Технологии моделирования. Учебное пособие

Технологии моделирования

Учебное пособие

Валентин Юльевич Арьков

© Валентин Юльевич Арьков, 2026

ISBN 978-5-0069-2504-5

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Предисловие

Технологии моделирования используются для того, чтобы что-нибудь смоделировать. Вроде бы это даже слишком очевидно. Модель – это очень упрощённое, приблизительное описание чего-то реально существующего или того, что существует в воображении автора. Модель нужна для того, чтобы передать идею другому человеку, например, тому, кто будет изготавливать эту вещь, это изделие, этот товар.

Эти технологии моделирования, поскольку они касаются одного и того же объекта или процесса, по сути, вынуждены передавать одни и те же «послания», но разными способами, разными символами, разными условными обозначениями. Всё это развивается во времени, и за этим развитием можно проследить.

На сегодняшний день, если говорить о производстве товаров или предоставлении услуг, мы имеем дело с массовым производством. И как только появилось массовое производство – где-то в начале XX века – промышленное производство в больших масштабах, появились технологии этого производства: разделение труда, однотипные операции, конвейер. Соответственно, появилась необходимость описать эти производственные процессы – для того чтобы любой новый работник мог с этим описанием ознакомиться и сразу начать производить в соответствии с разработанной технологией.

Так что можно сказать, что технологии моделирования, особенно для производственных процессов, идут параллельно с самими производственными процессами. Когда массовое производство перешло в область компьютеров, то технологии создания программных продуктов или, проще говоря, программ, тоже должны были сопровождаться моделями этих самых программ и процессов.

Поэтому технологии программирования развиваются параллельно с технологиями моделирования. Тем более, что программирование развивается гораздо быстрее, чем материальное производство. Программирование на уровне одной простой программы – это простенькая блок-схема. Когда программы делятся на подпрограммы и модули, появляется структурное моделирование. Это модель структуры сложного программного продукта, состоящего из частей. Дальше появляется объектно-ориентированное программирование, а для него параллельно развивается объектно-ориентированное моделирование. Когда программа реагирует на события – появляется событийно-ориентированное моделирование. Если разрабатывают базу данных, значит, для неё должна быть своя модель. Если база данных табличная, реляционная, значит, блоки и стрелочки изображают из себя таблицы и связи между ними.

Постепенно назревают идеи по поводу того, как это автоматизировать. Нельзя ли как-нибудь автоматизировать создание моделей и создание программ? Особенно если эти типовые действия приходится выполнять много раз. Так что здесь зарождаются идеи прямого и обратного проектирования. Direct / reverse engineering. Прямое проектирование – это когда рисуют модель, а из неё генерируют программу. Обратное проектирование – это когда берут готовую программу, а из неё генерируют модель.

Наиболее ярко это проявляется именно в разработке баз данных. Здесь можно нарисовать схему базы данных и сгенерировать все эти таблички или SQL-запросы, которые генерируют эти таблички в базе данных. И наоборот, можно взять базу данных и из неё вытащить структуру базы данных в виде модели. Сегодня обычно говорят про ER-диаграммы (Entity Relationship). На сегодняшний день можно даже вытащить ER-модель из 1С: Предприятия. Для этого имеется готовый инструмент под названием EDT (Enterprise Development Tools).

Так что модели развиваются параллельно с объектами, которые они изображают. И всё это взаимосвязано, и всё это лучше изучать по хронологии, по времени: что проявилось раньше, какие были заложены идеи, что было после него, какие здесь идеи появились и как они накладываются на предыдущие. Если понимать историю развития, то мы понимаем логику событий. И логические объяснения говорят нам о том, почему было принято то или иное решение, для чего это сделано, для каких целей. Фактически жизнь заставляет при решении реальных задач создавать те или иные инструменты.

Ну и если знать логику, то появляется понимание. Каждая технология моделирования оформляется в том или ином виде: в виде стандартов, рекомендаций, правил или, как ещё говорят, лучших практик. Ну или традиций конкретного предприятия. Так вот, стандарты могут быть написаны не самым удачным языком, но тем не менее это общие правила, по которым строится общение. Специалисты договариваются о том, чтобы общаться на одном языке, использовать одни и те же красивые слова, термины, специальные термины и использовать общие условные обозначения.

Некоторые обозначения становятся достаточно сложными, и тогда они работают только для узких специалистов. А если приходится общаться с разными людьми, то со временем жизнь заставляет упрощать эти обозначения до уровня понимания обычного человека. И это отдельная проблема, особенно при изучении технологий.

Здесь можно привести один афоризм Сент-Экзюпери: «Совершенство достигается не тогда, когда нечего добавить, а когда уже нечего убавить». Фактически для каждой технологии моделирования мы видим именно эту тенденцию. Появляется новый язык моделирования, описания реальных процессов, делаются попытки туда что-нибудь добавить, учесть всё, что можно, а потом жизнь заставляет упрощать, и от этого остаётся минимальный, некий минимальный набор инструментов, которые действительно нужны. У любого специалиста наблюдается именно такое отношение: есть разные инструменты, и он оставляет для себя только те, которые действительно использует регулярно. А ненужные жалко выбросить, и они пылятся на дальней полке или ржавеют где-нибудь в гараже.

Когда мы видим картину в целом, мы получаем совсем другой уровень понимания. На эту тему есть ещё один афоризм: «Знание общих закономерностей может компенсировать незнание отдельных фактов». Попробуйте выяснить, кто автор и что он хотел нам этим сказать.

Нет никакого смысла пересказывать стандарты, если можно почитать источник. Другое дело, что мы можем обсуждать эти тексты и обращать внимание на некоторые важные или любопытные особенности, на ключевые положения. Иногда нужно поставить другие акценты или привести другие примеры, особенно если мы знаем, что появилось после этой работы. Это то, что называется исторический контекст и общая логика развития событий.

Учебное пособие = помощник в учёбе

Перед вами «учебное пособие». Это не замена учебника. Это книга, которая нам «пособляет» в нашем изучении материала. В буквальном смысле «пособить, пособлять» – это древнее слово, которое означало «помогать». А когда мы помогаем, мы не делаем работу за кого-то, вместо него. «Помогать» – значит облегчить тяжесть трудов, но не заменить человека.

Есть даже официальное объяснение того, что такое учебное пособие: это дополнение к базовым, основным учебникам. Если говорить про функциональное моделирование, то нашими главными источниками является текст стандарта FIPS-ISO-ГОСТ и первое популярное издание по SADT-методологии структурного анализа Марка и Мак-Гоуэна. Такие книги называются «первоисточниками». Ссылки на эти материалы – см. в разделе «Ссылки».

Первоисточник – это «первоначальный источник». Это самая первая публикация от самых первых авторов – от тех, кто разработал эту методологию. Всё остальное – это пересказы, комментарии, дополнения и исправления. А когда пересказывают, могут появиться изменения и искажения, и потери. А еще сюда добавляют личное мнение. Вообще-то нужно иметь свое мнение, и для этого тоже нужно посмотреть на первоначальный материал.

В данном учебном пособии мы не пересказываем источники. Наша цель – обратить внимание на самые главные, ключевые инструменты и дать более подробные комментарии по самым сложным, трудным элементам технологии моделирования. И, конечно же, в нашем пособии может проявиться личное мнение автора этого издания. А оно может и не совпадать с мнением первых авторов и основателей. Поэтому наш совет – используйте источники, а пособие должно «пособлять», то есть помогать в изучении этих самых источников.

Конечно, первые книги, первые стандарты могут быть тяжёлыми для чтения. И это тоже надо учитывать. Особенно это относится к материалам по инноватике и управлению инновациями. Если нас интересует это направление, желательно обратить внимание на первые публикации, первоисточники, а также на работы основателей этой кафедры и этого направления. Что именно они понимали под «инновациями»? Как именно они рассматривают область деятельности под названием «инноватика»? Основатели – это те, кто начали эту деятельность и глубоко погрузились в эту область знаний. И вот на их точку зрения можно и нужно обратить внимание.

Конечно же, никто не запрещает использовать любые другие источники данных и любые другие инструменты. В частности, популярные в настоящее время нейронные сети, которые обучены на больших массивах данных, доступных в интернете, на больших наборах текстов. Соответственно, нейросети могут обобщать все эти сведения и выдавать нечто усреднённое, часто встречающееся. Это свойство может быть полезно, хотя здесь могут встречаться пропуски знаний, которые нейросеть заполняет своими фантазиями. Такое явление называется «галлюцинациями». Нейросеть выдаёт текст, который выглядит правдоподобно, но содержит недостоверные сведения.

Поэтому при работе с нейросетью необходимо проверять факты. Это так называемый «фактчекинг». И об этом чаще всего напоминает первая же страничка веб-сервиса, которая нас сразу же предупреждает, что нейросеть может выдавать не совсем точные ответы. Это ещё мягко сказано. Некоторые нейросети, кроме ответов, выдают ссылки на источники, которые они использовали при генерации ответа. Так что имеет смысл заглянуть в эти источники. При этом надо учитывать, что публикации в интернете сами по себе тоже необязательно являются точными, правильными и достоверными.

Представьте себе такую цепочку пересказов и искажений. Автор методологии моделирования сам описывает свои разработки – это первоисточник. Учебник пересказывает первоисточник. Википедия пересказывает учебник. Нейросеть пересказывает Википедию. Студент пересказывает ответы нейросети. Студент-троечник пересказывает подсказки другого студента. И это еще самый оптимистичный сценарий.

Стандарты = общий язык

Когда мы знакомимся со стандартами, это особая сторона инженерной деятельности. И не только инженерной. Фактически, это соглашение. Это некие общие требования и договорённости. Это то, как нужно оформлять разные типы документов, чертежей, схем.

Схема нужна не только самому автору. В основном она предназначена для читателей, для его коллег, для заказчиков, исполнителей и так далее. И такое общение разных специалистов подразумевает использование общего языка, чтобы все одинаково понимали все эти обозначения.

Схемы изделий из металла, дерева, пластмассы, схемы электрические, схемы внутреннего устройства, схемы того, как монтируют сложные изделия, архитектурные чертежи зданий – всё это выполнение изображений и текстов по определённым правилам. Это инженерная документация.

Серьёзные предприятия содержат целый отдел, который часто называется «Отдел стандартов» или даже «Служба по стандартизации». И эти работники тщательно проверяют документы, составленные инженерами-конструкторами и технологами, на соответствие стандартам. На документах они ставят подпись, что они проверили и добились, чтобы инженеры исправили свои чертежи. В результате мы получаем документ или документацию, выполненную по известным общим правилам.

Даже в рамках практических и лабораторных работ, в рамках дипломного проекта или выпускной работы тоже часто требуется учитывать требования стандартов. Для студентов это учебное, тренировочное задание. И это знакомство с настоящей работающей технологией.

Алгоритмы и регламенты

Цель работы

В рамках этой работы нам предстоит практически ознакомиться с тем, как строят схемы алгоритмов и как они применяются к организации любых работ, а не только к программированию. Если работа происходит в какой-либо организации, компании, на предприятии, то в конечном счете мы приходим рассказу про «бизнес-процессы» или про «рабочие процессы». Это касается в том числе и инновационной деятельности, и инновационных процессов.

Мы будем строить схему алгоритма на примере изучения административного регламента. В данном случае схема алгоритма, или блок-схема, позволит нам наглядно представить последовательность действий для предоставления или для получения выбранной государственной услуги.

Сценарий

– Найдите ГОСТ по схемам алгоритмов. Изучите основные правила построения схем алгоритмов и самые популярные блоки и элементы этих схем. Обратите внимание на примеры схем в тексте стандарта.

– Выберите вариант задания из списка в следующем разделе. Найдите административный регламент в соответствии с выбранным вариантом.

– Изучите административный регламент и постройте упрощенную схему действий заявителя.

– Опишите ход работы и результаты в отчете.

– Подготовьте презентацию и выступите с докладом. Во время доклада проведите аудиозапись и сделайте фотографии докладчика и аудитории.

– Сделайте расшифровку записи доклада с помощью нейросетей. Отредактируйте текст. Вставьте доклад и фото в отчет.

– Загрузите отчет и презентацию на облачный диск. Откройте доступ на чтение для этой папки. Отправьте ссылку на облачную папку через форму на GitHub.

Инструменты

Для выполнения работы нам понадобится компьютер с доступом в интернет, программа для построения схемы алгоритма и офисный пакет (текстовый редактор + редактор презентаций).

В данной работе для рисования схем мы используем бесплатный онлайн сервис Draw.io.

Отчет мы оформляем в любом текстовом редакторе, например, в Microsoft Word, или в Libre Office Writer, или даже в обычном Блокноте (Windows Notepad).

Кроме отчета, каждый студент или команда оформляют презентацию и выступают с кратким докладом, чтобы представить остальным участникам результаты своих изысканий. Для подготовки презентации мы используем стандартные средства типа Microsoft PowerPoint или его аналоги.

Варианты

Варианты заданий – это различные объекты интеллектуальной собственности:

– Изобретение

– Полезная модель

– Промышленный образец

– Товарный знак

– Знак обслуживания

– Коллективный знак

– Географическое указание

– Программа для ЭВМ

– База данных

– Топология интегральных микросхем

– Общеизвестный товарный знак

Находим соответствующий административный регламент на сайте Роспатента и загружаем его в формате PDF для дальнейшего изучения.

Для этого открываем главную страницу сайта Роспатента, переходим к документам и формам, открываем список нормативно-правовых актов. Нас интересует предоставление государственных услуг Роспатента.

Государственная услуга – Название регламента

Защита интеллектуальной собственности – это один из элементов инновационной деятельности. Регистрация авторства, названия продукта или производителя производится путем обращения в Федеральную службу с кратким названием Роспатент.

Напомним, что инновация – это, прежде всего, создание нового товара или услуги. И для этого продукта выбирают свое название, которое должно подчеркивать его отличие от существующих. Хорошее название может нести в себе послание потребителю или просто подчеркивать новизну. И это название становится собственностью предприятия, включается в состав его капитала, приносит прибыль.

Для различных объектов интеллектуальной собственности разработаны свои стандартные процедуры регистрации. В начале работы необходимо ознакомиться с тем, что же собой представляет выбранный объект интеллектуальной собственности. Для этого можно использовать поиск в интернете, учебники, а также задавать вопросы нейросетям.

В нашем случае сам административный регламент не ответит на этот вопрос, и не объяснит сущность изобретения или товарного знака. Регламент описывает только процедуру регистрации. Поэтому вначале нужно ознакомиться с самим инструментом, и сразу же представить это и в отчете, и в презентации.

Далее, при изучении административного регламента нужно будет обратить внимание на список основных шагов. Чаще всего это раздел под названием «перечень процедур» или «перечень административных процедур». Можно взять его за основу при построении схемы алгоритма.

Естественно, внутри самого текста регламента будет много дополнительных подробностей. И когда мы оформляем схему, нам нужно обратить внимание на самые главные, ключевые, основные элементы нашего процесса: Что делает заявитель, что делает ведомство? Также мы учитываем дополнительные сведения, например, сроки рассмотрения. Какие действия можно распараллелить? В каких точках происходит принятие серьезных решений? Чем завершается наш процесс после успешного прохождения всех этапов?

Схема должна быть простой и понятной для применения. Нужно представить, что мы делаем эту инструкцию для себя или для своих сотрудников.

Отчет

В тексте отчета необходимо будет дать понятные пояснения по схеме в целом и по каждому этапу. Естественно, отчет начинается с титульного листа. На нем указаны авторы, тема работы и так далее. При оформлении текста вам нужно будет смотреть на него глазами будущего читателя, который ничего не знает об этом процессе, но хотел бы с ним познакомиться и разобраться. Естественно, в конце отчета текста должны быть ссылки на использованные источники, чтобы читатель смог к ним обратиться и получить более подробную информацию.

С точки зрения моделирования нас будет интересовать и общая продолжительность всей работы. В оптимистичном сценарии, если документы принимают без замечаний и переделок, и в пессимистичном сценарии, если придется хотя бы проделать хотя бы один круг и подать исправленный вариант.

Презентация

Следующий шаг после составления схемы процесса и отчета по работе – это презентация и доклад.

Презентацию мы создаем в любом офисном пакете, используя редактор презентаций типа PowerPoint.

Вот несколько рекомендаций, полезных советов, «лайфхаков» по поводу создания презентаций.

Пятиминутный доклад. Пять минут вполне достаточно, чтобы рассказать про свои результаты. Снова придется выделить самое главное. То есть отделить самое важное от второстепенных подробностей. И показать это «главное и важное». Хочется рассказать «всё», а в результате получается слишком много и слишком сложно.

Вначале покажется, что пять минут – это очень мало. Напомним, что есть и более сжатый формат выступления – «презентация в лифте» – «Elevator pitch». Продолжается не больше минуты – пока лифт поднимается на нужный этаж и собеседник не может от нас «сбежать». Цель такого выступления – привлечь внимание и вызвать интерес к своему предложению. Здесь нужно ухитриться быстро объяснить сложную идею простыми словами. А у нас целых пять минут на эту работу!

Учитываем, что на каждый слайд нужно выделить в среднем около минуты. Иначе картинки будут слишком быстро мелькать, и у зрителя будет полное замешательство. Он ничего не успеет понять на одном слайде, а перед ним уже два других промелькнули.

Один слайд – одна идея. Такое правило попадается нам в самых разных ситуациях. Например, один абзац – одна идея. Или: одно предложение в тексте – одна идея. Это тоже нужно, чтобы передать свое «послание» слушателям, зрителям, аудитории. И не запутывать, не сбивать с толку.

Содержимое слайда – тезисы и картинки. Или даже картинки и тезисы. Или просто заголовок и картинка. Заголовок передает ту самую идею, ради которой делается слайд. И это даже может быть вопрос, а не ответ. Текст на слайде – это не текст доклада. Это краткие тезисы. Например, в виде списка.

Картинка передает послание, идею. Изображения должны помогать в рассказе и привлекать внимание аудитории. Помогают картинки в стиле мемов. Такие картинки можно сгенерировать нейросетью. Тут придется продумать, как в картинке подчеркнуть главную идею, можно в шуточной манере или как противоречие, парадокс. Даже содержимое картинки и сюжет можно придумывать при участии нейросети. Главное – чтобы автор контролировал творческий процесс и использовал нейросети как помощника и ассистента, а не как соавтора.

Содержание важнее, чем оформление. Красивый дизайн слайдов – это приятно и интересно. Но не забываем, что наша цель – передать главную мысль, идею. Стильный, броский дизайн может нам в этом помогать, а может и отвлекать. Здесь решение принимают авторы, а не дизайнеры.

Планируем трудоемкость. В рамках всей работы нужно выделить часть времени на оформление и представление результатов. И это только часть времени. Основная часть работы – это схема и ее текстовое описание. Поэтому заранее планируем, сколько выделить на каждый этап. Здесь не требуется идеальное выполнение задание. Гораздо важнее выработать навык управление рабочим временем. Эта работа называется модным словом «тайм-менеджмент» – и это часть технологии менеджмента. Это функция управления.

Доклад – это рассказ. Это не чтение слайдов, повернувшись спиной к слушателям. Это значит смотреть на аудиторию, говорить своими словами и указывать на важные части слайда. Можно делать поясняющие жесты руками, если это усиливает нашу мысль и демонстрирует какое-то движение или ощущение. Как правильно «махать руками» во время доклада – это целая технология.

Отвечаем на вопросы. При ответе на вопрос нужно именно отвечать, а не «рассуждать на тему». Ответ должен быть коротким и по существу. Если понадобится больше информации, слушатели зададут дополнительные вопросы. Конечно, мы ожидаем, что вопросы будут относиться к докладу и, возможно, к докладчику.

Практикуйтесь в составлении презентации и выступлении. Просмотрите представленные здесь советы – полезные или бесполезные. Возможно, среди них вы обнаружите для себя то, что помогает именно вам.

Докладчик и слушатель

В рамках наших занятий один человек тренируется выступать с докладом, остальные тренируются быть слушателями. Слушатель – это не тот, кто сидит в телефоне или отвернувшись работает на компьютере. Слушатель – это тот, кто смотрит, слушает и пытается что-то для себя новое понять. Особенно если вы думаете, что здесь всё понятно: «Я и так всё знаю». Если копнуть, то половина участников мало что в этом понимает.

Вопросы могут быть разные. И мы тренируемся задавать вопросы. Это тоже особый навык. Можно «прицепиться» к любому слову, к ноому, малознакомому термину и попытаться это понять. Например: «А чем отличается процесс от деятельности?»

Можно для себя попытаться что-то действительно узнать: «А в чём вы это рисовали схему? А какие есть вообще инструменты? Эта технология сейчас применяется или нет?»

Любые вопросы могут быть вокруг одного и того же доклада. Могут быть вопросы с намеком, что слушатель нашёл ошибку – в докладе или на слайдах: «А почему у вас вот эта линия идет вон туда? А почему вот эта стрелка выходит отсюда, а тут обрывается?» И это будет вопрос с намёком, что здесь что-то не то и что надо бы что-нибудь исправить. И это уже будет демонстрировать, что вы специалист и даже можете увидеть чужую ошибку. А на первых порах мы просто что-то для себя пытаемся понять, выяснить, познакомиться.

Можно столкнуться с ситуацией, когда непонятно, что делать: «У меня нет мыслей, что там написать…» У нас есть такой инструмент, как нейросети. И с ними можно советоваться. Можно прямо сказать, открытым текстом: «Вот я строю модель такого-то процесса. Вот я добрался вот до такого-то блока. А что могло бы быть входной стрелкой – что здесь может быть на входе вот этого блока? А что может быть на выходе? Как это вот логически увязать?» Мы можем и такие вопросы задавать.