7.1. Ключевые этапы моделирования

Подготовка и проведение моделирования предполагает чаще всего:

1. Формулирование задачи.

2. Обоснование необходимости исследования оригинала посредством модели.

3. Получение модели, фиксирующей существенные свойства оригинала и обеспечивающей их исследование.

4. Обоснованный выбор или задание условий среды функционирования модели.

5. Выбор критерия(-ев)⁵⁰, шкалы оценивания свойств модели и, возможно, плана эксперимента.

6. Исследование модели в соответствии с поставленной целью.

7. Обработка результатов моделирования.

8. Интерпретация экспериментальных данных и их перенос на оригинал.

9. Опытная проверка эксперимента с моделью.

Поясним некоторые из этапов. Попутно отметим, что этапы 1–8 можно выполнять опираясь на компьютерные технологии.

Этап 1. В формулировке задачи должны быть отражены:

– объект изучения – подлежащий изучению объект либо процесс физического, биологического, психического или социального мира, например, деталь, процесс электрохимической обработки металлической поверхности, мыслительная способность человека;

– предмет исследования – стороны оригинала, характеризующие его состояние или развитие, и/или зависимости между ними, подлежащие установлению в соответствии с поставленной (чётко сформулированной или размытой) целью. Предмет исследования задаётся человеком, например, установление связи между плотностью материала детали, её объёмом и массой; зависимость скорости растворения материала от тока, размеров электрода, концентрации электролита; предаварийная ситуация стратегически важного объекта или производства;

– ограничения и условия проведения исследования оригинала определяются свойствами среды в конкретном объёме пространства-времени, в котором находится оригинал, и степенью его изменчивости как объекта с заданными функциями;

– цель(-и) моделирования – то, к чему стремится в идеальном случае исследователь оригинала.

Возможные цели моделирования:

• получение формульных зависимостей;

• обоснование достоверности математических описаний объектов и процессов;

• оценка состояния натуры при тех или иных условиях во времени и в пространстве;

• пассивная и активная идентификация (экспериментальное построение модели по входным и выходным сигналам объекта) (структурная, параметрическая, функциональная). Активная идентификация сопровождается планированием эксперимента (заданием схемы проведения опытов до или в ходе эксперимента);

• поиск оптимальных и рациональных характеристик натуры при соблюдении принятых критериев;

• выделение существенных факторов, влияющих на поведение объекта;

• определение структуры объекта и классификация его основных свойств;

• обучение и тренировка.

Перед формулировкой задачи обычно проводят анализ области изучения, позволяющий представить её и более корректно сформулировать проблему.

Этап 2. К разрабатываемым моделям предъявляются разные требования, в частности, она должна быть:

• адекватной;

• однозначно истолковываемой;

• достаточно универсальной;

• экономичной (либо эффективной).

Адекватность характеризует степень достижения поставленной цели посредством модели. Нужная адекватность обеспечивается правильностью, полнотой и цельностью представления в модели существенных сторон оригинала. В частном случае модель считается адекватной оригиналу, если погрешность результатов модельного эксперимента не превышает заданных значений.

Степень универсальности определяется полнотой отображения в модели сторон оригинала.

Экономичность предполагает минимум затрат при моделировании в определённый промежуток времени при получении максимума информации об оригинале.

Этап 5. Выбор критерия, способа и шкалы оценивания модели предполагает установление правил, методов определения качества модели, оцениваемого (расчётом или с привлечением экспертов) по принятой качественной либо количественной шкале (допустим, шкале наименований, лингвистической, рангов, интервалов и т.д.).

Качественными методами оценивания являются методы, базирующиеся обычно на результатах опроса экспертов: классификации, рангов, парных либо множественных сравнений.

Непосредственная числовая оценка и метод Терстоуна – примеры способов количественного оценивания.

Этап 6. Исследование модели – проведение эксперимента с моделью с фиксацией значений изучаемых её качественных и количественных свойств.

Этап 7. Обработка результатов моделирования предполагает уменьшение влияния на искомые данные случайностей и получение требуемых сведений.

Этап 8. Интерпретация состоит в представлении, анализе и осмыслении результатов, а также в формулировании итоговых выводов.

Перенос результатов изучения сводится к установлению количественных связей между свойствами модели и оригинала, к получению количественных значений существенных свойств натуры.

Этап 9. Опытная проверка результатов моделирования направлена на установление соответствия модели оригиналу и достоверности результатов моделирования. На последнем этапе моделирования возможно проведение эксперимента с оригиналом.