом размере. Если изделие создавалось как часть коллекции, серии, то она будет соответствовать основным признакам всей группы (размеры одного уровня или масштабирование, общие материалы, позы животных).

Методы моделирования, виды и типы моделей

Чтобы выразить свойства прототипа, используют несколько подходов:

Такой подход позволяет передать характеристики внешнего вида (глобус – круглый), структуру или соотношение с другими составляющими (солнечная система), движение или поведение (радиоуправляемая модель).

Виды графических моделей: карты, схемы, графики, фотографии, диаграммы, таблицы и многое другое.

Если описание идет при помощи букв (родной или иностранный язык), то используют разговорный, научный или литературный стили. Если при помощи символов и цифр, то это знаковые информационные модели. Например, математические замеры, расчеты формы или скорости движения. Они позволяют выражать физические и геометрические параметры, происходящие химические или биохимические процессы.

Прогрессивным направлением является создание программ для моделирования. Это позволяет написать приложение, в которое вносятся различные параметры, а в результате получается модель процесса или явления.

При изучении глобального потепления ученые используют только компьютерное моделирование. Специалисты вносят показатели температуры по годам, повышение уровня Мирового океана, истощение озонового слоя Земли и повышение солнечной радиации. В результате программа с высокой точностью прогнозирует, как именно будет меняться климат планеты через 10-100 лет, сколько километров ледников растает.

Важность процесса моделирования для человечества

Сложно недооценить возможности моделирования:

Возможности моделирования систем безграничны.

Источник

Модель

Построение и исследование моделей, то есть моделирование, облегчает изучение имеющихся в реальном устройстве (процессе, …) свойств и закономерностей. Применяют для нужд познания (созерцания, анализа и синтеза).

Моделирование является обязательной частью исследований и разработок, неотъемлемой частью нашей жизни, поскольку сложность любого материального объекта и окружающего его мира бесконечна вследствие неисчерпаемости материи и форм её взаимодействия внутри себя и с внешней средой.

Одни и те же устройства, процессы, явления и т. д. (далее — «системы») могут иметь много разных видов моделей. Как следствие, существует много названий моделей, большинство из которых отражает решение некоторой конкретной задачи. Ниже приведена классификация и дана характеристика наиболее общих видов моделей.

Содержание

Требования к моделям

Моделирование всегда предполагает принятие допущений той или иной степени важности. При этом должны удовлетворяться следующие требования к моделям:

Выбор модели и обеспечение точности моделирования считается одной из самых важных задач моделирования.

Точность моделей

Погрешности моделирования вызываются как объективными причинами, связанными с упрощением реальных систем, так и субъективными, обусловленными недостатком знаний и навыков, особенностями характера того или иного человека. Погрешности можно предотвратить, компенсировать или учесть. И всегда обязательна оценка правильности получаемых результатов. В технике быструю оценку точности модели часто проводят следующими способами:

Известно, что посредством грубых измерений, использования контрольно-измерительных приборов с низкой точностью или приближенных исходных данных невозможно получить точные результаты. С другой стороны, бессмысленно вести, например, расчет с точностью до грамма, если результат потом нужно округлять (скажем, указывать в формуляре) с точностью до ста грамм, или же определять среднюю величину точнее составляющих её значений, и т. д. Поэтому важно помнить о следующем:

Основные виды моделей

По способу отображения действительности различают три основных вида моделей — эвристические, натурные и математические.

Эвристические модели

Эвристические модели, как правило, представляют собой образы, рисуемые в воображении человека. Их описание ведется словами естественного языка (например, вербальная информационная модель) и, обычно, неоднозначно и субъективно. Эти модели неформализуемы, то есть не описываются формально-логическими и математическими выражениями, хотя и рождаются на основе представления реальных процессов и явлений.

Эвристическое моделирование — основное средство вырваться за рамки обыденного и устоявшегося. Но способность к такому моделированию зависит, прежде всего, от богатства фантазии человека, его опыта и эрудиции. Эвристические модели используют на начальных этапах проектирования или других видов деятельности, когда сведения о разрабатываемой системе ещё скудны. На последующих этапах проектирования эти модели заменяют на более конкретные и точные.

Натурные модели

Отличительной чертой этих моделей является их подобие реальным системам (они материальны), а отличие состоит в размерах, числе и материале элементов и т. п. По принадлежности к предметной области модели подразделяют на следующие:

Физическое моделирование — основа наших знаний и средство проверки наших гипотез и результатов расчетов. Физическая модель позволяет охватить явление или процесс во всём их многообразии, наиболее адекватна и точна, но достаточно дорога, трудоемка и менее универсальна. В том или ином виде с физическими моделями работают на всех этапах проектирования;

Математические модели

Математические модели — формализуемые, то есть представляют собой совокупность взаимосвязанных математических и формально-логических выражений, как правило, отображающих реальные процессы и явления (физические, психические, социальные и т. д.). По форме представления бывают:

Построение математических моделей возможно следующими способами (более подробно — см. Математическая модель):

Математические модели более универсальны и дешевы, позволяют поставить «чистый» эксперимент (то есть в пределах точности модели исследовать влияние какого-то отдельного параметра при постоянстве других), прогнозировать развитие явления или процесса, отыскать способы управления ими. Математические модели — основа построения компьютерных моделей и применения вычислительной техники.

Результаты математического моделирования нуждаются в обязательном сопоставлении с данными физического моделирования — с целью проверки получаемых данных и для уточнения самой модели. С другой стороны, любая формула — это разновидность модели и, следовательно, не является абсолютной истиной, а всего лишь этап на пути её познания.

Промежуточные виды моделей

К промежуточным видам моделей можно отнести:

Существует и другие виды «пограничных» моделей, например, экономико-математическая и т. д.

Выбор типа модели зависит от объема и характера исходной информации о рассматриваемом устройстве и возможностей инженера, исследователя. По возрастанию степени соответствия реальности модели можно расположить в следующий ряд: эвристические (образные) — математические — натурные (экспериментальные).

Уровни моделей

Количество параметров, характеризующих поведение не только реальной системы, но и её модели, очень велико. Для упрощения процесса изучения реальных систем выделяют четыре уровня их моделей, различающиеся количеством и степенью важности учитываемых свойств и параметров. Это — функциональная, принципиальная, структурная и параметрическая модели.

Функциональная модель

Функциональная модель предназначена для изучения особенностей работы (функционирования) системы и её назначения во взаимосвязи с внутренними и внешними элементами.

Функция — самая существенная характеристика любой системы, отражает её предназначение, то, ради чего она была создана. Подобные модели оперируют, прежде всего, с функциональными параметрами. Графическим представлением этих моделей служат блок-схемы. Они отображают порядок действий, направленных на достижение заданных целей (т. н. ‘функциональная схема’). Функциональной моделью является абстрактная модель.

Модель принципа действия

Модель принципа действия (принципиальная модель, концептуальная модель) характеризует самые существенные (принципиальные) связи и свойства реальной системы. Это — основополагающие физические, биологические, химические, социальные и т. п. явления, обеспечивающие функционирование системы, или любые другие принципиальные положения, на которых базируется планируемая деятельность или исследуемый процесс. Стремятся к тому, чтобы количество учитываемых свойств и характеризующих их параметров было небольшим (оставляют наиболее важные), а обозримость модели — максимальной, так чтобы трудоемкость работы с моделью не отвлекала внимание от сущности исследуемых явлений. Как правило, описывающие подобные модели параметры — функциональные, а также физические характеристики процессов и явлений. Принципиальные исходные положения (методы, способы, направления и т. д.) лежат в основе любой деятельности или работы.

Так, принцип действия технической системы — это последовательность выполнения определенных действий, базирующихся на определенных физических явлениях (эффектах), которые обеспечивают требуемое функционирование этой системы. Примеры моделей принципа действия: фундаментальные и прикладные науки (например, принцип построения модели, исходные принципы решения задачи), общественная жизнь (например, принципы отбора кандидатов, оказания помощи), экономика (например, принципы налогообложения, исчисления прибыли), культура (например, художественные принципы).

Работа с моделями принципа действия позволяет определить перспективные направления разработки (например, механика или электротехника) и требования к возможным материалам (твердые или жидкие, металлические или неметаллические, магнитные или немагнитные и т. д.).

Правильный выбор принципиальных основ функционирования предопределяет жизнеспособность и эффективность разрабатываемого решения. Так, сколько бы ни совершенствовали конструкцию самолета с винтомоторным двигателем, он никогда не разовьет сверхзвуковую скорость, не говоря уже о полетах на больших высотах. Только использование другого физического принципа, например, реактивного движения и созданного на его основе реактивного двигателя, позволит преодолеть звуковой барьер.

Например, для технических моделей эти схемы отражают процесс преобразования вещества, как материальной основы устройства, посредством определенных энергетических воздействий с целью реализации потребных функций (функционально-физическая схема). На схеме виды и направления воздействия, например, изображаются стрелками, а объекты воздействия — прямоугольниками.

Структурная модель

Четкого определения структурной модели не существует. Так, под структурной моделью устройства могут подразумевать:

Под структурной моделью процесса обычно подразумевают характеризующую его последовательность и состав стадий и этапов работы, совокупность процедур и привлекаемых технических средств, взаимодействие участников процесса.

Например, — это могут быть упрощенное изображение звеньев механизма в виде стержней, плоских фигур (механика), прямоугольники с линиями со стрелками (теория автоматического управления, блок-схемы алгоритмов), план литературного произведения или законопроекта и т. д. Степень упрощения зависит от полноты исходных данных об исследуемом устройстве и потребной точности результатов. На практике виды структурных схем могут варьироваться от несложных небольших схем (минимальное число частей, простота форм их поверхностей) до близких к чертежу изображений (высокая степень подробности описания, сложность используемых форм поверхностей).

Возможно изображение структурной схемы в масштабе. Такую модель относят к структурно-параметрической. Её примером служит кинематическая схема механизма, на которой размеры упрощенно изображенных звеньев (длины линий-стержней, радиусы колес-окружностей и т. д.) нанесены в масштабе, что позволяет дать численную оценку некоторым исследуемым характеристикам.

Для повышения полноты восприятия на структурных схемах в символьном (буквенном, условными знаками) виде могут указывать параметры, характеризующие свойства отображаемых систем. Исследование таких схем позволяет установить соотношения (функциональные, геометрические и т. п.) между этими параметрами, то есть представить их взаимосвязь в виде равенств f (x₁, х₂, …) = 0, неравенств f (x₁, х₂, …) > 0 и в иных выражениях.

Параметрическая модель

Под параметрической моделью понимается математическая модель, позволяющая установить количественную связь между функциональными и вспомогательными параметрами системы. Графической интерпретацией такой модели в технике служит чертеж устройства или его частей с указанием численных значений параметров.

Классификация моделей

По целям исследований

В зависимости от целей исследования выделяют следующие модели:

По особенностям представления

С целью подчеркнуть отличительную особенность модели их подразделяют на простые и сложные, однородные и неоднородные, открытые и закрытые, статические и динамические, вероятностные и детерминированные и т. д. Стоит отметить, что когда говорят, например, о техническом устройстве как простом или сложном, закрытом или открытом и т. п., в действительности подразумевают не само устройство, а возможный вид его модели, таким образом подчеркивая особенность состава или условий работы.

Знание этих особенностей облегчает процесс моделирования, так как позволяет выбрать вид модели, наилучшим образом соответствующей заданным условиям. Этот выбор основывается на выделении в системе существенных и отбрасывании второстепенных факторов и должен подтверждаться исследованиями или предшествующим опытом. Наиболее часто в процессе моделирования ориентируются на создание простой модели, что позволяет сэкономить время и средства на её разработку. Однако повышение точности модели, как правило, связано с ростом её сложности, так как необходимо учитывать большое число факторов и связей. Разумное сочетание простоты и потребной точности и указывает на предпочтительный вид модели.

Источник