Модел и метод на моделиране в научните изследвания. Методът на моделиране и неговото значение при разработването на нови технологии и конструкции

Един от най-често срещаните термини в областта на човешката дейност е „модел“, тъй като е трудно да се намери друго понятие, което да включва толкова голямо количество информация. Като цяло, моделът е такъв материален или мисловен обект, който в процеса на своето изследване може да замени оригиналния обект или, когато го изучава, да предостави нова информация относно неговото подобряване или модернизиране. Методът на моделиране е един от най-разпространените днес, благодарение на който изследователят получава възможност не само да приложи практически знания при изграждането на нова структурна схема, но и да вземе едно или друго решение. Важно е да се отбележи, че работи добре в производствена площпри разработване на нови решения по отношение на конструкцията, подобряване на завод или фабрика, проектиране на нови видове самолети, автомобили, влакове и т.н. В допълнение, методът на моделиране е намерил най-широко приложение в икономическа сфера, защото днес никое пускане на пазара не е пълно без него.

Трябва да се отбележи, че тя задължително включва изграждането на научни хипотези, изграждането на абстракции, както и изводите по аналогия. Основната особеност на този метод е, че тук процесът на познание се осъществява с помощта на заместващи обекти, а самият модел действа като своеобразен инструмент за това познание. Необходимостта от използването на този метод възниква поради факта, че много обекти просто не могат да бъдат изследвани по друг начин или изискват много време, усилия и пари.

И така, методът на моделиране включва три основни компонента:

1. Субектът на изследването (този, който изследва).
2. Обект на изследване (към какво е насочено търсенето).
3. Директно самият модел, който субектът изгражда по отношение на обекта.

Има много видове модели, които могат да бъдат конструирани по време на изследването на всеки обект. Неговите познавателни възможности се дължат на факта, че в хода на самото изследване моделът отразява съществените признаци на обекта, който е оригинален по отношение на изследвания обект. За да се анализира приликата между оригиналния и новия обект, трябва да се направят и съответните изследвания. Трябва също така да се има предвид, че ако моделът стане напълно идентичен по отношение на оригинала, тогава той по същество губи смисъла си. В края на краищата методът на математическото моделиране трябва непременно да доведе до получаване на нови данни за конкретен обект, тъй като точно това е неговият смисъл.

Също така е важно да се разбере, че за един и същи обект могат да бъдат изградени няколко модела, които ще се различават по своите характеристики в зависимост от конкретната ситуация. В края на краищата има такива характеристики на обекта, които могат да бъдат заменени само с други, без да могат да се използват едновременно. Следователно методът на моделиране може също да замени оригинала в строго ограничен смисъл, тъй като дори в детайлите може да има значителни разлики.

Благодарение на модерните компютърна технологияи последно разработване на софтуер, можете да свържете "изкуствения интелект" с търсенето на нови методи за моделиране, които за кратък период от време ще могат да издават голям бройрешения на всеки даден проблем. Поради това методите на математическото моделиране днес са изключително популярни в почти всички сфери на човешката дейност, в резултат на което можем да наблюдаваме ускорено развитие на науката и технологиите. Можем също така да се надяваме, че в много близко бъдеще с помощта на методите за моделиране ще бъде възможно да се решат глобалните проблеми на човечеството, върху които десетки хиляди учени по света работят през последните няколко десетилетия.

Основни понятия за икономическа система

Системата е строго подредена съвкупност от взаимосвързани, взаимодействащи и взаимозависими елементи и техните части, които съвместно определят протичането на определено насочени процеси и явления. В този случай елементът се нарича такъв компонентсистема, която не подлежи на по-нататъшно разделяне.

Системни свойства:

1) почтеност;

2) възникване е наличието в системата на такива свойства, които отделните й компоненти не притежават;

3) еквипотенциалност, делимост на системата на части;

4) хомеостаза, желанието на системата да поддържа баланс.

Системна класификация

1. На базата на системните промени във времето: динамични и статични

2. Въз основа на връзката на причините и следствията: детерминистични и стохастични (вероятностни)

3. Въз основа на връзката на системата с външна среда: отворен и затворен

4. На основата на сложността: големи (сложни) и прости

5. На основата на автономността на управлението: саморегулиращи се и регулирани

6. В зависимост от вида на връзката между подсистеми и елементи: с пряка и обратна връзка. Пряка връзка е тази, при която изходът на един елемент се прехвърля към входа на друг. съответно Обратна връзкае връзката между изхода и входа на даден елемент.

Основните функции на системите:

1. Пасивно съществуване като материал за други системи.

2. Поддръжка на системи от по-висок порядък.

3. Противопоставяне на други системи.

4. Усвояване на други системи.

5. Трансформация на други системи.

Моделирането като изследователски метод

Моделът е условно изображение на обекта, който се изследва. Изграждането на модела започва с натрупването на определена информация, фактите от поведението на обектите на изследване. В началото моделът действа като работна хипотеза. Ако в резултат на тестване на модела хипотезата се потвърди, тогава се казва, че моделът е адекватен на изследвания обект. Очевидно степента на адекватност на практика никога не е равна на 100%. В тази връзка моделът се счита за добър (правилен), ако отразява най-съществените характеристики на обекта, показва неговите свойства, връзки и позволява, в рамките на необходимата точност, да прогнозира поведението на обекта, който се изследва.

Класификация на моделите.

1. Според формата на представяне моделите се делят на: физически, символни и смесени. Физическите модели включват сходни и аналогови модели. Символни се наричат ​​модели, в които параметрите на реален обект и връзката между тях са представени със символи (семантични, математически, логистични). Смесените модели са модели човек-машина.

2. Чрез предназначениеразпределят: модели на структура, модели на функциониране и модели на разходите.

Моделите на структурата отразяват връзките между компонентите на обекта и външната среда и от своя страна са от следните видове: канонични, вътрешна структура, йерархичен. Каноничните модели характеризират взаимодействието на обект с околен святпрез входове и изходи. Моделите на вътрешната структура характеризират състава на компонентите на обекта и връзките между тях. Моделите на йерархичната структура отразяват разделянето на обекта на елементи от по-ниско ниво.

Функциониращите модели характеризират различни процесивъзникващи както вътре в изследвания обект, така и по време на взаимодействието на обекта с външната среда. Сред моделите от този тип са: модели кръговат на живота, модели на работа, информационни модели, процедурни модели и други модели на жизнения цикъл описват процесите на съществуване на обект от момента на неговото създаване до прекратяване на неговото функциониране. Моделите на операциите, извършвани от даден обект, са описание на взаимосвързана съвкупност от процеси на функциониране на отделни елементи на обект при изпълнението на определени негови функции. Информационните модели показват връзката между източниците и потребителите на информация, видовете информация и естеството на нейната трансформация. Процедурните модели описват реда на взаимодействие на елементите на изследвания обект при извършване на различни операции.

Моделите на разходите обикновено придружават моделите на експлоатацията на обекта и позволяват цялостна технико-икономическа оценка на обекта или неговата оптимизация по икономически критерии.

3. В зависимост от начина на работа с модела биват: физични, математически и материално-абстрактни модели. Физическите (материални) модели се основават на възпроизвеждането на обекта, който се изследва. Те включват оформления, симулатори и др. Математическите (абстрактни) модели описват параметрите на обекта, който се изучава, като се използват математически символи. Материално-абстрактните (аналоговите) модели са синтез на математически модел и физически образ на обекта, който се изследва.

Математическите модели са най-разпространени в икономическите изследвания. Разделят се на две групи: оптимизационни и описателни (дескриптивни). Описателните модели се използват само за описание на връзката между елементите на обекта, който се изследва, или самия обект с външната среда. Оптимизация позволяват от целия комплект възможни решенияизберете най-подходящия, според приложения критерий за оптималност.

Структурата на оптимизационния икономико-математически модел включва две основни части. Първо, система от ограничения, които определят граници, които стесняват обхвата на приемливото или осъществими решенияи фиксирайте основните външни и вътрешни свойства на обекта. Ограниченията определят обхвата на процеса, границите на промяна на параметрите и характеристиките на обекта. Второ, целевата функция, която математически свързва факторите на модела и нейната стойност се определя от стойностите на тези величини.

Нека изброим основните принципи на конструиране на икономически и математически модели. От това следват общите принципи на системното икономико-математическо моделиране основни принциписистемен анализ. Те трябва да отговорят на следните въпроси: 1) какво трябва да се направи, 2) кога трябва да се направи, 3) с чия помощ трябва да се направи, 4) въз основа на каква информация се извършват действията, 5) какъв е резултатът трябва да се получи в резултат на всички действия.

Следните са сред основните принципи за конструиране на икономически и математически модели.

1. Принципът на достатъчност на използваната информация. Този принцип означава, че всеки частен моделтрябва да се използва само информация, която е известна с точността, необходима за резултатите от симулацията. Известна информация се отнася до нормативни справочни данни за реалното производствена системаналични в началото на симулацията.

2. Принципът на инвариантност на използваната информация. Този принцип предполага изискването входящата информация, използвана в моделите, да е независима от параметрите на моделираната система, които все още не са известни на този етап от изследването.

3. Принципът на последователност на моделите. Същността на този принцип е, че всеки следващ модел не трябва да нарушава свойствата на обекта, установени или отразени в предишните модели на комплекса.

Един от ефективни методиИзследването на системите за управление е моделиране- разработване на модели, които позволяват вземането на обективни решения в ситуации, които са твърде сложни за проста причинно-следствена оценка на алтернативите. Въпреки факта, че много модели на изследваните социално-икономически системи са толкова сложни, че често е невъзможно да се направи без компютър, концепцията за моделиране е проста. Според Шанън „моделът е представяне на обект, система или идея в някаква форма, различна от самото цяло“. Органиграмата, например, е модел, който представя нейната структура. Основна характеристикаМоделът може да се счита за опростяване на реалната житейска ситуация, към която се прилага. Тъй като формата на модела е по-малко сложна и неподходящите данни са елиминирани, моделът подобрява способността на мениджъра да решава проблеми. Има редица причини да използвате модел, вместо да се опитвате да взаимодействате директно с реалния свят:

сложността на много организационни ситуации: тъй като реалният свят на една организация е изключително сложен и действителният брой променливи, свързани с определен проблем, далеч надхвърля способността на всеки човек, тогава го разберете
възможно чрез опростяване на реалния свят чрез симулация;

Трудности, свързани с провеждането на експерименти в реалния живот, по-специално необходимостта от значителни разходи, включително материални;

· Ориентация на управлението към бъдещето: невъзможно е да се наблюдава явление, което все още не съществува и може би никога няма да се случи; моделирането в момента е единственият систематичен начин за виждане на бъдещето и определяне на потенциалните последици от алтернативни решения.

Видове модели и процесът на тяхното изграждане

Моделът е система, разположена между изследователя и обекта на неговото изследване. Съществуват следните видове модели: физически (модел на сграда, устройство, машина), математически (система от формули, тъждества и неравенства, която описва процес, явление), логически (система от понятия, която описва явление, процес, обект), модели на обществено-икономически формации, модели на структури, методи и др.

Нека разгледаме основните.

Физически модел представлява това, което се изследва с помощта на разширено или намалено описание на обект или система в един или друг мащаб.Според Шанън отличителната характеристика на физическия модел (понякога наричан портретен модел) е, че той изглежда като "симулирана цялост". Пример за физически модел е чертеж на фабрика, начертан в определен мащаб. Такъв физически модел опростява визуалното възприятие и помага да се установи дали конкретно оборудване може физически да се побере в определеното му пространство. Автомобилните и авиационни компании винаги правят физически миниатюри на нови превозни средства, за да ги тестват. определени характеристики.

аналогов модел представлява обект на изследване - аналог, който се държи като реален обект, но не прилича на него.Пример за аналогов модел - схема организационна структурапредприятия. Изграждайки го, ръководството е в състояние лесно да си представи веригите на преминаване на команди и формалната зависимост между индивидите и техните дейности. Аналоговият модел е по-прост и ефективен начинпрояви на сложните взаимоотношения на структурата на голяма организация, отколкото съставянето на списък на взаимоотношенията между всички служители.

В математическия модел (наричан още символен) използва символи, за да опише свойствата или характеристиките на обекти или събития.Пример за математически модел като средство за подпомагане на изключителното решаване трудни проблеми, е известната формула на А. Айнщайн Ε = me2. Ако А. Айнщайн не можеше да изгради този математически модел, в който символите заменят реалността, малко вероятно е физиците да имат дори далечна представа за връзката между материя и енергия. Математическите модели са типът модели, които най-често се използват при вземането на организационни решения.

Основните етапи на процеса на изграждане на модели:

· формулиране на проблема;

· изграждане на модели;

· валидиране на модела;

· приложение на модела.

Формулиране на проблема - повечето крайъгълен камъкизграждане на модел, способен да осигури правилното решениепроблем с управлението.Използването на математика или компютър е безполезно, освен ако самият проблем не е точно диагностициран. А. Айнщайн отбеляза, че правилната формулировка на проблема е дори по-важна от неговото решение. Всяка година се харчат огромни суми пари, за да се намерят елегантни и обмислени отговори на грешните въпроси.

При изграждане на модел разработчикът трябва да определи основната цел на модела, изходните стандарти или информацията, която се очаква да бъде получена, за да помогне на ръководството да разреши конкретен проблем. В допълнение към определянето на основните цели, разработчикът трябва да определи каква информация е необходима за изграждане на модела.Друг важен фактор, който трябва да се вземе предвид при изграждането на модел, е цената. Модел, който струва повече от целия проблем, който решава, със сигурност няма да допринесе за постигането на целите на организацията.

Един аспект валидиране на модела- определяне на степента на съответствие на модела с реалния свят. Разработчикът трябва да определи дали всички основни компоненти на реалната ситуация са вградени в модела. Колкото по-пълно моделът отразява реалния свят, толкова по-висок е неговият потенциал като средство за подпомагане на мениджъра при вземането на ефективно управленско решение. Друг аспект на валидирането на модел е да се определи до каква степен информацията, която предоставя, помага на мениджъра да реши проблема. Добър начинтестване на модела – тестване върху ситуации от миналото.

След проверка за валидност моделът е готов за употреба. Според Шанън нито един модел "не може да се счита за успешно изграден, докато не бъде приет, разбран и приложен на практика".Това е очевидно, но често този етап на изграждане на модели е един от най-трудните. Според резултатите от проучването само около 60% от моделите на науката за управление са били използвани напълно или почти в пълна степен - поради факта, че мениджърите проявяват страх или неразбиране.

Моделиране (в най-широк смисъл)- основният метод на изследване във всички области на знанието, в различни полетачовешка дейност.

Моделирането в научните изследвания се използва от древни времена. Елементите за моделиране се използват от самото начало на появата на точните науки и не случайно някои математически методи носят имената на такива велики учени като Нютон и Ойлер, а думата "алгоритъм" идва от името на средновековният арабски учен Ал-Хорезми.

Постепенно моделирането завладява все повече и повече нови области научно познание: технически дизайн, строителство и архитектура, астрономия, физика, химия, биология и накрая социални науки. Въпреки това методологията на моделиране отдавна е разработена от отделни науки независимо една от друга. отсъстващ една системапонятия, обща терминология. Само постепенно ролята на моделирането като универсален метод научно познание. Голям успех и признание в почти всички индустрии съвременна наукадоведе двадесети век до метода на моделиране. В края на 40-те и началото на 50-те години на миналия век бързото развитие на методите за моделиране се дължи на появата на компютри (компютри), което спаси учените и изследователите от огромно количество рутинна изчислителна работа. Компютрите от първо и второ поколение бяха използвани за решаване на изчислителни проблеми, за инженерни, научни, финансови изчисления, за обработка на големи количества данни. Започвайки от третото поколение, областта на приложение на компютрите включва и решаването на функционални проблеми: това е обработка на бази данни, управление и проектиране. Модерният компютър е основният инструмент за решаване на всякакви проблеми с моделирането.

Ето основните понятия, свързани с моделирането,,.

Обект (от лат. objectum - предмет) на изследване- всичко, към което е насочена човешката дейност.

Модел (обект - оригинал)(от латински modus - "мярка", "обем", "изображение") - спомагателен обект, който отразява най-същественото за изучаването на моделите, същността, свойствата, особеностите на структурата и функционирането на оригиналния обект.

Първоначалното значение на думата "модел" се свързва с изкуството на строителството и то в почти всички европейски езициизползва се за обозначаване на изображение или прототип, или нещо подобно в някакво отношение на друго нещо.

В момента терминът "модел" се използва широко в различни области на човешката дейност и има много семантични значения. Този урок се занимава само с модели, които са инструменти за придобиване на знания.

Моделиране- изследователски метод, основан на замяната на оригиналния изследван обект с неговия модел и работа с него (вместо обекта).

Теория на моделирането- теорията за замяна на оригиналния обект с неговия модел и изучаване на свойствата на обекта върху неговия модел.

По правило дадена система действа като обект на моделиране.

Система- съвкупност от взаимосвързани елементи, обединени за постигане на обща цел, изолирани от околната среда и взаимодействащи с нея като неразделна цялост и същевременно показващи основните свойства на системата. Обособени са 15 основни системни свойства, сред които са: възникване (възникване); цялостност; структурираност; интегритет; подчинение на целта; йерархия; безкрайност; ергатичност.

Системни свойства:

1. Възникване (поява).то системно свойство, според която резултатът от поведението на системата дава ефект, различен от „добавянето“ (независимата връзка) по какъвто и да е начин на резултатите от поведението на всички „елементи“, включени в системата. С други думи, според тази характеристика на системата нейните свойства не се свеждат до съвкупността от свойства на частите, от които се състои, и не се извличат от тях.

2. Свойството на цялостност, целенасоченост.Системата винаги се разглежда като нещо цялостно, интегрално, относително изолирано от околната среда.

3. структурирана собственост.Системата има части, които са целесъобразно свързани помежду си и с околната среда.

4. Свойство за цялост.По отношение на други обекти или с околната среда системата действа като нещо неразделно на взаимодействащи си части.

5. Свойството на подчинение на целта.Цялата организация на системата е подчинена на някаква цел или няколко различни цели.

6. свойство на йерархия.Една система може да има няколко качествено различни нива на структура, които не могат да бъдат сведени едно до друго.

7. свойство на безкрайност.Невъзможността за пълно познаване на системата и нейното цялостно представяне чрез краен набор от модели, по-специално описания, качествени и количествени характеристики и др.

8. Ергатично свойство.Система, която има части, може да включва човек като една от своите части.

По същество, под моделиране се разбира процесът на изграждане, изучаване и прилагане на модели на обект (система). Тя е тясно свързана с такива категории като абстракция, аналогия, хипотеза и т.н. Процесът на моделиране задължително включва изграждането на абстракции и заключения по аналогия, както и изграждането на научни хипотези.

Хипотеза- определена прогноза (предположение), базирана на експериментални данни, наблюдения с ограничен обхват, предположения. Изложените хипотези могат да бъдат тествани в хода на специално проектиран експеримент. При формулиране и проверка на верността на хипотези голямо значениеаналогията е метод за преценка.

по аналогиянарича се преценка за всяко конкретно сходство на два обекта. Съвременната научна хипотеза се създава, като правило, по аналогия с научните положения, тествани на практика. Така аналогията свързва хипотезата с експеримента.

основна характеристикамоделирането е, че това е метод за непряко познание с помощта на спомагателни заместващи обекти. Моделът действа като вид инструмент на познанието, който изследователят поставя между себе си и обекта и с помощта на който изучава обекта, който го интересува.

В най-общия случай, когато изгражда модел, изследователят отхвърля тези характеристики, параметри на оригиналния обект, които не са от съществено значение за изучаването на обекта. Изборът на характеристиките на оригиналния обект, които се запазват и включват в модела, се определя от целите на моделирането. Обикновено такъв процес на абстрахиране от несъществени параметри на даден обект се нарича формализация. По-точно формализацията е замяната на реален обект или процес с неговото формално описание.

Основното изискване към моделите е тяхната адекватност към реални процеси или обекти, които моделът замества.

В почти всички науки за природата, живата и неживата, за обществото, изграждането и използването на модели е мощен инструмент на познанието. Реалните обекти и процеси са толкова многостранни и сложни, че най-добрият (а понякога и единственият) начин за изучаването им често е изграждането и изучаването на модел, който отразява само някои аспекти на реалността и следователно многократно по-опростен от тази реалност. Многовековният опит в развитието на науката е доказал на практика ползотворността на този подход. По-конкретно, необходимостта от използване на метода на моделиране се определя от факта, че много обекти (системи) или е невъзможно да се изследват директно, или това изследване изисква твърде много време и пари.