|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Компьютерное обеспечение иженерных расчетовСтр 1 из 8Следующая ⇒
СТРЕЛЬНИКОВ В.И.
Компьютерное обеспечение иженерных расчетов (пособие для студентов-горняков)
Донецк 2013 УДК 622: 681.322-181.4.01(075.8) Стрельников В.И. Компьютерное обеспечение инженерных расчетов (учебное пособие для студентов-горняков)/Уч.-метод.пособие. –Донецк: ДонНТУ, 2013, -63 c.
Учебно-методическое пособие «Компьютерное обеспечение инженерных расчетов (учебное пособие для студентов-горняков)» состоит из двух частей. Первая часть – «Использование пакета Microsoft EXCEL» имеет целью обучить студента использованию пакета Microsoft Excel при решении задач горного дела и дать студенту основы калькуляционного моделирования затрат при выполнении горных работ. Вторая часть – «Система автоматизированного проектирования технологической документации на ведение горных работ САПР-ТД» способствует приобретению студентом-горняком навыков компьютерного графического оформления документов по ведению горных работ. Пособие предназначено для студентов-горняков начального периода обучения горному делу, но будет полезно и студентам старших курсов при курсовом и дипломном проектировании.
Рецензенты:
Утверждено на заседании кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых» Донецкого национального технического университета. Протокол № … от…..
© Стрельников В.И. СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
В соответствии с учебным планом образовательного направления «Горное дело» студенты первого курса изучают дисциплину «Информатика». Это базовый курс, который знакомит студента с основами алгоритмизации и программирования, принципами работы в Microsoft Windows. Курс «Компьютерное обеспечение инженерных расчетов» для учебного направления «Горное дело» является практическим приложением и продолжением отдельных тем курса «Информатика» и имеет целью обучить студента-горняка принципам решения горных задач, требующих применения ЭВМ. Данное учебное пособие предназначено для изучения курса обязательно с использованием компьютера в среде Microsoft Excel и АutoCAD. Приступая к изучению курса, студенту настоятельно рекомендуется повторить курс «Информатики», особенно раздел «Microsoft Excel», используя учебное пособие [1]. Курс «Компьютерное обеспечение инженерных расчетов», согласно учебному плану, изучается в четвертом семестре. К этому времени студент-горняк владеет только основами горного производства, т.е. владеет только основными понятиями в горном деле. Данный курс учитывает эти особенности при выборе примеров решаемых с помощью ЭВМ задач горного дела. Курс состоит из двух частей – использование пакета Microsoft EXCEL и использование пакета AutoCAD. При изучении курса обязательно пользоваться компьютером. В первой части пособия после изложения определенного приема приведены рекомендации по самостоятельной работе и ответы по поставленным задачам. Это контрольные вопросы, на которые студент должен дать конкретный ответ. И так, открываем текст пособия, включаем компьютер и начинаем изучение курса!
Часть 1. Использование пакета Microsoft EXCEL Тема 1 Подготовка к программированию в EXCEL. Обработка результатов наблюдений. Рис.1.1 Графическое представление зависимости трудоемкости проведения Штрека от ширины раскоски.
Щелкнем правой клавишей на одной из точек. Появилось выпадающее меню, в котором активизируем строку " добавить линию тренда". Появилось меню с указанием 6 типов аппроксимирующей зависимости. Рассмотрим их последовательно. 1. Линейная зависимость. Щелкнем левой клавишей на окошке " Линейная зависимость", затем откроем меню " параметры" и активизируем список " показать уравнение на диаграмме" и " поместить на диаграмму величину достоверности аппроксимации R^2" . Диаграмма принимает вид (рис. 1.2).
Рис.1.2 Линейная аппроксимация зависимости
Теперь по той же методике рассмотрим другие виды зависимости:
Рис. 1.3 Логарифмическая аппроксимация зависимости
Ниже показаны графики полиномиальной (рис. 1.4), степенной (рис. 1.5) и экспоненциальной (рис. 1.6) зависимостей.
Рис. 1.4 Аппроксимация полиномиальной зависимостью.
Рис. 1.5 Аппроксимация зависимости степенной функцией
Рис. 1.6 Экспоненциальная аппроксимация зависимости
(Заполните в EXCEL строки с приведенной выше таблицей и выполните вычисления и постройте графики по изложенной методике, сравните с рассмотренными выше графиками).
Все указанные формы зависимости получены на основе " Метода наименьших квадратов", т.е. сумма квадратов отклонений истинных значений от расчетных по данной формуле наименьшая. То, где эта сумма самая маленькая, можно судить по величине R2 (смотри таблицу 2.1). В нашем случае значения R2 расположились следующим образом: Таблица 1.2 Уравнения, описывающие зависимость
Таким образом, наибольшие значения R2 имеют место при полиномиальной и линейной зависимостях. Одна из этих зависимостей и принимается для дальнейшей работы. Рассматривая приведенную ниже таблицу, можно убедиться в том, что при полиномиальной форме зависимости сумма квадратов отклонений наименьшая. Так, она составляет 0, 228698 при полиномиальной и 0, 237238 при линейной форме зависимости. Таблица 1.3 Квадрат отклонений расчетной и истинной величин.
Теперь запишем программу для определения трудоемкости работ по проведению штрека (номера строк указаны произвольно). Открываем новый лист в EXCEL, в ячейку В1 будем вводить значение ширины раскоски, в ячейке В2 запишем программу вычисления трудоемкости. Образец программы в ячейке В2 показан ниже.
(Запишите эту короткую программу. Результат – 1, 4561.)
Статистическая обработка результатов наблюдений будет использоваться студентами-горняками при выполнении дипломных проектов и при НИРС. Отдельные примеры использования этого приема будет рассмотрено в дальнейших уроках данного курса. Задание на самостоятельную работу. В приведенной ниже таблице по данным ВНИМИ [3] указаны величины смещений пород в выработку в процессе ее проведения U и соответствующие этим смещениям условия проведения выработки – отношение глубины работ H к прочности горных пород в месте расположения выработки R. Необходимо установить наиболее соответствующую этим данным зависимость U = f(H/R).
Программирование таблицы В таблице 1.4 показаны группы рабочих скоростей подачи комбайна в зависимости от скорости комбайна. Величина группы рабочих скоростей довольно часто используется в расчетах норм выработки, трудоемкости обслуживания комбайна и т.д. Как же определить группу скоростей, зная скорость подачи комбайна? Напрашивается простой выход – использовать функция «если».
Таблица 1.4 Средняя скорость подачи комбайна и группа рабочих скоростей
Запишем EXCEL-программу.
Таким образом, используя функцию «если» 4 раза, мы можем записать программу вычисления группы скоростей. Но такую функцию использовать в одной записи желательно не более 7 раз. При большом количестве интервалов возникает необходимость иметь ячейки промежуточных вычислений. Рассмотрим это для случая, когда исходная таблица принимает вид таблицы 1.5.
Таблица 1.5 Средняя скорость подачи комбайна и группа рабочих скоростей
Для такого случая программа будет иметь следующий вид:
Как видно, появилась необходимость иметь строки промежуточных вычислений 3-ю и 4-ю. Результат все же окажется в ячейке В2. Таким образом, таблица используется только на этапе программирования и в дальнейшем в программе не принимает участия.
Весьма важно помнить, что в данном случае необходимо ввести ограничения на заданную величину скорости подачи. Она не может быть более 3, 82 м/мин, так как в противном случае программа будет не корректной! Программируя таблицу, помните: функция «если» используйте до 7 раз! Введите ограничения на ввод данных начала и конца таблицы! Задание на самостоятельную работу Составьте программу и убедитесь, что результат при заданной величине скорости подачи окажется равным 14. Множественная регрессия. Искомое регрессионное уравнение имеет вид y = а+bx1+cx2+dx3+.....ixi где а свободный член b, c, d...…i коэффициенты при переменных Как видно, речь идет о линейной регрессии, т.е. влияние каждой переменной должно быть линейным. Если зависимость не линейна - необходимо таким образом преобразовать параметр x, чтобы привести зависимость к линейному виду. Для этого можно заменить x на 1/x (если вид зависимости гиперболический, на Ln(x) - если вид зависимости логарифмический, на xк, если зависимость степенная или ввести новые переменные x2, x3 и.т.п., если зависимость полиномиальная. В данном случае явно видно, что зависимость размера зоны Lоп от глубины работ Н не является линейной. Установим вид зависимости Lоп от Н. Для этого по данным таблицы строим график с помощью " Мастера диаграмм" (рис. 1.11) и устанавливает уравнение тренда. Достаточно рассмотреть крайние кривые рисунка.
Рис. 1.11 Зависимость размера зоны опорного давления от глубины работ и мощности пласта (график построен по данным таблицы 1. )
Запишем возможные уравнения и величины R2. степенная 5, 7038x0, 3943 R2 = 0, 9819 логарифмическая 25, 598Ln(x) - 90, 763 R2 = 0, 9979 полиномиальная 26, 15-4E-05x2 + 0, 1049x R2 = 0, 9956 Наиболее подходит для данного случая логарифмическая зависимость Lоп от Н. Перестроим таблицу, заменив Н на Ln(H) и построим график в новых координатах. Таблица 1.11 Преобразованная таблица 1.10
Рис.1.12 Зависимость размера зоны опорного давления от логарифма глубины работ и мощности пласта (по данным таблицы 1.11) В данном случае без анализа видно, что зависимость линейная. Теперь установим форму зависимости размера зоны опорного давления от мощности пласта. Для этого на основании исходной таблицы построим графики зависимости Lоп от m. Наглядно, что зависимость носит линейный характер. И так. Искомое уравнение будем находить для переменных Ln(H) и m. 1. Построим в EXCEL регрессионную таблицу по данным таблицы исходной. В самой левой колонке расположим H, в следующей Ln(H), затем m и Lоп.
Рис. 1.13 Зависимость размера зоны опорного давления от мощности пласта и глубины работ (по данным таблицы 1. ) Данные таблицы формируем так, чтобы было удобно копировать их из исходной таблицы. Так, вначале вносятся данные о размере зоны при мощности пласта 0, 5 м и глубинах от 200 м до 1200 м, затем данные при тех же глубинах, но мощности пласта 1, 0 м. Когда все данные о функции внесены, вычисляется величина Ln(H) (команда - =Ln(" ячейка для Н" )).
Таблица 1.12 Регрессионная таблица
В главной строке активизируем окно " Сервис". В выползающем меню активизируем строку " Анализ данных". В выпавшем меню " Инструменты анализа" активизируем строку " Регрессия". Появляется шаблон для ввода " Входной интервал по Y" и " Входной интервал для Х". Ставим курсор в окошко " Входной интервал для Y", в регрессионной таблице выделяем столбец для Lоп (D2: D37). Ставим курсор в окошко " Входной интервал для Х", в регрессионной таблице выделяем столбцы для Ln(H) и m (В2: С37). Нажимаем на клавишу " Ok" в шаблоне. В новом листе EXCEL выводятся итоги вычислений. ВЫВОД ИТОГОВ (таблица 1.13). Таблица 1.13 Вывод итогов
В нашем случае - множественный коэффициент регрессии 0, 98856421, R2 - 0, 97725919, свободный член уравнения -101, 7, коэффициент при первой переменной (Ln(H)) 20, 27473, коэффициент при второй переменной m 15, 29714. Таким образом, уравнение, аппроксимирующее номограмму, можно записать в виде Lоп = -101, 7 + 20, 27Ln(H)+15, 3m Формула применима при мощности пласта от 0, 5 м до 3, 0 м, глубине работ от 200 м до 1200 м. Это уравнение можно использовать в программе и при ручном счете.
Программа расчета размера зоны опорного давления имеет вид:
В рассмотренном случае мы имели дело с двумя переменными. Рассмотренный метод аппроксимации может использоваться для достаточно большого количества переменных. Задание на самостоятельную работу 1. Запишите в EXCEL регрессионную таблицу, получите регрессионное уравнение, запишите программу вычисления Lоп и убедитесь, что при мощности пласта 1, 5 м и глубине работ 600 м размер зоны опорного давления составит 50, 91516 м. 2. В приведенной ниже таблице 1.14 показаны величины затрат Ск на сооружение костров для охраны штрека при различных величинах мощности пласта m, сменной тарифной ставки рабочего Т, стоимости 1 м3 крепежного леса Ц и числа рядов костров N. Постройте в EXCEL регрессионную таблицу и убедитесь, что уравнение множественной регрессии Ск=f(m, T, Ц, N) имеет вид Cк=-955, 44+394, 08m+0, 64T+1, 415Ц+482, 55 Таблица 1.14 Результаты наблюдений за величиной затрат на сооружение костров
Разработка программы. Теперь можно приступать к составлению программы. Расчет затрат проводится способом прямой калькуляции, но исходные данные не являются фиксированными величинами, а могут по желанию пользователя программы, принимать значения в реальном диапазоне. Это и отличает программу от просто расчета. Напомним, что программа в общем виде состоит их трех блоков – «Исходные данные», «Вычисления» и «Справочно-информационный материал». Прежде всего, следует перенести в EXCEL-таблицу все данные о нормах выработки и о поправочных коэффициентах к ним. Затем начинаем заполнять строки программы в блоках «Исходные данные», и «Вычисления». Целесообразно начать с блока «Вычисления», отступив от начала программы 5-6 строк. Эти строки будут необходимы для ввода исходных данных, которые будем вводить по мере возникновения необходимости в них. Вычисления желательно начинать с общешахтных поправочных коэффициентов. Для вычисления поправочного коэффициента на водовыделение необходимы следующие данные: мощность пласта, есть выделение воды или нет, если есть выделение воды, тогда выделяется ли вода спокойно, или есть капеж, или выделение струями. Ниже приведен условный фрагмент программы. Обратите внимание на ввод данных о водовыделении в выработку. Исходя из смысла поправочных коэффициентов, водовыделение может быть незначительным, обильным но спокойным, капежом, струями. Поэтому, при вводе исходных данных в ячейку В3 вносится 0 или 1. Ячейка А4 заполняется исходя из следующих логических рассуждений: если выделение воды обильное, то оно может быть обильным но спокойным, капежом, струями, если выделение воды незначительное, тогда в ячейку В4 не нужно вводить данные. Обратите внимание, как сформулирована запись в ячейке А4. Вычисление поправочного коэффициента на водовыделение проводится в ячейке В14. Обратите внимание на эту запись!
В данном случае имеет место требование выполнить сразу 2 условия – и вид выделения воды и мощность пласта. Для этого используется функция = если(и(“все условия выполняются”; ”результат 1”; ”условия выполняются”; ”результат 2”; и т.д.)). Изучите эту запись в ячейке В14. Для вычисления поправочных коэффициентов по работе в респираторе и по выбросоопасности пласта необходимо ввести в ячейки В5 и В6 соответствующие сведения (обратите внимание на запись в этих ячейках). Общешахтный поправочный коэффициент определяется как произведение ранее вычисленных коэффициентов. Запись в ячейке В13 имеет вид =произвед(В14: В16).
Задание на самостоятельную работу
Составьте этот фрагмент программы, введите указанные выше значения исходных данных и убедитесь, что величина общешахтного поправочного коэффициента равна 0, 684. Теперь можно приступать к вычислению объемов работ, норм выработки и трудоемкости работ по отдельным процессам. Начнем с бурения скважины (строки 17 – 22). Необходимо пополнить перечень входных данных сведениями о расширении скважины при обратном ходе (ячейки А7 и В7). Объем работ по бурению – 1 м/м, норма выработки на звено из 2-х человек – 4, 1 м. Поправочный коэффициент зависит от того, будет ли скважина расширяться при обратном ходе инструмента. Следует обратить внимание на то, что норма выработки определена на звено из двух человек. Поэтому при расчете трудоемкости необходимо частное от деления объема работ на норму выработки умножить на 2.
Задание на самостоятельную работу
Дополните программу, введите исходные данные, указанные выше и убедитесь, что трудоемкость работ по бурению скважины равна 0, 57 чел.см/м. Вопросы для самоконтроля 1. Поясните сущность калькуляционного моделирования. 2. В чем отличие калькуляционной модели от программы? 3. Как устанавливают степень влияния на конечный результат фактора, величина которого может непрерывно изменяться в определенном пределе? 4. Как устанавливают степень влияния на конечный результат фактора, величина изменяется только качественно? Пример калькуляционной модели Использование компьютерной программы при калькуляционном моделировании рассмотрим на примере составленной программы определения величины затрат по зарплате при проведении печи. Согласно п.2 «протяните» столбец В программы до столбца G. Программа примет вид, показанный ниже (номера строк указаны условно, промежуточные вычисления не показаны).
В столбцах установлены «средние» значения исходных данных. «Среднее» значение искомой величины уср = 551, 7 грн/м.
Результат моделирования Результатом моделирования является математическая зависимость, в данном случае величины затрат по зарплате при проведении печи, от всех влияющих факторов. Задание на самостоятельную работу Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-09; Просмотров: 516; Нарушение авторского права страницы
