Počítačové simulace dynamických soustav

Odborný internetový kurz nazvaný Počítačové simulace dynamických soustav připravilo pro zájemce Výpočetní a informační centrum ČVUT. Internetový kurz je součástí rámcového projektu podporovaného Evropským sociálním fondem při Středočeském kraji. Na přípravě kurzu se podílel i Institut Svazu průmyslu ČR a odborníci ze zahraničí i z průmyslu. Cílem je poskytnout zájemcům příležitost doplnit si znalosti a praktické dovedností potřebné k efektivnímu využívání počítačových simulací. Informační seminář o kurzu a o způsobu výuky se koná ve středu 24. října v Masarykově koleji ČVUT. Bližší podrobnosti najdete na http://virtual.cvut.cz/ vypocty/. Kvalifikované počítačové simulace snižují potřebu časově i finančně náročné výroby a testování reálných prototypů. Lze je použít i tam, kde experimenty s reálnými prototypy nelze uskutečnit s ohledem na jejich nákladnost nebo nebezpečnost. Při projektování soustav simulace umožňují lépe předvídat chování navrhovaných soustav, uvážit větší počet návrhových alternativ a důkladněji ověřit výsledky návrhů. Při údržbě soustav simulace dovolují předvídat možné zdroje poruch, vzniklé poruchy rychleji odstraňovat a snadněji odhalovat jejich příčiny. Kvalifikované využívání počítačových simulací tak podnikům umožňuje uvádět na trh inovativní výrobky ve vyšší kvalitě a v kratších termínech. Důležitost simulací v technické praxi přitom stále vzrůstá s rostoucí složitostí soustav i s požadavky na jejich operační rychlost, na spolehlivost a bezpečnost, na úsporu energie a materiálů i na ochranu životního prostředí. Přesto v osnovách technických škol bývá simulacím dosud věnován jen nedostatečný prostor. PC se obvykle využívají jen k řešení nenáročných učebnicových úloh. Od studentů se přitom nejčastěji očekává, že si na papíru odvodí rovnice charakterizující dynamiku simulované soustavy, k nim si pak navíc stejným způsobem zkonstruují blokové schéma, a to teprve zadají např. do Simulinku. Podobný blokově orientovaný způsob modelování dynamiky simulovaných soustav se při řešení praktických úloh jeví jako velmi neefektivní a bývá zdrojem častých chyb i výpočetních problémů. Poté, když díky mikroelektronice cena strojového času počítačů dramaticky klesla, ekonomickou efektivnost simulačních výpočtů určují náklady spojené s přípravou výpočtů, s dohledem na jejich průběh a s vyhodnocováním výsledků. Dalším nedostatkem osnov většiny technických škol je chybějící integrace tradičního dělení dynamiky na mechaniku, elektrické a magnetické obvody, hydrauliku, přenos tepla atd. Přitom se v dnešních technických soustavách dynamické jevy uplatňují současně, ať již žádoucím nebo nežádoucím způsobem. Připravovaný kurz naproti tomu uvádí zájemce do snadného a systematického způsobu modelování dynamiky soustav, který žádnou ruční formulaci rovnic nevyžaduje. Místo blokového schématu představujícího rovnice, uživatel do počítače zadá v grafické podobě schéma charakterizující přímo skutečnou konfiguraci simulované soustavy. Toto schéma sestaví stavebnicovým způsobem z modelů částí, z nichž je reálná soustava složena. Jednotným způsobem jsou přitom respektovány dynamické jevy různé fyzikální podstaty. Jednotlivé části pak propojí úsečkami představujícími obousměrné energetické interakce mezi jednotlivými částmi prostřednictvím elektrických vodičů, hřídelů, úseků potrubí apod. Během kurzu se využívá simulační program DYNAST, který pro uvedená schémata zadaná přímo v grafické podobě automaticky naformuluje příslušné rovnice, vyřeší je a požadované výsledky graficky znázorní. Výpočetně velmi robustní software, který je volně přístupný na http://virtual.cvut.cz/dynastcz/, nevyžaduje znalost žádného simulačního jazyka. Lze jej ovládat zcela intuitivně prostřednictvím grafických dialogů. Je doprovázen knihovnami modelů mnoha součástí z různých technických disciplín a rozsáhlou sbírkou příkladů řešených úloh i řadou pomocných softwarových nástrojů pro přípravu, dokumentaci a animaci úloh. Doc. Ing. Heřman Mann, DrSc. Výpočetní a informační centrum ČVUT