CC BY
0Критерии моделирования цифрового стандартного образца
Приводится обзор методов и техник моделирования цифровых стандартных образцов в контексте современных технологий и применений. Рассматриваются ключевые этапы их создания, начиная с определения целей и требований, выбора подходящих методов моделирования и разработки самой модели. Особое внимание уделяется валидации и верификации модели, ее интеграции и применению в реальных условиях. УДК статьи 005.6
М.А. Назаренко1
Институт перспективных технологий и индустриального программирования (ИПТИП) ФГБОУ ВО «МИРЭА — Российский технологический университет» (ФГБОУ ВО РТУ МИРЭА),
канд. физ.-мат. наук, доцент, nazarenko@mirea.ru
А.Н. Шмелева2
ИПТИП ФГБОУ ВО РТУ МИРЭА, shmelyova@mirea.ru
1 заведующий кафедрой электроники, Москва, Россия
2
2 аспирант, старший преподаватель кафедры электроники, Москва, Россия
Для цитирования: Назаренко М.А., Шмелева А.Н. Критерии моделирования цифрового стандартного образца // Компетентность / Competency (Russia). — 2024. — № 2. DOI: 10.24412/1993-8780-2024-2-42-45
ключевые слова
моделирование, математическая модель, валидация модели, критерии моделирования
тандартный образец, по ГОСТу, представляет собой объект, процесс, продукт или услугу и является эталоном для проверки соответствия других объектов, процессов, продуктов или услуг стандартам, установленным в соответствующем нормативном документе.
Стандартные образцы могут включать в себя физические образцы материалов, изделий, компонентов, а также наборы технических характеристик, которые применяются для контроля соответствия продукции определенным параметрам. Эти образцы могут быть использованы в таких областях, как производство, строительство, метрология и другие [1].
Стандартные образцы обеспечивают унификацию и стандартизацию продукции, что в свою очередь спо-
собствует обеспечению безопасности, качества и надежности товаров и услуг на рынке. Все производители товаров и услуг должны следовать стандартам, установленным в соответствующих ГОСТах, чтобы их продукция или услуги были признаны безопасными и соответствующими стандартам [3].
Ключевые характеристики и параметры цифрового стандартного образца
Цифровой стандартный образец (ЦСО) — это математическая модель или компьютерная программа, которая представляет собой абстракцию или цифровую копию реального объекта, процесса или системы (см. таблицу). ЦСО используется для анализа, тестирования, симуляции
Таблица
Ключевые характеристики цифрового стандартного образца [Key characteristics of a digital reference material]
Ключевые характеристики ЦСО [Key characteristics of DRM] Основные параметры характеристик цифрового стандартного образца [Main parameters of the characteristics of a digital reference material]
Модель ЦСО представляет собой математическое или компьютерное представление объекта или процесса. Модель содержит информацию о структуре, характеристиках и взаимодействиях компонентов системы
Абстракция ЦСО является абстракцией реального мира. Она упрощает сложные реальные системы, выделяя основные характеристики и свойства, необходимые для конкретного анализа или исследования
Реализация ЦСО может быть реализован в виде программного кода, аппаратного обеспечения или комбинации обоих. Программные ЦСО могут быть написаны на различных языках программирования
Входные данные ЦСО принимает входные данные, которые могут быть использованы для анализа или симуляции. Эти данные могут включать в себя параметры системы, начальные условия и внешние воздействия
Выходные данные ЦСО генерирует выходные данные в результате анализа или симуляции. Эти данные предоставляют информацию о поведении системы в определенных условиях
Валидация ЦСО должен быть проверен и протестирован на соответствие реальным данным и поведению системы. Валидация подтверждает точность и достоверность ЦСО
Применение ЦСО используется для различных целей, включая анализ производительности, тестирование безопасности, оптимизацию процессов, обучение машин, исследования и разработки новых технологий
и оптимизации в различных областях, таких как наука, инженерия, медицина, производство [2].
Цифровые стандартные образцы играют важную роль в современной науке и инженерии, позволяя исследователям и инженерам проводить тестирование и анализ без необходимости непосредственного доступа к реальным объектам или системам [6].
Критерии моделирования цифрового стандартного образца
|оделирование цифрового стандартного образца включает в себя ряд критериев и этапов, которые следует учесть для создания точной и надежной цифровой копии реального объекта или процесса [4]. Приведем основные критерии моделирования цифрового стандартного образца:
► точность: модель должна быть точной копией реального объекта или процесса. Точность модели определяет, насколько близко она повторяет реальные данные и характеристики объекта;
► репрезентативность: модель должна адекватно представлять разнообразные аспекты и характеристики реального объекта. Это включает в себя учет всех ключевых параметров и свойств;
► воспроизводимость: модель должна быть воспроизводимой, то есть другие исследователи должны иметь возможность воспроизвести результаты, используя ту же самую модель и входные данные;
► устойчивость: модель должна быть устойчивой к изменениям во входных данных и параметрах. Она должна давать схожие результаты при небольших изменениях в условиях;
► эффективность: модель должна быть эффективной в том смысле, что должна быстро и точно давать результаты. Это особенно важно для реального времени и приложений, требующих быстродействия;
► валидность: модель должна быть валидной для конкретных условий использования — соответствовать стандартам и требованиям, установленным для конкретной области применения;
► проверяемость: модель должна быть проверяемой и верифицируемой. Это означает, что другие исследователи должны иметь возможность проверить правильность и корректность модели и ее результатов;
► доступность: модель и ее данные должны быть доступными для заинтересованных исследователей и специалистов. Это включает в себя открытость исходного кода модели, данных и документации;
► безопасность: модель должна быть защищена от взлома и злоупотреблений. Это особенно важно, если она используется в критических системах, например в медицине или в автоматических системах управления;
► экономическая целесообразность: модель должна разрабатываться и поддерживаться в пределах разумных финансовых рамок. Стоимость разработки, обучения и поддержки модели должна быть оправдана ее практической ценностью.
Учитывая эти критерии, исследователи и инженеры могут создавать цифровые стандартные образцы, надежные и эффективные в различных областях применения.
Моделирование ЦСО с помощью бизнес-процессов в нотациях IDEF0
Моделирование цифрового стандартного образца включает в себя несколько этапов, каждый из которых имеет свои особенности и задачи (см. рис. 1, 2). Основные этапы моделирования:
^равка
IDEF0 — методология функционального моделирования и графическая нотация (система условных обозначений), предназначенная для формализации и описания бизнес-процессов
Рис. 1. Моделирование цифрового стандартного образца методом моделирования бизнес-процессов в нотациях IDEF0 [Modeling a digital reference material by the method of modeling business processes in IDEF0 notations]
Рис. 2. Моделирование цифрового стандартного образца методом моделирования бизнес-процессов в нотациях IDEF0 [Modeling a digital reference material by the method of modeling business processes in IDEF0 notations]
1. Определение цели и требований. На этом этапе рассматриваются цели моделирования и требования к ЦСО. Это включает в себя понимание того, что именно должна представлять собой модель и какие параметры и характеристики должны быть в нее включены.
2. Сбор данных и исследование. Необходимо получить сведения о реальном объекте или процессе, который будет моделироваться. Это могут быть данные измерений, статистические выкладки, характеристики компонентов системы и т.д. Проводится анализ собранного материала.
3. Выбор метода моделирования. Подбирается подходящий метод в зависимости от характера объекта и целей моделирования. Это может быть аналитическое, численное или имитационное моделирование, искусственные нейронные сети и т.д.
4. Разработка модели. На этом этапе создается математическая или компьютерная модель, которая отражает основные характеристики реального объекта или процесса. Определяются параметры, взаимосвязи и функции, описывающие поведение системы.
5. Валидация. Модель должна быть ва-лидирована, то есть проверена на соответствие реальным данным и поведению системы. Это включает в себя сравнение выходных данных модели
с реальными данными и анализ различий.
6. Калибровка и оптимизация. После валидации модель может потребовать калибровки и оптимизации для лучшего соответствия реальным данным. Калибровка позволяет уточнить параметры модели так, чтобы они точнее отражали действительные условия.
7. Тестирование и верификация. Модель должна быть протестирована в различных вариантах обстоятельств и входных данных, чтобы удостовериться, что она работает корректно во всех сценариях. Верификация подразумевает проверку правильности реализации модели.
8. Интеграция и применение. После успешного моделирования и верификации модель интегрируется в соответствующие системы и начинает использоваться для анализа, оптимизации, обучения или других прикладных задач.
9. Поддержка и обновление. Модель на стадии эксплуатации требует постоянной поддержки, особенно если реальный объект или процесс подвергается изменениям. В случае необходимости модель может быть обновлена или перекалибрована.
Каждый из этих этапов является важным для успешного создания и использования цифрового стандартного образца.
актуальная тема 45
Вывод
Авторы рассмотрели актуальный вопрос моделирования цифровых стандартных образцов в современном мире. Такое моделирование является ключевым инструментом исследований и разработки новых технологий, повышения производительности и обеспечения безопасности в различных областях применения [5], таких как промышленность, наука, медицина и инженерия. Высокая значимость этой методики в том, что она позволяет создавать абстрактные, но точные копии реальных объектов и процессов, обеспечивая исследователям и инженерам возможность анализа и оптимизации без фактического воздействия на реальные системы. ■
Статья поступила в редакцию 10.01.2024
Список литературы
1. Студенок В.В., Кремлева О.Н. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. — 2019. — Т. 85. — № 1-2.
2. Агишева С.Т., Кремлева О.Н., Суслова В.В. Государственный реестр утвержденных типов стандартных образцов Российской Федерации / Материалы III Межд. науч. конф. «Стандартные образцы в измерениях и технологиях». — Екатеринбург, 2018.
3. Батурин А.С., Муравская Н.П. Международное сотрудничество в области стандартных образцов для лабораторной медицины / Материалы III Межд. науч. конф. «Стандартные образцы в измерениях и технологиях». — Екатеринбург, 2018.
4. Nazarenko M.A., Shmeleva A.N. // Components of Scientific and Technological Progress. — 2022. — № 5(71).
5. Лукина В.Л., Телегина И.К. Математические методы в оптимизации результатов деятельности организации на основе комплексной оценки затрат / Материалы Межд. науч.-практ. конф. «Актуальные вопросы развития экономики». — Омск, 2014.
6. Назаренко М.А., Шмелева А.Н. // Наука и бизнес: пути развития. — 2021. — № 11(125).
Kompetentnost / Competency (Russia) 2/2024
ISSN 1993-8780. DOI: 10.24412/1993-8780-2024-2-42-45
topical theme 45
Criteria for Modeling of a Digital Reference Material
M.A. Nazarenko1, Institute of Perspective Technologies and Industrial Programming (IPTIP) of FSBEI HE MIREA — Russian Technological University (FSBEI HE RTU MIREA), Assoc. Prof. PhD (Phys.-Math.), nazarenko@mirea.ru A.N. Shmeleva2, IPTIP of FSBEI HE RTU MIREA, shmelyova@mirea.ru
1 Head of Electronics Department, Moscow, Russia
2 Graduate Student, Senior Lecturer of Electronics Department, Moscow, Russia
Citation: Nazarenko M.A., Shmeleva A.N. Criteria for Modeling of a Digital Reference Material, Kompetentnost'/ Competency (Russia), 2024, no. 2, pp. 42-45. DOI: 10.24412/1993-8780-2024-2-42-45
key words
modeling, mathematical model, model validation, criteria of modeling
References
This article provides an overview of methods and techniques for modeling digital reference materials in the context of modern technologies and applications. The authors consider the main stages of their creation, starting with defining goals and requirements, collecting and analyzing data, selecting appropriate modeling methods and developing the model itself. Particular attention is paid to the validation and verification of the model, as well as its integration and application in real conditions. The authors devote a special section of the article to a promising method of functional modeling of a digital reference material in graphical notations (symbols system) IDEF0, designed to formalize and describe business processes.
1. Studenok V.V., Kremleva O.N., Zavodskaya laboratoriya. Diagnostika materialov, 2019, vol. 85, no. 1-2, pp. 130-134.
2. Agisheva S.T., Kremleva O.N., Suslova V.V. Gosudarstvennyy reestr utverzhdennykh tipov standartnykh obraztsov Rossiyskoy Federatsii, Materialy III Mezhd. nauch. konf. Standartnye obraztsy v izmereniyakh i tekhnologiyakh, Ekaterinburg, 2018, pp. 22-23.
3. Baturin A.S., Muravskaya N.P. Mezhdunarodnoe sotrudnichestvo v oblasti standartnykh obraztsov dlya laboratornoy meditsiny, Materialy III Mezhd. nauch. konf. Standartnye obraztsy v izmereniyakh i tekhnologiyakh, Ekaterinburg, 2018, pp. 27-30.
4. Nazarenko M.A., Shmeleva A.N., Components of Scientific and Technological Progress, 2022, no. 5(71), pp. 5-10.
5. Lukina V.L., Telegina I.K. Matematicheskie metody v optimizatsii rezul'tatov deyatel'nosti organizatsii na osnove kompleksnoy otsenki zatrat, Materialy Mezhd. nauch.-prakt. konf. Aktual'nye voprosy razvitiya ekonomiki, Omsk, 2014, pp. 310-318.
6. Nazarenko M.A., Shmeleva A.N., Nauka i biznes: puti razvitiya, 2021, no. 11(125), pp. 135-138.
