С какой бы системой или ее моделью мы не работали, всегда приходится их характеризовать. И так, чтобы это и нам было удобно, и возможному собеседнику (заказчику, покупателю, коллеге и т. д.) ясно и понятно.
Общепринятой основной элементарной характеристикой системы и ее моделей служит параметр, т. е. величина, представляющая определенное физическое, геометрическое или иное свойство объекта. Вид и число параметров, характер их взаимных связей и форма представления отличает одну модель от другой и определяет степень их идеализации по отношению к реальному объекту.
В зависимости от назначения технические параметры можно подразделить на функциональные, объектные и вспомогательные.
Функциональные параметры характеризуют выполняемую функцию. Эти параметры в процессе проектирования известны, и создание технической системы заключается в разработке конструкции, т. е. материального носителя заданных функций, с требуемыми значениями функциональных параметров.
|
|
Объектные параметры характеризуют материальный носитель этой функции (объект, систему, изделие). К ним относятся его геометрические характеристики (размер, форма, взаимное положение, количество), марка и состояние использованных материалов. При этом марка выступает как обобщенный параметр, объединяющий в себе данные о составе, условиях изготовления и иных свойствах материала. Но для разработчика технической системы, по аналогии с ее элементной базой, существует и уровень элементарных параметров, детализация которых вызывает потребность в дополнительных специальных знаниях. По этой причине марка материала является элементарным параметром, скажем, для проектировщика, а его состав - для материаловеда, металлурга.
Отыскание величин объектных параметров является целью проектирования. Напомним, что понятие "геометрический параметр" включает не только количественные характеристики (размеры), но и форму поверхностей и профилей, взаимное расположение поверхностей и осей.
Остальные параметры относятся к группе вспомогательных. Они необходимы для обоснования принимаемых решений, характеристики свойств системы или модели и т. п.
Состав параметров, и особенно - вспомогательных, для каждой конкретной системы и модели различен. Это связано с отличиями не только в устройстве отдельных систем, но и в предъявляемых к ним требованиях, условиях применения. Определение же объектных параметров - цель проектирования.
Например, в качестве функциональных параметров лифта (функция - поднимать груз) будут выступать высота подъема и масса груза, объектных - размеры и форма лифта и марки материалов, из которых он изготовлен. Вспомогательными параметрами могут стать скорость подъема, срок службы, запас прочности и т. д., т. е. все то, что использовалось при обосновании принимаемых решений, необходимо для характеристики технических, экономических, социальных и иных свойств изделия и т. п.
|
|
Количество параметров, характеризующих поведение не только системы, но и ее модели, очень велико. Для упрощения процесса изучения реальных систем выделяют три уровня их моделей, различающиеся количеством и степенью важности учитываемых свойств. Это - принципиальная, структурная и параметрическая модели. -
Принципиальные модели или, как их еще называют, модели принципа действия системы отображают ее самые существенные (принципиальные) связи и свойства. Это - основополагающие физические явления, обеспечивающие функционирование системы, или любые другие принципиальные положения, на которых базируется планируемая деятельность или исследуемый процесс. Часто стремятся к тому, чтобы количество учитываемых свойств и характеризующих их параметров было небольшим (оставляют наиболее важные), а обозримость модели - максимальной, так чтобы трудоемкость работы с моделью не отвлекала внимание от сущности исследуемых явлений. Как правило, описывающие подобные модели параметры - функциональные, а также физические характеристики материалов.
Работа с моделями принципа действия позволяет определить перспективные направления разработки (механика, электротехника и т. п.) и требования к возможным материалам (твердые или жидкие, металлические или неметаллические, магнитные или немагнитные и т. д.).
Графическим представлением этих моделей служат блок-схемы. Они отражают порядок действий, направленных на достижение заданных целей (функциональная схема), либо процесс преобразования вещества, как материальной основы системы, посредством определенных энергетических воздействий с целью реализации потребных функций (функционально-физическая схема). На схеме виды и направления воздействия изображаются стрелками, а объекты воздействия - прямоугольниками.
Четкого определения структурной модели не существует. Обычно под ней подразумевают упрощенное графическое изображение системы, дающее общее представление о форме, расположении и числе наиболее важных ее частей и их взаимных связях. Степень упрощения может быть различной и зависит от полноты исходных данных об исследуемой системе и потребной точности результатов. На практике виды структурных схем могут варьироваться от несложных небольших схем (минимальное число частей, простота форм их поверхностей) до близких к чертежу изображений (высокая степень подробности описания, сложность используемых форм поверхностей).
Для удобства восприятия на структурных схемах в символьном (буквенном, условными знаками) виде указываются параметры, характеризующие свойства отображаемых систем. Исследование схемы позволяет установить соотношения (функциональные, геометрические и т. п.) между этими параметрами, т. е. представить их взаимосвязь в виде равенств и неравенств или в иных выражениях.
Под параметрической моделью понимается математическая модель, позволяющая установить количественную связь между функциональными, объектными и/или вспомогательными параметрами. Графической интерпретацией такой модели служит чертеж системы или ее частей с указанием численных значений параметров.
Возможно изображение структурной схемы в масштабе. Такую модель относят к структурно-параметрическим. Ее примером служит кинематическая схема механизма, на которой размеры упрощенно изображенных звеньев (длины линий-стержней, радиусы колес-окружностей и т. д.) нанесены в масштабе, что позволяет дать численную оценку некоторым исследуемым характеристикам.
|
|
Параметры модели подразделяются на входные, внутренние и выходные.
Входные (внешние) параметры отражают внешние требования к системе, их значения или характер изменения с той или иной точностью известны. Часть этих параметров, существенно влияющих на состояние и характеристики системы, называют управляющими.
Внутренние параметры характеризуют состояние и свойства самой системы. Их значения вначале неизвестны и определяются в процессе исследований модели.
Часть входных и рассчитанных внутренних параметров системы может использоваться в качестве исходных данных для модели другой, взаимосвязанной, системы. Такие параметры называются выходными для рассмотренной системы и входными - для вновь рассматриваемой.
Так, для лифта, входными параметрами будут, например, высота подъема и масса груза, срок службы (они задаются, приходят извне), а внутренними - диаметр и материал троса (они определяются, характеризуют систему и заранее неизвестны). Выходными параметрами будут размеры кабины лифта (являются входными при проектировании шахты лифта).
Раздел II.
Моделирование работы несущих конструкций мостов и тоннелей с использованием универсальных и проблемно-ориентированных программных комплексов.
Введение.
Все автоматизированные системы проектирования (САПР) должны, по Российским законам, соответствовать следующим требованиям стандартов:
Стандарт.08 - 80 классифицирует все САПР по ряду признаков:
1) По типу объекта проектирования. (САПР изделий машиностроения и приборостроения; САПР объектов строительства).
2) Разновидность объекта проектирования.
3) Сложность объекта проектирования.{<102-простые,(102-103)-средней сложн,(103-104)-сложн,(104-106)- очень сложн,>106-сверх сложн}.
4) Уровень автоматизации проектирования (меньше 25%- низкий, 25-50%-средний, больше 50%-высокий).
|
|
5) Комплексность автоматизации проектирования (одно- многоэтапные и комплексные (интегрированные)).
6) Характер проектных документов (текстовые, графические или совокупность).
7) Кол-во выпускаемых проектных документов(<105 док в год в формате A4- малая производительность,(105-106)-средняя пр-ть,>106-высокая пр-ть).
ГОСТ.21-81 устанавливает виды документов их комплектность по стадиям создания САПР.
Стадии создания не отличаются от стадий разработки технических объектов. Существенное отличие заключается только в разработке плана мероприятий по вводу САПР в действие (задание на строительные работы, санитарно-технические и т.д.).
При синтезе структуры САПР выделяют следующие этапы системного уровня:
1) Сбор данных о содержании и объёмах проектных работ (классы проектируемых объектов, размерность проектных задач). Результатом выполнения 1-ого этапа является ТЭО целесообразности создания САПР.
2) Построение маршрутов проектирования.
3) Установление зависимости между характеристиками моделей проектируемых объектов и требуемыми вычислительными ресурсами.
4) Определение структуры ТО САПР (САПР на отдельном АРМ, на базе ЛВС, 1 или много- уровневых САПР).
5) Выбор таковых ПМК, формулирование заданий на их формирование и адаптацию (использующиеся каталоги, программных средств имеющихся в фондах данной отрасли).
6) Выбор конкретной структуры и методов доступа ЛВС.
7) Составление моделей имитирующих функциональность САПР. По результатам полученным на предыдущих этапах формируется модель САПР как системы массового обслуживания. Моделирование позволяет выявить узкие места в маршрутах проектирования, определить загрузку узлов ЛВС, оценить проект САПР в целом.
8) Технико-экономический анализ проекта САПР. Оформление требуемой по ГОСТ 23501-81 документации, согласование сроков разработки и внедрения отдельных подсистем.
На сегодня САПР рассматривается как один из компонентов цепочки: