Mô hình hoá, phương pháp (modeling) là gì ?

Mô hình hoá, phương pháp (modeling) là gì ?
1. Mô hình hoá, phương pháp (modeling) là gì?
Mô hình hóa, phương pháp (modeling) là một phương pháp khoa học bằng
việc xây dựng mô hình của đối tượng nghiên cứu, sao cho việc nghiên cứu
mô hình cho ta những thông tin (về thuộc tính, cấu trúc, chức năng, cơ chế
vận hành ….) tương tự đối tượng nghiên cứu đó. Cơ sở logic của phương
pháp mô hình hóa là phép loại suy.
Mô hình hoá, phương pháp (modeling) là hướng nền tảng và định lượng để
hiểu các hệ thống phức tạp và các hiện tượng (tự nhiên, trong cuộc sống…).
Mô hình hoá là sự bổ sung tới các phương pháp nghiên cứu cổ điển về lý thuyết và thực nghiệm.
Mô hình hoá là quá trình sản sinh ra các mô hình trừu tượng và khái niệm.
Tất cả các phương pháp, kỹ thuật và lý thuyết đều có thể được mô hình hoá
các dạng khác nhau. Bản thân lý thuyết mô hình hoá được tạo bởi triết học, lý
thuyết hệ thống và cả những sự mường tượng thông minh.
Mô hình hoá là sự cần thiết và không thể tách rời trong hoạt động khoa học.
Mô hình hoá sẽ tạo các kỹ năng và kỹ thuật nhằm tạo ra các kết quả sâu sắc,
đáng tin cậy, và dễ sử dụng (đây cũng là nguyên nhân và mục đích của mô hình hoá)
Mô hình hoá cần phải được xác nhận nếu như mô hình phản ánh thực tế, và
nhận dạng sự thoả thuận khác biệt giũa lý thuyết và dữ liệu Một trong mục
đích của mô hình hoá là ứng dụng lượng hoá tới sự quan sát thế giới nhằm
tìm kiếm và hướng tới các quy luật hay thông báo cụ thể. Hiện tại có nhiều
kỹ thuật mà mô hình hoá sử dụng, cho phép chúng ta khám phá các hướng
của thực tế mà không cần thiết mọi người đều biết.
Một trong những điều thiết yếu là phải hiểu được sự giả định (chưa được
chứng minh) đóng vai trò trong sự phát triển của mô hình. Phương pháp
thường dùng để phát triển mô hình hoá là mô tả hệ thống, làm sự giả định
công việc đó như thế nào và chuyển hóa vào các công thức toán học và các
chương trình mô phỏng. Sau khi mô phỏng, bước tiếp theo là sự xác nhận
tính hợp lý. Vấn đề đặt ra là chúng ta có thể tin tưởng vào những dữ liệu mà
mô hình đả được xây dựng ở trên.
2. Vai trò của phương pháp mô hình hóa
- Khi nghiên cứu trên hệ thống thực gặp nhiều khó khăn do nhiều nguyên nhân gây ra như sau:
+ Giá thành nghiên cứu trên hệ thống thực quá đắt.
Ví dụ: Nghiên cứu kết cấu tối ưu, độ bền, khả năng chống dao động của ô tô,
tàu thủy, máy bay... người ta phải tác động vào đối tượng nghiên cứu các lực
đủ lớn đến mức có thể phá hủy đối tượng để từ đó đánh giá các chỉ tiêu kỹ
thuật đã đề ra. Như vậy, giá thành nghiên cứu sẽ rất đắt. Bằng cách mô hình
hóa trên máy tính ta dễ dàng xác định được kết cấu tối ưu của các thiết bị nói trên.
+ Nghiên cứu trên hệ thống thực đòi hỏi thời gian quá dài.
Ví dụ: Nghiên cứu đánh giá độ tin cậy, đánh giá tuổi thọ trung bình của hệ
thống kỹ thuật (thông thường tuổi thọ trung bình của hệ thống kỹ thuật
khoảng 30 đến 40 năm), hoặc nghiên cứu quá trình phát triển dân số trong
khoảng thời gian 20 đến 50 năm,… Nếu chờ đợi quãng thời gian dài như vậy
mới có kết quả nghiên cứu thì không còn tính thời sự nữa. Bằng cách mô
phỏng hệ thống và cho “hệ thống” 6 vận hành tương đương với khoảng thời
gian nghiên cứu người ta có thể đánh giá được các chỉ tiêu kỹ thuật cần thiết của hệ thống.
+ Nghiên cứu trên hệ thực ảnh hưởng đến sản xuất hoặc gây nguy hiểm cho
người và thiết bị. Ví dụ: Nghiên cứu quá trình cháy trong lò hơi của nhà máy
nhiệt điện, trong lò luyện clanhke của nhà máy xi măng… người ta phải thay
đổi chế độ cấp nhiên liệu (than, dầu), tăng giảm sản lượng gió cấp, thay đổi áp suất trong lò...
Việc làm các thí nghiệm như vậy sẽ cản trở việc sản xuất bình thường, trong
nhiều trường hợp có thể xảy ra cháy, nổ gây nguy hiểm cho người và thiết bị.
Bằng cách mô phỏng hệ thống, người ta có thể cho hệ thống “vận hành” với
các bộ thông số, các chế độ vận hành khác nhau để tìm ra lời giải tối ưu.
+ Trong một số trường hợp không cho phép làm thực nghiệm trên hệ thống thực.
Ví dụ: Nghiên cứu các hệ thống làm việc ở môi trường độc hại, nguy hiểm,
dưới hầm sâu, dưới đáy biển, hoặc nghiên cứu trên cơ thể người,… Trong
những trường hợp này dùng phương pháp mô phỏng là giải pháp duy nhất
để nghiên cứu hệ thống.
- Phương pháp mô hình hóa cho phép đánh giá độ nhạy của hệ thống khi
thay đổi tham số hoặc cấu trúc của hệ thống cũng như đánh giá phản ứng
của hệ thống khi thay đổi tín hiệu điều khiển. Những số liệu này dùng để thiết
kế hệ thống hoặc lựa chọn thông số tối ưu để vận hành hệ thống.
- Phương pháp mô hình hóa cho phép nghiên cứu hệ thống ngay cả khi chưa có hệ thống thực
Trong trường hợp này, khi chưa có hệ thống thực thì việc nghiên cứu trên mô
hình là giải pháp duy nhất để đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống, lựa
chọn cấu trúc và thông số tối ưu của hệ thống… đồng thời mô hình cũng
được dùng để đào tạo và huấn luyện.
Trong những trường hợp này dùng phương pháp mô phỏng mô hình hóa là
giải pháp duy nhất để nghiên cứu hệ thống.
3. Mục đích của việc sử dụng phương pháp mô hình hóa
Việc mô hình hóa nhằm mục đích như sau:
- Để hiểu: Muốn không bị mơ hồ với những ý tưởng thì người ta cần hình
dung được nó. Hiểu tức là hình thành được một hình ảnh xác thực và giản
lược (dù ở trong đầu hay ở trên giấy) về đối tượng được tìm hiểu. Không thể
nói rằng hiểu mà chưa có mô hình. Ngược lại, cũng nhờ vào việc sử dụng
các mô hình, ta có thể nhận thức được vấn đề dễ dàng và nhanh chóng hơn.
- Để trao đổi: Khi nó giúp con người hiểu được, thì nó sẽ giúp ta có thể trao
đổi. Mô hình giống như một loại ngôn ngữ để nói chuyện giữa những người
cùng quan tâm tới một vấn đề hay một hệ thống chung.
- Để hoàn chỉnh: Nhờ sự minh bạch của mô hình mà ta có thể dễ dàng nhận
thấy hệ thống đã phù hợp với nhu cầu hay chưa, có chặt chẽ, đầy đủ chưa và
từ đó có thể hoàn thiện thêm. Ngoài ra, mô hình còn giúp ta kiểm định, mô phỏng và thực hiện.
Do đó, một phương pháp mô hình hóa tốt phải đạt các yêu cầu sau: - Dễ đọc - Dễ hiểu - Dễ trao đổi - Xác thực - Chặt chẽ - Đầy đủ - Dễ thực hiện
4. Phân loại phương pháp mô hình hóa
Mô hình hóa có thể là mô hình vật lý, mô hình toán học, hoặc là sự sắp đặt
tồn tại của hệ thống, hiện tượng hoặc quá trình. Mô phỏng sự hoạt động của
mô hình theo thời gian thực. Sự mô phỏng mang lại cho mô hình giá trị và chỉ
ra như thế nào các đối tượng riêng biệt hoặc hiện tượng sẽ thể hiện. Nó
được sử dụng để thử nghiệm, phân tích hoặc huấn luyện ở đâu mà hệ thống
thế giới thực hoặc các khái niệm cơ thể được trình bày bởi mô hình.
Đối với khoa học, mô hình hoá là con đường mà con người cho rằng các quá
trình có thể được mở rộng. Mô hình hoá có thể gắn liền các phần mềm mà
cho phép các nhà khoa học mô phỏng, tính toán, nhìn thấy được bằng mắt,
điều chỉnh và thu nhận bằng trực giác sự tồn tại, hiện tượng hoặc quá trình đã được biểu diễn
Ngày nay, tồn tại rất nhiều phương pháp mô hình hóa (hay gọi là phương
pháp phân tích và thiết kế) các hệ thống thông tin.
Tuy nhiên, tất các phương pháp mô hình hóa đều là sự kết hợp của ba thành phần:
- Một ký pháp (notation) bao gồm các khái niệm và mô hình được đề ra. Mỗi
phương pháp đều phải dựa trên một số không nhiều các khái niệm cơ bản và
sử dụng một số mô hình diễn tả các khái niệm trên, kèm với các kỹ thuật triển
khai hay biến đổi các mô hình đó.
- Một tiến trình (process) bao gồm các bước, các hoạt động cần làm, các sản
phẩm qua từng giai đoạn (như tư liệu, mô hình…), cách điều phối tiến trình
đó và cách đánh giá chất lượng của các kết quả thu được.
- Một số công cụ hỗ trợ. Cụ thể là các phần mềm hỗ trợ cho quá trình mô
hình hóa, thường có các khả năng sau:
+ Sinh mô hình và biểu đồ.
+ Chỉnh sửa các mô hình và biểu đồ.
+ Kiểm tra cú pháp, sự chặt chẽ, sự đầy đủ.
+ Kiểm thử và đánh giá.
+ Mô phỏng và thực hiện mô hình.
Document Outline

• Mô hình hoá, phương pháp (modeling) là gì ?
  • 1. Mô hình hoá, phương pháp (modeling) là gì?
  • 2. Vai trò của phương pháp mô hình hóa
  • 3. Mục đích của việc sử dụng phương pháp mô hình h
  • 4. Phân loại phương pháp mô hình hóa