Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Лекция 7. Модель и моделирование
Представления человека – важный компонент процесса формулирования сложных (проблемных, конфликтных) обстоятельств.
Благодаря им в разряд проблемных моментов функционирования системы может попасть, казалось бы, нормальная ситуация, охватывающая, например, состояния элементов объекта, не выходящих за дозволенные границы, но, по представлениям человека, имеющая негативные тенденции изменения этих состояний на протяжении некоторого периода времени (ретроспекции) функционирования системы.
Благодаря им в разряд проблемных моментов функционирования системы может быть отнесена, как будто бы, обычная производственно-технологическая ситуация некоторого отступления от использования требуемых материалов и комплектующих, оценка которой нарушает некий понятийный аппарат человека, организующего требуемое функционирование системы, посредством которого он выстраивает и своё восприятие обстановки, и своё понимание процесса оценки качества функционирования.
Благодаря им в разряд проблемных моментов функционирования системы могут быть отнесены обстоятельства экономии энергоресурсов, которые, по представлению человека, нарушают его логику понимания процесса обеспечения требуемых свойств системы.
Благодаря им конфликтные обстоятельства могут возникнуть без фактически зафиксированных вещественно-энергетических изменений в системе, и т.д. и т.п.
Однако благодаря им же явная проблемность обстановки может не трактоваться таковой. Человек может не требовать её разрешения, а, напротив, согласиться с текущим функционированием и всячески содействовать переходу к новым реалиям функционирования системы или не содействовать им, ожидая естественного возвращения процесса функционирования «на круги своя».
Как отмечалось, человек, как организатор требуемого функционирования системы, является «истиной в последней инстанции» и по восприятию проблемных ситуаций и по разрешению любых сложных вопросов функционирования системы. Это не может не означать того, что существо понятия сложных (проблемных) обстоятельств формируется именно духовной составляющей мироощущения.
В связи с этим именно начальные представления о том, как понимать воспринимаемые явления и как трактовать в реальности образы, являющиеся результатами размышлений над воспринятым явлением, несомненно, конструктивно имеют важнейшее значение. Они определяют (конструируют, создают) адекватные или неадекватные начальные образы исследуемой сложной системы, включая её организационную структуру.
Естественно полагать, что в процессе функционирования сложной системы начальные представления и начальные образы будут видоизменяться согласно некой текущей «логике» реальных обстоятельств и мировоззрений человека, но изменяться они будут от своего начального концептуального «фундамента». В зависимости от его адекватности среде обитания, локально организованной среде сложной системы, его полноты и научной и технической основательности, по существу, зависит успех организации и процессов управления, и процессов регулирования и, в общем, всей жизнедеятельности сложной системы.
Этим определяется научная необходимость и техническая целесообразность исследования вопросов, от которых зависит построение концептуальных основ теории. Этим определяется важность понимания причин, влияющих на формирование концептуального базиса системного анализа.
Концептуальный базис теории имеет три важных назначения:
1) он должен определить основополагающие представления о том, как понимать исследуемые явления, то есть должен быть решен вопрос о месте образов этих явлений в системе знаний и ценностей человека (его мировоззрении);
2) он должен определить основополагающие представления о том, как трактовать результаты преобразований, проводимых над образами этих явлений, то есть должен быть решен вопрос о месте теперь уже квазиявлений в реальном мире (результатов преобразований, соотнесённых с реальным миром, или перенесённых в объективную реальность);
3) он должен определить некий «механизм», указывающий направления различного понимания и трактовки, то есть некоторый вектор альтернатив в восприятии и понимании внешнего мира.
Деятельность по изучению, фиксации и созданию инженерных и интеллектуальных объектов (называемая инженерной деятельностью) использует, как правило, не сами объекты, а образы–«заместители» этих объектов. Такие «заместители» объектов (явлений) носят название моделей[66].
Исследуя различные стороны процессов управления техническими объектами, приходится работать с моделями различных явлений. Например, объекта, локально организованной среды объекта, устройств управления этим объектом, эмпирических функций и т.д. Модели используют по-разному: для получения неких абстракций, имеющих практическую ценность в принципиальном плане; для исследования явления в миниатюре, то есть как действующую копию постигаемого объекта. Модели применяют одновременно с объектом для достижения наиболее эффективного управления. Модели используют в различных ретроспективно – прогнозирующих процедурах и активных (например, факторных) экспериментах непосредственно в рабочей среде функционирующего объекта и т.д.
Моделирование как процесс подготовки модели и как процесс работы (экспериментирования) с моделью является неотъемлемой частью любого процесса использования моделей. Как показывает опыт, для отражения реальности сами модели, как правило, должны постоянно изменяться, а процесс моделирования – проявлять свои обе стороны: и формировать модель, и экспериментировать с ней. В течение длительного периода сложилось практически повсеместное мнение как о фундаментальной роли моделей в процессах управления, так и о том, что именно погрешности моделей и моделирования существенно влияют и фактически предопределяют результаты реального управления.
Поэтому естественна потребность построения все более точных моделей и проведение более аккуратного (более строгого в формальном плане) процесса моделирования. Однако иногда такой путь не приводит к достижению желаемых целей. Модель может детально учитывать значительное многообразие параметров и закономерностей, процесс моделирования – работать в значительно опережающем темпе, а результаты не будут оправдывать затрат и давать ожидаемый эффект. Возможно, в конечном итоге, – это общая печальная закономерность невозможности постижения явлений природы. Но изредка продуктивнее другие впечатления. Предлагается к обсуждению тривиальная мысль о том, что в таких ситуациях не следует абстрагироваться от того факта, что модели и моделирование отражают не сами явления, а некие их образы, формируемые психикой человека или предлагаемые самой природой (внешней средой, космосом, Создателем) в качестве предмета (объекта) исследования. Поэтому в подобных ситуациях иногда перспективнее возвращаться к начальному этапу процесса создания моделей – этапу уточнения содержательности самого понятия[67].
Как правило, формы и методы познания формируются общественной практикой, после чего формулируется научное представление об объективной действительности. Этот порядок цикличен. Метод моделирования имеет, по-видимому, давнюю предысторию: от подражания движениям животных и птиц – до мысленных моделей атомов Демокрита, Эпикура, Лукреция и др. древних мудрецов; от моделей из песка, глины и камня ваятелей храмов древнего Египта – до моделей каналов и геликоптеров Леонардо да Винчи; от геоцентрической до гелиоцентрической модели Вселенной; от идей сходства древних мыслителей – до учения Аристотеля об аналогиях (установления сходства нетождественных предметов). В истории развития науки считают, что теоретические исследования Ньютона, Бертрана и Максвелла явились основой для мировоззренческой оценки метода моделирования, получив достойное обобщение в работах Томсона (Кельвина) в конце прошлого века. Моделирование[68] используется повсеместно в точных (технических) и гуманитарных направлениях, являясь признанным методом познания и принося впечатляющие результаты практически во всех разделах естествознания. Особо острая дискуссия[69] вокруг определения модели проводилась в конце шестидесятых годов прошлого века. Обсуждались различные определения терминов «модель» и «моделирование» (например, в работе проф. А.И. Уёмова[70] проанализировано 37 понятий модели). Это было вызвано, вероятно, двумя обстоятельствами. Во – первых, буквально массовым «производством» моделей в научной и технической практике и, во-вторых, отсутствием общей теории моделирования, удовлетворяющей все конкретные науки одновременно («Десять конструкторов дадут, по крайне мере, пять явно различных ответов»[71]).
«Модель» употреблялась в различных смыслах: аналога, метода, системы, образца, описания, частично или полностью формализованной теории и т.д. В связи с этим были сомнения[72] в возможности говорить о моделях и моделировании вообще, а не о моделях и моделировании в определенной науке. Хотя в лингвистике особые требования по употреблению термина «модель» не формулировались70, дебаты между теоретиками моделирования были связаны с выбором базового значения термина «модель»[73].
Проф. Штофф В.А.[74] предлагал отбросить ряд значений термина «модель», поскольку могут быть применены другие устоявшиеся термины. Он предложил под моделью понимать такую мысленно представляемую или материально реализованную систему, которая, отображая или воспроизводя объект исследования, способна замещать его так, что ее изучение даст новую информацию об этом объекте.
По мнению проф. Уемова А.И.[75], наиболее целесообразно проанализировать все случаи употребления термина «модель» и выделить общие для этих случаев признаки: модель – это система, исследование которой служит средством для получения информации о другой системе. Такой взгляд позволил ему сделать важные, по нашему мнению, выводы: многообразие логических типов моделей означает многообразие оснований, по которым объекты могут быть использованы в качестве моделей.
Проф. Аптер М.[76], опираясь на критику основных положений Апостола Л.[77], подошёл по-иному к понятию модели. Определения модели по Штоффу и Уемову представляют собой перефразированный тезис Апостола, в котором последний пытается дать общее определение модели в следующем виде: всякий, кто использует систему А, ни прямо, ни косвенно не взаимодействующую с системой В, для того чтобы узнать что-либо о системе В, использует А как модель В. Но такое определение порождает, в некотором смысле, ряд трудностей. Например, согласно ему, учебник является моделью того предмета, который он излагает, а анализ кро-
ви – моделью сердечно-сосудистой системы.
Поэтому было сформировано понятие модели, исходя из концепции аксиоматизации Дж. фон Неймана. В этом основное ограничение и достоинство такого определения модели. Аксиоматизация требует следующего. Все исследуемое явление (устройство, система и т.д.) представляется совокупностью некоторых элементов со множеством различных отношений. Считается, что эти элементы имеют вполне определенные внешние функциональные характеристики, то есть представляют некие «черные ящики». В зависимости от границ элементов явление будет более или менее полно воспроизводимо. Модель, по Аптеру, представляется как нeчто, обладающее свойствами:
1. Быть общим эвристическим средством (модель-аппарат, модель-программа, модель – описание и т.п.).
2. Являться системой – заменителем. Поскольку знание ограничено лишь тем, насколько верно наше исходное положение, и сходство между моделью и реальной системой достаточно тесное, то можно, работая с моделью, делать заключения о свойствах реальной системы. В этом смысле основное назначение модели – сделать возможным обобщение путем аналогии между разными системами.
3. Использоваться с целью демонстрации: модель является конкретным воплощение того общего принципа, который она демонстрирует.
4. Объяснять. Модели используются как для получения более общих выводов, так и для демонстрации уже сделанных выводов. Применяемые при этом фактические модели могут быть как одинаковыми, так и разными. Но это открывает моделям путь к тому, чтобы что-то действительно объяснить: с одной стороны, ученый приобретает некоторую интуицию в отношении изучаемой реальной системы благодаря тому, что упрощает ее (путем аксиоматизации), а с другой, – он объясняет приобретенную интуицию, воплощая ее в виде конкретной модели. Таким образом, модель служит посредником между слишком общим и слишком частным, слишком простым и слишком сложным, абстрактным и конкретным.
Идеи М. Аптера составили основу современных представлений о моделях и моделировании. Важный и, возможно, заключительный шаг в дебатах об этих представлениях сделан проф. Исаевым И.Т.[78] По его мнению:
1. Модель есть результат и продукт активной, преобразующей теоретико-практической деятельности человека. А потому модель – это не просто какой-либо объект природы, а объект, преобразованный человеком для определенных познавательных целей.
2. Модель – это материально-вещественный объект или система, выступающие как промежуточное звено между исследователем и исследуемым объектом, который часто именуется как объект-оригинал. Модель не замещает и в принципе не может заместить оригинал. Модель выступает как метод опосредованного исследования оригинала.
3. Существует диалектическое соотношение между представлением и моделью, предполагающее как их общность, так и различие. В представлении в идеальной форме реализуется образное отражение действительности. Представление выступает как непосредственная гносеологическая основа формирования модели. А модель – это как бы субстратно-вещественное воплощение представления.
4. Исследование модельных закономерностей используется для более глубокого познания изучаемого объекта-оригинала. Моделирование – это метод исследования объективно существующих явлений, основанный на использовании моделей. В таком случае акт выбора моделей предопределяет уровень и характер знаний, получаемых в процессе моделирования (модельных знаний).
Несмотря на известную полемичность трактовок различных аспектов проблемы моделирования, нетрудно заметить, что изучение содержательной стороны дискуссии позволяет составить достаточно полное представление о существе и роли моделей и моделирования в исследованиях. Возможно, остались не совсем определенными два момента, связанные с окончанием и началом моделирования. В меньшей степени – это вопросы переноса модельных знаний или, в частности, оценки степени трансформируемости полученных на модели знаний. В большей степени – проблема, определяющая выбор или тактику построения подходящей начальной модели (проблема выбора).
Обычно перенос модельных знаний сводится к использованию формальных процедур переноса. Как правило, содержание этих процедур обуславливается следующим78: определяются и измеряются физические величины, получающие затем знаковое выражение; задается алфавит; выбираются гипотезы, единственное требование к которым заключается в том, чтобы они в формально-логическом отношении не были внутренне противоречивы; формулируются правила перехода от одного алфавита к другому; формулируются правила вывода и другие формально-логические процедуры; создаются правила и условия интерпретации полученных знаний и т.д.
Считается, что выбор модели предопределяет уровень и характер получаемых знаний. Выбору модели предшествует образование у человека определенных представлений об исследуемом явлении. В представлении реализуется образное отражение действительности. Представление выступает как непосредственная познавательная основа формирования модели. А модель, в свою очередь, является неким воплощением представления. Поэтому в цепочке «представления – модель (моделирование) – модельные знания – знания об исследуемом явлении» конечный результат определяется исходными представлениями.
Другими словами, проблема выбора покрывает какую-то часть вопросов формирования самих представлений, заключающих в себе, по существу, модельные и конечные знания об исследуемом явлении (процессе, объекте). Тогда можно настаивать на том, что моделирование, как универсальный метод познания, не только может, а, возможно, и должен использоваться как в процессе выявления и выделения (модельных) знаний из сформированных представлений, так и охватывать сам акт формирования представлений. В этом плане роль начальных моделей должны играть модели, обуславливающие какой-то обобщенный круг вопросов, некие границы представлений об исследуемом явлении.
Восприятие явления. Акт первоначальной фиксации явления, как правило, человеку не подвластен (сознательно неуправляем, хотя и осознаваем) [рис 8]. Осмысление (изучение и планирование исследования) явления – это сознательный циклический процесс, так или иначе базирующийся на начальной фиксации и развивающийся по мере накопления сведений о явлениях. Тайна первоначального восприятия, возможно, связана с различной размерностью пространств, в которых существует человек и в котором развивается явление. Вероятно, пространство (существования) человека определяется возможностями его (пяти) органов чувств. Пространство, в котором распространяется явление, может иметь бесконечное число степеней свободы как абсолютно дезорганизованная внешняя среда.
Рис. 8. Символическая картинка начального момента восприятия
Первое восприятие – это начальная «проекция» многомерного явления в пятикоординатной (чувственной) сетке человека, это начальный психический образ восприятия, это граница начала сознательной деятельности человека и это момент возникновения двух, возможно одновременно существующих явлений: объективного и психического мира.
Параллельные процессы. Изменяющееся в пространстве и времени явление вызывает (инициирует) изменяющиеся психические образы. Эти образы могут относиться к ожидаемым и неожиданным образам. Всё зависит от существа вопроса о том, как понимать воспринимаемый образ, то есть как осмыслить реальность посредством этого образа. Независимо существующие психические образы (явлений объективной реальности) в динамике их самовосприятия человеком и их развития (осознания человеком) априорно предназначены для оценки этой объективной реальности. Эти оценки определяются исключительно тем, как будут трактоваться полученные результаты.
Факт возникновения одновременности и параллельности реальных и психических процессов для изучения одного и того же явления означает начало организации сознательного процесса познания объективной реальности:
а) обеспечение целенаправленного фиксирования состояний исследуемого явления (множества отношений «явление (объект) – датчик»);
б) создание процессов взаимоприспособляемости исследуемого явления и человека как фактора, возмущающего (воздействующего на) явление, как конкретную объективную реальность, и, наконец;
в) неоднократное сопоставление результатов развития (динамики изменения) психических образов и результатов развития наблюдаемой объективной реальности для получения знаний о ней.
Начальный момент организации сознательного процесса, вероятно, не исключает многообразия в понимании и трактовке. Поэтому первые возможности использования моделей и моделирования на этом исходном этапе формирования представлений охватывают, по-видимому, все множество форм моделирования, модельных знаний и знаний вообще. Но при этом естественным и монопольным носителем моделей, процесса моделирования и формируемых представлений является сам человек: в нем создаются, «просматриваются», каким-то образом «анализируются» образные, иконические, идеальные и тому подобные модели, как материал, компоненты или процессы соответствующих психических образов и психических процессов.
Языковое выражение. Человек как носитель со всеми психическими образами, возникающими и сменяющимися в нем, вероятно, не может выступать в роли модели (как постоянно меняющаяся «модель», как чередующиеся неповторимые «модели» и т.п.). Это связано, наверное, не столько со сложностями физического воспроизведения, сколько со значительными трудностями повторяемости психических явлений. В частности, это, прежде всего, касается его способностей языкового выражения содержания явлений объективной реальности.
Пока достаточно устойчиво мнение о том, что человек принимает любые воздействия из внешней среды на свою чувственную координатную сетку (зрение, слух, обоняние, вкус, осязание), каким-то образом классифицирует воздействия и выделяет или не выделяет из них языковые структуры, несущие мысль (идею, смысл). Аналогичные представления о передаче: языковые структуры, несущие мысль, каким-то образом преобразуются в человеке в языковые конструкции чувственных исполнительных механизмов и воздействуют ими на внешнюю среду.
С каким бы успехом не моделировались, технически воспроизводились и промышленно не изготавливались бы аналоги человеческих датчиков (рецепторов) и человеческих исполнительных органов, несомненно, останутся тайной акты выделения смысловых языковых структур (несущих мысль) и наделения смысловым содержанием чувственных языковых конструкций. Наверное, именно в этом положении заключено основное ограничение возможностей формализации коммуникативной функции языка[79].
В целом рассуждения над коммуникативными возможностями языка позволяют понять, почему за человеком остаются следующие практически непознаваемые процессы:
– выбора ведущего (основного) органа чувств или их совокупности для восприятия языковых сигналов извне;
– выбора ведущего исполнительного органа или их совокупности (в определенной организованности) для передачи языкового сигнала (воздействия) во внешний мир;
– выбора или формирования (построения) адекватных (во времени, пространстве, ситуации, условиях) языковых конструкций для выделения (восприятия) лингвистических структур, несущих мысль или несущих (мыслящее) чувство в соответствии с целеположением.
Таким образом, сложности повторяемости психических процессов касаются не только технических средств, но и человеческих возможностей. Человек не знает и того, как происходит процесс наделения смыслом формирующихся в нем лингвистических конструкций, и того, как выделяется смысл из них. Наконец, человек не в состоянии воспроизвести (повторить) свои психические процессы. Видимость возможностей многообразия в понимании и трактовке, вероятно, и заканчивается именно при необходимости языкового выражения явления объективной реальности (то есть психических процессов, имитирующих явления) или процесса мышления по этому поводу.
В общем, анализ начального этапа моделирования, осуществляемого человеком, позволяет отметить обстоятельства, которые уже на этом этапе объективно порождают ошибки будущих моделей:
1) процесс формирования у человека определенных исходных представлений об исследуемом явлении, которые предшествуют выбору модели;
2) процесс некоего воплощения человеком своих представлений в познавательную сущность модели;
3) субъективность акта первоначальной фиксации явления;
4) субъективность сознательного процесса оценки объективной реальности не исключает многообразия в понимании и трактовке, что на исходном этапе формирования представлений может размыть их конкретность, наделив представления множеством субъективных (в том числе и взаимоисключающих) форм модельных знаний и знаний конкретного человека вообще;
5) отсутствие осознанных механизмов адекватного языкового выражения исходных представлений.
Оценка возможностей начального этапа моделирования позволяет утверждать следующее.
Во-первых, в лингвистических конструкциях, выражающих представления о конкретной объективной реальности, должен быть зафиксирован (конкретный) смысл в строго определенной направленности по пониманию образов действительности и толкованию получаемых результатов.
Во-вторых, роль начальных моделей должны играть модели, объединяющие, охватывающие и обобщающие конкретности в понимании и толковании и определяющие или обуславливающие метод понимания образов и действительности и метод трактовки получаемых результатов.
Контрольные вопросы по лекции 7:
1. Чем определяется научная необходимость и техническая целесообразность исследования вопросов, от которых зависит построение концептуальных основ теории?
2. Какое предназначение имеет концептуальный базис?
3. К чему свелась дискуссия по поводу определения понятия модели?
4. Какую содержательность вложил в определение модели проф. М. Аптер?
5. Поясните суть определения проф. Исаева И.Т.
6. Поясните начальный момент восприятия.
7. Что обозначают параллельные процессы?
8. В чём суть языкового выражения?
9. Какие ошибки порождает начальный этап моделирования?
10. Какую оценку возможностей начального этапа моделирования можно сделать?