Из ГОСТ Р 57412-2017 Компьютерные модели в процессах разработки, производства и эксплуатации изделий. Общие положения

ГОСТ Р 57412–2017 Компьютерные модели в процессах разработки, производства и эксплуатации изделий. Общие положения. Computer models of product in design, manufacturing and maintenance. General. УДК 006.1:006.354 ОКС 01.040.01. Редакция от 12.12.2023.

Введение ГОСТ Р 57412-2017

В связи с развитием современных информационных технологий расширяется использование технологий компьютерного моделирования при решении задач разработки, производства и обеспечения эксплуатации изделий. Компьютерные модели становятся одной из форм представления результатов проектно–конструкторской деятельности.

При этом одновременно возрастает роль компьютерного моделирования как альтернативы физическим испытаниям, позволяющего существенно сократить затраты на испытания в ходе создания изделий [из Введение ГОСТ Р 57412–2017]

1 Область применения ГОСТ Р 57412-2017

Стандарт устанавливает общие требования к компьютерным моделям, их классификации и применению на всех стадиях жизненного цикла промышленной продукции (далее – изделий).

В настоящем стандарте под промышленной продукцией [1] понимается преимущественно продукция машиностроения и приборостроения.

На основе настоящего стандарта допускается, при необходимости, разрабатывать стандарты, учитывающие особенности выполнения компьютерных моделей конкретных видов изделий в зависимости от их специфики [из 1 Область применения ГОСТ Р 57412–2017]

2 Нормативные ссылки ГОСТ Р 57412-2017

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

[из 2 Нормативные ссылки ГОСТ Р 57412–2017]

3 Термины, определения и сокращения ГОСТ Р 57412-2017

3.1 Термины и определения ГОСТ Р 57412-2017

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

Информационная модель по ГОСТ Р 57412-2017

Модель, в которой сведения об объекте моделирования представлены в виде совокупности элементов данных и отношений между ними.

Примечание — Состав (номенклатура) данных определяется областью интереса разработчика модели и потенциального или реального пользователя.

[из 3.1.5 ГОСТ Р 57412–2017]

Компьютерная (электронная) модель, КМ по ГОСТ Р 57412-2017

Модель, выполненная в компьютерной (вычислительной) среде.

Примечание — Компьютерная модель представляет собой совокупность данных и, в некоторых случаях программного кода, необходимого для работы с данными.

[из 3.1.7 ГОСТ Р 57412–2017]

Компьютерное моделирование изделия по ГОСТ Р 57412-2017

Моделирование, выполненное с использованием компьютерной модели изделия.

Примечание — Компьютерное моделирование изделия выполняют с целью получения данных, необходимых для принятия решений в процессах разработки, проектирования, производства, сопровождения, эксплуатации и других задач в ходе жизненного цикла изделия.

[из 3.1.11 ГОСТ Р 57412–2017]

4 Основные положения ГОСТ Р 57412-2017

4.2 Техническое содержание КМ определяется целью моделирования и совокупностью исследуемых свойств анализируемого ОМ, при этом процесс формализации определенных свойств объекта моделирования выполняется в интересах конкретной решаемой задачи.

Примечание — Под целью моделирования подразумевается совокупность решаемых в ходе моделирования научно–технических и (или) инженерных задач.

[из 4.2 ГОСТ Р 57412–2017]

4.4 По исследуемому аспекту моделирования КМ изделия подразделяют:

  1. на функциональные, аспектом моделирования в которых является выделение и описание функций изделия, их структуры и взаимосвязи;
  2. структурные, аспектом моделирования в которых являются структуры изделия (например, конструкторская, технологическая, эксплуатационная электронная структура изделия по ГОСТ 2.053, логистическая структура изделия по ГОСТ Р 53392), см. также 4.4 б) прил. А ГОСТ Р 57412–2017;
  3. геометрические, аспектом моделирования в которых являются преимущественно форма, размеры и свойства, связанные с формой и размерами (например, размеры и допуски по ГОСТ 2.307, шероховатость по ГОСТ 2.308, допустимые отклонения формы по ГОСТ 2.309 и др.), см. также 4.4 в) прил. А ГОСТ Р 57412–2017;
  4. физико–механические, аспектом моделирования в которых являются физико–механические свойства изделия и взаимодействие изделия с внешней средой (статика, кинематика, динамика твердого тела, гидро– и газодинамика, деформации, теплопроводность и др.), см. также 4.4 г) прил. А ГОСТ Р 57412–2017;
  5. физико–химические, аспектом моделирования в которых являются изменения свойств материалов изделия (коррозионное разрушение материала, старение и т. д.).;
  6. техническо–экономические, аспектом моделирования в которых являются взаимосвязанные технические и экономические свойства изделия (например, модель стоимости жизненного цикла изделия, модель стоимости послепродажного обслуживания изделий), см. также 4.4 д) прил. А ГОСТ Р 57412–2017;
  7. процессные, аспектом моделирования в которых являются процессы, непосредственно связанные с изделием (например, модель технологического процесса изготовления изделия или модель процесса технической эксплуатации изделия).

Примечание — Приведенный перечень классификационных признаков может быть расширен в зависимости от решаемых в ходе моделирования задач. Допускается классификация по другим признакам, отражающим значимость исследуемых свойств ОМ.

[из 4.4 ГОСТ Р 57412–2017]

4.6 Математические модели в зависимости от метода нахождения решения (определения вида зависимости одних параметров модели от других) подразделяют:

  1. на аналитические, описывающие свойства ОМ системой уравнений, для которой может быть найдено аналитическое решение в явном виде (например, отдельные модели механики твердого тела на основе уравнений динамики);
  2. численные, описывающие свойства ОМ системой уравнений, для которых нахождение решения осуществляется с использованием методов вычислительной математики (например, разностных методов или методов конечных элементов, конечных или граничных объемов и т. д., используемых для решения задач механики деформируемого твердого тела, теплообмена, гидродинамики и электродинамики и т. д.), см. также 4.6 а), б) прил. А ГОСТ Р 57412–2017;
  3. имитационные, в которых форму и коэффициенты зависимости одних параметров модели от других находят путем многократного испытания модели с различными входными данными (например, модели массового обслуживания, модели, описывающие динамику изменения складских запасов), см. также 4.6 в) прил. А ГОСТ Р 57412–2017.

[из 4.6 ГОСТ Р 57412–2017]

4.7 Информационные модели подразделяют:

  1. на формальные (знаковые), в которых описание ОМ выполняют с помощью специализированных языков (например, описание геометрии и структуры изделия согласно ГОСТ Р ИСО 10303–1), см. также 4.7 а) прил. А ГОСТ Р 57412–2017;
  2. описательные (образные), в которых описание ОМ выполняют с помощью естественного языка или изображений (например, текст, описывающий свойства или поведение ОМ или его визуальное изображение (фотография)), см. также 4.7 б) прил. А ГОСТ Р 57412–2017.

[из 4.7 ГОСТ Р 57412–2017]

4.8 Кроме указанных в 4.24.7 классификационных признаков модели могут быть дополнительно классифицированы:

  1. по назначению (области деятельности, в которой решаются задачи моделирования и стадии ЖЦ изделия) – на научные (исследовательские), конструкторские, технологические, эксплуатационные, демонстрационные и др.;
  2. по степени приближения представления к объекту реального мира – на упрощенные и точные;
  3. по степени взаимосвязанности – на основные и производные;
  4. по совокупности исследуемых свойств – на простые и комбинированные (например, простые для исследования одного свойства и комбинированные для исследования совокупности свойств), см. 4.8 г) прил. А ГОСТ Р 57412–2017;
  5. по зависимости свойств модели от времени – на статические и динамические;
  6. по характеру изменения свойств модели во времени – на детерминированные и стохастические;
  7. по области определения рассматриваемых свойств и принимаемых ими значений – на дискретные и непрерывные и другим признакам, представляющим значимость с точки зрения разработчика модели.

Примечание — Модели, классифицируемые по двум или более классификационным признакам, называют гибридными.

[из 4.8 ГОСТ Р 57412–2017], см. также 4.8 примечание прил. А ГОСТ Р 57412–2017

4.10 Одному ОМ может соответствовать несколько моделей, в том числе с различными классификационными признаками. С другой стороны, одна и та же модель может применяться при исследовании различных ОМ [из 4.10 ГОСТ Р 57412–2017], см. также 4.10 прил. А ГОСТ Р 57412–2017

4.11 Разработка КМ сложных объектов иерархического типа, допускающих декомпозицию анализируемого ОМ на составляющие ее элементы, состоит в последовательном анализе и моделировании отдельных его компонентов с последующим установлением связей между моделями компонентов ОМ. В этом случае КМ каждого уровня иерархии формируется как объединение КМ компонентов ОМ нижележащего уровня, а процесс взаимодействия ОМ моделируется с установлением координирующих связей между взаимодействующими уровнями [из 4.11 ГОСТ Р 57412-2017]

5 Общие требования к разработке и применению компьютерных моделей ГОСТ Р 57412-2017

5.2 Требования к моделям, разрабатываемым на стадиях ЖЦ изделия (способам моделирования, перечню исследуемых свойств ОМ, степени детализации, форме представления результатов и др.), следует устанавливать в соответствующих технических заданиях (на НИР, аванпроект, ОКР и их СЧ), согласно ГОСТ Р 15.201 [из 5.2 ГОСТ Р 57412–2017], см. также 5.2 прил. А ГОСТ Р 57412–2017

5.3 Разработанные КМ изделия, а также полученные результаты компьютерного моделирования включают в состав результатов выполняемых работ (НИР, аванпроекта, ОКР или иных работ, выполняемых по контракту с заказчиком) по согласованию с заказчиком с учетом 5.5 [из 5.3 ГОСТ Р 57412–2017], см. также 5.3 прил. А ГОСТ Р 57412–2017

5.4 В общем случае процесс разработки КМ включает следующие этапы:

  1. содержательная постановка задачи на концептуальном уровне (системный анализ, включая разработку и утверждение (согласование) критерия оценки КМ), см. также 5.4 а) прил. А ГОСТ Р 57412–2017
  2. построение модели (принятие условных обозначений и описание ОМ, элементов ОМ и связей между ними в принятой форме), см. также 5.4 б) прил. А ГОСТ Р 57412–2017;
  3. выбор метода решения с учетом знаний и предпочтений пользователя и разработчика, см. также 5.4 в) прил. А ГОСТ Р 57412–2017;
  4. разработка КМ (программная реализация, включая разработку алгоритма, программного кода (при необходимости) или выбор программного обеспечения);
  5. применение полученной КМ для моделирования ОМ;
  6. контроль и анализ полученных результатов, определение адекватности разработанной КМ, см. также 5.4 е) прил. А ГОСТ Р 57412–2017

Примечание — Следует иметь в виду, что при использовании в инженерной практике систем автоматизации математических вычислений и информационного моделирования разработчик КМ (пользователь системы), как правило, выполняет только часть этапов процесса. Как правило, в этом случае задачей разработчика КМ является концептуальная постановка задачи и формальное описание модели принятым методом, в то время как выбор метода решения и сама вычислительная реализация скрыты от пользователя такой автоматизированной системы.

[из 5.4 ГОСТ Р 57412–2017]

5.5 Форму представления и порядок проверки, согласования и утверждения КМ для каждой стадии разработки и этапа выполняемых работ определяет разработчик, если иное не установлено в техническом задании. Для КМ изделий, разрабатываемых по государственному оборонному заказу, это решение должно быть согласовано с заказчиком (военным представительством) в соответствии с действующими нормативными документами [из 5.5 ГОСТ Р 57412-2017]

Приложение А - Пояснения к некоторым пунктам стандарта ГОСТ Р 57412-2017

3.1.1 Модель является приближенным представлением, сохраняющим существенные черты моделируемого объекта реального мира, и описывает основные свойства ОМ, его параметры, внутренние и внешние связи с заданной разработчиком точностью. Служит для изучения свойств объекта реального мира путем исследования модели [из пояснение к 3.1.1 ГОСТ Р 57412-2017]

3.1.3 Аспектом исследования (моделирования) могут являться отдельные свойства или взаимосвязанные свойства, определяющие закономерность изменения характеристик изделия, важные для решения конкретной задачи (например, объектом моделирования может являться изменение формы изделия, а аспектом – зависимость такого изменения от нагрузки) [из пояснение к 3.1.3 ГОСТ Р 57412–2017]

3.1.4 Под математическими символами понимают числа, математические знаки, символьные обозначения переменных, под математическими выражениями – уравнения, логические условия и др. Сведения об ОМ включают совокупность начальных и граничных условий [из пояснение к 3.1.4 ГОСТ Р 57412–2017]

3.1.6 Для сложных наукоемких изделий моделирование, как правило, является единственной возможностью оценки свойств изделия без его изготовления. Для подобных изделий сравнение результатов их исследования с помощью разных математических моделей может значительно повысить достоверность результатов моделирования [из пояснение к 3.1.6 ГОСТ Р 57412-2017]

3.1.8 Процедуру подтверждения адекватности модели моделируемому объекту реального мира называют также валидацией. Проверка адекватности КМ может осуществляться как путем использования других КМ, адекватность которых установлена и документирована, так и путем проведения натурных экспериментов. Проверку адекватности выполняют по согласованной с заказчиком методике [из пояснение к 3.1.8 ГОСТ Р 57412-2017]

4.4, перечисление б) Теоретической основой создания структурных КМ являются методы теории графов (как правило, применяется иерархическая модель, которая описывается ациклическим графом по ГОСТ 2.053). Также применима сетевая модель, в которой связи между элементами структуры могут иметь произвольный характер [из пояснение к 4.4 б) ГОСТ Р 57412-2017]

4.4, перечисление в) Теоретической основой создания геометрических КМ являются методы аналитической и дифференциальной геометрии, алгебра логики и топологии. Для представления геометрических КМ целесообразно использовать как стандартные (ГОСТ Р ИСО 10303–1), так и продвигаемые разработчиками соответствующего программного обеспечения методы описания [из пояснение к 4.4 в) ГОСТ Р 57412–2017]

4.4, перечисление г) Физико–механические КМ могут иметь вид алгебраических, дифференциальных, интегро–дифференциальных уравнений или логических условий [из пояснение к 4.4 г) ГОСТ Р 57412–2017]

4.4, перечисление д) Теоретической основой создания техническо–экономических КМ являются методы теории вероятности и математической статистики [из пояснение к 4.4 д) ГОСТ Р 57412–2017]

4.6, перечисления а), б) Математические модели, как правило, представляют в виде систем (совокупности систем) уравнений (логических условий), начальных и граничных условий. При их высокой сложности, когда прямое (аналитическое) решение невозможно, применяют численные методы решения [из пояснение к 4.6 а), б) ГОСТ Р 57412-2017]

4.6, перечисление в) Имитационная модель отражает элементарные явления, составляющие процесс, с сохранением их логической структуры и последовательности протекания во времени, что позволяет по исходным данным получить сведения о состояниях процесса в определенные моменты времени, дающие возможность оценить свойства ОМ [из пояснение к 4.6 в) ГОСТ Р 57412-2017]

4.7, перечисление б) При этом фиксируются наиболее существенные свойства ОМ и связи между ними. Как правило, ограничиваются обычно не количественными, а качественными категориями описания ОМ, например, отмечают, что значение такой–то характеристики возрастает при убывании значений другой и т.п. [из пояснение к 4.7 б) ГОСТ Р 57412–2017]

4.8, перечисление г) Комбинированные модели одновременно охватывают несколько аспектов моделирования, например, логистическая структура функций, функциональные отказы элементов этой структуры и их последствия и взаимосвязи с логистической структурой изделия. Как правило, на практике используются именно комбинированные модели [из пояснение к 4.8 г) ГОСТ Р 57412-2017]

4.8, примечание Типичным примером описания ОМ несколькими моделями с одним классификационным признаком может служить описание ОМ на стадии эскизного проекта упрощенной (учитывающей небольшое число параметров) аналитической моделью и точной аналитической моделью на стадии рабочего проекта.

Типичным примером описания ОМ несколькими моделями с различными классификационными признаками может служить описание одного ОМ взаимосвязанными геометрической и физико–механической моделями, что вызывается необходимостью исследования различных свойств ОМ [из пояснение к примечанию 4.8 ГОСТ Р 57412–2017]

4.10 Примером применения одной и той же модели (эквивалентной математической модели) при исследовании различных ОМ может служить модель колебательного процесса, применяемая для моделирования процессов как в механике, так и в электрических цепях [из пояснение к 4.10 ГОСТ Р 57412-2017]

5.1 Конкретный состав исследуемых свойств ОМ, объем работ и степень детализации, а также состав исполнителей следует определять для каждого проекта индивидуально в зависимости от следующих факторов:

[из пояснение к 5.1 ГОСТ Р 57412-2017]

5.4, перечисление а) На этом этапе построения модели производятся изучение и сбор информации об ОМ:

  • описывают ОМ на концептуальном уровне, в абстрактных терминах и понятиях;
  • принимают (согласовывают) окончательно гипотезы и предположения;
  • обосновывают выбор процедуры аппроксимации реальных процессов при построении КМ.

[из пояснение к 5.4 а) ГОСТ Р 57412-2017]

5.4, перечисление б) Построение математической модели (формулировку математической задачи), включая описание связей между элементами ОМ в виде математических выражений, выполняют с использованием, по возможности, типовых математических схем. Построение информационной модели, включая определение набора ИО для представления основных свойств ОМ и их взаимосвязей, выполняют с использованием принятой формы описания (формальной знаковой) или описательной (образной). На этом этапе может оказаться, что ранее проведенный системный анализ привел к такому набору элементов, свойств и соотношений, для которого нет приемлемого метода решения задачи, в результате чего приходится возвращаться к этапу системного анализа [из пояснение к 5.4 б) ГОСТ Р 57412-2017]

5.4, перечисление е) Основная цель проверки КМ и удостоверения результатов моделирования – обеспечить уверенность пользователя КМ в правильности разработанной КМ на всех этапах ее создания вплоть до обработки и представления результатов моделирования. При использовании компьютерного моделирования изделий на этапах ЖЦ машиностроительной продукции, в т. ч. взамен результатов натурных экспериментов, следует предусматривать выполнение и документирование проверки адекватности компьютерной модели для заданного набора исходных данных [из пояснение к 5.4 е) ГОСТ Р 57412–2017]

Приложение Б - Примеры применения компьютерных моделей изделия в инженерной практике ГОСТ Р 57412-2017

В таблице Б.1 приведены примеры применения различных КМ изделия для решения типовых инженерных задач.

Таблица Б.1 — Области применения моделей для решения типовых инженерных задач

КМ по аспекту моделирования изделия (моделируемые свойства ОМ)

КМ изделия по способу описания ОМ

Математическая

Информационная

Аналитическая

Численная

Имитационная

Формальная

Описательная

Функциональная

Модель функций изделия

Структурная

Электронная структура изделия по ГОСТ 2.053

Геометрическая

Электронная геометрическая модель изделия по ГОСТ 2.052

JPEG

Физико–механические свойства

Конечно–элементная, конечно–разностная1

Процессная

Модель производственной системы2

Фактографическая3 (свойства, связанные с применением изделия по назначению)

Электронное дело изделия по ГОСТ Р 54089

1. Например, модель напряжений при статической нагрузке.
2. Например, модель, отражающая показатели технического использования технологического оборудования.
3. По дополнительному классификационному признаку (свойства изделия, связанные с его применением по назначению).

[из Приложение Б – Примеры применения компьютерных моделей изделия в инженерной практике ГОСТ Р 57412–2017]

Библиография ГОСТ Р 57412-2017

[1] Федеральный закон Российской Федерации от 31 декабря 2014 г. N 488–ФЗ «О промышленной политике в Российской Федерации»

[2] ИСО 10303–1–94, Системы автоматизации производства и их интеграция. Представление данных об изделии и обмен этими данными. Часть 1. Обзор и основные принципы

[3] ANS US PRO/IPO–100–1996 Initial Graphics Exchange Specifications (ANSI/ASME Y14.26M–1989 Digital Repressentation for Communication of Product Definition Data. The American Society of Mechanical Engineers or the American National Standards Institute, New York City, NY, 1989)

[из Библиография ГОСТ Р 57412-2017]