Эффективная подготовка к государственным междисциплинарным экзаменам для студентов технических специальностей (стр. 30 )

При прямом подобии возникает проблема переноса результатов моделирования на оригинал. Часть условий не может быть реализована, поэтому задача переноса является нетривиальной, творческой задачей. Вопросы прямого подобия имеют большую практическую значимость.

Косвенное подобие

Между оригиналом и моделью подобие устанавливается не в результате их физического взаимодействия, а объективно существует в природе на основе общих закономерностей (колебательные процессы в механике и электродинамике, связь классической механики и квантовой).

Является возможным не только заменить неудобное и громоздкое экспериментирование, но и проигрывать на модели варианты, которые в практике трудно осуществимы.

Роль моделей, обладающих косвенным подобием к оригиналу, очень велика, особенно с использованием автоматических систем управления.

Важная роль при разработке косвенных моделей принадлежит аналогии.

Условное подобие

Устанавливается в результате соглашения между отдельными людьми, гос. учреждениями и объектом. Класс реальных моделей, подобие которых оригиналу не является ни косвенным, ни прямым, а устанавливается в результате соглашения (деньги, модель стоимости; удостоверение личности, модель человека).

4. Модель "черного ящика".

Техническая система есть средство для достижения цели.

Модель есть способ существования знаний, некоторое частное отображение реальности.

Иерархия моделей отражает иерархию систем. Типы моделей по иерархии соответствуют уровню систем и соподчиненности, от общего к частному.

Направление развития моделей определяется изменением структуры системы, изменением входных и выходных параметров, изменением ограничений и условий эксплуатации.

На верхних уровнях иерархии систем модели принято называть техническими, если ставятся технические цели.

На нижнем уровне иерархии – физические модели (т. е. модели, отражающие проявление тех или иных физических эффектов, заложенных в основу системы).

Классификация моделей систем:

Модель черного ящика представляет систему исходя из следующих характеристик:

1) система есть некоторая целостность;

2) система ограничена от окружающей среды (обособленность).

В определении говорится, что, хотя ящик и обособлен, выделен от среды, он не является полностью изолированным.

Система есть средство, поэтому должны существовать возможности его использования, т. е. можно обозначить связи, направленные извне к системе.

В модели черного ящика необходимо отразить свойство управляемости, заключающейся в возможности воздействия любыми физическими средствами.

Воздействие на систему принято называть входными параметрами, а воздействие системы на окружающую среду принято называть выходными параметрами.

Чтобы формализовать модель черного ящика, необходимо задать множество входных и выходных параметров, относящихся к переменным.

Кажущаяся простота модели черного ящика обманчива, т. к. всегда имеется недостаток информации в системе, что обуславливает невключение некоторых основных параметров или избыточное включение. Главной причиной множественности входов и выходов модели черного ящика является то, что всякая реальная система взаимодействуют с окружающей средой неограниченным числом способов.

В модели черного ящика отсутствует какая-либо информация о составе и структуре самой TC. Переменными являются множества Х (входы) и У (выходы), при этом однозначной связи между ними может не просматриваться. Выбор входных и выходных параметров для модели черного ящика может быть неоднозначным. Критерием отбора является целевое назначение модели, существенность их связей с достижением цели.

Модель черного ящика требует понимания взаимосвязи входных и выходных параметров, позволяет упростить описание объекта моделирования без существенного ухудшения его отображения.

Модель черного ящика используется для описания систем явлений самых разных областей науки. Она в ряде случаев является единственно-возможной моделью для описания системы.

Одной из форм представления модели черного ящика является так называемая модель “Молекулярная система”. Это система для выполнения одной операции или функции, которые используются в ряде технических систем. Назначение молекулярной системы состоит в том, чтобы изменить состояние физического объекта в соответствии с заданными требованиями. Информация воздействует на объект и реализуется целевое назначение системы. При определенном воздействии данная система дает только один результат (детерминированность).

Модель может быть представлена также в виде списковой структуры (напр., техническое задание на разработку системы).

Физический эффект удобно представлять в виде модели черного ящика, где А - воздействие, В - физический объект, на который оказывается воздействие, С - результат воздействия (эффект). Такая модель наглядно отображает физические процессы, происходящие при взаимодействии материальных объектов.

А С

à В à

Модель “черного ящика” отображает только связи системы со средой, в виде перечня “входов” и “выходов”. Трудность построения такой модели состоит в том, что надо решать, какие из многочисленных реальных связей включать в состав модели. Кроме того существуют и такие связи, которые нам неизвестны, но могут оказаться существенными.

Порядок построения черного ящика системы.

1. Определение основных функций системы.

2. Определение входных и выходных параметров системы. При этом параметры не должны быть материальными объектами.

3. Установление взаимосвязей между входными и выходными параметрами, при этом не должно остаться несвязанных между собой входных и выходных параметров. Корректировка входных и выходных параметров.

Пример построения черного ящика для технической системы ”Сотовый телефон”.

Основные функции системы:

1. Обеспечивать беспроводную связь с любым абонентом, находящимся в зоне обслуживания сети.

2. Обеспечивать абонентов функциями, которые предлагает служба сотовой связи (напр., доступом в интернет).

5. Модель состава системы

Техническая система есть средство для достижения цели.

Те части системы, которые будут называться неделимыми, будут рассматриваться как часть системы. Части системы, состоящие более чем из одного элемента, принято называть подсистемами.

Модель есть способ существования знаний, некоторое частное отображение реальности.

Иерархия моделей отражает иерархию систем. Типы моделей по иерархии соответствуют уровню систем и соподчиненности, от общего к частному.

Направление развития моделей определяется изменением структуры системы, изменением входных и выходных параметров, изменением ограничений и условий эксплуатации.

На верхних уровнях иерархии систем модели принято называть техническими, если ставятся технические цели.

На нижнем уровне иерархии – физические модели (т. е. модели, отражающие проявление тех или иных физических эффектов, заложенных в основу системы).

Классификация моделей систем:

Модель состава системы отображает, из каких частей состоит система. Состав системы является неоднородным, т. е. на одном и том же уровне иерархии могут существовать как подсистемы, так и элементы.

Модель состава системы дает также информацию о взаимодействии между структурными элементами системы. На ее основе можно проводить анализ о функциональном назначении структурных элементов. Уровень разбиения (иерархии) структурных элементов имеет целевое назначение. Если цель оказывается недостижимой, то можно перейти на другой уровень и осуществить декомпозицию. Модель состава системы применяется на различных уровнях иерархии.

С помощью И-дерева удобно представить как верхние уровни иерархии, так и нижние. Такой способ представления обладает наглядностью, отсутствием повторяемости информации, но неудобен для отображения сложных систем с несколькими уровнями иерархии, списков. Табличная структура менее наглядна, но удобна для отображения информации о сложных системах (широкое использование в производстве в виде ведомости применяемости). Для упрощенности используется прием нераскрытости информации по элементам, которые не изготовляются на данном предприятии.

Построение элементов связано с некоторыми трудностями, обусловленными следующими причинами:

1. различные уровни знания у разработчиков модели;

2. определение самой малой части системы является относительной;

3. часто несколько элементов объединяются и выполняются в виде единого целого, что связано с технологией изготовления.

4. Модель состава является целевой. И для различных целей одна и та же система может быть подразделена на разные части.

5. Всякое разделение цели на части является относительной, граница между подсистемами условна.

6. Границы между системой и окружающей средой также условны и определяются целью, однако это не означает, что состав системы является нереальным.

Типичные ошибки:

1. Пропуск основных структурных элементов системы.

2. Неправильное установление основных выполняемых ими функций.

3. Не выполняется увязка выполняемых функций элементов нижестоящих уровней иерархии с функциями вышестоящих элементов.

4. Совмещенное представление элементов, выполняющих несколько функций. При этом не все они выделяются.

Типичные ошибки обусловлены тем, что:

1. Разработчики моделей обладают различным уровнем знаний.

2. Определение самой малой части системы является относительным и зависит от точки зрения.

3. Часто несколько элементов объединяется и выполняется как единое целое (технологические, экономические цели, прочностные характеристики).

4. Модель состава системы является целевой заменой цели, приводит к другому варианту деления системы.

5. Границы между подсистемами условны и относительны.

Порядок построения модели состава системы.

1. Выбрать систему, сформулировать основные функции системы.