ОБЪЕКТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ИССЛЕДУЕМОГО ЯВЛЕНИЯ. ПОДГОТОВИЛ: СТУДЕНТ ГРУППЫ КЭ-223 САВИН И.А. ПРОВЕРИЛ: ДОЦЕНТ КАФЕДРЫ ИКТ СПИЦЫН В.С.

ОБЪЕКТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ Объект экспериментального исследования в науке под ним подразумевают главное поле приложения сил учёных. В одной науке (научном направлении) однако может быть несколько объектов исследований, которые составляют логически связанное существо и цель исследований в этой науке (научном направлении). Таким объектом становится всякое непознанное явление, неизвестное ранее науке, или его часть, которое предполагает исследовать эта наука. Часто используется предварительное деление чего-либо неизвестного (непознанного) на логически обоснованные части явления. Это используется как вполне самостоятельный научный метод, если подобное деление возможно исходя из априори видимых признаков данного явления.

МОДЕЛИРОВАНИ Е Моделирование – способ, процесс замещения оригинала его аналогом (моделью) с последующим изучением свойств и поведения оригинала на модели. Процесс моделирования состоит из: формализации (проектирование и настройка модели, систем моделей и моделей систем), собственно моделирования (постановка различных задач и решение их на модели), интерпретации результатов моделирования, комплексирования с уже имеющимися реальными системами.

Модель вместо исходного объекта используется в случаях: «эксперимент опасен» при деятельности в агрессивной среде вместо человека лучше использовать его макет; примером может служить луноход; «дорог» прежде чем использовать идею в реальной экономике страны, лучше опробовать её на математической или имитационной модели экономики, просчитав на ней все «за» и «против» и получив представление о возможных последствиях; «долговременен» изучить коррозию процесс, происходящий десятилетия, выгоднее и быстрее на модели; «кратковременен» изучать детали протекания процесса обработки металлов взрывом лучше на модели, поскольку такой процесс скоротечен во времени; «протяжен в пространстве» для изучения космогонических процессов удобны математические модели; «микроскопичен» для изучения взаимодействия атомов удобно воспользоваться их моделью; «невозможен» часто человек имеет дело с ситуацией, когда объекта нет, он ещё только проектируется. При проектировании важно не только представить себе будущий объект, но и испытать его виртуальный аналог до того, как дефекты проектирования проявятся в оригинале. Важно: моделирование теснейшим образом связано с проектированием. Обычно сначала проектируют систему, потом её испытывают, потом снова корректируют проект и снова испытывают, и так до тех пор, пока проект не станет удовлетворять предъявляемым к нему требованиям. Процесс «проектирование-моделирование» цикличен. При этом цикл имеет вид спирали с каждым повтором проект становится все лучше, так как модель становится все более детальной, а уровень описания точнее; «неповторим» это достаточно редкий случай, когда эксперимент повторить нельзя; в такой ситуации модель единственный способ изучения таких явлений. Пример исторические процессы, ведь повернуть историю вспять невозможно; «ненагляден» модель позволяет заглянуть в детали процесса, в его промежуточные стадии; при построении модели исследователь как бы вынужден описать причинно-следственные связи, позволяющие понять все в единстве, системе. Построение модели дисциплинирует мышление. Важно: модель играет системообразующую и смыслообразующую роль в научном познании, позволяет понять явление, структуру изучаемого объекта. Не построив модель, вряд ли удастся понять логику действия системы. Это означает, что модель позволяет разложить систему на элементы, связи, механизмы, требует объяснить действие системы, определить причины явлений, характер взаимодействия составляющих.

Процесс моделирования есть процесс перехода из реальной области в виртуальную (модельную) посредством формализации, далее происходит изучение модели (собственно моделирование) и, наконец, интерпретация результатов как обратный переход из виртуальной области в реальную. Этот путь заменяет прямое исследование объекта в реальной области, то есть лобовое или интуитивное решение задачи. Итак, в самом простом случае технология моделирования подразумевает 3 этапа: формализация, собственно моделирование, интерпретация (рис. 1). Рис. 1. Процесс моделирования (базовый вариант)

Поскольку моделирование способ замещения реального объекта его аналогом, то возникает вопрос: насколько аналог должен соответствовать исходному объекту? Вариант 1: соответствие 100%. Очевидно, что точность решения в этом случае максимальна, а ущерб от применения модели минимален. Но затраты на построение такой модели бесконечно велики, так как объект повторяется во всех своих деталях; фактически, создаётся точно такой же объект путём копирования его до атомов (что само по себе не имеет смысла). Вариант 2: соответствие 0%. Модель совсем не похожа на реальный объект. Очевидно, что точность решения минимальна, а ущерб от применения модели максимален, бесконечен. Но затраты на построение такой модели нулевые.

Конечно, варианты 1 и 2 это крайности. На самом деле модель создаётся из соображений компромисса между затратами на её построение и ущербом от неточности её применения. Это точка между двумя бесконечностями. То есть, моделируя, следует иметь в виду, что исследователь должен стремиться к оптимуму суммарных затрат, включающих ущерб от применения и затраты на изготовление модели (см. рис. 2). Рис. 2. Соотношение суммарных затрат и точности для различных вариантов детализации прикладной модели

На практике действуют таким образом: двигаются по шкале точности слева направо, то есть от простых моделей («Модель 1», «Модель 2»…) ко все более сложным («Модель 3», «Модель 4»…). А процесс моделирования имеет циклический спиралевидный характер: если построенная модель не удовлетворяет требованиям точности, то её детализируют, дорабатывают на следующем цикле (см. рис. 3). Рис. 3. Спиралевидный характер процесса проектирования и уточнения прикладных моделей

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!