1.5. Анализ процесса проектирования и исследования технических систем
Особенность технических систем – это способность изменять свою структуру и свойства под воздействием влажности и температуры внешней
Исследование
существующей производственной системы
на данных о конкретном изделии технологии
изготовления
да
Результат
удовлетворителен?
нет
Поиск
новой технологической системы
Выход
Рис. 1.5. Схема исследования технологической системы
Рис. 1.6. Схема проектирования и исследования новой
Технологической системы
среды, с течением времени. Например, при эксплуатации меняются размеры деталей и узлов, структура материала изменяется при старении и т.п. Но цель функционирования остается постоянной – это качество выполняемых целевых функций. Знание закономерностей таких изменений может не только повысить функциональные свойства машины или прибора, но и продлить срок их жизни.
Без хороших моделей трудно разобраться во взаимодействии компонентов и невозможно произвести рациональный выбор параметров устройств и систем. Для того, чтобы произвести анализ работы и оптимизацию физической системы на ЭВМ, лучше всего описать ее системой дифференциальных уравнений или уравнениями состояний.
Но для аналитического описания системы крайне важно иметь систематические методы построения модели системы. Такие методы должны стать эффективным средством вывода уравнений состояния динамических систем, которые должны быть просты, но в тоже время позволять обрабатывать большой объем данных.
В основе моделирования физических систем лежат две противоположные тенденции:
модель должна быть исчерпывающей, завершенной и соответствующей устройству;
модель должна быть простой, отражать основные свойства устройства без ненужных подробностей.
Модель, с одной стороны, все более усложняется путем включения в рассмотрение дополнительных физических свойств, другая тенденция ограничивает рассмотрение слишком большого количества деталей, особенно тех, которые несущественно влияют на результаты анализа. Поэтому в окончательном виде модель должна представлять определенный компромисс между указанными тенденциями. Часто первым шагом такого компромисса является решение считать систему состоящей из элементов с сосредоточенными, а не с распределенными параметрами.
Следовательно, рекомендуется применение таких методов начинать с построения наиболее простых моделей, в которых представлены основные связи в устройствах. Затем эти исходные модели постепенно усложнять до той степени, при которой можно учесть основные характеристики устройств и представить их функциональные свойства.
Рассмотрим схему выполнения процесса моделирования при проектировании технической системы (рис. 1.7).
На первом шаге моделирования рассматриваемая система выделяется из окружающей среды. Для этого определяют связи, которые связывают систему и окружающую среду. При этом предполагают, что присоединение источников к этим связям системы не вносит существенного изменения окружающей среды.
На втором шаге – в модель включают основные связи между рассматриваемыми входами в системе.
Выделение
технической системы из окружающей
среды
Построение
связей между входами в системе
Добавление
в модель элементов, важные с точки
зрения физических процессов в устройствах
Сравнение
поведения модели с поведением существующей
технической системы на конкретных
входных данных
нет
да
Результат
удовлетворителен?
Выход
Рис. 1.7. Схема исследования технической системы
На третьем шаге – добавляют в модель элементы, важные с точки зрения физических процессов в устройствах, одновременно определяя причинную зависимость каждого добавленного элемента и грубо оценивая работу системы.
На четвертом шаге – если по каким-либо причинам выбранные на предыдущем шаге элементы оказываются неудовлетворительными, то для полного описания системы включают дополнительные элементы.
Замечание: Процесс моделирования состоит в построении последовательности все более сложных моделей, из которых можно выбрать модель, соответствующую заданным значениям параметров.
Предлагаемый логический метод позволяет получить исходную модель с учетом ряда функциональных особенностей рассматриваемого устройства. На каждом этапе моделирования проверяется полнота и соответствие модели реальному устройству. Предполагается, что методы должны ясно показывать недостатки частных моделей, но и указывать направления изменения модели на следующем этапе. Очевидно, что принцип причинности связей представляет собой наиболее важный элемент процесса моделирования.