Моделирование информационных управляющих систем» «Моделирование технологических процессов
Работа добавлена: 2016-06-19





РЕФЕРАТ

по дисциплине «Моделирование информационных управляющих систем» «Моделирование технологических процессов»

СОДЕРЖАНИЕ

1) Введение

2) Общие понятия технологического процесса

3) Виды моделей. Информационная модель

4) Этапы моделирования. Создание моделей

5) Связи между объектами

6) Заключение

7)Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Для того, чтобы развитие промышленного производства любых изделий в условиях рыночной экономики имело успех, оно должно удовлетворять одновременно различным, часто противоречивым, требованиям: высокая динамичность развёртывания, соответствие запросам рынка, низкая себестоимость.

Действующие производства также требуется постоянно модернизировать согласно тем же требованиям. В обоих случаях требуется анализировать и оптимизировать технологию изготовления продукции. Это следует делать по каким-то однажды разработанным методикам и рекомендациям.

С другой стороны, следует заметить, что назрела необходимость формулирования общей теории технологических процессов. Этой теорией должны быть вооружены конструкторы, разработчики технологии изготовления новой продукции.

Не претендуя на полноту теоретического построения, авторы, тем не менее, используя принципы моделирования, предлагают ряд положений, которые могли бы быть включены в общую теорию технологических процессов, если она будет когда-нибудь создана.

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Совокупность последовательных действий для достижения какого-либо результата называют процессом. Материальные блага создаются обществом в процессе промышленного производства. Совокупность методов изготовления, процессы изменения состояния, свойств и формы сырья называют технологическим процессом или технологией.

Любой технологический процесс, состоящий из множества действий, обычно разбит на этапы, каждый из которых сводится к группе таких действий и отвечает какому-либо законченному циклу переработки сырья или продукта и называется технологической операцией. К технологическим операциям будем относить также другие необходимые действия над продуктом, которые, хотя и не предназначены для изменения его свойства, но являются неизбежными при промышленном производстве контроль, испытание, хранение, транспортировка, загрузка, выгрузка.

Результатом технологического процесса является конечный продукт или продукция. Она может быть выражена в виде материала, изделия, оборудования, программного обеспечения, услуги, может быть также их совокупностью.

Свойства материала характеризуются набором его свойств, и этот набор является оригинальным для каждого его состояния. Способность продукции удовлетворять общественные потребности (установленные или предполагаемые) зависит от свойств этой продукции. Совокупность свойств и признаков продукции, которые влияют на её способность удовлетворять установленные или предполагаемые потребности называют качеством. Количественной мерой признаков качества являются показатели качества.

Перечень показателей качества продукции и их значения, приведённые в специальном документе, и сам этот документ, являются техническими требованиями на продукцию. В технических требованиях, как правило, указываются предельные значения показателей качества, то есть, минимальные и максимальные значения, которые продукция ещё может иметь.

Действия над продуктом, в результате которых находят фактические значения показателей качества и сравнивают его с техническими требованиями, определяют как контроль качества, испытание. Если требования не удовлетворяются, то говорят, что наблюдается несоответствие. Для этих операций используют специальные приборы и процедуры измерений.

Признак продукции, указывающий на то, что эксплуатационные требования могут быть не достигнуты, называют дефектом. Правильно составленные требования к продукции должны обеспечивать её отклонение при контроле качества во всех случаях, когда она не сможет удовлетворять эксплуатационным требованиям.

Воздействия, которые испытывает материал при выполнении технологических операций, также должны однозначно характеризоваться определёнными параметрами – технологическими режимами.

Следует иметь в виду, что цель промышленного производства не только в том, чтобы изготовить заданное количество продукции с необходимыми свойствами, но и в том, чтобы сделать это с минимальными финансовыми затратами, без ущерба для здоровья и окружающей среды.

В соответствии с приведённой терминологией можно сделать следующее определение.

Технологическим процессом изготовления промышленной продукции называется упорядоченная последовательность регулируемых и контролируемых операций, в результате выполнения которых происходит целенаправленное преобразование исходного материала в конечную продукцию таким безопасным и экономичным образом, чтобы она удовлетворяла наперёд заданным требованиям.

Если физические процессы подчиняются законом природы, то технологические операции, кроме того, подчинены соображениям целесообразности. Технолог-исследователь, понимая физику процесса, формулирует на каждом этапе технологического цикла цели каждой операции, подчиняя их совокупность достижению конечной цели. Цели энергетического, экологического, социального характера также могут быть выражены в экономической форме и входят в приведённой формулировке в калькуляцию затрат.

Основной особенностью технологической операции, как физического процесса или процессов, является наличие двух обязательных структурных элемента – это обрабатываемый материал (пассивный объект, который испытывает преобразование) и сам процесс. Для моделирования и управления технологией изготовления промышленных изделий важно понимать, из каких элементарных процессов состоят отдельные операции.

Элементарным процессом будем называть такое взаимодействие материальных объектов, которые происходят с элементами, структурное строение которых для описания процесса не имеет значения, а само описание сводится к набору определённых законов физики.

Типичным примером элементарных процессов могли бы служить те, которые происходят с объектами, выраженными математическими точками или сплошными средами, а процессы описываются законами механики и действием физических полей.

Химические процессы с точки зрения физики не являются элементарными, но в ряде процессов их можно считать таковыми.

Отличие технологической операции от физических процессов, из которых она состоит, заключается только в том, что она планируется и осуществляется так, что протекает в заданном направлении и даёт заданный, повторяющийся каждый раз, результат.

Условия протекания процесса, выраженные физическими величинами, которые являются необходимыми и достаточными для воспроизведения результатов называют параметрами операции или технологическими режимами.

2 ВИДЫ МОДЕЛЕЙ. ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ

Модель - общенаучное понятие, означающее как идеальный, так и физический объект анализа. Важным классом идеальных моделей является математическая модель - в ней изучаемое явление или процесс представлены в виде абстрактных объектов или наиболее общих математических закономерностей, выражающих либо законы природы, либо внутренние свойства самих математических объектов, либо правила логических рассуждений.

Границы между моделями различных типов или классов, а также отнесение модели к какому-то типу или классу чаще всего условны. Наиболее распространенные признаки, по которым классифицируются модели:

- цель использования;

- область знаний;

- фактор времени;

- способ представления.

По целям использования выделяются модели учебные, опытные, имитационные, игровые, научно-технические. По области знаний выделяются модели биологические, экономические, исторические, социологические и т.д.

По фактору времени разделяются модели динамические и статические. Статическая модель отражает строение и параметры объекта, поэтому ее называют также структурной. Она описывает объект в определенный момент времени, дает срез информации о нем. Динамическая модель отражает процесс функционирования объекта или изменения и развития процесса во времени.

Любая модель имеет конкретный вид, форму или способ представления, она всегда из чего-то и как-то сделана или представлена и описана. В этом классе, прежде всего, модели рассматриваются как материальные и нематериальные.

Материальные модели - это материальные копии объектов моделирования. Они всегда имеют реальное воплощение, воспроизводят внешние свойства или внутреннее строение, либо действия объекта-оригинала. Материальное моделирование использует экспериментальный (опытный) метод познания.

Нематериальное моделирование использует теоретический метод познания. По-другому его называют абстрактным, идеальным. Абстрактные модели, в свою очередь, делятся на воображаемые и информационные.

Информационная модель - это совокупность информации об объекте, описывающая свойства и состояние объекта, процесса или явления, а также связи и отношения с окружающим миром. Информационные модели представляют объекты в виде, словесных описаний, текстов, рисунков, таблиц, схем, чертежей, формул и т.д. Информационную модель нельзя потрогать, у нее нет материального воплощения, она строится только на информации. Ее можно выразить на языке описания (знаковая модель) или языке представления (наглядная модель).Одна и та же модель одновременно относится к разным классам деления. Например, программы, имитирующие движение тел. Такие программы используются на уроках физики (область знания) с целями обучения (цель использования). В то же время они являются динамическими, так как учитывают положение тела в разные моменты времени, и алгоритмическими по способу реализации.

Форма представления информационной модели зависит от способа кодирования (алфавита) и материального носителя.

Воображаемое (мысленное или интуитивное) моделирование - это мысленное представление об объекте. Такие модели формируются в воображении человека и сопутствуют его сознательной деятельности. Они всегда предшествуют созданию материального объекта, материальной и информационной модели, являясь одним из этапов творческого процесса.

Вербальное моделирование (относится к знаковым) - это представление информационной модели средствами естественного разговорного языка (фонемами). Мысленная модель, выраженная в разговорной форме, называется вербальной. Форма представления такой модели - устное или письменное сообщение. Примерами являются литературные произведения, информация в учебных пособиях и словарях, инструкции пользования устройством, правила дорожного движения.

Наглядное (выражено на языке представления) моделирование - это выражение свойств оригинала с помощью образов. Например, рисунки, художественные полотна, фотографии, кинофильмы. При научном моделировании понятия часто кодируются рисунками - иконическое моделирование. Сюда же относятся геометрические модели - информационные модели, представленные средствами графики.

Образно-знаковое моделирование использует знаковые образы какого-либо вида: схемы, графы, чертежи, графики, планы, карты. Например, географическая карта, план квартиры, родословное дерево, блок-схема алгоритма. К этой группе относятся структурные информационные модели, создаваемые для наглядного изображения составных частей и связей объектов. Наиболее простые и распространенные информационные структуры - это таблицы, схемы, графы, блок-схемы, деревья.

Знаковое (символическое выражено на языке описания) моделирование использует алфавиты формальных языков: условные знаки, специальные символы, буквы, цифры и предусматривает совокупность правил оперирования с этими знаками. Примеры: специальные языковые системы, физические или химические формулы, математические выражения и формулы, нотная запись и т. д. Программа, записанная по правилам языка программирования, является знаковой моделью.

Одним из наиболее распространенных формальных языков является алгебраический язык формул в математике, который позволяет описывать функциональные зависимости между величинами. Составление математической модели во многих задачах моделирования хоть и промежуточная, но очень существенная стадия.

Математическая модель - способ представления информационной модели, отображающий связь различных параметров объекта через математические формулы и понятия. В тех случаях, когда моделирование ориентировано на исследование моделей с помощью компьютера, одним из его этапов является разработка компьютерной модели.

Компьютерная модель - это созданный за счет ресурсов компьютера виртуальный образ, качественно и количественно отражающий внутренние свойства и связи моделируемого объекта, иногда передающий и его внешние характеристики. Компьютерная модель представляет собой материальную модель, воспроизводящую внешний вид, строение или действие моделируемого объекта посредством электромагнитных сигналов. Разработке компьютерной модели предшествуют мысленные, вербальные, структурные, математические и алгоритмические модели.

3 ЭТАПЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ. СОЗДАНИЕ МОДЕЛЕЙ

Процесс решения задач осуществляется в несколько этапов. Содержательная постановка задачи. Вначале нужно осознать задачу, четко сформулировать ее. При этом определяются также объекты, которые относятся к решаемой задаче, а также ситуация, которую нужно реализовать в результате ее решения. Это - этап содержательной постановки задачи. Для того чтобы задачу можно было описать количественно и использовать при ее решении вычислительную технику, нужно произвести качественный и количественный анализ объектов и ситуаций, имеющих к ней отношение. При этом сложные объекты, разбиваются на части (элементы), определяются связи этих элементов, их свойства, количественные и качественные значения свойств, количественные и логические соотношения между ними, выражаемые в виде уравнений, неравенств. Это - этап системного анализа задачи, в результате которого объект оказывается представленным в виде системы.

Следующим этапом является математическая постановка задачи, в процессе которой осуществляется построение математической модели объекта и определение методов (алгоритмов) получения решения задачи. Это - этап системного синтеза (математической постановки) задачи. На этом этапе может оказаться, что ранее проведенный системный анализ привел к такому набору элементов, свойств и соотношений, для которого нет приемлемого метода решения задачи, в результате приходится возвращаться к этапу системного анализа. Как правило, решаемые в практике задачи стандартизованы, системный анализ производится в расчете на известную математическую модель и алгоритм ее решения, проблема состоит лишь в выборе подходящего метода.

Следующим этапом является разработка программы решения задачи на ЭВМ. Для сложных объектов, состоящих из большого числа элементов, обладающих большим числом свойств, может потребоваться составление базы данных и средств работы с ней, методов извлечения данных, нужных для расчетов. Для стандартных задач осуществляется не разработка, а выбор подходящего пакета прикладных программ и системы управления базами данных. На заключительном этапе производится эксплуатация модели и получение результатов.

4 СВЯЗИ МЕЖДУ ОБЪЕКТАМИ

Если предметы моделируются как объекты, то отношения, которые систематически возникают между различными видами объектов, отражаются в информационных моделях как связи. Каждая связь задается в модели определенным именем. Связь в графической форме представляется как линия между связанными объектами и обозначается идентификатором связи. Существует три вида связи: один-к-одному, один-ко-многим и многие-ко-многим.

Связь один-к-одному существует, когда один экземпляр одного объекта связан с единственным экземпляром другого. Связь один-к-одному обозначается стрелками <и>.

Связь один-ко-многим существует, когда один экземпляр первого объекта связан с одним (или более) экземпляром второго объекта, но каждый экземпляр второго объекта связан только с одним экземпляром первого. Множественность связи изображается двойной стрелкой >>.

Связь многие-ко-многим существует, когда один экземпляр первого объекта связан с одним или большим количеством экземпляров второго и каждый экземпляр второго связан с одним или многими экземплярами первого. Этот тип связи изображается двусторонней стрелкой –

Помимо множественности, связи могут подразделяться на безусловные и условные. В безусловной связи для участия в ней требуется каждый экземпляр объекта. В условной связи принимают участие не все экземпляры объекта. Связь может быть условной как с одной, так и с обеих сторон.

Все связи в информационной модели требуют описания, которое, как минимум, включает:

- идентификатор связи;

- формулировку сущности связи;

- вид связи (ее множественность и условность);

- способ описания связи с помощью вспомогательных атрибутов объектов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Дальнейшее развитие представлений информационного моделирования связано с развитием понятия связи, структур, ими образуемых, и задач, которые могут быть решены на этих структурах. Нам уже известна простая последовательная структура экземпляров - очередь. Возможными обобщениями информационных моделей являются циклическая структура, таблица, стек.

Очень важную роль играет древовидная информационная модель, являющаяся одной из самых распространенных типов классификационных структур. Эта модель строится на основе связи, отражающей отношение части к целому: «А есть часть М» или «М управляет А». Древовидная связь является связью типа один-ко-многим..

Таким образом, типы данных в программировании тесно связаны с определенными информационными моделями данных.

Еще более общей информационной моделью является, так называемая, графовая структура. Графовые структуры являются основой решения огромного количества задач информационного моделирования.

Многие прикладные задачи информационного моделирования были поставлены и изучены достаточно давно, в 50-60-х годах, в связи с активно развивавшимися тогда исследованиями и разработками по научным основам управления в системах различной природы и в связи с попытками смоделировать с помощью компьютеров психическую деятельность человека при решении творческих интеллектуальных задач. Научное знание и модели, которые были получены в ходе решения этих задач, объединены в науке под названием «Кибернетика», в рамках которой существует раздел «Исследования по искусственному интеллекту».

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Городецкий А.Я. Информационные системы. Вероятностные модели и статистические решения. Учеб. пособие. - СПб: Изд-во СПбГПУ, 2003. - 326 c.

2. Олзоева С.И. Моделирование и расчёт распределённых информационных систем. Учебное пособие. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2004. - 67 с.

3. Елинова Г.Г. Информационные технологии в профессиональной деятельности: Краткий курс лекций. - Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. - 39 с.

4. Артёмова С.В. Информатика: Учебное пособие. Ч.I. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2001. - 160 с.

5. Майстренко А.В. Информатика: Учеб. пособие. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. тех. ун-та, 2002. - Ч. I. - 96 с.




Возможно эти работы будут Вам интересны.

1. Математическое моделирование для автоматизации технологических процессов и проектирования изделий электронной техники

2. Моделирование и проектирование корпоративных и локальных информационных систем

3. Языки моделирования. Имитационное моделирование информационных систем и сетей

4. Визуальное моделирование: метод функционального моделирования SADT (IDEF0), метод моделирования процессов IDEF3, моделирование потоков данных (DFD)

5. Моделирование переходных процессов в трансформаторе

6. Моделирование бизнес-процессов в Bizagi BPMN Suit

7. Моделирование экономики на основе управляемых Марковских процессов

8. Моделирование геохимических процессов в гомогенных гидрогеохимических системах

9. Моделирование переходных процессов при коротком замыкании в заданных точках электроэнергетической системы

10. ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ В СРЕДЕ GPSS