Информационное моделирование
Процессы, приходящие в окружающем мире, настолько сложны и многогранны, что для их изучения используется метод информационного моделирования. С помощью создания моделей появляется возможность представить реальность в упрощенном виде. Удобнее всего вести ее формирование с помощью компьютера. В результате появляется реальный образ объекта, позволяющий понять основные его свойства и использовать информацию для решения конкретной задачи. Построение и использования моделей ведется практически во всех социальных и естественных науках.
Назначение информационного моделирования
С помощью моделирования ведется познание окружающего мира путем создания заместителей исследуемых объектов, которые получили название моделей существующих прототипов или оригиналов. Примером могут служить имена реальных людей, манекены человеческие фигур, макеты действующих самолетов, парков или мостов. Сюда же можно отнести глобусы или карты.
Все выпускаемые модели не могут полностью отразить характеристики оригинала и только указывают на часть его свойств. Примером является модель автомобиля без двигателя и остальных агрегатов. При этом некоторые объекты сразу могут отражать несколько оригиналов, предоставляя информацию о присутствующих у них свойствах. Мяч можно сравнить с планетой, указывая, что она круглая. Если рассмотреть глобус, то здесь появляется информация о расположении материков.
Наиболее качественной моделью считается та, которая с максимальной полнотой отражает признаки объекта. При этом полностью охарактеризовать свой прототип не может ни одна модель. Однако часто этого и не требуется. При создании модели самолета, которая предназначается для коллекции, главным является воспроизведение его внешнего вида, а не летных характеристик.
При изготовлении модели необходимо заранее знать предъявляемые к ней требования, и какие признаки оригинала она должна отражать. Исходя из этих условий, модели бывают двух видов:
- Натурная или материальная. К ним относятся макеты или муляжи, которые являются уменьшенными копиями воспроизводимого объекта. В данном случае идет обычное копирование внешних признаков оригинала. При этом копии могут иметь разные размеры отличные от прототипа. Хорошим примером является модель солнечной системы, которая во много раз меньше реальных параметров объекта.
- Информационная. Сюда относится словесное описание, схема, чертеж или формула. В данном случае ведется предоставление набора признаков об объекте с содержанием всей необходимой информации.
Предназначения моделей состоят в следующем:
- Представление масштабных будущих проектов. Сюда может относиться план застройки жилого сектора или архитектурные особенности отдельного помещения.
- Показ сложнодоступной информации. Это касается макетов в биологическом кабинете.
- Проверка работы создаваемых в будущем агрегатов. Модель самолета проверяется в аэродинамической трубе с целью выявления всех недостатков на стадии проектирования.
- Для точного прогнозирования. Снимки, полученные из космоса, дают представление о перемещении воздушных масс.
- С целью получения необходимой информации. Наглядным примером является места указания движения поездов или автобусов.
Разновидности информационных моделей
Информационные модели отражают свойства объекта в определенной форме. По способу представления они делятся на виды:
- Образные. Такие модели несут в себе информацию об объекте с помощью зрительных образов. Это могут быть рисунки или фотографии, расположенные на носителе информации. Классическими примерами являются бумага с нанесенным на нее изображением, фотографии или спутниковые снимки. Образные модели широко используются в учебных заведениях. Здесь они присутствуют в учебниках или как иллюстрации на плакатах
- Знаковые. Выглядят в виде формул, текста или написанной на определенном языке программы.
- Смешанные. В таких моделях присутствуют как образные, так и знаковые элементы. Сюда относятся географические карты, различные диаграммы или графики.
Информационные модели широко применяются при разработке чертежей для строительных и механических конструкций, а также при формировании электронных схем.
Графические модели
С помощью графического моделирования есть возможность представить объект в виде различного вида изображений. К ним относятся:
- Схема. Это графическое изображение объекта, выполненного с помощью условных линий. В результате появляется информация о структуре системы, ее внешнем виде и данные о некоторых характерных признаках. При этом она носит ограниченный характер, поскольку схема не обладает рельефностью. Если речь идет о блок-схемах, то их задача состоит в предоставлении алгоритма определенных действий для решения проблемы.
- Карта. Здесь идет описание местности в виде ее моделирования. Карта выглядит как уменьшенное изображение участка поверхности Земли разной по размеру территории. В результате появляется наглядная информация о рельефе местности, расположении населенных пунктов, проложенных автомагистралях и расстояний между объектами.
- Чертеж. Это нанесенный на бумагу в уменьшенном виде объект. Особенность проекта заключается в том, что он ведется методом проецирования детали в определенном масштабе. Для предоставления более полной информации в чертеже присутствуют размерные линии с нанесенными числами и текст. Их созданием занимаются проектировщики, которые работают в конструкторских бюро.
- График. Сюда включаются диаграммы, содержащие статистические данные об исследуемом явлении. График представляет собой разного вида линии, отражающие тенденцию развития процессов, их рост или падение.
На бумагу можно наносить объемные изображения узлов и деталей. Это значительно облегчает восприятие модели предмета.
Математические модели
Любые процессы можно описать с помощью математической символики. Сюда относятся разной сложности уравнения или любые типы неравенств. Существенную помощь в создании математических моделей оказало появление ЭВМ. С использованием электронно-вычислительной техники появилась возможность не только убыстрить расчеты, но и значительно их углубить. Это дало мощный толчок для формирования таких видов моделей, которых раньше невозможно было создать на практике.
Компьютерное математическое моделирование проводится в 7 этапов:
- Первый. Определяются цели моделирования, и ведется понимание структуры будущего объекта, а также взаимодействия его с окружающей средой. Определяется способ управления процессом на основании существующих целей и прогнозирование будущих последствий такого воздействия.
- Второй. Определяется степень важности входных параметров, которые разделяются по рангам.
- Третий. Ведется непосредственно разработка математической модели на основании имеющейся абстрактной формулировки.
- Четвертый. Подыскивается наиболее удобный способ исследования построенной модели. Оптимальным вариантом является численный метод, который хорошо поддается программированию.
- Пятый. Отлаживается разработанная программа.
- Шестой. Готовая программа тестируется на основании заранее известного результата. Если проверка проходит успешно, программа запускается в работу.
- Седьмой. Начинается непосредственно эксперимент и если точность полученных результатов не соответствует ожидаемым реальным процессам, модель отправляется на доработку.
Основным преимуществом математических моделей является универсальность, поскольку их можно использовать на разных явлениях, а иногда даже на целом классе.
Моделирование глобальных процессов
Во время моделирования процессов, проходящих в отдельно взятых науках, решаются локальные задачи. При этом перед человечеством стоит цель получения информации о ближайшем своем будущем. Здесь рассматривается не политическая и экономическая ситуация в отдельных государствах, а развитие человечества в целом.
Такая необходимость заключается в том, что из-за непродолжительности жизни человека, изменения, которые наблюдаются в мире, малозаметны. На развитие человечества и планеты влияет огромное количество проходящих процессов, которые взаимосвязаны между собой, но конечные результаты их деятельности предсказать невозможно. Человеческому уму не под силу решить такую проблему и только с помощью компьютерного моделирования можно спрогнозировать итог взаимодействия глобальных факторов на ближайший период и сделать относительно верный прогноз.
Возможные трудности
Причиной нестабильности могут стать следующие факторы:
- Увеличение численности населения. По статистике количество человек на Земле удваивается через каждые 40 лет. Это приводит к истощению источников, поддерживающих существование населения.
- Уменьшение природных ресурсов. Связано это с высокими темпами развития промышленного производства. К ним относятся полезные ископаемые и источники чистой воды.
- Повышенный процент в воздухе соединений углерода диоксида. Происходит это из-за уменьшения количества лесов на планете, поскольку их вырубка ведется в неконтролируемом порядке.
- Глобальное потепление на Земле. Причиной является неправильное хозяйствование человечества.
Трудности ведения отслеживания проблем состоят в том, что все происходящие на Земле процессы необходимо рассматривать в комплексе. С одной стороны рост производства относится к положительному фактору. Однако он за собой тянет негативные последствия в виде загрязнению почвы и атмосферы, а также повышенному расходу невозобновляемых энергоресурсов. Увеличение численности людей позволяет развивать нашу планету, но это влечёт за собой ухудшение состояния атмосферы.
Чтобы хорошо понимать и прогнозировать будущее развитие человечества, возникает потребность в моделировании всех процессов.
Соблюдение правил
В результате моделирования появляется возможность избежать будущих катастроф. Для этого необходимо соблюдать следующие правила:
- В мире существуют возобновляемые ресурсы, к которым относятся вода, лес или рыба. Необходимо их расходовать так, чтобы они успевали восстанавливаться.
- К невозобновляемым ресурсам относятся различные виды руд, нефть или уголь. В процессе их потребления необходимо соблюдать меру, чтобы постепенно осуществлялся переход на потребление возобновляемых ресурсов, таких как солнечная энергия, или ветер. При организации научного подхода после исчезновения невозобновляемых видов природных источников произойдет плавный переход к использованию энергии от новых ресурсов.
- Загрязнение природы должно вестись такими темпами, чтобы она успевала очищаться. С этой целью на промышленных предприятиях обязательно требуется устанавливать очистительное оборудование.
Для охвата всех глобальных процессов ведется их моделирование, которое известно под названием WORLD. Полученные данные дают возможность наметить пути развития человечества для достижения благополучия и стабильности.
Современное строительное моделирование
Проектирование строительных объектов осуществляется с помощью цифрового моделирования. Обеспечивается это применением технологии BIM. Ее эффективность дает возможность существенно сэкономить финансовые и временные затраты. Такая технология позволяет создавать модели для ведения строительства объектов любой сложности, к которым относятся тоннели, мосты, высотные дома и скоростные трассы. BIM напоминает 3D моделирование с расширенной базой данных.
При создании модели 3D-объекта используются компоненты, загруженные в электронную базу. Сюда включаются стоимость используемых материалов, их физико-механические характеристики, данные инженерных изысканий. В том случае, когда параметры изменяются, программой в схему автоматически вводятся поправки.
С помощью моделирования BIM обеспечивается возможность архитекторам, проектировщикам, дизайнерам, коллективное ведение работы. Все вносимое ими данные тут же распределяются программой в нужные ячейки. Создание такой модели выражается в следующих преимуществах:
- комплексный расчет всех характеристик строительного объекта;
- устранение ошибок, которые возможны на стадии проектирования;
- выявление отклонений в заложенной технологии при ведении строительных работ;
- полная синхронизация всего процесса;
Любая задумка заказчика перед началом возведения объекта за счет использования системы моделирования предварительно просматриваются на экране. Это позволяет устранить все недопонимания между участниками проекта еще на стадии его разработки.
Функционирование модели BIM осуществляется на всех этапах:
- Проектирование. Сначала создается непосредственно 3D-модель. Это все подробные чертежи, спецификации и расчеты. Затем данные заносятся в программу, и после обработки формируется список предстоящих работ. Кроме того, на этой стадии с помощью компьютера проект дополняется такими данными как устройство подъездных путей, площадок для разгрузки и хранении, а также обслуживание спецтехники.
- Строительство. Наличия созданной 3D модели позволяет на этом этапе вести полный контроль возведения объекта. В случае выявления отклонений происходит их фиксации и корректировка. Такая работа ведется всеми участниками: заказчиком, застройщиком, инвестором и контролирующими органами.
- Эксплуатация. Технологии BIM даже после сдачи строительного объекта обладают возможностями контроля состояния строения в последующий период. Обеспечивается это наличием датчиков, подающих необходимую информацию на компьютерное оборудование.
Использование моделирования BIM позволяет сэкономить на постройке объекта до 20% средств. При этом время на его возведение сокращается на 12%, что придает проекту повышенную привлекательность.
Информационное моделирование относится к процедуре формирования и построения моделей различного формата, которые представляют собой хранилища, легко воспринимаемые человеком. Разрабатываются они абсолютно для всех сфер жизни и дают возможность получить данные о наиболее слабых сторонах объекта или текущего процесса, что позволяет принять меры для исправления ситуации.
Евгения Николаева: «Максимально возможное качество – в минимально возможные сроки»
Производство приборов учета относится к отраслям, где российским компаниям не только удалось занять ведущие позиции в стране, но и наладить экспорт. В преддверии Петербургского международного экономического форума Евгения Николаева, управляющий директор ООО «Завод Взлет», одного из лидеров рынка энергоучета, рассказала «Строительному Еженедельнику» о результатах работы предприятия, потребностях заказчиков и планах развития.
– Евгения Анатольевна, ваша компания работает с 1990 года, круг партнеров наверняка устоялся. Удается ли привлекать новых?
– Удается. В этом году среди наших клиентов появилось много тех, с кем раньше не взаимодействовали. Например, мы начали успешно работать с таким значимым заказчиком, как «Мосэнерго». При этом прилагаем максимум усилий для сохранения и увеличения объемов работ с давними партнерами.
– А какие требования сейчас предъявляет рынок в отношении выпускаемого оборудования? Чего хочет клиент?
– Сегодня клиенту уже недостаточно соответствия технических параметров оборудования требованиям проекта, он стал обращать внимание на внешний вид изделия. И это продиктовано не просто некой эстетической составляющей, задача скорее прагматическая – качественное покрытие обеспечивает более длительный срок эксплуатации в колодцах, подвалах и канализационных сетях.
– У вас сейчас вся линейка производится на собственных площадках?
– Да, производство свое, предприятие у нас полного цикла, имеющее в своем составе даже конструкторское бюро. Именно наличие своего КБ дает нам возможность выпускать не только серийную продукцию, но и модифицировать оборудование под индивидуальный запрос заказчика. Наше конкурентное преимущество заключается еще и в возможности осуществить это в предельно сжатые сроки.
– Сжатые сроки – понятие растяжимое. Какие именно, если не секрет?
– Два-три месяца. В подтверждение сказанного – конкретный пример, один из недавних. Буквально в середине апреля этого года нами был получен заказ на прибор, которого в стандартной линейке не было. Совместная плотная работа конструкторов, технологов и производственников позволила оперативно найти эффективное решение поставленной клиентом задачи, и до конца июня мы планируем произвести отгрузку оборудования.
– Чтобы работать в таком режиме, помимо квалифицированных кадров нужно еще соответствующее оснащение производства. Как укомплектован станочный парк?
– Станки есть и наши, и импортные. Импортировать вынуждены, например, все оснащенное ЧПУ оборудование. Обусловлено это имеющимся на сегодняшний день в России провалом в области станкостроения. Запрос высокий, требования тоже, и основную долю рынка занимают зарубежные станкостроители.
– Комплектующие тоже импортные?
– Далеко не все, конечно же. Радиоэлементы – только импортные, так как в стране провал и в этой отрасли. Качественной продукции, удовлетворяющей современным требованиям, до недавнего времени не было в принципе. Определенный результат дала осуществляемая в последние годы политика импортозамещения, но все же этого недостаточно. Мы регулярно пытаемся внедрить радиоэлементы отечественного производства – и пока сталкиваемся с проблемой неприемлемо длительных сроков поставки.
– Планы по модернизации или расширению производства в ближайшей перспективе есть?
– Так как свою основную задачу мы видим в том, чтобы выпускать продукцию «максимально возможного качества в минимально возможные сроки», сокращение логистических циклов для нас выходит на передний план. По этой причине сейчас мы объединяем несколько производственных площадок в единый производственно-метрологический комплекс. Это позволит ощутимо сократить сроки выполнения заказов и получить еще одно конкурентное преимущество на рынке. Что касается модернизации – мы занимаемся ей постоянно. К примеру, для выполнения определенных сварочных работ ранее нам приходилось прибегать к внешней кооперации. Также мы не могли выполнить самостоятельно вальцовку больших диаметров, но недавно закупили необходимые станки – и теперь будем менее зависимы от внешних условий и сможем лучше следить за качеством на своей территории. У нас достаточно высокий уровень автоматизации – например, сварка фланцованных электромагнитных расходомеров роботизирована полностью. Автоматизировано множество операций, таких как сварка арматуры и т. п. Все это способствует увеличению скорости производства и повышению качества продукции.
– Качество выпускаемой продукции – вопрос в нашей стране болезненный. По Вашей личной оценке, что нужно вообще для его повышения?
– Чтобы качество было на высоте, необходимо в головах сотрудников изменить подход к тому, что и как они делают. Например, в Японии люди не понимают, как это – сделать работу плохо, для них некачественно выполненная задача сродни личному оскорблению. Хорошие станки и материалы – это важно, но по-настоящему высокий уровень качества продукции достигается лишь через воспитание самодисциплины.
– Можете ли выделить среди проектов, которые сейчас находятся у вас в работе или стартуют в ближайшей перспективе, ключевые?
– Сейчас мы очень серьезное внимание уделяем программе по оснащению центральными тепловыми пунктами (ЦТП) жилых домов в Москве, которую реализуем с Московской энергетической компанией (МАЭК). И планируем в ближайшее время большой проект в Самаре. Специально для него сейчас разрабатываем три вида приборов с измерительными участками, которые должны будут проходить испытания непосредственно в регионе. Думаем, что сможем дать старт проекту уже в этом году – и тем самым открыть для себя новые перспективы в оснащении генераций и сетевого хозяйства крупнейших энергетических компаний.
– Помимо реализации этих проектов, чем-то ассортимент ещё расширяли? Насколько востребованными оказались новинки?
– Линейка выпускаемой продукции обновилась несколькими новыми значимыми позициями. Во-первых, мы начали производить прибор для учета товарной нефти, который применяется на трубопроводной системе компании «ТрансНефть». Его появление позволило заместить американские приборы фирмы Controlotron, которые использовались ранее. На сегодняшний день уже установлено около 40 единиц новой продукции – и все работают достаточно достойно. Также гордимся новым прибором для учета сточных вод «Взлет СК», который начали внедрять недавно. Считаем продукт очень перспективным для российского рынка – благодаря соотношению «цена – качество» – и уже начали получать от заказчиков запросы на поставки. Уверены – спрос будет расти.
– В направлении «умного» учета работаете?
– Уже сейчас все наши приборы по сути – «умные». Они имеют информационные выходы с открытыми протоколами обмена данных, которые могут быть вписаны в любую систему интеллектуального учета энергоресурсов. Так что к наступлению эры «умных городов» мы готовы.
– Вы стали директором относительно недавно, в конце 2018 года. Расскажите, как произошло Ваше назначение на эту несомненно ответственную должность?
– Директором я стала действительно недавно, но в производственном блоке компании я работаю уже 18 лет. Так сложилось, что вся моя деятельность была связана с производством, и работать в этой сфере мне было интересно всегда. Старалась погрузиться в производственный процесс, докопаться до истины, выявить проблемы, чтобы их решить. Старалась наладить работу предприятия таким образом, чтобы максимально оптимизировать бизнес-процессы.
– Женщина «у руля» завода – это ещё пока непривычно. У Вас есть какие-то личные принципы и методы руководства большим и «разношерстным» коллективом – от рабочего до управленца?
– Мой личный – достаточно длительный – опыт общения с людьми показывает, что необходимо демонстрировать свою искреннюю заинтересованность в их проблемах и стараться исправить сложности, с которыми они сталкиваются. Я уверена, что только искреннее участие в жизни сотрудников и разговор на равных, вне зависимости от должности, помогают налаживать коммуникацию и формировать командный дух.
«Умные» электросчетчики станут обязательными
Переход на обязательное использование интеллектуальных приборов учета электроэнергии усилит конкуренцию между их производителями в борьбе за клиента.
В России продолжается внедрение «умных» приборов учета потребления энергии, воды и газа. Правда, успехами в этой сфере могут похвастаться только отдельные регионы и города, в том числе участники федеральной программы «Умный город». Тем не менее, уже с 1 июля 2020 года, в соответствии с 522-ФЗ, во вводимых в эксплуатацию жилых домах и промышленных объектах необходимо будет устанавливать только интеллектуальные приборы учета электроэнергии. В уже построенных объектах недвижимости такие счетчики нужно будет ставить по мере выхода из строя старых.
«Зашить» в тариф
Установка, замена, допуск в эксплуатацию приборов учета и дополнительного оборудования будут производиться за счет поставщиков и сетевых организаций, к которым подключен потребитель. Понятно, что для компаний это дополнительные траты. Расходы на внедрение интеллектуальных счетчиков будут «вшиты» в тарифы для потребителей, но их жестко зафиксируют инфляционным порогом в совокупном коммунальном платеже.
Как отмечают в «Ленэлектро», принятие закона в таком виде является знаковым событием для всех участников розничного рынка электроэнергии, включая граждан-потребителей, так как существенным образом меняет распределение прав и ответственности за организацию учета электроэнергии.
Специалисты компании также напоминают, что начиная с 1 января 2022 года все счетчики учета электроэнергии на розничном рынке должны будут соответствовать требованиям Правил предоставления доступа к минимальному набору функций интеллектуальных систем учета электрической энергии (мощности), которые в окончательном виде должны быть приняты в этом году. В соответствии с ними, установленные к этой дате приборы учета останутся в эксплуатации, а новые счетчики, не соответствующие этим требованиям, допускаться к работе не будут. Таким образом, простые приборы учета в течение последующих 10–15 лет (межповерочного интервала) будут выведены из эксплуатации.
Согласно проекту Правил, рассказывают в «Ленэлектро», новые счетчики должны быть в обязательном порядке включены в информационную систему сетевой организации или гарантирующего поставщика – и между такими системами должен быть налажен информационный обмен, в том числе с системой ГИС ЖКХ. Сбор данных о потреблении будет проходить в автоматизированном режиме. Поставщики электроэнергии смогут удаленно ограничивать потребителей, имеющих задолженность по оплате, конфигурировать счетчики при изменении расписания тарифных зон или желании абонента перейти на другое тарифное меню. Также поставщики смогут получать сообщения от приборов учета об «аварийных» событиях, которые могут свидетельствовать о вмешательстве в корректность учета. Это существенно снизит вероятность кражи электроэнергии в различных ее формах.
Возможность выбора
Как отмечает руководитель направления развития продаж IoT АО «ЭР-Телеком Холдинг» Владимир Щетинин, главное в «умном» счетчике – радиомодуль. Этот элемент, передающий информацию по сети Интернет, составляет только малую часть от стоимости самого прибора. С коммерческой точки зрения, в многоквартирных домах сейчас эффективнее монтировать оборудование со встроенным радиомодулем, а не подключать по проводам отдельный модем к существующему счетчику. «Если рассматриваем коммерческие объекты, то здесь нет существенного отличия между двумя вариантами установки счетчиков. Если идет плановая модернизация, то выгодно ставить счетчики с интегрированным радиомодулем. Если же ресурс не выработан, то выгодно подключить счетчик через модем, так как промышленные счетчики, как правило, по стоимости высоки – и преждевременная замена будет долго возмещаться», – полагает эксперт.
По мнению специалистов, переход на обязательное использование интеллектуальных приборов учета электроэнергии усилит конкуренцию между производителями счетчиков в борьбе за клиента. Главное при этом, чтобы рынок не монополизировался.
Сегодня, отмечает Владимир Щетинин, почти у каждого производителя оборудования есть как минимум одна модель устройства, где присутствует удаленная передача данных посредством встроенного радиомодуля. При этом такие модели могут использовать разные радиомодули в зависимости от технологии передачи информации.
По словам ведущего эксперта УК «Финам Менеджмент» Дмитрия Баранова, появление новых материалов и технологий, различные меры по поддержке промышленности, а также сокращение оборонного заказа могут способствовать тому, что выпуском такого оборудования займется в стране еще больше компаний. Причем это будут не только российские производители, но и иностранные, что расширит рынок, даст возможность потребителям выбирать счетчики из большего числа моделей, приобрести те, которые им подходят наилучшим образом.
«Если будет государственный заказ, то необходимо его провести так, чтобы там участвовало несколько компаний, чтобы был выбор, и не факт, что победителем нужно объявить лишь одну компанию. Возможно, что государству целесообразнее будет не объявлять общий тендер, а составить перечень тех счетчиков, которые можно приобретать и эксплуатировать в отечественных коммунальных сетях. Понятно, что они должны отвечать всем необходимым требованиям. Но тогда потребители и поставщики получат возможность выбирать то, что им необходимо, что позволит создать полноценный рынок такого оборудования», – делает выводы Дмитрий Баранов.