Language
Country/Area
No result found
Por qué el diseño basado en modelos se convierte en el arma secreta del diseño aeroespacial y automotriz
El diseño basado en modelos (MBD) es un método matemático y visual que se utiliza para resolver problemas en el diseño de sistemas complejos de control, procesamiento de señales y comunicación. Este método se utiliza ampliamente en control de movimiento, equipos industriales, aplicaciones aeroespaciales y automotrices. A medida que la tecnología continúa avanzando, el diseño basado en modelos se está convirtiendo gradualmente en una estrategia clave en el proceso de diseño de estas industrias.
El diseño basado en modelos proporciona una manera eficiente de establecer un marco común durante todo el proceso de diseño y respalda el ciclo de desarrollo.
En el diseño basado en modelos de un sistema de control, el proceso de desarrollo se puede resumir en cuatro pasos principales: modelar la fábrica, analizar y sintetizar el controlador, simular la fábrica y el controlador, y finalmente integrar todas estas etapas para realizar el controlador. Este enfoque es diferente de los conceptos de diseño tradicionales. Los diseñadores ya no necesitan usar estructuras complejas y códigos de software extensos, sino que pueden usar bloques de construcción continuos y de tiempo discreto para definir modelos de fábrica con características funcionales avanzadas. El uso de dichos modelos junto con herramientas de simulación no sólo puede facilitar la creación rápida de prototipos, sino también permitir pruebas y verificación de software.
En el contexto del diseño basado en modelos, la simulación de hardware en el bucle se puede utilizar para probar rápida y eficientemente los efectos dinámicos del sistema, lo que no se puede lograr con los métodos de diseño tradicionales.
Antecedentes históricos del diseño basado en modelos
Desde la década de 1920, la intersección de los dos campos de la ingeniería, la teoría del control y los sistemas de control, permitió la realización de sistemas integrados a gran escala. Los primeros sistemas de control operaban principalmente en entornos industriales, como grandes fábricas que comenzaron a utilizar controladores de procesos para regular variables continuas como la temperatura y la presión. Con el desarrollo tecnológico, especialmente durante la carrera espacial de los años 1950 y 1960, los sistemas de control integrados recibieron gradualmente atención.
Los ingenieros continúan construyendo sistemas de control, como unidades de control de motores y simuladores de vuelo, que pasan a formar parte del producto final. A finales del siglo XX, los sistemas de control integrados se habían vuelto omnipresentes, e incluso muchos electrodomésticos, como lavadoras y aires acondicionados, contenían algoritmos de control complejos, lo que mejoraba las características "inteligentes" de estos dispositivos.
Pasos principales del diseño basado en modelos
Los pasos principales del diseño basado en modelos incluyen: En primer lugar, el modelado de fábrica, que puede basarse en el modelado basado en datos o en los primeros principios. El modelado basado en datos generalmente implica técnicas de identificación de sistemas que identifican modelos matemáticos mediante la recopilación y el procesamiento de datos sin procesar de sistemas del mundo real.
A través de la simulación y el análisis, el diseño basado en modelos puede identificar errores del sistema en las primeras etapas del diseño y reducir el tiempo y el impacto financiero de modificaciones posteriores.
El modelado de primeros principios se basa en las ecuaciones algebraicas diferenciales conocidas y establece el modelo de diagrama de bloques correspondiente. A continuación, el modelo matemático generado se utiliza para analizar y sintetizar el controlador, luego se realizan simulaciones fuera de línea y en tiempo real y, finalmente, el controlador se implementa en el sistema real mediante la generación de código. Todos estos pasos se pueden completar en un entorno visual unificado, lo que hace que el proceso de diseño general sea más eficiente.
Ventajas y desventajas del diseño basado en modelos
Aunque el diseño basado en modelos ofrece muchas ventajas, como facilitar la comunicación y el análisis de datos entre diferentes equipos de desarrollo, también plantea algunos desafíos. Por ejemplo, todavía hay dudas sobre la aplicabilidad y eficiencia de las prácticas generales de cobertura de desarrollo de sistemas e integrados, especialmente en entornos de producción reales. Además, la dependencia excesiva de la cadena de herramientas a veces hace que todo el proceso de ingeniería se vea afectado, algo que debe considerarse cuidadosamente.
Si bien las nuevas herramientas, como las fusiones de tres vías, pueden resultar útiles para gestionar el control de versiones, integrar eficazmente estas soluciones en los flujos de trabajo existentes sigue siendo una tarea compleja.
En los entornos altamente competitivos de la ingeniería aeroespacial y automotriz, ¿cómo ha cambiado el diseño basado en modelos la forma en que se realiza el diseño en estas industrias? ¿Sigue siendo esta una cuestión digna de mayor consideración?
