Введение Обзор информационных программных продуктов и тенденции их

Введение Обзор информационных программных продуктов и тенденции их развития Проф. Меньшутина Н. В.

ИЕРАРХИЯ И ИНТЕГРАЦИЯ МОДЕЛЕЙ И ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 1. Моделирование процессов для оптимизации и проектирования 2. Контроль и автоматизация. 3. Пакеты прикладных программ: · пакет прикладных программ для расчетов и проектирования; · пакет прикладных программ для обработки экспериментальных данных; · языки моделирования. 4. Системы искусственного интеллекта. Базы данных.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ

УРОВНИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЛЯ РСЧЕТА ПРОЦЕССА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ • Микро-уровень • Уровень единичной капли или частицы • Макро-уровень • Уровень аппарата

АНАЛИТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ Кинетическая теория диффузии . . .

Использование конечных элементов моделировании процесса сушки дерева при

Использование механики гетерогенных сред и неравновесной термодинамики для описания массообмена на границе «частица - воздух»

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ОТДЕЛЬНОМ АППАРАТЕ

ЭМПИРИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ СУШИЛОК ФОНТАНИРУЮЩЕГО СЛОЯ Обобщенное уравнение

РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СУШКИ (М. Г. Гордиенко, РХТУ им. Д. И. Менделеева) 175 Температура сушильного агента, 0 С 150 0 РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ТЕПЛООБМЕНА ПО УРАВНЕНИЯМ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ 100 50 0. 10 0. 20 1 2 3 4 5 Расстояние от форсунки, м Расстояние от оси, м РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА МАССООБМЕНА ПО УРАВНЕНИЯМ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ Влагосодержание материала, кг/кг 0. 8 0. 6 0. 4 0. 2 0. 0 0. 1 0. 2 Расстояние от оси, м Расстояние от форсунки, м 5

ВЫБОР МОДЕЛИ Выбор модели Основные цели процесс Частота использования: • аналитические исследования по модели • Эмпирические модели – 45 % • приближенные расчеты • Инженерные расчеты – 20 % (например, экономический анализ) • Модели на основе фундаментальных законов – 35 % • проектные расчеты • системы контроля

ОПТИМИЗАЦИЯ МОДЕЛИ Упрощенная модель Реализация процесс Сложная модель Чувствительность Усечение модели Численная оптимизация Экспериментальные параметры точность Время расчета оптимум Сложность модели Оптимизированная модель

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ Исследование чувствительности n Вывод управляющих воздействий Контроль и оптимальное управление процессом Выбор геометрии расположения датчиков Разработка технологического регламента Выбор оптимальной геометрии аппаратов Оптимальное проектирование процессов Исследование влияния параметров модели (параметрическая чувствительность) Исследование структуры модели (структурная чувствительность) Идентификация математических моделей При определении влияния констант на переменные под чувствительностью переменной хi по параметру j понимается: где Sij – чувствительность i-ой переменной по параметру j

ДИАГРАММА СТОИМОСТИ МОДЕЛИРОВАНЯ Общая стоимость Стоимость определения параметров Стоимость из-за ошибок Стоимость проектирования оптимум • Эмпирические модели • Инженерные вычисления Сложность модели Модели на основе идеальных типовых операторов Модели на основе фундаментальных законов

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПОСТРОЕНИЯМОДЕЛЕЙ Основными принципами автоматизированного построения моделей и их использования являются: n n n комплексное использование моделей на всех стадиях создания и функционирования жизненного цикла промышленного производства; возможность наращивания и усложнения моделей (принцип «открытости» построения моделей); построение моделей из типовых блоков (принцип «блочности» ); решение задач различного уровня с использованием структурно-идентичных моделей (принцип «полиморфизма» ); выбор структуры и состава модели в зависимости от целей исследования.

КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ 1 стадия «ИССЛЕДОВАНИЕ» ИДЕЯ 2 стадия «ПРОЕКТИРОВАНИЕ» Проектирование 3 стадия «ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ» Лабораторные исследования, физический эксперимент Отработка эксперимента на компьютере Моделирование явления и процессов Исследование процесса по модели Работающая установка Система контроля Мониторинг МЕНЕДЖМЕНТ

ТЕНДЕНЦИИ РАЗРАБОТОК КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ • Модульность • Открытость • Универсальность система модуль

Будущее в моделировании вчера завтра сегодня • эмпирические модели • модели на базе фундаментальных законов • инженерные вычисления • “точные” модели • модели на основе типовых идеальных операторов • использование • модели, основанные на блочном принципе инструментов моделирования • CFD • разработка среды моделирования

БУДУЮЩЕЕ В УПРАВЛЕНИИ вчера • Локальные системы регулирования • Централизованный контроль и управление • Применение стандартных законов регулирования (П, ПИ, Пи. Д) сегодня • Распределенные АСУ • Использование микро-контроллеров и локальных сетей • Адаптивные системы регулирования • Использование баз знаний и баз данных • Интеллектуальное управление завтра • Корпоративные АСУ • Использование математических моделей реального времени • Оптимизация связей между уровнями иерархии • Интеллектуальное управление

ИНСТРУМЕНТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ (Computer tools) Инструменты компьютерного моделирования есть «приложение системного подхода к моделированию процесса и управления процессом, безопасностью, охране окружающей среды, как совокупное целое с точки зрения проектирования и эксплуатации» Льен, Перрис 1996

ИНСТРУМЕНТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ (Computer tools) n n Языки моделирования (Speed. Up, g. PROMS, Abacus, Ascend, Dylan, Omola. . . ) Среды моделирования технологических схем (ASPEN Plus, ASPEN Ratefrae, HYSIS, Chem. Cad, Chem. Sep. . . ) CFD – пакеты (моделирование динамики движущихся потоков) (FLOW 3 D, ASTEC, FLUENT. . . ) Системы базируемые на знаниях (Prosyn, Mod. Kit. . . )

ПРИМЕРЫ ПАКЕТОВ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ И АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ Наиболее важные особенности • Сбор информации • Понимание • Аргументирование • Принятие решения • Возможность решать новую проблему

ТИПЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ Системы основанные на знаниях (Экспертные системы) Вычислительные инструменты → основанные на правилах →объектно-ориентированные → системы основанные на прецедентах (case-based reasoning) → нечеткая логика →Нейронные сети → приближенные системы (rough systems) → генетические алгоритмы → теория хаоса Гибридные системы

НОВЫЕ МЕТОДЫ В СОЗДАНИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ • CASE метод • Проектирование информационной системы • Поддержка жизненного цикла ПО • CALS технология

CASE ТЕХНОЛОГИИ Информационная система создается последовательным построением ряда моделей, начиная с модели бизнеспроцессов и заканчивая моделью программы, автоматизирующей эти процессы.

CALS ТЕХНОЛОГИЯ CALS • Моделирование единичных процессов • Совокупный процесс синтеза и интеграции • Гибкость, операбельность и динамичность • Совместный процесс проектирования: интеграция инструментов и информационный менеджмент • Модельно-базируемое производство

БУДУЩЕЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ Вчера • Расчет процесса • моделирование Сегодня Завтра • Сложные модели • Коммерческие языки • Объектно-ориентированная среда и язык моделирования • Оптимизированная модель • CFD • Интеллектуальная система • ЭС по выбору для объединенного аппарата управления и проектирования • Базы данных • Информационные сети • моделирование