Раздел 1. О моделях и моделировании в науке и технике
только виртуально. Например, программное обеспечение, Ин
В технике, в соответствии с различными назначениями мето
дов моделирования, понятие «моделирование» используется не
тернет или виртуальное предприятие.
Отсутствуя как матери
альное явление, они, тем не менее, обеспечивают производи
только и не столько с целью получения объяснений различных
явлений, сколько для создания и совершенствования объектов
и процессов искусственной технической среды. Любые научно-
технические расчеты (на прочность, устойчивость, надежность,
безопасность, точность и т.п.), связанные с реализацией боль
шинства типовых процедур профессиональной деятельности
инженера, в сущности являются специализированными видами
моделирования [7].
Появление первых электронных вычислительных машин (Дж.
фон Нейман, 1947) и формулирование основных принципов ки
бернетики (Н. Винер, 1948) привели к осознанию практической
значимости и популяризации научных методов моделирования
в технике. Этот период (1947—1948) можно считать рубежным
для появления нового универсального способа познания и пре
образования мира человеком — компьютерного моделирования.
По авторитетному мнению академика А.А. Самарского, «ме
тодология математического моделирования может и должна
быть ядром информационных технологий, всего процесса ин
форматизации общества» [52].
1.3.1. Компьютерное молелированне
Моделирование в классическом естествознании обычно всег
да ассоциировалось с каким-либо натурным экспериментом.
Компьютерные технологии ввели в практику так называемый
«вычислительный эксперимент», отличающийся от обычного
«прямого» натурного эксперимента тем, что в процесс познания
включается «промежуточное звено» — компьютерная модель,
являющаяся одновременно и средством, и объектом экспери
ментального исследования, заменяющим изучаемый объект.
Компьютерный моделирование позволяет изучать такие объ
екты, прямой эксперимент над которыми затруднён, экономи
чески невыгоден либо вообще невозможен в силу тех или иных
причин.
Следует специально заметить, что сами компьютерные
технологии порождают технические объекты, существующие
26
тельную деятельность множества людей, имеют определенный
состав средств, сложную структуру, производят ценную про
дукцию, не всегда, правда, материальную. Например, элек
тронная техническая документация, компьютерные модели,
виртуальные изображения, компьютерная анимация уже прочно
вошли в обиход цивилизованного человечества. При всей сво
ей абстрактности виртуальные компьютерные объекты и авто
матизированные системы бурно развиваются, имеют огромное
практическое значение, а значит, требуют моделирования, на
учного изучения, инженерного проектирования, новых техно
логий и т.д.
Однозначная классификация видов моделирования затруд
нительна в силу многозначности понятия «модель» в науке и тех
нике. По аналогии с моделями можно, прежде всего, различать:
— практическое, материальное (натурное) и
— теоретическое (абстрактное) моделирование.
Если модель и моделируемый объект имеют материальную
природу, то говорят о физическом или, как мы будем называть,
натурном или материальном моделировании. При этом модель
и моделируемый объект представляют собой реальные объ
екты или процессы единой или различной физической приро
ды, причем между процессами в объекте-оригинале и в модели
выполняются некоторые соотношения подобия, вытекающие
из схожести физических явлений. Например, при моделирова
нии течения жидкостей и газов на уменьшенных материальных
моделях технических объектов необходимо использовать специ
альные поправочные коэффициенты.
Абстрактное, теоретическое моделирование в науке и технике
основано на использовании знаковых систем. На верхнем уровне
абстрагирования выделяют концептуальное моделирование, при
котором совокупность уже известных фактов или представлений
относительно исследуемого объекта или системы истолковыва
ется с помощью некоторых специальных знаков, символов, one-
Раций над ними или с помощью естественного или искусствен
ного языков.
27 
1.3. Моделирование в технике
испытаниях ЭВМ давно и успешно применяются для управле
ния процессами и (или) для автоматизации обработки результа
тов моделирования, как это предусмотрено в автоматизирован
ных системах научных исследований. Таким образом, мы видим,
что понятие «компьютерное моделирование» значительно шире
первоначального понятия «моделирование на ЭВМ» [2].
ними, которые выполняет человек или машина (преобразования
математических, логических, химических формул, преобразова
ния состояний элементов цифровой машины, соответствующих
знакам машинного языка, и др.). Современная форма реализа
ции знакового моделирования — это программирование на циф
ровых электронных вычислительных машинах (компьютерах).
Память компьютера позволяет зафиксировать описание (мо
дель) любого объекта или процесса в виде его программы, то есть
закодированной на машинном языке системы правил, следуя
которым машина может «воспроизвести» моделируемый объект
или ход моделируемого процесса [7].
Исторически случилось так, что первые приложения компью
терного моделирования были связаны с разработкой ядерного
и ракетного вооружения. На дорогостоящих и редких в то время
ЭВМ, с помощью их прямого программирования, решался целый
ряд задач динамики полета, гидравлики, теплообмена, механики
твердого тела и т.д. В середине прошлого века под моделирова
нием на ЭВМ понималось в основном численное инженерно-
физическое и имитационное моделирование, которые не выделя
лись из общего понятия «математическое моделирование» [52].
Однако прогресс компьютерных технологий столь стреми
телен, что термины умножаются, а понятия меняются «едва
только появившись». Благодаря появлению графического
человеко-машинного интерфейса и графических периферийных
устройств, широкое развитие получило геометрическое и графо
аналитическое моделирование на ЭВМ. В последние десятиле
тия резко возрос интерес к инфологическому моделированию,
в том числе и самих автоматизированных компьютерных систем.
Логически рассуждая, можно заметить, что практически при всех
видах и формах моделирования компьютер также может быть
весьма полезен, за исключением разве классического натурного
эксперимента. Но даже в физических экспериментах и натурных
28
Если под компьютерной моделью технического объекта мы бу
дем понимать любую из перечисленных выше видов абстрактных
моделей, созданную и используемую при помощи компьютерных
технологий, то компьютерное моделирование на цифровых вычис
лительных машинах является знаковым по форме, и может быть
самым разнообразным по своему содержанию в зависимости от
типа реализуемой модели.
Цели моделирования в технике могут быть различными, од
нако в XXI веке наиболее часто компьютерное моделирование
применяется для решения сложных инженерно-технических за
дач. В технике предметом компьютерного моделирования могут
выступать не только деталь или изделие в сборе, а целое про
мышленное предприятие, автоматизированная система, техно
логический процесс, и вообще — любая сложная система [19, 41,
53], поскольку только компьютерное моделирование позволяет
построить достаточно точные и подробные модели реальных
объектов, явлений и систем.
Как известно, сложная система проявляется не только как
механическая сумма объектов. При объединении ранее простых
объектов в систему проявляется новое качество и новые, не при
сущие ни одному из входящих в систему объектов, свойства. Гиб
кость и практически неограниченная сложность компьютерных
моделей позволяет выявить такие факторы и свойства системы,
которые невозможно исследовать какими-либо другими метода-
Ми моделирования.
Использование компьютерного моделирования в техниче
ской подготовке производства кардинально меняет содержание
и Последовательность многих традиционных этапов разработ-
ки новых технических объектов. Например, после внедрения
Компьютерной автоматизированной системы проектирования
На крупнейшей мировой авиастроительной фирме «Боинг», ин-
женеры позволили себе отказаться от большинства неизбежных
29