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モデル駆動設計が航空宇宙および自動車設計の秘密兵器となる理由
モデルベース設計 (MBD) は、複雑な制御、信号処理、通信システムの設計における問題を解決するための数学的かつ視覚的なアプローチです。この方法は、モーション制御、産業機器、航空宇宙、自動車のアプリケーションで広く使用されています。テクノロジーが進歩するにつれて、モデル駆動型設計は徐々にこれらの業界の設計プロセスにおける重要な戦略になりつつあります。
モデル駆動型設計は、設計プロセス全体にわたって共通のフレームワークを確立し、開発サイクルをサポートする効率的な方法を提供します。
制御システムのモデル駆動設計では、開発プロセスは、プラントのモデリング、コントローラの分析と合成、プラントとコントローラのシミュレーション、そして最後にこれらすべての段階を統合してコントローラを実装するという4つの主要なステップに要約できます。 。 展開する。このアプローチは、従来の設計概念とは異なります。設計者は、複雑な構造や長いソフトウェア コードを使用する必要がなくなり、代わりに、連続時間および離散時間のビルディング ブロックを使用して、高度な機能を備えた工場モデルを定義できます。このようなモデルをシミュレーション ツールと組み合わせて使用すると、迅速なプロトタイピングが容易になるだけでなく、ソフトウェアのテストと検証も可能になります。
モデル駆動型設計のコンテキストでは、ハードウェアインザループ シミュレーションを使用して、システムの動的効果を迅速かつ効率的にテストできます。これは、従来の設計方法では不可能です。
モデル駆動設計の歴史的背景
1920 年代にまで遡って、制御理論と制御システムという 2 つの工学分野が融合し、大規模な統合システムが実現しました。初期の制御システムは主に産業環境で運用されていました。たとえば、大規模な工場では、温度や圧力などの連続変数を制御するためにプロセス コントローラーが使用され始めました。さらなる技術の発展、特に 1950 年代から 1960 年代の宇宙開発競争の期間に、組み込み制御システムの重要性が徐々に高まりました。
エンジニアは、最終製品の一部となるエンジン制御ユニットやフライトシミュレーターなどの制御システムの構築を続けています。 20 世紀末までに、組み込み制御システムは普及し、洗濯機やエアコンなどの多くの家電製品にも複雑な制御アルゴリズムが組み込まれ、これらのデバイスの「スマート」な性質が強化されました。
モデル駆動設計の主な手順
モデル駆動型設計の主な手順は次のとおりです。まず、データ駆動型または第一原理ベースのモデリングによるプラント モデリングを行います。データ駆動型モデリングには通常、現実世界のシステムから生データを収集して処理し、数学モデルを識別するシステム識別技術が含まれます。
モデル駆動型設計では、シミュレーションと分析を通じて設計の初期段階でシステム エラーを特定できるため、後からの変更にかかる時間と費用の影響を軽減できます。
第一原理モデリングは、既知の微分代数方程式に基づいて、対応するブロック図モデルを確立します。次に、生成された数学モデルを使用してコントローラーを分析および合成し、オフラインおよびオンザフライでシミュレーションして、最後にコード生成を通じて実際のシステムに展開します。これらのステップはすべて統合されたビジュアル環境で完了できるため、全体的な設計プロセスの効率が向上します。
モデル駆動設計の利点と欠点
モデル駆動型設計には、異なる開発チーム間のコミュニケーションやデータ分析を容易にするなど、多くの利点がありますが、いくつかの課題もあります。たとえば、一般的な組み込みおよびシステム開発、特に実際の生産環境におけるカバレッジ アプローチの適用性と効率性については、依然として疑問が残ります。さらに、ツール チェーンに過度に依存すると、エンジニアリング プロセス全体に影響が及ぶ場合があり、この点は慎重に検討する必要があります。
3 方向マージなどの新しいツールはバージョン管理に役立ちますが、これらのソリューションを既存のワークフローに効果的に統合することは依然として複雑な作業です。
航空宇宙および自動車工学の非常に競争の激しい環境において、モデル駆動型設計はこれらの業界の設計方法をどのように変えたのでしょうか?これはまだ熟考する価値のある質問でしょうか?
