3.1.2. Моделирование и модель

Одним из путей повышения эффективности познавательной деятельности человека может быть замещение объекта познания другим объектом – моделирующим объектом или моделью, имеющей определенные преимущества перед исходным объектом за счет сохранения наиболее существенных свойств и особенностей замещаемых объектов. При этом несущественные свойства и части моделируемого объекта в модели могут отсутствовать. Процесс опосредованного познания по второму пути может быть представлен схемой, приведенной на рис. 3.3, в которой модель выступает в роли средства познания. В то же время для изучения модели могут быть необходимы и другие средства познания – набор инструментов, позволяющих изучать ее свойства.

Термин “модель” происходит от латинского слова modus - мера, масштаб, способ действия. В частности, оно обозначает копии предмета или процесса, служащих для их изучения. Примером таких копий может служить голова человека, которая для портновского манекена не моделируется, является несущественной деталью, но та же голова в живописном или словесном портрете человека является главной. Или другой пример - процессы протекания жидкости или газа по гидро- или пневмо- проводникам (трубам, газопроводам, магистралям, сосудам организма) можно изучать на основании законов протекания электрического тока в электрических цепях, причем каждый элемент электрической цепи будет отражать (моделировать) соответствующий элемент исследуемого проводника.

В различных отраслях науки термин “модель” толкуется по-разному. Кроме того, этот термин омонимичен, т.е. имеет значения, не совпадающие с рассматриваемым, например, тип, марка конструкции; образец; фотомодель; модельная обувь (в смысле “обувь повышенного качества”) и т.п. Этот термин имеет несколько десятков значений и оттенков. Неполными синонимами являются: модели-игрушки, наглядные пособия, тренажно-моделирующие комплексы, знаковые модели: формулы, графики, чертежи, описания, топографические карты, портреты. В употреблении неполных синонимов нашел отражение тот факт, что все такие ситуации являются вырожденными случаями моделирования. Исследовательская стадия закончилась, и модель используется как носитель ее результатов. В то же время появление новых сведений, выявление новых ранее неизвестных свойств могут изменить модель (описание, наглядные пособия, топографические карты и т.п.), которая в обновленном виде опять будет носителем результатов проведенных исследований.

В работе [28] на основе анализа различных понятий модели, которые имеют место у разных авторов, представителей естественных и гуманитарных наук, дано обобщенное определение термина “модель”: “Модель есть система, исследование которой служит средством (средством познания, авт.) для получения информации о другой системе”.

В процессе уточнения этого термина следует выделить ее два главных признака:

- “модель” всегда модель чего-то, представитель естественных или искусственных “оригиналов”, которые сами, в свою очередь, могут быть моделью; модель и оригинал обычно являются системами;

- модели охватывают не все свойства оригинала, а только те, которые существенны для того, кто применяет модель.

Моделирование в широком смысле является основным методом научных исследований во всех областях знания и единственным научно обоснованным методом оценок систем произвольной природы, используемым при принятии решений во всех сферах человеческой деятельности. Главной отличительной чертой этого метода является использование нового объекта, замещающего изучаемый объект. Поэтому обобщенно моделирование определяется как метод опосредованного познания, при котором изучаемый объект (оригинал) находится в некотором соответствии с другим объектом (моделью), способным в том или ином отношении замещать оригинал на некоторых стадиях познавательного процесса. Стадии познания, на которых может происходить такая замена, равно как и формы соответствия модели и оригинала, могут быть различны. В общетеоретическом смысле моделирование означает “осуществление каким-либо способом отображения или воспроизведения действительности для изучения имеющихся в ней объективных закономерностей” [ ].

Характерная особенность процедуры моделирования состоит в том, что между моделью и оригиналом не должно происходить никакого неконтролируемого природного взаимодействия. Это обстоятельство обусловлено тем, что в противном случае неизвестные характеристики оригинала, только еще подлежащие исследованию, оказывали бы на модель неконтролируемое воздействие. С другой стороны, оперирование моделью в этом случае также вызвало бы неконтролируемые изменения еще не исследованных характеристик оригинала. Таким образом, сама процедура моделирования потеряла бы познавательную ценность.

Моделирование находит широкое применение в автоматике, вычислительной и измерительной технике, экономике и многих других областях науки и техники, в том числе и в биологии и медицине. Оно используется для хранения и передачи знаний, обучения и тренировки людей, синтеза сложных систем, прогнозирования и других задач [29,30]. Основные методы теории моделирования оказываются особенно незаменимыми при малой изученности рассматриваемых сложных объектов, при полном отсутствии математического описания таких объектов, при наличии этого описания, но слишком сложного для аналитического исследования или исследования на ЭВМ. Во многих случаях моделирование позволяет значительно упростить планирование и выполнение экспериментов.

Можно определить три характерных вида моделирования [3].

1) Моделирование может пониматься как познавательный процесс, содержащий переработку информации поступающей из внешнего мира о происходящих в нем явлениях. В результате этой информации, в сознании появляются образы, имеющие определенное сходство с соответствующими объектами. Сумма этих образов позволяет выявлять свойства изучаемых объектов и их взаимодействие. Мозг человека с находящейся в нем информацией является моделью этих объектов. На это обращал внимание еще Р. Декарт в своей знаменитой фразе: “Когда человек умирает, с ним умирает целый мир”.

2) Математическая запись, составленная на основании суммы образов и содержащая описание динамики физических или других (например, экономических) закономерностей, тоже есть модель. Она называется знаковой моделью, поскольку в ней в виде знаков закреплено ранее полученное знание.

По одной из классификаций (см., например, 30) знаковую модель называют вырожденной, т.е. используемой в качестве носителя уже известного знания. В то же время система из знаковой модели совместно с мозгом человека (или ПЭВМ) может создавать ранее неизвестное знание, до некоторой степени новое, хотя и заложенное в знаковую модель. Без системы, оперирующей со знаковой моделью, т.е. без мозга или ПЭВМ, знаковая модель неподвижна, “мертва” и не способна порождать новое знание.

3) Моделирование может пониматься как создание некой искусственной системы - системы модели (другой системы), имеющей определенное сходство с первой системой (оригиналом). Две эти материально реализованные системы, из которых одна рассматривается как отображение другой, связаны отношениями подобия. Отображение одной системы в другой в этом случае является следствием выявления сложных зависимостей между этими системами, отраженных в соотношениях подобия, а не результатом непосредственного изучения поступающей информации.

В первом случае моделирование носит мысленный характер, а во втором и третьем - материальный, поскольку его реализация требует создания специальных установок, воспроизводящих исследуемую систему, или требует носителя информации. Но тогда можно утверждать, что и первый тип модели материален, поскольку носителем мысленных образов является материя мозга.

Отношение “оригинал-модель” не природное, а, социально обусловленное отношение, устанавливаемое исследователем на основе некоторых объективно присущих оригиналу и модели свойств, известных до начала исследования. Вне акта исследования нет ни модели, ни оригинала. Вне процедуры моделирования объект, который потенциально может стать моделью, будет существовать и взаимодействовать с другими объектами, но в этом случае он не будет служить средством опосредованного познания действительности, то есть не будет моделью.

“Модель выполняет свои функции в процессе познания лишь благодаря тому значению, которое ей придается исследователем как заместителю оригинала” [29]. Например, теленок, собака, лягушка и даже микроорганизмы не раз служили физиологам моделями человека (по принципу “биологического подобия”). Так при отработке операций на сердце человека используется организм животного, изучение свойств нового лекарственного препарата проводится вначале на популяции микроорганизмов, затем на мелких и крупных животных, и только после этого они допускаются к испытаниям на человеке. Организмы животных служат моделями и при решении чисто технических задач, например, зрительный анализатор лягушки, послужил моделью для создания устройства для селекции движущихся военных целей. Но для змеи, заглатывающей лягушонка или для вора, покусанного сторожевой собакой, эти же животные моделями не являются.

У одного оригинала может быть несколько моделей, при этом объективной основой использования моделирования является некоторое сходство моделей и оригинала. Однако насколько важным является сходство модели с оригиналом, настолько же необходимо различие между ними. Именно это неполное совпадение их свойств позволяет обойти те трудности, которые возникают при непосредственном исследовании оригинала, т.е. обеспечивает выполнение моделью своих функций. Степень сходства имеет верхнюю границу, за пределами которой процедура моделирования не имеет смысла, так как модель будет совпадать с оригиналом. С другой стороны исследование одного объекта может ничего не давать для познания другого, когда объекты полностью различны.

Одной из исходных и наиболее важных процедур абстракции является абстракция отождествления. Обнаружение в процессе труда общих свойств у вещей материального мира, которые на первый взгляд не имеют ничего общего, позволяет отождествлять различные вещи - устанавливать между ними отношения типа тождества. Этот шаг является необходимым условием для формирования любой модели, так как он и позволяет использовать один объект вместо другого.