Алгоритм комбинированного подхода при моделировании технологических процессов

Применение комбинированного подхода к моделированию сложных процессов можно описать следующим алгоритмом, включающим в себя ряд этапов.

1. Постановка задачи моделирования. На этом этапе формулируются цели, для которых модель создается и исходя из которых происходит определение системы входных и выходных параметров модели и необходимой точности их вычисления.

2. Структуризация системы (процесса). Для построения математической модели сложной системы приходится расчленять моделируемый объект на конечное число подсистем. После этого, анализируется каждая из подсистем в отдельности. В зависимости от структуры и сложности подсистемы может быть три варианта ее дальнейшего исследования:

А. Если подсистема позволяет описать ее функционирование законами физики, химии и т. д., то процесс структуризации для этой подсистемы заканчивается и уже на следующем этапе построения модели проводится описание подсистемы соответствующими законами.

Б. Если подсистему позволяет провести дальнейшее разбиение на подсистемы более глубокого уровня, то после этого опять выясняются функциональные связи между получившимися подсистемами и каждая из подсистем анализируется отдельно по излагаемой методике.

В. Если нельзя применить, первые два варианта, если современный уровень знаний не дает возможности объяснить структуру и характер функционирования данной подсистемы, то такая подсистема рассматривается как черный ящик и процесс структуризации для данной подсистемы прекращается. Далее эта подсистема должна исследоваться экспериментальными методами.

Таким образом, сочетая детерминированный подход с методами черного ящика, можно обеспечить как результативность моделирования, так и высокую информативность и гибкость модели.

Результатом этого этапа является общая структура модели, которая станет основой математической модели взаимодействия между подсистемами.

3. Моделирование подсистем. Содержание этого этапа раскрыто и предопределено предыдущим этапом (структуризации). На этом этапе происходит построение математических моделей подсистем или элементов системы. Этап моделирования подсистем заканчивается объединением моделей подсистем в общую модель на основании модели взаимодействия между элементами.

4. Проверка адекватности модели. После построения модели ее следует подвергнуть проверке, способна ли она удовлетворять целям, для которых строилась. Для этого разработан стандартный математический аппарат, позволяющий использовать для проверки адекватности результаты уже проведенных экспериментов. В остальных случаях ответ об адекватности модели можно дать только в результате специальных экспериментов и в ходе практического использования модели.

5. Использование модели. Хорошая модель должна быть гибкой, адаптивной, позволяющей легко переходить к другим модификациям или обновлять данные, допускающей постепенные изменения. Поэтому процесс построения модели и процесс проверки адекватности модели продолжается в ходе ее эксплуатации. На этом этапе происходит уточнение коэффициентов модели, вносятся оперативные изменения, отражающие изменения системы со временем.

Рассмотрим в качестве примера технологический процесс, связанный с процессами тепломассообмена, рассматриваемый как большая система. Таким процессом является получение глубинных проплавлений в металлах с помощью мощного излучения СО₂-лазера.

Эта большая система может быть разбита на несколько подсистем. К их числу можно отнести: подсистему твердое тело (4), в котором происходит теплоперенос от стенок канала в его объем; подсистему расплав (3), движение которого по стенкам канала может быть рассмотрено с некоторым приближением независимо от тепловых явлений; подсистему «плазма» (2), взаимодействующую с падающим излучением (1). Такой подход позволяет качественно объяснить ряд процессов при формировании глубокого проплавления.

Дата добавления: 2014-01-04