Автор: Туляганов Зохиджон Якубджанович

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №8 (112) апрель-2 2016 г.

Дата публикации: 20.04.2016

Статья просмотрена: 45 раз

Библиографическое описание:

Туляганов З. Я. Модельная поддержка натурных испытаний технологических процессов // Молодой ученый. — 2016. — №8. — С. 319-321.



Технологические процессы промышленных производств в соответствии с требованиями наблюдаемости обслуживаются информационными системами контроля, управления, исследования, диагностики, проектирования и испытания технических средств. Улучшение наблюдаемости методами прямых и косвенных измерений в сочетании с методами автоматизированного проектирования и способами интерпретации наблюдений обеспечивают информационную основу для достижения нового качества функционирования технологических объектов промышленных производств.

Сложность современных технических систем и комплексов, средств обеспечивающих экспериментальную отработку объектов, организационной структуры экспериментов и связанные с этим трудности перестройки экспериментов в процессе их реализации делают необходимым проведение ряда мероприятий по повышению эффективности этого этапа создания аппаратуры.

Один из путей решения этой задачи — широкое привлечение методов моделирования к натурным экспериментам с целью получения в ограниченное время результатов из минимального объема экспериментальных данных [1].

На рис. 1 приведена качественная зависимость относительных показателей трудоемкости (Т) натурных испытаний (график 1), моделирования процессов испытаний (график 3) и натурных экспериментов с модельной поддержкой (график 2) от относительной сложности (S) объекта испытаний. Можно отметить, что модельная поддержка позволяет в 1,5–2 раза уменьшить трудоемкость натурных экспериментов [2].

Поэтому в натурных испытаниях приходится создавать некоторую имитационную обстановку. В этих случаях полнота и достоверность получаемого экспериментального материала могут быть гарантированы при привлечении к исследованиям организационную схему экспериментальных исследований, которые в общем случае должны проводиться в следующем порядке:

– разработка модели систем натурного эксперимента;

– составление программ и проведение моделирования для отработки плана экспериментов и их оптимизации;

– натурный эксперимент в имитационной обстановке;

– уточнение на основе экспериментальных данных разработанной модели и программ моделирования;

– модельная поддержка для увеличения объема статистических данных и прогнозирования результатов натурных испытаний;

– разработка модели системы натурного эксперимента и составление программ моделирования с учетом реальных условий функционирования объекта;

– разработка методов переноса результатов, получаемых в процессе моделирования, на реальные условия функционирования объекта;

– оценка эффективности функционирования объекта в реальных условиях.

Вне зависимости от вида моделирования и помимо работ, связанных с постановкой задачи, выбором критериев оценки и методов оптимизации, реализации моделей в виде программ или схем моделирования, их отладки и собственно моделирования, важнейшей задачей является разработка моделей, объективно отражающих процессы, подлежащие изучению.

Рис. 1. Относительные показатели трудоемкости натурных испытаний

Таким образом, применение методов моделирования зачастую позволяет существенно сократить материальные затраты и сократить сроки натурных испытаний. При этом имеется возможность изучать свойства исследуемого объекта в широкой области изменения условий работы, что достигается вариацией параметров модели [3].

Однако всякая модель отражает динамику работы реальной системы приближенно, с некоторыми допущениями. Поэтому оценки характеристик системы, рассчитанные только с использованием результатов моделирования, даже при бесконечном числе модельных экспериментов будут смещенными. В общем случае величина этого смещения будет зависеть как от качества априорных сведений о структуре и параметрах реального объекта, так и от объема натурных испытаний.

В зависимости от того, какие сведения преобладают в описании моделируемой системы, различают модели функционирующих и проектируемых систем. Применительно к системам натурных испытаний мало изучен вопрос разработки моделей проектируемых систем, т. е. когда известны предполагаемая структура системы и данные о функционировании ее отдельных элементов, но отсутствуют данные о функционировании системы в целом.

Имеется ряд трудностей, возникающих при создании систем натурного эксперимента, поскольку при этом приходится использовать количественные оценки в условиях информационной недостаточности, оценки эффективности и оптимизации при избыточности определяющих факторов, анализировать результаты с учетом работы коллектива экспериментаторов. Эти трудности проявляются на всех направлениях исследований (анализ способов построения и использования моделей, определение необходимых характеристик используемых устройств, оценка характеристик выполнения операции, выбор и оценка показателей функционирования).

Методы моделирования, используемые для проведения такого рода исследований, должны постоянно совершенствоваться в связи с возрастающими требованиями к точности и оперативности выполнения анализа.

Применительно к натурным испытаниям при моделировании возникает необходимость более полной имитации внешней обстановки, создания комплекса программных и технических средств с учетом эргономических требований, решения задач автоматической разработки и отладки программ вычислительной системы.

Повышение эффективности исследований связано не только с совершенствованием процессов моделирования и натурных испытаний, но и с правильным их сочетанием. Основой этого является сближение принципов имитации внешней обстановки, объекта управления и основных систем.

При таком подходе вопрос о проведении эксперимента в лабораторных или реальных условиях решают, исходя из экономических ограничений с учетом возможностей экспериментальной базы. Предельным случаем является отработка систем, функционирующих в условиях, которые невозможно имитировать в лабораторных условиях.

Повышение эффективности процесса моделирования систем натурного эксперимента связано как с увеличением числа учитываемых факторов, так и с расширением круга решаемых задач за счет внедрения современных методов построения моделирующих алгоритмов, планирования экспериментов для оценки и оптимизации показателей, синтеза структуры и прогнозирования характеристик за счет внедрения более совершенных аппаратных и программных средств сопряжения моделирующих комплексов с вычислительной техникой [4].

Решение задачи совершенствования процесса натурных испытаний во многом зависит от возможностей технической базы, мощность которой ориентировочно может быть оценена из выражения:

,

где n — число решаемых задач; m — число вариантов в задаче; — число учитываемых факторов при решении j-го варианта в i-ой задаче.

Производительность технической базы может быть определена отношением располагаемой мощности E к мощности E1 технической базы, обеспечивающей проведение полного объема исследований (с максимальным числом решаемых задач и учитываемых факторов):

где .

Модельная поддержка натурных испытаний позволяет решать задачи, которые не решаются традиционными методами. При испытаниях сложных технических систем, несущих значительный объем разнотипной информации, моделирование позволяет скомплексировать реальную аппаратуру, произвести ее сопряжение и совместную отладку в условиях, близких к реальным, обеспечить функционирование моделей, отражающих отдельные этапы испытаний, реализовать натурную обстановку.

Моделирование систем натурных испытаний можно условно разделить на модельное обеспечение отдельных экспериментов и натурных испытаний в целом. Задачи первого вида моделирования — проверка корректности задания на проведение эксперимента, формирование прототипа эксперимента, тренировка экспериментаторов, отработка синхронной работы технических средств, прогноз результатов и т. д. В том случае моделирование является инструментом для анализа возможных отказов, определения характеристик исследуемого объекта с учетом результатов эксперимента, корректировки и проверки адекватности модели реальному процессу и т. п.

Модельная поддержка натурных экспериментов в целом — определение статистических характеристик объекта, которые не могут быть выявлены по результатам натурных работ (функционирование в критических ситуациях), а также статистических характеристик натурно-модельных оценок. Естественно, что последнюю задачу можно решить лишь с помощью так называемого натурно-модельного эксперимента, который представляет собой спланированный и скоординированный в методическом, техническом и организационном отношениях процесс, объединяющий результаты натурных испытаний и моделирования. Такой способ проведения предполагает их органическое сочетание в реальном масштабе времени.

Литература:

  1. Алексеев Е. Р. SciLab: Решение инженерных и математических задач / Е. Р. Алексеев, О. В. Чеснокова, Е. А. Рудченко. — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2008. — 260 с.
  2. Алямовский А. А. SolidWorks. Компьютерное моделирование в инженерной практике / [А. А. Алямовский, А. А. Собачкин, Е. В. Одинцов и др.]. — СПб.: БХВ-Петербург, 2005. — 800 с.
  3. Бабич М. Д. Вычислительный эксперимент в проблеме оптимизации вычислений. I / М. Д. Бабич, В. К. Задирака, И. В. Сергиенко // Кибернетика и системный анализ. — 1999. — № 1. — С. 51–63.
  4. А. Ф. Верлань, Б. Б. Абдусатаров, А. А. Игнатченко, Н. А. Максимович. Методы и устройства интерпретации экспериментальных зависимостей при исследовании и контроле энергетических процессов / —К.: Наукова думка, 1993. — 208 с.
Основные термины (генерируются автоматически): натурных испытаний, Модельная поддержка натурных, натурных экспериментов, поддержка натурных испытаний, натурного эксперимента, систем натурного эксперимента, натурных испытаний технологических, результатов натурных испытаний, объема натурных испытаний, трудоемкость натурных экспериментов, трудоемкости натурных испытаний, сроки натурных испытаний, системам натурных испытаний, систем натурных испытаний, процесса натурных испытаний, поддержка натурных экспериментов, результаты натурных испытаний, натурных испытаниях, результатам натурных работ, функционирования объекта.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос