Primer simulacije

Četvorotaktni benzinski motor sastoji se iz sledećih glavnih delova i to: cilindra, klipa, klipnjače i kolenastog vratila. Osim ovih glavnih delova, motor poseduje karburator, usisni ventil, bregastu osovinu, starter i svećice. Da bi motor mogao normalno da radi, potrebni su mu i sledeći pomoćni uređaji: uređaj za napajanje gorivom, uređaj za paljenje smeše benzina i vazduha, sistem za hlađenje motora, sistem za podmazivanje i uređaj za stavljanje motora u pogon. Ciklus rada motora ostvaruje se sa dva obrtaja kolenastog vratila i jednim obrtajem bregaste osovine, u četiri takta, a to su: usisavanje, kompresija, ekspanzija i izduvavanje kao što je to prikazano na slici 1.

Zahvaljujući naučnim dostignućima obrazovnog računarskog softvera može se prikazati rad četvorotaktnog benzinskog motora putem animacije po taktovima što je mnogo efikasnije od klasičnog učenja.

I-Takt

II-Takt

III-Takt

IV-Takt

Slika1: Prikaz rada četvorotaktnog benzinskog motor

I-takt (usisavanje): klip se kreće od gornjeg krajnjeg položaja,ka donjem krajnjem položaju,a usisni ventil se otvara i smeša benzina i vazduha ulazi u cilindar. Kretanjem klipa od gornjeg krajnjeg položaja prema donjem krajnjem položaju stvara se u cilindru potpritisak i smeša sve većom brzinom struji kroz otvoreni usisni ventil u cilindar. Dolaskom klipa u donji krajnji položaj takt usisavanja je završen i usisni ventil se zatvara I cilindar je pun smeše.

II-takt (kompresija): klip se kreće iz donjeg krajnjeg položaja prema gornjem krajnjem položaju, dok su oba ventila zatvorena i nastaje smanjenje zapremine. Usled toga smeša se sabija, povećava joj se pritisak i temperatura i priprema se lako paljenje.

III-takt (ekspanzija): na samom kraju takta sabijanja svećica kresne električnu vazapali smešu koja vrlo brzo sagoreva i zbog toga u cilindru temperatura i pritisak. Pošto su oba ventila zatvorena, pritisak gasova potiskuje klip u donji krajnji položaj. Pri tom se toplotna energija stvorena sagorevanjem pretvara u potencijalnu energiju pritiska, a potom u mehanički rad pravolinijskog kretanja klipa. Pravolinijsko kretanje klipa preko klipnjače vrši obrtanje kolenastog vratila. Cilindar je pun gasova i samo ovaj takt je radni jer ostali troše energiju za svoje funkcije.

IV-takt (izduvavanje): u ovom taktu otvara se uzdužni ventil i klip se kreće od donjeg krajnjeg položaja ka gornjem krajnjem položaju i tako izduvava gasove koji su nastali sagorevanjem, smeše u cilindru. Izduvavanje gasova koji su nastali sagorevanjem završava se kompletan ciklus od četiri takta i izduvni ventil se na kraju zatvara. Dalje se ciklusponavlja.

Da bih se sva četri takta obavila na opisani način pomoćni uređaji motora obezbeđuju da se ciklus rada motora: usisavanje, kompresija, ekspanzija i izduvavanje, ostvariza četripomeranja klipa, tj oba obrtaja kolenastog vratila. Za to vreme usisni i izduvni ventil treba da se otvore samo po jedanput, i to u određeno vreme, a to se ostvaruje što se bregasta osovina obrće upola sporije od kolenastog vratila i što su bregovi u određenom položaju. Smeša se pali jedanput u tok jednog ciklusa, i to pomoću električne varnice, koju u određenom trenutku proizvode sistem za paljenje preko svećice.

Klipni mehanizam čini najvažniji deo motora. Njegov zadatak je:

�� da formira prostor za sagorevanje

�� da primi sile pritska gasova

�� da u sebi i na sebe primi ostale mehanizme i sisteme

�� da se preko njega izvrši vezivanje za ram ili šasiju postojeće mašine

�� da translatorno kretanje klipa pretvori u obrtno kretanje kolenastog vratila

Klipni mehanizam čine:

nepokretni elementi i pokretni elementi. Takođe, putem animacije i simulacije u sledećoj tački biće prikazan rad klipnog mehanizma.

Moć računarske simulacije

Kombinacija mogućnosti generisanja slučajnih brojeva sa programskim jezicima dovodi nas do veoma moćnih analitičkog alata.
Razmotrimo model reda čekanja u banci, gde klijenti dolaze, bivaju usluženi i odlaze. Znamo da matematički rešivi problemi zahtevaju vrlo precizne pretpostavke: vremena dolazaka i usluga moraju biti bez memorije (nezavisna jedna od drugih), red mora biti beskonačnog kapaciteta, klijent ne sme da se preskoči ili da odustane i tako dalje. Pored toga, možemo da analiziramo samo dugoročno ponašanje sistema, a ne bilo kakvo ponašanje u prelaznom režimu.
U stvarnosti, ni jedna od ovih pretpostavki nije potpuno ispunjena. Više ljudi dolazi u banku u vreme pauze za ručak, nego u druga vremena. Red čekanja je na početku, u trenutku otvaranja banke, prazan, a isto tako mora i da se izprazni na kraju radnog vremena, klijenti se preskaču ili odustaju sve vreme, često bez nekog razloga koji bi se mogao identifikovati, a gotovo je nemoguće imati servere koji ne pamte.
Simulacija može sve ovo da modeluje, pa i mnogo više. Ona je ograničena jedino u vremenu koje želite da potrošite da biste došli do potrebnih podataka i da biste ih programirali u simu-latoru. Da li se Vaš službenik na šalteru zamori u jedan popodne? Simulirajte! Da li klijenti manje odustaju u podne (pre ručka) nego u pet do jedan (posle ručka) ? Simulirajte! Možete u Vaš model sveta uključiti sve što hoćete. Vaši troškovi prikupljanja podataka mogu da budu ogromni, ali zato možete lepo da spakujete u model sve štoVam se dopada.
Suočeni sa takvom moći, zašto bi radili bilo šta drugo osim simulacije? Mnogi će reći: "I ne-mojte. Koristite simulaciju za sve." Medjutim, bolji odgovor je: "Nemojte koristiti simulaciju za sve." Problemi sa simulacijama, posebno sa onim velikim i složenim, su sledeći:
Validacija: Kako možete utvrditi da je simulacija korektan model stvarnosti? Greške mogu da se uvuku na mnogo mesta. Napisani program može da ne odražava model. Modeli za slučajne promenljive mogu da budu pogrešni. Svaki statistički test ima ugradjene pretpostavke koje mogu, ali ne moraju biti ispunjene.
Rasplinutost izlaza: U analitičkom modelu možemo da utvrdimo takve stvari kao što je da ako je brzina opsluživanja jednaka brzini dolazaka klijenata, tada je red čekanja nestabilan (i teži beskonačnoj dužini). Simulacija ne bi bila u stanju da utvrdi te rezultate sa takvom tač-nošću. Statistička priroda izlaza čini teškim donošenje bilo kakvih čvrstih zaključaka.
Specifičnost rezultata: Simulacije obično važe za jedan sistem iz realnog sveta. Rezultati koji važe za jednu simulaciju često ne važe za druge, slične probleme.
Računarsko vreme: Količina računarskog vremena koja je potrebna da bi se dobili statistički pouzdani rezultati obično se veoma potcenjuje. Simulacija bez dobre statističke analize pred-stavlja čisto rasipanje ciklusa centralne procesorske jedinice.
Uopšteno govoreći, evo pravila za upotrebu simulacije:
Simulaciju bi trebalo upotrebiti kad god preovladjuje jedan ili oba od sledećih uslova:
• realni sistem ne zadovoljava dovoljno dobro pretpostavke koje zahtevaju odgovarajući analitički modeli ili
• odgovarajuće formulisani model nema analitičko rešenje.
Ukoliko se zaposlite u oblasti operacionih istraživanja, velike su šanse da će Vam već u prvoj godini tražiti da uradite neki simulacioni projekat, zato što je računarska simulacija tehnika operacionih istraživanja koja se najčešće koristi u praksi. Tu do punog izražaja dolazi i neop-hodno znanje iz statistike. U sledećim odeljcima, pozabavićemo se uobičajenim problemima koji se javljaju u simulaciji. Oni obuhvataju izbor ulazne raspodele i analizu izlaza simulacije.

Kompjuterske simulacije

Računarska simulacija, kompjuterski model, ili računarski model je program računara ili mreže računara, koji ima zadatak da simulira apstraktni model određenog sistema. Kompjuterske simulacije su postale koristan deo matematičkog modelovanja mnogih prirodnih sistema u fizici, kvantnoj mehanici, hemiji i biologiji, zatim u ekonomskim sistemima, psihologiji i društvenim naukama, kao i u procesu inženjeringa novih tehnologija, sa ciljem da se stekne bolji uvid u rad istih.

Računarske simulacije se razlikuju od računarskih programa koji se pokreću nekoliko minuta, dok simulacije mogu da se izvršavaju na nivoulokalne mreže, tj. na grupi računara i da traje satima ili kod zahtevnijih simulacija čak i danima. Skala događaja koje su simulirane kompjuterskim simulacijama su već sada premašile moguće (ili možda čak i zamislive) metode koje se mogu rešavati koristeći tradicionalno papir i olovku. Pre više od 10 godina, rađena je simulacija pustinjske bitke, borba dveju vojski u koju su uključeni modeli 66.239 tenkova, kamiona i drugih vozila na simuliranim terenu oko Kuvajta, pri simulaciji je korišćeno više superkompjutera (računara visokih performansi) u Ministarstvu odbrane (engl. United States Department of Defense); Model sa milijardu atoma za ispitivanje deformisanja materijala (2002), Model proizvođača složenih proteina u organizmu sa 2,64 miliona atoma, ribozoma 2005. godine; ^[3] Plavi Mozak (engl. Blue Brain Project) projekta na EPFL-u (Švajcarska), počelo je u maju 2005, za stvaranje prve računarske simulacije celog ljudskog mozga na molekularnom nivou.

Kompjuterske simulacije i njihova primena u nastavi

Računar – zamena za nastavnika

Gotovi programi pružaju mogućnost učenja kod kuće bez prisustva nastavnika. Ovakvi program moraju biti sa što manje grešaka i, ukoliko je to moguće, interaktivnog karaktera. Potreba za ovim je jasna, student ne sme da nauči pogrešno interpretirane sadržaje i kada mu je potrebna pomoć za razumevanje određene materije računar „mora biti spreman“ da pruži traženu pomoć. Ovakav vid nastave gde računar ima ulogu nastavnika zastupljen je u svetu, a trebalo bi ga koristiti samo ukoliko prisustvo nastavnika nije moguće.

Neke prednosti korišćenja računara u nastavi

Prednosti su sledeće:

a) Interaktivnost

Računar omogućava svakom student da ima aktivnu ulogu u procesu učenja, za razliku od pasivne uloge knjige. Student više nije posmatrač već aktivni učesnik u procesu učenja.

b) Individualna pažnja

Nastavnici znaju da su studenti različiti, tj. nemaju svi isto predznanje i ne uče na isti način. Međutim, mnogi od naših konvencionalnih prilaza obrazovanju koriste rigidne procedure iste za sve student i ne dozvoljavaju uzimanje u obzir ovih razlika. Prednost računara je u tome da se dobrim softverom može individualizovati podučavanje. Štaviše, pošto svi student ne uče istom brzinom, tj. potrebno im je različito vreme da prođu kroz gradivo, računar im to takođe omogućava. Sledeći

važan faktor u napredovanju upotrebe kompjutera u obrazovanju je povećanje snage kompjutera, i prikladnosti za implementiranje novih načina učenja.