Методы моделирования: основные понятия; требования, предъявляемые к процессу моделирования. Материальные и мысленные модели. Физические и математические модели. Приближенный характер моделей

1 МЕТОДЫ И СПОСОБЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ

1.1 Методы моделирования: основные понятия; требования, предъявляемые

к процессу моделирования. Материальные и мысленные модели. Физические

и математические модели. Приближенный характер моделей

Основные понятия и определения

Современный этап технократического развития человечества характеризуется определенным внутренним противоречием. Сущность его состоит в следующем:

- с одной стороны, для того чтобы обеспечить конкурентоспособность выпускаемой продукции фирма (предприятие) должна внедрять научные разработки самых последних лет;

- в то же время возрастающая сложность этих разработок заставляет тратить все больше времени на их промышленное освоение.

Одним из главных методов, позволяющих сократить сроки освоения научных разработок, является моделирование.

Сегодня моделирование является теоретической базой практически для всех отраслей промышленности.

Так, например,  в современной промышленной теплоэнергетике метод теплового моделирования позволяет решать сложные задачи по расчету теплообменных процессов в промышленных установках, где проведение экспериментальных исследований не представляется возможным.

Исследования проводят в лабораториях на моделях, а затем, с помощью теории  теплового моделирования, результаты переносятся на промышленный объект: основной принцип: два явления подобны, если в сходственных точках имеют одинаковые численные значения одноименных критериев.

В современных системах электроснабжения метод моделирования является основным инструментом исследования на предмет их поведения как в рабочих режимах, так и что особенно важно – в критических: перегрузки, броски напряжения, короткое замыкание и т.д. Энергетики создают математические модели своих энергосистем, а затем исследуют их поведение на ЭВМ. Такие исследования называют системными.

Моделирование – это метод изучения объектов, при котором вместо оригинала (интересующего объекта) эксперимент проводят на модели (другой объект), а результат количественно распространяют на оригинал.

Таким образом, по результатам опытов с моделью мы должны количественно предсказать поведение оригинала в рабочих условиях. При этом, распространение на объект выводов, полученных в опытах с моделью, не обязательно должно означать простое равенство тех или иных параметров оригинала и модели: достаточно получить правило расчета интересующих нас параметров оригинала.

Требования, предъявляемые к процессу моделирования

К процессу моделирования предъявляется два основных требования.

Во-первых, эксперимент на модели должен быть проще, быстрее, одним словом, экономичнее, либо безопаснее, чем эксперимент на оригинале. Иначе не стоило бы создавать модель – лучше было бы построить оригинал и экспериментировать прямо на нем.

Сказанное не означает, что модель должна быть обязательно дешевле оригинала. Часто бывает целесообразно построить дорогую, но универсальную модель, которую можно будет использовать для моделирования многих оригиналов.

Модель не является фотографической копией оригинала.

В целях упрощения модели по сравнению с объектом используется прием отсечения несущественных факторов. Так, например, если реальный процесс варьируется по 10 – 15 факторам и при этом 10 из них влияют на результат в пределах 1 – 3%, то после тщательного анализа, некоторые из них можно опустить, а другие попытаться объединить в группы – комплексы и тем самым резко сократить  общее число определяющих факторов.

B качестве примера универсальной модели может служить лабораторный стенд по исследованию ионообменных процессов в технологии водоподготовки, созданный на кафедре "Теплотехника". Стенд собран из стеклянных ионообменных колонок Æ16 – 32 мм и оснащен запорно-регулирующей арматурой, системами подачи и дозирования рабочих потоков и реагентов. Технические возможности стенда позволяют моделировать практически все виды ионообменных технологий и среди них такие как:

Na – катионирование;

Н – катионирование;

Cl и ОН – анионирование.

Химическая ионообменная дистилляция – моделирование различных технологических систем включения фильтров, включая разработку и создание новых приоритетных решений, оформляемых заявками на изобретение.

Второе обязательное требование к процессу моделирования – это знание алгоритма (правила), по которому проводится расчет параметров оригинала на основе результатов испытания модели. Без этого даже самое лучшее исследование модели окажется бесполезным. Так на стыке модели и объекта рождается теория, то есть наука об изучаемом объекте.

Если вся проделанная экспериментальная работа не согласуется с экспериментальным объектом, то истоки ошибки надо искать, либо в технике проведения эксперимента, либо в самой (очевидно несовершенной) модели,  либо – в разработанной теории пересчета результатов эксперимента на объект.

Материальные и мысленные модели

В современной науке термин модель применяется в основном в двух значениях.

Первое - модель – это объект (лабораторный стенд), которым в ходе