ГОСТ Р 57700.22–2020 Компьютерные модели и моделирование. Классификация. Computer models and simulation. Classification. УДК 001.4:004:006.354 ОКС 01.040.01 07.020 07.030. Редакция от 12.12.2023.
Введение ГОСТ Р 57700.22-2020
Развитие цифровых технологий существенно повышает роль компьютерного моделирования на всех этапах жизненного цикла изделий промышленности, позволяя повысить эффективность, оптимизировать состав и количество натурных и полунатурных испытаний, что ведет к сокращению затрат на создание и обеспечение эксплуатации создаваемого изделия.
Другим важным направлением компьютерного моделирования, которое находит широкое применение в различных отраслях, является моделирование поведения сложных систем взаимодействующих объектов с целью обоснования принимаемых решений по определению стратегии развития и оптимизации структуры таких систем.
Ключевым в сфере компьютерного моделирования является понятие «компьютерная модель». Общая классификация компьютерных моделей приведена в ГОСТ Р 57412. Дальнейшее развитие нормативной базы в области применения цифровых технологий в части моделирования физических процессов и сложных систем взаимодействующих объектов требует совершенствования понятийного аппарата, конкретизации определений и классификационных признаков, характерных для рассматриваемой области [из Введение ГОСТ Р 57700.22–2020]
1 Область применения ГОСТ Р 57700.22-2020
Настоящий стандарт устанавливает требования к классификации компьютерных моделей, которые используются для численного моделирования физическо–механических и физико–химических процессов, а также для моделирования процессов взаимодействия объектов сложных систем [из 1 Область применения ГОСТ Р 57700.22–2020]
2 Нормативные ссылки ГОСТ Р 57700.22-2020
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
- ГОСТ 18421 Аналоговая и аналого–цифровая техника. Термины и определения
- ГОСТ Р 8.654 Государственная система обеспечения единства измерений. Требования к программному обеспечению средств измерений. Основные положения
- ГОСТ Р 57188 Численное моделирование физических процессов. Термины и определения
- ГОСТ Р 57412 Компьютерные модели в процессах разработки, производства и эксплуатации изделий. Общие положения
- ГОСТ Р 57700.1 Численное моделирование для разработки и сдачи в эксплуатацию высокотехнологичных промышленных изделий. Сертификация программного обеспечения. Требования
- ГОСТ Р 57700.2 Численное моделирование для разработки и сдачи в эксплуатацию высокотехнологичных промышленных изделий. Сертификация программного обеспечения. Общие положения
- ГОСТ Р 57700.23 Компьютерные модели и моделирование. Валидация. Общие положения
[из 2 Нормативные ссылки ГОСТ Р 57700.22–2020]
3 Термины, определения и сокращения ГОСТ Р 57700.22-2020
3.1 Термины и определения ГОСТ Р 57700.22-2020
В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 57188 и ГОСТ 18421, а также следующие термины с соответствующими определениями:
Моделирование по ГОСТ Р 57412-2017
Изучение свойств и (или) поведения объекта моделирования, выполненное с использованием его моделей [из 3.1.6 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]
Программное обеспечение компьютерного моделирования, ПО КМ по ГОСТ Р 57700.2-2017
Программы, выполняющие математические расчеты, и программы, предназначенные для подготовки исходных данных, обработки результатов расчета, а также другие вспомогательные программы. Программное обеспечение компьютерного моделирования не является программным обеспечением средств измерений согласно ГОСТ Р 8.654 [из 3.1.1 ГОСТ Р 57700.2–2017]
Сложная система взаимодействующих объектов по ГОСТ Р 57700.22-2020
Совокупность взаимосвязанных между собой объектов, обладающих индивидуальным поведением и свойствами, организованная для достижения заявленных требований, являющаяся объектом моделирования для виртуально–имитационных моделей.
Примечание — Свойства системы в целом не являются совокупностью всех свойств взаимосвязанных объектов из ее состава.
[из 3.1.5 ГОСТ Р 57700.22–2020]
Виртуальный эксперимент по ГОСТ Р 57700.22-2020
Процесс компьютерного моделирования свойств и функций изделия на разных этапах жизненного цикла, его составных частей или сложной системы взаимодействующих объектов, выполняемый с использованием компьютерных моделей и программного обеспечения компьютерного моделирования [из 3.1.6 ГОСТ Р 57700.22–2020]
3.2 Сокращения ГОСТ Р 57700.22-2020
В настоящем стандарте применены следующие сокращения:
- ЖЦ — жизненный цикл;
- КМ — компьютерная модель;
- ОМ — объект моделирования;
- ПО КМ — программное обеспечение компьютерного моделирования;
- ССВО — сложная система взаимодействующих объектов.
[из 3.2 Сокращения ГОСТ Р 57700.22–2020]
4 Классификация компьютерных моделей ГОСТ Р 57700.22-2020
4.1 КМ классифицируют по следующим признакам:
- структуре КМ;
- назначению КМ;
- используемой математической модели;
- степени приближения представления КМ к объекту реального мира;
- совокупности исследуемых свойств КМ;
- пространственной размерности области моделирования КМ;
- способу дискретизации по пространственным переменным КМ;
- методам решения дифференциальных уравнений;
- зависимости свойств от времени;
- моделируемым физическим процессам;
- скорости выполнения моделирования;
- использованию результатов моделирования.
[из 4.1 ГОСТ Р 57700.22-2020]
4.2 В зависимости от используемой в КМ математической модели различают:
- аналитические — КМ, описывающие свойства ОМ системой уравнений, для которой может быть найдено аналитическое решение в явном виде (например, отдельные модели механики твердого тела);
- численные — КМ, описывающие свойства и поведение ОМ системой уравнений, для которой нахождение решения осуществляется с использованием методов вычислительной математики (например, разностных методов или методов конечных элементов, итерационных алгоритмов и т.п.. применяемых для решения задач механики деформируемого твердого тела, теплообмена, гидродинамики, электродинамики и т.п.);
- статистические — КМ, описывающие свойства и поведение ОМ с использованием методов теории вероятности и математической статистики (например, модели массового обслуживания, модели, описывающие динамику изменения складских запасов).
Примечание — Численные и статистические математические модели являются более общими категориями и. как правило, содержат в себе аналитические модели (например, уравнения состояния).
[из 4.2 ГОСТ Р 57700.22-2020]
4.3 В зависимости от структуры КМ различают простые КМ и составные (комплексные) КМ, которые состоят из набора взаимосвязанных моделей, описывающих один ОМ по ГОСТ Р 57412 [из 4.3 ГОСТ Р 57700.22-2020]
4.4 В зависимости от назначения КМ различают:
- инженерного анализа — КМ, предназначенные для описания свойств и поведения ОМ с учетом физических процессов;
- виртуально–имитационные — КМ, предназначенные для моделирования процессов взаимодействия элементов ССВО с целью изучения поведения этих систем.
[из 4.4 ГОСТ Р 57700.22–2020]
4.5 По степени приближения представления КМ к объекту реального мира различают:
- упрощенные — КМ, использующиеся для отработки элементов конструкции ОМ;
- точные — прецизионные КМ, использующиеся при проведении виртуальных экспериментов.
[из 4.5 ГОСТ Р 57700.22–2020]
4.6 По совокупности исследуемых свойств КМ различают:
- простые КМ (например, для исследования одного свойства):
- комбинированные КМ, позволяющие исследовать совокупность различных свойств ОМ [например, цифровой (виртуальный) двойник изделия, представляющий собой систему комбинированных КМ в совокупности с необходимыми данными, позволяющую описать с определенной точностью заданные свойства и (или) поведение ОМ (изделия или ССВО)].
[из 4.6 ГОСТ Р 57700.22-2020]
4.7 По пространственной размерности области моделирования КМ различают:
- нульмерные — КМ с сосредоточенными параметрами;
- одномерные КМ;
- двумерные КМ;
- трехмерные КМ.
[из 4.7 ГОСТ Р 57700.22–2020]
4.8 По способу дискретизации по пространственным переменным КМ, в частности, различают:
- конечно–разностные;
- конечно–элементные;
- конечно–объемные.
[из 4.8 ГОСТ Р 57700.22–2020]
4.11 По моделируемым физическим процессам могут быть выделены КМ:
- аэродинамики;
- гидродинамики;
- теплопроводности;
- прочности;
- термогидравлики.
Примечание — Приведенный перечень классификационных признаков может быть расширен в зависимости от моделируемых процессов, характерных для конкретной предметной области.
[из 4.11 ГОСТ Р 57700.22-2020]
4.12 По скорости выполнения моделирования различают КМ, работающие в реальном масштабе времени и работающие не в реальном масштабе времени.
Примечание — КМ реального времени, как правило, используют в управляющих системах, тренажерах и т.п. КМ инженерного анализа применяют не в реальном масштабе времени.
[из 4.12 ГОСТ Р 57700.22-2020]
4.13 По использованию результатов моделирования КМ различают:
- применяемые при разработке изделий и проведении их приемочных, приемо–сдаточных, предварительных, государственных, квалификационных, серийных и иных испытаний, а также на дальнейших этапах ЖЦ изделия;
- применяемые для проведения исследований в интересах определения стратегии развития и оптимизации структуры ССВО;
- применяемые для поддержки принятия решений при взаимодействии с ССВО;
- применяемые в обучающих целях (в качестве тренажеров) для выработки навыков по эксплуатации ССВО.
[из 4.13 ГОСТ Р 57700.22–2020]
5 Общие требования к применению компьютерных моделей ГОСТ Р 57700.22-2020
5.1 КМ, используемые при проведении виртуальных экспериментов, результаты которых используют при проведении приемочных, приемо–сдаточных, предварительных, государственных, квалификационных, серийных и иных испытаний, должны пройти процедуру валидации, подтверждающую соответствие результатов численного моделирования реальному ОМ. Валидация КМ выполняется согласно ГОСТ Р 57700.23 [из 5.1 ГОСТ Р 57700.22–2020]
5.4 КМ, используемые при проведении виртуальных экспериментов, должны применяться в составе ПО КМ, сертифицированного согласно ГОСТ Р 57700.1 и ГОСТ Р 57700.2 [из 5.4 ГОСТ Р 57700.22-2020]
6 Классификация видов компьютерного моделирования ГОСТ Р 57700.22-2020
6.1 Компьютерное моделирование проводят с использованием КМ и ПО КМ [из 6.1 ГОСТ Р 57700.22-2020]
6.2 Компьютерное моделирование классифицируют по категориям, которые соответствуют КМ, используемым при моделировании [из 6.2 ГОСТ Р 57700.22-2020]
6.3 По значимости результатов компьютерного моделирования и, соответственно, требованиям к используемым КМ различают:
- отчетное моделирование (виртуальный эксперимент), выполняемое при проведении приемочных, приемо–сдаточных, предварительных, государственных, квалификационных, серийных и иных испытаний;
- предварительное моделирование, выполняемое на стадии «Научные исследования и обоснование разработки», а также на этапе разработки эскизного и технического проекта с целью отработки отдельных элементов его конструкции (для инженерного анализа), или выполняемое в процессе построения и отработки ССВО (для виртуально–имитационных КМ).
[из 6.3 ГОСТ Р 57700.22–2020]