Организация процесса компьютерного моделирования

Компьютерная модель - компьютерная программа, работающая на отдельном компьютере,суперкомпьютере или множестве взаимодействующих компьютеров (вычислительных узлов), реализующая представление объекта, системы или понятия в форме, отличной от реальной, включающей и набор данных, характеризующих свойства системы и динамику их изменения со временем. Компьютерные модели стали обычным инструментом математического моделирования и применяются на предрриятиях в различных областях радиоэлектроники, машиностроения, автомобилестроения. Компьютерные модели используются для получения новых знаний о моделируемом объекте или для приближенной оценки поведения систем, слишком сложных для аналитического исследования.

Компьютерное моделирование является одним из эффективных методов изучения сложных систем. Компьютерные модели проще и удобнее исследовать в силу их возможности проводить т. н. вычислительные эксперименты, в тех случаях когда реальные эксперименты затруднены из-за финансовых или физических препятствий или могут дать непредсказуемыйрезультат. Логичность и формализованность компьютерных моделей позволяет выявить основные факторы, пределяющие свойства изучаемого объекта-оригинала (или целого класса объектов), в частности, исследовать отклик моделируемой физической системы на изменения ее параметров и начальных условий.

К основным этапам компьютерного моделирования относятся:

разработка концептуальной модели, выявление основных элементов системы и элементарных актов взаимодействия;

формализация, то есть переход к математической модели; создание алгоритма и написание программы;

планирование и проведение компьютерных экспериментов;

анализ и интерпретация результатов^[3].

Исходя из того, что компьютерное моделирование применяется для исследования, оптимизации и проектирования реальных технологических объектов (систем), можно выделить следующие этапы этого процесса:

1) определение объекта – установление границ, ограничений и измерителей эффективности функционирования объекта;

2) формализация объекта (построение модели) – переход от реального объекта к некоторой логической схеме (абстрагирование);

3) подготовка данных – отбор данных, необходимых для построения модели, и представление их в соответствующей форме;

4) разработка моделирующего алгоритма и программыЭВМ;

5) оценка адекватности – повышение до приемлемого уровня степени уверенности, с которой можно судить относительно корректности выводов о реальном объекте, полученных на основании обращения к модели;

6) стратегическое планирование – планирование вычислительного эксперимента, который должен дать необходимую информацию;

7) тактическое планирование – определение способа проведения каждой серии испытаний, предусмотренных планом эксперимента;

8) экспериментирование – процесс осуществления имитации с целью получения желаемых данных и анализа чувствительности;

9) интерпретация – построение выводов по данным, полученным путем имитации;

10) реализация – практическое использование модели и результатов моделирования;

11) документирование – регистрация хода осуществления процесса и его результатов, а также документирование процесса создания и использования модели.

27. Процесс автоматизированного проектирования объектов. Основой рабочего процесса в системе технической подготовки производства является создание проблемно-ориентированных моделей объектов проектирования в соответствии с параметрами, установленными техническим заданием. По семантическому содержанию эти модели делятся на структурные, отображающие состав, взаимосвязь и свойства элементов объекта, и модели процессов функционирования объекта в пространстве и времени. В общем случае, проектирование любого объекта разделяется на этапы структурного и параметрического проектирования. В первую очередь определяется структура объекта, устанавливаются связи (отношения) между его элементами, а затем осуществляется расчет параметров этих элементов и объекта в целом. Проектирование представляет собой сложный и многообразный процесс, заключающийся в формировании оптимальных или, по крайней мере, предпочтительных решений на основе использования нормативно-справочной информации и технико-экономических расчетов при установленной системе ограничений. Обобщенно процесс автоматизированного проектирования объекта следует рассматривать как итерационный процесс обработки информации, который можно представить в виде последовательности следующих этапов (рис. 2.1):

- восприятие исходной информации, содержащейся в задании на проектирование изделия; - формирование запроса и поиск информации, необходимой для реализации процесса проектирования; - описание исходной информации на проблемно-ориентированном языке; - формирование множества допустимых решений; - анализ решений и выбор оптимального или предпочтительного решения;- моделирование процесса функционирования изделия; - разработка, в случае необходимости, корректирующих воздействий; - занесение результатов проектирования в архив решений; - формирование и тиражирование текстовых и графических документов по запросу пользователя. Необходимо подчеркнуть, что графические и текстовые документы (чертежи, пояснительные записки, технологические документы и т. д.), которые формируются с помощью специальных программ печати или черчения, только отображают результаты проектирования. Система автоматизированного проектирования (САПР) всегда является замкнутой. Роль обратной связи играют результаты поэлементного сравнения параметров объекта

28 Особенности CAD-систем в машиностроении подразделяют на функции двумерного и трехмерного проектирования. Среди CAD-систем различают системы нижнего, среднего и верхнего уровней. Системы среднего уровня по своим возможностям занимают промежуточное положение между легкими и тяжелыми системами. Отличительная особенность CAD-систем состоит в автоматическом обеспечении на всех этапах проектирования технических условий, норм и правил, что освобождает конструктора (или архитектора) от работ нетворческого характера. Например, в машиностроении С / Ш - системы способны на базе сборочного чертежа изделия автоматически выполнить рабочие чертежи деталей, подготовить необходимую технологическую документацию с указанием последовательности переходов механической обработки, назначить необходимые инструменты, станочные и контрольные приспособления, а также подготовить управляющие программы для станков с числовым программным управлением (ЧПУ), промышленных роботов и гибких автоматизированных линий. К важным характеристикам CAD-систем относятся параметризация и ассоциативность. Параметрическая модель, находящаяся в базе данных, легко адаптируется к разным конкретным реализациям и потому может использоваться во многих конкретных проектах. При этом появляется возможность включения параметрической модели детали в модель сборочного узла с автоматическим определением размеров детали, диктуемых пространственными ограничениями. Эти ограничения в виде математических зависимостей между частью параметров сборки отражают ассоциативность моделей.