Einheitliche Simulationsumgebung für mechatronische Komplettsysteme
Mehr als die Summe der Einzelteile
Fortsetzung des Artikels von Teil 3
Mehr als die Summe der Einzelteile
Hilfreich ist dabei vor allem eine integrierte Simulationsumgebung, in der alle Komponenten getestet und validiert werden können. Da unterschiedliche Tools nicht automatisch problemlos miteinander kommunizieren und die Modelle aus den unterschiedlichen Abteilungen eventuell nicht zusammenpassen, erfordert der Prozess wesentlich mehr Zeit. Zudem besteht die Gefahr, dass durch die Probleme beim Datenaustausch die Ergebnisse der Simulation verfälscht werden.
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Herausforderung Co-Simulation
The MathWorks stellt Mechatronikern eine Reihe von Entwicklungswerkzeugen zur Verfügung, mit denen Systeme modellbasiert entwickelt und simuliert werden können; Delphi setzt dazu u.a. Matlab, Simulink und Stateflow ein.
Mit einer Simulationsumgebung wie Simulink können die Komponenten mechatronischer Systeme modelliert, simuliert und zu einem Gesamtsystem zusammengefügt werden. Für detailliertere Modelle einzelner Komponenten nutzen viele Entwicklungsabteilungen zusätzlich spezialisierte CAE-, CAD- oder EDA-Tools. Auch diese Modelle lassen sich in eine Simulation des Gesamtsystems integrieren, wenn am Ende der Modellierung getestet werden soll, ob das Design als Ganzes in allen Bereichen funktioniert. Nötig ist dafür eine Co-Simulation, also eine Simulation mit zwei Software-Paketen. Das Verfahren ist jedoch komplex und nimmt wegen des Datenaustauschs zwischen den Werkzeugen viel Zeit in Anspruch. Die verwendeten Programme benötigen jeweils genaue Anweisungen, wie weit sie berechnen dürfen und welche Daten an das andere Programm zurückgegeben werden müssen.
Unterstützung des kompletten Entwicklungsprozesses
Ein essentiell wichtiges Element im Entwicklungsprozess ist die Überprüfung, ob das Design den Anforderungen entspricht. Dies muss fest im Entwicklungsprozess verankert sein, denn nur so lässt sich die Funktionsfähigkeit des Designs überprüfen. Die modellbasierte Entwicklung umfasst daher den gesamten Entwicklungsprozess von der Definition der Anforderungen über die Erzeugung des Designs bis hin zu Implementierung und Test. Dabei werden die Anforderungen mit dem Modell verbunden. Für die Implementierungsphase gibt es Werkzeuge wie den „Realtime Workshop Embedded Coder“, die das Modell direkt in Applikations-Code umsetzen, beispielsweise in C oder C++. Durch diese automatische Code-Generierung kann direkt aus dem Modell heraus Software erstellt werden; damit wird sichergestellt, dass die Steuerungs-Software den Anforderungen entspricht, und zusätzlich der Entwicklungsprozess beschleunigt.
Physical Modelling
Mit den Werkzeugen für Modellierung, Simulation und automatische Code-Generierung sind die Bereiche Steuerung und Software abgedeckt. Für die physikalischen Bereiche der Mechanik und Elektronik ist die Erzeugung von Modellen jedoch häufig noch eine komplexe Angelegenheit. Die Ingenieure müssen bei diesem Verfahren Gleichungen formulieren und dann programmieren. Dafür sind breit gefächerte Kenntnisse in Physik, Mathematik und Programmierung nötig.
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