КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК ОСНОВА ИЗУЧЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

COMPUTER MODELING AS A BASIS FOR STUDYING INDUSTRIAL FACILITIES

Stanislav Gavrilov

Assistant of the Department of Information Technology, Institute of Oil Refining and Petrochemistry, Ufa State Petroleum Technological University,

Russia, Salavat

Oksana Bulankina

   Student of the Department of Information Technology, Institute of Oil Refining and Petrochemistry, Ufa State Petroleum Technological University,

Russia, Salavat

Alsu Abdrakhmanova

Student of the Department of Information Technology, Institute of Oil Refining and Petrochemistry, Ufa State Petroleum Technological University,

Russia, Salavat

Компьютерное моделирование – это процесс создания математической модели или виртуального прототипа реального объекта или системы, который позволяет анализировать и предсказывать их поведение с использованием компьютерных методов.

Компьютерное моделирование играет важную роль и является незаменимым в изучении промышленных объектов, предоставляя исследователям возможность анализировать и оптимизировать процессы, а также прогнозировать результаты виртуальных экспериментов. Позволяет сократить затраты, время и риски, связанные с физическими экспериментами, и предоставляет мощный инструмент для разработки новых и усовершенствования существующих промышленных систем [1].

Основные преимущества использования компьютерного моделирования в изучении промышленных объектов:

- Улучшение точности и предсказуемости результатов. Компьютерное моделирование позволяет учесть различные факторы, влияющие на поведение промышленных объектов, и предсказать результаты экспериментов в различных условиях. Это помогает исследователям лучше понять процессы и принять обоснованные решения.

- Снижение времени и затрат. Физические эксперименты требуют значительного времени и ресурсов. Компьютерное моделирование позволяет проводить исследования в виртуальной среде, что существенно сокращает время и затраты на исследование, разработку и оптимизацию.

- Исследование в условиях, недоступных для физических методов. Некоторые промышленные объекты или условия работы могут быть опасными или труднодоступными для физических экспериментов. Компьютерное моделирование предоставляет возможность изучать такие объекты в безопасной и контролируемой виртуальной среде [2].

В промышленных исследованиях применяются различные виды компьютерного моделирования, в зависимости от объекта исследования и поставленных целей. Ниже приведены основные виды компьютерного моделирования, используемые в промышленности:

• Математическое моделирование. Этот метод основан на использовании математических уравнений для описания поведения объектов и систем. Математическое моделирование может быть применено для анализа и оптимизации различных процессов, например, потоковой массы и энергии, химических реакций, механических систем и т.д.
• Физическое моделирование. В данном случае создается физическая модель объекта или системы, которая имитирует их реальное поведение. Такие модели помогают понять физические взаимодействия, определить прочностные характеристики, испытать новые конструкции или определить оптимальные параметры работы системы.
• Численное моделирование. Этот тип моделирования основан на использовании численных методов и алгоритмов для решения математических задач, связанных с изучаемыми объектами или системами. Такие модели могут быть использованы для симуляции и анализа различных физических и инженерных систем, например, для моделирования течения жидкостей, теплопередачи, распределения напряжений и других параметров.
• Дискретно-событийное моделирование. Этот метод моделирования используется для изучения процессов, которые происходят дискретно и имеют определенные события и переходы между состояниями. Дискретно-событийное моделирование позволяет анализировать и оптимизировать различные производственные и логистические системы, например, анализировать пропускную способность производственных линий, оптимизировать системы складирования и транспортировки, моделировать потоки клиентов и т.д.
•  Агентное моделирование. Этот подход к моделированию основан на создании агентов, которые имитируют индивидуальное поведение и взаимодействия в системе. Агенты могут быть людьми, машинами, комплексными системами и т.д. Агентное моделирование позволяет изучать эмерджентное поведение системы, взаимодействие между агентами, а также анализировать влияние различных факторов на систему в целом [3].

Компьютерное моделирование позволяет исследователям анализировать и оптимизировать процессы в промышленных системах. Оно помогает выявить слабые места, оптимизировать параметры и условия работы, а также прогнозировать результаты изменений. Ниже приведены примеры исследований с использованием компьютерного моделирования в промышленности:

- Моделирование процессов плавки в металлургии: Компьютерное моделирование помогает изучать и оптимизировать процессы плавки металла, такие как распределение тепла и массы, течение жидкого металла, формирование плавки и т.д. Это позволяет улучшить качество продукции, снизить энергозатраты и повысить эффективность процессов.

- Моделирование течения жидкостей и газов в нефте- и газодобыче: Компьютерное моделирование используется для изучения течения нефти и газа в скважинах и трубопроводах, анализа возможных проблем (например, формирование отложений), проектирования оптимальных систем транспортировки и оценки эффективности добычи.

- Разработка и оптимизация промышленных систем: Компьютерное моделирование позволяет исследовать производственные линии, системы транспортировки, роботизированные системы и другие промышленные объекты. Это помогает оптимизировать параметры систем, увеличить производительность, сократить потери и улучшить общую эффективность [4][5].

Несмотря на все достоинства, компьютерное моделирование имеет определенные особенности, которые необходимо учитывать для корректного проведения исследования. Например, такими особенностями являются:

- Технические и методологические сложности. Компьютерное моделирование требует высокой точности и достоверности результатов.

- Большие объемы данных и вычислительная мощность. Современные промышленные системы и объекты могут генерировать огромные объемы данных, требующие высокой вычислительной мощности.

- Будущее развитие и применение компьютерного моделирования. Компьютерное моделирование будет продолжать развиваться в будущем, поскольку новые технологии и методы (например, искусственный интеллект) становятся доступными. Более точные и сложные модели, интеграция с реальными данными и автоматизация процессов моделирования будут ключевыми направлениями развития [6].

Компьютерное моделирование является важной основой для изучения промышленных объектов, предоставляя ученым и инженерам инструменты для анализа, оптимизации и прогнозирования поведения систем. Преимущества использования компьютерного моделирования включают повышение точности результатов, сокращение времени и затрат, а также возможность исследования объектов в недоступных условиях.

Список литературы:

1. Боев В.Д., Кирик Д.И., Сыпченко Р.П. Компьютерное моделирование: пособие для курсового и дипломного проектирования. Санкт-Петербург: ВАС, 2011
2. Горностаева Т.Н., Горностаев О.М., Математическое и компьютерное моделирование.  – Уссурийск: Дальневосточный федеральный университет, 2019
3. Садовничий В.А., Акаев А.А., Коротаев А.В., Малков С.Ю. Моделирование и прогнозирование мировой динамики. М.: ИСПИ РАН, 2012
4. Лукинских С. В., Компьютерное моделирование и инженерный анализ в конструкторско-технологической подготовке производства. – Екатеринбург: Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, 2020
5. Жетесова Г. С., Юрченко В. В., Иванов С. С., Компьютерное моделирование промышленной продукции. – Караганда: Карагандинский государственный технический университет, 2017
6. Кричевский М.Л., Серова Е.Г. Бизнес-анализ и принятие управленческих решений на основе данных и моделей. Профессиональная литература, 2016