Характеристики моделей

С какой бы системой или ее моделью мы не работали, всегда приходится их характеризовать. И так, чтобы это и нам было удобно, и возможному собеседнику (заказчику, покупа­телю, кол­леге и т. д.) ясно и понятно.

Общепринятой основной элементарной характеристикой сис­темы и ее моделей служит параметр, т. е. величина, представ­ляющая определенное физическое, геометрическое или иное свой­ство объекта. Вид и число параметров, характер их взаим­ных свя­зей и форма представления отличает одну модель от другой и оп­ределяет степень их идеализации по отношению к реальному объ­екту.

В зависимости от назначения технические параметры можно подразделить на функциональные, объектные и вспомогатель­ные.

Функциональные параметры характеризуют выполняемую функцию. Эти параметры в процессе проектирования известны, и создание технической системы заключается в разработке кон­ст­рукции, т. е. материального носителя заданных функций, с тре­буемыми значениями функциональных параметров.

Объектные параметры характеризуют материальный носи­тель этой функции (объект, систему, изделие). К ним относятся его геометрические характеристики (размер, форма, взаимное по­ложение, количество), марка и состояние использованных мате­риалов. При этом марка выступает как обобщенный параметр, объединяющий в себе данные о составе, условиях изготовления и иных свойствах материала. Но для разработчика технической сис­темы, по аналогии с ее элементной базой, существует и уро­вень элементарных параметров, детализация которых вызывает потреб­ность в дополнительных специальных знаниях. По этой причине марка материала является элементарным параметром, скажем, для проектировщика, а его состав - для материаловеда, металлурга.

Отыскание величин объектных параметров является целью про­ектирования. Напомним, что понятие " геометрический пара­метр" включает не только количественные характеристики (раз­меры), но и форму поверхностей и профилей, взаимное располо­жение поверхностей и осей.

Остальные параметры относятся к группе вспомогательных. Они необходимы для обоснования принимаемых решений, ха­рак­теристики свойств системы или модели и т. п.

Состав параметров, и особенно - вспомогательных, для каж­дой конкретной системы и модели различен. Это связано с отли­чиями не только в устройстве отдельных систем, но и в предъяв­ляемых к ним требованиях, условиях применения. Определение же объектных параметров - цель проектирования.

Например, в качестве функциональных параметров лифта (функция - поднимать груз) будут выступать высота подъема и масса груза, объ­ектных - размеры и форма лифта и марки мате­риалов, из которых он изготовлен. Вспомогательными парамет­рами могут стать скорость подъе­ма, срок службы, запас проч­ности и т. д., т. е. все то, что использовалось при обосновании принимаемых решений, необходимо для характеристики техни­ческих, экономических, социальных и иных свойств изделия и т. п.

Количество параметров, характеризующих поведение не только системы, но и ее модели, очень велико. Для упрощения процесса изучения реальных систем выделяют три уровня их мо­делей, различающиеся количеством и степенью важности учиты­ваемых свойств. Это - принципиальная, структурная и параметри­ческая модели. -

Принципиальные модели или, как их еще называют, мо­дели принципа действия системы отображают ее самые сущест­венные (принципиальные) связи и свойства. Это - основопола­гающие физические явления, обеспечивающие функциониро­вание систе­мы, или любые другие принципиальные положения, на которых базируется планируемая деятельность или иссле­дуемый процесс. Часто стремятся к тому, чтобы количество учитываемых свойств и характеризующих их параметров было небольшим (оставляют наиболее важные), а обозримость мо­дели - максимальной, так чтобы трудоемкость работы с моде­лью не отвлекала внимание от сущности исследуемых явлений. Как правило, описывающие по­добные модели параметры - функциональные, а также физические характеристики материа­лов.

Работа с моделями принципа действия позволяет опреде­лить перспективные направления разработки (механика, элек­тротехни­ка и т. п.) и требования к возможным материалам (твердые или жидкие, металлические или неметаллические, магнитные или не­магнитные и т. д.).

Графическим представлением этих моделей служат блок-схемы. Они отражают порядок действий, направленных на дости­жение заданных целей (функциональная схема), либо процесс преоб­разования вещества, как материальной основы системы, по­сред­ством определенных энергетических воздействий с целью реа­лизации потребных функций (функционально-физическая схе­ма). На схеме виды и направления воздействия изображаются стрелками, а объекты воздействия - прямоугольниками.

Четкого определения структурной модели не существует. Обычно под ней подразумевают упрощенное графическое изо­бра­жение системы, дающее общее представление о форме, рас­поло­жении и числе наиболее важных ее частей и их взаимных связях. Степень упрощения может быть различной и зависит от полноты исходных данных об исследуемой системе и потреб­ной точности результатов. На практике виды структурных схем могут варьиро­ваться от несложных небольших схем (мини­мальное число частей, простота форм их поверхностей) до близких к чертежу изображе­ний (высокая степень подробности описания, сложность исполь­зуемых форм поверхностей).

Для удобства восприятия на структурных схемах в символь­ном (буквенном, условными знаками) виде указываются парамет­ры, характеризующие свойства отображаемых систем. Исследова­ние схемы позволяет установить соотношения (функциональ­ные, геометрические и т. п.) между этими параметрами, т. е. предста­вить их взаимосвязь в виде равенств и неравенств или в иных выражениях.

Под параметрической моделью понимается математическая модель, позволяющая установить количественную связь между функциональными, объектными и/или вспомогательными пара­метрами. Графической интерпретацией такой модели служит чер­теж системы или ее частей с указанием численных значений пара­метров.

Возможно изображение структурной схемы в масштабе. Та­кую модель относят к структурно-параметрическим. Ее приме­ром служит кинематическая схема механизма, на которой размеры упрощенно изображенных звеньев (длины линий-стержней, ра­диу­сы колес-окружностей и т. д.) нанесены в масштабе, что по­зволяет дать численную оценку некоторым исследуемым харак­теристи­кам.

Параметры модели подразделяются на входные, внутренние и выходные.

Входные (внешние) параметры отражают внешние требования к системе, их значения или характер изменения с той или иной точностью известны. Часть этих параметров, существенно влияю­щих на состояние и характеристики системы, называют управ­ляющими.

Внутренние параметры характеризуют состояние и свойства самой системы. Их значения вначале неизвестны и определя­ются в процессе исследований модели.

Часть входных и рассчитанных внутренних параметров сис­темы может использоваться в качестве исходных данных для мо­дели другой, взаимосвязанной, системы. Такие параметры назы­ва­ются выходными для рассмотренной системы и входными - для вновь рассматриваемой.

Так, для лифта, входными параметрами будут, например, высота подъема и масса груза, срок службы (они задаются, при­ходят извне), а внутренними - диаметр и материал троса (они определяются, характери­зуют систему и заранее неизвестны). Выходными параметрами будут размеры кабины лифта (явля­ются входными при проектировании шахты лифта).