Основные этапы физического моделирования

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 12Следующая ⇒

Физическое моделирование как метод исследования включает в общем случае пять основных этапов: постановку задачи; вывод и анализ условия подобия; выбор конструкции и расчет параметров модели объекта исследования; проведение экспериментов на модели; обработка полученных результатов.

При постановке задачи необходимо исходить из того, что главная цель моделирования заключается в изучении основных закономерностей исследуемого процесса, а результаты, полученные в ходе эксперимента, после обобщений могли бы быть использованы в реальных промышленных условиях. Достичь намеченной цели можно в том случае, если проведение опыта будет осуществляться с учетом основных положений теории подобия.

Цель исследования в каждом конкретном случае может быть разной: от стремления получить эмпирические данные, полезные для использования в инженерной практике или позволяющие выполнить проверку теоретических положений, до изучения в общих чертах физической картины разработанного процесса. Однако даже когда не требуется получение особо точных результатов (приближенное или качественное моделирование), необходим анализ условий подобия. На этом этапе, на основании совокупности выбранных критериев рассматривается возможность упрощения условий подобия. При этом, оцениваются численные значения критериев и определяется их значимость, что позволяет часть из них отнести к разряду несущественных, т.е. не требующих обеспечения равенства для модели и оригинала.

Выбор конструкции модели во многом зависит от характерных особенностей моделируемого процесса, а также от того, в каком виде необходимо получить интересующую информацию. К примеру, если исследуемый процесс обусловлен интенсивным движением жидкостных потоков и в итоге требуется получение картин их распределения в различных зонах перемешиваемой ванны, модель конструктивно должна обеспечивать возможность визуального контроля и фотографирования потоков.

Модель изготавливается геометрически «подобной» натуральному образцу по внутренним контурам. При этом используются всевозможные материалы, например, органическое стекло.

Подготовка модели к проведению исследований заключается в выборе варианта рационального размещения применяемой аппаратуры, в обеспечении возможности быстрой замены моделирующей расплав жидкости, поддержании требуемой освещенности объектов, подлежащих фотографированию, и так далее.

Проведению исследований на модели предшествует планирование эксперимента, настройка регистрирующей аппаратуры и при необходимости тарировка преобразователей измерительных систем.

Собственно физическое моделирование в зависимости от решаемых задач может проводиться по уже известным или специально разработанным методикам с применением широкого набора контрольных датчиков и электронных приборов, предназначенных для регистрации параметров процессов, протекающих в моделях. Обработку полученных результатов осуществляют с использованием методов математической статистики и привлечением средств вычислительной техники. При этом необходимо выделить впервые зафиксированные данные, попытаться дать им полное объяснение и сопоставить их с уже известными результатами.

Имитационное моделирование

Имитационное моделирование — это метод исследования, при котором изучаемая система заменяется моделью, с достаточной точностью описывающей реальную систему и с ней проводятся вычислительные эксперименты с целью получения информации об этой системе. Экспериментирование с моделью называют имитацией.

К имитационному моделированию прибегают, когда:

- дорого или невозможно экспериментировать на реальном объекте;

- невозможно построить аналитическую модель: в системе есть время, причинные связи, последствие, нелинейности, стохастические (случайные) переменные;

- необходимо сымитировать поведение системы во времени.

Перечислим преимущества имитационного моделирования

1. Стоимость. Допустим, компания уволила часть сотрудников, что в дальнейшем привело к снижению качества обслуживания и потери части клиентов. Принять обоснованное решение помогла бы имитационная модель, затраты на применение которой состоят лишь из цены программного обеспечения и стоимости консалтинговых услуг.

2. Время. В реальности оценить эффективность, например, новой сети распространения продукции или измененной структуры склада можно лишь через месяцы или даже годы. Имитационная модель позволяет определить оптимальность таких изменений за считанные минуты, необходимые для проведения эксперимента.

3. Повторяемость. Современная жизнь требует от организаций быстрой реакции на изменение ситуации на рынке. Например, прогноз объемов спроса продукции должен быть составлен в срок, и его изменения критичны. С помощью имитационной модели можно провести неограниченное количество экспериментов с разными параметрами, чтобы определить наилучший вариант.

4. Точность. Традиционные расчетные математические методы требуют применения высокой степени абстракции и не учитывают важные детали. Имитационное моделирование позволяет описать структуру системы и её процессы в естественном виде, не прибегая к использованию формул и строгих математических зависимостей.

5. Наглядность. Имитационная модель обладает возможностями визуализации процесса работы системы во времени, схематичного задания её структуры и выдачи результатов в графическом виде. Это позволяет наглядно представить полученное решение и донести заложенные в него идеи до клиента и коллег.

6. Универсальность. Имитационное моделирование позволяет решать задачи из любых областей: производства, логистики, финансов, здравоохранения и многих других. В каждом случае модель имитирует, воспроизводит, реальную жизнь и позволяет проводить широкий набор экспериментов без влияния на реальные объекты.

Примеры имитационных моделей приведены на рисунке 2.3 и рисунке 2.4.

На рисунках изображен трохоидальный метод фрезования.

Рис.2.3. Трохоидальное фрезерование пазов

Трохоидальный метод - это очень эффективный способ обработки паза. Постоянное круговое движение используется для получения требуемой ширины паза. Этот метод был разработан для обработки пазов на высоких скоростях.    Преимущества  при применении трохоидального фрезерования, таковы что, может быть обработан паз шириной больше режущего диаметра инструмента. То есть пазы разных размеров могут эффективно обрабатываться одним и тем же инструментом. Использование небольшой радиальной глубины резания позволяет применять фрезы с малым шагом, что позволяет вести обработку на больших подачах и скоростях резания, чем при обычной фрезерной обработке паза.

Рис.2.4. Трохоидальноефрезерование лопатки

Более подробно об имитационном моделировании будет рассмотрено ниже.

Натурное моделирование

Под натурным моделированием подразумевается создание полноразмерных моделей исследуемого объекта или процесса.

Этот метод применяется для проведения ряда тестов над моделью. Это различные стадии прототипирования с необходимой на данном этапе степенью точности и тестовые партии. Метод позволяет выявить недостатки проектирования на ранних этапах.

Рабочие прототипы изделий (особенно сложных устройств) при отсутствии специализированной оснастки, деталей могут быть очень дороги – в десятки раз превышать стоимость серийного образца.

Также в метод включаются модели процессов – например, действий рабочего для производства детали.

Быстрое развитие технологий, создает широкий спектр рисковых ситуаций, затрагивающих все аспекты деятельности предприятия, для оперативной оценки жизненно необходимо наличие модели, учитывающей возможность подобных рисков. Безусловно, одной модели недостаточно – также нужна стратегия, как комплекс не только стратегических управленческих решений, определяющих долговременное развитие предприятия, но и конкретных действий, обеспечивающих быстрое реагирование предприятия на изменение во внешней инфраструктуре, которое может повлечь за собой необходимость стратегического маневра, пересмотр целей и корректировку общего направления.

Контрольные вопросы

1. Какие бывают модели по способу реализации?

2. Перечислите методы моделирования систем?

3. Что такое физическое моделирование? Приведите примеры.

4. Преимущества имитационного моделирования?

5. Что такое натуральное моделирование? Приведите примеры.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒