Phương pháp mô hình hóa

1.Mô hình :
Mô hình là một vật thể có đặc tính bất kỳ nào đó mà có thể thay thế cho vật cần nghien cứu, sao cho việc nghiên cứu mô hình sẽ cho những hiểu biết mới về vật thể cần nghiên cứu .

- Có hai nhóm mô hình để giúp người ta nghiên cứu các quá trình tự nhiên hay nhân tạo gồm : nhóm mô hình đồng dạng và nhóm mô hình tương tự

a) Mô hình đồng dạng không gian : ( Mô hình nhà máy , sơ đồ thành phố, thiết bị , học cụ…) là vật thu gọn về không gian theo tỷ lệ nhất định để xem xét sự đồng bộ, sự tương tác, tương quan…giữa các chi tiết trong tổng thể.

b) Mô hình đồng dạng vật lý :Trong mô hình xảy ra những hiện tượng về bản chất giống hay gần giống với nguyên bản ( lập lại một vụ mưu sát hình sự , thử tìm con đường hình thành sự sống trên Trái Đất ).

c) Mô hình đồng dạng toán học : Dùng một hệ thống các phương trình tính toán ( thường phải dung đến máy tính ) để lặp lại hay phán đoán sự kiện, dự báo về sản xuất, đánh bắt thuỷ hải sản, lũ lụt, thời tiết, dân số, sự phát truyển khoa học – công nghệ.

d) Mô hình lý tưởng : Bằng những tư duy và lý luận logic toán học, xây dựng những hệ thống phương trình toán học để miêu tả một sự kiện , hiện tượng bất kỳ ( về vật lý, hoá học, xã hội, tâm lý ..) bằng những quy lật khống chế chủ yếu, bỏ qua hay bỏ bớt những yếu tố phụ ngoại lai làm nhiễu loạn sự kiện ( như mô hình toán về sự rơi tự do trong chân không, hệ thống 6 phương trình cơ bản Maxwells về điện _ từ trường, động học chất điểm …)

Nhiều khi những kết quả tính toán lý thuyết còn đáng tin cậy hơn các số liệu thí nghiệm vì trong thí nghiệm bhao giờ cũng có sai số, khó khói khăn để tách bỏ các hiện tượng nhiễu, tác dụng phụ…Chẳng hạn “ Huyền thoại Hệ phương trình Maxwells “:

Người ta kể rằng từ năm 1873 Maxwells, từ những số liệu thực nghiệm của nhà bác học - thực nghiệm vĩ đạt Faraday ( hình như ông này không biết toán ) đã viết “ Trường Diện từ phải truyền đi dưới dạng sóng và ánh sánh là một xung điện từ” ( thời đó thế giới còn chưa khái niệm sóng điện từ ) . Và ông đã viết ra hệ 6 phương trình cơ bản mô tả các trường điện từ và được gọi là hệ thống 6 phương trình huyền thoại Maxwells.

Mãi đến tháng 10-11/1886, Hertz tiến hành nhiều thí nghiệm về sự dẫn truyền điện năng không có dây dẫn ( bằng sóng điện từ ) để dốt đèn bằng sóng phát thanh . Về sau đó Hertz và Heviside mới viết lại các phương trình Maxwells ra ở dạng hiện nay.

Hertz đã phải viết : “Đừng hòng nghiên cứu lý thuyết kiệt xuất này mà không chịu đựng một cảm giác kỳ lạ của thời gian, hình như các công thức toán học sống một cuộc sống riêng, có trí tuệ riêng, và dường như những công thức đó thông minh hơn chúng ta, thong minh hơn cả chính tác giả và hình như chúng cho chúng ta còn nhiều hơn cái mà thời gian đó người ta dặt vào nó ”.

e) Mô hình tương tự (analogie) : chỉ những hiện tượng rất khác xa nhau về bản chất vật lý nhưng được mô tả bằng những phương trình ( công thức ) toán như nhau và các điều kiện đơn trị cũng giống nhau. Do đó người ta có thể dung mô hình tương tự để nghiên cứu những hiện tượng vật lý khác nhau.
Ví dụ : mô hình “ tương tự nhiệt điện “ ( Electro –Thermal Analogy ETA ) hay “ tương tự thuỷ lực - nhiệt ” ( Hydro- Thermal of Fluid Flow Analogy HTA ).

2. Mô hình hóa :
Là phương pháp nghiên cứu bằng thực nghiệm trên mô hình của một hiện tượng ( quá trình, sự vật…) thay vì nghiên cứu trực tiếp hiện tượng ấy ở dạng tự nhiên ( “thực địa”). Vì vậy phải xây dựng mô hình sao cho những kết quả thí nghiệm trên mô hình có thể áp dụng tính toán trên thực thể “ thực địa”.
Quá trình mô hình hoá bao gồm chế tạo mô hình và thí nghiệm trên mô hình


Phương pháp mô hình hoá được sử dụng khi có thể biết rõ các yếu tố đầu vào, đầu ra và các phép biến đổi bên trong hệ thống. Trong các mô hình, hệ thống được mô tả thông qua các đặc trưng cơ bản của nó.

Để mô tả thế giới thực phức tạp, phải thực hiện nguyên lý chung là trừu tượng hoá các phần tử và các quan hệ trong hệ thống. Có thể hiểu một cách đơn giản, trừu tượng hoá là hình thành một cách diễn tả đơn giản và dễ hiễu trong đó bỏ qua những chi tiết có ảnh hưởng rất nhỏ hoặc hầu như không ảnh hưởng đến cấu trúc và hoạt động của hệ thống.

Mô hình của hệ thống có thể là một bản mô tả cách thức hoạt động, một số công thức toán học, một hoặc vài sơ đồ mô tả thành phần và các hoạt động diễn ra trong hệ thống. Việc sử dụng mô hình loại nào để nghiên cứu hệ thống phụ thuộc vào mức độ trừu tượng hoá được lựa chọn, phụ thuộc vào quan điểm phân tích và phụ thuộc vào công cụ sử dụng. Các mô hình vừa là công cụ nghiên cứu, tìm hiểu hệ thống: vừa là công cụ, ngôn ngữ để trao đổi và là công cụ để điều chỉnh, hoàn thiện hệ thống.

Các mô hình được xây dựng để mô tả hệ thống có thể là các mô hình vật lý. Ơ mức vật lý, mô hình mô tả hệ thống phải cho biết hệ thống là gì, có những nhiệm vụ gì, các nhiệm vụ này được thực hiện như thế nào, ở đâu vào thời gian nào và những ai là ngươi thực hiện.

Các mô hình ở mức lôgíc tập trung vào mô tả bản chất của hệ thống và mục tiêu của hệ thống, bỏ qua các yếu tố tổ chức thực hiện. Mô hình logic trả lời các câu hỏi:
Hệ thống là gì ?
Làm những gì?
Mỗi chức năng cần những thông tin gì để hoạt động và cho những thông tin gì?

Trong các mô hình logic các yếu tố vật lý như con người, địa điểm, thời gian bị loại bỏ. Nói cách khác mô hình logic không cho biết hệ thống thực hiện các công việc của nó như thế nào.

Các bước chính:
Quá trình phát triển hệ thống trên cơ sở xây dựng các mô hình được thực hiện theo một số giai đoạn như sau:

- Nghiên cứu sơ bộ hệ thống:
Giai đoạn này tập trung vào việc thu thập các thông tin, tài liệu liên quan tới cấu trúc của hệ thống và các hoạt động của hệ thống. Mô hình được xây dựng ở giai đoạn này thường ở dạng mô hình vật lý. Mục tiêu của việc xây dựng mô hình ởi giai đoạn này là để mô tả cách thức thực hiện các công việc trong hệ thống.

- Phân tích hệ thống:
Giai đoạn này tập trung vào phân tích chi tiết bản chất của hệ thống. Các mô hình được xây dựng ở giai đoạn này tập trung trả lời các câu hỏi: Hệ thống là gì và làm những gì. Sản phẩm của giai đoạn này là các mô hình về chức năng và các mô hình về dữ liệu.

- Thiết kế hệ thống:
Lựa chọn các giải pháp cài đặt nhằm thực hiện các kết quả phân tích. Có thể coi việc thiết kế hệ thống là sự cài đặt các mô hình có được sau khi phân tích, trên cơ sở dung hoà các yêu cầu, các ràng buộc và các điều kiện của thực tế.

Trong các công việc được nêu ở trên, xây dựng mô hình được coi là khâu có ý nghĩa quyết định. Chất lượng của hệ thống cần xây ựng phụ thuộc hoàn toàn vào chất lượng của mô hình. Cùng một hệ thống thực nhưng mục tiêu nghiên cứu khác nhau sẽ dẫn tới các mô hình mô tả chúng cũng khác nhau.

Do các hệ thống thực rất phức tạp, chúng có thể phức tạp theo mục tiêu, phức tạp về dữ liệu hoặc phức tạp theo yêu cầu của người sử dụng, mà khó có thể mô tả mọi chi tiết có liên quan tới hệ thống. Vì vậy, cần căn cứ vào mục đích nghiên cứu mà tập trung sự chú ý vào các yếu tố quan trọng trong hệ thống và lựa chọn một quan điểm xem xét thích hợp để tiếp cận hệ thống.

Một phương pháp mô hình hoá thường có ba thành phần là: một tập hợp các khái niệm và mô hình, một quy trình thực hiện và các công cụ trợ giúp. Có nhiều phương pháp mô hình hoá khác nhau, các phương pháp này khác nhau bởi thành phần của nó.

Link : http://vatlylamdong.com/showthread.php?14-M%C3%B4-h%C3%ACnh-v%C3%A0-ph%C6%B0%C6%A1ng-ph%C3%A1p-M%C3%B4-h%C3%ACnh-h%C3%B3a