Раздел 1. О моделях и моделировании в науке и технике
ранее натурных испытаний новых самолетов, заменив физиче
ское разрушение планера, предусмотренное регламентом испы
таний самолета, модельным экспериментом на его подробной
конечноэлементной модели. В частности, в 2006 году с помо
щью комплексной компьютерной системы удалось полностью
смоделировать весь производственный процесс сборки новей
шего авиалайнера В-787 «Dreamliner», состоящего из сотен ты
сяч деталей и узлов. Компьютерное моделирование позволило
виртуально провести основные этапы изготовления деталей
и сборки агрегатов и тем самым сократить на 20% расходы на
освоение производства и преодоление тех неизбежных трудно
стей, которые встречаются при разработке новой инновацион
ной техники [94].
1.3.2. Молелирование и оптимизация в технике
Для промышленного производства любого устройства или
машины обязательно разрабатывается проект, представляю
щий собой информационно полную, выраженную на установ
ленном стандартом техническом языке, модель. Внедрение
методов и средств компьютерного моделирования в проекти
рование позволило существенно повысить ценность проектов,
так как компьютерные модели допускают не только фиксацию
технических решений, но и исследование зависимости харак
теристик от параметров модели, позволяющие оптимизировать
проектные решения. Оптимизация моделей — принципиаль
ное достижение, которое принесло с собой компьютерное мо
делирование в проектирование изделий и процессов в машино
строении [10, 64].
В проектно-конструкторских задачах, связанных с синтезом
новых технических решений, только появление и развитие ком
пьютерного моделирования позволило реализовать на практике
поисковые методы оптимизации. Оптимизация, считавшаяся
ранее уделом чистой науки, в настоящее время является неот
делимой составляющей современной концепции автоматизиро
ванного проектирования [32, 38, 97, 142].
Цели и задачи компьютерного моделирования в технике, как
правило, связываются с проектированием и внедрением инно-
30
1.3. Моделирование в технике
ваиий- При проектировании изделий и процессов в машино
строении всегда ставится задача отыскания наилучших, эффек
тивных, экономичных, то есть оптимальных проектов. При этом
компьютерное моделирование имеет в технике две четко разли
чимые задачи [3]:
1 — создание (синтез) моделей объектов и систем для даль
нейшей их практической реализации или подготовки производ
ства изделий в промышленности;
2 — анализ свойств объектов и систем на основе исследования
их моделей, которые используются для выявления значений па
раметров проектируемых объектов систем и поддержки процес
сов принятия инженерных решений.
В процессе синтеза моделей, в свою очередь, можно выделить
две подзадачи, отличающиеся способами их постановки реше
ния:
1 - отыскание оптимальной структуры проектируемых си
стем (структурный синтез, или структурная оптимизация);
2 — выбор наилучших значений параметров элементов систем
(параметрический синтез, или параметрическая оптимизация).
Структурная оптимизация. Одним из важнейших факторов,
определяющих эффективность сложной технической системы,
является ее структура, характеризующая состав и взаимосвязь
элементов этой системы. Структурный синтез всегда предше
ствует выбору параметров изделий.
При структурном моделировании достаточно часто исполь
зуется математический аппарат теории множеств и теории гра
фов. Однако этот, уже традиционный, математический аппарат
не имеет развитых средств описания разнородных и разнообраз
ных свойств объектов, моделируемых элементами множества
или вершинами и ребрами графа, что затрудняет практическое
применение данного аппарата при моделировании [41]. Для мо
делирования структур сложных систем разработан специальный
аппарат структурно-функционального моделирования [66, 92], при
котором моделями являются графо-аналитические схемы (блок-
схемы), дополненные специальными правилами их объединения
и преобразования. По своей сути блок-схемы являются сформа-
лизованными на уровне правил и стандартов специализирован
ными знаками.
31 