Классический подход при построении моделей - подход к изучению взаимосвязей между отдельными частями модели предусматривает рассмотрение их как отражение связей между отдельными подсистемами объекта. Такой (классический) подход может быть использован при создании достаточно простых моделей.

Таким образом, разработка модели М на базе классического подхода означает суммирование отдельных компонент в единую модель, причем каждая из компонент решает свои собственные задачи и изолирована от других частей модели. Поэтому классический подход может быть использован для реализации сравнительно простых моделей, в которых возможно разделение и взаимно независимое рассмотрение отдельных сторон функционирования реального объекта.

Можно отметить две отличительные стороны классического подхода:

Наблюдается движение от частного к общему,

Создаваемая модель образуется путем суммирования отдельных ее компонент и не учитывается возникновение нового системного эффекта.

Системный подход - это элемент учения об общих законах развития природы и одно из выражений диалектического учения.

При системном подходе к моделированию систем необходимо прежде всего четко определить цель моделирования. Поскольку невозможно полностью смоделировать реально функционирующую систему, создается модель (система-модель, или вторая система) под поставленную проблему. Таким образом, применительно к вопросам моделирования цель возникает из требуемых задач моделирования, что позволяет подойти к выбору критерия и оценить, какие элементы войдут в создаваемую модель М. Поэтому необходимо иметь критерий отбора отдельных элементов в создаваемую модель.

Важным для системного подхода является определение структуры системы - совокупности связей между элементами системы, отражающих их взаимодействие.

Системный подход позволяет решить проблему построения сложной системы с учетом всех факторов и возможностей, пропорциональных их значимости, на всех этапах исследования системы S и построения модели М.

Системный подход означает, что каждая система S является интегрированным целым даже тогда, когда она состоит из отдельных разобщенных подсистем. Таким образом, в основе системного подхода лежит рассмотрение системы как интегрированного целого, причем это рассмотрение при разработке начинается с главного - формулировки цели функционирования.

При структурном подходе выявляются состав выделенных элементов системы S и связи между ними. Совокупность элементов и связей между ними позволяет судить о структуре системы. Последняя в зависимости от цели исследования может быть описана на разных уровнях рассмотрения. Наиболее общее описание структуры - это топологическое описание, позволяющее определить в самых общих понятиях составные части системы и хорошо формализуемое на базе теории графов.

При функциональном подходе рассматриваются отдельные функции, т. е. алгоритмы поведения системы, и реализуется функциональный подход, оценивающий функции, которые выполняет система, причем под функцией понимается свойство, приводящее к достижению цели. Поскольку функция отображает свойство, а свойство отображает взаимодействие системы S с внешней средой Е, то свойства могут быть выражены в виде либо некоторых характеристик элементов Si(j)и подсистем Si,- системы, либо системы S в целом.

Основные этапы оценивания сложных систем.

Этап1. Определение цели оценивания. В системном анализе выделяют два типа целей. Качественной называют цель, достижение которой выражается в номинальной шкале или в шкале порядка. Количественной называют цель, достижение которой выражается в количественных шкалах.

Этап2. Измерение свойств системы, признанных существенными для целей оценивания. Для этого выбираются соответствующие шкалы для измерения свойств и всем исследуемым свойствам систем присваивается определенное значение на этих шкалах.

Этап3. Обоснование предпочтений критериев качества и критериев эффективности функционирования систем на основе измеренных на выбранных шкалах свойств.

Этап4. Собственно оценивание. Все исследуемые системы, рассматриваемые как альтернативы, сравниваются по сформулированных критериям и в зависимости от целей оценивания ранжируются, выбираются, оптимизируются.

Лекция 4.2. Методы и технологии моделирования

Цели моделирования

Практически во всех науках о природе, живой и неживой, об обществе, построение и использование моделей является мощным орудием познания. Реальные объекты и процессы бывают столь многогранны и сложны, что лучшим способом их изучения часто является построение модели, отображающей лишь какую-то грань реальности и потому многократно более простой, чем эта реальность, и исследование вначале этой модели. Модели используются для решения всевозможных задач. Из этого множества можно выделить основные цели использования моделей:

1) понять, как устроен конкретный объект, какова его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с окружающим миром (понимание );

2) научиться управлять объектом (или процессом) и определять наилучшие способы управления при заданных целях и критериях (управление );

3) прогнозировать прямые и косвенные последствия реализации заданных способов и форм воздействия на объект (прогнозирование ).

Классический (или индуктивный) подход к моделированию рассматривает систему, переходя от частного к общему, и синтезирует ее путем слияния компонент, разрабатываемых отдельно. Системный подход предполагает последовательный переход от общего к частному, когда в основе рассмотрения лежит цель, при этом объект выделяется из окружающего мира.

При создании нового объекта с полезными свойствами задаются критерии, определяющие степень полезности полученных свойств. Так как любой объект моделирования представляет собой систему взаимосвязанных элементов, введено понятие системы. Система S – есть целенаправленное множество взаимосвязанных элементов любой природы. Внешняя среда E представляет собой множество существующих вне системы элементов любой природы, оказывающих влияние на систему или находящихся под ее воздействием.

При системном моделировании, прежде всего, четко определяется цель моделирования. Создание модели полного аналоги оригинала дело трудоемкое и дорогое, поэтому модель создается под определенную цель.

Важным для системного подхода является определение структуры системы - совокупности связей между элементами системы, отражающих их взаимодействие. Существует ряд подходов к исследованию системы и ее свойств, к которым относятся структурный и функциональный. При структурном, выявляется состав выделенных элементов системы S и связи между ними. Совокупность элементов и связей позволяет судить о свойствах выделенной части системы. При функциональном подходе рассматриваются функции (алгоритмы) поведения системы, причем, каждая функция описывает поведение одного свойства при внешнем воздействии E. Такой подход не требует знания структуры системы, а ее описание состоит из набора функций ее реакции на внешние воздействия. Классический метод построения модели использует функциональный подход. В качестве элемента модели принимается компонента, описывающая поведение одного свойства и не отображающая реальный состав элементов. Компоненты изолированы друг от друга, что плохо отражает моделируемую систему. Такой метод построения модели применим лишь для простых систем, т.к. требует включения в состав функций, описывающих свойства системы, отношения между свойствами, которые могут быть плохо определены или неизвестны.

С усложнением моделируемых систем, когда невозможно учесть все взаимовлияния свойств, применяется системный метод, основанный на структурном подходе. При этом система S разбивается на ряд подсистем S i со своими свойствами, которые, проще описать функциональными зависимостями, и определяются связи между подсистемами. В этом случае система функционирует в соответствии со свойствами отдельных подсистем и связей между ними. Это избавляет от необходимости описывать функционально взаимосвязи между свойствами системы S, что делает модель более гибкой, т.к. изменение свойств одной из подсистем автоматически изменяет свойства системы.

Лекция 4.3. Классификация моделей

В зависимости от характера изучаемых процессов в системе S и цели моделирования существует множество типов моделей и способов их классификации, например, по цели использования, наличию случайных воздействий отношению ко времени, возможности реализации, области применения и др.

В моделировании социальной деятельности должны присутствовать по меньшей мере два уровня детерминации: зависимость от внутренней логики исследуемого социального объекта, явления, процесса (как следствие естественно-исторического развития) и зависимость от познавательных установок субъекта процесса социального познания. Выбор познавательных средств из всего их разнообразия осуществляется с учетом различия социальных исследовательских установок, целей и задач (социальное системное моделирование, моделирование по отдельным группам социальных объектов, явлений и процессов, разработка оценочных характеристик соответствующих моделей, разработка социальных прогностических моделей и т.п.).

Суть данного подхода заключается в представлении процесса моделирования социальной деятельности настоящего и будущего в виде отдельных, относительно самостоятельных структурно-функциональных блоков (модулей), объединенных в конкретную последовательность операций, исходя из внутренней логики процесса социального моделирования и прогнозирования на базе поисковых и нормативных прогностических моделей. Логическое связывание операций социального моделирования и прогнозирования в единый системно-функциональный подход теоретически обусловлено и практически предопределено следующими обстоятельствами. Во-первых, одной из основных (базовых) операций процесса социального прогнозирования является разработка прогностических моделей изучаемого социального объекта, явления или процесса и выбор наиболее вероятного варианта их изменения в пределах выбранного (заданного) периода упреждения, т.е. в конечном счете речь идет об альтернативных изменениях в определенных временных интервалах и в рамках рассматриваемого фрагмента социального пространства тех или иных социальных моделей. Во-вторых, как правило, конечной целью построения социальных моделей, помимо получения новых знаний об изучаемых характеристиках, взаимовлияниях структурных элементов и иных интересующих исследователя качествах социального объекта, явления или процесса, является изучение их возможных видоизменений и трансформаций в будущем, т. е. выполняется в определенном смысле прогнозирующая функция. И, наконец, в третьих, самое главное: и социальное моделирование, и социальное прогнозирование входят своими важнейшими взаимосвязанными и взаимодополняющими составными элементами в единый контур социального менеджмента.

Схема 1. Модель анализа ситуации

За исходный пункт рассматриваемой логической последовательности операций социального моделирования принимается момент получения государственного задания или заказа от заинтересованных ведомств (общественных организаций, коммерческих структур и пр.) на проведение исследования перспектив развития определенного структурного компонента социальной системы с целью прогнозирования его трансформации в социальном пространстве и времени. Под социальным пространством в данном случае понимается совокупность мест обитания, систем расселения и освоенной (осваиваемой) человеком природной среды, в рамках которой осуществляется социальная деятельность индивида, группы и социума в целом. Социальное время рассматривается как фундаментальная форма социально-исторического сосуществования людей и необходимый ресурс (условие) их деятельности. При этом следует исходить из того, что предположительно все аспекты взаимодействия и взаимовлияния как социальных систем различной I сложности или их отдельных компонентов, так и поведения личности или социальной группы условно ограничены рамками определенного социального поля. В рамках этого поля свойства любого события в этом случае будут детерминированы его связями с системой событий, компонентом которой оно является.

Отсюда вывод - все происходящие в той или иной социальной системе (модели) события, явления или процессы, рассматриваемые нами по принципу «здесь и сейчас», зависят от происходивших тех или иных изменений рассматриваемой системы (модели), непосредственно предшествовавших рассматриваемому периоду во времени, а также с известной долей достоверности могут быть при определенных условиях экстраполированы в будущее, тем самым обусловив предположительное, прогностическое состояние изучаемого события, явления или процесса в рамках социального поля.

В качестве предмета моделирования может рассматриваться любой аспект социальной действительности - социальный объект (субъект), социальное явление, социальная функция (отношение) или социальный процесс (вид деятельности).

Первый блок исследования. Его составляет предварительная ориентация.

В ходе предварительной ориентации:

уточняются исходные цели и задачи;

формируется общий информационный банк данных (ретроспективных и текущих);

определяется структура организации (рабочей группы), привлекаемой для выполнения социального моделирования настоящего и будущего; i

а также решаются иные организационные вопросы.

Осуществляется формирование пакета конкретных прогностических методик, способов и приемов моделирования, выбор необходимых социальных показателей, критериев, модельных и прогнозных допущений и ограничений, выбор глубины ретроспекции, исходя из установленного периода упреждения, а также подбор другого модельно-прогностического инструментария. Таков примерный и далеко не полный перечень операций подготовительного периода, составляющий основное содержание логической последовательности, объединенной в первый - установочно-методологический и целевой системно-функциональный блок (СФБ-1).

Второй блок исследования. Второй системно-функциональный блок является информационным и оценочно-аналитическим (СФБ-2). Он включает в себя всю полноту интеллектуально-логических действий по обработке, классификации, анализу, синтезу, сравнению, обобщению, формализации собранного в интересах исследования заданной социальной проблемы массива информации. Информационные выборки группируются по критериям принятой модели, профилю прогноза и вспомогательному направлению - прогнозному фону. Под прогнозным фоном понимается совокупность внешних по отношению к изучаемому социальному объекту (явлению, процессу) прогнозирования условий, существенно влияющих на изменения прогностических моделей социальной деятельности и, как следствие, на решение задачи прогноза. При построении модели прогнозного фона учитываются как его стандартные (общепринятые) составляющие научно-техническая, демографическая, экономическая, социальная (социологическая), социокультурная, общественно-политическая и международная, так и нестандартные, характерные лишь для исследуемой социальной проблемы. Обычно практикуется выбор нескольких составляющих прогнозного фона, которые в свою очередь могут группироваться по активно влияющим и пассивным признакам. При этом изучается и соответствующий зарубежный и отечественный социальный опыт. В данном случае принимается в качестве заданного условия, что прогнозный фон включает в себя и необходимо учитываемые внешние условия оптимального функционирования разрабатываемой модели социальной деятельности.

Третий блок исследования. Основной моделирующе-прогнозирующий системно-функциональный блок, обработав информационные потоки, поступающие из двух предыдущих СФБ, выполняет логическую последовательность собственно моделирующих прогностических операций, в результате которых производится построение исходной (базовой) модели и ее всесторонний анализ. Контуры общетиповой методики социального прогнозирования составляют сущностно-содержательное ядро данного СФБ (СФБ-3),

Хотелось бы также обратить внимание на некоторые аспекты рассматриваемой проблемы, существенно влияющие, по нашему мнению, на весь процесс системно-функционального моделирования социальной деятельности настоящего и будущего. Во-первых, в переходный от одного типа социума к другому период определенную сложность представляет выбор социальных показателей, репрезентативных (представительных, «показательных») в пределах использования индикаторной системы, а также формирование исходной (базовой) социальной модели ввиду внутренней нестабильности ее структурных элементов и взаимовлияющих базовых функций. Во-вторых, важное значение приобретает интерпретация совместимости профильной и фоновой индикаторных систем, которые должны максимально полно отражать требуемые характеристики, свойства, стороны исследуемого социального объекта, явления, процесса или отдельного аспекта социальной деятельности. В-третьих, созданные прогностические модели, видимо, следует рассматривать в рамках парадигмы взаимообмена, которая включает в себя четыре функциональные подсистемы: поведенческую с функцией адаптации, личностную с функцией целедостижения, социальную с интегративной функцией и культурную с функцией «поддержания образца» (в рамках этих подсистем вырабатываются и взаимообмениваются соответствующие ресурсы - ценности, нормы, цели и средства). Без наличия перечисленных компонентов вряд ли вообще возможна результативная социальная деятельность.

Четвертый блок исследования. Следующий системно-функциональный блок - экспертно-рекомендателъный (СФБ-4). Он включает в себя логическую последовательность операций по анализу, оценке качества, надежности, достоверности (верификации) экспертом или группой экспертов разработанных вариантов прогностических моделей, исходя из предполагаемой динамики изменения исследуемых объектов, явлений, процесса или отдельных аспектов социальной деятельности, а также полноты сделанных выводов и реальности предлагаемых практических рекомендаций по реализации прогноза в процессе социальной деятельности. При необходимости социальный прогноз может дополняться, изменяться, уточняться, конкретизироваться и т.п.

Пятый блок исследования. Завершает предлагаемую системно-функциональную последовательность технологических операций моделирования и прогнозирования в социальной деятельности управленческий СФБ (СФБ-5), так как любая задача социального моделирования и прогнозирования выполняется, как отмечалось выше, для того, чтобы быть реализованной в системе социального управления в интересах изменения - в требуемых пределах - соответствующей социальной реальности.

О полидисциплинарном значении предлагаемого системно-функционального подхода к моделированию и прогнозированию социальной деятельности (или отдельных социальных явлений, процессов и т.д.) свидетельствуют, на наш взгляд, следующие факты. Предлагаемая схема вполне укладывается в кибернетическое представление модели социальной деятельности, которую можно построить на основе структурно-логического анализа следующим образом.

Схема 2. Модель социальной деятельности

В данном случае взаимодействие модели (системы) социальной деятельности с окружающей средой в рамках рассматриваемого социального поля может рассматриваться как обмен сигналами входа-выхода. При этом функции входного устройства выполняет СФБ-1, а конечного - СФБ-5.

Технология системно-функционального подхода вполне согласуется и с основными положениями теории и практики современного менеджмента, что, по нашему мнению, весьма важно с точки зрения его применимости в социальном управлении. В этом случае диагноз проблемы и формулировка ограничений и критериев принятия социального управленческого решения осуществляют СФБ-1 и СФБ-2, выявление альтернатив производится в СФБ-3, их оценка в СФБ-4, а окончательный выбор наиболее приемлемого варианта решения логически завершается в СФБ-5. Существующие каналы обратной связи позволяют на основании постоянного обмена информацией оперативно и гибко реагировать на все изменения, происходящие как внутри самой модели социальной деятельности, так и во внешней среде.

Вопросы для самопроверки

1. В чем состоит сущность системно-функционального подхода к моделированию социальных процессов?

2. В чем преимущество метода системно-функционального моделирования социальных явлений и процессов? Есть ли ограничения при его использовании?

3. В чем состоит сущность метода экспериментальной оценки?

4. В каких случаях возможны конкурсы моделей и прогнозов? Какова их цель и предполагаемая результативность?

Литература

Сафронова В. М. О тенденциях социального развития в XXI веке: через призму прогноза: Сб. публичных лекций. - М., 2001.

Социальное прогнозирование и моделирование // Социальная работа: Российский энциклопедический словарь. - М., 1997. - Т. 1.

Сухорукое М. М. Структурно-логический подход к прогнозированию и моделированию в социальной деятельности (из отечественного и зарубежного опыта// Перспективы развития гуманитарных наук. - М., 1996.

В настоящее время при анализе и синтезе сложных (больших) систем получил развитие системный подход, который отличается от классического (или индуктивного) подхода. Классический подход рассматривает систему путем перехода от частного к общему и синтезирует (конструирует) систему путем слияния ее компонент, разрабатываемых раздельно. В отличие от этого системный подход предполагает последовательный переход от общего к частному, когда в основе рассмотрения лежит цель, причем исследуемый объект выделяется из окружающей среды.

Объект моделирования . Специалисты по проектированию и эксплуатации сложных систем имеют дело с системами управления различных уровней, обладающими общим свойством - стремлением достичь некоторой цели. Эту особенность учтем в следующих определениях системы.

Система или объект S - целенаправленное множество взаимосвязанных элементов любой природы.

Внешняя среда Е - множество существующих вне системы элементов любой природы, оказывающих влияние на систему или находящихся под ее воздействием.

В зависимости от цели исследования могут рассматриваться разные соотношения между самим объектом S и внешней средой Е. Таким образом, в зависимости от уровня, на котором находится наблюдатель, объект исследования может выделяться по-разному и могут иметь место различные взаимодействия этого объекта с внешней средой.

С развитием науки и техники сам объект непрерывно усложняется, и уже сейчас говорят об объекте исследования как о некоторой сложной системе, которая состоит из различных компонент, взаимосвязанных друг с другом. Поэтому, рассматривая системный подход как основу для построения больших систем и как базу создания методики их анализа и синтеза, прежде всего необходимо определить само понятие системного подхода.

Системный подход - это элемент учения об общих законах развития природы и одно из выражений диалектического учения. При системном подходе к моделированию систем необходимо прежде всего четко определить цель моделирования. Поскольку невозможно полностью смоделировать реально функционирующую систему (систему-оригинал, или первую систему), создается модель (система-модель, или вторая система) под поставленную проблему.

Таким образом, применительно к вопросам моделирования цель возникает из требуемых задач моделирования, что позволяет подойти к выбору критерия и оценить, какие элементы войдут в создаваемую модель М. Поэтому необходимо иметь критерий отбора отдельных элементов в создаваемую модель.

Подходы к исследованию систем . Важным для системного подхода является определение структуры системы - совокупности связей между элементами системы, отражающих их взаимодействие. Структура системы может изучаться

1. извне с точки зрения состава отдельных подсистем и отношений между ними,

2. а также изнутри , когда анализируются отдельные свойства, позволяющие системе достигать заданной цели, т. е. когда изучаются функции системы.

В соответствии с этим наметился ряд подходов к исследованию структуры системы с ее свойствами, к которым следует прежде всего отнести структурный подход и функциональный подход .

При структурном подходе выявляются состав выделенных эле­ментов системы S и связи между ними. Совокупность элементов и связей между ними позволяет судить о структуре системы. Последняя в зависимости от цели исследования может быть описана на разных уровнях рассмотрения. Наиболее общее описание структуры - это топологическое описание, позволяющее определить в самых общих понятиях составные части системы и хорошо формализуемое на базе теории графов.

Менее общим является функциональное описание , когда рассматриваются отдельные функции, т. е. алгоритмы поведения системы, и реализуется функциональный подход , оценивающий функции, которые выполняет система, причем под функцией понимается свойство, приводящее к достижению цели. Поскольку функция отображает свойство, а свойство отображает взаимодействие системы S с внешней средой Е, то свойства могут быть выражены в виде либо некоторых характеристик элементов и подсистем системы, либо системы S в целом. При наличии некоторого эталона сравнения можно ввести количественные и качественные характеристики систем . Для количественной характеристики вводятся числа, выражающие отношения между данной характеристикой и эталоном. Качественные характеристики системы находятся, например, с помощью метода экспертных оценок.

Проявление функций системы во времени S(t), т. е. функционирование системы, означает переход системы из одного состояния в другое, т. е. движение в пространстве состояний Z.

Системный подход получил применение в системотехнике в связи с необходимостью исследования больших реальных систем, когда сказалась недостаточность, а иногда ошибочность принятия каких-либо частных решений. На возникновение системного подхода повлияли увеличивающееся количество исходных данных при разработке, необходимость учета сложных стохастических связей в системе и воздействий внешней среды Е. Все это заставило исследователей изучать сложный объект не изолированно, а во взаимодействии с внешней средой, а также в совокупности с другими системами некоторой метасистемы. Системный подход позволяет решить проблему построения сложной системы с учетом всех факторов и возможностей, пропорциональных их значимости, на всех этапах исследования системы S и построения модели М.

Системный подход означает, что каждая система S является интегрированным целым даже тогда, когда она состоит из отдельных разобщенных подсистем. Таким образом, в основе системного подхода лежит рассмотрение системы как интегрированного целого, причем это рассмотрение при разработке начинается с главного - формулировки цели функционирования.

Процесс синтеза модели М на базе системного подхода условно представленна рис. б. На основе исходных данных Д, которые известны из анализа внешней системы, тех ограничений, которые накладываются на систему сверху либо исходя из возможностей ее реализации, и на основе цели функционирования формулируются исходные требования Т к модели системы S. На базе этих требований формируются ориентировочно некоторые подсистемы П , элементы Э и осуществляется наиболее сложный этап синтеза - выбор В составляющих системы, для чего используются специальные критерии выбора КВ. При моделировании необходимо обеспечить максимальную эффективность модели системы.

Эффективность обычно определяется как некоторая разность между какими-то показателями ценности результатов, полученных в итоге эксплуатации модели, и теми затратами, которые были вложены в ее разработку и создание.

Понятие о системе

Мы живем в мире, который состоит из множества разных объектов, имеющих разнообразные свойства и взаимодействующих между собой. Например, объектами окружающего мира являются планеты Солнечной системы, которые имеют разные свойства (масса, геометрические размеры и т.д.) и взаимодействуют с Солнцем и между собой по закону всемирного тяготения.

Каждая планета входит в состав более крупного объекта – Солнечной системы, которая в свою очередь входит в состав Галактики. В то же время, каждая планета состоит из атомов разных химических элементов, которые состоят из элементарных частиц. Таким образом, фактически каждый объект может состоять из совокупности других объектов, т.е. образует систему.

Важный признак системы – ее целостное функционирование. Система является не набором отдельных элементов, а совокупностью взаимосвязанных элементов. Например, персональный компьютер представляет собой систему, которая состоит из различных устройств, которые при этом связаны между собой и аппаратно (подключаются физически друг к другу) и функционально (обмениваются информацией).

Определение 1

Система является совокупностью взаимосвязанных объектов, которые называют элементами системы.

Замечание 1

Каждая система имеет свою структуру, которую характеризует состав и свойства элементов, их отношения и связи между собой. Система в состоянии сохранять свою целостность под воздействием различных внешних факторов и внутренних изменений до тех пор, пока является неизменной ее структура. В случае изменения структуры системы (например, при удалении одного из его элементов), она может прекратить свое функционирование как единое целое. Например, при удалении одного из устройств компьютера (к примеру, материнской платы), компьютер перестанет работать, т. е. прекратит свое функционирование как система.

Основные положения теории систем появились при исследовании динамических систем и их функциональных элементов. Под системой понимается группа взаимосвязанных элементов, которые действуют сообща с целью выполнить заранее поставленную задачу. С помощью анализа систем можно определить наиболее реальные способы выполнения поставленной задачи, которые обеспечивают максимальное удовлетворение поставленных требований.

Элементы, которые составляют основу теории систем, создаются не с помощью гипотез, а их получают экспериментальным путем. Для начала построения системы нужно иметь общие характеристики технологических процессов, которые необходимы и при создании математически сформулированных критериев, которым должен удовлетворять процесс или его теоретическое описание. Метод моделирования является одним из наиболее важных методов научного исследования и экспериментирования.

Системный подход

Для построения моделей объектов используют системный подход , который представляет собой методологию решения сложных задач. В основе этой методологии лежит рассмотрение объекта как системы, которая функционирует в некоторой среде. Системный подход позволяет раскрыть целостность объекта, выявить и изучить его внутреннюю структуру, а также связи с внешней средой. При этом объект является частью реального мира, которую выделяют и исследуют в связи с решаемой задачей построения модели. Кроме того, при использовании системного подхода предполагается последовательный переход от общего к частному, в основе которого лежит рассмотрение цели проектирования, а объект рассматривается во взаимосвязи с окружающей средой.

Сложный объект может разделяться на подсистемы, которые представляют собой части объекта и удовлетворяют таким требованиям:

1. подсистема – функционально независимая часть объекта, которая связана с другими подсистемами и обменивается с ними информацией и энергией;
2. каждая подсистема может иметь функции или свойства, которые не совпадают со свойствами всей системы;
3. каждая из подсистем может делиться до уровня элементов.

Под элементом здесь понимают подсистему нижнего уровня, которую далее делить не представляется целесообразным с позиции решаемой задачи.

Замечание 2

Таким образом, система представляется как объект, состоящий из набора подсистем, элементов и связей для его создания, исследования или усовершенствования. При этом укрупнение представления системы, которое включает основные подсистемы и связи между ними, называется макроструктурой, а детальное рассмотрение внутреннего строения системы до уровня элементов – микроструктурой.

С понятием системы обычно связано понятие надсистемы – системы более высокого уровня, в состав которой входит рассматриваемый объект, причем функция любой системы может быть определена только через надсистему. Также немаловажно понятие среды – совокупности объектов внешнего мира, которые существенно влияют на эффективность функционирования системы, но не входят в состав системы и ее надсистемы.

В системном подходе к построению моделей используют понятие инфраструктуры, которая описывает взаимосвязь системы с ее окружением (средой).

Выделение, описание и исследование свойств объекта, которые являются существенными для конкретной задачи, называется стратификацией объекта.

При системном подходе в моделировании важно определение структуры системы, которая определяется как совокупность связей между элементами системы, которые отражают их взаимодействие.

Различают структурный и функциональный подход к моделированию.

При структурном подходе определяется состав выделенных элементов системы и связи между ними. Совокупность элементов и связей составляет структуру системы. Обычно для описания структуры применяется топологическое описание, которое позволяет выделить составные части системы и определить их связи с помощью графов.

Реже применяется функциональное описание, при котором рассматриваются отдельные функции – алгоритмы поведения системы. При этом реализуется функциональный подход, который определяет функции, выполняющиеся системой.

При системном подходе возможны разные последовательности разработки моделей на основе двух основных стадий проектирования: макропроектирования и микропроектирования. На стадии макропроектирования строят модель внешней среды, выявляют ресурсы и ограничения, выбирают модель системы и критерии для оценки адекватности.

Стадия микропроектирования зависит от типа выбранной модели. Эта стадия предполагает создание информационного, математического, технического или программного обеспечения системы моделирования. При микропроектировании устанавливают основные технические характеристики созданной модели, оценивают время работы с ней и затраты ресурсов для получения необходимого качества модели.

При построении модели, независимо от ее типа, необходимо придерживаться принципов системного подхода:

1. последовательно продвигаться по этапам создания модели;
2. согласовывать информационные, ресурсные, надежностные и другие характеристики;
3. правильно соотносить различные уровни построения модели;
4. придерживаться целостности отдельных стадий проектирования модели.

Статические информационные модели

Любая система продолжает свое существование в пространстве и во времени. В разные моменты времени система определяется своим состоянием, которое описывает состав элементов, значения их свойств, величина и характер взаимодействия между элементами и т.д.

Например, состояние Солнечной системы в определенные моменты времени описывается составом объектов, которые входят в нее (Солнце, планеты и др.), их свойствами (размер, положение в пространстве и др.), величиной и характером их взаимодействия (сила тяготения, электромагнитные волны и др.).

Модели, которые описывают состояние системы в определенный момент времени, называют статическими информационными моделями.

Например, в физике статическими информационными моделями являются модели, которые описывают простые механизмы, в биологии – модели строения растений и животных, в химии – модели строения молекул и кристаллических решеток и т.д.

Динамические информационные модели

Система может изменяться с течением времени, т.е. происходит процесс изменения и развития системы. Например, при движении планет изменяется их положение относительно Солнца и между собой; изменяется химический состав Солнца, излучение и т.д.

Модели, которые описывают процессы изменения и развития систем, называют динамическими информационными моделями.

Например, в физике динамическими информационными моделями описывается движение тел, в химии – процессы прохождения химических реакций, в биологии – развитие организмов или видов животных и т.д.