Модулируемое проектирование мехатронных систем.

В нашем мире трудно найти электромеханические устройства без какого-либо вида встроенной компьютерной системы. В сущности, интеллект, обеспечиваемый встроенными системами, часто является тем ключом, который и отличает отдельный вид оборудования от его конкурентов.

Но преимущества встроенных систем обходятся дорого. Пока мехатронные системы используют более мощные микропроцессоры с выгодой для себя, взаимодействие между «железом» (деталями компьютера) и программным обеспечением становится более сложным. Управление этим сложным взаимодействием может на практике оправдать требования к командам разработчиков аппаратуры и программного обеспечения, которые ставят необходимые условия, описывают задачи и испытывают и претворяют в жизнь их идеи различными способами. Добавка к этой сложности это то, что большинство из этих систем включают стратегии управления с обратной связью, которые восполняют электромеханические взаимодействия и внесистемные нарушения. С этими задачами приходит необходимость запуска диспетчерского управления по обратной связи для таких эксплуатационных требований как безопасность при запуске и выключении, сохранность персонала и оборудования, обнаружение коротких замыканий и их исправление.

Методы мехатронного проектирования сегодня уделяют особое внимание конструктивному моделированию перед тем как какое-либо аппаратное оборудование будет создано. Однако мы часто не видим этого одного и того же метода в разработке встроенных систем. В наиболее традиционных случаях, инженеры задумываются об утверждении программного обеспечения в процессе разработки очень поздно, просто испытывая их ПО на опытных образцах аппаратуры. Ошибки, обнаруженные в аппаратуре или ПО на этой стадии порождают дорогостоящие промедления. Обнаружение основной причины проблем может занять время. Ошибки, зависящие от неполных, неверных или противоречивых испрашиваемых средств, могут даже неизбежно повлечь за собой коренное реконструирование.

Модулируемое проектирование предназначено для определенных затруднений. Оно упрощает разработку мехатронных систем, предусматривая общее окружение для разработки и передачи информации между различными техническими дисциплинами. Корни модулируемого проектирования берут своё начало в ранних 1990-х с авиакосмической и автомобильной промышленностями, которые постоянно встраивали большое количество микропроцессоров в свою продукцию. Авиаконструкторы и инженеры-автомобилисты осознали преимущества моделирования многодоменных систем с целью разработки встроенных элементов управления.

В середине девяностых моделирование алгоритмов управления привело к автоматизированному получению кода из математической модели. Успешное использование этими отраслями промышленности модулируемого проектирования доказало, что моделирование и автоматизированное получение кода для встроенных систем – это экономически и по времени целесообразные подходы к разработке мехатронных систем.

В течение последних пяти лет другие отрасли промышленности, включившие в себя мехатронные разработки, открыли модулируемое проектирование. Совместное действие более мощных компьютерных программ и снижающиеся затраты на корпуса персональных компьютеров с многорядным расположением штырьковых выводов дало возможность модулируемому проектированию распространиться почти таким же образом как программное обеспечение систем автоматизированного проектирования или программное обеспечение для анализа методом конечных элементов.

Так же как САПР обеспечивает геометрическую сторону описания оборудования, модулируемое проектирование объединяет требования к динамике и эксплуатационным качествам для правильного описания комплексной системы управления. Поскольку этот подход управляется ПО, инженеры могут исследовать конкурирующие проектные решения и исследовать новые идеи без накладных расходов на огромное вложение денег в аппаратуру.

Инженеры могут непрерывно испытывать проект, пока он развивается, проверяя на соответствие требованиям и находя ошибки в начале разработки, когда их легче и дешевле исправить. Вдобавок, модулируемое проектирование автоматизирует получение кода для встроенных систем с помощью устранения необходимости помогать программировать алгоритмы регулирования по замкнутому циклу и регулирования по разомкнутому циклу.

Модулируемое проектирование использует моделирование системного уровня. Такое моделирование определяет границы осуществимой детализации с помощью описания закономерного и контролируемого поведения оборудования в математической форме. Инженеры могут реализовать моделирование с помощью имитации реальной динамики и действия системы. Моделирование устанавливает точное математическое определение ожидаемого функционирования мехатронной системы.

Отличие этой математического системного моделирования от обычных способов определения того, как система будет функционировать: составленные описания. Как исполняемое описание, моделирование на системном уровне обеспечивает полное преимущество над письменными документами. Документы, из-за того, что их можно перевести, могут привести к тому, что необходимые требования потеряются, будут излишними или будут противоречить другим необходимым требованиям.

РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ СИСТЕМНОГО УРОВНЯ.

Письменные требования будут существовать всегда, но инженеры могут связать их электронные формы записи с моделью системного уровня и помочь установить соответствие таким стандартам как ГОСТ 40.9001-88 или ГОСТ Р МЭК 61508-2007. Исследование испрашиваемых требований из письменных технических условий к модели системного уровня проясняет, как инженер должен понимать эти требования. Электронные связи между требованиями и моделью позволяет инженерам связать критерии испытания с прецедентами, используемыми на протяжении всего процесса разработки.

Структурная схема – это понятный подход к изображению модели системного уровня. У модели есть входящие сигналы – сигналы, обеспечиваемые внешними воздействиями; и выходные сигналы – характеристики того, что система делает в данный момент. Входные и выходные сигналы отображают реальные величины, такие как электрическое напряжение, температура и водородный показатель.