Modellezés – tudástárgyak tanulmányozása modelljeiken ; _ valós objektumok, folyamatok vagy jelenségek modelljeinek felépítése és tanulmányozása e jelenségek magyarázatának megszerzése, valamint a kutatók érdeklődésére számot tartó jelenségek előrejelzése .
A „modell” fogalmának kétértelműsége miatt a tudományban és a technológiában nincs egységes modellezési típusok osztályozása : az osztályozás történhet a modellek jellege, a modellezett objektumok természete és a területek szerint. a modellezés alkalmazása ( mérnöki , fizikai tudományok , kibernetika stb. területén).
Jelenleg a modellezési technológia és hatókör szerint a következő főbb modellezési típusokat különböztetjük meg:
satöbbi.
A modellezési folyamat három elemből áll:
A modell felépítésének első szakasza bizonyos ismereteket feltételez az eredeti objektumról. A modell kognitív képességeit az határozza meg, hogy a modell az eredeti tárgy bármely lényeges jellemzőjét megjeleníti (reprodukálja, utánozza ). Az eredeti és a modell közötti hasonlóság szükséges és elégséges fokának kérdése konkrét elemzést igényel. Nyilvánvalóan a modell értelmét veszti mind az eredetivel való azonosság esetén (akkor megszűnik modell lenni), mind az eredetitől való túlzott eltérés esetén minden lényeges vonatkozásban. Így a modellezett objektum egyes aspektusainak tanulmányozása más szempontok tanulmányozásának megtagadása árán történik. Ezért minden modell csak szigorúan korlátozott értelemben helyettesíti az eredetit . Ebből következik, hogy egy objektumra több „speciális” modell is építhető, amelyek a vizsgált objektum bizonyos aspektusaira irányítják a figyelmet, vagy változó részletgazdagsággal jellemzik az objektumot.
A második szakaszban a modell önálló vizsgálati tárgyként működik. Az ilyen tanulmányok egyik formája a "modell" kísérletek lefolytatása , amelyek során a modell működési feltételeit szándékosan megváltoztatják, és rendszerezik a "viselkedésére" vonatkozó adatokat. Ennek a szakasznak a végeredménye a modellre vonatkozó ismeretek halmaza (halmaza).
A harmadik szakaszban a tudás átadása a modellről az eredetire történik - tudáskészlet kialakítása. Ugyanakkor a modell „nyelvéről” az eredeti „nyelvére” való átmenet történik. A tudásátadás folyamata bizonyos szabályok szerint történik. A modellre vonatkozó ismereteket korrigálni kell, figyelembe véve az eredeti objektum azon tulajdonságait, amelyek nem tükröződtek vagy változtak a modell felépítése során.
A negyedik szakasz a modellek segítségével megszerzett ismeretek gyakorlati igazolása, és ezek felhasználása általános elmélet felépítésére a tárgyról, annak átalakításáról vagy ellenőrzéséről.
A modellezés ciklikus folyamat . Ez azt jelenti, hogy az első négy szakaszból álló ciklust követheti a második, a harmadik stb. Ezzel egyidejűleg a vizsgált objektumról szóló ismeretek bővülnek, finomodnak, és fokozatosan fejlesztik az eredeti modellt. Az első modellezési ciklus után feltárt hiányosságok az objektum kevés ismeretéből vagy a modell felépítésének hibáiból a következő ciklusokban javíthatók.
Most nehéz megjelölni azt az emberi tevékenységi területet, ahol nem alkalmaznák a modellezést. Például modelleket fejlesztettek ki az autók gyártására, a búza termesztésére, az egyes emberi szervek működésére, az Azovi-tenger életére , az atomháború következményeire . A jövőben minden rendszerhez saját modellek készíthetők, minden műszaki vagy szervezeti projekt megvalósítása előtt modellezést kell végezni.
A modelleket általában akkor alkalmazzák, ha nem lehetséges vagy nem praktikus olyan kísérleti feltételeket létrehozni, amelyek mellett a tudósok közvetlenül mérhetik az eredményeket. Az eredmények ellenőrzött körülmények között végzett közvetlen mérése (lásd: Tudományos módszer ) mindig megbízhatóbb, mint az eredmények szimulált becslése.
A modellezésben és szimulációban a modell a valóság érzékelésének céltudatos leegyszerűsítése és absztrakciója fizikai és kognitív korlátok miatt. [1] A modellezés feladatvezérelt, mert a modell bizonyos kérdések vagy problémák megoldására irányul.
Az egyszerűsítések célja az összes ismert és megfigyelhető entitás és kapcsolatuk elhagyása, amelyek nem fontosak a vizsgált probléma szempontjából. Az absztrakció a fontos, de nem szükséges információkat ugyanolyan részletességgel összesíti, mint a vizsgálat tárgyát. Mindkét cselekvést, az egyszerűsítést és az absztrakciót, céltudatosan hajtják végre. Ezek azonban a valóság érzékelése alapján készülnek. Ez a felfogás már önmagában is modell, hiszen fizikai korlátokhoz kötődik.
Vannak korlátai annak is, amit a jelenlegi eszközeinkkel és módszereinkkel formálisan megfigyelhetünk, valamint kognitív akadályok, amelyek korlátozzák azt, amit a meglévő tudományos elméletekkel megmagyarázhatunk. Egy ilyen modell magában foglalja az entitásokat, azok viselkedését és formális kapcsolatait, és gyakran konceptuális modellnek nevezik. Egy ilyen modell létrehozásához számítógépes szimulációval kell megvalósítani. Ehhez nagy mintára van szükség egy olyan alkalmazáson keresztül, mint például a numerikus közelítés vagy a heurisztika használata . [2] Mindezen ismeretelméleti és számítási korlátok ellenére a szimulációt a tudományos módszerek három kulcsfontosságú összetevőjének egyikeként ismerték el: az elméletalkotás, a modellezés és a kísérletezés. [3]
A szimuláció (a szimulációs modellezés szinonimája) a modell viselkedésének összetett folyamata adott modellezési feltételek mellett. A statikus szimuláció egy adott időpontban (általában egyensúlyi állapotban, ha van ilyen állapot) információt szolgáltat egy rendszerről. A dinamikus szimuláció az idő múlásával szolgáltat információkat. A szimuláció életre kelti a modellt, és megmutatja, hogyan fog viselkedni egy adott tárgy vagy jelenség. A szimuláció hasznos lehet teszteléshez, elemzéshez vagy tanuláshoz, amikor valós objektumok vagy fogalmak modellként ábrázolhatók [4] .
A struktúra alapvető, de gyakran megfoghatatlan fogalom, amely magában foglalja a felismerést, megfigyelést, genezist , a modellezett entitások mintái és kapcsolatai állandóságának megőrzését. A hópehely gyermek általi szóbeli leírásától a mágneses mezők tulajdonságainak részletes tudományos elemzéséig a szerkezet fogalma a tudomány , a filozófia és a művészet szinte minden feltárásának és felfedezésének alapja . [5]
A rendszer kölcsönható vagy egymástól függő, valós vagy absztrakt entitások összessége, amelyek integrált egészet alkotnak. Általában a rendszer különböző elemek konstrukciója vagy halmaza, amelyek együttesen olyan eredményekhez vezethetnek, amelyeket maguk az elemek nem érhetnek el. [6] Az "integrált egész" fogalma megfogalmazható olyan rendszerben is, amely olyan relációk halmazát testesíti meg, amely különbözik a halmaz más elemekhez való viszonyától, valamint a halmaz egy eleme és az elemek közötti kapcsolatoktól. amelyek nem részei a relációs módnak. A rendszermodelleknek két típusa van: 1) diszkrét, amelyben a változók különböző időpontokban azonnal változnak, és 2) folyamatos, amikor az állapotváltozók időben folyamatosan változnak. [7]
A modellezés egy olyan modell létrehozásának folyamata, amely valamilyen jelenség fogalmi reprezentációja. Egy modell jellemzően csak a vizsgált jelenség egyes aspektusaival foglalkozik, és ugyanannak a jelenségnek két modellje jelentősen eltérhet egymástól, vagyis a köztük lévő különbségek nem csak az alkotóelemeik egyszerű átnevezésében mutatkoznak meg.
Az ilyen eltérések oka lehet egy adott modell végfelhasználóinak eltérő követelményei, vagy a modell alkotóinak koncepcionális vagy esztétikai megkülönböztető preferenciái és a modellezési folyamat során hozott döntéseik. A tervezők megfontolások, amelyek befolyásolhatják a modell tervezését, a személyes szakmai preferenciák, például egy redukált ontológia használatának területére vonatkozhatnak, vagy a statisztikai modellek preferenciái a determinisztikus modellekkel szemben, a diszkrét és a folytonos modellek használata. , stb. A modell felhasználóinak minden esetben meg kell érteniük az alkotók által a modell használatát szabályozó feltételezéseket.
A modell felépítéséhez absztrakcióra van szükség. A modellezés során feltételezéseket használnak a modell hatókörének jelzésére. Például a speciális relativitáselmélet inerciális vonatkoztatási rendszert vesz fel. Ezt a feltevést az általános relativitáselmélet kontextualizálta és tovább magyarázta. A modell pontos előrejelzéseket ad, ha a feltételezései érvényesek, és nagyobb valószínűséggel nem tesz pontos előrejelzéseket, ha nem teljesülnek a feltételezései. Az ilyen feltételezések gyakran egybeesnek azzal a pillanattal, amikor a régi elméleteket újak váltják fel (egyébként az általános relativitáselmélet nem inerciális vonatkoztatási rendszerben is működik).
A modell értékelése elsősorban az empirikus adatokkal való összhangja alapján történik; minden olyan modellt, amely nem egyeztethető össze a reprodukálható megfigyelésekkel, meg kell változtatni vagy el kell utasítani. A modell megváltoztatásának egyik módja az, hogy korlátozzuk azt a hatókört, amelyen belül nagy biztonsággal egyezteti a megfigyeléseket. Például a newtoni fizika, ami nagyon hasznos, kivéve a világ nagyon kicsi, nagyon gyors és nagyon masszív jelenségeit. Az empirikus adatokkal való illeszkedés azonban önmagában nem elegendő ahhoz, hogy a modellt érvényesnek fogadjuk el. A modell értékelésénél fontos további tényezők:
A fenti kritériumok alapján a modell használója a hasznosságfüggvény segítségével megpróbálhatja azt számszerűsíteni, meghatározva a változók prioritását (súlyát).
A vizualizáció bármely módja annak, hogy egy kommunikációs üzenethez képeket, diagramokat vagy animációkat készítsünk. A képekkel való vizualizáció az emberi történelem kezdete óta hatékony módja az elvont és a konkrét gondolati entitások – barlangfestmények, egyiptomi hieroglifák , görög geometria, valamint Leonardo da Vinci forradalmi műszaki fordítási módszerei mérnöki és tudományos feladatokhoz – kommunikációjának.
A térbeli leképezés olyan módszerre utal, amely „kvázi-globális” technikát használ a kísérő „durva” (ideális vagy alacsony hűségű) „nagy pontosságú” (gyakorlati vagy nagy pontosságú) modellekhez, amelyek változó összetettségűek. A mérnöki optimalizálás során a leképezés nagyon gyorsan igazítja (megjeleníti) a durva modellt a hozzá tartozó drága számítási nagy pontosságú modellel, hogy elkerülje egy ilyen modell közvetlen költséges optimalizálását. A leképezési folyamat iteratív módon finomítja a durva modellt (helyettesítő modellt), összehasonlítva a nagy pontosságú modellel.
| Műszaki információk megjelenítése | |
|---|---|
| Területek |
|
| Képtípusok _ |
|
| Személyiségek |
|
| Kapcsolódó területek |
|