Projektowanie za pomocą modeli (ang. Model-Based Design)

Projektowanie za pomocą modeli ułatwia rozwijanie systemów mechatronicznych przez dostarczenie jednego spójnego środowiska do projektowania i łączenia elementów mechanicznych, elektronicznych, pneumatycznych, termicznych itp. Model-Based Desing (MBD), rozszerza narzędzia wspomagające projektowanie CAE (ang. computer-aided engineering) takie jak CAD, FEA i modele SPICE o podejście oparte na projektowaniu systemów (ang. on system-level design), co pozwala użytkownikom łączyć poszczególne domeny w jeden spójny system. W przypadku oprogramowania CAD (ang. computer-aided design), dostarcza on użytkownikowi geometryczną lub statyczną reprezentację obiektu, zaś MBD dodaje do modelu dynamikę i możliwość opisania systemu sterowania potrzebnego do symulacji funkcjonalnej.

To podejście jest bardziej programowe, dlatego też inżynierowie mogą łatwo porównywać projekty systemu i zarządzać nowymi koncepcjami bez kosztów związanych z budowaniem stanowiska pomiarowego i budową fizycznych prototypów. Inżynierowie są w stanie w trakcie trwania całego projektu, szybciej testować nowe pomysły, porównywać je z wymaganiami i wcześniej wykrywać błędy wynikające ze złego funkcjonowania aplikacji. Ponieważ dzieje się to w czasie symulacji, błędy te są łatwe do usunięcia i kosztują mniej, co zmniejsza koszty całego projektu. Na dodatek podejście MBD daje możliwości automatycznej generacji kodu dla aplikacji wbudowanej, co eliminuje błędy wynikające z ręcznego kodowania aplikacji sterujących dla otwartej i zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego.

Model Based Design a Simulink

Metodologia Model-Based Design wykorzystuje model jako wykonywalną specyfikację, która w unikalny sposób określa rzeczywiste i kontrolowane zachowanie obiektu przy pomocy reprezentacji matematycznej. I tutaj możemy przejść do programu Simulink, który jest graficznym językiem programowania pozwalającym na zamodelowania obiektu matematycznego lub fizycznego za pomocą bloków. Inżynier może sprawdzić zachowanie modelu przez symulację, która pokaże jego właściwości dynamiczne i zachowanie systemu.

Krótki film prezentujący idee programu Simulink

Podejście systemowe, razem z wykonywalną specyfikacją, daje przewagę nad specyfikacją pisemną, ponieważ umożliwia już na tym etapie, sprawdzenie poprawności wymagań, redundancji lub konfliktu z innymi wymaganiami.

Pisemne specyfikacje będą istniały zawsze i inżynierowie mogą je dołączać do projektu opartego na MBD. Pomagają one zachować zgodność ze standardami takimi jak ISO 9001 lub IEC 61508. Dodatkowo śledzenie wymagań ze specyfikacji w czasie projektowania systemu pokazuje, jak inżynier interpretuje dane wymaganie. Specyfikację w wersji elektronicznej możemy także wykorzystać do testowania, łącząc kryteria testów ze scenariuszami testów używanymi w czasie trwania całego projektu.