Й этап. Анализ результатов моделирования

О О

Результаты Результаты соответствуют не соответствуют цели цели

Рис. 7.12. Основные этапы компьютерного моделирования

В целом моделирование включает в себя четыре этапа (рис. 7.12):

1. Постановка задачи.

2. Разработка модели.

3. Компьютерный эксперимент.

4. Анализ результатов моделирования.

7.3.1. Постановка задачи и анализ объекта моделирования

Задача формулируется в общем виде, в форме словесных описаний, достаточных для того, чтобы определить цель моделирования. При этом модель и ее характери­стики напрямую зависят от поставленной исследователем цели. Создание модели автомобиля может преследовать три разные цели.

Пример. Модель 1: разработать внешний дизайн автомобиля.

Модель 2: установить предельные прочностные характеристики автомобиля при движении по пересеченной местности.

Модель 3: разработать оптимальный режим подачи топлива в двигатель авто­мобиля в зависимости от температурного режима окружающей среды и режима движения.

Несмотря на то что во всех трех случаях материальный объект (прототип) для моделирования один и тот же, цели моделирования разные, соответственно, и вид модели определяется заданной целью.

Пример. Модель 1: трехмерная геометрическая модель автомобиля, отобража­ющая текстуру и цвет покрытия, а также учитывающая дизайн осветительной системы.

Модель 2: модель автомобиля, имитирующая прочностные характеристики его основных узлов при движении в различных режимах с учетом максимальных нагрузок.

Модель 3: модель топливной системы автомобиля с возможностью изменения параметров подачи топлива и режимов работы двигателя.

После определения цели моделирования следует этап тщательного исследова­ния модели и описания полученных при исследовании результатов на формальном языке. На этом этапе формируется возможно более полное описание объекта: вы­деляются его элементы, устанавливаются связи между ними, вычленяются суще­ственные для исследования характеристики, выявляются параметры, изменение которых влияет или может влиять на объект. На том же этапе формируются подле­жащие последующей проверке гипотезы о закономерностях, присущих изучаемому объекту, о характере влияния на него изменения тех или иных параметров и связей между его элементами.

7.3.2. Разработка (формализация и синтез) модели

На основе анализа результатов, полученных на предыдущем этапе, формируется информационная модель. На данном этапе исходные предположения переводятся на однозначный (обычно математический) язык количественных отношений и устра­няются нечеткие, неоднозначные высказывания или определения. Завершается этап получением информационной модели объекта. Информационная модель может быть представлена в виде таблиц с данными, набора математических от­ношений, диаграмм и графиков, логических высказываний и других формальных описаний. Для каждой из трех моделей автомобиля требуются следующие данные.

Пример. Модель 1: геометрические размеры автомобиля, список допустимых материалов и покрытий, требования к максимальным и минимальным размерам тех или иных узлов.

Модель 2: схема крепления механических узлов автомобиля, описание прочност­ных характеристик отдельных узлов и деталей в математической форме (анали­тической или иной), таблица прочностных характеристик различных материалов.

Модель 3: описание в математической форме характеристик движения топлива по топливопроводу, таблица эмпирических замеров зависимости скорости подачи топлива от режимов работы двигателя и температуры внешней среды.

После того как все необходимые исходные данные собраны и формализованы, производится построение компьютерной модели.

Пример. Модель 1: построение компьютерной модели трехмерного дизайна автомобиля с возможностью вращения модели в любой плоскости, изменения освещения. Возможно построение вариантов дизайна с целью экспертной оценки наиболее подходящей модели.

Модель 2: построение имитационной модели работы механической части авто­мобиля во время движения по пересеченной местности. В имитационной модели такого рода большое количество составляющих модель блоков может быть опи­сано аналитическими функциями (поскольку методика расчета прочностных характеристик узлов и механизмов из разных материалов детально проработана). Случайный характер будет носить изменение нагрузки во времени (имитирующее движение по ухабам).

Модель 3: построение модели взаимодействия двигателя и топливной си­стемы автомобиля. В этом случае в имитационной модели будет множество элементов со стохастическим и аппроксимированным характером модели­рования, поскольку вариации качества топлива, изменения вязкости масла, прохождения горюче-смазочных материалов по топливной системе, процес­са сгорания горючего в двигателе можно оценить только приблизительно.

7.3.3. Проведение компьютерного эксперимента

В зависимости от того, какой тип моделирования был выбран в соответствии с целью моделирования, компьютерный эксперимент может носить как кратко­временный, так и долговременный характер, а его результаты можно использовать непосредственно после получения или же они послужат основой для уточнения и корректировки модели.

Пример. Модель 1: ряд моделей, разработанных дизайнером, просматривается экспертной группой, и выбирается лучшая модель.

Модель 2: прочностная модель автомобиля «проигрывается» путем изменения входных параметров, имитирующих дорогу с разным рельефом.

Модель 3: модель топливной системы автомобиля «проигрывается» при разных режимах работы двигателя и различной температуре внешней среды.

7.3.4. Анализ результатов моделирования

Анализ результатов моделирования заключается в установлении адекватности модели объекту исследования, то есть в определении степени сходства модели с ее оригиналом. Успешный результат сравнения (оценки) исследуемого объекта с моделью свидетельствует о достаточной степени изученности объекта, о правиль­ности принципов, положенных в основу моделирования, о правильности алгоритма, моделирующего объект, то есть о том, что созданная модель работоспособна. Такая модель может быть использована для дальнейших более глубоких исследований объекта в новых условиях, в которых реальный объект еще не изучался.

Чаще всего первые результаты моделирования не удовлетворяют предъявлен­ным требованиям. Это означает, что в одной из перечисленных позиций (изучен­ность объекта, исходные принципы, алгоритм) имеются ошибки и неточности. Это требует проведения дополнительных исследований и соответствующего изменения компьютерной программы моделирования.