Выбор уровня детализации

С другой стороны, средние статистические результаты моделирования с учетом и без учета отказов устройств могут отличаться незначительно, поскольку отказы возникают сравнительно редко. Результаты моделирования с учетом отказов устройств могут оказаться удовлетворительными, например, среднее время реакции не будет превышать заданного предела.

Но, очевидно, что если этот предел составляет несколько секунд, а возникший отказ увеличивает  время решения той задачи, при  выполнении которой возник отказ, до нескольких десятков минут, то такую  ситуацию следует рассматривать  как аварийную для определенного  класса систем, например, в АСУ технологическими процессами.

В подобных случаях при разработке систем рекомендуется принять какие-то дополнительные меры по обеспечению  функционирования системы в случаях отказов ее устройств, а при моделировании — не учитывать надежностные параметры  устройств.

К системам оперативной обработки  данных обычно предъявляют высокие требования по надежности и живучести. Эти требования удовлетворяют, в частности, путем резервирования технических средств системы. При этом возможны различные варианты резервирования.

Целью моделирования подобных систем является выявление такого варианта резервирования, который обеспечивал  бы наименьшее снижение качества функционирования при отказах устройств. Статистическое моделирование проектных вариантов таких систем затруднено по указанным выше причинам.

Однако с учетом того, что по результатам моделирования нет  необходимости определять абсолютные значения динамических характеристик  функционирования системы, а лишь требуется  дать сравнительную оценку проектных  вариантов, представляется возможным  использовать следующий прием.

Предварительно проводится имитационное моделирование системы оперативной обработки данных без учета отказов устройств. По результатам моделирования для всех потоков заявок определяют средние времена реакции и их дисперсии. Затем вводят ограничения на длительности пребывания заявок в системе. Если в процессе моделирования очередная заявка находится в системе (обслуживается или ожидает в очереди) дольше заданного предела, то она исключается из системы и считается не обслуженной. Для каждого потока заявок ограничение задают с учетом дисперсии таким, чтобы оно ненамного превышало среднее время реакции, но при этом система успевала бы обслужить полностью большую часть заявок.

Далее в модель отказов  и восстановлений вводят масштабный коэффициент модельного времени, уменьшенный  по сравнению с тем, который принят в модели системы. Условно считается, что отказы наступают чаще и устройства восстанавливаются быстрее, чем  в действительности.

Затем проводят имитационное моделирование  различных вариантов резервирования системы с учетом надежностных параметров устройств. Появление отказов приводит к тому, что увеличивается число заявок, которые система не успевает обслужить полностью в течение заданных ограничений на длительности пребывания в ней заявок. Критерием качества того или иного варианта системы служит отношение числа полностью обслуженных заявок к числу поступивших в систему заявок за период моделирования.

Тема: «Виртуальная инженерия»

Традиционная разработка продукта основывается на итерациях процесса проектирования и построения дорогостоящих  и трудоемких физических прототипов. Когда стала задача сокращения этого  процесса, неизбежным стало появление  методов разработки, основанных на компьютерном моделировании.

Прогресс автоматизированной разработки также привнес новое веяние в  проектирование и анализ. Прежде всего, системы геометрического моделирования  настолько продвинулись вперед, что  современные CAD-системы способны обрабатывать деталей и агрегатов самой сложной геометрии и конструкции. Агрегат можно отображать, оценивать и модифицировать как единое целое, а его движение можно имитировать так же, как это делается с физическим прототипом. Еще одно достижение – это анализ по методу конечных элементов. Он мог бы стать средством виртуальной оценки надежности и технических характеристик продукта, если бы его вычислительную эффективность можно было улучшить до такой степени, чтобы выводить результаты в реальном времени. С его помощью можно было бы предсказывать механические свойства и характеристики так, как если бы они измерялись посредством различных экспериментов. Более того, производители CAD-систем в настоящий момент пытаются объединить геометрическое моделирование с методом конечных элементов. Такая итерация обеспечила бы непрерывное течение цикла проектирования и анализа. Метод конечных элементов использовался бы изначально в процессе проектирования для принятия конструкторских решений, что позволило бы сэкономить время и затраты, связанные с проектированием.

Эти тенденции в инженерной науке  сходятся в новом понятии – виртуальная инженерия. В сущности, виртуальная инженерия – это разработка, основанная на имитации. Прогресс современной имитационной технологии сделал возможным решение таких задач, как численное моделирование большинства механических свойств и обнаружение столкновений между геометрическими объектами в реальном времени. Имитационные технологии позволили успешно применить виртуальную инженерию в промышленности для сокращения затрат времени и средств на разработку. Область применения виртуальной инженерии расширяется и скоро она станет главной составляющей процесса разработки.

Определение виртуальной  инженерии

Виртуальная инженерия – это  имитационный метод, помогающий инженерам  в принятии решений и управлении. Виртуальная среда представляет собой вычислительную структуру, позволяющую  точно имитировать геометрические и физические свойства реальных систем. Она включает имитацию различных  видов инженерной деятельности, таких  как машинная обработка, сборка, управление производственными линиями, осмотр и оценка, а также процесс проектирования. После того, как смоделирована  деталь, имитируется ее машинная обработка  и сборка. Затем, также с помощью  имитации, собранный прототип тестируется, и в его конструкцию вносятся необходимые изменения. Когда прототип одобрен, имитируется производственная система и ее функционирование. Прогнозируются также себестоимость и график поставок. В результате этих имитаций получается оптимизированный конечный прототип и производственные процедуры, на основе которых затем реализуется  физическая система.

Виртуальная инженерия дает совершенно новый подход к инженерным задачам. Использование имитации устранит необходимость  в дорогостоящих физических прототипах и физических экспериментах. Время  разработки сократиться, появиться  возможность проверить большее  количество альтернативных вариантов  конструкции, повысится качество конечного  продукта. Виртуальная инженерия  обеспечит также превосходный интерфейс  для клиента, позволяя ему заранее  увидеть трехмерную модель продукта и запросить конструктивные изменения. Можно будет построить прототип продукта, который недоступен, слишком опасен или слишком дорог для того, чтобы создавать его в реальности.

Компоненты виртуальной  инженерии

К виртуальной инженерии существуют различные подходы. В производстве основным компонентом виртуальной  инженерии является виртуальное  производство. Виртуальное производство определяется как интегрированная синтетическая среда, используемая для расширения всех уровней принятия решений и управления. Оно может быть классифицировано как проектно-ориентированное, производственно-ориентированное и управленчески-ориентированное. Производственно-ориентированное виртуальное производство – это имитационная среда для планирования технологических процессов и производства. Управленчески-ориентированное виртуальное производство – это имитационная среда для моделирования функционирования производственного цеха.

Виртуальное производство можно также  классифицировать в терминах жизненного цикла продукта как виртуальное  проектирование, цифровую имитацию, виртуальное  прототипирование и виртуальный  завод. Виртуальное проектирование выполняется с помощью устройств  виртуальной реальности. Цифровая имитация позволяет проверять и оценивать  работу продукта без использования  физических прототипов. В процессе виртуального прототипирования строиться  компьютерный прототип, имеющий ту же геометрию и физическое поведение, что и реальный продукт. Виртуальный  завод – это имитация заводской  производственной линии.