-
Моделирование
В широком смысле модель – это любой образ, умозрительный или материальный, замещающий рассматривающий объект при его изучении. Это может быть чертеж, конспект, график, план, выкройка, таблица, макет, шаблон и т. д. Использование моделей позволяет упростить рассматриваемый объект, выделить существенные свойства, сделать его более обозримым и наглядным для изучения.
Любая модель представляет собой некоторое отображение объекта в форме, отличной от формы его реального существования, и служит средством, помогающем в объяснении или понимании происходящих процессов и при решении задач.
Моделирование предполагает построение моделей проектируемых объектов, исследование свойств создаваемого объекта на этих моделях для поиска технического решения. Объектом моделирования может быть сама задача. Разработка модели задачи – один из приемов, позволяющих сконцентрировать внимание на существенных сторонах проблемы, отвлечься от несущественных свойств (признаков), которые мешают поиску решения.
Любая модель ориентирована на проблему и отображает не все свойства объекта, а только существенные для рассматриваемой задачи. Исключение несущественных свойств (признаков) позволяет избавиться от некоторой конкретики, описанной в условии задачи, и перейти к задаче в более общей постановке. А как было показано в подразд. 2.1, это быстрее приведет к успеху.
В процессе работы могут разрабатываться самые различные модели. Главное, чтобы они были информативны – позволяли выявлять существенные свойства анализируемых объектов, и инструментальны – активизировали мышление и позволяли бы продвигаться вперед в решении задачи. Если разработанная модель не позволяет этого сделать, значит, нужна другая, и ее нужно искать или создавать.
Процесс преобразования ИД – это один из видов моделирования объектов, заданных в условии задачи. При этом могут ставиться различные цели: упорядочить ИД (например, в виде таблицы), глубже понять задачу и разобраться в рассматриваемых объектах, выявить связи между ними, отразить существенные свойства рассматриваемых объектов, сделать описание задачи более наглядным и легко обозримым (например, изобразить задачу в виде схемы) и т. д.
Весьма интересную и оригинальную модель технического объекта (ТО) предложил Г.С. Альтшуллер. Исследуемый объект представляется в виде множества (толпы) маленьких деятельных человечков, которые моделирует поведение системы. Он назвал это методом ММЧ (моделирование маленькими человечками).
При моделировании важно, чтобы маленькие человечки видели, понимали, могли действовать. Это ассоциируется с человеком. Поэтому некоторые исследователи относят этот прием к эмпатии – вживанию в образ. Например, представить себя на месте какого-либо компонента технической системы (ТС), чтобы понять, какие воздействия он воспринимает от других компонентов и как он должен реагировать на эти воздействия.
Техника применения ММЧ сводится к следующим операциям:
1. Выделить проблемную часть объекта и представить ее в виде множества маленьких человечков.
2. Разделить их на разные группы, которые действуют так, чтобы выполнялось требуемое действие. Это позволит найти принцип решения технической задачи.
Обычно выполняют серию рисунков – существующее положение (было), и требуемое или желательное положение (надо), и совмещают их, чтобы получилось, как должно быть.
3. Поняв принцип действия, приступают к разработке технического устройства, заменив человечков соответствующими деталями и средами: шариками, пружинками, смазкой, сеткой и т. п.
Пример 2.1. ММЧ для поиска принципа действия устройства. В середине XX в. при горных работах для организации направленного взрыва производили последовательный подрыв нескольких зарядов, например, 10 зарядов в течение 2-х мин. Оператор вручную замыкал контакты электродетонатора, обеспечивая необходимую временную задержку между взрывами.
При новой организации горных работ стало необходимым последовательно включать 40 контактов, причем промежутки между взрывами не равны и каждый раз меняются. Они составляют, например, 0,01; 0,02; 0,03 сек. График включения требуется выдерживать с точностью до 0,001 сек.
Нужно придумать предельно простой, надежный и точный способ включения.
Эта задача возникла в середине XX в. Поэтому при ее решении нужно понимать, на какие ресурсы можно было рассчитывать. Устройство предназначено для работы в полевых условиях, поэтому должно быть предельно простым.
Умельцы придумали весьма простое решение. В трубу, выполненную из диэлектрика, вмонтировали контакты. Для замыкания контактов в трубу бросали шарик (рис. 2.2, а).
Рис. 2.1. Устройство для замыкания контактов (а) и его модель в виде маленьких человечков (б)
Однако сила трения уменьшает скорость шара, что приводит к значительному снижению точности временной задержки подаваемого сигнала. Представим модель ТО в виде маленьких человечков (рис. 2.2, б). Двигаясь по трубе, человечки замыкают контакты (рис. 2.2 в).
Попробуем представить движение объекта в трубе так, чтобы замыкание контактов не сопровождалось трением этого объекта о контакты (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Моделирование технического устройства маленькими человечками
Эта модель «подсказывает» принцип действия устройства (рис.2.4). Но это только хорошая идея. Ее нужно довести до работоспособного устройства.
Рис. 2.4. Идея технического устройства.