Language
Country/Area
No result found
為什麼模型驅動設計成為航空航天與汽車業的設計秘密武器？
模型驅動設計（Model-Based Design，MBD）是一種數學和視覺化方法，用於解決設計複雜控制、信號處理和通信系統方面的問題。該方法在運動控制、工業設備、航空航天及汽車應用中廣泛使用。隨著技術的不斷進步，模型驅動設計正逐漸成為這些行業設計過程中的關鍵策略。
模型驅動設計提供了一個高效的方式，用於在整個設計過程中建立通用框架，並支持開發週期。
在控制系統的模型驅動設計中，開發過程可以歸納為四個主要步驟：建模工廠、分析並綜合出控制器、模擬工廠和控制器，最後將所有這些階段整合，實現控制器的部署。這種方法有別於傳統設計理念，設計者不再需要使用複雜的結構和冗長的軟體代碼，而是可以使用持續和離散時間的構建塊定義具有先進功能特徵的工廠模型。這類模型配合模擬工具的使用，不僅能促進快速原型設計，還可進行軟體測試和驗證。
在模型驅動設計的範疇中，硬體在回路模擬可用於快速又高效地測試系統的動態效果，這在傳統設計方法中無法實現。
模型驅動設計的歷史背景
追溯至1920年代，控制理論與控制系統的兩個工程領域交會，使得大型集成系統得以實現。早期的控制系統多在工業環境中運作，例如大型工廠開始使用過程控制器來調節連續變數，如溫度和壓力。隨著進一步的技術發展，特別是在1950至1960年代的太空競賽中，嵌入式控制系統逐漸受到重視。
工程師們不斷構建如發動機控制單元和飛行模擬器等控制系統，這些系統成為最終產品的一部分。到了二十世紀末，嵌入式控制系統已無所不在，甚至許多家用電器如洗衣機和空調中也包含了複雜的控制演算法，增強了這些設備的"智能"特性。
模型驅動設計的主要步驟
模型驅動設計的主要步驟包括：首先是工廠建模，這可以是基於數據驅動或者基於第一原理的建模。數據驅動建模通常涉及系統識別技術，通過收集並處理來自現實世界系統的原始數據，來識別數學模型。
通過模擬和分析，模型驅動設計能夠在設計初期識別出系統的錯誤，減少後期修改造成的時間和財務影響。
而第一原理建模則是基於已知的微分-代數方程，建立相應的區塊圖模型。接下來，利用生成的數學模型進行控制器的分析和合成，進而進行離線和即時模擬，最終通過代碼生成將控制器部署到實際系統中。這些步驟都可以在統一的視覺環境中完成，從而提高了整體設計過程的效率。
模型驅動設計的優缺點
儘管模型驅動設計提供了許多優勢，例如促進不同開發團隊之間的溝通和數據分析，但也存在一些挑戰。比如，對於通用嵌入式和系統開發的覆蓋性做法，尤其是在實際的生產環境中，其適用性和效率仍舊存在疑問。此外，工具鏈的過度依賴有時會導致整個工程過程受到影響，這是需要謹慎考量的地方。
新的工具如三路合併雖然在管理版本控制上有所幫助，但將這些解決方案有效整合到現有工作流程中仍是一項複雜的任務。
在航空航天和汽車工程的高度競爭環境中，模型驅動設計如何改變了這些行業的設計方式？這仍是一個值得深入思考的問題嗎？
