Системы моделирования и расчёта

Эти прикладные программы обычно применяются при исследовании и компьютерном моделировании динамических систем. На сегодняшний день на рынке программного обеспечения имеются десятки пакетов, различающихся кругом решаемых задач, представлением входных и выходных данных, используемым математическим аппаратом требуемыми вычислительными ресурсами и другими характеристиками К ним, в частности, относятся математические и инженерные пакеты EUREКА; СИАМ; V1SSIM; LABVIEW, ENGINE; CIRCUITMAKER; МАТНСАD; MATLAB; SCILAB; DERIVE; MAPLE; MATHEMATICA; THEORIST; CLASSIC; MODELVISION; STUDIO FOX и другие.

Рассмотрим наиболее распространённые пакеты прикладных программ.

МATHCAD. Популярный пакет для автоматизации математических расчётов и решения научно-технических, инженерных и учебных задач, таких как решение алгебраических уравнений, оптимизация, статистика и др. Содержит формульный интерпретатор. Отличительная черта пакета - входной язык, максимально приближенный к обычному математическому языку. Это можно отнести к достоинствам системы, однако на практике обнаруживаются серьезные недостатки. Так, многие специализированные знаки (квадратного корня, суммы и произведения ряда, интеграла и т.д.) на обычной клавиатуре персонального компьютера отсутствуют, и для их ввода приходится запоминать соответствующие символы или использовать многочисленные палитры спецзнаков. Ранние версии этого пакета требовали скромных вычислительных ресурсов, последние же версии превратились в настоящих вычислительных монстров. MATLAB. Занимает лидирующее положение среди математических и инженерных пакетов. Реализует численные операции с матрицами, имеет обширные библиотеки, позволяет выполнять моделирование непосредственно по структурной схеме (при помощи встроенного средства SIMULINK) Поддерживает все виды описаний линейных динамических систем, в первую очередь матричное описание в пространстве состояний и описание с помощью передаточных функций. Имеет около 30 специальных библиотек подпрограмм (так называемых тулбоксов), ориентированных на различные прикладные области (теория управления, фильтрация, обработка сигналов, финансы).

LABVIEW. Программный продукт фирмы National Instruments, аппарат исследования различных физических явлений с широкими возможностями построения математических моделей и множеством виртуальных приборов, фактически являющийся одним программно-вычислительным комплексом. Обеспечивает создание на базе компьютера виртуального лабораторного оборудования с имитацией приборной доски на экране и обслуживанием периферии в виде датчиков, генераторов сигналов, цифровых фильтров и т.д. LABVIEW как средство прикладного программирования по своей логической структуре близок к конструкции языков Си или Бейсик. Однако он, как и другие структурные пакеты, не требует написания текстов про грамм, а использует язык графического программирования для создания программ в виде блок-схем, т.е. похож на объектно-ориентированные языки программирования, привычные для широкого круга пользователей. Имеет обширные библиотеки для приема, обработки, анализа и представления данных. Реализации программ в LABVIEW называются виртуальными приборами или виртуальными инструментами, поскольку их внешнее графическое представление и способ функционирования могут имитировать работу реальных физических устройств и результаты измерения характеристик.

ENGINE. Обеспечивает статистическую обработку сигналов, быстрое преобразование Фурье, сочетает традиционные методы анализа данных с новыми методами на базе использования нейросетей и нечетких множеств. Имеет семейство приложений DataEngine Product Family, совместим с пакетом LABVIEW.

Среди программ конечно-элементного анализа заслуживает внимание программный комплекс Ansys (компания Ansys Inc.). В этом пакете программ основные решающие модули позволяют выполнять анализ механической прочности, теплопроводности, динамики жидкостей и газов, акустических и электромагнитных полей. Во все варианты программ входят пред и постпроцессоры, а также интерфейс с базой данных. Предусмотрен экспорт (импорт) данных между Ansys и ведущими комплексами геометрического моделирования и машинной графики.

Техническая политика в области роазработки новых изделий

Процесс проектирования новых приборов и систем

Проектирование приборов и систем является сложным процессом, требующим привлечения различных специалистов и применения знаний в различных отраслях техники. Этот процесс укрупнённо представлен на схеме, которая предельно упрощена для лучшего понимания.

Из схемы видно, что каждый последующий процесс связан с предыдущим обратными связями. Важнейшей задачей проектирования является разработка и отработка полного комплекта технической и программной документации на систему. Документация должна обеспечить как возможность промышленного качественного изготовления измерительных средств, отвечающих заданным требованиям, так и надёжную их эксплуатацию в заданных условиях.

В настоящее время стандартами не определяется единый алгоритм, определяющий разработку и постановку на производство изделий новой техники. Можно сказать, что ГОСТы определяют лишь подход к проектированию. Достаточно сказать, что федеральный закон о техническом регулировании принят государственной думой только в декабре 2002 г. В этом законе введено понятие технических регламентов, которые устанавливают требования к продукции. Эти регламенты должны приниматься на федеральном и региональном уровне, однако если они и существуют, то в очень ограниченном количестве. В целом система, определяющая техническую политику и алгоритм проектирования изделий существовала в ГОСТах СССР, отметим, что большая часть этих ГОСТов обновлена и действуют по сей день, кроме них на территории РФ введён в действие международный стандарт ИСО 9001, определяющий систему менеджмента качества выпускаемой продукции и широко трактующий этапы разработки и постановки продукции на производство. Помимо этих документов в середине 90-х годов выпущены стандарты системы разработки и постановки продукции на производство (СРПП). Эта система до конца не сформировалась и в номенклатуре ГОСТов присутствуют лишь отдельные документы, которые не противоречат остальным действующим ГОСТам, но и не дают однозначного понимания правил проектирования изделий новой техники. Следует отметить и то, что параллельно с указанными документами создана и работает система стандартов для проектирования изделий военной техники, эти госты имеют букву "В" в своём названии и как правило гриф "Для служебного пользования". Эти документы более упорядочены.

Не смотря на это можно сказать, что на сегодняшний день для создания изделий новой техники разработана единая система конструкторской документации (ЕСКД), а также система разработки и постановки продукции на производство (СРПП), последняя система объединена комплексом ГОСТов, которые имеют обозначение ГОСТ Р 15.ХХХ. В соответствии с ЕСКД разрабатывается конструкторская документация на разных стадиях проектирования, а СРПП объединяет ГОСТы устанавливающие правила и требования, предъявляемые к выполнению работ на стадиях всего жизненного цикла продукции. В соответствии с ГОСТ Р 15.000-94 "Продукция производственно-технического назначения. Порядок разработки и постановки продукции на производство" к таким стадиям относятся :

-исследования и обоснования разработки,

-разработка продукции,

-производство продукции,

-эксплуатация (применение, хранение) продукции и её ремонт.

Этот ГОСТ, однако не раскрывает стадий разработки продукции. Учитывая, что разработка продукции тесно связана с разработкой технической документации, для решения этого вопроса целесообразно обратиться к ГОСТ 2.103-68 в котором определены стадии разработки конструкторской документации, о которых мы будем говорить позднее.

Как правило, работы над новым прибором, установкой или измерительным комплексом начинаются с выполнения научно-исследовательской работы (НИР). Порядок выполнения НИР определяется ГОСТ 15.101-98, введённым в действие с 2000 г., а структура и правила оформления отчёта по НИР ГОСТ 7.32-2001

Техническое задание на НИР разрабатывается в соответствии с требованиями комплекса стандартов СРПП. Процесс выполнения НИР в общем случае состоит из следующих этапов:

1. Выбор направления исследования.

2. Теоретические и экспериментальные исследования.

3. Обобщение, оценка результатов исследований и выпуск отчётной научно-технической документации.

4. Предъявление работы к приёмке и её приёмка.

Как правило, результаты работы на отдельных этапах НИР оформляются в виде отдельных отчётов, а по результатам выполнения всей НИР составляется заключительный отчёт. Структура и содержание отчёта определяются ГОСТ 7.32-2001. Результаты выполнения НИР, напрвленной на создание измертельных систем, приборов или иных технических средств лежат в основе выполнения опытно-конструкторской работы с целью создания конструкторской документации.