Systeemiajattelu ja mallintaminen
9/23/2015 ENE-C3001 Energiasysteemit Systeemiajattelu ja mallintaminen © Kari Alanne Miksi systeemiajattelua? Robotiikka Tavoite nro 1: Kestävä kehitys Osaoptimointi Kokonaisoptimointi ”Palikkaäly” Systeemiäly Tekoäly Digitalisaatio Energiatehokkuus Uusiutuva energia 1 9/23/2015 Systeemiajattelu – ”think bigger” • • Ongelma: lokeroitunut ja erikoistunut ajattelumalli maailman monimutkaistuessa Ratkaisu: Systeemiajattelu – edesauttaa”ison kuvan” hahmottamista – rohkaisee ajattelemaan monipuolisemmin ja etsimään yhteyksiä ja vuorovaikutussuhteita – antaa tilaa subjektiivisuudelle ja luovuudelle Systeemiajattelu on ymmärtämisen apuväline, jolla voidaan kuvata monimutkaisten järjestelmien vaikuttavia osia ja näiden toiminnan yhteistulosta. Systeemiajattelu ei pyri jakamaan tutkittavaa kohdetta osiin, vaan pyrkii ymmärtämään, miten eri osaset vaikuttavat kokonaisuuteen. Systeemiajattelun avulla pyritään ymmärtämään todellisuutta rakentamalla vuorovaikutusmalleja niistä asioista, jotka vaikuttavat tutkittavaan asiaan. Lähde: Metodix-tietokanta Systeeminen vuorovaikutusmalli • • • • Vuorovaikutusmalli on kaavio, joka kuvaa yksikköprosessien välisiä vaikutussuhteita systeemiajattelussa. Vaikutussuhteet ovat luonteeltaan vahvistavia (+), neutraaleja tai heikentäviä (-). Vuorovaikutusmalli voidaan laatia vapaamuotoisesti, mutta muistaen, että sen tehtävä on auttaa ymmärtämään systeemin toimintaa. Esimerkki: vuorovaikutusmallin käyttö voimakäsitteen opetuksessa (Mäkynen, 2014) 2 9/23/2015 Vuorovaikutusmalli & energiasysteemit • • • Insinöörisovelluksissa energiasysteemit voidaan useimmiten tulkita avoimiksi virtaussysteemeiksi. Vuorovaikutusmallista on eniten hyötyä, kun systeemi on monimutkainen. Se auttaa tällöin hahmottamaan esimerkiksi, mitä tapahtuu, kun systeemin toimintatilaa muutetaan (”osakuorma”). Esimerkki: Ilmanvaihtokoje, jossa neljä (4) yksikköprosessia: – 2 puhallinta – lämmityspatteri – lämmön talteenotto (LTO) Tulopuhallin Poistopuhallin p+, qV+, T+ p+, qV+, T+ Pohdi, miten vuorovaikutusmalli muuttuisi, jos järjestelmään otettaisiin mukaan huonetila, jota ilmanvaihtojärjestelmä palvelee. pLTO pp-, TT+ LämmitysT+ patteri Mallintaminen • Mallintaminen on systeemin toiminnan kuvaus: – matemaattinen malli – pienoismalli – toimintamalli (vuokaavio tai algoritmi) • • • Mallintamisen pääasiallinen tarkoitus on ennustaa systeemin käyttäytyminen muuttuvissa olosuhteissa (= simulointi). Mallintamalla saadaan (yleensä) tuloksia nopeammin kuin todellista systeemiä tutkimalla, jolloin oppiminen nopeutuu. ”Kartta ei ole maasto” eli malli on aina approksimaatio. Esimerkki: Rakennuksen lämmitysjärjestelmän mallintaminen TRNSYSsimulointiohjelman avulla. 3 9/23/2015 Yksinkertaistettu malli eli ”grey box” • Yksinkertaistettu malli voi olla tarpeen, kun – monimutkaista yksikköprosessia tai järjestelmää mallinnetaan osana isompaa kokonaisuutta – tarvitaan yleiskuva järjestelmän toiminnasta hyvin nopeasti kohtuullisella tarkkuudella – laskentateho ja –resurssit ovat rajalliset • • Malli muodostetaan keräämällä riittävä määrä dataa todellisesta systeemistä (mittauksin) tai systeemistä, jonka fysikaaliset ilmiöt on mallinnettu tarkasti (simuloimalla). Keinoja – sovitemalli – graafinen kuvaus (karakteristika) Esimerkki: Kuivauspyörä (Onnela, 2013) Mallin topologia eli rakenne: Soviteyhtälö: av21 bv11 cL d missä vi 4 q m ,i D 2 4
© Copyright 2024