Методология математического моделирования

Современное развитие науки и техники отличается практической направленностью исследований, ориентацией на создание технологий комплексного использования сырья и побочных продуктов, применение малоотходных или безотходных технологических процессов, интенсивной технологии. Решение поставленных задач невозможно без повышения эффективности использования научного потенциала на основе широкого внедрения средств вычислительной техники, метода математического моделирования и методологии системного анализа. [c.3]

В данной главе описываются принципы, на которых базируется выработка таких решений. Эти принципы соответствует определенным общесистемным положениям, играющим существенную роль при выработке концепции построения системы, обеспечивающей автоматизированную процедуру принятия решений в водном хозяйстве. Но прежде сам водохозяйственный объект рассматривается как система, а также обсуждаются его особенности, которые находят отражение в специфике математического моделирования. Приводится краткий обзор теоретических исследований и практических работ, иллюстрирующий развитие методологии математического моделирования в водном хозяйстве. [c.12]

МЕТОДОЛОГИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ [c.14]

Основываясь на анализе основных положений методологии математического моделирования, попытаемся оценить область применения этого метода в биологии, обосновать ограничения метода и сформулировать основные принципы выбора и построения математических моделей роста популяции. [c.14]

Книга Т. Вильямса представляет собой общее и относительно популярное введение в эту новую методологию. Примененный автором термин системотехника следует рассматривать как понятие, подчеркивающее основную особенность такой методологии — логически стройный подход к решению задачи разработки реального химико-технологического процесса. Этот подход базируется на анализе всего комплекса физических, химических и экономических явлений, характеризующих этот процесс, и на использовании аналоговых и цифровых вычисли тельных машин и методов теории автоматического управления. Принятый в отечественной литературе термин математическое моделирование более строг и, вероятно, более удачен по своему содержанию, однако он не охватывает всех сторон указанной проблемы. [c.7]

В настоящей книге сделана попытка дать краткое систематическое изложение сущности математических методов составления уравнений скоростей реакций и расчета кинетических констант, нашедших наибольшее распространение в теории и практике математического моделирования химических процессов. Главное внимание уделено методологии построения моделей кинетики реакций и алгоритмов отыскания кинетических констант. Рассматривается химическая и физическая интерпретация реакций, составление стехиометрических и кинетических уравнений элементарных и суммарных реакций, качественный и количественный анализ типов математических моделей и правомерность применения их к различным химическим процессам. [c.5]

Современные вычислительные средства и метод математического моделирования позволили перейти от интуитивной системности исследований к количественному системному анализу химических производств. В соответствии с методологией системного анализа выделяются уровни иерархической структуры рассматриваемой системы начиная с молекулярного и до интегральных оценок с учетом взаимосвязей между отдельными уровнями. Каждый из уровней характеризуется соответствующим математическим описанием. С теоретической точки зрения такой подход позволяет познать явления, начиная с молекулярного уровня, а с практической — получать более адекватное представление о производстве по математическому описанию, выявлять более рациональные способы ведения процесса и решать задачи оптимизации на уровне технологической схемы. [c.74]

Развиваемая методология, основанная на комплексном использовании принципов математического моделирования, математической теории больших систем и возможностей современной вычислительной техники, предоставляет в распоряжение исследователя, научного работника и проектировщика химико-технологи-ческих систем строгую научно обоснованную стратегию системного исследования и мощный формальный аппарат для автоматизированного решения задач анализа, расчета и проектирования сложных химико-технологических процессов. [c.4]

Совершенствование средств вычислительной техники позволило качественно по-новому подойти к исследованию объектов химической технологии. Развитие же методов математического моделирования и системного анализа позволило изменить также методологию исследования диффузионных процессов, происходящих в аппарате, что нашло выражение в раскрытии причинно-следственных связей явлений через уровни иерархической структуры аппарата и производства в целом. Технологический процесс анализируют, начиная с оценки протекающих в нем физико-химических явлений до интегральных оценок с учетом взаимосвязей между отдельными уровнями. Полученное в такой форме описание характеризует наиболее общие признаки процесса и может рассматриваться как математическая модель процесса. Наложение начальных и граничных условий сужает задачу, ограничивая ее конкретными условиями протекания процесса в некотором аппарате. [c.7]

Совершенствование методов математического моделирования и средств вычислительной техники позволило изменить методологию исследования диффузионных процессов, происходящих в аппарате. [c.9]

Современным подходом к изучению таких сложных, многомерных и взаимосвязанных систем, в которых протекают процессы физической, химической и биохимической природы, является системный анализ с применением методов математического моделирования для описания количественных закономерностей на всех уровнях иерархии системы. В первой монографии Моделирование биохимических реакторов данная методология была развита [c.3]

Системный анализ в настоящее время является основным методом научного изучения сложных систем, включающих совокупность процессов и явлений различной физической, химической и биохимической природы. С позиций системного анализа решаются задачи математического моделирования и оптимизации отдельных аппаратов и подсистем технологических схем, а также и системы в целом. При этом, методология системного подхода сохраняется при анализе иерархических уровней системы. При рассмотрении биохимического производства с позиций системного анализа в нем можно выделить ряд элементов, каждый из которых в свою очередь может рассматриваться как биотехнологическая система. [c.7]

Математическое моделирование. Широко распространено мнение, что математическим моделированием можно заниматься после завершения исследовательской работы в лаборатории, а автоматизацией — только при (или после) создании опытнопромышленного производства. Между тем принципы математического моделирования способны оказать большое влияние на методологию исследования. В конечном счете, чем раньше специалисты этих областей будут включены в работу, тем больше времени будет сэкономлено. [c.100]

Уровень обоснованности решений непосредственно связан с методологией их принятия. Здесь также можно выделить этапы интуитивные решения, нормативно обусловленные и, наконец, решения, подтверждаемые применением методов математического моделирования. Степень обоснованности решений на каждом этапе возрастает. Интуитивное принятие решений основывалась, прежде всего, на практическом опыте специалистов. Этап нормативно обусловленных решений характерен для того уровня, когда удается обобщить выводы фундаментальных и прикладных научных исследований, а также опыт отдельных специалистов в форме разного рода нормативных документов (нормы, правила, методические указания, методики, макеты, пособия и рекомендации). При реализации формализованной методологии большинство действий по выработке решений осуществляется согласно системе строго очерченных процедур, в основе которых лежит математическое моделирование. [c.28]

Из приведенного примера применения математической модели к реальному сложному объекту видно подтверждение целого ряда общих положений, высказанных в главах 1 и 2 настоящей монографии, относительно методологии компьютерного моделирования применительно к современным комплексным водохозяйственным системам. Только сочетание формальных компьютерных расчетов и не вполне формальных процедур, поэтапно сужающих допустимую область поиска решения, позволило получить практически значимые результаты. [c.176]

Эмпирически сложившаяся методология создания технологических процессов включает последовательное выполнение работ на различных этапах. Разработка начинается с поисковых исследований проходит этапы лабораторных исследований, проектирования и конструирования одной или нескольких пилотных установок их эксплуатации и выдачи исходных данных для проектирования укрупненного производства. В эту последовательность вписываются этапы создания опытных партий продукта, их испытаний и оценки у потребителя разработка методик анализа конструирование и испытание аппаратов и машин теоретические расчеты, экономический анализ, математическое моделирование и создание системы автоматического регулирования. [c.5]

Установки типа солнечная батарея + электролизер хорошо поддаются математическому моделированию. Методология такого моделирования разработана рядом авторов [89-91]. Сравнение вычисленных характеристик установки в целом, таких как к. п. д. г15-н> текущая и интегральная производительность, с измеренными экспериментально продемонстрировало высокую точность расчетов (рис. 46). Одновременно было показано, что кратковременные колебания освещенности мало влияют на интегральную (например, за 1 год) производительность по водороду. [c.84]

С точки зрения методологии решения диспетчерских задач газотранспортного предприятия, ГДС реализует вычислительные возможности высокоточного математического моделирования трубопроводных сетей и обладает относительной простотой применения [c.20]

Такая методология численной верификации предоставляет возможность анализировать проектные решения с точки зрения определения размеров санитарно-защитных зон и зон повышенной пожароопасности вдоль линейных частей проектируемых и реконструируемых МТ (см. Главу 4). В полной мере решить данную задачу можно только с использованием высокоточного математического моделирования. В этом случае появляется возможность на стадии проекта аргументированно обосновать требуемые конструктивные решения (см., например, [44]) и меры пожарной и промышленной безопасности. [c.41]

В этой главе дан критический обзор данных по константам скорости реакций, наиболее важных для описания кинетики высокотемпературного горения водорода, окиси углерода и углеводородов с числом атомов С не более четырех. Представлены рекомендуемые механизмы и константы скорости реакций в интервале температур 1200—2500 К таким образом, не рассматриваются холодные пламена, низкотемпературное воспламенение и реакции органических перекисей и перекисных радикалов. Однако в тех случаях, когда имеются трудности с интерпретацией значений констант скорости при высоких температурах, низкотемпературные данные также представлены. Поскольку в настоящее время наши знания по кинетике реакций неполны, предложенный набор реакций не охватывает эксперименты в смесях с большим избытком топлива [404]. В большинстве случаев приводятся только те реакции, скорости которых могут быть важны для моделирования процессов горения. Таким образом, мы исключаем из рассмотрения много второстепенных реакций с участием частиц, присутствующих в таких низких концентрациях, что эти реакции не могут играть важной роли в процессе горения. Эта методология исключения каких-либо стадий ни в коей мере не является исчерпывающей. При анализе литературных данных мы отдавали предпочтение недавним прямым измерениям констант скорости элементарных реакций. Результаты, полученные при математическом моделировании сложных реагирующих систем, рассматриваются только тогда, когда указано, что чувствительность к выбранной элементарной реакции достаточно высока, или когда отсутствуют прямые измерения. Теоретические расчеты не рассматриваются. [c.209]

Характерной особенностью современного состояния проблемы моделирования типовых процессов химической технологии является наличие общей методологии разработки моделей [2, 8] и самих моделей на уровне учета фундаментальных закономерностей (на макроуровне), т. е. его доказательность. Совершенствование их идет по пути углубления знаний на микроуровне, что в общей задаче моделирования находит отражение в снятии тех или иных допущений. В соответствии со стратегией системного анализа [8] эта тенденция положительно влияет на развитие теории и практики автоматизированного проектирования. По мере создания моделей на микроуровне усиливается прогнозирующая способность моделей, уменьшается объем априорной информации. В рамках известного математического описания все это способствует решению задачи автоматизации программирования, особенно если имеются алгоритмы-оболочки , для которых определенный класс проектируемых объектов реализуется частными алгоритмами. [c.260]

Книга посвящена применению математического аппарата нечетких множеств к решению задач моделирования и управления химико-технологическими процессами. Рассмотрен диаграммный метод представления и проведен анализ физико-химических систем, ориентированных на машинную реализацию. В книге даны многочисленные примеры применения предлагаемой методологии. [c.2]

Книга посвящена принципам и методам компьютерного моделирования в управлении водными ресурсами. В комплексе рассматриваются методология построения моделей, их декомпозиция, вопросы информационного обеспечения. Оценивается значимость правовой и экономической среды принятия управляющих решений. Особое место отведено результатам, связанным с построением систем поддержки принятия решений в области рационального водопользования. Выбор состава водоохранных мероприятий иллюстрируется примерами решений задач на конкретных материалах, относящихся к бассейну р. Волги. Важное место занимает расширение традиционного представления экономико-математических моделей до уровня комплексных моделей, учитывающих также природные аспекты водохозяйственной деятельности. [c.1]

Компьютерное моделирование в управлении водными ресурсами базируется на системном анализе проблем, постановке предметных задач и методологии их решения. Математические модели в совокупности с базами данных, способами получения и передачи информации, экономическими механизмами рационального водопользования, а также неформальными аспектами и другими атрибутами больших компьютерных систем образуют целостную систему поддержки принятия решений. [c.470]

В отношении методологии моделирования процесс экстракции, являющийся типовым процессом химической технологии, не может рассматриваться обособленно. Успехи его математического описания обусловлены общим уровнем развития идей и методов моделирования, а также достижениями в области математического описания массообменных и реакторных процессов. [c.363]

Ограничиваясь методологией научных исследований и оставляя в стороне технику экспериментирования, мы почти не будем касаться конкретного применения тех или иных приемов в практической работе ученого этому вопросу посвяш ена обширная литература. Так, мы указываем на важное значение знания кинетики при моделировании процессов, но не рассматриваем практические стороны получения кинетических данных, если не считать краткого упоминания о применении статистики для этих целей. Аналогичным образом, говоря о роли перемешивания во многих процессах, мы не углубляемся в вопрос о математическом описании перемешивания. Однако нам не хотелось бы, чтобы неполное освеш ение нами предмета было истолковано кем бы то ни было в том смысле, что научный работник может сделать вклад в промышленные исследования, не владея основой основ — знанием своей дисциплины. [c.36]

Суть методологии численной верификации проектных решений, предложенной авторами настоящей монографии в соответствии с основными принципами высокоточного моделирования трубопроводных систем (см. Разделы 1.1 и 1.2), заключается в построении и численном анализе комплекса взаимосвязанных научно-обоснованных математических моделей жизненного цикла трубопроводных систем (включая техническую диагностику), описывающих [c.39]

В.В.Кафаровым и И.Н.Дороховым сформулированы основы стратегии системного анализа ХТП введено понятие физико-химической системы (ФХС) как совокупности детерминированно-стохастаческих эффектов и явлений различной природы, происходящих в рабочем объеме агтарата разработана общая методология математического моделирования ХТП как сложных ФХС с использованием топологического принципа формализации, который позволяет изучить комплекс составляющих данный процесс элементов и явлений, автоматизировать все процедуры построения математического описания ХТП проанализированы различные методы построения функциональных операторов (моделей) ФХС и идентификации их параметров рассмотрены задачи системного анализа основных процессов химической технологии (массовой кристаллизации из растворов и газовой фазы, измельчения и смешения сыпучих материалов, сушки, экстракции, ректификации, гетерогенного катализа, полимеризации). [c.12]

Таким образом, рассмотрение основных положений методологии математического моделирования процессов микробиологиче-ческого синтеза приводит к выводу, что основное внимание следует уделять детерминированным моделям популяционного уровня, описывающим процессы перехода компонентов питательной среды в организованную биомассу популяции. При трактовке получаемых данных и практическом использовании математических моделей роста популяции необходимо всегда иметь в виду те разобранные выше ограничения, которые присущи методу математического моделирования на современном этапе развития биологии. [c.22]

В докладе представлены методология и основные результаты физикохимического анализа процесса синтеза метанола на основе природного газа и синтеза Фишера-Тропша, математического моделирования этих объектов и разработки на этой основе многофункциональных компьютерных комплексов для оперативного решения проблем, связанных с созданием оптимальных промынт-лекных технологий. [c.169]

Чтобы понять единую целостность как систему, состоящую из элементов или подсистем, Ф. Энгельс давно уже показал необходимость дифференциации этой целостности на части и установления между частями не только координации, но субординации. Такого рода анализ, — через первоначальную дифференциацию целого, затем субординацию частей, — вновь приводит к синтезу, к восстановлению единой целостности. В новом подходе к решению проблемы масштабного перехода посредством математического моделирования можно видеть именно такого же рода диалектизацию методологии. [c.161]

Основным компонентом методологии оптимального проектирования является математическое моделирование, а основным инструментом исследования, расчета и оптимизации разрабатываемо го объекта — математическая модель. Применение системного подхода к проектированию предопределяет необходимость построения полной математической модели предпри -ятия. отражающей различные аспекты его функционирования в широком диапазоне изменения [c.97]

Методология расчетной оценки эффективности таких сложных систем, к которым можно отнести и АСПВБ объектов нефтепереработки и нефтехимии, представляет собой сложную область науки, основанную на широком использовании сложнейших математических моделей. На сегодняшний день наиболее разработанными являются вопросы оценки эффективности сложных технических систем и математического моделирования происходящих в них процессов. [c.182]

Фундаментальные исследования в области математического моделирования водохозяйственных задач проводились в нашей стране еще издавна. Первоначально гидрологические и водохозяйственные расчеты для обоснования параметров гидротехнических сооружений базировались на эвристических приемах. В начале 30-х годов был разработан метод расчета многолетнего регулирования стока на основе теории вероятностей, развитый позже до уровня методологии, остающейся и поныне актуальной [Крицкий, Менкель, 1932 1950 1952]. В резолюции ноябрьской сессии АН СССР 1933 г. применительно к проблемам Волго-Каспия была констатирована необходимость экономически обоснованного планирования при создании сложных транспортно-энер-гетических и ирригационных народно-хозяйственных комплексов с целью обеспечения правильного размещения отраслей и специализации районов [Проблема..., 1934]. Фактически отечественные разработки аппарата для решения подобных задач в виде моделей регионального водохозяйственного планирования, базирующихся на экономико-мате-матических методах, были начаты в 60-х годах в Сибирском Отделении АН СССР. Почти одновременно активно совершенствовались методы математического программирования, предназначенные для решения народнохозяйственных задач. В практику проектирования активно внедрялись новые научные разработки в области мелиорации, а также изучались вопросы реконструкции и развития оросительных систем Кардаш, Раппопорт, 1972 Полубаринова-Конина и др., 1969. [c.34]

Апробация методологии при нормировании химических веществ различных классов соединений (пестициды, тяжелые металлы, ПАУ, нефтепродукты) значительно расширила и углубила понимание особенностей поведения токсикантов в почве и позволила внести ряд усовершенствований, направленнЬгх на повышение точности определения и снижение трудоемкости исследований. Были научно обоснованы сиособы предварительного математического моделирования и прогнозирования эксперимента при изучении миграции токсиканта в экосистеме почва—грунтовые воды, обоснованы и внедрены экспресс-методы биотеяирования и др. [c.24]

В книге рассмотрены основы создания АСУ технологическими процессами в -производстве резиновых и рези-но-кордных изделий. Приведено математическое олиса-ние этих процессов, а также методология и средства их моделирования. Изложены принципы оптимизации технологических процессов. [c.191]

Развитие классической аналитической химии шло в направлении разработки новых органических реагентов для селективного обнаружения и количественного определения элементов, совершенствования методик анализа и внедрения математических методов обработки результатов анализа. Начиная с середины прошлого века, сначала для целей идентификации, а затем и для количественных определений в аналитической химии стали использовать инструментальные методы анализа, обладающие преимуществами в чувствительности, скорости и точности выполнения анализа, необходимые в научных исследованиях и производственном контроле. Развитие инструментальных методов привело к появлению новых направлений (например, аналитическая биохимия, хроматография, радиоаналитическая химия и т. п.). В эпоху научно-технической революции появление принципиально новой методологии — моделирования, алгоритмизации, системного подхода — привело к перестройке и в аналитической химии, которую теперь квалифицируют как науку, занимающуюся получением информации о химическом составе вещественных систем. Полная химическая информация о качественном и количественном составе, получаемая в максимально короткие сроки на минимальном количестве исследуемого объекта, требуется практически во всех отраслях науки, техники и промышленности. Это стало возможным в результате развития в XX в. компьютерной техники и автоматизации производства. [c.6]

Настоящая глава посвящена построению системы моделей, охватывающей основные формализуемые проблемы водного хозяйства. Анализируется методология построения соответствующих математических задач и методов их решений, а также возможность получения решений комплексных проблем. Общая структуризация водных проблем проводится сначала по блокам и подсистемам задач, затем отдельные подсистемы подразделяются на конкретные задачи. Для этих задач дается их детальная смысловая (проблемная) постановка, а затем — математическая формулировка. После этого описываются информационные связи и необходимые банки данных, а также процесс поиска решений, выявляются возможности использования элементов существующих компьютерных технологий и программ. На основании всех этих этапов формулируются основные требования к постановкам, моделям, информации, программам и техническому обеспечению. Далее обсуждаются системные компоненты поддержки принятия решений, и излагается общая концепция системы. При детализации компонент выявляются особенности и специальные требования, противоречия, не полностью формальные моменты, а также вопросы, требующие дополнительных исследований. В большей степени это относится к информационному обеспечению водохозяйственного моделирования, критериям принятия решений и анализу действий ЛПР, а также к юридическим и экономическим аспектам. Общая концепция системы поддержки принятия решений состоит в изложении ее структуры и описании функционирования на основе глобальной схемы взаимодействия моделей при поиске решений. Эта схема названа нами метамоделью . Кроме того, в настоящей главе показаны направления развития СППР в отрасли. [c.43]

Процесс выработки компромиссных решений, как правило, не обеспечивается одноразовым компьютерным моделированием. Часто необходимы дополнительные расчеты с добавлением и с вариацией условий и ограничений исследуемых задач. В результате формируются интегрированные показатели, которые необходимы для будуш,его переговорного процесса на всем протяжении выработки окончательного решения. Поскольку внешние атрибуты самого принятия водохозяйственных решений слабо влияют на особенности используемых математических моделей, следует разделить два понятия аппарат поддержки принятия решений (математические модели и компьютерные системы, подска-зываюш,ие ЛПР рациональный выбор при тех или иных упрош,аюш,их предположениях) и собственно принятие решений со стороны ЛПР. Логичность такого разделения следует из того, что нестабильность организационной и правовой системы управления водопользованием может значительно изменить процедуру принятия решений, но не аппарат их поддержки. Косвенным доказательством этого факта служит то, что в течение многих десятилетий, как в нашей стране, так и за рубежом создавались и успешно внедрялись почти идентичные модели управления крупными ВХС, хотя законодательные основы и организационные принципы управления природно-хозяйственными системами были различны. Например, задачи однокритериальной оптимизации интенсивно используются как в нашей стране, так и за рубежом при решении многих водно-ресурсных задач управления. Что касается имитационного моделирования, то эта методология практически не связана со спецификой системы управления водными ресурсами. Соответствующие математические модели не содержат целевого функционала [c.61]

Во второй главе это соотношение используется для описания массоэнергопереноса в процессах гетерогенного катализа, диффузионной обработки пористых тел, адсорбции, мембранных процессах, а также в некоторых электрохимических процессах, В последние годы в различных областях науки делаются попытки разработать методологию построения количественных теорий сложных систем. При этом термин сложные системы используется не только для того, чтобы отметить многообразие элементов системы и разнообразие связей между элементами. Часто он подчеркивает недостаточность имеющейся эмпирической информации и надежно обоснованных теоретических заключений о характере и механизмах связей между элементами системы для разработки исчерпывающей количественной теории, которая позволила бы надежно прогнозировать поведение исследуемой системы во всем множестве допустимых ситуаций. В тех случаях, когда уровень теоретических и экспериментальных знаний не дает возможности сформулировать адекватное математическое описание процесса или системы в форме набора уравнений переноса с соответствующими начальными и граничными условиями, исследователь вынужден использовать методы разработки эмпирических уравнений. Необходимым дополнением к методам эмпирических уравнений является диаграммная техника причинного анализа, которая не только позволяет детально проанализировать внутреннюю причинно-следственную структуру исследуемого явления или процесса, но и дает возможность количественно оценить интенсивность причинных воздействий между различными элементами системы или этапами процесса. Направления причинных воздействий в системе совпадают с направлениями потоков вещества, энергии и информации, поэтому диаграмма причинно-следственных отношений для исследуемого объекта по существу является диаграммой потоков переноса. Часть первой главы книги посвящена одному из методов причинного анализа — информационному моделированию процессов массоэнергопереноса в сложных системах, [c.9]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология