Моделирование

Во многих случаях, когда изучаемый объект или явление оказы­ваются недоступными для прямого вмешательства познающего субъек­та или такое вмешательство по ряду причин является нецелесообраз­ным, обращаются к методу моделирования. Моделирование предполага­ет перенос исследовательской деятельности на другой объект, выс­тупающий в роли заместителя интересующего нас объекта или явления. Объект – заместитель называют моделью, а объект исследования - оригиналом или прототипом. Когда мы говорим о модели, речь идет о системе, применение которой при исследовании определённых пре­дметных областей опирается на научную обоснованность выводов по аналогии. При этом модель выступает как такой заместитель прототипа, который позволяет получить о последнем определенное знание. Следовательно, для всех научных моделей характерно то, что они яв­ляются заместителями объекта исследования, находящимися с последним в таком сходстве (или соответствии), которое позволяет получить новое знание об этом объекте. Что же касается специфики такого за­местителя, характера и полноты сходства или соответствия модели и прототипа, цели, назначения и возможностей модели и т.д., то они могут быть различными.

Широкое распространение моделирования сопровождалось утра­той однозначности понятия модели. К настоящему времени насчитыва­ется несколько десятков понятий модели - от моделирующей установ­ки (ЭВМ, прибора и т.д.) до теории, познания вообще и даже искус­ства. Дело в том, что единое понятие модели отсутствовало по той причине, что моделирование испольровалось как частный прием иссле­дования в рамках отдельных областей знания. Когда же моделирование стало приобретать статус универсального метода познания, возникла необходимость в создании общей теории моделирования. А эта теория может быть разработана лишь на основе строго научного понятия мо­дели как идеального объекта.

Расширительная трактовка модели основывается на абсолютиза­ции, вьпячивании лишь одной черты модели - ее сходства с прототи­пом. При этом забывается, что в научную теорию, например, помимо системы уравнений (знаковых моделей) входят также методы исследо­вания этих уравнений, алгоритмы получения решений. Будучи сущест­венными компонентами теории, эти алгоритмы, однако, не являются компонентами теоретической модели явления.

В математике термин "модель" часто используется при описа­нии соотношения между различными формализованными системами. Од­на формализованная система может выступать как модель другой, ес­ли есть способ интерпретации изучаемой системы в терминах этой другой системы. Интерпретируемость означает, что одна формализо­ванная система (модель) выступает как гомоморфный или изоморфный образ другой системы (прототипа). Верно также и то, что система-­модель используется как средство для изучения системы-прототипа, выступая одновременно как объект исследования. 3аметим, однако, что отношения между системой-моделью и системой-прототипом в ма­тематике, вообще говоря, обратимы: прототип может стать моделью.

Важен еще один момент. Метод, посредством которого мы можем определить изменение, скажем, электрической напряженности Е во времени, наблюдая peaльнyю электромагнитную волну, не имеет ниче­го общего с определением функции Е(t) на основе решения волново­го уравнения. Перед нами две совершенно различные процедуры, и именно это обстоятельство делает целесообразным само моделирова­ние. В случае двух формализованных систем, связанных отношением "модель-прототип", подобного рода процедуры были бы идентичны, не­смотря на различный спосoб записи, поскольку для всякой логичес­кой конструкции в моделирующей системе можно построить соответ­ствующую интерпретацию в терминах моделируемой системы, и наобо­рот.

Вообще следует подчеркнуть, что математика в том ее разделе, который именуется теорией моделей, стнюдь не применяет метод мо­делирования, как это ни парадоксально. Она занимается не модели­рованием, а именно моделями. Ее цель - установить соотношения логической эквивалентности между различными математическими тео­риями. Игнорирование этого обстоятельства и слепой перенос мате­матической терминологии в область гносеологии, очевидно, не бу­дут способствовать пониманию сущности метода моделирования.

Моделирование есть способ привлечения готовых или специаль­но сконструированных (материальных или идеальных) объектов, опо­средующих отношения между познающим субъектом и тем фрагментом действительности, который он изучает. Включение опосредующих объектов-моделей в познавательную деятельность позволяет внести в оборот такие исследовательские средства, которые не применимы непосредственно к объекту-оригиналу, но зато применимы к объек­ту-модели. В этом как раз и состоит преимущество метода модели­рования.

Таким образом, сущность моделирования как метода познания захлючается в замещении объекта исследования моделью, причем в качестве модели могут быть использованы объекты как естественно­го, так и искусственного происхождения. Уточнение смысла термина "модель" состоит во введении функциональной асимметрии в отноше­ние сходства между двумя объектами. Если два объекта сходны мечжду собой, то они равноправны по отношению к этому сходству. Асим­метрия в отношение сходства вводится путем трактовки одного объ­екта как прототипа, а другого как модели. Перенос знания осущест­вляется благодаря предположению о сходстве заместителя и замещае­мого. Модельных отношений в природе не существует - они привносят­ся субъектом познания, устанавливающим соответствие модели и про­тотипа. Поэтому всякая модель существует не сама по себе, а в силу того, что она создается и используется исследователем кaк средство его деятельности.

В связи с этим необходимо сделать одно замечание. В литературе по моделированию достаточно широко распространено мнение о том, что, поскольку модель основана на аналогии, она утрачивает свой смысл как в случае тождества модели и прототипа, так и в случае очень большого различия между ними. Инaчe говоря, если оба сравниваемых объекта полностью отличаются друг от друга, то моделирование невозможно; если же они тождественны, то моделиро­вание не нужно. Это не должно быть понято так, что в качестве модели не может использоваться объект, тождественный по своим природным свойствам прототипу. В связи с этим и необходимо уточ­нить значение "тождественности". 3начение этого термина может за­даваться не только природными свойствами объектов, но и условиями включения этих объектов в деятельность человека. IIоэтому тождест­венные по своим природным свойствам объекты могут оказаться не тождественными по условиям включения в деятельность исследовате­ля (например, два прибора, работающие в разных условиях). Иными словами, моделью может быть любой объект, используемый в функции модели.

Уточнение статуса моделирования связано о необходимостью четкого разграничения этого метода с другими методами научного познания. Очень часто моделирование смешивается, например, с ис­кусственным воспроизведением и экспериментом. Экссперимент, искус­ственное воспроизведение и моделирование тесно связаны друг с другом, однако между ними есть и существенные различия, характе­ризующие их место и специфицескую роль в процессе познания. Ис­кусственное воспроизведение -"это создание таких материальных объектов, которые заменяют структурные и функциональные элемекнты (например, человеческого организма) и служат для непосредст­венного практического применения. Между моделированием и искус­ственным воспроизведением имеется глубокое различие, выражающе­еся в том, что первое вылолняет эвристическую функцию по отноше­нию к воссоздаваемым явлениям, а второе вылолняет преимуществаенно чисто практические функции. В то же время между ними имеется и определенная связь: с одной стороны, искусственное воспроизве­дение может иметь в своей основе моделирование, а с другой сто­роны, результат (та или иная схема, конструкция) искусственного воспроизведения может быть использован в качестве модели. В от­личие же от эксперимента моделирование не связано с непосредст­венной исследовательской работой, скажем, над самим биологичес­ким объектом, а лишь оперирует его заместителем, имитирующим с разной етепенью полноты некоторые его свойства.

Иногда под моделированием понимают воспроизведение опреде­ленных сторон, свойств и т.п. прототипа. Такое понимание модели­рования по отношению к живым системам нуждается в уточнении. Те­рмин "воспроизводить" означает производить снова то, что было или есть. Иными словами, воспроизведение предполагает воссоздание системы с сохранением всей ее качественной специфики. При восп­роизведении воссоздаются стороны, сохраняющие в совокупности сущность системы, ее природу. Для воспроизведения необходимо тождество не только результатов функционирования воспроизводи­мой системы, но и процессов, лежащих в основе функционирования, структуры и субстрата. Моделирование же предполагает воссозда­ние каких-то отдельных сторон моделируемой системы.

Когда речь идет о моделировании живых систем с помощью тех­нической модели, то употребление терминов "моделирование" и "во­спроизведение" как синонимов может привести к путанице, к отож­дествлению качественно различных систем. В этой связи нуждается в уточнении утверждение о том, что воспроизводящий объект высту­пает как модель воспроизводимого объекта, т.к. полное воспроиз­ведение приводит к тождеству воспроизводимого и воспроизводяще­го объектов, т.е. к превращению модели в копию. Поскольку анало­гия предполагает тождественность не всех, а лишь некоторых хара­ктеристик сравниваемых систем, то в целом эти системы всегда различны. Однако было бы неправильно абсолютно противопоставлять воспроизведение и имитацию. О воспроизведении можно говорить в широком и узком смысле. В первом случае имеется в виду полное воспроизведение, с учетом качеств, свойств и отношений. Во вто­ром случае воспроизводятся какие-то интересующие исследователя стороны объекта, его свойства и отношения, - и в этом случае пре­дпочтительнее пользоваться термином "частичное воспроизведение" (или "имитация"), поскольку термин просто "воспроизведение" не содержит в себе указания на характер полноты воспроизведения. Ес­ли такое указание на характер полноты содержится, то употребле­ние термина "воспроизведение" вполне оправдано. Понимание сущно­сти моделирования с учетом различия "воспроизведения" и "имита­ции" предохраняет от необоснованных выводов о тождественности качественно различных систем, которые делаются лишь на основе сходства их функционирования.

Существующие в настоящее время классификации моделей обычно строятся исходя из потребностей той дисциплины, в которой работа­ет тот или иной исследователь ¹. Традиционным является разделение моделей на материальные и идеальные. Вместе с тем такое разделение дополняется делением их на предметно-подобные (вещественные, суб­станциональные, объектные и т.д.) и символические (знаковые, мате­матические и т.п.). Модели можно также разделять на объектные (ко­гда сходство устанавливается между объектом-моделью и объектом-­прототипом) и деятельностные (когда сходство устанавливается меж­ду видами деятельности, в которые включены модель и прототип). Для развития научного познания выдвигаются и иные, более конкретные основания для классификации моделей ²: разделение по форме пред­ставления (логические, математические, механические, физические, химические и т.д.); по природе моделируемых явлений (социальные, психологические, физиологические, биологические, физико-химичес­кие, молекулярные, квантовые и т.д.); по задаче моделирования (эвристические, прогностические и т.д.); по степени точности (точные, достоверные, приближенные, вероятностные); по объему отображенных в модели свойств прототипа (полные, неполные и т.д.); по глубине аналогии между моделью и прототипом. (субстратные, структурные, функциональные); по воспроизводимым свойствам (информационные, системные и т.д.). Естественно, что возможности моделирования как метода познания могут быть определены примени­тельно к конкретному его виду.

^1. См.: Штофф В.А. Моделирование и философия. М., 1966; Глинский Б.А. и др. Моделирование как метод научного исследования. М., I965 и др.

^2. См.: Кочергин А.Н. Моделирование мышления. М., I969.

Универсальность метода моделирования означает его примени­мость ко всем областям и этапам научного исследования. Модель не может дать ответа на все вопросы, интересующие исследователя. Возможности моделирования увеличиваются при условии использова­ния других методов познания. Более того, использование других методов является необходимым условием применения моделирования.

Роль моделирования возросла, стала в полной мере осознанной с возникновением и развитием кибернетики. Кибернетика охватила широкую сферу явлений, включая биологические и социальные систе­мы, где метод моделирования приобретает ведущее значение. Этот широкий охват происходит потому, что кибернетика концентрирует свое внимание на особенностях функционирования систем, отвлека­ясь от их субстратно-структурной основы. Соответственно и метод моделирования приобретает иную окраску. Если в традиционных обла­стях знания (физика, химия, биология) моделирование имеет целью отразить внутренние отношения, связывающие друг с другом элементы системы, с тем, чтобы понять законы системы как некоторого цело­го, то кибернетическое моделирование нацелено на отображение от­ношений системы как целого с условиями ее существования, с окру­жающей средой. Предметом кибернетического моделирования являются отношения в системе "объект-среда". Сама возможность конструиро­вания моделей обусловлена неоднозначностью связи между субстрат­но-структурными и функциональными характеристиками системы: одна и та же функция может быть реализована различными субстратно­структурными средствами. Например, живая почка человека и ее ис­кусственная модель функционируют одинаково с точки зрения конеч­ных результатов: и та, и другая выводят из организма азотистые шлаки и другие продукты обмена. Но механизмы, лежащие в основе работы живой почки и ее модели, качественно различны. Если в жи­вой почке продукты обмена выводятся при помощи процессов ультра­фильтрации, реабсорбции (обратного всасывания продуктов, которые нельзя выводить), то в искусственной почке то же самое осущест­вляется посредством диализа (отделения коллоидных частиц от рас­творенных веществ) через специальные перепонки. Столь же различ­ны механизмы, лежащие в основе функционирования сердца, легких и их моделей. Сказанное выше относится и к моделированию мышления. И в этом случае модель предполагает создание не тождествен­ного, а лишь сходного или находящегося в определенном соответст­вии с прототипом процесса.