FunctionalDMU –virtuelle mechatronische Modelle werden erlebbar

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  • 1. FunctionalDMU – virtuelle mechatronische Modelle werden erlebbar Dr.-Ing. André Stork Fraunhofer Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD Fraunhoferstraße 5 64283 Darmstadt Tel.: +49 (0) 6151 155 – 469 Fax.: +49 (0) 6151 155 – 139 E-Mail: andre.stork@igd.fraunhofer.de http://www.igd.fraunhofer.de
  • 2. Abgrenzung und Zielsetzung  Digitales Versuchsmodell (Digital Mock-Up – DMU)  repräsentiert Gesamtgeometrie (Baugruppen, Einzelteile)  erlaubt Analysen von Gestalt und Funktion frühzeitig(er) in digitaler Form  ersetzt teilw. physikalische Versuchsmodelle  spart Zeit und Geld  DMU-Softwarewerkzeuge – typische Funktionen  Ein- und Ausbauuntersuchungen  Kollisionsprüfungen © Teraport  Baubarkeitsprüfungen  d.h. geometrische Analysen © Teraport © IGD
  • 3. Abgrenzung und Zielsetzung  Ist Funktion im Sinne von geometrischer Analyse alles?  Sehen wir uns eine Autotür einmal genauer an … Fensterscheibe Innenverkleidung Außenhaut Türinnenleben (Mechanik) Software Elektromotor Steuerung (ECU)
  • 4. Abgrenzung und Zielsetzung  Limitationen von DMU-Werkzeugen  simuliert werden nur mechanische (geometrische) Zusammenhänge  Softwareanteile werden (noch) nicht simuliert  Elektrik/Elektronikanteile werden (noch) nicht simuliert  Vision: FunctionalDMU  noch nicht existierende Software  läuft auf noch nicht existierender HW (Elektronik / Mechanik) und  steuert / bewegt digitale (Geometrie-)Modelle
  • 5. Herausforderungen und Lösungsstrategien  Es existieren Werkzeuge zur Simulation von Software, Elektronik und Mechanik  Verhalten wird in unterschiedlichen ‚Sprachen‘ modelliert  Verhaltensmodelle werden auf unterschiedlichen Simulatoren simuliert  d.h. wir haben ein Integrationsproblem  Herausforderung: Heterogenität Spice Rhapsody Dymola DMU-Geometriemodelle Verhaltensmodellierungssprachen Simulatoren
  • 6. Herausforderungen und Lösungsstrategien  Widmen wir uns zunächst den Verhaltensmodellen … Verhaltensmodellierungssprachen
  • 7. Herausforderungen und Lösungsstrategien  … am Beispiel Autotür  Welche Verhaltensmodelle können wir identifizieren?  Schalter  Software / ECU  E-Motor  (Scheren-)Mechanik  Fensterscheibe
  • 8. Herausforderungen und Lösungsstrategien  Welches Problem können wir identifizieren?  Datenaustausch zwischen nativen Verhaltensmodellen  Herausforderung:  Unterschiedliche Sprachen  Unterschiedliche Syntax  Unterschiedliche Datentypen
  • 9. Herausforderungen und Lösungsstrategien  Lösungsstrategie: Einheitliches Datenformat Einheitliches Datenformat
  • 10. Herausforderungen und Lösungsstrategien  Wie sieht das einheitliche Datenformat aus?  Existieren Standards?  SysML  Modelica  VHDL-AMS  Beispiel: SysML (Systems Modeling Language)  Modellierungssprache für das Systems Engineering  Anforderungs- und Systemmodellierung  XML-basiert  kann mit UML/XML-Werkzeugen erzeugt und verarbeitet werden
  • 11. Herausforderungen und Lösungsstrategien  Abbildung der Schnittstelle nativer Verhaltensmodelle auf standardisiertes Datenformat  Kapselung von Verhaltensmodellen am Beispiel Controller Controller (SysML) Vereinheitlicht beschriebene Schnittstellen- größen des Ver- haltensmodells Controller (nativ) Native Schnittstellen- größen des Verhaltensmodells
  • 12. Herausforderungen und Lösungsstrategien  Zusammenfügen zu einem Gesamtverhaltensmodell U  up f down s I   Ergänzen um Geometriemodelle im Sinne einer objekt-orientierten Kapselung
  • 13. Herausforderungen und Lösungsstrategien  Zwischenergebnis  Homogene Beschreibung der Schnittstellen der Verhaltensmodelle  Im nächsten Schritt …  Betrachtung der Simulationskomponenten …
  • 14. Herausforderungen und Lösungsstrategien  Herausforderung: Heterogenität der Simulationskomponenten Spice Rhapsody Dymola Simulatoren
  • 15. Herausforderungen und Lösungsstrategien  Herausforderung: Heterogenität der Simulatoren  Unterschiedliche APIs  Verschiedene Programmiersprachen  Unterschiedliche Plattformen Simulatoren Rhapsody Dymola Dymola Simpack Simpack  Wie kann man Heterogenität überwinden?
  • 16. Herausforderungen und Lösungsstrategien  Lösungsstrategie: Wrapper  Vorteile von Wrappern  Vereinheitlichung der Schnittstellen  Erhöhte Wartungsfreundlichkeit Wrapper Wrapper Wrapper Simulatoren Rhapsody Dymola Simpack
  • 17. Herausforderungen und Lösungsstrategien  Welche Informationen erhalten die Wrapper?  Was machen die Wrapper?  Abbildung auf interne Simulationsgrößen  Kommunikation mit dem jeweiligen Simulator  Bereitstellen von Ergebnissen im Standardformat Schnittstellen- Wrapper Wrapper Wrapper beschreibungen Simulatoren Rhapsody Dymola Simpack Verhaltensmodelle
  • 18. Herausforderungen und Lösungsstrategien  Was brauchen wir jetzt noch?  Kommunikation und Koordination   Lösungsstrategie: zentraler Manager  Welche Informationen erhält der Mastersimulator? Gesamtver- haltensmodell Mastersimulator Schnittstellen- Wrapper Wrapper Wrapper beschreibungen Simulatoren Rhapsody Dymola Simpack Verhaltensmodelle
  • 19. Herausforderungen und Lösungsstrategien  Wir sind immer noch nicht ganz fertig …  Gesamtverhaltensmodell Interaktive Visualisierung und Geometriemodelle Gesamtver- haltensmodell Mastersimulator Schnittstellen- Wrapper Wrapper Wrapper beschreibungen Simulatoren Rhapsody Dymola Simpack Verhaltensmodelle
  • 20. Herausforderungen und Lösungsstrategien  Was haben wir erreicht?  FunctionalDMU-Framework  Offenheit  Erweiterbarkeit  Flexibilität  Wartbarkeit  Dateibasiert konfigurierbar (Standardformate)  Plus, bei Wahl einer geeigneten Middleware  Unabhängigkeit von  Plattformen / Betriebssystemen  Programmiersprachen  Verteiltheit
  • 21. Herausforderungen und Lösungsstrategien  FunctionalDMU-Laufzeitumgebung PC1 Win- dows Mastersimulator Wrapper Wrapper Wrapper PC2 Rhapsody Dymola Simpack PC3 PC3 Linux Windows Linux
  • 22. Beispiel: Fensterheber  Video
  • 23. Beispiel: Fensterheber  Video
  • 24. Weitere Beispiele
  • 25. Zusammenfassung  Was mitnehmen?  DMU-Konzept und Limitationen von heutigen DMU-Umsetzungen  FunctionalDMU-Konzept  Erste Umsetzung  Offene, domänen- und simulator-übergreifende Umgebung  SW-Simulation: Rhapsody  Mechanik: SimPack  E/E: Saber  E/E: Dymola (Modelica)  Div.: Matlab/Simulink  Ausblick  Kollisionserkennung  FE-Ergebnisse (Post-Processing)
  • 26. Kontakt und Projektkonsortium