7.2.3. Природа моделей

М

Рисунок 7.3 - Схемы физических моделей:

а - груз на пружине;

б - LCR– электрическая цепь;

S=F/t – механическое сопротивление;

F – сила; е =x/F – податливость;

t – время; х – перемещение пружины;

R=U/I – сопротивление в электрической цепи; I=dq /dt – ток, циркулирующий в цепи; U – напряжение электрического источника; q – электрический заряд;

С=q/t – ёмкость; L – индуктивность

атериальные модели формируются из реальных объектов либо их частей исходя из объективных законов природы. Моделирование с их использованием более адекватно, но диапазон его возможностей определяется существующими у физических процессов и объектов ограничениями.

Натурные модели предполагают проведение исследований на реальном объекте с последующей обработкой результатов на основе теории подобия.

Полунатурные модели содержат части натуры и физические либо иные заменители элементов оригиналов. В состав такой модели может быть включён и исследователь. Любой тренажёр – пример полунатурной модели. Например, при изучении процессов резания на токарном станке работа системы числового программного управления может быть имитирована работой её аналоговой либо программной модели.

Физические модели могут воспроизводить изучаемый объект или процесс с сохранением его физической природы, реализовать другие аналогичные физические явления (механические, тепловые, электрические, гидравлические, магнитные и др.). Так, изучение поведения во времени механической системы, состоящей из нагруженной пружины, закреплённой одним концом (рис. 7.3), возможно путём исследования процессов в LCR – электрической цепи.

В ходе изучения можно воспользоваться объектом, идентичным оригиналу по форме, но иных размеров, например, моделью самолёта в аэродинамической трубе.

Сходство физических явлений предполагает сходство их математических описаний.

Абстрактные модели сущностей - это продукты чувственного восприятия и деятельности абстрактного мышления человека в виде информации. Первоначально в сознании человека возникают мыслительные модели, которые в последующем представляются в виде материальных и абстрактных моделей. В зависимости от степени привлечения средств формализации абстрактные модели могут быть описательными и формальными. Они выражаются посредством:

• знаковой (семиотической) модели, в которой свойства оригинала представляются условными символами. В таких моделях связи между символами задаются правилами, принятыми в той области, к которой относится знаковая модель;

• образной (иконической, пиктографической) модели, отражающей свойства оригинала наглядными чувственными образами, имеющими прообразы среди элементов оригинала либо сущностей реальности;

• образно-знаковой модели, обладающей признаками семиотических и иконических моделей. Чертежи, схемы, графики, таблицы – примеры таких моделей.

Описательные модели представляют описания сущностей, которые в дальнейшем могут быть представлены формальными моделями. Если описание фиксирует свойства предмета лишь качественно, без очевидной функциональной связи между ними, то имеет место эвристическая модель. Она формируется при недостатке либо большом объёме количественной информации, слабой изученности объектов, процессов и явлений. В частности тогда, когда требуется осуществить:

а) выбор физических принципов действия создаваемых объектов;

б) обоснование полезных и вредных воздействий;

в) трактовку результатов исследований и принятие окончательного решения – создание оригинальной рекламной и производственной продукции.

Для получения таких моделей обычно привлекают экспертов и лиц, принимающих решения (ЛПР). В поиске требуемого решения они руководствуются:

• способами генерации поисковых стратегий, базирующихся на логике мышления и развития техники и технологий;

• методами и формами организации поисковой деятельности и управления ею;

• методами настройки, регулирования и активизации своего психофизиологического и творческого состояния;

• имеющимися традиционными и электронными информационными базами.

Можно выделить три группы методов, обеспечивающих получение эвристических моделей и решений:

1. Методы случайного поиска, основанные на интуиции человека и использовании некоторых средств активизации его мышления. К их числу относят метод проб и ошибок; метод ассоциаций и аналогий; метод фокальных объектов; метод мозгового штурма; синектику; список контрольных вопросов Осборна.

2. Методы систематизированного поиска, опирающиеся на правила и закономерности рационального мышления. Примерами таких методов считаются матричные методы (метод морфологического ящика – нахождение вариантов решений в ходе комбинирования свойств выделенных элементов); метод матриц открытия; метод QUCS, отображающий наиболее значимые и возможные признаки искомых предметов; вепольный анализ (предложен Г. С. Альтшуллером для решения технических задач на структурном уровне); метод Коллера; графовые методы (методы анализа иерархии PATTRN, SEER), ориентированные на получение сетевой либо иерархической структуры влияний признаков, приводящей к решению проблемы.

3. Методы логического мышления, ориентированные на последовательное использование некоторых целеустремлённых предписаний. В частности, таковыми являются метод Бартини; обобщённый эвристический алгоритм поиска новых решений; алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ-77, АРИЗ-85В).