Моделирование как метод научного исследования презентация

Содержание

Средства познания 25- Механизмы управления. Глава 25. Методология управления / опорная презентация

Слайд 1Моделирование как метод научного исследования

Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация
С.И. Дворецкий,

д.т.н., профессор

Опорная презентация по книге Моделирование систем Дворецкий С. И., Муромцев Ю. Л. и др.
М.: Изд-во «Академия», 2008. -320с.


Слайд 2Средства познания

25-
Механизмы управления. Глава 25. Методология управления / опорная презентация


Слайд 3Моделирование систем как метод научного исследования
Математика – наука о количественных отношениях

и пространственных формах, абстрагированных от их конкретного содержания.

Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация


Слайд 4Моделирование систем как метод научного исследования
Идея моделирования
состоит в замене реального

объекта–
некоторым искусственно создаваемым
образом (моделью)
и решение поставленной задачи с использованием этой модели.

Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация


Слайд 5Моделирование систем как метод научного исследования
Модель
– это образ, аналог
(мысленный

или условный: изображение, описание, схема, чертеж, график, план, карта, система математических символов и т.п.)
какого-либо объекта, процесса или явления (оригинала данной модели).
[Советский энциклопедический словарь. – М.: Большая российская энциклопедия, 2002, Статья «Модель», 5-е значение].

Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация


Слайд 6Классы задач, которые решаются с использованием моделей:
– анализ (исследование) свойств объекта,

процессов, материалов;
– прогнозирование поведения объекта, процессов, материалов;
– синтез (проектирование) объекта, процессов, материалов;
– оптимизация и управление
………………..

Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация


Слайд 7Моделирование систем как метод научного исследования
Предметным
называется моделирование, в ходе которого

исследование ведётся на модели, воспроизводящей
основные геометрические, физические, динамические и др. функциональные характеристики «оригинала».

Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация


Слайд 8Моделирование систем как метод научного исследования
Абстрактные модели
являются идеальными конструкциями, построенными

средствами мышления, сознания.

Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация


Слайд 9Определение математической модели



Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация
Совокупность понятий и

отношений, выраженных при помощи системы математических символов, знаков и обозначений,
которые отражают наиболее существенные (характерные) свойства
исследуемого объекта,
называют математической моделью этого объекта.

Слайд 10Определение математической модели
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация


Слайд 11Функции моделирования

Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация
- дескриптивная функция;
- прогностическая функция;
-

нормативная функция.

Слайд 12
Научное прогнозирование
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация

Известны три группы методов

прогнозирования,
предназначенных для практического применения:
экстраполяции, экспертных оценок и логического моделирования

Слайд 13
Поисковый и нормативный прогнозы
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация

Под поисковым

прогнозом понимается определение возможных состояний объекта прогнозирования в будущем Примером может служить
прогноз развития возможностей использования различных видов энергии – какие новые источники энергии могут появиться,
как будут использоваться известные источники и т.д. спустя определенное количество лет.

Слайд 14
Поисковый и нормативный прогнозы
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация

Задача нормативного

прогноза заключается в определении путей и сроков достижения желаемых состояний прогнозируемого объекта в будущем.

Слайд 15Требования, предъявляемые к модели

Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация


Слайд 161. Целенаправленность, т.е. модель должна позволять решать определенный класс задач, для которых

она предназначе-на; быть простой и понятной пользовате-лю.
2. Надежность в смысле гарантии от абсурдных ответов.
Удобство в управлении и обращении.

Критерии «хорошей» модели

Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация



Слайд 174. Полнота с точки зрения возможностей решения поставленных задач.
5. Адаптивность, т.е.

позволяющей легко переходить к другим модификациям или обновлять данные.
6. Возможность постепенных изменений в том смысле, что, будучи вначале простой, ММ может во взаимодействии с пользовате-лем становиться все более сложной и точной.

Критерии «хорошей» модели

Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация



Слайд 18– методы качественные и количественные;
– методы, использующие средства естественного языка, и

методы, использующие специальные языки;
– методы содержательные и формальные;
– аналитические;
– экспериментальные;
– экспериментально-аналитические;
– и др.

Методы моделирования

Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация



Слайд 19Методы моделирования
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация


Слайд 20
Качественные методы моделирования
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация

Метод «сценариев» -

документ,
содержащий анализ рассматриваемой проблемы и предложения по ее решению.
Сценарий требует не только содержательных рассуждений,
помогающих не упустить детали,
но и содержит результаты количественного технико-экономического и/или статистического анализа с предварительными выводами.

Слайд 21
Качественные методы моделирования
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация

Роль группы экспертов

при подготовке сценария –
выявить общие закономерности развития системы; проанализировать внешние и внутренние факторы, влияющие на ее развитие и формулирование целей.
Сценарий позволяет создать предварительное представление о системе, его следует рассматривать как основу для дальнейшей разработки модели.

Слайд 22
Качественные методы моделирования
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация

Графические методы.
Фрагмент сетевой

модели многоассортиментного производства дисперсных красителей

Слайд 23
Сетевая модель технологических маршрутов производства дисперсных красителей
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/

опорная презентация


Графические методы.


Слайд 24
Расписание работы технологических схем в производстве дисперсных красителей
Лекция_Моделирование систем_ для

аспирантов/ опорная презентация


Графические методы.


Слайд 25
Аналитические методы (неформальные)
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация

Уравнения неформальных ММ


выводят на основе теоретического анализа физико-химических процессов, происходящих в объекте.
При выводе уравнений неформальных ММ учитывают: гидродинамические режимы перемещения веществ, кинетику процессов химического превращений, массо- и терлопередачи, материальный и энергетический баланс, фазовые превращения и др.
.

Слайд 26
Аналитические методы (неформальные)
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация

В качестве параметров

в ММ могут входить
(в явной или косвенной форме)
основные конструктивные размеры аппаратов (поверхности теплообмена, диаметры и длины труб реакторов и т.п.).
Чем детальнее и полнее неформальная модель, тем сложнее структура оператора

и выше размерность векторов .



Слайд 27
Аналитические методы (неформальные)
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация

В процессе вывода

уравнений неформальных ММ необходимо принимать ряд допущений (гипотез), например об учете или не учете некоторых физико-химических процессов, протекающих в объекте (ТС).
Вследствие этого составлению модели предшествует трудоемкий этап экспериментального исследования этих процессов на лабораторных установках с целью определения коэффициентов ММ и оценки значимости скоростей процессов.



Слайд 28
Аналитические методы (неформальные)
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация

Неформальные ММ
содержат

разнообразную и обширную информацию о конструкциях ТС, механизмах и скоростях протекающих в них физико-химических процессов,
что позволяет их использовать для оптимального конструирования ТС,
оптимизации режимов их работы и оптимального управления ими.


Слайд 29
Формальные ММ
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация

Формальные ММ
строят с

использованием кибернетического подхода.
При этом структуру зависимости
задают на основе некоторых формальных соображений, не имеющих связи с типом объекта, его конструкцией, механизмами протекающих процессов.


Слайд 30
Классификация методов построения ММ
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация


Слайд 31
Аналитическое моделирование
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация

При аналитическом моделировании
процессы функционирования

элементов объекта записываются в виде некоторых функциональных соотношений
(например, уравнений – алгебраических, дифференциальных, интегральных и т.п.)
или логических условий.

Слайд 32
Имитационное моделирование
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация

Для имитационного моделирования характерно

исследование отдельных траекторий динамики моделируемого
объекта:
фиксируются некоторые начальные условия,
параметры модели и рассчитывается одна траектория.

Слайд 33
Статические и динамические режимы объекта (ТС)
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная

презентация


Результаты анализа статических свойств объекта (ТС) используются для расчета технико-экономических показателей объекта,
при проектировании систем контроля и автоматизации с использованием векторного уравнения
статики объекта
.



Слайд 34
Статические и динамические режимы объекта (ТС)
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная

презентация


Динамические свойства объекта (ТС) оценивают по экспериментальным переходным процессам, возникающим в технологическом объекте при резком изменении нагрузки xн и управления u,
проведении операций пуска/останова, случайных полных/частичных отказах технологического оборудования.


Слайд 35
Статические и динамические режимы объекта (ТС)
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная

презентация


На этапе проектирования динамические характеристики
можно приближенно определять при имитационном моделировании переходных процессов c использованием векторного нелинейного уравнения динамики объекта



Слайд 36
Статические и динамические режимы объекта (ТС)
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная

презентация


На этапе проектирования динамические характеристики
можно приближенно определять при имитационном моделировании переходных процессов c использованием векторного нелинейного уравнения динамики объекта



Слайд 37
Схема компьютерного моделирования
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация


Слайд 38
В представленной   схеме организации процесса компьютерного моделирования (имитации) во главу

угла ставится понятие триады:
«модель – алгоритм –программа» (блоки 4, 5, 6), стратегическое и тактическое планирование вычислительного эксперимента (блок 7), интерпретация и документирование его результатов (блок 8).

Вычислительный эксперимент

Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация



Слайд 39
Это собственно проведение расчетов
на ЭВМ и получение информации, представляющей интерес

для исследователя.
Точность этой информации определяется достоверностью триады «модель-алгоритм-программа ЭВМ»
и исходных данных.

Вычислительный эксперимент

Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация



Слайд 40
Важное место в вычислительном эксперименте занимают
обработка результатов расчетов,
их всесторонний

анализ
и, наконец, выводы:
или становится ясна необходимость уточнения модели, или результаты, пройдя проверку, передаются заказчику.

Вычислительный эксперимент

Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация



Слайд 411. Определение объекта – установление границ, ограничений и измерителей эффективности функционирования объекта.
2.

Формализация объекта (построение модели) – переход от реального объекта к некоторой логичес-кой схеме (абстрагирование).

Этапы компьютерного моделирования

Л5-

Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация



Слайд 423. Подготовка и анализ исходных данных, необходимых для построения модели, и

представление их в соответствующей форме.
4. Разработка моделирующего алгоритма и программы ЭВМ.

Этапы компьютерного моделирования

Л5-

Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация



Слайд 43
5. Оценка адекватности – повышение до прием-лемого уровня степени уверенности, с

которой мож-но судить относительно корректности выводов о реальном объекте.
6. Стратегическое планирование – планирование вычислительного эксперимента, который должен дать необходимую информацию.

Этапы компьютерного моделирования

Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация



Слайд 44
Тактическое планирование – определение способа проведения каждой серии испытаний, предусмотренных

планом эксперимента.

8. Экспериментирование – процесс имитации на компьютере с целью получения выходных данных и анализа чувствительности объекта к входным переменным.

Этапы компьютерного моделирования

Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация



Слайд 45

Пример ММ с химической кинетикой
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация

Азопигменты
получают

при последовательном проведении химических реакций диазотирования и азосочетания.
Рассмотрим ММ химического процесса диазотирования,
осуществляемого в турбулентных аппаратах трубчатого типа в среде соляной кислоты.

Слайд 46

Пример ММ с химической кинетикой
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация


Слайд 47

Пример ММ с химической кинетикой
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация


Слайд 48

Структурная схема реакторной установки синтеза азопигментов по непрерывной технологии
Лекция_Моделирование систем_ для

аспирантов/ опорная презентация




Слайд 49

Уравнения кинетики
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация



Слайд 50

Уравнения кинетики
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация



Слайд 51

Допущения (гипотезы) при выводе ММ
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация

1) гидродинамические

режимы течения реакционной смеси
и хладагента близки к режиму идеального вытеснения;

2) реактор является объектом с распределенными по
длине реактора координатами;

3) потери тепла в окружающую среду пренебрежимо малы;

4) теплофизические характеристики принимаются постоян-
ными в рабочем диапазоне температур;

5) кристаллы амина будем считать сферическими
частицами;

6) реакция диазотирования происходит в растворе.

Слайд 52

Вывод уравнений баланса для процесса диазотирования
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация

Составим

уравнения материального покомпонентного баланса на участке трубы ( ) за промежуток времени ( ) например, по растворенному амину:

Слайд 53

Вывод уравнений баланса для процесса диазотирования
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация

Составим

уравнения материального покомпонентного баланса на участке трубы ( ) за промежуток времени ( ) например, по растворенному амину:

Слайд 54

Вывод уравнений баланса для процесса диазотирования
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация

Составим

уравнения материального покомпонентного баланса на участке трубы ( ) за промежуток времени ( ) например, по растворенному амину:

Слайд 55

Вывод уравнений баланса для процесса диазотирования
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация

Аналогичным

образом можно получить балансовые уравнения и для других компонентов реакционной смеси:
по азотистой кислоте

Слайд 56

Вывод уравнений баланса для процесса диазотирования
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация

по

диазосоединению (D)





по нитрозным газам

Слайд 57

Вывод уравнений баланса для процесса диазотирования
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация

по

диазосмолам






Слайд 58

Вывод уравнений баланса для процесса диазотирования
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация







Слайд 59

Вывод уравнений теплового баланса для процесса диазотирования
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная

презентация








Слайд 60

Вывод уравнений теплового баланса для процесса диазотирования
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная

презентация








Слайд 61

Выходные переменные процесса диазотирования
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация







Слайд 62

Многоступенчатый аппарат смешения






1- двигатель; 2 — штуцер для отвода продуктов реакции;
3, 4,

5, 6 — штуцеры для подачи хладагента;
7 — штуцер для подачи солянокислой суспензии амина;
8, 10, 12 —  штуцеры для подачи раствора нитрита натрия;;
9, 11, 13, 16 — штуцеры для отвода хладагента;
15 — вращающийся вал; 14 — мешалка;
17 — теплообменная рубашка; 18 — царга;
19 – тарелка .

Слайд 63

Турбулентный трубчатый аппарат
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация







Слайд 64

Трубчатый аппарат с диффузор-конфузорными устройствами турбулизации реакционного потока
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/

опорная презентация








Слайд 65

Экспериментальная установка для осуществления непрерывного процесса диазотирования аминов
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/

опорная презентация








Слайд 66

Экспериментальная установка для осуществления непрерывного процесса диазотирования аминов
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/

опорная презентация








Слайд 67

Исследование статических характеристик процесса диазотирования
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация







Слайд 68

Исследование статических характеристик процесса диазотирования
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация







Слайд 69

Исследование статических характеристик процесса диазотирования
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация







Слайд 70

Исследование статических характеристик процесса диазотирования
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация







Слайд 71

Исследование статических характеристик процесса диазотирования








Слайд 72

Переходные процессы в объекте в системе АСР
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная

презентация









Слайд 73

Переходные процессы в объекте в системе АСР
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная

презентация










Слайд 74

Переходные процессы в объекте в системе АСР
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная

презентация














Слайд 754
Оптимизация
Лекция_1 для магистрантов

Оптимизация
заключается в том, чтобы среди множества возможных вариантов

найти наилучшие
в заданных условиях,
при заданных ограничениях,
то есть оптимальные альтернативы.
















Слайд 764
Оптимизация
Лекция_1 для магистрантов

Понятие оптимальности
получило строгое и точное представление в различных

математических теориях,
прочно вошло в практику проектирования и эксплуатации технических систем,
широко используется в
административной и общественной практике,
стало известным практически каждому человеку.















Слайд 774
Постановки задач оптимизации объекта (ТС)
Лекция_1 для магистрантов

Пусть эффективность (качество)
работы БТС

оценивается критериями
,
наиболее полно отражающими цель его функционирования.
В общем случае j-й критерий имеет вид:

.
















Слайд 785
Задача планирования работы ТП на период времени [ 0,T ]:
Лекция_1 для

магистрантов


Заключается в определении вектора
, при котором
выполняются все плановые задания, т.е.

связи

и ограничения





















Слайд 796
Задача планирования работы ТП на период времени [ 0,T ]:
Лекция_1 для

магистрантов


Задачу планирования можно свести к экстремальной:


со связями

и ограничениями























Слайд 807
Задача оптимизации неустановившихся режимов
Лекция_1 для магистрантов

Возникает чаще всего при управлении
отдельными аппаратами

или ТП.
Требуется определить такую функцию
при , что


при выполнении связей

и ограничений


























Слайд 81
Общая схема решения задачи оптимизации
Лекция_1 для магистрантов

Включает два этапа:
получение на основе

необходимых и доста-точных условий экстремума функционала либо функции некоторых соотношений (условий) оптимальности;

2) непосредственное нахождение искомого решения из условий оптимальности каким-либо точным или приближенным способом.


























Слайд 82

Оптимизация реакторной установки диазотирования
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация







Слайд 83

Конструирование реакторной установки диазотирования
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация







Слайд 84

Оптимизация реакторной установки диазотирования
Лекция_Моделирование систем_ для аспирантов/ опорная презентация







Слайд 85Фаза проектирования
Л5-
Лекция_5 для аспирантов/ опорная презентация


Обратная связь

Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое ThePresentation.ru?

Это сайт презентаций, докладов, проектов, шаблонов в формате PowerPoint. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами с другими пользователями.


Для правообладателей

Яндекс.Метрика