Численное моделирование на электронных вычислительных машинах (ЭВМ)

Эта разновидность моделирования основывается на ранее созданной математической модели изучаемого объекта или явления и применяется в случаях больших объемов вычислений, необходимых для исследования данной модели. При этом для решения содержащихся в ней систем уравнений с помощью ЭВМ необходимо предварительное составление программы – совокупности предписаний для вычислительной машины. Эта программа выполняется затем ЭВМ в виде последовательности математических и логических операций. В данном случае ЭВМ вместе с введенной в нее программой представляет собой материальную систему, реализующую численное моделирование исследуемого объекта или явления.

Численное моделирование особенно важно там, где не совсем ясна физическая картина изучаемого явления, не познан внутренний механизм взаимодействия. Путем расчетов на ЭВМ различных вариантов ведется накопление фактов, что даёт возможность в конечном счете произвести отбор наиболее реальных и вероятных ситуаций. Активное использование методов численного моделирования позволяет резко сократить сроки научных и конструкторских разработок.

Метод моделирования непрерывно развивается, на смену одним типам моделей по мере прогресса науки приходят другие. В то же время неизменным остается одно: важность, актуальность, а иногда и незаменимость моделирования как метода научного познания.

6.3. Системный подход. Это направление методологии научного познания и социальной практики, в основе которого лежит рассмотрение объектов как систем. Системный подход опирается на ряд требований, предъявляемых к исследованию:

1) выявление отдельных элементов, входящих в систему, и выяснение зависимости каждого элемента от его места и функции в системе;

2) признание, что свойство системы не сводимо к сумме свойств её элементов;

3) изучение иерархичных уровней данной системы и выделение в ней подсистем;

4) анализ поведения системы в зависимости от особенностей её отдельных элементов и свойства ее структуры;

5) обеспечение всестороннего многоаспектного описания системы;

6) исследование механизма взаимодействия системы и среды;

7) рассмотрение системы как динамичной, развивающейся целостности.

Специфика системного подхода определяется тем, что он ориентирует исследование на раскрытие целостности развивающегося объекта и обеспечивающих ее механизмов, на выявление многообразных типов связей сложного объекта и сведение их в единую теоретическую картину.

Понятие «система» греческого происхождения, в дословном переводе означает целое, составленное из частей; соединение. Поэтому под системой понимают множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, образующих определенную целостность и единство. Вплотную исследованием систем занялись в 40-50-х годах XX века. Предложенная в конце 40-х годов австрийским биологом-теоретиком Л. фон Берталанфи (1901-1972) программа построения «общей теории систем» явилась одной из первых попыток обобщенного анализа системной проблематики.

Различают открытые и закрытые системы, динамические и статические, материальные и абстрактные. Открытые системы обмениваются со средой энергией и веществом, закрытые (или замкнутые) - только энергией. Согласно второму закону термодинамики каждая закрытая система в конечном счете достигает состояния равновесия, при котором остаются неизменными все макроскопические величины системы и прекращаются все макроскопические процессы. Стационарным состоянием открытой системы является подвижное равновесие, при котором все макроскопические величины остаются неизменными, но непрерывно продолжаются макроскопические процессы ввода и вывода вещества. Существуют также самоорганизующиеся системы. «Самоорганизация» - это понятие, которое характеризует процесс создания, воспроизведения или совершенствования организации сложной, открытой динамической, саморазвивающейся системы, связи между элементами которой имеют не жесткий, а вероятностный характер (живая клетка, организм, биологическая популяция, человеческий коллектив и т.п.). Таким образом, самоорганизующиеся системы – это системы, способные корректировать свое состояние, развивать и совершенствовать. В современной науке самоорганизующиеся системы являются предметом исследования специальной науки – синергетики.

Материальные системы представлены в неорганической природе физическими, геологическими, химическими системами, в органической природе – живой клеткой, организмом, видом вплоть до экосистемы. Особый класс материальных систем образуют социальные системы. Они представлены как простейшими социальными объединениями, так и социально-экономической структурой общества. Абстрактные системы являются продуктом человеческого мышления. В их число входят гипотезы, теории, научное знание в целом.

6.4. Структурно-функциональный (структурный) метод. Нередко рассматривается как разновидность системного подхода. Он ориентирует исследование на выявление структуры системы, т.е. совокупности устойчивых отношений и взаимосвязей между ее элементами и их роли (функций) относительно друг друга. Структура понимается как нечто инвариантное (неизменное) при определенных преобразованиях, а функция как предназначение каждого элемента для определенного действия.

Этот метод предъявляет следующие требования к исследованию:

1) изучение строения, структуры системного объекта;

2) исследование его элементов и их функциональных характеристик;

3) анализ изменения этих элементов и их функций;

4) рассмотрение развития системного объекта в целом;

5) представление объекта как гармонически функционирующей системы, все элементы которой «работают» на поддержание этой гармонии.