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Pourquoi la conception pilotée par les modèles devient l'arme secrète de la conception aérospatiale et automobile
La conception basée sur les modèles (MBD) est une approche mathématique et visuelle permettant de résoudre les problèmes de conception de systèmes complexes de contrôle, de traitement du signal et de communication. Cette méthode est largement utilisée dans le contrôle de mouvement, les équipements industriels, l’aérospatiale et les applications automobiles. À mesure que la technologie continue de progresser, la conception axée sur les modèles devient progressivement une stratégie clé dans le processus de conception de ces industries.
La conception pilotée par modèle offre un moyen efficace d’établir un cadre commun tout au long du processus de conception et de soutenir le cycle de développement.
Dans la conception pilotée par modèle des systèmes de contrôle, le processus de développement peut être résumé en quatre étapes principales : la modélisation de l'usine, l'analyse et la synthèse du contrôleur, la simulation de l'usine et du contrôleur, et enfin l'intégration de toutes ces étapes pour mettre en œuvre le contrôleur. . déployer. Cette approche diffère des concepts de conception traditionnels. Les concepteurs n'ont plus besoin d'utiliser des structures complexes et des codes logiciels longs. Au lieu de cela, ils peuvent utiliser des blocs de construction continus et discrets pour définir des modèles d'usine dotés de fonctionnalités fonctionnelles avancées. De tels modèles, lorsqu'ils sont utilisés conjointement avec des outils de simulation, facilitent non seulement le prototypage rapide, mais permettent également les tests et la validation des logiciels.
Dans le contexte de la conception pilotée par modèle, la simulation Hardware-In-the-Loop peut être utilisée pour tester rapidement et efficacement les effets dynamiques d'un système, ce qui n'est pas possible avec les méthodes de conception traditionnelles.
Contexte historique de la conception pilotée par les modèles
Depuis les années 1920, les deux domaines d'ingénierie de la théorie du contrôle et des systèmes de contrôle ont convergé pour permettre la création de grands systèmes intégrés. Les premiers systèmes de contrôle fonctionnaient principalement dans des environnements industriels. Par exemple, les grandes usines ont commencé à utiliser des contrôleurs de processus pour réguler des variables continues telles que la température et la pression. Avec les progrès technologiques, notamment lors de la course à l'espace dans les années 1950 et 1960, les systèmes de contrôle embarqués ont progressivement gagné en importance.
Les ingénieurs continuent de construire des systèmes de contrôle tels que des unités de contrôle de moteur et des simulateurs de vol qui font partie du produit final. À la fin du XXe siècle, les systèmes de contrôle intégrés étaient omniprésents et même de nombreux appareils électroménagers tels que les machines à laver et les climatiseurs contenaient des algorithmes de contrôle complexes, renforçant la nature « intelligente » de ces appareils.
Principales étapes de la conception pilotée par le modèle
Les principales étapes de la conception pilotée par modèle comprennent : tout d’abord, la modélisation de l’usine, qui peut être une modélisation pilotée par les données ou basée sur les premiers principes. La modélisation basée sur les données implique généralement des techniques d’identification de systèmes, qui collectent et traitent des données brutes provenant de systèmes du monde réel pour identifier des modèles mathématiques.
Grâce à la simulation et à l’analyse, la conception pilotée par modèle peut identifier les erreurs système dès les premières étapes de la conception, réduisant ainsi l’impact temporel et financier des modifications ultérieures.
Le premier principe de modélisation est basé sur des équations différentielles-algébriques connues pour établir le modèle de diagramme en blocs correspondant. Ensuite, le modèle mathématique généré est utilisé pour analyser et synthétiser le contrôleur, qui est ensuite simulé hors ligne et à la volée, et enfin déployé dans le système réel via la génération de code. Ces étapes peuvent toutes être réalisées dans un environnement visuel unifié, améliorant ainsi l’efficacité du processus de conception global.
Avantages et inconvénients de la conception pilotée par le modèle
Bien que la conception pilotée par modèle offre de nombreux avantages, tels que la facilitation de la communication et de l'analyse des données entre différentes équipes de développement, elle présente également certains défis. Par exemple, des questions subsistent quant à l’applicabilité et à l’efficacité de l’approche de couverture pour le développement général de systèmes et de systèmes embarqués, en particulier dans les environnements de production réels. De plus, une dépendance excessive à la chaîne d’outils peut parfois affecter l’ensemble du processus d’ingénierie, ce qui doit être soigneusement pris en compte.
Bien que de nouveaux outils tels que la fusion à trois voies aident à gérer le contrôle des versions, l’intégration efficace de ces solutions dans les flux de travail existants reste une tâche complexe.
Dans les environnements hautement compétitifs de l’ingénierie aérospatiale et automobile, comment la conception pilotée par modèle a-t-elle changé la façon dont ces industries conçoivent ? Est-ce encore une question qui mérite d’être réfléchie ?
