РАЗДЕЛ 2 ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ МОДЕЛИРУЮЩЕГО СЕРВИСНОГО ЦЕНТРА ЗАДАННОЙ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ
2.1 Предметная область как источник объектов и задач моделирования
Как было показано в гл.1, необходимость разработки проблемно-ориентированных моделирующих средств и систем обуславливается сложностью создания моделей и необходимостью модельного сопровождения и поддержки комплекса автоматизированных динамических технологических объектов, являющихся с позиции моделирования объектами исследований предметных областей. Динамическими [70] принято называть объекты техники и технологий, в которых происходят процессы изменения состояний, вызванные их природными особенностями или целенаправленными управляющими воздействиями с целью перевода объектов из некоторого начального в заранее определённое состояние.
Определение: Динамическая система (ДС) - это любой объект или процесс, в котором происходят однозначно определённые целенаправленные управляемые процессы изменения состояний, рассматриваемые как совокупность некоторых величин в данный момент времени, сопровождающиеся изменениями параметров состояний на протяжении определённого времени, для которых задан закон, описывающий изменение (эволюцию) начального состояния с течением времени.
Каждая современная отрасль техники и технологий обладает характерными для неё динамическими процессами и объектами, которые в рамках технологических схем и в совокупности со средствами автоматизации приобретают качества сложных динамических систем (СДС). Сложность ДС обуславливается следующими основными факторами [104]: множественность и многосвязанность параметров, большая размерность векторов неизвестных; нелинейность физических статических и динамических характеристик элементов; иерархичность расположения средств регулирования; зависимость физических процессов от временных и пространственных координат; разнообразие физической природы взаимодействующих процессов; непрерывный, дискретный и непрерывно-дискретный характер динамических (управляемых) процессов; многосвязанность параметров по уровням иерархии предметной области; непостоянность структур в зависимости от хода и развития динамических процессов; наличие фаз и зон параметров, обуславливающих границы безопасной эксплуатации.
Уровень развития большинства предметных областей, от горного дела, металлургии, химии, машиностроения, электротехники и энергетики, аэрокос-монавтики до микроэлектроники, медицины, био- и нанотехнологий в значительной степени определяется достигнутым уровнем знаний теорий, понимания взаимодействия и интеграции различных динамических процессов, их практического внедрения экспертами предметных областей в СДС-проекты. Теория динамических систем способствует объединению различных предметных областей при комплексном решении имеющихся в них технических и технологических проблем.
С позиций моделирования динамические системы подразделяются на системы с сосредоточенными (ДССП) и распределёнными (ДСРП) параметрами [104]. Традиционно теория и методы моделирования ДССП и ДСРП представляют собой самостоятельные научные дисциплины. Практика показывает [105], что ДССП и ДСРП выступают в качестве одного и того же объекта исследований предметной области, который сначала рассматривается в качестве ДСРП, а впоследствии аппроксимируется ДССП с соблюдением необходимых условий. В связи с этим для предметных областей назрела проблема рассмотрения моделируемых ДССП, ДСРП на общих методических началах. В формальном описании ДС реальной сложности можно выделить две принципиально важные составляющие, а именно - математическое и топологическое описание [110].
Вопреки широкому физическому разнообразию СДС различных предметных областей, их топология задаётся довольно ограниченным количеством способов: технологическими схемами, структурными схемами автоматизации, графами, деревьями, семантическими сетями, а также комбинациями этих способов. Сложные динамические системы с распределёнными параметрами помимо базовой топологии, задающейся вышеприведенными способами, имеют производные модельные топологии, возникающие вследствие аппроксимации ДСРП объектами с сосредоточенными параметрами [60]. Основной целью топологического описания является предоставление однозначно определённой информации о структуре исследуемой СДС, характере составных элементов и взаимосвязей между ними, а также стимулирование автоматизации формирования математического описания СДС в форме систем уравнений большой размерности. Для математического описания СДС достаточно в таком случае вывести уравнения для каждого из элементов с учётом входных и выходных параметров и ограничений. Правильно учтённые топологические связи между элементами дают эффект композиции уравнений элементов в систему уравнений ДССП, ДСРП.
Базовая отрасль МСЦ - угольная промышленность - является важной составляющей украинской промышленности, и состоит из таких объектов модельных исследований, как шахты, их территориально и горнотехнически распределённые автоматизированные системы управления, а также различные инфраструктурные подсистемы, как подсистема энергоснабжения, транспортная подсистема, экономическая подсистема и др. Основные объекты базовой отрасли - угольные шахты - оснащены высокопроизводительной горнодобывающей и транспортной техникой, системами диспетчерского и автоматического контроля и управления технологическими процессами. Они представляют собой критичные по условиям безопасности производственные объекты, в состав которых входят элементы различного технологического назначения, задачи модельной и информационно-сервисной поддержки систем управления и контроля которых подлежат комплексному решению с использованием предлагаемого и разрабатываемого МСЦ. Управляемые шахтные вентиляционные сети (ШВС) [66] являются типичным примером критичных по условиям безопасности сложных динамических объектов технологического направления "Техника безопасности и проветр
- Київ+380960830922