Моделирование в технике. Компьютерное моделирование

Июль 31, 2022

Главная
Информатика
Моделирование в технике. Компьютерное моделирование

Содержание

2. Моделирование зарождается в античную эпоху одновременно с возникновением научного познания. Прежде всего, развивается материальное моделирование проектируемых
3. Моделирование в технике Моделирование - исследование реальных объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей
4. Компьютерное моделирование Компьютерная модель - являющаяся одновременно и средством, и объектом экспериментального исследования, заменяющим изучаемый объект.
5. Компьютерное моделирование Под компьютерной моделью технического объекта понимается любая из перечисленных выше видов абстрактных моделей, созданную
6. Моделирование и оптимизация в технике Компьютерные модели допускают не только фиксацию технических решений, но и исследование
7. Задачи компьютерного моделирования создание (синтез) моделей объектов и систем для дальнейшей их практической реализации или подготовки
8. Подзадачи синтеза отыскание оптимальной структуры проектируемых систем (структурный синтез, или структурная оптимизация); выбор наилучших значений параметров
9. Этапы компьютерного моделирования 1. Постановка задачи. 2. Построение концептуальной модели 3. Формализация 4. Планирование и проведение
10. Постановка задачи Компьютерное моделирование требует абстрагирования от конкретной природы объектов и явлений, выделения существенных и несущественных
11. Построение концептуальной модели Сначала качественной, а затем и количественной. Например, для создания адекватной математической модели инженеру
12. Формализация, то есть переход к математической модели На первых шагах развития компьютерных технологий неизбежным этапом моделирования
13. Планирование и проведение компьютерных экспериментов Планирование и проведение компьютерных экспериментов или последовательное создание и отладка структурной
14. Анализ и интерпретация результатов Анализ и интерпретация результатов самый ответственный этап моделирования. Не столь сложно создать
15. Уточнение модели и (или) оптимизация. Целью оптимизации является определение наилучших структуры и (или) параметров изделий и
16. Преимущества компьютерного моделирования Большинство из сложных реальных технических объектов и систем не могут быть точно описаны
17. Недостатки компьютерного моделирования Существует погрешность моделирования – поэтому адекватность модели нужно проверять с помощью аналитической модели
18. Препятствия достижению положительных результатов неправильное понимание целей моделирования; нечеткая или неточная постановка задач моделирования и отсутствие
20. Скачать презентацию

Слайд 2

Моделирование зарождается в античную эпоху одновременно с возникновением научного познания.

Прежде всего, развивается материальное моделирование проектируемых сооружений и изделий. В работах средневековых ученых, например, Галилео Галилея и Леонардо да Винчи, уже достаточно широко используются теоретические модели, хотя и не называются таковыми. Исаак Ньютон пользуется методом моделирования уже вполне осознанно, а с XIX века трудно назвать область науки или её приложений, где терминология и методы моделирования.
Еще в 1870 году английское Адмиралтейство спустило на воду новый броненосец «Кэптен». Корабль вышел в море и перевернулся. Погиб корабль, погибли более 500 человек. Это было неожиданно для всех. Для всех, кроме одного человека. Им был английский ученый-кораблестроитель Эдвард Рид, который предварительно провел исследования на модели броненосца и установил, что корабль опрокинется даже при небольшом волнении. Но ученому, проделавшему какие-то «несерьезные» опыты и «игрушкой», не поверили, и случилось непоправимое.

Слайд 3

Моделирование в технике
Моделирование - исследование реальных объектов познания на их

моделях; построение и изучение моделей предметов и явлений (живых и неживых систем, инженерных конструкций, разнообразных процессов — физических, химических, биологических, социальных) и конструируемых объектов (для определения, уточнения их характеристик, рационализации способов их построения и т.п.) //БЭС
Моделирование можно трактовать не только как один из основных методов познания реального мира, но и процесс созидания новых материальных и абстрактных объектов этого мира, а значит, и его изменения, создания новой искусственной среды существования человека.

Слайд 4

Компьютерное моделирование
Компьютерная модель - являющаяся одновременно и средством, и объектом

экспериментального исследования, заменяющим изучаемый объект.
Компьютерное моделирование позволяет изучать такие объекты, прямой эксперимент над которыми затруднён, экономически невыгоден либо вообще невозможен в силу тех или иных причин.

Слайд 5

Компьютерное моделирование
Под компьютерной моделью технического объекта понимается любая из перечисленных

выше видов абстрактных моделей, созданную и используемую при помощи компьютерных технологий.
Компьютерное моделирование на цифровых вычислительных машинах является знаковым по форме, и может быть самым разнообразным по своему содержанию в зависимости от типа реализуемой модели.

Слайд 6

Моделирование и оптимизация в технике
Компьютерные модели допускают не только фиксацию технических

решений, но и исследование зависимости характеристик от параметров модели, позволяющие оптимизировать проектные решения.

Слайд 7

Задачи компьютерного моделирования
создание (синтез) моделей объектов и систем для дальнейшей их

практической реализации или подготовки производства изделий в промышленности;
анализ свойств объектов и систем на основе исследования их моделей, которые используются для выявления значений параметров проектируемых объектов систем и поддержки процессов принятия инженерных решений.

Слайд 8

Подзадачи синтеза
отыскание оптимальной структуры проектируемых систем (структурный синтез, или структурная

оптимизация);
выбор наилучших значений параметров элементов систем (параметрический синтез, или параметрическая оптимизация)

Слайд 9

Этапы компьютерного моделирования
1. Постановка задачи.
2. Построение концептуальной модели
3. Формализация
4. Планирование и

проведение компьютерных экспериментов
5. Анализ и интерпретация результатов
6. Уточнение модели и (или) оптимизация

Слайд 10

Постановка задачи
Компьютерное моделирование требует абстрагирования от конкретной природы объектов и

явлений, выделения существенных и несущественных сторон моделируемого объекта. Абстрагирование обязательно ведется с учетом цели моделирования.
Например, при разработке геометрических моделей в машиностроении часто пренебрегают фактурой поверхности и некоторыми деталями. Так, резьба на крепежных нормалях не моделируется, а показывается условно.

Слайд 11

Построение концептуальной модели
Сначала качественной, а затем и количественной. Например, для

создания адекватной математической модели инженеру совершенно необходимо сначала тщательно изучить и описать принципы действия машины или технологического процесса, выделить важнейшие входные и выходные параметры.

Слайд 12

Формализация, то есть переход к математической модели
На первых шагах развития

компьютерных технологий неизбежным этапом моделирования было создание алгоритма и написание программы. В те времена любой инженер, работающий с ЭВМ, автоматически считался программистом.
В настоящее время уникальные программы пишутся индивидуально только для научных исследований, а в инженерном деле преобладают готовые пакеты программ или универсальные интерактивные автоматизированные системы.
Чтобы правильно выбрать готовую компьютерную программу и правильно работать с ней, надо хорошо понимать используемый математический аппарат и представлять алгоритмы действия программ.

Слайд 13

Планирование и проведение компьютерных экспериментов
Планирование и проведение компьютерных экспериментов или

последовательное создание и отладка структурной модели в интерактивной автоматизированной системе.
Вычисления и визуализация, даже на современных скоростных компьютерах, могут длиться продолжительное время. Например, в методе конечных элементов или при моделировании технологических процессов сначала составляется план расчета (командный файл), а затем производится запуск вычислений в пакетном режиме.

Слайд 14

Анализ и интерпретация результатов
Анализ и интерпретация результатов самый ответственный этап

моделирования. Не столь сложно создать модель, сколько правильно интерпретировать результаты и доказать их точность и адекватность.
Часто в ответ на вопросы о точности, адекватности и качественной оценке результатов моделирования можно слышать ответ: «Так посчитала машина», что свидетельствует о крайне низкой квалификации такого «специалиста» и неумении самостоятельно выполнить этот важнейший этап моделирования.
Адекватность модели устанавливается проверкой для нее основных законов предметной области, типа законов сохранения, и сопоставлением результатов моделирования частных вариантов с известными для этих вариантов аналитическими ил и тестовыми решениями.

Слайд 15

Уточнение модели и (или) оптимизация.
Целью оптимизации является определение наилучших структуры

и (или) параметров изделий и процессов. В этом случае задача автоматизированного проектирования обычно ставится в терминах математического программирования (выбирается функция цели, назначаются проектные переменные, устанавливаются ограничения) и решается как задача отыскания экстремального значения выбранной целевой функции. Обычно добиваются минимизации функции цели. Например, снижения массы, расхода материала, времени обработки. Универсальной целевой функцией является стоимость, хотя расчет ее для многих случаев моделирования весьма затруднен.

Слайд 16

Преимущества компьютерного моделирования
Большинство из сложных реальных технических объектов и систем

не могут быть точно описаны с помощью аналитических формул и соотношений, поэтому компьютерное моделирование становится единственно возможным методом их проектирования.
Моделирование позволяет вычислить точные параметры изделия (массу, площадь, объем и т.д.), оценить эксплуатационные показатели проектируемой системы еще до ее создания или материальной реализации.
Путем моделирования можно сравнивать предлагаемые альтернативные варианты проектов системы (или альтернативные стратегии процессов), чтобы определить, какой из них больше соответствует указанным требованиям.
Моделирование позволяет изучить длительный интервал функционирования системы (скажем, экономической) в сжатые сроки или, наоборот, изучить более подробно работу системы в развернутый интервал времени.
Компьютерное моделирование позволяет сократить затраты и трудоемкость исследований и разработок, по сравнению с использованием материальных образцов и реальных технических систем.

Слайд 17

Недостатки компьютерного моделирования
Существует погрешность моделирования – поэтому адекватность модели нужно

проверять с помощью аналитической модели
Количество данных или убедительность анимации не являются критериями адекватности модели
По возможности использовать альтернативные методы

Слайд 18

Препятствия достижению положительных результатов
неправильное понимание целей моделирования;
нечеткая или неточная постановка

задач моделирования и отсутствие плана работ;
неполные или несогласованные с руководителем и остальными участникам проекта исходные данные;
недостаточный уровень проработки существенных элементов и частей модели;
формальный подход к моделированию как к простому упражнению в освоении программного обеспечения;
отсутствие в команде, работающей над моделью, специалистов со знанием предметной области и методологии моделирования;
недостаточные знания математических методов моделирования и оптимизации;
неподходящее программное обеспечение, выбранное для моделирования;
использование неверных критериев оценки итогов работы

Моделирование в технике. Компьютерное моделирование

Содержание

Моделирование зарождается в античную эпоху одновременно с возникновением научного познания.

Моделирование в технике Моделирование - исследование реальных объектов познания на их

Компьютерное моделирование Компьютерная модель - являющаяся одновременно и средством, и объектом

Компьютерное моделирование Под компьютерной моделью технического объекта понимается любая из перечисленных

Моделирование и оптимизация в техникеКомпьютерные модели допускают не только фиксацию технических

Задачи компьютерного моделированиясоздание (синтез) моделей объектов и систем для дальнейшей их

Подзадачи синтеза отыскание оптимальной структуры проектируемых систем (структурный синтез, или структурная

Этапы компьютерного моделирования1. Постановка задачи.2. Построение концептуальной модели3. Формализация4. Планирование и

Постановка задачи Компьютерное моделирование требует абстрагирования от конкретной природы объектов и

Построение концептуальной модели Сначала качественной, а затем и количественной. Например, для

Формализация, то есть переход к математической модели На первых шагах развития

Планирование и проведение компьютерных экспериментов Планирование и проведение компьютерных экспериментов или

Анализ и интерпретация результатов Анализ и интерпретация результатов самый ответственный этап

Уточнение модели и (или) оптимизация. Целью оптимизации является определение наилучших структуры

Преимущества компьютерного моделирования Большинство из сложных реальных технических объектов и систем

Недостатки компьютерного моделирования Существует погрешность моделирования – поэтому адекватность модели нужно

Препятствия достижению положительных результатовнеправильное понимание целей моделирования; нечеткая или неточная постановка

Похожие презентации