Классификация видов моделирования

Модели можно условно разделить на две группы: материальные и идеальные, и, соответственно, различать предметное и абстрактное моделирование [2].

Основными разновидностями предметного моделирования являются физическое и аналоговое моделирование.

Физическим принято называть такое моделирование (макетирование), при котором реальному объекту ставится в соответствие его увеличенная или уменьшенная копия. Эта копия создается на основе теории подобия, которая определяет, какие свойства объекта воспроизводит модель. Так, например, при физическом моделировании летательного аппарата, помимо геометрического подобия, может потребоваться подобие аэродинамических процессов, что достигается равенством критерия Рейнольдса в модели и реальном объекте.

Аналоговое моделирование основано на замене исходного объекта объектом другой физической природы, обладающим аналогичным поведением. Возможность аналогового моделирования одного объекта другим определяется сходством их математических описаний. Так, колебания и резонанс можно изучать и с помощью механических систем, и с помощью электрических цепей. При аналоговом моделировании важно увидеть в объекте-модели нужные черты и правильно их интерпретировать.

И физическое, и аналоговое моделирование в качестве основного способа исследования предполагают проведение натурного эксперимента с моделью, но эксперимент с моделью оказывается в каком-то смысле более привлекательным, чем эксперимент сисходным объектом. Например, в свое время широко использовались аналоговые вычислительные машины. Моделирование с их помощью основано на том, что уравнения процессов в электрических цепях сходны с уравнениями многих явлений другой физической природы. Так, колебания тока в электрической цепи могут быть описаны уравнениями, которые аналогичны уравнениям угловых колебаний ракеты, а экспериментировать с электрической цепью дешевле и безопаснее, чемс летящей ракетой.

Идеальные модели - это абстрактные образы реальных или воображаемых объектов. Различают два типа идеального моделирования: интуитивное и знаковое.

Об интуитивном моделировании говорят, когда отсутствует сформулированная модель объекта или явления. Мы знаем, что жидае существа могут в ряде случаев предсказывать явления без видимого присутствия физической или абстрактной модели. В этом смысле, например, жизненный опыт каждого человека может считаться его интуитивной моделью окружающего мира.

Знаковым называемся моделирование, использующее в качестве моделей знаки или символы: схемы, графики, чертежи, тексты на различных языках, включая формальные, математические формулы и теории. Обязательным участником знакового моделировании является интерпретатор знаковой модели, чаще всего человек, но с интерпретацией модели иногда может справляться и компьютер. Чертежи, тексты, формулы сами по себе не имеют никакого смысла без того, кто понимает их и использует в синей повседневной деятельности.

Важнейшим видом знакового моделирования является математическое моделирование. Абстрагируясь от физической природы объектов, математика изучает идеальные объекты. Например, с помощью теории дифференциальных уравнений можно изучать уже упомянутые электрические и механические колебания в наиболее общем виде, а затем полученные знания применять дли исследования объектов конкретной фячическои природы.

Далее мы будем говорить только о математическом моделировании и его важнейшей разновидности компьютерном моделировании.

Компьютерная модель — это программная peaлизация математической модели, дополненная различными служебными программами (например, графическими). Компьютерная модель также является абстрактной знаковой моделью, это лишь другая форма абстрактной модели. Она, однако, может интерпретироваться уже не только человеком, но и техническим устройством - компьютером, При этом компьютерная модель может достаточно точно проявлять свойства физической модели. Совокупность компьютера имоделирующей программы можно назвать " электронным эквивалентом изучаемого объекта" Компьютерная модель как физическое устройство может входить в состав испытательных стендов, тренажеров и виртуальных лабораторий. Этот специальный вид моделей, сочетающих в себе и абстрактные, н физические черты, обладает уникальным набором полезных свойств. Главным из них является просила создания и модификации модели. Заново пишется и изменяется только программа, в то время как аппаратнаи часть остается неизменной. Если к сказанному добавить практически неограниченную функциональную сложность моделей и высокую точность получаемых результатов, то становится понятным, почему в настоящее время под моделированием почти всегда понимают компьютерное моделирование.

В ряде случаев компьютерная модель может использоваться вместо реального объекта. Ее можно «подключать» к реальным объектам точно так, как ее физические прототипы, используя устройства ввода и вывода компьютера. В полной мере мы наблюдаем это при создании различных, тренажеров, исследовании систем управления. Еще одно применение компьютерных моделей - использование их в качестве имитаторов сигналов, поступающих от реального объекта или посылаемых к нему.