Методология научного познания                       

Метод моделирования

Моделирование исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение различных моделей реально существующих предметов и явлений (живых и неживых систем, инженерных конструкций, разнообразных процессов физических, химических, биологических, социальных) и конструируемых объектов (для определения, уточнения их характеристик, рационализации способов их построения и т. п.).

Что такое модель? По мнению К.Е. Морозова «Под моделью понимается объект любой природы, который способен замещать исследуемый объект так, что его изучение дает новую инфор­мацию об этом объекте» (Морозов К.Е. Математическое моделирование в научном познании. М., 1969. С. 40).

Комитет по научно-технической термино­логии Академии наук СССР рекомендовал такое определение: модель это «объект (например, явление, процесс, система, установка, знаковое образование), находящийся в отношении подобия к моделируемому объекту» (Основы теории подобия и моделирования. Терминология. М., 1973). Тут же дано и определение подобия на базе тождественности математических описаний.

Вообще говоря, моделью можно считать любой объект, используемый для получения или фиксации точных знаний о другом объекте.

В основе моделирования лежит аналогия сходство предметов (явлений, процессов и т.д.) в каких-либо свойствах. При умозаключении по аналогии знание, полученное из рассмотрения какого-либо объекта («модели»), переносится на другой, менее изученный (менее доступный для исследования, менее наглядный и т.п.) в каком-либо смысле объект.

Предметным называется моделирование, в ходе которого исследование ведётся на модели, воспроизводящей основные геометрические, физические, динамические и функциональные характеристики «оригинала». На таких моделях изучаются процессы, происходящие в оригинале объекте исследования или разработки (изучение на моделях свойств строительных конструкций, различных механизмов, транспортных средств и т.п.).

Явление (система, процесс) может исследоваться и путём опытного изучения каких-либо явлений иной физической природы, но такого, что оно описывается теми же математическими соотношениями, что и моделируемое явление. Как и вообще математические знаки, модели имеют строго опреде­ленное значение. Они описывают процессы и выражают в абстрактной форме некоторые отношения действительности.

По отношению к конкретным объектам заключения, получаемые по аналогии, носят, вообще говоря, лишь вероятный характер. Поэтому наряду с активным развитием методов моделирования и применением их к разным техническим задачам, этим мето­дам долго не доверяли и недооценивали их.

Классическим примером такой недооценки выво­дов, сделанных на основе модельных экспериментов, был случай с по­строенным в 1870 г. крупнейшим британским броненосцем «Кептен». Его модель, исследованная английским инженером Ридом, показала катастрофическое несовершенство конструкции корабля. Но Адмирал­тейство, категорически отказавшись верить опытам с «игрушечной мо­делью», послало корабль в плавание, в котором он погиб вместе с 523 моря­ками.

Быстрое развитие техники, применение методов кибернетики, пере­ход на кибернетическое регулирование и управление сложными систе­мами настоятельно требуют применения методов моделирования.

Слож­ность взаимодействия отдельных элементов кибернетической системы, взаимодействие автоматически управляемых машин и челове­ка, все это требует опытного исследования, создания своего рода опытного полигона, на котором можно было бы без материального ущерба, без затраты значительных средств проводить широко поставленные исследования и обоснованно переносить их результаты с одних объектов из другие.

Но действия современных дорогостоящих управляющих машин и слож­ных систем, управляемых этими машинами, не могут легко и беспрепятственно изучаться непосредственно в натуре. Исследования какой-либо новой установки, управляющей аварийным режимом, скажем, энергети­ческой системы, потребовали бы специального воспроизведения в этой системе ряда аварийных состояний. Очевидно, что опытное воспроизведение тяжелой аварии для энергетической системы, обслуживающей большой район или целую страну, совер­шенно невозможно. Поэтому единственным способом изучения поведе­ния такой сложной системы в различных ее состояниях является метод моделирования. Именно метод моделирования дает возможность в усло­виях, близких к реальным, рабочим, проверять критерием практики истинность тех или иных теоретических положений, лежащих в основе разработок и создания сложных автоматических управляемых систем. Общие теоретические концепции без экспериментальной проверки в производственных условиях, на практике, часто приводят к грубым просче­там и ошибкам.

Современная форма «материальной реализации» знакового (прежде всего, математического) моделирования это компьютерное моделирование. В принципе, на компьютере, как на чистом листе, можно задать описание любого процесса (явления) в виде его программы, т.е. закодированной на машинном языке системы правил, следуя которым машина может «воспроизвести» ход моделируемого процесса.

Метод моделирования использует с целью познания моделируемого объекта математический, эксперимен­тальный и исторический методы. Он включает в себя как практический синтез сущностных моментов, познанных на мате­риальных моделях, так и теоретический анализ идеальных моделей; как объектив­ный анализ имеющихся моделей, так и субъективный синтез связей, возникших до образования теории.

Теория, понимаемая как компонент науки, представляет собой особого рода модель изучаемых ею объектов. Теория выступает как объяс­нение объективных процессов посредством обобщения познанных существенных отно­шений и законов в целостной системе зако­нов. Сущность теории синтез экспери­ментально и теоретически проанализиро­ванных существенных сторон явлений.

В свою очередь, модель выступает как одно из важнейших связующих звеньев между экспериментом и теорией. Исходным пунк­том является поиск модели или выработка какого-то представления о модели, созда­ние первой весьма грубой модели (эври­стическая ступень). Затем созданная модель проверяется и испытывается относительно ее следствий (когнитивная ступень). В хо­де этого процесса и после него делается вывод о характере поведения объекта ис­следования (прагматическая ступень). На­конец, модель включается в бо­лее общие представления (теорию, физиче­скую картину мира и т.д.). В реальной прак­тике научного познания могут иметь место взаимоисключающие, но дополняющие друг друга модели.