Применение ЭВМ в технологии переработки полимеров

Оглавление

2.3Системное описание резиновых смесей……………... 36

2.4Систематика основных классов полимерных

3

Введение

Использование информационных технологий (ИТ), ориентированных на определенную предметную область, является характерной особенностью наукоемких производств. Необходимость таких технологий вызвана переходом к новому этапу компьютеризации инженерного творчества, характеризующегося насыщением программных средств информацией из предметной области. ИТ не сводятся только к набору программных средств для решения вычислительных задач, но и включают в себя достаточно мощные информационные системы (автоматизированные банки (АБнД) данных и другие информационно-поисковые системы (ИПС)), системы генерирования новых технических решений, включая экспертные и другие автоматизированные системы принятия решений, а также и методологическое обеспечение процессов проектирования.

Многие из этих направлений реализует компьютерная химия. Компьютерная химия - сравнительно молодая область химии, основанная на применении теории графов к химическим задачам фундаментального и прикладного характера.

В качестве примера типовых задач компьютерной химии можно назвать: поиск зависимостей типа «структура - свойство»; генерацию наборов химических структур, отвечающих заданным параметрам (составу, наличию функциональных групп и т.д.); перечисление всевозможных химических реакций между заданными реагентами (так называемый «компьютерный синтез») и т.д. Наряду с общими химическими задачами в компьютерной химии существует также большая группа узкоспециальных задач, тесно связанных с задачами химической информатики, например, задачи распознавания химических структур при обращении к химическим и физико-химическим базам данных.

5

При решении задач компьютерной химии широко используются различные вычислительные методы и операции с топологическими индексами. В ряде случаев формально- логический подход расширяется химическими подходами, например, в дополнение к топологическим индексам, отражающим строение молекулы, используются электроотрицательности атомов в молекуле, отражающие состав вещества. Методы компьютерной химии часто используются в сочетании с методами квантовой химии, молекулярной механики и др. Для обработки результатов вычислительного эксперимента широко применяются методы математической статистики. В некоторых случаях для поиска решений применяются методы искусственного интеллекта.

Особую роль методы компьютерной химии играют в органической химии, что объясняется трудной формализуемостью последней как по сравнению с другими естественными науками, например, с физикой, так и по сравнению с другими областями химии, например, с неорганической химией. Компьютерная химия имеет большое значение также и для многих важнейших областей биохимических исследований, например, при решении задач типа «структура-фармакологическая активность», часто в таких исследованиях методы компьютерной химии дополняются методами моделирования, специфическими для молекулярно- биологических систем.

При том, что ряд основополагающих работ в компьютерной химии был выполнен во время ЭВМ первых поколений, развитие компьютерной химии стало возможным только с появлением современных компьютеров. Несмотря на то, что сегодня компьютеры используются практически во всех областях современной химии как для теоретических, так и для экспериментальных исследований, именно компьютерная химия гораздо больше многих других областей химии зависит от

6

уровня развития компьютерных технологий. Такая зависимость связана, прежде всего, со сложностью и трудоемкостью расчетов.

С другой стороны, многие задачи химической информатики, решаемые с помощью методов компьютерной химии, уже по своей постановке невозможны без использования компьютера, например, формирование и эксплуатация компьютерной базы данных по свойствам химических соединений. Необходимо при этом отметить, что сама химическая информатика возникла задолго до появления компьютеров. Так, были и продолжают широко использоваться многочисленные химические справочники и реферативные журналы, отпечатанные на бумаге. Существуют зарекомендовавшие себя и ставшие классическими методы поиска по этим изданиям с применением всевозможных печатных указателей (авторского, предметного, формульного и т.д.), организуемые без привлечения аппарата компьютерной химии.

7

1. Основные направления применения информационных технологий в инженерной

практике и научных исследованиях

Важными направлениями ИТ являются эффективное представление информации в различных формах, в том числе а графическом и динамическом виде с использованием компьютерных видеопрограмм, и структурирование информации таким образом, чтобы ее можно было использовать в компьютерных сетях и оперативно передавать средствами электронной почты и через интернет. Только в этом случае технологи могут входить в информационное пространство современной цивилизации и использовать огромные информационные ресурсы во всех областях человеческой деятельности.

Информационные технологии применительно к технологии полимеров должны включать в себя программно- методические средства, по крайней мере, по перечисленным ниже направлениям.

1.1 Автоматизация расчетов, вычислительный эксперимент и оптимизации на различных стадиях

проектирования

Данное направление базируется на вероятностно- статистическом подходе и математическом моделировании.

По данному направлению существуют диалоговые программы планирования многофакторных экспериментов (включая подсистему автоматизированного планировщика постановки эксперимента в различных технологических ситуациях), многофакторной оптимизации, прогнозирования физико-механических свойств материалов при различных условиях эксплуатации [1-7]. Для моделирования поведения

8

эластомерных материалов количество используемых параметров может быть весьма велико - так в системе по имитационному моделированию поведения теплозащитных материалов при экстремальных тепловых нагрузках используется в расчетах до 20 параметров [6]. Такого рода сложные системы позволяют проводить достаточно адекватные вычислительные эксперименты по проектированию многокомпонентных материалов с оптимальными характеристиками.

Основным направлением развития пакетов математической обработки данных является их интеллектуализация: введение средств интерактивной графики, создание удобного и "дружественного" интерфейса.

Графические изображения, несущие информацию об анализируемых данных, представляют собой эффективное воздействие на образное мышление исследователя. Интерактивная компьютерная графика усиливает это воз- действие, позволяет подбирать наиболее выгодные формы, подчеркивающие важные особенности материала и результатов обработки. Графика становится аналитическим инструментом, а не только средством презентации. Быстрое и легкое исследование экспериментальных данных с помощью средств интерактивной графики делает процесс анализа увлекательным, стимулирующим интуицию и воображение.

Анализ современных программных продуктов показывает, что для технологов чрезвычайно важным является простота, ясность и доступность, легкость запоминания, быстрота обучения и соответствие менталитету, предметная ориентированность.

Универсальные, многовариантные системы не очень принимаются технологами, тем более что практически все зарубежные специальные системы не русифицированы.

Сложные системы требуют посредника, что не всем нравится, так как создается эффект психологической

9

зависимости от некоторого "компьютерного переводчика", который к тому же слабо разбирается в технологических проблемах.

Имеются два решения проблемы применения специализированных программ математического моделирования, расчета процессов и статистического анализа в технологической практике:

∙обучение технологов разнообразным программным средствам становится необходимостью профессионального роста инженера в любой сфере деятельности производстве, разработках, проектировании;

∙использование специального программного обеспечения отечественных разработчиков.

Всвязи с последним, остается актуальной задачей разработка собственного программного обеспечения, адаптированного к потребностям технологов.

При использовании методов математического моделирования, статистики и, особенно, методов планирования многофакторных экспериментов достигается:

- возможность получения математической модели на которой можно проводить вычислительное эксперименты имитируя реальный процесс и находя оптимальные условия его реализации.

- технолог получает четкий план эксперимента, позволяющий получать необходимый результат при сокращении числа опытов.

- увеличивается степень проработанности проблемы.

- достигается максимальное извлечение информации из имеющихся данных.

10