Математичне моделювання технологічних процесівТермін математичне моделювання технологі́чних проце́сів має декілька нерозривно пов'язаних між собою смислових значень:
Загальні положенняУ промисловій практиці універсальним і загальним є прагнення максимально можливого наближення до поставленої мети найбільш швидким способом і з найменшими витратами. Практика показує, що великі ускладнення викликає навіть однозначне формулювання мети в кількісному вираженні, так звана цільова функція, або критерій ефективності. При цьому часто доводиться одночасно вирішувати суперечливі задачі, наприклад, про підвищення вилучення корисного компонента при одночасному зниженні собівартості переробки корисної копалини. Задача полягає у тому, щоб знайти екстремальне значення цільової функції, аргументами якої є продуктивність, якість корисної копалини, витрати матеріалів і реагентів тощо. Необхідно також враховувати і те, що діяння управління можуть змінюватись лише у визначених межах. Крім того, на систему можуть бути накладені додаткові обмеження: на значення параметрів процесу, на складність алгоритму управління, на обсяг використаної інформації й ін. Оптимальне управління процесом може розглядатись як прийняття визначених рішень, що відповідають змінам ситуації. Прийняття рішення пов'язане з вибором якогось одного рішення з їх можливої множини. Чим більше варіантів, тим більше інформації необхідно для їх характеристики й тим більш громіздким буде опис усієї задачі. У процесі прийняття рішення оперують функцією, аргументами якої є допустимі варіанти рішення, а значеннями — числа, що описують міру досягнення поставленої цілі. Задача прийняття рішення тим самим зводиться до знаходження максимального (або мінімального) значення цільової функції, а також значень аргументів, при яких цей максимум досягається. Для відшукання оптимального рішення у подібній ситуації одним з найефективніших методів є математичне моделювання. Правильно побудована модель допомагає досліднику отримати нову інформацію про модельований процес. При цьому, у випадку складних технологічних систем, які часто зустрічаються у практиці роботи збагачувальних фабрик, така інформація може бути отримана тільки таким способом. Теоретичне дослідження фізичної системи починається з вивчення загальних законів, які відображають досвід, накопичений для інших аналогічних систем. Використовуються рівняння кінетики хімічних реакцій, енергетичного і матеріального балансу, що витікають з загальних законів збереження маси і енергії, і особливо закон великих чисел або великих мас. Певні технологічні процеси важко задовільно описати теоретичними моделями, основаними за принципами фізичних явищ масопереносу або балансових рівнянь, через складність протікання цих процесів і ще недостатньо чітке їх розуміння. У цьому випадку для практичних цілей можна застосувати емпіричний спосіб побудови моделей. Вони складаються на основі методологічної концепції «чорного ящика» і виходять з можливості описання механізму протікання процесів на основі вхідних і вихідних змінних параметрів без проникнення у сутність досліджуваного процесу. Математичні моделі бувають статичні «y=f(x)» і кінетичні або динамічні «y=f(x, t)», які прямо або непрямо враховують тривалість досліджуваного процесу. Отримана будь-яким способом модель частіше за все справедлива тільки у визначеному діапазоні змін ∆х, які потрібно вказувати поряд з похибкою при записі моделі. Сучасні засоби моделювання технологічних процесівВ галузі управлінняAnyLogicОдним із найбільш універсальних засобів моделювання процесів управління підприємствами чи виробничими системами є програмне забезпечення AnyLogic.[1] AnyLogic може застосовуватися для моделювання технологічних процесів:
ClobbiСистема «Clobbi» — програмний продукт, який дозволяє створити математичну модель підприємства і, як керувати ним, так і відпрацьовувати різні стратегії управління (так званим сленгом — керувати «підприємством в хмарі» (рос. «Управление предприятием в облаке»)),[2] застосовуючи хмарні ресурси та технології. Система є спільною розробкою фахівців в галузі керування підприємствами з Великої Британії та України.[3] Об'єктами системи є:
Може застосовуватися у різних галузях промисловості, таких як машинобудування та металообробка, виробництво будівельних матеріалів та будівництво, харчова та хімічна промисловість, виробництво товарів широкого попиту тощо. В галузі металургії та оброблення металівQForm VXQForm VX[ru][4] — програмне забезпечення компанії QFX Simulations Ltd для математичного моделювання і оптимізації процесів формування металовиробів та екструзії металевого профілю. Програма забезпечує можливості моделювання процесів:
У процесі вивчення теорії різання на кафедрі технології машинобудування Механіко-машинобудівного інституту студентами Національного технічного університету України «КПІ ім. Ігоря Сікорського» застосовуються методи математичного моделювання технологічних процесів оброблення металів різанням, зокрема таких, як точіння, фрезування, свердління, абразивного оброблення, визначення шорсткості поверхонь тощо. Програмне забезпечення, яке моделює ці процеси, дозволяє визначати та візуалізовувати як сили, переміщення, напруженості та ін., так і самі процеси у режимі реального часу.[5] В галузі машинобудуванняВ галузі машинобудування та суміжних галузях лідером з постачання програмного забезпечення для моделювання технологічних процесів є міжнародний концерн Siemens. Основними об'єктами моделювання є такі технологічні процеси:
У військовій сферіДля розроблення оптимальних стратегій і тактик ведення бойових дій та/або навчання особового складу все ширше застосовують методи математичного моделювання та імітації процесів ведення бою, керування бойовими засобами і установками, засобами ведення електронної війни, протиповітряної оборони чи засобами її подавляння, виконання технологічних процесів обслуговування складної військової техніки тощо. Засоби та технології моделювання компанії Textron SystemsСистема моделювання FORTRIS™ (англ. Force On-Force Reactive Tactical Readiness IADS Simulation (FORTRIS)) фірми Textron Systems забезпечує можливість комплексного моделювання бойових дій в реальному часі між ворожими і дружніми силами. Синтетичне середовище в FORTRIS™ містить справжню багатошарову імітацію інтегрованої системи протиповітряної оборони (Integrated Air Defense System), яка може діяти та реагувати як загальна система, так і як окремі учасники цієї системи, що робить її ідеальним інструментом для вироблення стратегії і тактики, а також, для навчання військового персоналу різних рівнів.[11][12] Система A2PATS® (англ. Advanced Architecture Phase Amplitude and Time Simulator) призначена для перевірки того, що американські та союзні авіаційні системи електронної війни мають можливість точно визначати, ідентифікувати та захищатися практично від усіх ракетних загроз наземного базування та для навчання їх персоналу.[13][14] «Пере-налагоджувальний тренер» (англ. Reconfigurable Trainer Textron Systems) спеціально розроблений для підтримки багатьох вимог як до імітаційного, так і до навчального пристроїв. Його відкрита архітектура ефективно об'єднує повітряні, морські, сухопутні та космічні платформи і встановлюване на них обладнання. «Тренер» складається з реплікованих фотореалістичних панелей, загального інтерфейсу генератора зображень та розширеного дизайну теорії ігор, що робить його універсальним та високоефективним ядром для різних навчальних систем. Його пере-налагоджувальна архітектура може бути застосована для моделювання різних сценаріїв, включаючи симулятори електронної війни, тренажери віртуального технічного обслуговування, тренажери для обладнання зв'язку, тренажери екіпажу, тренажери для тренувань і відпрацювання місії, пілотовані і безпілотні тренажери, інструктори з космічних команд і контролю та інші складні військові програми — чи то для моделювання електронної війни (англ. Simulator for Electronic Combat Training) (SECT), чи то для навчання технологічному процесу технічного обслуговування літаків F-35 Lightning II (англ. Aircraft Systems Maintenance Trainer) (ASMT).[15][16] Математичне моделювання людей, суспільних груп і формацій для застосування їх в моделюванні технологічних процесівМоделювання робітників для розроблення і вдосконалення технологічних процесівУ процесі розроблення технологічного устаткування, обладнання, інструменту та пристосувань чи побутової техніки, а також, технологічних процесів їх застосування чи обслуговування та/або ремонту, важливою задачею є визначення і оцінка показників та характеристик ергономічності. Ефективним методом вирішення такої задачі є математичне моделювання. Яскравим прикладом може слугувати так званий Джек[ru][17] — математична модель людини. Ця модель дозволяє оптимізувати ергономічні характеристики конструкції обладнання та технологічних процесів і виробничих операцій або операцій з обслуговування чи ремонту обладнання. Моделювання солдатів для розроблення і доведення бойової техніки і спорядженняУ процесі розроблення, вдосконалення і доведення до серійного виробництва бойової техніки і військового спорядження важливими завданнями є визначення статичних і динамічних антропоморфних характеристик солдат, характеристик, що описують їх здатність сприймати і переносити фактори ураження від різних типів зброї, бойові, фізичні, теплові, радіаційні та ін. навантаження як у бою, так і в процесі довготривалого транспортування чи пересування. Під час проектування, доведення і постановлення на серійне виробництво легких бойових тактичних позашляхових броньованих автомобілів сімейства Oshkosh L-ATV застосування математичних моделей солдат (водіїв, стрілків, командирів, піхоти) дозволило вдосконалити ряд захисних характеристик цих автомобілів, у тому числі, протимінний захист, забезпечивши його на рівні автомобілів Oshkosh M-ATV (3-ій рівень захисту за STANAG 4569)[18] із значно меншими габаритами і вагою за рахунок оптимізації конструкції корпусу, типорозмірів сидінь і їх кріплення.[19] Див. також
Примітки
Література
|
Portal di Ensiklopedia Dunia
