Неотъемлемая часть оптимизации процессов ваших химических реакций
Модуль Chemical Reaction Engineering (Разработка химических реакций) предназначен для инженеров и ученых, работающих, например, в химической, обрабатывающей, электроэнергетической, фармацевтической и пищевой отраслях или в производстве полимеров, где перенос материалов и химические реакции являются неотъемлемой частью технологического процесса. В модуле содержится инструментарий для всех аспектов применения: от «пробирочных» исследований в лаборатории до капитального ремонта химического реактора на заводе. Химическую кинетику можно моделировать в контролируемых средах для подробного их описания с использованием встроенных возможностей для оценки параметров и сравнения с экспериментальными данными. При этом в модуле Chemical Reaction Engineering (Разработка химических реакций) имеется ряд предварительно настроенных типов реакторов для более глубоких исследований:
· Реакторы периодического и полупериодического действия* Проточные реакторы с непрерывным перемешиванием* Реакторы идеального вытеснения
Эти типы реакторов предоставляются с необходимыми определениями постоянных или меняющихся масс и объемов, а также изотермических, неизотермических и адиабатических условий. Данные простые модели являются идеальным решением для внедрения оптимизированной кинетики в технологическую среду, они позволяют лучше понять систему и моделировать множество различных рабочих условий. Получив все эти знания, на следующем шаге можно оптимизировать конструкцию установки и рабочие условия, используя полную двухмерную осесимметричную или трехмерную модель. Функцию Generate Space-Dependent Model (Создание модели, зависящей от пространственных координат) можно использовать для всестороннего учета баланса масс и энергий системы с учетом скорости потока среды и протекания химических реакций.
|
|
|
Ключевые особенности
· Модели автоматических идеальных реакторов с выдачей кинетических уравнений на основе химических формул
· Перенос массы в разбавленных и концентрированных смесях
· Перенос массы диффузией, конвекцией и ионной миграцией
· Многокомпонентный перенос масс
· Уравнения Фикиана, Нернста - Планка, Максвелла - Стефана, а также перенос, усредненный по смеси
· Учет микрокомпонентной диффузии для эффекта Соре
· Диффузия в тонких слоях
· Диффузионные барьеры
· Перенос веществ и теплопередача в пористых средах
· Модели корректирования пористости для параметров переноса масс
· Ламинарный поток и поток в пористой среде
· Формула Хагена - Пуазейля
· Уравнения Навье - Стокса, Бринкмана и закон Дарси
· Реакционный поток
· Поверхностная диффузия и реакции
|
|
|
· Адсорбция, абсорбция и отложение веществ на поверхностях
· Многоуровневый перенос и характеристики реакций
· Неограниченное количество химических веществ в произвольных определениях кинетики химических реакций в изотермических и неизотермических средах
· Модель Аррениуса
· Изотермы адсорбции, абсорбция и отложение веществ на поверхностях
· Реакционный поток в свободной и пористой среде
· Функция CHEMKIN® для импорта кинетических данных, термодинамических и транспортных свойств
· Поддержка термодинамических баз данных в формате CAPE-OPEN
Область применения
· Реакторы циклического действия, с пульсирующим потоком и корпусные
· Проектирование, выбор размеров и оптимизация реакторов
· Микрокомпонентный и мембранный перенос
· Реакторы со слоем насадки
· Адсорбция, абсорбция и отложение на поверхностях
· Биохимия и пищевые технологии
· Фармацевтический синтез
· Производство пластмасс и полимеро
· Электрохимическая технология
· Хроматография
· Осмос, электрофорез и электроосмос
· Фильтрация и осаждение
· Обработка выхлопных газов и снижение уровня вредных выбросов
· Устройства для ферментации и кристаллизации
|
|
|
· Циклоны, сепараторы, скрубберы и выщелачивающие агрегаты
· Предварительные камеры сгорания и двигатели внутреннего сгорания
· Монолитные реакторы и каталитические преобразователи
· Селективное каталитическое восстановление и катализаторы для него
· Водородные реформеры
· Обработка полупроводников и химическое осаждение из паровой фазы
· Микрогидравлические устройства и устройства типа «лаборатория на чипе»
Пример 2
СИСТЕМЫ ПРОГРАММНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
AnyLogic — программное обеспечение для имитационного
моделирования сложных систем и процессов, разработанное российской компанией «Экс Джей Текнолоджис» (англ. XJ Technologies). Программа обладает графической средой пользователя и
позволяет использовать язык Java для разработки моделей.
Продукт получил название AnyLogic, потому что он поддерживал все три известных метода моделирования:
системная динамика;
дискретно-событийное (процессное) моделирование;
агентное моделирование.
143
А также любую комбинацию этих подходов в пределах одной
модели. Первой версии был присвоен индекс 4 — Anylogic 4.0, так
как нумерация продолжила историю версий предыдущей разработки — COVERS 3.0.
Огромный шаг вперед был сделан в 2003 году, когда был выпущен AnyLogic 5, ориентированный на бизнес-моделирование. С
|
|
|
помощью AnyLogic стало возможным разрабатывать модели в
следующих областях:
производство;
логистика и цепочки поставок;
рынок и конкуренция;
бизнес-процессы и сфера обслуживания;
здравоохранение и фармацевтика;
управление активами и проектами;
телекоммуникации и информационные системы;
социальные и экологические системы;
пешеходная динамика;
оборона.
Версия программы AnyLogic 6.4.1, выпущенная 23 июля 2009 года
написана на языке программирования Java в популярной среде
разработки Eclipse. Anylogic 6 является кросс-платформенным
программным обеспечением, работает как под управлением операционной системы Windows, так и под Mac OS и Linux.
AnyLogic & Java
AnyLogic включает в себя графический язык моделирования, а
также позволяет пользователю расширять созданные модели с помощью языка Java. Интеграция компилятора Java в AnyLogic предоставляет более широкие возможности при создании моделей, а
также создание Java апплетов, которые могут быть открыты любым браузером. Эти апплеты позволяют легко размещать модели
AnyLogic на веб-сайтах. В дополнение к Java апплетам, AnyLogic
Professional поддерживает создание Java приложений, в этом случае пользователь может запустить модель без инсталляции
AnyLogic.
144
Методы имитационного моделирования
Модели AnyLogic могут быть основаны на любой из основных
парадигм имитационного моделирования: дискретно-событийное
моделирование, системная динамика, и агентное моделирование.
Системная динамика и дискретно-событийное (процессное)
моделирование, под которым мы понимаем любое развитие идей
GPSS — это традиционные устоявшиеся подходы, агентное моделирование — относительно новый.
Системная динамика оперирует в основном с непрерывными
во времени процессами, тогда как дискретно-событийное и агентное моделирование — с дискретными.
Системная динамика и дискретно-событийное моделирование
исторически преподаются совершенно разным группам студентов:
менеджмент, инженеры по организации производства и инженерыразработчики систем управления. В результате возникли три различных практически не пересекающихся сообщества, которые
почти никак не общаются друг с другом.
Агентное моделирование до недавнего времени было строго
академическим направлением. Однако, растущий спрос на глобальную оптимизацию со стороны бизнеса, заставил ведущих аналитиков обратить внимание именно на агентное моделирование и
его объединение с традиционными подходами с целью получения
более полной картины взаимодействия сложных процессов различной природы. Так родился спрос на программные платформы,
позволяющие интегрировать различные подходы [23].
Теперь рассмотрим подходы имитационного моделирования на
шкале уровня абстракции. Системная динамика, заменяя индивидуальные объекты их агрегатами, предполагает наивысший уровень абстракции. Дискретно-событийное моделирование работает
в низком и среднем диапазоне. Что же касается агентного моделирования, то оно может применяться практически на любом уровне
и в любых масштабах. Агенты могут представлять пешеходов, автомобили или роботов в физическом пространстве, клиента или
продавца на среднем уровне, или же конкурирующие компании на
высоком.
145
При разработке моделей в AnyLogic можно использовать концепции и средства из нескольких методов моделирования, например, в агентной модели использовать методы системной динамики
для представления изменений состояния среды или в непрерывной
модели динамической системы учесть дискретные события. Например, управление цепочками поставок при помощи имитационного моделирования требует описания участников цепи поставок
агентами: производители, продавцы, потребители, сеть складов.
При этом производство описывается в рамках дискретнособытийного (процессного) моделирования, где продукт или его
части — это заявки, а автомобили, поезда, штабелеры — ресурсы.
Сами поставки представляются дискретными событиями, но при
этом спрос на товары может описываться непрерывной системнодинамической диаграммой. Возможность смешивать подходы позволяет описывать процессы реальной жизни, а не подгонять процесс под доступный математический аппарат.
Среда моделирования
Графическая среда моделирования AnyLogic включает в себя
следующие элементы:
Stock & Flow Diagrams (диаграмма потоков и накопителей) применяется при разработке моделей, используя метод
системной динамики.
Statecharts (карты состояний) в основном используется в
агентных моделях для определения поведения агентов. Но
также часто используется в дискретно-событийном моделировании, например для симуляции машинных сбоев.
Action charts (блок-схемы) используется для построения
алгоритмов. Применяется в дискретно-событийном моделировании (маршрутизация звонков) и агентном моделировании
(для логики решений агента).
Process flowcharts (процессные диаграммы) основная конструкция, используемая для определения процессов в дискретно-событийном моделировании.
146
В настоящее время вышла версия 6.8, которая имеет анимационные эффекты в 3D-графике, в новой версии — интеграция с
SVN, новая версия «Пешеходной библиотеки», инструменты для
продвинутого управления выполнением модели, новые полезные
примеры моделей в любой предметной области, широкий спектр
графического представления моделей и проведение оптимизационного эксперимента и многое другое.
На сайте компании можно просмотреть серию шаблонных моделей,
провести видеотур, ознакомиться с презентациями конференций и методическими разработками компании, так и вузов, с которыми непосредственно сотрудничает компания. Также на сайте представлены видеоматериалы мастер-классов в области имитационного моделирования,
проводимых в передовых вузах России.
Среда моделирования также включает в себя: низкоуровневые
конструкции моделирования (переменные, уравнения, параметры,
события и т. п.), формы представления (линии, квадраты, овалы
и т. п.), элементы анализа (базы данных, гистограммы, графики),
стандартные картинки и формы экспериментов.
Среда моделирования AnyLogic поддерживает проектирование, разработку, документирование модели, выполнение компьютерных экспериментов с моделью, включая различные виды анализа — от анализа чувствительности до оптимизации параметров
модели относительно некоторого критерия.
Библиотеки AnyLogic
AnyLogic включает в себя набор следующих стандартных библиотек:
Enterprise Library разработана для поддержки дискретнособытийного моделирования в таких областях, как Производство, Цепи поставок, Логистика и Здравоохранение. Используя
Enterprise Library, Вы можете смоделировать системы реального мира с точки зрения заявок (англ. entity) (сделок, клиентов,
продуктов, транспортных средств, и т. д.), процессов (последо-
147
вательности операций, очередей, задержек), и ресурсов. Процессы определены в форме блочной диаграммы.
Pedestrian Library создана для моделирования пешеходных потоков в «физической» окружающей среде. Это позволяет вам создавать модели с большим количеством пешеходного
трафика (как станции метро, проверки безопасности, улицы и
т. д.).
Модели поддерживают учет статистики плотности движения в различных областях. Это гарантирует приемлемую работу пунктов обслуживания с ограничениями по загруженности,
оценивает длину простаивания в определенных областях, и обнаруживает потенциальные проблемы с внутренней геометрией — такие как эффект добавления слишком большого числа
препятствий — и другими явлениями.
В моделях, созданных с помощью Pedestrian Library, пешеходы двигаются непрерывно, реагируя на различные виды препятствий (стены, различные виды областей) так же как и обычные пешеходы. Пешеходы моделируются как взаимодействующие агенты со сложным поведением. Для быстрого описания
потоков пешеходов Pedestrian Library обеспечивает высокоуровневый интерфейс в виде блочной диаграммы.
Rail Yard Library поддерживает моделирование, имитацию и визуализацию операций сортировочной станции любой
сложности и масштаба. Модели сортировочной станции могут
использовать комбинированные методы моделирования (дискретно-событийное и агентное моделирование), связанные с
действиями при транспортировке: погрузками и разгрузками,
распределением ресурсов, обслуживанием, различными бизнес-процессами.
5.3. Универсальная имитационная система Simplex3
Универсальная система имитационного моделирования Simplex3,
состоящая из открытого банка моделей для различных сфер приложения, среды экспериментирования, обеспечивающей построение моделей и управление экспериментом, обработку, анализ и пред-
148
ставление результатов, а также собственного специализированного
объектно-ориентированного языка описания моделей Simplex
MDL.
Разработан в 1993 году в Германии в университете Пассау под
руководством профессора Бернда Шмидта. Simplex3 может быть
применим во всех сферах, где решение частных дифференциальных уравнений не играет главной роли, а обыкновенных дифференциальные или разностные уравнения адекватно описывают
рассматриваемую систему.
Система содержит многочисленные шаблоны, примеры моделей непрерывных и дискретных процессов массового обслуживания, производственных и транспортных систем, ситуационных моделей принятия решений.
Язык моделирования SIMPLEX MDL используется для компактного описания непрерывных и дискретных моделей, моделей
очередей, ситуационных и транспортных моделей в виде базовых
компонентов, их взаимосвязей и динамики, временных и условных
событий, приоритетов и процедур.
5.4. Моделирование на GPSS
Язык GPSS (General Purpose Simulation System), ориентированный на процессы, разработан еще в 1961 году, но продолжает широко использоваться. Язык реализован в ряде программ имитационного моделирования, так, версия программы GPSS/PС в среде
Windows создана в 2000 г.
Модель (программа) на языке GPSS представляет собой последовательность операторов (их называют блоками), отображающих
события, происходящие в СМО при перемещениях транзактов.
Поскольку в интерпретаторах GPSS реализуется событийный метод и в СМО может быть одновременно много транзактов, то интерпретатор будет попеременно исполнять разные фрагменты программы, имитируя продвижения транзактов в текущий момент
времени до их задержки в некоторых устройствах или очередях.
149
Архитектура GPSS
Для описания имитационной модели на языке GPSS полезно
представить ее в виде схемы, на которой отображаются элементы
СМО — устройства, накопители, узлы и источники. Описание на
языке GPSS есть совокупность операторов (блоков), характеризующих процессы обработки заявок. Имеются операторы и для
отображения возникновения заявок, задержки их в ОА, занятия
памяти, выхода из СМО, изменения параметров заявок (напрмер,
приоритетов), вывода на печать накопленной информации, характеризующей загрузку устройств, заполненность очередей и т. п.
Каждый транзакт, присутствующий в модели, может иметь до
12 параметров. Существуют операторы, с помощью которых можно изменять значения любых параметров транзактов, и операторы,
характер исполнения которых зависит от значений того или иного
параметра обслуживаемого транзакта.
Пути продвижения заявок между ОА отображаются последовательностью операторов в описании модели на языке GPSS специальными операторами передачи управления (перехода). Для моделирования используется событийный метод. Соблюдение
правильной временной последовательности имитации событий в
СМО обеспечивается интерпретатором GPSSPC — программной
системой, реализующий алгоритмы имитационного моделирования.
Модель в GPSS строится из отдельных элементов, называемых
объектами. Имеются всего четыре вида объектов:
а) динамические, или транзакты;
б) статические, или оборудование;
в) статистические;
г) операционные блоки.
Состояние модели в любой момент времени определяется совокупностью состояний всех объектов, составляющих модель;
смена состояний модели предполагает изменение состояния хотя
бы одного объекта. Основная особенность GPSS как системы моделирования состоит в том, что состояние модели изменяется
лишь тогда, когда динамический объект — транзакт — проходит
150
через операционный блок. Именно транзакт, двигаясь по модели,
является инициатором смены состояний оборудования, статистических объектов и других транзактов. Вместе с тем возникают вопросы: Что же такое транзакт? Какому элементу (или, быть может,
подсистеме) реальной системы соответствует модельный объект
транзакт?»
Однозначно ответить на эти вопросы нельзя, так как конкретный физический смысл в понятие «транзакт» вкладывает экспериментатор — разработчик модели. При помощи транзакта пользователь может моделировать, имитировать существование во
времени таких динамических элементов реальных систем, как клиенты в магазинах, парикмахерских, столовых, автомашинах, судах,
железнодорожных составах, в транспортных системах, задания
(запросы) в ВС и т. д. Общим для всех этих различных по своей
физической природе объектов материального мира является то,
что время от времени они нуждаются в ресурсах системы, причем
эти требования, заявки на ресурсы
151
Статические объекты GPSS-оборудование. К оборудованию
относятся:
а) приборы (устройства, FACILITY), аналогичные одноканальным СМО с очередью;
б) накопители (STORAGE), сопоставимые как с реальными
накопителями, так и с многоканальными СМО. Реальным накопителем может быть запоминающее устройство ВС, путевое
устройство железнодорожной станции, стоянка автомобилей с
ограниченным числом мест и т. д.;
в) логические переключатели (SWITCH), сопоставимые со
светофорами с двумя состояниями — красным и зеленым сигналами.
Статистических объектов в GPSS два вида: очереди (QUEUE) и
таблицы (TABLE). Очереди, несмотря на их название, никоим образом не влияют на организацию очередей в модели — они служат
только для сбора статистики в виде средних значений временных
интервалов, в течение которых транзакты проходят путь между
двумя точками в модели, а также числа транзактов между этими
точками.
Таблицы используются для сбора статистической информации
в виде эмпирических функций распределения случайных величин,
получаемых в ходе моделирования.
Операционные блоки, как уже отмечалось, служат для изменения
состояния оборудования, статистических объектов и транзактов.
Кроме того, они создают и уничтожают транзакты, определяют направление движения транзактов в модели, задерживают транзакты на
случайное или детерминированное время.
5.5. Simula
В 1966 году была описана первая версия Simula, впоследствии
ставшая известной как Simula 1. Язык Simula, известный как
Simula 67, впервые описан в 1970. Общим предком практически
всех используемых сегодня объектных и объектно-ориентированных языков является язык Simula. Язык Simula основывался
на идеях ALGOL (название семейства императивных языков про-
152
граммирования, применяемых при составлении программ для решения научно-технических задач на ЭВМ.), но был дополнен механизмом наследования и инкапсуляции. Но еще более существенно то, что Simula, предназначен для описания систем и
моделирования, ввел дисциплину написания программ, отражающих словарь предметной области.
5.6. ARIS Simulation — модуль динамического
имитационного моделирования
Модуль ARIS Simulation предоставляет данные, которые могут
быть получены только благодаря моделированию процессов во
времени, такие данные нельзя извлечь из статической модели.
Только исследование совместного влияния различных факторов на
некотором временном отрезке может выявить узкие места, например, критические ситуации, возникающие в связи с нехваткой ресурсов, или низкий процент загрузки ресурсов. В результате динамического анализа деловых процессов могут быть выявлены
длительности периодов простоя в процессах, например, динамика
времени ожидании и ситуации недостатка ресурсов.
Имитация позволяет обнаружить возникновение незапланированного времени ожидания в некоторых точках процесса и, таким
образом, позволяет выявить недостаток людских ресурсов. В таком случае, функция процесса не может быть выполнена из-за того, что все назначенные сотрудники заняты выполнением других
функций. Используется:
для оценки возможностей оптимизации/модификации процессов (например, по финансовым или временным затратам);
для выявления узких мест;
для выявления на ранних стадиях и оценки критических
ситуаций, связанных с нехваткой ресурсов;
для оценки потенциальных возможностей модификации
моделей в реальных ситуациях;
для оценки различных сценариев в количественных характеристиках;
для оперативной оптимизации деловых процессов.
153
5.7. Adams
Adams — широко используемое программное средство для
виртуального моделирования сложных машин и механизмов.
MSC.Adams заменяет дорогостоящие и длительные натурные
эксперименты быстрым и подробным компьютерным моделированием, обеспечивая предприятиям экономию значительных средств
и выход на рынок с всесторонне оптимизированными изделиями.
С помощью MSC.Adams быстро создается полностью параметризированная модель изделия: она строится непосредственно в препроцессоре или импортируется из наиболее популярных CADсистем. Задав связи компонентов модели, приложив нагрузки, определив параметры кинематического воздействия и запустив расчет, можно получить данные, полностью идентичные результатам
натурных испытаний системы.
Таким образом, представление о работе изделия складывается
еще до начала раскроя металла или отливки пластика для изготовления опытного образца.
С использованием MSC.Adams сведения о характеристиках работы будущего изделия, получение которых требовало длительного времени и огромных затрат, могут быть получены в течение нескольких часов.
Видеть, как будет работать машина, улучшать ее характеристики пользователь может уже на самых ранних этапах проектирования.
Пользователю доступны:
выявление параметров изделия, определяющих его работоспособность и точность;
проверка компонентов машины на столкновения, определение габаритных размеров пространства, необходимого для ее
движущихся частей;
определение уровня действующих нагрузок и необходимой
мощности приводов;
оптимизация параметров изделия.
154
MSC.Adams позволяет исследовать десятки, сотни и даже тысячи вариантов конструкции, выбирать лучшие, совершенствовать
и совершенствовать будущее изделие, затрачивая на это во много
раз меньше времени и средств, чем при традиционном подходе.
MSC.Adams может использоваться для улучшения конструкций всего, что движется: от простых механических и электромеханических устройств до автомобилей и самолетов, железнодорожной техники и космических аппаратов.
MSC.Adams отличают:
широкий набор видов кинематических связей, упругих и диссипативных звеньев, нагрузок, кинематических воздействий;
совместимость с системой моделирования систем автоматического регулирования и управления matlab/simulink, а также пользовательскими программами, что обеспечивает моделирование и исследование сложных гетерогенных динамических систем;
легкость в изучении и использовании — моделирование
соответствует основным шагам построения физического макета (построение виртуальных прототипов, выполнение набора
тестов, совершенствование конструкции);
знакомый интуитивный интерфейс — если вы знакомы с
другими программными средствами, то быстро освоите работу
с MSC.Adams;
полная параметризация виртуальных моделей — любые
параметры прототипа могут быть связаны функциональной зависимостью, модификация какого-либо размера модели автоматически приводит к изменению ее конфигурации и т. п.;
эффективные средства визуализации результатов моделирования, включая анимацию и построение графиков.
Наряду с развитием универсальных возможностей пакета, разработчиками MSC.Adams созданы проблемно-ориентированные
модули, обеспечивающие точное и быстрое моделирование самых
сложных объектов:
автомобилей (adams/car, adams/engine и др.);
самолетов (adams/aircraft);
железнодорожного транспорта (adams/rail);
155
устройств автоматического управления (adams/control;
adams/hydraulics).
В программном пакете MSC.Adams предусмотрена возможность учета податливости компонентов исследуемой машины. Для
этого упругие характеристики ее частей определяются в конечноэлементной системе, а затем в специальном формате передаются в
MSC.Adams и включаются в виртуальную модель. Усилия, действующие в механизме и определенные с учетом податливостей, могут затем быть переданы в конечно-элементную систему и использованы как исходные данные для определения уровней
напряжений в деталях. Такая технология обеспечивает суперточное моделирование современных оптимизированных по массе высокодинамичных механизмов.
Основой MSC.Adams являются системы дифференциальных
уравнений, описывающих динамику исследуемого объекта. Разработчики MSC.Adams продолжают повышать эффективность математической базы программного пакета. Применение устойчивых
методов «жестких» систем дифференциальных уравнений обеспечивает получение необходимых результатов с минимальными затратами времени, компьютерных ресурсов и с большой надежностью.
MSC.Adams работает как на рабочих станциях, так и на персональных компьютерах.
5.8. Пакет визуального моделирования Simulink
Одной из самых сложных проблем в реализации математического моделирования в среде MATLAB является подготовка модели моделируемой системы или устройства. Модель обычно представляется в форме графического, табличного или табличнотопологического описания. При этом необходимо предусмотреть
организацию связей между компонентами и установку их параметров. После этого нужно запустить модель на исполнение, то
есть задать решение автоматически составленной системы уравнений состояния и вывод результатов решения, что зачастую представляет собой достаточно сложную задачу.
156
Все вышеупомянутые проблемы эффективно решаются при
помощи расширения Simulink — важной составной части системы
MATLAB. Это расширение реализует визуально-ориентированное
программирование задач автоматического составления графической модели системы или устройства, составления и решения
уравнений состояния и наглядного представления результатов моделирования. Пакет Simulink позволяет выполнять симуляцию работы моделируемых систем и устройств, то есть осуществлять
имитационное моделирование.
Новые версии Simulink интенсивно развиваются в направлении
развития техники моделирования систем и устройств, структура
которых может изменяться под воздействием ситуаций, которые
характерны для работы устройств в те или иные моменты времени.
Другими словами, развивается направление ситуационного моделирования. Специальное расширение StateFlow BlockSet обеспечивает расширенные возможности ситуационного моделирования —
в частности позволяет в динамике отслеживать связи между блоками моделей и строить наглядные SF-диаграммы [6].
Пакет Simulink является ядром интерактивного программного
комплекса, предназначенного для математического моделирования
линейных и нелинейных динамических систем и устройств, представленных своей функциональной блок-схемой, именуемой Sмоделью или просто моделью. При этом возможны различные варианты моделирования: во временной области, в частотной области, с событийным управлением, на основе спектральных преобразований, с использованием метода Монте-Карло (реакция на
воздействия случайного характера) и т. п.
Simulink автоматизирует следующий, наиболее трудоемкий
этап моделирования: он составляет и решает сложные системы алгебраических и дифференциальных уравнений, описывающих заданную функциональную схему (модель), обеспечивая удобный и
наглядный визуальный контроль за поведением созданного пользователем виртуального устройства — достаточно уточнить (если
нужно) вид анализа и запустить Simulink в режиме симуляции созданной модели системы или устройства.
157
Ценность пакета Simulink заключается и в обширной, открытой
для изучения и модификации библиотеке компонентов (блоков).
Она включает источники сигналов с практически любыми временными зависимостями, масштабирующие, линейные и нелинейные
преобразователи с разнообразными формами передаточных характеристик, квантующее устройство, интегрирующие и дифференцирующие блоки и т. д. Кроме этого пакет Simulink включает в
себя отдельные специализированные библиотеки, наиболее полезными из которых являются: пакет для моделирования систем передачи дискретных сообщений (Communications Blockset) и пакет
для моделирования систем цифровой обработки сигналов (DSP
Blockset).
Средства графической анимации Simulink позволяют строить
виртуальные физические лаборатории с наглядным представлением результатов моделирования. Возможности Simulink охватывают
задачи математического моделирования сложных динамических
систем в физике, электро- и радиотехнике, биологии и других областях науки и техники. Этим объясняется популярность данного
пакета как в вузах, так и в научных лабораториях.
Важным достоинством пакета Simulink является возможность
задания в блоках произвольных математических выражений, что
позволяет решать типовые задачи, пользуясь примерами пакета
Simulink или же просто задавая новые выражения, описывающие
работу моделируемых пользователем систем и устройств. Важным
свойством пакета является возможность задания системных функций (S-функций) с включением их в состав библиотек Simulink.
Необходимо также отметить возможность моделирования устройств и систем в реальном масштабе времени.
Как программное средство Simulink — типичный представитель визуально-ориентированных языков программирования. На
всех этапах работы, особенно при подготовке моделей систем,
пользователь практически не имеет дела с обычным программированием. Программа в кодах автоматически генерируется в процессе ввода выбранных блоков компонентов, их соединений и задания
параметров компонентов.
158
5.9. PowerSim Studio
PowerSim Studio была создана в 2005 году и распространяется
норвежской фирмой PowerSim Software AS. Используемая методология построена на базе классических методов системной динамики, созданных Дж. Форрестером. Пакет является приложением
SAP SEM BPS, но может использоваться как автономное приложение. Пакет имеет развитые средства визуального программирования и различные расширенные возможности, в том числе встроенные блоки анализа рисков и оптимизации. Модели, созданные с
помощью PowerSim могут быть легко интегрированы в различные
информационные системы предприятий.
5.10. StarLogo
StarLogo — мультиагентная версия языка программирования
Лого, созданная в середине 1990-х годов группой разработчиков из
MIT Media под руководством Михеля Решника и Эрика Клопфера.
Система распространяется на бесплатной основе.
5.11. NetLogo
NetLogo представляет собой многоагентную программную моделирующую среду и благодаря тому, что она распространяется на
бесплатной основе, используется тысячами студентов, преподавателями и исследователями во всем мире. Система создана Ури Виленским в 1999 году и развивается в Center for Connected Learning
and Computer-Based Modeling.
Хороший пример разжеваный
Дата добавления: 2019-02-26; просмотров: 174; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!