Kilka uwag o symulacjach komputerowych i ich zastosowaniach w górnictwie
W niniejszym artykule podjęto próbę przybliżenia problematyki związanej z szeroko rozumianą symulacją oraz modelowaniem. Podano definicję symulacji oraz modelu symulacyjnego, a także kilka przykładów zastosowań symulacji komputerowych dla przemysłu górniczego, w tym także metody obliczania symulacyjnego. Ponadto został położony nacisk na opis struktury i zasad budowy modeli symulacyjnych oraz oceny modelu symulacyjnego, a także podano najistotniejsze zalety i wady symulacji.
Ciągle rosnące wymagania w sferze jakości produkcji, a także stała presja na obniżanie kosztów wymuszają stosowanie przez kopalnie, także odkrywkowe, coraz bardziej zaawansowanych narzędzi matematycznych, również takich, które pozwalają na wirtualne planowanie wydobycia. Bardzo użytecznym narzędziem w tym zakresie jest symulacja.
Obecnie symulacja jest specyficzną techniką poznawczą służącą do rozwiązywania problemów, polegającą na użyciu odpowiednich modeli wirtualnych. Metodę modelowania i symulacji stosuje się wtedy, gdy uzyskanie rozwiązania nie jest możliwe na drodze zastosowania metod analitycznych lub też na drodze bezpośredniego eksperymentu na rzeczywistym systemie.
Do niedawna zastosowanie symulacji komputerowej ograniczało się do tych jednostek przemysłowych, które, po pierwsze, widziały potrzebę jej aplikacji, a po drugie, mogły sobie pozwolić na zakup zarówno sprzętu komputerowego, jak i oprogramowania. W ciągu kilku ostatnich lat doszło do gwałtownego rozwoju zarówno samego sprzętu, jak i oprogramowania, co sprawiło, że stały się one bardziej dostępne. Nastąpił też znaczący rozwój oprogramowania do modelowania i symulacji. Pakiety symulacyjne stały się bardziej rozbudowane, kompleksowe i uniwersalne. Obecnie na rynku dostępne są różne programy symulacyjne: od najprostszych, stworzonych wyłącznie na bazie matematycznych modeli, do najbardziej rozbudowanych, które umożliwiają dopasowanie właściwego rozkładu do danych wejściowych czy symulowanie procesów zmiany stanów rozbudowanych systemów. Zaawansowane programy symulacyjne posiadają obecnie własne rozbudowane biblioteki ze środowiskiem do tworzenia animacji, grafiki 3D oraz bogate narzędzia do prezentacji danych wyjściowych z symulacji. Są one zróżnicowane cenowo – od kilkudziesięciu do kilkuset tysięcy euro. Wybór narzędzia, przy pomocy którego realizuje się eksperyment symulacyjny, jest bardzo istotny i zależy od wielu czynników, takich jak między innymi doświadczenie modelującego, specyfika problemu, wymagany poziom dokładności itp., co opisują w swojej pracy Zdanowicz i Świder [9].
Rozwój komputerowego modelowania i symulacji przebiegał równolegle z ewolucją sprzętu, kolejnych generacji komputerów. Podstawowe elementy modelowania i symulacji komputerowej pozostały niezmienione, np. w każdym procesie symulacji występują obliczenia matematyczne, schematy logiczne, elementy deterministyczne i losowe albo elementy obu tych rodzajów.
Symulacja jest dobrym narzędziem w sytuacjach, gdy trzeba w przybliżeniu oszacować przyszłe korzyści płynące z realizacji nowych projektów oraz gdy należy przeanalizować dalsze funkcjonowanie istniejącego systemu. Zastosowanie metody modelowania i symulacji daje więc możliwość zaprojektowania systemu zbliżonego do optymalnego pod względem przyjętych kryteriów, takich jak np. wydajność systemu, jego efektywność, skuteczność czy koszt realizacji zadania.
Przy posługiwaniu się narzędziami modelowania i symulacji należy mieć na uwadze to, aby korzyści osiągnięte z zastosowania powyższych narzędzi były większe niż nakłady poniesione na jej realizację. I z reguły tak jest. Aby symulacja dała najlepszy efekt, musi być przeprowadzona w odpowiednim czasie, np. już w początkowej fazie opracowywania projektu, ponieważ dzięki niej na początku można proponować odpowiednie wartości parametrów projektowanego systemu. Koszty realizacji zmian zaproponowanych na podstawie prowadzonych symulacji na początku realizacji projektu są najmniejsze. W późniejszej fazie pozostanie mniej swobody na dokonywanie zmian, a przy ich realizacji pojawiają się dodatkowe koszty, które mogą spowodować, że poniesione nakłady nawet przewyższą przyszłe zyski.
Symulacja
Słowo „symulacja” pochodzi od łacińskiego słowa simulatio, co odpowiada polskiemu słowu „udawanie”. Symulacją, według Encyklopedii Powszechnej PWN [3], nazywa się sztuczne odtwarzanie właściwości danego zjawiska lub przestrzeni, występujących w naturze, lecz trudnych do obserwowania, zbadania, powtórzenia itp. Umożliwia ona prowadzenie pomiarów, badań w wybranym miejscu i czasie. Według Zdanowicza i Świdra [9], wychodząc wprost z łacińskiego źródłosłowu, symulacją można by było, w obszarze techniki, nazwać wszelkiego rodzaju modelowanie. Jednak przyjęto, aby słowo to stosować tylko do modelowania dynamicznego, uwzględniającego zmiany w czasie.
Według American Heritage Dictionary [1] symulacja to akt lub proces symulacji, imitacja, udawanie. W trakcie tej czynności przedstawia się imitację lub reprezentację potencjalnych sytuacji lub eksperymentalnego testu. Jest to także reprezentacja działania lub imitacja właściwości procesu albo systemu poprzez użycie innego procesu lub systemu.
Symulacja komputerowa polega na utworzeniu modelu symulowanego obiektu w postaci matematyczno-logicznego zapisu komputerowego i przedstawieniu w tym programie wybranych zależności opisujących symulowany obiekt rzeczywisty oraz jego otoczenie w taki sposób, że zależności te można badać poprzez zmiany wartości sygnałów wejściowych i parametrów modelu. Jedną ze zmiennych w tym procesie jest z reguły czas, na co wskazują w swoich pracach Chlebus [2] i Gordon [5].
Coraz większy zakres stosowania symulacji komputerowych w technice i przemyśle jest spowodowany z jednej strony istotnymi zaletami takiej metody modelowania oraz potrzebami wynikającymi z rozwoju gospodarki, z drugiej strony znacznymi możliwościami, jakie w tym zakresie uzyskały nawet stosunkowo proste i niedrogie nowoczesne komputery.
Mogą zainteresować Cię również
Wywiady
Zbigniew Tabor: Aby zarządzać drogami, potrzebna jest wizja
Zbigniew Tabor, dyrektor Zarządu Dróg Wojewódzkich w Katowicach, w wywiadzie z redakcją „Magazynu Autostrady” podzielił się refleksjami na temat swojej 25-letniej kariery oraz ewolucji branży drogowej w Polsce. Jego osiągnięcia, takie jak budowa nowoczesnego zarządu dróg oraz wdrożenie Wytycznych Technicznych ZDW, stały się fundamentem rozwoju i...
KPO: wsparcie unijne dla polskiej odbudowy
KPO to strategiczny program przyjęty przez rząd Polski, który ma na celu odbudowę gospodarki oraz zwiększenie jej odporności na wszelkie kryzysy. Program składa się z 55 inwestycji i 55 reform, których celem jest stymulowanie wzrostu gospodarczego, tworzenie miejsc pracy oraz modernizacja i transformacja różnych sektorów gospodarki. Środki na realizację KPO pochodzą głównie z funduszy Unii Europejskiej, które zostały przyznane Polsce w ramach tzw. Planu Odbudowy dla Europy. Polska otrzyma 59,...
Stan techniczny urządzeń obcych w kontekście trwałości konstrukcji mostowych – na podstawie własnych doświadczeń z przeglądów i diagnostyki
Artykuł omawia wpływ „urządzeń obcych” na mosty stalowe. Autorzy analizują kwestie techniczne problematyki oraz konflikty interesów z zarządcami urządzeń. Przedstawiono też nowe wytyczne WR-M-72 zalecające m.in. umieszczanie urządzeń na niezależnych konstrukcjach i spełnianie standardów. Urządzenia, które są przeprowadzane nad różnego rodzaju przeszkodami z wykorzystaniem istniejących eksploatowanych obiektów mostowych, są przedmiotem wyzwań technicznych współczesnego mostownictwa. Jak sugeru...
Jednonaczyniowe koparki hydrauliczne
Koparki są podstawową maszyną do wykonywania robót ziemnych w kopalniach surowców mineralnych. Ich podział jest dokonywany według cech konstrukcyjnych mających wpływ na eksploatację samych maszyn i technologię wykonywania czynności roboczych. Koparki jednonaczyniowe ogólnie dzieli się według rodzajów osprzętu i podwozia, źródła napędu, rodzaj przeniesienia napędu na osprzęt oraz sposobu przeniesienia napędu [2]. Koparki jednonaczyniowe są maszynami roboczymi przeznaczonymi przede wszystkim do...
Rodzaje warstw mieszanki mineralno-asfaltowej oraz zasady ich wykonywania i wbudowania
Artykuł omawia kluczowe aspekty związane z układaniem warstw mieszanki mineralno-asfaltowej (MMA) oraz zasady ich wykonywania i wbudowania. Autor przedstawia kroki przygotowania podłoża, a także podkreśla znaczenie monitorowania warunków atmosferycznych podczas prac. Następnie omawia procesy układania poszczególnych warstw MMA, włączając w to połączenia technologiczne, złącza i krawędzie. Wskazane są również zasady dotyczące spoin i połączeń międzywarstwowych, mających kluczowe znaczenie dla ...
Co trzeba wiedzieć o cesji umowy leasingu
Czy wiesz, że istnieje skuteczny sposób na pozbycie się problemów związanych z realizacją umowy leasingu? W artykule omówiono, dlaczego przejęcie leasingu poprzez cesję umowy może być najlepszym rozwiązaniem dla wszystkich zaangażowanych stron. Odkryj korzyści płynące z tego procesu i przekonaj się, dlaczego jest to preferowany sposób przedterminowego rozliczenia umowy leasingowej. Umowy leasingu są zawierane na określony czas i nie przewidują możliwości rozwiązania umowy przed terminem. Jedn...
O obliczeniach dynamicznych konstrukcji mostowych
W artykule przedstawiono przykłady analiz dynamicznych i ich efektów dotyczące kilku obiektów mostowych z praktyki zawodowej autora. Projektowanie obiektów mostowych opiera się w głównej mierze na obliczeniach statycznych, w których efekty dynamiczne związane z ruchem pojazdów lub pieszych są uwzględniane w sposób przybliżony za pomocą tzw. współczynników dynamicznych. W niektórych jednak przypadkach – w szczególności dotyczy to mostów kolejowych na liniach dużych prędkości lub lekkich kładek...
Zabezpieczenia szczelin dylatacyjnych w mostach
Szczeliny dylatacyjne są kluczowym elementem w konstrukcjach mostowych, zapewniającym skuteczne zarządzanie odkształceniami, ruchem pojazdów oraz odprowadzaniem wody. Przestrzeganie norm i wytycznych, zawartych m.in. w WR-M-71 Katalog typowych elementów i urządzeń wyposażenia drogowych obiektów inżynierskich, jest kluczowe w celu zapewnienia ich niezawodności. Szczeliny dylatacyjne w infrastrukturze mostowej odgrywają kluczową rolę w zapewnieniu bezpieczeństwa i trwałości konstrukcji. W celu ...
Ronda ‒ problematyka uszkodzeń nawierzchni
W artykule przybliżono podstawowe zapisy przepisów techniczno-budowlanych oraz wytycznych rekomendowanych zawierające zasady projektowania rond oraz ich nawierzchni. Przeanalizowano specyficzne warunki oddziaływania pojazdów na nawierzchnie oraz wskazano czynniki wpływające na jej trwałość. Zwrócono uwagę na pewne trudności z prawidłowym podejściem do projektowania niektórych elementów rond wynikające z nieprecyzyjnych wytycznych krajowych. Historię rond zapoczątkował Pierre L’Enfant, który w...
Kraków: Tunel wzdłuż Opolskiej otwarty dla ruchu.
Od 22 maja tunel wzdłuż Opolskiej – jeden z najważniejszych obiektów inżynierskich budowanych w ramach linii KST III do Górki Narodowej – dostępny jest w całości dla kierowców. Ma dwie niezależne komory, każda po dwa pasy ruchu, jest długi na ok. 100 metrów, jest w stanie przyjąć pojazdy ważące nawet do 50 ton. Przypomnijmy: budowa tunelu rozpoczęła się w marcu 2022 r. od wykonania murków prowadzących dla ponad 60 tonowego dźwigu z wybierakiem. Maszyna sukcesywnie – metr za metrem – wybierała...
Kalendarium
Relacje
III Ogólnopolskie Forum Administracji Dróg Publicznych – Zastosowanie kruszyw i materiałów w inwestycjach na drogach gminnych, powiatowych i wojewódzkich
9 maja 2024 r. odbyło się trzecie spotkanie III cyklu Ogólnopolskiego Forum Administracji...
II (32) SEMINARIUM „MOSTY. BUDOWA, WZMACNIANIE, PRZEBUDOWA”
W dniach 18 - 19.04.2024 roku w Poznania odbyło się seminarium...
Intertraffic Amsterdam 2024 – ekosystem stworzony dla przyszłej mobilności
Intertraffic Amsterdam, wiodące na świecie wydarzenie branżowe w zakresie infrastruktury,...
Novdrog 2024
17-19 kwietnia br. w Niepołomicach odbyła się Konferencja Naukowo-Techniczna „Nowoczesne ...