Раздел 1. О моделях и моделировании в науке и технике

Параметрическая оптимизация. Для параметрической опти­

мизации в машиностроении давно и успешно используются ме­

тоды линейного и нелинейного математического программирования

[43]. Они хорошо формализуются при реализации в виде про­

граммного обеспечения автоматизированных систем. Напри­

мер, целый спектр методов оптимизации реализован в одной из

самых известных систем инженерного анализа NASTRAN (MSC

corporation) [142].

Задачи структурного синтеза и оптимизации формализуются

значительно хуже, чем параметрические. Как правило, структур­

ная оптимизация требует творческого участия человека и произ­

водится в интерактивном режиме.

1.4. Содержание основных этапов

компьютерного моделирования

Выполнение практически всех проектных операций и проце­

дур в автоматизированных системах проектирования и техноло­

гической подготовки производства основано на оперировании

с реализованными на компьютере математическими моделями

различного типа. С помощью одних моделей прогнозируются

характеристики и оцениваются возможности предложенных ва­

риантов схем и структур, с помощью других проводится опти­

мизация параметров, специальные модели необходимы для

автоматизации разработки технической документации и т.д.

На современном уровне развития САПР для каждого иерархи­

ческого уровня сформулированы основные положения матема­

тического моделирования, выбран и развит соответствующий

математический аппарат, получены типовые модели элементов

проектируемых объектов, формализованы методы получения

и анализа математических моделей систем [23, 32, 38, 41, 56].

Следует отметить, что сложность реальных практических за­

дач в технике и противоречивость требований высокой точности,

полноты и малой трудоемкости анализа обусловливают целесоо­

бразность компромиссного удовлетворения этих требований

с помощью соответствующего выбора моделей. В итоге создает-

32

1 4. Содержание основных этапов компьютерного моделирования

ся и используется весьма представительный комплекс моделей

или, как говорят, комплексная модель изделия. Математическое

моделирование на определенных этапах исследования может

сочетаться даже с материальным моделированием. Например,

исследование динамики транспортного средства или режимов

работы технологического оборудования часто производится на

комплексе из математической модели объекта, воспроизводи­

мой на аналоговой или цифровой ЭВМ, и материального макета

реальной аппаратуры управления.

В общем случае, последовательность процесса компьютерно­

го моделирования принято подразделять на следующие основ­

ные этапы.

1. Постановка задачи. Компьютерное моделирование требует

абстрагирования от конкретной природы объектов и явлений,

выделения существенных и несущественных сторон модели­

руемого объекта. Абстрагирование обязательно ведется с учетом

цели моделирования.

Например, при разработке геометрических моделей в маши­

ностроении часто пренебрегают фактурой поверхности и неко­

торыми деталями. Так, резьба на крепежных нормалях не моде­

лируется, а показывается условно.

2. Построение концептуальной модем. Сначала качественной,

а затем и количественной. Например, для создания адекватной

математической модели инженеру совершенно необходимо сна­

чала тщательно изучить и описать принципы действия машины

или технологического процесса, выделить важнейшие входные

и выходные параметры.

3. Формализация, то есть переход к математической модели.

На первых шагах развития компьютерных технологий неиз­

бежным этапом моделирования было создание алгоритма и на­

писание программы. В те времена любой инженер, работающий

с ЭВМ, автоматически считался (и, чаще всего, был) программи­

стом. В настоящее время уникальные программы пишутся ин­

дивидуально только для научных исследований, а в инженерном

Деле преобладают готовые пакеты программ или универсальные

Интерактивные автоматизированные системы.

Но это не значит, что инженер не должен хорошо разбираться

в программном и математическом обеспечении. Чтобы правильно

33