Имитациялық бағдарламалық жасақтама - Simulation software

Имитациялық бағдарламалық жасақтама жиынтығымен нақты құбылысты модельдеу процесіне негізделген математикалық формулалар. Бұл, негізінен, қолданушыға осы әрекетті нақты орындамай, имитациялау арқылы операцияны бақылауға мүмкіндік беретін бағдарлама. Имитациялық бағдарламалық жасақтама жабдықты жобалау үшін кеңінен қолданылады, сонда түпкілікті өнім процестің модификациясында қымбат болмай, дизайн ерекшеліктеріне жақын болады. Бағдарламалық жасақтаманы модельдеу шынайы уақыт жауап ойындарда жиі қолданылады, бірақ сонымен бірге оның маңызды өндірістік қосымшалары бар. Егер ұшақтың ұшқыштары, атом электр станциясының операторлары немесе химиялық қондырғылардың операторлары сияқты дұрыс емес жұмыс үшін айыппұл қымбатқа түсетін болса, нақты басқару панелінің мысқылы физикалық реакцияны нақты уақыт режимінде имитациялауға қосылып, жаттығуларсыз құнды тәжірибе береді. апатты нәтижеден қорқу.

Озат компьютерлік бағдарламалар модельдеуге болады қуат жүйесі мінез-құлық,[1] ауа-райы шарттар, электрондық тізбектер, химиялық реакциялар, мехатроника,[2] жылу сорғылары, кері байланысты басқару жүйелері, атомдық реакциялар, тіпті күрделі биологиялық процестер. Теория жүзінде математикалық мәліметтер мен теңдеулерге келтіруге болатын кез-келген құбылыстарды компьютерде модельдеуге болады. Имитация қиын болуы мүмкін, өйткені табиғи құбылыстардың көпшілігі шексіз әсерге ұшырайды. Пайдалы модельдеуді дамытудағы амалдардың бірі - модельдеу мақсаттарына әсер ететін маңызды факторлардың қайсысын анықтау.

Әр түрлі жағдайда өзін қалай ұстайтындығын көру үшін процестерге еліктеуге қоса, модельдеу жаңа теорияларды тексеру үшін де қолданылады. Себепті қатынастар теориясын жасағаннан кейін теоретик қатынастарды компьютерлік бағдарлама түрінде кодтай алады. Егер бағдарлама нақты процесс сияқты әрекет етсе, ұсынылған қатынастардың дұрыс болуына үлкен мүмкіндік бар.

Жалпы модельдеу

Жалпы модельдеу пакеттері екі санатқа бөлінеді: дискретті оқиға және үздіксіз модельдеу. Дискретті оқиғаларды модельдеу банкте кезекке тұрған клиенттер сияқты статистикалық оқиғаларды модельдеу үшін қолданылады. Келу ықтималдығын бақыланатын мінез-құлықпен дұрыс байланыстыра отырып, модель кезек күту уақытын белгіленген деңгейде ұстап тұру үшін оңтайлы кезек санын анықтай алады. Үздіксіз тренажерлар баллистикалық траекториялар, адамның тыныс алуы, электр қозғалтқышының реакциясы, радиожиіліктегі деректер байланысы, бу турбинасының энергиясын өндіру және т.б. сияқты физикалық құбылыстардың алуан түрін модельдеу үшін қолданылады. Симуляциялар компоненттерді таңдау мен контроллердің жетістіктерін оңтайландыру үшін жүйенің бастапқы дизайнында қолданылады. сияқты Модельге негізделген дизайн енгізілген басқару кодын шығаратын жүйелер. Үздіксіз модельдеудің нақты уақыт режиміндегі жұмысы операторларды оқыту және контроллерді желіден тыс күйге келтіру үшін қолданылады.

Модельдеудің төрт негізгі әдісі бар: оқиғаларды жоспарлау әдісі, іс-әрекетті сканерлеу, процесс-өзара әрекеттесу және үш фазалы тәсіл, салыстырмалы түрде мыналарды атап өтуге болады:

Іс-шараларды жоспарлау әдісі қарапайым және тек екі фазадан тұрады, сондықтан C және B жоқ, бұл бағдарламаның жылдам жұмыс істеуіне мүмкіндік береді, өйткені шартты оқиғаларды сканерлеу жоқ. Бұл артықшылықтардың бәрі бізге әдістің кемшіліктері туралы бір нәрсе айтады, өйткені тек екі фаза бар, содан кейін барлық оқиғалар араласады (Bs және C жоқ), содан кейін әдіс парсимония емес, демек оны жақсарту өте қиын (Pidd, 1998) . Әрекетті сканерлеу әдісі Үш фазалы әдіске қарағанда қарапайым, өйткені күнтізбесі жоқ және ол парсимонды модельдеуді қолдайды. Алайда бұл тәсіл үш фазалыдан әлдеқайда баяу, өйткені барлық іс-шаралар шартты түрде қарастырылады. Екінші жағынан, атқарушы биліктің екі фазасы бар. Әдетте бұл тәсілді Үш фазалы әдіспен шатастырады (Пидд, 1998). Процесс-өзара іс-қимыл «алдымен екі жалпы артықшылықты бөліседі; олар баяу жұмыс жасайтын бағдарламалардан аулақ болады. Екіншіден, олар оқиғаның барлық ықтимал логикалық салдарын ойластыру қажеттілігінен аулақ болады »(Пидд, 1998). Дегенмен (Pidd, 1998) бұл тәсіл DEADLOCK мәселесінен зардап шегеді, бірақ бұл тәсіл жаңадан бастаған модельерлер үшін өте тартымды. Дегенмен, (Шрибер және басқалар, 2003). «Процестің өзара әрекеттесуін элиталық топ қана түсінді және қарапайым бағдарламашылардың қолынан келмеді» дейді. Шындығында (Schriber et al, 2003) .adds “. Информатика сабақтарында көп ағынды қосымшалар туралы айтылды, бірақ кең қоғамдастықта сирек қолданылады ». Бұл процесс-өзара әрекеттесуді жүзеге асыру өте қиын болғандығын көрсетеді. Алдыңғы дәйексөздегі айқын қарама-қайшылық процестің өзара әрекеттесуі мен транзакция-ағын тәсілінің араласуымен байланысты. Transaction-Flow-тің шығу тегі туралы толық идеяны білу үшін (Schriber et al, 2003): Бұл Гордон симуляторы пайда болған алғашқы сорпа болды. Гордонның транзакциялар ағынының әлемге деген көзқарасы қарапайым қолданушыларға процестің өзара әрекеттесу тәсілін енгізетін процестің өзара әрекеттесуінің ақылды түрде жасырылған түрі болды. . Гордон барлық уақыттағы орау жұмыстарының бірін жасады. Ол жүйенің жұмысын графикалық түрде бейнелейтін блок-схема құру үшін біріктірілуі мүмкін құрылыс блоктарының жиынтығын ойлап тапты. Осы модельдеу парадигмасы бойынша элементтердің ағымы жүйе арқылы оңай көрінетін болды, өйткені бұл барлық тәсілдің фокусы болды. Үш фазалы тәсіл «тығырықтан қашып, параллелизмді имитациялауға» мүмкіндік береді (Пидд және Кассель, 1998). Үш фаза байланыстырылған іс-шаралар кестесін қарап шығуы керек, содан кейін оны баяулататын барлық шартты әрекеттерді тексереді. Көптеген адамдар тығырыққа тірелген мәселені шешу үшін жұмсаған уақытын кешіреді. Іс жүзінде, үш фазалы таралған жүйелерде операциялық жүйелер, мәліметтер базалары және т.с.с. туралы айтылған кезде қолданылады, олардың үш фазалы атаулары әртүрлі (Tanenbaum және Steen, 2002).[3]

Электроника

Электрондық модельдеу бағдарламалық жасақтама нақты электрондық құрылғының немесе схеманың әрекетін қайталауға арналған математикалық модельдерді қолданады. Негізінде, бұл а компьютерлік бағдарлама түрлендіретін а компьютер толық жұмыс істейтін электроника зертханасына. Электрондық тренажерлер а схемалық редактор, ДӘМДІЛЕР симулятор мен экрандағы толқын формаларын және «не болса» сценарийлерін тез және жедел етеді. Құрылыстың алдында схеманың мінез-құлқын модельдеу арқылы ол тиімділікті едәуір жақсартады және электронды схемалардың құрылымы мен тұрақтылығы туралы түсінік береді. Көптеген тренажерларда аналогты, сандық және аралас модельдейтін SPICE қозғалтқышы қолданылады A / D ерекше қуат пен дәлдікке арналған тізбектер. Олар сонымен қатар кең модельдер мен құрылғылар кітапханаларын қамтиды. Әдетте бұл тренажерлерде болады баспа платасы (ПХД) экспорттық мүмкіндіктері, олар схемаларды жобалау және сынау үшін маңызды емес, бұл электрондық тізбекті имитациялаудың негізгі қолданбасы болып табылады.

Бірақ қатаң түрде бар аналогтық [4] электронды схема тренажерларына аналогтық және оқиғаларға негізделген сандық модельдеу кіреді[5] мүмкіндіктері және аралас режимдегі тренажерлар ретінде белгілі.[6] Бұл кез-келген модельдеуде аналогтық, оқиғаға негізделген (сандық немесе іріктелген деректер) компоненттер немесе екеуінің тіркесімі болуы мүмкін дегенді білдіреді. Тұтас аралас сигналдарды талдау бір интегралды схемадан шығаруға болады. Аралас режимдегі тренажерлардағы барлық сандық модельдер таралу уақыты мен өсу / түсу уақыттарының кешігуін дәл сипаттайды.

Іс-шара жетекші алгоритм аралас режимдегі тренажерлармен қамтамасыз етілген, бұл жалпы мақсат болып табылады және деректердің сандық емес түрлерін қолдайды. Мысалы, элементтер DSP функцияларын немесе деректердің іріктелген сүзгілерін имитациялау үшін нақты немесе бүтін мәндерді қолдана алады. Оқиғаға негізделген алгоритм стандартты матрицалық шешімді модельдеу уақытына қарағанда жылдамырақ болғандықтан, аналогтық модельдердің орнына оқиғаларға негізделген модельдерді қолданатын тізбектер үшін айтарлықтай қысқарады.[7]

Аралас модельдеу үш деңгейде қарастырылады; (а) уақыт модельдерін және кіріктірілген 12 немесе 16 мемлекеттік цифрлық логикалық симуляторды пайдаланатын қарабайыр цифрлық элементтермен, (b) нақты транзисторлық топологияны қолданатын ішкі тізбек модельдерімен. интегралды схема және, ақырында, (c) In-line көмегімен Логикалық логика өрнектер.

Нақты бейнелер негізінен талдау кезінде қолданылады электр жеткізу желісі және сигналдың тұтастығы IC енгізу / шығару сипаттамаларын мұқият тексеру қажет болатын мәселелер. Логикалық логика өрнектер - бұл аналогтық ортада логикалық сигналды тиімді өңдеуді қамтамасыз ету үшін қолданылатын кідіріссіз функциялар. Осы екі модельдеу техникасы қолданылады ДӘМДІЛЕР проблеманы шешу үшін үшінші әдіс, сандық примитивтер, аралас режим мүмкіндігін қолданады. Осы әдістердің әрқайсысының артықшылығы мен мақсатты қосымшалары бар. Шын мәнінде, көптеген модельдеу (әсіресе A / D технологиясын қолданатын) барлық үш тәсілді біріктіруге мәжбүр етеді. Бірде-бір тәсіл жеткілікті.

Бағдарламаланатын логикалық контроллерлер

Үшін дұрыс түсіну үшін а бағдарламаланатын логикалық контроллер (PLC), көп уақыт жұмсау керек бағдарламалау, тестілеу және түзету PLC бағдарламалары. PLC жүйелері табиғатынан қымбат, ал жұмыс істемей қалуы көбінесе өте қымбатқа түседі. Сонымен қатар, егер PLC дұрыс бағдарламаланбаған болса, бұл өнімділіктің төмендеуіне және қауіпті жағдайларға әкелуі мүмкін. PLC модельдеу бағдарламалық жасақтамасы PLC-ны түсіну мен оқуда және осы білімді жаңартып, жаңартып отырудың құнды құралы болып табылады.[8] PLC модельдеуі пайдаланушыларға тегке негізделген форматты пайдаланып жазылған бағдарламаларды жазу, редакциялау және күйін келтіру мүмкіндігін ұсынады. Ең танымал PLC-дің көпшілігінде тегтер қолданылады, олар PLC-ді бағдарламалаудың қуатты әдісі, сонымен қатар күрделі. PLC модельдеуі пайдаланушының оқу тәжірибесін жақсарту үшін баспалдаққа негізделген логикалық бағдарламаларды 3D интерактивті анимациялармен біріктіреді.[9] Бұл интерактивті анимацияларға кіреді бағдаршам, пакеттік өңдеу және құю желілері.[10]

PLC модельдеуін қолдана отырып, PLC бағдарламашылары барлық «не болса» сценарийлерін өзгертуге еркіндік алады баспалдақ қисыны нұсқаулар мен бағдарламалар, содан кейін модельдеуді қайта іске қосып, өзгерістер PLC-нің жұмысына және жұмысына қалай әсер ететінін көріңіз. Тестілеудің бұл түрі көбінесе жүздеген немесе миллиондаған доллар тұратын процестерді басқаратын сыммен жұмыс істейтін PLC-ді қолдану мүмкін емес.[11]

Қаңылтырды қалыптау

Металл парағы имитациялық бағдарламалық жасақтама метал парағын жасаудың нақты процедурасын қайталауға арналған математикалық модельдерді қолданады.[дәйексөз қажет ] Негізінде, бұл а компьютерлік бағдарлама түрлендіретін а компьютер толықтай жұмыс істейтін металл өндірісін болжау қондырғысына. Қаңылтыр металдарды қалыптау модельдеу металлургия зауыттарының өндірістік желілеріндегі ақаулардан сақтайды және сынақтарды азайтады және металды қалыптау процесінде тиімділікті жоғарылатады.[дәйексөз қажет ]

Металл құю

Металл құю модельдеу қазіргі уақытта Соңғы элементтер әдісі ақауларды болжау құралы ретінде жасалған имитациялық бағдарламалық жасақтама құю өндірісі оны түзету және / немесе жақсарту мақсатында инженер құю процесі, прототиптік сынақтар жасалмас бұрын да. Идея ақпараттарды нәтижелерді талдау және болжау үшін қарапайым және тиімді түрде пайдалану, мысалы:

  • Гравитациялық құм құю
  • Гравитациялық кастинг
  • Гравитациялық көлбеу құю
  • Төмен қысымды қалыпқа құю

Бағдарламалық жасақтама әдетте келесі сипаттамаларға ие болады:

  • Графикалық интерфейс және торлы құралдар
  • Пішінді толтырғыш
  • Қатты және салқындатқыш: термиялық және термомеханикалық (шөгу).

Желілік хаттамалар

Желілік құрылымдар арасындағы өзара әрекеттесу әр түрлі анықталады байланыс хаттамалары. Желілік модельдеу бағдарламалық жасақтама протокол деңгейіндегі желілердің әрекетін модельдейді. Network Protocol Simulation бағдарламалық жасақтамасын тест сценарийлерін құру, желінің белгілі бір хаттамалық хабарламаларға қарсы әрекетін, жаңасының сәйкестігін түсіну үшін пайдалануға болады хаттама стегі енгізу, протоколдар стегін тестілеу. Бұл тренажерлар халықаралық стандарттар органы жасаған телекоммуникациялық протокол архитектурасының сипаттамаларына негізделген ITU-T, IEEE, және тағы басқа. Хаттамалық имитациялық бағдарламалық жасақтама пакеттің іздері, оқиғалар журналдары және т.б. туралы егжей-тегжейлі болуы мүмкін.

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ «Энергия менеджменті бағдарламалық жасақтамасы және құралдары - кешенді энергетикалық жүйелер - 5.6». дои:10.1016 / B978-0-12-809597-3.00518-6. Жоқ немесе бос | url = (Көмектесіңдер)
  2. ^ Махмуд, Хизир; Таун, Грэм Э. (2016). «Электромобильдердің энергия қажеттіліктерін модельдеуге арналған компьютерлік құралдарға шолу және олардың электр тарату желілеріне әсері». Қолданылатын энергия. 172: 337–359. дои:10.1016 / j.apenergy.2016.03.100.
  3. ^ Әбу-Тайе, Евон (2007). «Сауда-саттық модельдеу пакеттері: салыстырмалы зерттеу» (PDF). Халықаралық модельдеу журналы. 8: 8.
  4. ^ Менгу мен Вигнат, Марне университетіне кіру, Валледегі
  5. ^ П.Фишвик, Флорида университетіне кіру Мұрағатталды 2007-05-07 ж Wayback Machine
  6. ^ Дж. Педро және Н. Карвалью, Португалия, де Авейро Универсиадасына кіру
  7. ^ Л. Уолкен және М.Брукнер, оқиғаларға негізделген мультимодальдық технологиялар Мұрағатталды 2007-05-05 ж Wayback Machine
  8. ^ Дугалл, Дэвид Дж. (1997). «PLC және ДК басқару жүйелері үшін нақты уақыттағы модельдеудің қосымшалары мен артықшылықтары». ISA транзакциялары. 36 (4): 305–311. дои:10.1016 / S0019-0578 (97) 00033-5.
  9. ^ PLCLogix туралы мақала
  10. ^ 3DWorlds сілтемесі бар мақала
  11. ^ PLC модельдеудің артықшылықтары