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Model-Based Design von HELVETING für komplexe Systeme

In komplexen Systemen, wie beispielsweise aufwendige Fertigungsprozesse, können Regelungsaufgaben zur Herausforderung werden. Häufig müssen diese Aufgaben schon früh im Entwicklungsprozess angegangen werden, zu einem Zeitpunkt in dem noch gar nicht alle Komponenten eines Systems für Tests zur Verfügung stehen.

HELVETING unterstützt Sie mit dem Model-Based Design Ansatz, wenn frühzeitig ein realistisches System-Modell erstellt werden muss. Noch bevor ein Prototyp existiert, können mit dem Model-Based Design Ansatz bereits die Regelungsstrategie gewählt, Parameter optimiert und die Einhaltung von Spezifikationen sichergestellt werden. Die so entstandene Steuerungs-Software lässt sich nicht nur in der Simulation, sondern auch direkt auf der Zielplattform im Produkt anwenden.

Welche Vorteile bietet der Model-Based Design Ansatz von HELVETING?

Durch die Vorgehensweise des Model-Based Design Ansatzes werden Unwägbarkeiten oder Spezifikationslücken frühzeitig aufgedeckt, was die Risiken und Kosten reduziert. Auch Grenzfälle, die sonst nur mit erheblichem Aufwand herbeizuführen wären, können leicht und systematisch getestet werden, was insgesamt die Qualität steigert. Wurde ein solches System-Modell einmal erstellt, lässt es sich auch für zukünftige Entwicklungen anderer Module verwenden. Diese werden dadurch wiederum erheblich vereinfacht und beschleunigt.

Die Ingenieure von HELVETING bringen wertvolle Erfahrungen aus interdisziplinären Projekten ein und begleiten Ihre Entwicklung von der Spezifikation bis zur Abnahme. Unsere Sachkenntnis garantiert, dass Ihre Regelungsaufgaben systematisch analysiert und selbst komplexe Problemstellungen zuverlässig gelöst werden.

Wann lohnt sich der Einsatz von Model-Based Design für ein System, wie beispielsweise den Herstellungsprozess eines Produktes?

In zunehmend komplexen Systemen mit unterschiedlichsten Komponenten können Regelungsaufgaben eine Herausforderung sein. Obwohl präzise Vorhersagen des Verhaltens möglichst früh im Entwicklungsprozess zur Verfügung stehen sollten, können neue Entwicklungen häufig erst spät in das Gesamtsystem integriert werden.

Vom echten System getrennt erstellte Simulationen können die tatsächliche Implementierung zu stark vereinfachen und erheblich von der Realität abweichen, wenn sie nicht sorgfältig überprüft und laufend nachgeführt werden. Dazu kommen aufwendige Tests, die nach jeder späteren Änderung am Produkt erneut durchlaufen werden müssen, um das Einhalten der Spezifikationen weiterhin sicherzustellen.

Abhilfe schafft der Model-Based Design Ansatz (modellbasierter Systementwurf), bei dem eine einzige Implementierung sowohl zur Simulation als auch im Produkt durchgehend zum Einsatz kommt. Die Grundaufgaben beim Model-Based Design Ansatz sind die Erstellung und Kalibration eines realistischen Models der benachbarten Systeme und der physikalischen Umwelt, die Wahl der Regelungsstrategie und die Optimierung der Parameter sowie das Testen gegenüber den Anforderungen sowohl in der Simulation als auch am realen System.

Wie wird der Model-Based Design Ansatz / modellbasierte Systementwurf durch HELVETING erstellt?

Der erste Schritt im Model-Based Design ist die realitätsnahe Abbildung sowohl des bekannten Systemumfeldes als auch der physikalischen Zusammenhänge. Berechnungen bilden die Basis für Blockdiagramme und Codes, die danach mit Messungen der Systemgrössen verfeinert werden, um das Model zu kalibrieren. In dieser Umgebung wird das Regelsystem den Anforderungen entsprechend implementiert, simuliert und iterativ optimiert. Noch bevor die Ziel-Hardware zur Verfügung steht, ist es als Model-in-the-loop (MIL) bereits voll lauffähig. Dazu verwenden wir das jeweils geeignetste Tool, z.B. Matlab, Simulink oder ModelSim.

Wie wird das Model-in-the-loop zur Software-in-the-loop?

Aus diesem Reglerentwurf kann automatisch der Firmware-Code generiert werden. Dieser Code kann in der für Ihre Automatisierungsplattform üblichen Sprache erstellt werden, üblicherweise wäre dies etwa C/C++ für DSPs und andere Embedded-Systeme oder VHDL/Verilog für FPGAs. Dann kann der Code als Software-in-the-loop (SIL) bit-genau und in Echtzeit überprüft und verfeinert werden.

Das fertige System kann schließlich mit dem erzeugten Code in Betrieb genommen werden und die Komponenten wie auch die Schnittstellen können Integrationstests durchlaufen. Dank Hardware-in-the-loop (HIL) können die Umgebungsbedingungen simuliert werden und die Tests sind so jederzeit reproduzierbar. Auch Grenzfälle, die sonst nur mit erheblichem Aufwand herbeizuführen wären, lassen sich mit dem Model-Based Design Ansatz leicht und systematisch abdecken. Die dazu erstellten Modelle können ohne Weiteres auch für weitere Entwicklungen oder Regressionstests eingesetzt werden.

Warum Model-Based Design vom ersten Test bis zum fertigen Produkt?

In unserer Model-Based Design Methodik bilden Test, Simulation und das Produkt eine Einheit, die als Ganzes gepflegt wird. Dadurch erhöhen sich die Nachvollziehbarkeit, die Qualität und die Verständlichkeit der Dokumentation. An die Stelle von umständlichen, empirischen Regleroptimierungen tritt ein systematisches Vorgehen. Zudem sind Sie für zukünftige Entwicklungen oder Produktvarianten bereits bestens gerüstet.

Dank dem durchgehenden Einsatz eines Systemmodels können Risiken reduziert und Spezifikationslücken frühzeitig aufgedeckt werden. Da beim Model-Based Design Ansatz Fehler nicht erst am Ende erkannt werden, sinken die Kosten und Sie kommen schneller zum Ziel.

Vorgehensweise

Branchen/Anwendungsbereiche Model-Based Design:

  • Maschinen- und Anlagenbau

  • Automotive / Fahrzeugbau

  • Geräteentwicklung

  • Prozessindustrie / Verfahrenstechnik

  • Medizinaltechnik

  • Energie

Kompetenzen, Methoden & Tools

Kompetenzen & Methoden Model-Based Design:

  • System-Modellierung

  • Simulation

  • Regelungstechnik

  • Code-Generierung

  • Testing