Модель – это заменитель реального объекта в тех свойствах и отношениях, которые требуются для решения практических задач. Соответственно моделирование рассматривается как метод опосредованного познания, в котором объект-модель находится в некотором неполном соответствии с объектом-оригиналом. Модель адекватна оригиналу, если она верно отражает интересующие человека свойства оригинала. Понятия «модель адекватна объекту» и «модель идентична объекту» принципиально отличаются, так как понятие «модель идентична объекту» означает полное совпадение объекта и модели.

Моделирование взаимосвязано с информацией. Информация понимается как содержание воздействий, значения их параметров, изменения этих параметров в пространстве и во времени, взятые в отрыве от физического носителя информации и от его энергетических свойств. Овладение информацией, её преобразование, хранение и отображение невозможно без моделирования. Моделирование понимается как отображение информации в некоторой материальной среде: в человеческом мозге, на запоминающих устройствах ЭВМ, на экране дисплея или на листе бумаги.

Материальное единство мира, проявляется, в частности в подобии (аналогии) разноплановых явлений и процессов. Аналогия – это сходство нескольких объектов в определённых отношениях на основании установленного сходства их в других отношениях. Соотношение оригинала и модели также определяется свойством аналогии, то есть сходством нетождественных объектов в некоторых качествах и отношениях. На основании аналогии строится теория подобия, позволяющая по установленным свойствам одного объекта судить о больших группах объектов, подобных первому объекту. Более подробная информация о взаимосвязи теории подобия и моделирования содержится в фундаментальном труде профессора В. А. Веникова.

Моделируемую техническую систему, в частности ЭМС, удобно представлять в виде совокупности однородных физических подсистем: механических, электрических, тепловых, гидравлических и др. Как правило, для описания состояния каждой такой подсистемы достаточно использовать фазовые переменные видов потенциала и потока. При этом компонентные уравнения связывают разнородные фазовые переменные, относящиеся к одному элементу, а топологические уравнения – однотипные фазовые переменные, относящиеся к разным элементам системы. В физически однородных подсистемах различают элементы емкостного, индуктивного и резистивного видов. Соответствующие этим элементам математические модели имеют следующий вид:
i = C×du/dt; u = L×di/dt; u = R×i,
где C, L , R – параметры элементов.

Элементы подсистем в зависимости от числа однотипных фазовых переменных, входящих в модели элементов, подразделяются:
• на двухполюсники, характеризующиеся парой переменных видов u и i , взаимосвязь между которыми бывает линейной или нелинейной;
• и многополюсники, представляющие собой объединение взаимосвязанных двухполюсников.

Наименования фазовых переменных и параметров простых элементов для различных физических подсистем, характеризующие аналогию между ними, приведены в табл. 1.
Таблица 1. Соотношения аналогии фазовых переменных и параметров элементов

Существуют абстрактные и физические модели. Абстрактные модели могут быть представлены в математической, графической и текстовой формах. В качестве физических моделей могут выступать макетные, экспериментальные или опытные образцы объекта.

К настоящему времени накоплен значительный опыт применения ЭВМ для проектирования разнообразных ЭМУС. На основе анализа этого опыта условно выделены 3 основных способа выполнения проектных работ и соответственно 3 основных вида проектирования.

1) Неавтоматизированное проектирование, когда все проектные действия выполняются человеком. В настоящее время в чистом виде практически не применяется.

2) Автоматическое проектирование, когда все проектные действия ведутся ЭВМ по составленной человеком программе, но без участия человека. В настоящее время применяется для решения частных формализуемых задач.

3) Автоматизированное проектирование, когда проектные действия выполняются при взаимодействии человека и ЭВМ. Это наиболее общий и продуктивный способ.

Одновременно можно выделить 3 основных направления развития проектных работ, которые различаются уровнем и широтой использования возможностей ЭВМ при решении проектных задач.

1-е направление характеризуется автоматическим решением отдельных трудоёмких расчётных задач, которые поддаются полной формализации, а поэтому не требуют участия человека в процессе решения. Проектировщик только:
• готовит входные данные для решения задачи;
• вводит их в ЭВМ;
• анализирует полученные результаты.

В качестве примера можно привести автоматизацию различного рода поверочных расчётов ЭМУС, которая позволила во много раз сократить время расчётов при повышении достоверности и точности получаемых результатов. В данном случае используются только способности ЭВМ с недоступной для человека скоростью производить вычисления.

2-е направление отличает выполнение автоматических оптимизационных расчётов ЭМУС. При этом соответствующие программы для ЭВМ строятся на алгоритмах получения однозначного решения, также не предполагающих непосредственного участия проектировщика в процессе его получения. Как правило, реализуется один из методов математического программирования или их комбинация. Такое применение ЭВМ уже не только освобождает проектировщика от части трудоёмкой и утомительной расчётной работы, но и позволяет получать в некотором отношении лучшие варианты проекта. Здесь используются не только вычислительные, но и логические способности ЭВМ, так как при определении лучшего варианта необходимо сравнивать полученные результаты и выбирать то, что нужно по условиям задачи.

3-е направление применения ЭВМ в проектировании ЭМУС связано с созданием комплексных систем автоматизированного проектирования (САПР) и сформировалось, когда была поставлена задача коренного совершенствования методов и средств проектно-конструкторских работ.

Широкое применение получила так называемая «безбумажная» технология проектирования. Типовым примером является использование станков с числовым программным управлением (ЧПУ), когда документы заменяются программами для станков с ЧПУ.

Комментарии запрещены.