Целостный метод системной технологии и системная экология

Глава 4. Модели

? Понятие модели. Понятие модели некоторого объекта возникает в связи с необходимостью изучения возможностей использования этого объекта для решения проблем, решения задач, достижения целей деятельности. Поэтому такой объект логично называть также изучаемым объект ом.

Будем исходить из следующего определения:

«модель изучаемого объекта – вспомогательный объект, дающий ответы на вопросы в отношении изучаемого объекта».

Для систем:

«модель изучаемой системы – вспомогательная система, дающая ответы на вопросы в отношении изучаемой системы».

В свою очередь, для технологии –

«модель изучаемой технологии – вспомогательная технология, дающая ответы на вопросы в отношении изучаемой технологии».

Для основной и дополнительной частей технологии –

«модель изучаемой части технологии – вспомогательная система, дающая ответы на вопросы в отношении изучаемой части технологии».

В свою очередь, для моделируемого объекта –

«модель изучаемого моделируемого объекта – вспомогательная система, дающая ответы на вопросы в отношении изучаемого моделируемого объекта».

Для частей моделируемого объекта –

«модель изучаемой части производственной систем – вспомогательная система, дающая ответы на вопросы в отношении изучаемой части моделируемого объекта».

По своей сути модель дает ответы в отношении изучаемого объекта некому субъекту, изучающему этот объект с различными целями – анализа, исследования, мониторинга и т.д. Другими словами, модель – это источник новых знаний об изучаемом объекте, необходимых для пополнения знаний изучающего о данном объекте. Тогда можно определить, что

модель – это совокупность способов и/или средств обеспечения взаимодействия между внешней средой, представленной изучаемым объектом, и внутренней средой изучающего, представляемой, в данном случае, в виде комплекса его знаний о внешней среде.

Модель изучаемого объекта можно называть также и моделирующим объектом, а изучаемый объект – моделируемым объектом.

Каждая известная модель объекта имеет один или несколько известных главных признаков, которые рассматриваются в виде аксиом в теории этой модели. Построенная на основе совокупности аксиом с помощью принятых правил вывода теория определенной модели может ответить на вопросы в отношении реального объекта, в том случае если реальный объект удовлетворяет условиям того же набора аксиом.

Другими словами, общий Принцип моделирования состоит в том, что

реальный моделируемый объект и используемая модель должны удовлетворять одному набору аксиом.

Составление единой модели какого-либо объекта в виде, позволяющем получить все ответы на вопросы в отношении изучаемого объекта, невозможно и по этой причине любые реальные объекты представляют с помощью некоторого множества известных моделей систем объектов данного класса. Каждая такая известная модель объекта позволяет ответить на некоторый комплекс вопросов в отношении построения и функционирования определенного объекта или класса объектов.

В зависимости от цели изучения объекта – анализ, исследование, проектирование и т.д., используются различные способы построения моделей. Рассмотрим наиболее распространенные виды моделей.

? Концептуальные, структурные и математические модели динамических систем.

Как правило, все модели являются концептуальными, структурными или математическими. Рассмотрим эти виды моделей на примере моделирования динамических систем[34] .

Динамической системой называется упорядоченное множество взаимно связанных друг с другом элементов, существующих в реальной действительности, т.е. в пространстве и времени.

К внешней среде динамической системы относится все, не являющееся элементом данной системы.

Каждый элемент системы принято характеризовать совокупностью количественных и/или качественных признаков, изменяющихся с течением времени.

Состояние (поведение) системы в каждый фиксированный момент времени описывается однозначным выражением характеристик элементов системы.

Классическими примерами динамической системы являются система «Земля-Луна»; солнечная система, элементами которой являются Солнце, планеты и кометы; Галактика, элементами которой являются отдельные звезды, созвездия и планетные системы (в том числе и Солнечная система).

В настоящее время в теории моделирования систем различают три уровня: концептуальное моделирование, структурное моделирование; математическое моделирование.

Классическими примерами концептуальных и структурных моделей являются:

– геоцентрическая модель Птолемея, согласно которой Земля является центром всей Вселенной; Солнце, звезды и Планеты вращаются вокруг земли. Это пример модели, не удовлетворяющей общему Принципу моделирования, так как реальный моделируемый объект (Вселенная) и используемая модель (модель Птол емея) не удовлетворяют одному набору аксиом;

– гелиоцентрическая модель Коперника, согласно которой Солнце находится в центре околоземной Вселенной, планеты движутся вокруг Солнца, звезды удапены на громадные расстояния от Солнца, наблюдаемые перемещения звезд на небе не истинные, а кажущиеся за счет суточного вращения Земли вокруг своей оси;

Классическими примерами математических моделей являются:

– законы движения планет, установленные И. Кеплером в математической форме;

– математическое моделирование И. Ньютоном, Л. Эйлером механического движения твердых тел;

– закон сохранения энергии и материи М.В. Ломоносова.

В целом математические модели по степени общности и детализации делятся на следующие классы:

1) математические теории реальных процессов и ситуаций;

2) прикладные математические модели;

3) математические задачи.

Модели класса «математическая задача» содержат конкретную математическую формулировку задачи, где указаны известные и неизвестные величины и их связывающие математические соотношения, цифровые данные для известных величин, а также четко сформулировано, что требуется найти, установить или определить.

Модели класса «прикладные математические модели» также содержат ряд входных и выходных величин, связывающие их математические соотношения, при этом не указано конкретно, какие величины являются известными, а какие неизвестны. Указывается лишь в общем виде предполагаемый перечень задач, которые можно сформулировать и решить на основе данной прикладной модели.