Парадигма развития науки. Методологическое обеспечение (стр. 16 )

Иногда говорят: «Аналогия — не доказательство», «Модели нельзя верить»... Но в действительности исследователи никогда и не стремятся только таким путем доказать что-нибудь. Здесь вполне достаточно того, что уловленное сходство дает могучий импульс творчеству и указывает, по какому пути идти в поисках решения. Аналогия способна скачком выводить мысль на новые, неизведанные орбиты, и безусловно правильно положение о том, что аналогия, если обращаться с ней с должной осторожностью, — наиболее простой и понятный путь от старого к новому. Но всякая аналогия имеет определенные границы. Истинно новое никогда не содержится в старом, и, познавая законы природы, следует учиться видеть не столько старое в новом, сколько новое в старом.

К настоящему времени, когда вычислительные машины усовершенствовались и стали обладать огромным быстродействием и памятью, математическое моде­лирование получило мощный инструмент. Появилась возможность решать многие недоступные ранее задачи. Однако, чтобы найти отнегы на поставленные вопро­сы, требуется не одно решение, а целая цепочка промежуточных решений. Пути решения здесь неоднозначны и цели можно достигнуть, только просматривая разные решения. Одних математических методов и совершенной вычислительной техники недостаточно. Неизбежно в сложных ситуациях, таких, как, например, глобальное планирование в масштабах отрасли или государства, планирование военных и политических акций, создание систем социальных мероприятий и т. д., привлечение к решению интуитивного фактора. Поэтому вместе с математическими и экономико-математическими стали развиваться и эвристические методы, цель которых—-использование опыта и таланта человека. Объединив возмож­ности, скрытые в человеческом интеллекте, со способностью вычислительной машины быстро выполнять логические и арифметические операции, можно полу­чить так называемую имитационную математическую модель. Эта модель пред­ставляет собой совокупность математической модели, имитирующей изучаемый (или планируемый) экономический, производственный или какой-либо другой процесс, группы экспертов, участвующих в планировании, и специального мате­матического обеспечения, позволяющего экспертам вести диалог с машиной и между собой.

Математическая цифровая модель может выдавать информа­цию человеку не только в виде таблиц с записями рядов цифр, но и в удобной, более наглядной форме. Это могут быть, например, графики, объемные представления. Обратная связь машины и человека может осуществляться очень просто и наглядно — с помощью маркера, что позволяет непрерывно корректировать вводимую в ЦВМ информацию.

Область применения математически формализованных моделей все время расширяется: в экономике, биологии, медицине, исторических и других общест­венных науках, т. е. в самых разнообразных процессах. Однако оказалось, что, как правило, описание такого рода процессов незамкнуто, в моделях при­сутствуют «свободные параметры» или функции, которые не определены. Дру­гими словами, такие процессы должны управляться человеком и возникает проблема моделирования комплекса «человек — машина» с отражением в нем «модели человеческих функций». Таким образом, сложность и комплексность объектов, которые могут изучаться методами моделирования в технике, практи­чески не ограничены. Модели этих объектов выполняются физическими и мате­матическими, а также комбинированными. Все крупные сооружения исследовались и исследуются на моделях. Например, гидроэнергетические объекты (плотины, каналы, гидротурбины для таких станций, как Волжская ГЭС им. , Волгоградская ГЭС, Братская ГЭС, Красноярская ГЭС, Асуан­ская ГЭС в АРЕ и др.) исследовались на физических моделях, изображающих в уменьшенном масштабе эти грандиозные сооружения. Большое значение для сооружения электрических систем и дальних электропередач имеют исследования их режимов на физических моделях, создаваемых в стадии проектирования и позволяющих проверить теоретические положения, лежащие в основе расчетов, и действие различных регулирующих устройств, аппаратуры, релейной защиты и т. д. При создании и совершенствовании межконтинентальных и космических ракет на физических моделях успешно проводятся исследования аэродинами­ческих свойств ракет, влияния ионизации воздуха впереди головной части раке­ты и т. д.

Широко распространенные специальные модели, обычно выполняемые в виде сочетания физической и математической моделей с натурными приборами, применяются для наладки приборов управления и тренировки персонала, управ­ляющего различными сложными объектами. В первом случае эти модели называются испытательными стендами, а во втором — тренажерами. Тренажеры применяются для обучения различного эксплуатационного персонала; особое значение они имеют при подготовке летчиков, подводников, космонавтов. Тренажеры находят применение и при подготовке персонала для энергосистем.

Обычно приборы и органы управления в тренажерах сохраняются нормаль­ными, применяемыми в практике. Воздействие на эти приборы преобразуется в импульсы, моделирующие поведение управляемого объекта. Например, тренаже­ры для летчиков воспроизводят у обучаемого все физические ощущения, связан­ные с полетом в любом направлении, подъемом, спуском.

Моделирование очень важно еще и для того, чтобы опередить практику. В качестве примера такого опережающего действия моделирования можно при­вести следующие факты. Когда первая в мире электропередача 500 кВ только проектировалась — на модели уже была изучена ее работа, первый пассажирский сверхзвуковой самолет еще только создавался, а его будущие пилоты уже про­водили тренировки по управлению машиной. «Водить» еще не построенный са­молет они учились на модели-стенде. Он являлся копией кабины летчиков со всеми приборами, устройствами управления и связи. Имелся также пульт, с которого инструктор мог задавать условия «полета» и контролировать действия экипажа. Телевизионная аппаратура, магнитофоны, блоки имитации тряски предназначались для создания соответствующей «летной» обстановки.

Мозгом модели-стенда является вычислительная машина, решающая диффе­ренциальные уравнения движения самолета. В процессе работы электронные модели по необходимости вклют магнитофоны, блоки имитации тряски и т. д.

Многообразно применение моделирования в военной технике. Физи­ческое моделирование военных действий — это хорошо известные маневры, в которых моделируются применение оружия и взаимодействие с противником. В математических моделях для имитации процессов управления войсками при­меняют вычислительные машины, в которые поступают данные математического описания боевых действий. При этом используются методы теории вероятности, случайных процессов, игр, массового обслуживания, а также линейного и нели­нейного программирования.

Особое значение приобрело моделирование биологических и физиологических процессов. Так, создаются протезы тех или иных органов человека, управляемые биотоками. Разрабатываются установки, моделирующие условия, необходимые для развития живых тканей и организмов.

Некоторые функции человеческого мозга и нервной системы моделируются с помощью специальных моделей (функциональных или, как их иначе называют, кибернетических). Не отражая внутренней структуры объекта, такие модели в определенных условиях воспроизводят его функции. Например, модели сердца и легких, выполняющие некоторые функции этих органов, применяются во время операций.

Большое развитие получила новая наука — бионика, в которой значитель­ную роль играет кибернетическое — функциональное — моделиро­вание живых организмов, осуществляемое средствами современной электроники. Интересной возможностью физического моделирования является использова­ние в качестве модели живого организма быстроразмножающихся организмов, например на мухах можно проследить влияние космического полета на условия жизни и, сопоставив эти условия с родственным поколением, находящимся на Земле, получить модель для проверки так называемой биологической теории относительности.

Перечень осуществленных моделей и возможностей моделирования можно было бы еще расширить. Однако это не входит в задачи настоящего раздела, в котором краткая характеристика развития методов теории подобия и осуществ­ления различных моделей давалась преимущественно в историческом плане для общей оценки состояния и возможностей метода.

В заключение еще раз подчеркнем познавательную роль мо­дели и моделирования при решении задач, связанных с синтезом наук. Моде­лирование, рассматриваемое в гносеологическом плане, не только отражает общность единичных явлений внутри какой-либо области исследо­ваний, но помогает найти и отразить то общее, что имеется в разных областях, и объединить эти различные области. Модель, моделирование и теория подобия являются важными факторами в процессе построения общей теории (основанной на базе отдельных гипотез и теорий) и в конечном счете создания научной дис­циплины - «Обобщенная теория моделирования».

Обобщенная теория моделирования, таким образом, могут существенно облег­чать выявление того общего, что имеется в разных науках По мере развития метода моделирования формы моделей видоизменяются и обобщается трактовка получаемых с их помощью результатов.

Сказанное подтверждает данное выше определение моделирования, которым является любой метод опосредствованного практического или теоретиче­ского, мысленного или опытного оперирования объектом. При этом используется вспомогательный промежуточный искусственный или естественный «квазиобъект», находящийся в каком-либо объективном соответствии с познаваемым объектом и называемый моделью. Основным свойством и характерным признаком модели является то, что она способна замещать объект на определенных этапах и давать при исследовании информацию о нем.

Моделирование, таким образом, требует объективного соответствия с изучаемым объектом и возможности замещения его не всегда и во всем, а только на определенных этапах исследования. Модель, какой бы она ни была, должна обладать способностью в ходе исследования давать некоторую, допускающую проверку информацию. Моделирование требует формулировки некоторых правил перевода информации, полученной при изучении на модели, в информацию о самом моделируемом объекте. Эти правила в конечном счете ведут к требованию соответствия математических соотношений (критериев подобия) у модели и оригинала.