Метод подсистем является основой моделирования объектов с особо большим числом степеней свободы, а также создания баз данных типовых элементов конструкций при моделировании технических систем. При использовании данного метода объект может быть представлен деревом подсистем, соединенных друг с другом посредством силовых элементов и связей. В качестве отдельной подсистемы выступает любой объект, предварительно созданный пользователем, который, в свою очередь, может содержать произвольное дерево подсистем.

Сборка электровоза

Поясним метод на примере модели тепловоза, состоящей из кузова и двух тележек. В свою очередь, каждая тележка содержит раму и три колесно-моторных блока. Колесно-моторный блок образован колесной парой и тяговым двигателем. Пользователь создает подсистему - «колесно-моторный блок (КМБ)», включающую наряду с колесной парой и мотором все силовые элементы, связывающие их с рамой (внешние элементы). Затем создается подсистема «тележка», в которую включается три раза подсистема КМБ, а также рама и силовые элементы, связывающие раму с кузовом. Объект «тепловоз» будет содержать одно тело - кузов и две включенные подсистемы - тележки. В приведенном примере имеется трехуровневое дерево подсистем.

Другой пример - модель состава, состоящая из тепловоза и нескольких однотипных вагонов. Пользователю достаточно описать модель тепловоза и одного вагона, чтобы затем включить в модель состава любое число вагонов.

Подсистемой может являться любой объект, описанный в UM. Часть силовых элементов и шарниров, входящих в состав подсистемы, могут быть описаны как внешние. Для внешних элементов в подсистеме задано только первое тело, а второе определено как внешнее, таким образом, данные элементы предназначены для установления связей и силовых взаимодействий между подсистемами.

Стандартные подсистемы

Метод подсистем предоставляет пользователю удобный интерфейс работы с идентификаторами. Поскольку идентификаторы разных подсистем могут принимать различные значения, то подсистемы могут моделировать различные типы объектов. Например, созданная в UM полностью параметризованная модель вагона с трехэлементными тележками может быть использована для исследования динамики полувагона, цистерны, хоппера, грузовой платформы и т.д., причем как в порожнем, так и груженом состояниях, в номинальном состоянии и с отклонениями (например, вследствие износа). Включая в модель железнодорожного состава данную подсистему нужное число раз и меняя значения идентификаторов в отдельных подсистемах, можно получить любую конфигурацию состава.

Метод подсистем является основой разработки специализированных модулей UM путем создания стандартных подсистем. Например, стандартная подсистема – колесная пара является основой моделирования железнодорожных экипажей. Моделирование гусеничных машин связано со стандартной подсистемой - гусеницей, при добавлении которой автоматизируются наиболее сложные операции по синтезу элементов подсистемы: пользователь задает число опорных катков, их положения и параметры, тип подвески (например торсионы), число траков и другие параметры, в то время как сама подсистема с указанными характеристиками будет сгенерирована динамически. В основе моделирования динамики автомобиля лежит, наряду с моделью пневматика, набор стандартных подсистем, соответствующих типовым подвескам автомобиля (с двумя поперечными рычагами, подвеска на направляющих пружинах и амортизационных стойках и так далее). Поскольку подсистемы полностью параметризованы и открыты для модификации, легко учесть конкретные особенности конструкции. Конечно, с помощью описанного метода пользователь может добавить подсистемы для собственных конструкций и создавать базы данных типовых узлов и элементов.

Модель поезда, созданная методом подсистем

• простота описания моделей сложных технических систем, особенно в случаях, когда они содержат типовые многократно повторяющиеся элементы;

• простота модификации моделей путем замены отдельных подсистем с использованием предварительно созданной базы данных;

• возможность назначения разных значений параметрам различных подсистем, порожденных одним предком;

• возможность создания гибридных объектов, у которых часть подсистем являются системами абсолютно твердых тел, а часть - деформируемыми телами;

• возможность моделирования систем с особо большим числом степеней свободы;

• возможность заранее синтезировать уравнения движения отдельных подсистем, причем однократно - для подсистем, порожденных одним предком.