Моделирование занимается исследованием явлений, процессов или объектов путем построения их моделей. Модель является представлением явления, процесса или объекта в некоторой форме, отличной от формы их реального существования.
Модели служат средством для отражения структуры и свойств различных объектов. Например, фотографии и рисунки представляют внешний вид объекта, чертежи и схемы раскрывают его структуру, т.е. внутреннюю организацию.
Моделирование – метод научного познания и проведения исследований и изысканий, при использовании которого исследуемый сложный объект, процесс заменяется более простым – его моделью (от латинского слова medulus – мера, образец). Существует несколько способов моделирования, которые можно условно объединить в две большие группы: материальное (предметное) и идеальное моделирование.
К материальному способу относятся такие способы моделирования, при которых исследование ведется на основе модели, воспроизводящей основные геометрические, физические, динамические и функциональные характеристики изучаемого объекта. Основными разновидностями материального способа моделирования являются физическое и аналоговое.
Физическимпринято называть моделирование, при котором реальный объект заменяется его увеличенной или уменьшенной копией, допускающей исследование с помощью последующего перенесения свойств изучаемого объекта с модели на объект на основе теории подобия.
Физическая модель и реальный объект должны иметь одинаковую физическую природу.
Аналоговое моделированиеосновано на аналогии процессов и явлений, имеющих различную физическую природу, но одинаково описываемых формально (одними и теми же математическими уравнениями, логическими схемами и т.п.). Наиболее простой пример – изучение механических колебаний с помощью электрической схемы.
От предметного моделирования принципиально отличается идеальное моделирование, которое основано не на материальной аналогии объекта и модели, а на аналогии идеальной, мыслимой. Оно носит теоретический характер.
Важнейшим видом идеального моделирования является математическое моделирование, при котором исследование объекта осуществляется на модели, построенной на языке математики, с использованием тех или иных математических методов.
Математические моделипредставляют собой математическое описание объектов, процессов и явлений, выражающее внутренние законы их динамики, взаимодействия с внешней средой и другие свойства. Модели выражаются на языке математических формул (уравнений, неравенств и их систем) или на языке дифференциальных или интегральных уравнений. Математическое моделирование имеет два существенных преимущества по сравнению с исследованиями на реальных объектах: получение быстрого ответа на поставленный вопрос и возможность моделирования аварийных и других ситуаций, которые невозможно осуществить на реальном объекте.
Моделям свойственны не только достоинства, но и недостатки. Главный из них заключается в том, что модель не абсолютно тождественна моделируемому объекту, поэтому все результаты, полученные на модели, целиком и полностью относятся только к самой модели. Надо четко представлять, в каком смысле модель соответствует объекту, т.е. какие свойства объекта моделируются. Критерием правильности решения, принятого по результатам моделирования, является эксперимент на реальном объекте. Модель, проверенная на практике способна стать надежным средством для принятия решений на этапе проектирования.
Моделирование на компьютере с помощью прикладного программного обеспечения называется цифровым моделированием.
В последнее время для решения задач управления и анализа функционирования различных систем используется имитационное динамическое моделирование, которое позволяет имитировать на компьютере поведение моделируемой системы во времени (на продолжительное время вперед) с учетом внутрисистемных связей. Имитационная модель позволяет получить лишь частные (числовые) значения одних параметров системы при фиксированных значениях других.
Таким образом, модель является представлением исследуемого объекта или процесса в некоторой форме, отражающей их наиболее существенные свойства.
Модели необходимы для того, чтобы:
Понять, как устроен исследуемый объект или процесс, какова его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с окружающим миром;
Научиться управлять объектом или процессом и определить наилучшие способы управления при заданных целях и критериях;
