Language
Country/Area
No result found
من التقليد إلى الحداثة: كيف يُحدث التصميم المبني على النماذج ثورة في طريقة تطوير أنظمة التحكم؟
في المجال التكنولوجي سريع التغير، يوفر التصميم المبني على النماذج (MBD) حلولاً لتصميم أنظمة التحكم المعقدة ومعالجة الإشارات والاتصالات بأساليبها الرياضية والمرئية. تم استخدام طريقة التصميم هذه على نطاق واسع في العديد من مجالات التطبيقات مثل المعدات الصناعية والفضاء والسيارات، مما يدل على أنها أحدثت تغييرات كبيرة في تصميم البرامج المدمجة.
يوفر التصميم المبني على النماذج إطارًا مشتركًا فعالاً يسهل الاتصال طوال عملية التصميم مع دعم دورة التطوير (V-Model).
بينما تعتمد أساليب التصميم التقليدية غالبًا على هياكل معقدة وأكواد ضخمة، فإن التصميم المبني على النماذج يمكّن المصممين من استخدام كتل النمذجة المستمرة والمنفصلة لتحديد نماذج النباتات ذات الخصائص الوظيفية المتقدمة. ويمكن لهذه النماذج، بمساعدة أدوات المحاكاة، أن تقدم عملية إنشاء النماذج الأولية السريعة واختبار البرمجيات والتحقق منها. وهذا لا يعزز عملية الاختبار والتحقق فحسب، بل يمكّن أيضًا من استخدام محاكاة الأجهزة في الحلقة لفحص التأثيرات الديناميكية للنظام بطريقة أسرع وأكثر كفاءة.
التاريخ
يعود تاريخ التصميم المبني على النماذج إلى عشرينيات القرن الماضي، عندما اندمج الجانبان الهندسيان لنظرية التحكم وأنظمة التحكم لجعل الأنظمة المتكاملة واسعة النطاق ممكنة. في الأيام الأولى، تم استخدام أنظمة التحكم بشكل أساسي في البيئات الصناعية، حيث بدأت مرافق العمليات الكبيرة في استخدام وحدات التحكم في العمليات لتنظيم المتغيرات المستمرة مثل درجة الحرارة والضغط والتدفق. كانت شبكة لوحة التصحيح من المرحلات الكهربائية واحدة من أولى أجهزة التحكم المنفصلة التي تعمل على أتمتة عملية التصنيع بأكملها.
بحلول نهاية القرن العشرين، كانت أنظمة التحكم المدمجة منتشرة في كل مكان، وكانت الأجهزة المنزلية مثل الغسالات ومكيفات الهواء تحتوي على خوارزميات تحكم معقدة ومتقدمة، مما يجعلها أكثر "ذكاءً".
في الخمسينيات والستينيات من القرن العشرين، شجع ظهور هندسة الطيران على تطوير أنظمة التحكم المدمجة، وبدأ المهندسون في بناء أنظمة التحكم بما في ذلك وحدات التحكم في المحرك وأجهزة محاكاة الطيران. تم تقديم أول وحدات تحكم تعتمد على الكمبيوتر في عام 1969. قامت وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة المبكرة (PLCs) بمحاكاة تقنية التحكم المنفصلة الحالية باستخدام سلالم ترحيل قديمة. شهد سوق التحكم تغييرات جذرية مع ظهور تكنولوجيا الكمبيوتر، حيث يمكن لجهاز كمبيوتر سطح المكتب النموذجي تشغيل وحدة معالجة كاملة وتنفيذ خوارزميات PID المعقدة أو استخدامه كنظام تحكم لامركزي (DCS).
الخطوات الرئيسية للتصميم المبني على النموذج
تتضمن الخطوات الرئيسية للتصميم المبني على النموذج ما يلي:
- نمذجة النبات:يمكن أن تعتمد نمذجة النبات على البيانات أو تعتمد على المبادئ الأولى. تستخدم نمذجة النباتات المبنية على البيانات تقنيات تحديد النظام لتحديد نماذج النباتات من خلال الحصول على البيانات الأولية ومعالجتها من أنظمة حقيقية.
- تحليل وتوليف وحدة التحكم: استخدم النماذج الرياضية التي تم الحصول عليها في نمذجة النبات لتحديد الخصائص الديناميكية لنموذج النبات ثم تجميع وحدات التحكم بناءً على هذه الخصائص.
- المحاكاة دون الاتصال بالإنترنت مقابل المحاكاة في الوقت الفعلي: ادرس الاستجابة الزمنية للأنظمة الديناميكية من خلال محاكاة النماذج الخطية البسيطة الثابتة زمنيًا أو غير الخطية. يمكن إجراء المحاكاة في الوقت الفعلي باستخدام رمز وحدة التحكم الذي يتم إنشاؤه تلقائيًا.
- النشر: من الناحية المثالية، يتم تنفيذ هذه الخطوة عن طريق إنشاء تعليمات برمجية من وحدة التحكم المطورة وتصحيح الأخطاء بشكل متكرر. تسمح أدوات التصميم المستندة إلى النموذج بإجراء هذه التكرارات ضمن بيئة مرئية موحدة.
المزايا والعيوب
تشمل عيوب التصميم المبني على النماذج ما يلي:
- غالبًا ما يكون هذا النهج بمثابة حل واحد يناسب الجميع ولا يمكن تخصيصه ليناسب موقفًا محددًا.
- التحدي المتمثل في التحكم في الإصدار، والافتقار إلى أدوات عالية الجودة لإدارة الإصدارات، وخاصة للتعامل مع الاختلافات وعمليات الدمج، يمكن أن يسبب صعوبات في الإدارة.
ومع ذلك، لا يزال التصميم المبني على النموذج يتمتع ببعض المزايا التي لا يمكن تجاهلها:
- يوفر بيئة تصميم مشتركة لتعزيز الاتصال والتحقق من النظام بين فرق التطوير المختلفة.
- تم تحسين إمكانية إعادة استخدام التصميم، مما يسهل تحسين الترقيات والأنظمة المشتقة.
تم تصميم أدوات النمذجة الرسومية لتحسين كفاءة التصميم، وتبسيط النماذج المعقدة إلى هياكل هرمية لكتل التصميم الفردية، مما يجعل عملية التصميم أقل تعقيدًا.
مع ظهور الأدوات الحديثة مثل Simulink وLabVIEW، أصبح التصميم المبني على النماذج أكثر شيوعًا في تطوير أنظمة التحكم، فهل هذا يعني أن التصميمات المستقبلية ستعتمد على ذلك؟
