Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Модель



План:


Введення

Модель машини швидкої допомоги

Модель ( фр. modle , Від лат. modulus - "Міра, аналог, зразок") - це спрощене уявлення реального пристрою та / або протікають у ньому процесів, явищ.

Побудова та дослідження моделей, тобто моделювання, полегшує вивчення наявних в реальному пристрої (процесі, ...) властивостей і закономірностей. Застосовують для потреб пізнання ( споглядання, аналізу і синтезу).
Моделювання є обов'язковою частиною досліджень і розробок, невід'ємною частиною нашого життя, оскільки складність будь-якого матеріального об'єкта і навколишнього його світу нескінченна внаслідок невичерпності матерії та форм її взаємодії всередині себе і з зовнішнім середовищем.

Одні і ті ж пристрої, процеси, явища і т. д. (далі - "системи") можуть мати багато різних видів моделей. Як наслідок, існує багато назв моделей, більшість з яких відображає рішення деякої конкретної задачі. Нижче наведено класифікацію і дана характеристика найбільш загальних видів моделей.


1. Вимоги до моделей

Моделювання завжди передбачає прийняття припущень тій чи іншій мірі важливості. При цьому повинні задовольнятися наступні вимоги до моделей:

  • адекватність, тобто відповідність моделі вихідної реальній системі і облік, насамперед, найбільш важливих якостей, зв'язків і характеристик. Оцінити адекватність обраної моделі, особливо, наприклад, на початковій стадії проектування, коли вид створюваної системи ще невідомий, дуже складно. У такій ситуації часто покладаються на досвід попередніх розробок або застосовують певні методи, наприклад, метод послідовних наближень;
  • точність, тобто ступінь збігу отриманих в процесі моделювання результатів із заздалегідь встановленими, бажаними. Тут важливим завданням є оцінка потребной точності результатів і наявної точності вихідних даних, узгодження їх як між собою, так і з точністю своєї моделі;
  • універсальність, тобто придатність моделі до аналізу ряду однотипних систем в одному або декількох режимах функціонування. Це дозволяє розширити область застосування моделі для вирішення більшого кола завдань;
  • доцільна економічність, тобто точність одержуваних результатів і спільність рішення задачі повинні ув'язуватися з витратами на моделювання. І вдалий вибір моделі, як показує практика, - результат компромісу між відпущеними ресурсами і особливостями своєї моделі;
  • та ін

Вибір моделі і забезпечення точності моделювання вважається однією з найважливіших задач моделювання.


1.1. Точність моделей

Похибки моделювання викликаються як об'єктивними причинами, пов'язаними зі спрощенням реальних систем, так і суб'єктивними, зумовленими недоліком знань і навичок, особливостями характеру тієї чи іншої людини. Похибки можна запобігти, компенсувати або врахувати. І завжди обов'язкове оцінка правильності отриманих результатів. У техніці швидку оцінку точності моделі часто проводять наступними способами:

  • перевіряють відповідність результатів фізичного (здоровому) глузду. Зручно це робити для окремого випадку моделі, коли рішення очевидно. Іноді навіть говорять, що ще перед вирішенням завдання інженер вже повинен представляти характер і порядок очікуваного результату. Але точність такого уявлення залежить від розвиненості фізичного уяви і досвіду роботи з подібними системами;
  • перевіряють виконання приватних очевидних умов завдання, що також дозволяє відсікти неприйнятні рішення;
  • перевіряють дотримання тенденції зміни величин і знаків результатів (монотонність, циклічність, плавність і т. п.);
  • перевіряють правильність розмірності отриманого результату (якщо робота ведеться з аналітичними залежностями).

Відомо, що за допомогою грубих вимірювань, використання контрольно-вимірювальних приладів з низькою точністю або наближених вихідних даних неможливо отримати точні результати. З іншого боку, безглуздо вести, наприклад, розрахунок з точністю до грама, якщо результат потім потрібно округляти (скажімо, вказувати в формулярі) з точністю до ста грам, або ж визначати середню величину точніше складових її значень, і т. д. Тому важливо пам'ятати про наступне:

  • точність результатів розрахунків та експериментальних досліджень моделі не може перевищити точності вихідних даних, використовуваних приладів, вимірювальних інструментів і т. п.;
  • вид обраної моделі має узгоджуватися з точністю вихідних даних і потребной точністю результатів;
  • бажана точність результатів повинна відповідати потребам і реаліям практики.

2. Основні види моделей

За способом відображення дійсності розрізняють три основні види моделей - евристичні, натурні та математичні.

2.1. Евристичні моделі

Евристичні моделі, як правило, являють собою образи, що малюються в уяві людини. Їх опис ведеться словами природної мови (наприклад, вербальна інформаційна модель) і, звичайно, неоднозначно і суб'єктивно. Ці моделі формалізації, тобто не описуються формально-логічними та математичними виразами, хоча і народжуються на основі подання реальних процесів і явищ.
Евристичне моделювання - основний засіб вирватися за рамки буденного і усталеного. Але здатність до такого моделювання залежить, насамперед, від багатства фантазії людини, його досвіду та ерудиції. Евристичні моделі використовують на початкових етапах проектування або інших видів діяльності, коли відомості про розроблюваної системі ще мізерні. На наступних етапах проектування ці моделі замінюють на більш конкретні і точні.


2.2. Натурні моделі

Відмінною рисою цих моделей є їх подібність реальним системам (вони матеріальні), а відмінність полягає в розмірах, числі і матеріалі елементів і т. п. По приналежності до предметної області моделі поділяють на такі:

  • Фізичні моделі. Це - реальні вироби, зразки, експериментальні та натурні моделі, коли між параметрами системи і моделі однаковою фізичної природи існує однозначна відповідність. Вибір розмірів таких моделей ведеться з дотриманням теорії подібності. Фізичні моделі поділяються на об'ємні (моделі та макети) і плоскі (тремплети):
    • в даному випадку під (фізичної) моделлю розуміють виріб або пристрій, що є спрощеним подобою досліджуваного об'єкта чи дозволяє відтворити досліджуваний процес або явище. Наприклад, предметні моделі, як зменшена копія оригіналу (глобус як модель Землі, іграшковий літак з урахуванням його аеродинаміки);
    • під тремплетом [1] розуміють виріб, що є плоским масштабним відображенням об'єкта у вигляді спрощеної ортогональної проекції або його контурним обрисом. Тремплети вирізують з плівки, картону і т. п. і застосовують при дослідженні і проектуванні будинків, установок, споруд;
    • під макетом розуміють виріб, зібране з моделей і / або тремплетов.

Фізичне моделювання - основа наших знань і засіб перевірки наших гіпотез і результатів розрахунків. Фізична модель дозволяє охопити явище або процес у всьому їх різноманітті, найбільш адекватна і точна, але досить дорога, трудомістка і менш універсальна. У тому чи іншому вигляді з фізичними моделями працюють на всіх етапах проектування;

  • Технічні моделі;
  • Соціальні моделі;
  • Економічні моделі, наприклад, Бізнес-модель;
  • і т. д.

2.3. Математичні моделі

Математичні моделі - формалізуються, тобто являють собою сукупність взаємопов'язаних математичних і формально-логічних виразів, як правило, відображають реальні процеси та явища (фізичні, психічні, соціальні і т. д.). За формою подання бувають:

  • аналітичні моделі. Їх рішення шукаються в замкнутому вигляді, у вигляді функціональних залежностей. Зручні при аналізі сутності описуваного явища або процесу і використанні в інших математичних моделях, але пошук їх рішень буває вельми складно;
  • чисельні моделі. Їх рішення - дискретний ряд чисел (таблиці). Моделі універсальні, зручні для вирішення складних завдань, але не наочні і трудомісткі при аналізі та встановленні взаємозв'язків між параметрами. В даний час такі моделі реалізують у вигляді програмних комплексів - пакетів програм для розрахунку на комп'ютері. Програмні комплекси бувають прикладні, прив'язані до предметної області та конкретного об'єкта, явища, процесу, і загальні, які реалізують універсальні математичні співвідношення (наприклад, розрахунок системи алгебраїчних рівнянь);
  • формально-логічні інформаційні моделі - це моделі, створені на формальній мові.

Наприклад:

Побудова математичних моделей можливо наступними способами:

  • аналітичним шляхом, тобто виведенням з фізичних законів, математичних аксіом або теорем;
  • експериментальним шляхом, тобто за допомогою обробки результатів експерименту і підбору апроксимуючих (груба співпадаючих) залежностей.

Математичні моделі більш універсальні і дешеві, дозволяють поставити "чистий" експеримент (тобто в межах точності моделі дослідити вплив якогось окремого параметра при сталості інших), прогнозувати розвиток явища або процесу, відшукати способи управління ними. Математичні моделі - основа побудови комп'ютерних моделей і застосування обчислювальної техніки.
Результати математичного моделювання потребують обов'язкового зіставленні з даними фізичного моделювання - з метою перевірки отриманих даних і для уточнення самої моделі. З іншого боку, будь-яка формула - це різновид моделі і, отже, не є абсолютною істиною, а всього лише етап на шляху її пізнання.


2.4. Проміжні види моделей

До посередником видами моделей можна віднести:

Тривимірна комп'ютерна модель
  • графічні моделі. Займають проміжне місце між евристичними і математичними моделями. Являють собою різні зображення:
  • аналогові моделі. Дозволяють досліджувати одні фізичні явища або математичні вирази за допомогою вивчення інших фізичних явищ, що мають аналогічні математичні моделі;
  • та ін

Існує й інші види "прикордонних" моделей, наприклад, економіко-математична і т. д.

Вибір типу моделі залежить від обсягу та характеру вихідної інформації про розглянутому пристрої і можливостей інженера, дослідника. По зростанню ступеня відповідності реальності моделі можна розташувати в наступний ряд: евристичні (образні) - математичні - натурні (експериментальні).


3. Рівні моделей

Кількість параметрів, що характеризують поведінку не тільки реальної системи, але і її моделі, дуже велике. Для спрощення процесу вивчення реальних систем виділяють три рівні їх моделей, що розрізняються кількістю і ступенем важливості враховуються властивостей і параметрів. Це - функціональна, принципова, структурна і параметрична моделі.

3.1. Функціональна модель

Функціональна модель призначена для вивчення особливостей роботи (функціонування) системи та її призначення у взаємозв'язку з внутрішніми та зовнішніми елементами.

Функція - найістотніша характеристика будь-якої системи, відображає її призначення, то, заради чого вона була створена. Подібні моделі оперують, перш за все, з функціональними параметрами. Графічним представленням цих моделей служать блок-схеми. Вони відображають порядок дій, спрямованих на досягнення заданих цілей (т. зв. Функціональна схема). Функціональної моделлю є абстрактна модель.


3.2. Модель принципу дії

Модель принципу дії (принципова модель, концептуальна модель) характеризує найістотніші (принципові) зв'язку і властивості реальної системи. Це - основоположні фізичні, біологічні, хімічні, соціальні і т. п. явища, що забезпечують функціонування системи, або будь-які інші принципові положення, на яких базується запланована діяльність чи досліджуваний процес. Прагнуть до того, щоб кількість врахованих властивостей і характеризують їх параметрів було невеликим (залишають найбільш важливі), а видимість моделі - максимальної, так щоб трудомісткість роботи з моделлю не відволікала увагу від суті досліджуваних явищ. Як правило, описують подібні моделі параметри - функціональні, а також фізичні характеристики процесів і явищ. Принципові вихідні положення (методи, способи, напрями і т. д.) лежать в основі будь-якої діяльності або роботи.

Так, принцип дії технічної системи - це послідовність виконання певних дій, що базуються на певних фізичних явищах (ефекти), які забезпечують необхідну функціонування цієї системи.
Приклади моделей принципу дії: фундаментальні та прикладні науки (наприклад, принцип побудови моделі, вихідні принципи розв'язання задачі), суспільне життя (наприклад, принципи відбору кандидатів, надання допомоги), економіка (наприклад, принципи оподаткування, обчислення прибутку), культура (наприклад, художні принципи).

Робота з моделями принципу дії дозволяє визначити перспективні напрямки розробки (наприклад, механіка або електротехніка) та вимоги до можливих матеріалами (тверді або рідкі, металеві або неметалеві, магнітні або немагнітні і т. д.).

Правильний вибір принципових засад функціонування зумовлює життєздатність та ефективність розроблюваного рішення. Так, скільки б не вдосконалювали конструкцію літака з вінтомоторного двигуном, він ніколи не розвине надзвукову швидкість, не кажучи вже про польоти на великих висотах. Тільки використання іншої фізичної принципу, наприклад, реактивного руху і створеного на його основі реактивного двигуна, дозволить подолати звуковий бар'єр.

Графічним представленням моделей принципу дії служать блок-схема, функціональна схема, принципова схема.

Наприклад, для технічних моделей ці схеми відображають процес перетворення речовини, як матеріальної основи пристрої, за допомогою певних енергетичних впливів з метою реалізації потрібних функцій (функціонально-фізична схема). На схемі види та напрямки впливу, наприклад, зображуються стрілками, а об'єкти впливу - прямокутниками.

3.3. Структурна модель

Чіткого визначення структурної моделі не існує. Так, під структурною моделлю пристрої можуть мати на увазі:

  • структурну схему, яка представляє собою спрощене графічне зображення пристрою, що дає загальне уявлення про форму, розташування і числі найбільш важливих його частин та їх взаємних зв'язках;
  • топологічну модель, яка відображає взаємні зв'язки між об'єктами, які не залежать від їх геометричних властивостей.

Під структурною моделлю процесу зазвичай розуміють характеризує його послідовність і склад стадій та етапів роботи, сукупність процедур і залучених технічних засобів, взаємодія учасників процесу.

Наприклад, - це можуть бути спрощене зображення ланок механізму у вигляді стрижнів, плоских фігур ( механіка), прямокутники з лініями зі стрілками ( теорія автоматичного управління, блок-схеми алгоритмів), план літературного твору чи законопроекту і т. д. Ступінь спрощення залежить від повноти вихідних даних про досліджуваний пристрій і потребной точності результатів. На практиці види структурних схем можуть змінюватись від нескладних невеликих схем (мінімальне число частин, простота форм їх поверхонь) до близьких до креслення зображень (висока ступінь подробиці опису, складність використовуваних форм поверхонь).

Можливо зображення структурної схеми в масштабі. Таку модель відносять до структурно-параметричної. Її прикладом служить кінематична схема механізму, на якій розміри спрощено зображених ланок (довжини ліній-стрижнів, радіуси коліс-кіл і т. д.) нанесені в масштабі, що дозволяє дати чисельну оцінку деяким досліджуваним характеристикам.

Для підвищення повноти сприйняття на структурних схемах в символьному (буквеному, умовними знаками) вигляді можуть вказувати параметри, що характеризують властивості відображаються систем. Дослідження таких схем дозволяє встановити співвідношення (функціональні, геометричні і т. п.) між цими параметрами, тобто представити їх взаємозв'язок у вигляді рівності f (x1, х2, ...) = 0, нерівностей f (x1, х2, ...)> 0 і в інших виразах.


3.4. Параметрична модель

Під параметричної моделлю розуміється математична модель, що дозволяє встановити кількісний зв'язок між функціональними і допоміжними параметрами системи. Графічної інтерпретацією такої моделі в техніці служить креслення пристрою або його частин із зазначенням чисельних значень параметрів.

4. Класифікація моделей

4.1. За цілями досліджень

Залежно від цілей дослідження виділяють наступні моделі:

  • функціональні. Призначені для вивчення особливостей роботи (функціонування) системи, її призначення у взаємозв'язку з внутрішніми та зовнішніми елементами;
  • функціонально-фізичні. Призначені для вивчення фізичних (реальних) явищ, що використовуються для реалізації закладених в систему функцій;
  • моделі процесів і явищ, такі як кінематичні, міцнісні, динамічні та інші. Призначені для дослідження тих чи інших властивостей і характеристик системи, що забезпечують її ефективне функціонування.

4.2. За особливостями подання

З метою підкреслити відмінну особливість моделі їх поділяють на прості і складні, однорідні та неоднорідні, відкриті і закриті, статичні та динамічні, імовірнісні та детерміновані і т. д. Варто зазначити, що коли говорять, наприклад, про технічному пристрої як простому або складному, закритому чи відкритому і т. п., в дійсності мають на увазі не сам пристрій, а можливий вид його моделі, таким чином підкреслюючи особливість складу або умов роботи.

  • Чіткого правила поділу моделей на складні і прості не існує. Зазвичай ознакою складних моделей служить різноманіття виконуваних функцій, велике число складових частин, розгалужений характер зв'язків, тісний взаємозв'язок із зовнішнім середовищем, наявність елементів випадковості, мінливість в часі та інші. Поняття складності системи - суб'єктивно і визначається необхідними для його дослідження витратами часу і коштів, потрібних рівнем кваліфікації, тобто залежить від конкретного випадку і конкретного фахівця.
  • Поділ систем на однорідні і неоднорідні проводиться відповідно до заздалегідь вибраних ознакою: використовувані фізичні явища, матеріали, форми і т. д. При цьому одна і та ж модель при різних підходах може бути і однорідною, і неоднорідною. Так, велосипед - однорідне механічний пристрій, оскільки використовує механічні способи передачі руху, але неоднорідне за типами матеріалів, з яких виготовлені окремі частини (гумова шина, сталева рама, пластикове сідло).
  • Всі пристрої взаємодіють із зовнішнім середовищем, обмінюються з нею сигналами, енергією, речовиною. Моделі відносять до відкритих, якщо їх впливом на навколишнє середовище або впливом зовнішніх умов на їх стан та якість функціонування знехтувати не можна. В іншому випадку системи розглядають як закриті, ізольовані.
  • Динамічні моделі, на відміну від статичних, перебувають у постійному розвитку, їх стан і характеристики змінюються в процесі роботи і з плином часу.
  • Характеристики імовірнісних (іншими словами, стохастичних) моделей випадковим чином розподіляються в просторі або змінюються в часі. Це є наслідком як випадкового розподілу властивостей матеріалів, геометричних розмірів і форм об'єкта, так і випадкового характеру впливу зовнішніх навантажень і умов. Характеристики детермінованих моделей заздалегідь відомі і точно передбачувані.

Знання цих особливостей полегшує процес моделювання, так як дозволяє вибрати вигляд моделі, найкраще відповідної заданим умовам. Цей вибір грунтується на виділенні в системі істотних і відкиданні другорядних чинників і повинен підтверджуватися дослідженнями або попереднім досвідом. Найбільш часто в процесі моделювання орієнтуються на створення простої моделі, що дозволяє заощадити час і кошти на її розробку. Однак підвищення точності моделі, як правило, пов'язано зі зростанням її складності, тому що необхідно враховувати велику кількість чинників і зв'язків. Розумне поєднання простоти і потребной точності і вказує на кращий вигляд моделі.


Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Модель 4C
Модель Хаббарда
Модель пропаганди
Гравітаційна модель
Модель обчислень
Модель Изинга
Модель мозку
Динамічна модель
Концептуальна модель
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru