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Por que o design orientado a modelos se torna a arma secreta para o design aeroespacial e automotivo
O Design Baseado em Modelos (MBD) é uma abordagem matemática e visual para resolver problemas no projeto de sistemas complexos de controle, processamento de sinais e comunicação. Este método é amplamente utilizado em controle de movimento, equipamentos industriais, aplicações aeroespaciais e automotivas. À medida que a tecnologia avança, o design orientado a modelos está gradualmente se tornando uma estratégia fundamental no processo de design desses setores.
O design orientado a modelos fornece uma maneira eficiente de estabelecer uma estrutura comum durante todo o processo de design e dar suporte ao ciclo de desenvolvimento.
No projeto de sistemas de controle orientado a modelos, o processo de desenvolvimento pode ser resumido em quatro etapas principais: modelagem da planta, análise e síntese do controlador, simulação da planta e do controlador e, finalmente, integração de todos esses estágios para implementar o controlador . implantar. Essa abordagem é diferente dos conceitos tradicionais de design. Os designers não precisam mais usar estruturas complexas e códigos de software longos. Em vez disso, eles podem usar blocos de construção contínuos e de tempo discreto para definir modelos de fábrica com recursos funcionais avançados. Esses modelos, quando usados em conjunto com ferramentas de simulação, não apenas facilitam a prototipagem rápida, mas também permitem testes e validação de software.
No contexto do design orientado a modelos, a simulação de hardware-in-the-loop pode ser usada para testar de forma rápida e eficiente os efeitos dinâmicos de um sistema, o que não é possível com métodos de design tradicionais.
Contexto histórico do design orientado a modelos
Datando da década de 1920, os dois campos da engenharia, teoria de controle e sistemas de controle, convergiram para permitir grandes sistemas integrados. Os primeiros sistemas de controle operavam principalmente em ambientes industriais. Por exemplo, grandes fábricas começaram a usar controladores de processo para regular variáveis contínuas, como temperatura e pressão. Com novos desenvolvimentos tecnológicos, especialmente durante a corrida espacial nas décadas de 1950 e 1960, os sistemas de controle embarcados gradualmente ganharam importância.
Os engenheiros continuam a construir sistemas de controle, como unidades de controle do motor e simuladores de voo, que se tornam parte do produto final. No final do século XX, os sistemas de controle incorporados eram onipresentes, e até mesmo muitos eletrodomésticos, como máquinas de lavar e condicionadores de ar, continham algoritmos de controle complexos, aumentando a natureza "inteligente" desses dispositivos.
Principais etapas do design orientado a modelos
As principais etapas do projeto orientado a modelos incluem: primeiro, a modelagem da planta, que pode ser orientada por dados ou baseada em primeiros princípios. A modelagem orientada por dados normalmente envolve técnicas de identificação de sistemas, que coletam e processam dados brutos de sistemas do mundo real para identificar modelos matemáticos.
Por meio de simulação e análise, o design orientado a modelos pode identificar erros do sistema nos estágios iniciais do design, reduzindo o tempo e o impacto financeiro de modificações posteriores.
O primeiro princípio de modelagem é baseado em equações diferenciais-algébricas conhecidas para estabelecer o modelo de diagrama de blocos correspondente. Em seguida, o modelo matemático gerado é usado para analisar e sintetizar o controlador, que é então simulado offline e em tempo real e, finalmente, implantado no sistema real por meio da geração de código. Todas essas etapas podem ser concluídas em um ambiente visual unificado, melhorando assim a eficiência de todo o processo de design.
Vantagens e desvantagens do design orientado a modelos
Embora o design orientado a modelos ofereça muitas vantagens, como facilitar a comunicação e a análise de dados entre diferentes equipes de desenvolvimento, ele também apresenta alguns desafios. Por exemplo, ainda há dúvidas sobre a aplicabilidade e eficiência da abordagem de cobertura para desenvolvimento geral de sistemas e sistemas embarcados, especialmente em ambientes de produção reais. Além disso, a dependência excessiva da cadeia de ferramentas pode, às vezes, afetar todo o processo de engenharia, o que é algo que precisa ser considerado cuidadosamente.
Embora novas ferramentas, como a mesclagem de três vias, ajudem no gerenciamento do controle de versão, integrar efetivamente essas soluções aos fluxos de trabalho existentes continua sendo uma tarefa complexa.
Nos ambientes altamente competitivos da engenharia aeroespacial e automotiva, como o design baseado em modelos mudou a maneira como essas indústrias projetam? Essa ainda é uma questão que vale a pena refletir?
