Для чего нужны модели
Для чего создают модели?
Для чего создают модели? Если Вы ищете ответ на этот вопрос, то после прочтения данной статьи обязательно его найдете.
Для чего используются модели?
Модели обычно применяются для нужд познания (созерцания, анализа и синтеза) и конструирования. Как модель может выступать отображения, схема, копия, макет, изображения.
Модели создают для того, чтобы изобразить, или воспроизвести определенный объект, конструкцию, которая показывает признаки, или свойства объекта. Каждый из нас видел глобус — который является уменьшенной моделью Земли. Глобус создали для знакомства с реальным миром.
Модели используются для того, чтобы воссоздать принципы внутренней организации или функционирования, определенные свойства, признаки объекта исследования или воспроизведение объекта по оригиналу.
Существует множество видов моделей, например: табличные, иерархические, графические, сетевые информационные модели, объектно-ориентированные модели и натурные модели.
Модель в конструировании (промышленный дизайн) — изделие, или деталь, которая повторяет форму и свойства определенного изделия или детали. Модель обычно стоит дешевле, и ее можно быстрее изготовить, чем моделируемое изделие.
Модель — изделие из материала, который легко подлежит обработке, с которого берется основа (форма) для воспроизведения в другом материале. Пример таких моделей — лекала, шаблоны и пр.
Модель в моделизме — уменьшенная копия определенного изделия, например, изготовленная в масштабе модель машины, сооружения, здания и тому подобное.
Модель в 3D-графике — объемный объект, созданный для отображения объектов в виртуальном мире (компьютерные игры).
Классификация моделей:
• по способу представления,
• по отраслям использования,
• по фактору времени,
• за инструментом реализации.
Просто о сложном: что такое математическое моделирование и почему нам больше не нужны эксперименты на людях
tany_savelieva
Сегодня математики пытаются помочь медикам представить, как устроены внутренние процессы в организме, или предсказать реакцию конкретного пациента на лечение с помощью языков программирования и без проведения дорогих и опасных экспериментов. Метод математического моделирования применяется в самых разных областях науки, в том числе в физиологии и медицине. В рамках проекта «Физтех.Читалка» молодой ученый, аспирант МФТИ Тимур Гамилов рассказал «Теориям и практикам», как математические модели помогают врачам ставить диагнозы, а спортсменам — рекорды.
«Лего» для ученых
Математическое моделирование начали использовать в спорте и медицине еще в 50-х годах. В этой сфере активно работают математики, информатики и физики различных специализаций. Метод математического моделирования устроен по принципу конструктора «Лего», в котором вместо деталей — данные о состоянии здоровья человека и математические формулы, на основе которых врачи ставят диагноз и составляют план лечения. Используя данные о медицинских показателях, математики и инженеры создают гипотезу, которую затем проектируют и проверяют с помощью специального языка программирования.
Неудивительно, что интерес к математическому моделированию в медицине и спорте растет: в США с 1961 по 2006 год процент бюджетных денег, которые тратятся на медицину, возрос с 4% до 20%. В других странах люди тоже хотят жить долго и хорошо, а готовность властей финансировать науку и текущий уровень развития технологий растут с каждым годом. Поэтому вместо того, чтобы проводить медицинские эксперименты на людях, в качестве подопытных кроликов ученые используют математические модели.
Модель для сборки: инструкция
Для построения любой математической модели необходимы данные. Базовые знания о строении и функционировании организма человека можно найти в анатомических атласах и другой справочной литературе. Но поскольку организм каждого человека уникален, врачи наблюдают за каждым пациентом индивидуально: проводят МРТ, компьютерную томографию, измеряют пульс, давление.
Представим, что перед командой ученых (биологов, математиков, физиков, программистов) стоит задача — помочь в постановке диагноза и поиске метода лечения пациентов со стенозом. Первым делом мы, ученые, должны понять, что такое стеноз, и расспрашиваем об этом врачей. Оказывается, стеноз — это возникновение бляшек на сосудах, которые создают разницу в давлении между участками сосуда. В результате сосуд может не выдержать такой нагрузки и порваться. Диагностируется заболевание двумя путями. Первый — качественный способ: нужно сделать снимок сосуда, найти бляшку и по ее виду сделать вывод. Второй — количественный: через бедренную артерию в нужные участки сосуда вводятся датчики, которые измеряют разницу давлений. Результаты количественного анализа — более точные. Это значит, что можно не оперировать пациента без надобности, а осложнения после лечения будут минимальными. Минусы этого способа — в цене и высоких рисках для пациента. Нужна дешевая и безопасная альтернатива, которая поможет поставить количественный диагноз и принять верное решение о лечении. Такой альтернативой может стать математическая модель процессов, происходящих в организме, связанных с развитием болезни.
В нашем случае нужно понять, по каким законам возникает разница в давлениях внутри сосудов, и записать эти законы в виде уравнений. Модели создаются под каждую проблему, болезнь или задачу. Для начала в уравнения (например, гидродинамики) вписывают величины, примерно одинаковые для всех пациентов — в науке они называются константами. Помимо констант, существуют параметры — показатели, которые учитываются для каждого человека индивидуально: длина, ширина сосудов, частота пульса, вид шума в сосудах. После того как мы вписали в уравнения константы, снимаем данные с пациента и записываем их в уравнения. Так ученые связывают параметры и константы с помощью формул: теперь в готовое уравнение мы подставляем разные значения для разных пациентов, чтобы получить необходимый результат — показатель разницы давлений между участками сосуда. Лечение стеноза, в зависимости от степени тяжести заболевания, врачи проводят либо медикаментозно (когда разница в давлениях небольшая), либо с помощью хирургического вмешательства (для более серьезных случаев).
После того как модель запрограммирована, работа не заканчивается. Во-первых, измерить большую часть параметров, которые нужно внести в уравнения, скорее всего, не получится без огромных затрат и дорогостоящих операций. Например, для детального определения структуры бляшек, упругих свойств сосуда и законов, по которым он меняется со временем, потребуется колоссальное количество сил и средств. Поставить такую технологию на поток вряд ли удастся.
Во-вторых, снятые параметры могут измениться через определенное время. Эластичность сосудов сильно меняется в зависимости от гормонов, которые на данный момент присутствуют в крови. А чтобы предсказать, сколько каких гормонов содержится в кровяном русле в интересующий нас период, нужно замоделировать в буквальном смысле весь организм человека, так как гормональный фон зависит от огромного количества факторов.
Врачи не знают математику, а математики — биологию, однако без диалога невозможна ни одна дисциплина на стыке наук
В-третьих, даже если мы сможем измерить все необходимые параметры и они не станут сильно меняться со временем, измерения, скорее всего, будут неточными. И чем больше параметров мы снимаем, тем активнее будет расти эта неточность. А поскольку в организме от небольшого изменения каждого параметра существенно меняются все остальные величины, такая неточность часто становится критичной. Например, даже несущественное количество введенного лекарства, растворяющего тромбы, может привести к передозировке, которая вызовет серьезное кровотечение.
Решаются эти проблемы путем упрощения модели: ученые по максимуму сокращают количество параметров и уравнений, стараются сделать их проще, или, как говорят математики, оптимизируют систему. Несмотря на технологическое несовершенство, метод математического моделирования уже работает и помогает людям. Благодаря математическому моделированию была создана известная модель токов в клетке Ходжкина — Хаксли, которая помогла описать, как распространяются электрохимические импульсы, передающие информацию в организме по нервным клеткам. Эта разработка считается одним из самых важных открытий неврологии XX века. За нее ученые получили Нобелевскую премию.
В помощь Усэйну Болту
Математически смоделированные стратегии для тренировок — уже рутина для спортивной индустрии. Показатели великого бегуна Усэйна Болта почти совпадают с графиком кривой оптимального темпа для бега на 100 метров в каждый момент времени. На соревнованиях по прыжкам с трамплина на лыжах высота конструкции выбирается с использованием математической модели тел спортсменов так, чтобы нагрузки не стали критичны для организма.
Математика + медицина
Главная трудность в развитии метода пока заключается в том, что значительное количество разработок так и остаются теорией. В повседневное клиническое использование вводится крайне малая часть таких проектов. Ученые видят будущее моделей в их адаптации под реальные условия. Теоретические расчеты нужны и важны для понимания процессов, которые происходят в организме, но не менее важно научиться использовать такие расчеты глобально. Сильно упростит задачу, если пациентам будет легко и понятно снимать показатели самостоятельно.
Ученым из разных областей придется все чаще работать на стыке наук и сотрудничать с инженерами и врачами. Чтобы эти идеи не оставались на страницах научных журналов, а реально помогали людям, математики должны начать взаимодействовать с врачами, которые ставят перед ними конкретные медицинские задачи. Такое взаимодействие (из-за особенностей образования и способа мышления) часто дается обеим сторонам непросто: врачи не знают математику, а математики — биологию, все они пользуются разной терминологией и методами. Однако без подобного диалога невозможна ни одна дисциплина на стыке наук.
Презентация была опубликована 6 лет назад пользователемАнна Тараканова
Похожие презентации
Презентация на тему: » Моделирование как метод научного познания.. ВОПРОСЫ. 1. 1.Что такое «модель»? Для чего нужны модели? 2. 2.Что такое «моделирование»? 3. 3.Классификации.» — Транскрипт:
1 Моделирование как метод научного познания.
2 ВОПРОСЫ Что такое «модель»? Для чего нужны модели? Что такое «моделирование»? Классификации моделей Формализация Типы информационных моделей. Табличные информационные модели Что такое «модель»? Для чего нужны модели? Что такое «моделирование»? Классификации моделей Формализация Типы информационных моделей. Табличные информационные модели.
3 Модель – это объект… Вопрос 1. МОДЕЛЬ ОБЪЕКТ ЦЕЛИ МОДЕЛИРОВАНИЯ СУЩЕСТВЕННЫЕ ПРИЗНАКИ
4 1) Модель – это объект, который обладает существенными свойствами исходного объекта, в зависимости от цели моделирования.
5 2) Модель – это объект, который отражает некоторые стороны изучаемого объекта, существенные с точки зрения целей моделирования.
6 3) Модель – это объект, отличный от исходного, который обладает существенными для целей моделирования свойствами и в рамках этих целей полностью заменяет исходный.
8 Модели нужны для того, чтобы:
9 1. Понять, как устроен конкретный объект – каковы его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с окружающим миром.
10 2. Научиться управлять объектом или процессом и определять наилучшие способы управления при заданных целях и критериях (оптимизация).
11 3. Прогнозировать прямые и косвенные последствия реализации заданных способов и форм воздействия на объект.
12 Никакая модель не может заменить само явление, но при решении задачи, когда нас интересуют определенное свойство изучаемого процесса или явления, модель оказывается полезным, а подчас и единственным инструментом исследования, познания.
13 Моделирование – это метод познания, состоящий в исследовании моделей. Вопрос 2.
15 Вопрос 3. Классификация моделей. Гейн А.Г.Гейн А.Г. Макарова Н.В.Макарова Н.В.
16 Признаки, по которым классифицируются модели (Макарова Н.В.): область использования; учет в модели временного фактора (динамики); отрасль знаний; способ представления моделей.
17 Классификация моделей (по А.Г.Гейну) По способу представления По описанию строения По временному фактору По известности внутренней структуры По характеру причинно- следственных связей Описательные (дескриптивные – представленные описанием, выраженным средствами какого-либо коммуникативного языка) Системные (т.е. с выделением структурных элементов и связей между ними) Статические (т.е. отображающие объект без учета изменений по времени) Открытые Детерминированные (т.е. поведение объекта полностью определяется исходным состоянием) Натурные (представленные реальными объектами или процессами, причем между процессами в объекте-оригинале и в модели выполняется некоторое соотношение подобия) Бессистемные (т.е. без выделения структурных элементов) Динамические (т.е. описывающие поведение или эволюцию объекта в зависимости от времени) «Черные ящики» Вероятностные (стохастические), т.е. подверженные случайным воздействиям Знаковые (представленные в символьной форме средствами подходящего формализованного языка)
18 Классификация по области использования.
21 Классификация по отрасли знаний Биологические Биологические социологическиесоциологические исторические математические и т. д.математические и т. д.
22 Классификация по способу представления (Макарова Н.В.) Реализована средствами программной среды
23 Текст (программы) Формулы Таблицы Классификация по способу представления (Угринович Н.Д.) Рисунки Фотографии Плакаты
24 Классификация по способу представления (по А.Г.Гейну) Классификация по способу представления (по А.Г.Гейну) Описательные (дескриптивные – представленные описанием, выраженным средствами какого-либо коммуникативного языка) Натурные (представленные реальными объектами или процессами, причем между процессами в объекте- оригинале и в модели выполняется некоторое соотношение подобия) Знаковые (представленные в символьной форме средствами подходящего формализованного языка)
25 Классификация по способу представления (Минькович Т.В.) Устный рассказ рисунки
27 Типы информационных моделей Табличные;Табличные; Иерархические;Иерархические; Сетевые.Сетевые. Вопрос 5. Одним из наиболее часто используемых типов информационных моделей является прямоугольная таблица. Такой тип моделей применяется для описания ряда объектов, обладающих одинаковыми наборами свойств.
28 Целями информационного моделирования могут быть описать внешний вид объекта для. ;описать внешний вид объекта для. ; разработать техническое задание на. ;разработать техническое задание на. ; разработать договор о совместной деятельности по. ;разработать договор о совместной деятельности по. ; нарисовать эскиз. ;нарисовать эскиз. ; разработать технические чертежи. ;разработать технические чертежи. ; представить графически структуру. ;представить графически структуру. ; составить таблицу расписания. ;составить таблицу расписания. ; вывести расчетную формулу. ;вывести расчетную формулу. ; определить план действий. ;определить план действий. ; разработать алгоритм решения задачи. разработать алгоритм решения задачи.
30 Наименование устройства Цена (в у.е.) Монитор 15″180 Жесткий диск 40 Гб 130 Системная плата 80 Процессор Celeron (1 ГГц)70 Память 128 Мб 15 Дисковод CD-ROM x5240 Видеоплата 16 Мб 30 Звуковая карта 16 бит 30 Корпус 25 Дисковод 3,5″14 Клавиатура 10 Мышь 5
33 Материальные модели воспроизводят геометрические и физические свойства оригинала и всегда имеют реальное воплощение.
36 Образно-знаковые модели используют образы какого-либо вида: схема, граф, чертеж, план, карта и т.д. Примеры: школьная карта, план квартиры, диаграмма, родословное дерево, блок-схема, классификационная схема…
37 Мысленное представление об объекте. Жизненный опыт человека; музыкальная тема в мозгу композитора. Минькович
39 Виды информационных моделей Дескриптивные (описательные) Смешанные Наглядные На естественном языке Словесное описание На формализованном языке Математические формулы Химические формулы Алгоритмы Др.научные языки Формальные Техкарты Электрические схемы программы Рисунки Чертежи Графики фотографии Таблицы Графы Деревья Сети Блок- схемы Схемы Карты Видеофильмы Бешенков С.А., Ракитина Е.А., Гейн А.Г.
Зачем нужно бизнес-моделирование
Если Вы оказались на этой странице, очевидно, Вам пришлось столкнуться с необходимостью разобраться в некоторых вопросах управления организацией. И, скорее всего, эта тема для Вас нова.
Обычно вопросы, касающиеся управления, не возникают просто так, а являются следствием тех или иных проблем, «мешающих жизни» компании: низкая скорость принятия решений, безответственность сотрудников, сбои в работе. Как следствие: снижается доходность или конкурентоспособность, замедляется развитие, а возможно, компания даже закрывается.
Руководитель или собственник в один прекрасный момент понимает, что «ТАК РАБОТАТЬ ДАЛЬШЕ НЕВОЗМОЖНО!»
Естественно, далее возникают вопросы: «А как можно и нужно? И что следует сделать в первую очередь?»
Если Вы поставите себе задачу разобраться в вопросах управления досконально — это потребует достаточно серьезных затрат времени и сил, возможно, у Вас даже возникнет желание пройти дополнительное обучение. Здесь же мы ответим на некоторые реальные вопросы, которые часто задают собственники бизнеса и руководители отечественных компаний, находящихся на разных этапах своего развития.
1. Ваша компания находится в начале своего развития: она недавно вышла на рынок и только начинает его освоение. Обычно на этой стадии количество сотрудников организации невелико (до 30 человек), организационная структура не слишком формализована, уровней иерархии не больше 3, в центре внимания руководства чаще всего находится производство и продажа Продукта/Услуги.
«Организовали с компаньоном фирму, занимаемся производством и продажей печенья. Есть один постоянный менеджер по продажам, а остальные часто меняются. В последнее время участились жалобы от клиентов — то заказ потерялся, то привезли не вовремя… И дебиторка выросла значительно — это для нас сейчас критично… На производстве — свои проблемы. Но самое главное: все разом разрулить не можем, и как это сделать — тоже непонятно.»
Возможные проблемы, которые заставляют задуматься об оптимизации управления:
Помимо того, что разработка — занятие само по себе полезное и интересное, ряд положительных эффектов Вы сможете почувствовать достаточно быстро:
2. Компания прошла начальный этап и активно растет, в ней появляется все больше функциональных подразделений и уровней управления, количество сотрудников таково, что высшее руководство уже не знакомо с каждым лично.
На практике в компаниях, где работает более 50 человек, чаще всего приходится сталкиваться с системой управления. Суть ее можно кратко охарактеризовать как выделение в деятельности предприятия некоторого количества функциональных областей и построение в соответствии с ними системы управления. Причем, по мере роста организации, в каждой из функциональных областей выстраивается своя иерархия управленцев — от руководителя (своего рода, «эксперта» в данной области) до рядового исполнителя, причем уровней этой иерархии тем больше, чем крупнее организация. И если поначалу вся система функционирует успешно, обеспечивая организации управляемость, то по мере роста компании ее эффективность неизбежно снижается. Это обусловлено спецификой принятия решений в системе, когда для рассмотрения проблемы со всех сторон необходимо взаимодействие всех «экспертов» по различным функциональным направлениям. Пока уровней иерархии в подразделениях немного, взаимодействие организуется достаточно оперативно, но вот с ростом организации время, затрачиваемое на принятие решений, превышает все разумные пределы. Результатом этого является перенос ВСЕХ решений на самый высокий уровень и глобальное снижение управляемости.
«Кризис здорово ударил по моему строительному бизнесу: компания развивалась быстрыми темпами с 2000 года, росли объемы и прибыль. После 2008 мы, конечно, уже совсем работаем, пытаемся снижать себестоимость, но получается не очень… Эффективность работы компании низкая, а хочется не просто выжить, но и продолжать развиваться.»
Возможные проблемы, которые заставляют задуматься об оптимизации управления:
На этом этапе руководству компании уже крайне трудно обойтись без четко оформленной модели системы управления, поскольку структура компании и информационные потоки в ней достаточно сложны, и управлять ими «по наитию» становится невозможно. При этом простое отображение иерархической функциональной структуры компании на листе бумаги, к сожалению, мало что дает для повышения эффективности ее деятельности. Особенно ярко проблемы функционального управления проявляются в крупных компаниях в период внешней нестабильности, когда скорость принятия решений становится критической характеристикой системы.
Благодаря переходу к управлению процессами компаниям с большим масштабом операций удается систематизировать свою деятельность, получив выигрыш сразу по двум направлениям:
Чтобы реорганизовать систему управления на основе процессного подхода, руководству необходимо решить вопрос о проектировании новой системы, причем направление этого проектирования — сверху вниз, первоначально определяются стратегические цели и задачи организации, показатели их достижения, и на этой основе строится система процессов. Исходя из процессов, формируется организационная структура. Существенно уменьшить трудоемкость и ускорить проектирование позволяет использование современного программного обеспечения соответствующего назначения, в частности, системы Business Studio. Кроме того, эта система позволяет не просто подготовить реорганизацию, но и осуществлять поддержку внедрения и последующего сопровождения процессного управления.
3. Организация вышла на новый этап своего развития: Вы открываете филиалы и превращаетесь в сетевую структуру.
Иногда развитие компании происходит настолько динамично, что она не успевает трансформировать систему управления. Обычно это происходит на быстрорастущих рынках при благоприятно складывающейся конъюнктуре.
«У нас бизнес по продаже запчастей. За последние 2 года свернули свою деятельность несколько наших конкурентов, в результате образовалась свободная ниша. Хотим воспользоваться моментом и открыть филиалы в нескольких ближайших регионах. Сейчас заканчиваем маркетинг рынков и встает вопрос, как лучше организовать процесс развития сети.»
Принимая решения решение об открытии удаленных подразделений, нельзя недооценивать значение внутренней готовности компании к такому шагу. Не секрет, что одни компании успешно воспроизводят и развивают бизнес вне зависимости от региона, тогда как у других многие филиалы убыточны.
Дело в том, что методы и технологии функционального управления, до определенного момента эффективные для «простого бизнеса», не могут работать на сетевых структурах.
Оценку готовности компании открывать региональные подразделения обычно проводят по следующим уровням:
Если управляемая по принципу компания начинает формировать сеть — переход к процессному управлению становится практически неизбежным, серьезный масштаб задач и проблемы дистанционного управления бизнесом делают внедрение методик регулярного менеджмента настоятельной необходимостью.
Возможные проблемы, которые заставляют задуматься об оптимизации управления:
Обычно при открытии филиалов оптимальный со всех точек зрения путь — перенести туда уже наработанные технологии деятельности (, те самые технологии, которые Вы получаете при описании и оптимизации организации). Это позволяет эффективно применить имеющийся опыт и «тиражировать» его с минимальными проблемами: ведь если технология деятельности не формализована, руководитель вынужден лично заниматься организацией филиала либо выделять для этого максимально компетентного сотрудника. А если открыть нужно не один и не два филиала, да еще в короткие сроки? Наличие в этом случае решает немалую часть организационных вопросов.
Далее, просто открыть филиалы — это только первый шаг, и планируя такой путь развития, нужно отдавать себе отчет в том, что сетью придется управлять. Эффективное управление сетью филиалов невозможно без наличия у них высокой степени самостоятельности для адаптации к разнообразным внешним условиям. Корпоративный центр при этом выступает исключительно как координирующий орган, контролирующий финансовые и потоки. Поэтому управление сетью сродни управлению процессами, когда внимание руководства сосредоточено не на функционировании, а на результатах деятельности.
Как показывает практика, большинство компаний с успешной региональной стратегией используют несколько инструментов:
В реальной рыночной ситуации корпоративный центр должен сформировать такую систему управления, которая, с одной стороны, обеспечит достаточно высокий уровень регламентации деятельности филиалов, а с другой, предоставит возможности гибкого реагирования на изменения рыночной конъюнктуры.
Каким образом определить оптимальную степень стандартизации отдельных процессов?
Одним из вариантов может быть использование такого алгоритма: определяя стандартные процессы, компания решает задачу по оптимальному распределению функций между центром и филиалами. Таким образом, каждый регламентированный процесс компании (управленческий, основной, вспомогательный), распределяется согласно правилу: выполняется только в центре, выполняется только в филиале, выполняется совместно. Очевидно, что процессы, выполняемые только в центре, являются стандартными и должны быть регламентированы. При выполнении процессов на обоих уровнях обычно бывает целесообразно также их стандартизировать и регламентировать. Для процессов уровня филиала возможно либо стандартизировать выполнение процесса — если все филиалы похожи, либо сделать стандартной отчетность по процессу — если выполнение процесса в разных филиалах может существенно отличаться.
В результате компания получает перечень процессов, которые нужно стандартизировать.
Чтобы успешно провести всю подготовительную работу и построить эффективную сетевую структуру, необходимо на основе четко определенных стратегических целей сформировать процессную систему управления с оптимальным распределением полномочий и ответственности между корпоративным центром и филиалами. Применение процессного подхода в данном случае диктуется логикой развития организации и необходимостью обеспечить ее адекватным управлением.