Systemsimulation

Funktion

Funktion

Die verwendeten Softwaretools stellen umfangreiche Bibliotheken mit Funktionsblöcken zu den verschiedenen Physiken zur Verfügung: Mechanik, Hydraulik, Thermodynamik, Elektrik, Regelung, usw.. Diese Funktionsblöcke werden durch ziehen und ablegen auf einer Skizzenebene miteinander verbunden, ähnlich wie z.B. bei elektrischen oder hydraulischen Schaltplänen. Darum wird im Gegensatz zu den 3D Simulationen, wo 3D CAD Geometrie als Input benötigt wird, oft auch von 1D Simulation gesprochen. Ein sehr einfaches Beispiel ist die Sprungantwort des Masse-Feder-Dämpfer Systems in dem dargestellten Bild. Aus dieser graphischen Darstellung des Simulationsmodells leitet die Software nach Eingabe von Parametern dann automatisiert die Gleichungen zur Simulation ab, sie kompiliert den Code.

Der Inhalt dieser Blöcke, die zugrunde liegenden Gleichungen, können natürlich auf die jeweiligen Zwecke angepasst werden, oder völlig neu erstellt werden. Die Berechnung selbst benötigt im Vergleich zu FEM und CFD meist nur rel. kurze Zeit, das Know How bzw. der Aufwand besteht in der geeigneten Abstraktion des realen Produktes durch ein Modell und der schrittweisen Verfeinerung.

Unsere Simulations-Möglichkeiten

Multidomain Simulation

Oft konkurrieren die Ziele der verschiedenen Bereiche. Um ein Gesamt-Optimum zu finden, müssen daher alle Disziplinen in einem gemeinsamen Modell integriert werden: Mechanik, Hydraulik, Pneumatik, Thermodynamik, Elektrik/ Elektronik, Regelung und Software. Systemsimulation bietet diese Möglichkeiten.

Dynamisches Verhalten

Im Unterschied zu den meist sehr zeitaufwendigen 3D-Simulationen, die daher oft statisch/ quasistatisch (FEM) bzw. steady-state (CFD) sind, können mit Systemsimulation auch sehr umfangreiche Zeiträume betrachtet werden. Von Millisekunden, Minuten bis zu ganzen Tagen, je nach Physik. Da für die konzentrierten Elemente meist nicht so viele Gleichungen gelöst werden müssen, als zum Beispiel für FEM oder CFD, ist der reine Lösungsprozess deutlich kürzer.

Kausale und akausale Modellierung

Die akausale Modellierung wird hauptsächlich zur Abbildung von physikalischen Systemen verwendet, es müssen keine Ein-/Ausgänge definiert werden. Der Vorteil: es ergibt sich für den Anwender ein sehr gut lesbarer Plan über das Gesamtsystem. Bei der kausalen Modellierung benötigen die Funktionsblöcke festgelegte Ein-/Ausgänge, um einen definierten Signalfluß zu ermöglichen. Diese wird daher hauptsächlich in der Steuer- und Regelungstechnik eingesetzt.

Architektur-Entscheidungen

Systemsimulation kann in frühen Phasen zum Finden einer optimalen Produktarchitektur verwendet werden. Es ist noch keine CAD Geometrie nötig, die Definition erfolgt über die Parameter eines Funktionsblocks. Die verwendeten Softwarepakete bieten auch Applikationen zum semi-automatischen Erfassen von bestimmten Geometrieparametern aus einem 3D CAD File an.

Schnittstellen zur 3D Simulation

Co-Simulation zwischen Systemsimulation und MKS/ FEM/ CFD, oder auch FMI/ FMU.

Testen der Steuerung: MiL – SiL – HiL

  • Model in the Loop: Testen des Steuerungsmodells (z.B. in Simulink®) mit dem virtuellen, physikalischen Abbild des Produktes (Maschine, Fahrzeug, usw.). Wir verwenden hier bewusst nicht den Begriff "Digitaler Zwilling", weil das unserer Meinung nach bereits die Steuerung inkludieren würde, sowie viele andere Daten wie CAD Geometrie, Herstellungs- und Prozessanweisungen, usw..
  • Software in the Loop: Testen des kompilierten Steuerungs-Codes mit dem virtuellen, physikalischen Abbild des Produktes.
  • Hardware in the Loop: Testen der Steuerungs-Hardware (ECU, SPS, usw.) mit dem geflashten Code und dem virtuellen, physikalischen Abbild des Produktes (Realtime-Simulationen).

Variantenmanagement

Da die Rechenzeit im Allgemeinen relativ kurz ist, können sehr viele verschiedene Varianten virtuell abgesichert werden.

Schutz des geistigen Eigentums

Modelle können verschlüsselt werden, an Kunden und Lieferanten weiter gegeben werden, ohne die IP (Intellectual Properties) zu veröffentlichen. Z.B. kann das Modell der Maschine in Form einer Black Box, nur Definition der Inputs & Outputs, an einen Lieferanten der Steuerung weitergeben, damit dieser die Steuerung optimieren kann. Die Erfahrung zeigt, dass es viel effizienter ist, mit einem Modell zu arbeiten, als sich ausschließlich auf textbasierte Spezifikationen zu verlassen.

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