3.1.2. Рівні моделювання

Останнім часом при аналізі та синтезі складних технічних сис­тем отримав розвиток системний підхід як складова теорії систем, що відрізняється від класичного (індуктивного) підходу. Відповідно до останнього технічна система розглядається з позицій переходу від часткового до загального і синтезує (конструює) систему шляхом злиття її елементів, що розробляються незалежно один від одного. Системний підхід передбачає послідовний перехід від загального до часткового, коли в основі розгляду лежить мета, причому об'єкт дослідження виділяється з навколишнього середовища й представ­ляється у вигляді системи, яка з ним взаємодіє.

Системний підхід дає можливість розв'язати проблему побудо­ви складної технічної системи з урахуванням всіх факторів і можли­востей, що пропорційні їх значимості, на всіх етапах дослідження системи та побудови її моделі. Системний підхід означає, що кожна система, в тому числі і технічна, є інтеграційним цілим навіть тоді, коли вона складається з окремих різнорідних підсистем. Таким чином, в основі системного підходу лежить розгляд системи як інтеграційного цілого, причому цей розгляд при розробленні систе-^ми починається з головного: формулювання мети функціонування.

Побудова моделі технічної системи належить до числа систем­них задач, при розв'язуванні яких синтезують розв'язки на основі великої кількості початкових умов. Використання системного ^ІиЗДоду в цих умовах дозволяє не тільки побудувати модель реаль-^н°і системи, але й на базі цієї моделі вибрати необхідну кількість

53

інформації для керування системою, оцінити показники й функціонування і тим самим на базі моделювання знайти найбільш ефективний варіант побудови та оптимальний режиіц функціонування реальної системи.

Відповідно до системного підходу в процесах створення й до. слідження складних технічних систем моделювання їх елементів та функціональних підсистем виконується в декілька етапів і на різних рівнях залежно від ступеня деталізації системи. Методика моделвд. вання безпосередньо залежить від рівня моделювання. Кожному рівню моделювання відповідає певне поняття системи, елемента сис­теми, законів функціонування елементів системи в цілому і дії зовнішніх навантажень.

Так, при моделюванні механізму підйому вантажопідйомного крана на рівні елементів сам механізм виступає як система. Елемен­тами цієї ситеми виступають складові механізму (рис. 3.1): двигун-1; гальмівний пристрій - 2; передавальний механізм - 3; барабанно-канатний механізм -4; поліспастова система - 5; захватний пристрій -6. Ці елементи зв'язані між собою у відповідності з функціональною схемою механізму підйому. Робота кожного елемента описується відповідною функцією, наприклад, передавальний механізм зменшує частоту обертання вала двигуна при передачі руху до барабана, а барабанно-канатний механізм перетворює обертальний рух бараба­на в поступальний рух захватного пристрою. Як зовнішні на­вантаження на цю систему можна розглядати вагу вантажу, вітрові навантаження і рушійний момент на валу двигуна. Розглянутий ме­ханізм являє собою динамічну систему, яка змінює свій стан у часі. Предметом дослідження цієї системи може бути визначення ди­намічних навантажень у канаті поліспасової системи як функції ру­шійного (гальмівного) моменту і параметрів механізму.

Той же механізм підіймання можна моделювати на рівні окре­мих елементів, наприклад, поліспастової системи. Тоді елементами такої системи можуть виступати блоки 5.1, 5.2, 5.3, осі 5.4 і 5.5, канат 5.6. Кожний із цих елементів виконує свої функції. Зовнішнім наван­таженням для цієї системи може виступати динамічне навантаження у канаті 5.6, яке було визначено в моделі більш високого рівня.

Метою дослідження системи більш низького рівня може бути визначення динамічних навантажень, наприклад, на осі 5.4 і 5.5.

Залежно від сту­пеня деталізації опису складних технічних си­стем та їх елементів можна виділити три ос­новних рівні моделю­вання:

1. Рівень структур­ного або імітаційного моде­лювання складних систем із використанням їх алгорит­мічних моделей (моделюю­чих алгоритмів) і засю-_;, сування спеціалізованих мов моделювання, теорій мно­жин, алгоритмів, графів, масового обслуговування,

3.2

5.5'

Рис. 3.1. Схема механізму підіймання вантажо-підйомного крана

сіашсіичного моделювання.

2. Рівень логічного моделювання функціональних схем елементів та вузлів складних систем, моделі яких представляються у вигляді рівнянь безпосередніх зв'язків (логічних рівнянь) і будуються із засто­ суванням апарату двозначної або багатозначної алгебри логіки.

3. Рівень кількісного моделювання принципових схем елементів складних систем, моделі яких становлять системи лінійних та нелінійних алгебраїчних, диференціальних або інтегро- диференціальних рівнянь, що досліджуються із застосуванням методів лінійної і нелінійної алгебри, методів функціонального аналізу, теорії ймовірності й математичної статистики.

Сукупність моделей технічної системи на структурному, логічному і кількісному рівнях моделювання являє собою ієрархічну систему, яка розкриває взаємозв'язок різних сторін опису технічної сис­теми й забезпечує системний взаємозв'язок елементів та властивостей на всіх стадіях її створення або дослідження. При переході на більш ви­сокий рівень абстрагування здійснюється згортання даних про систему, Що моделюється, а при переході до більш детального рівня опису — Розгортання цих даних.