Simulationssoftware

Simulationssoftware basiert auf dem Modell der Modellierung eines realen Phänomens mit einem Satz von Mathematische Formeln. Es handelt sich im Wesentlichen um ein Programm, mit dem der Benutzer eine Operation durch Simulation beobachten kann, ohne diesen Vorgang tatsächlich auszuführen. Die Simulationssoftware wird ausführlich mit dem Entwurf von Geräten verwendet, sodass das Endprodukt so nahe wie möglich an den Designspezifikationen liegt, ohne dass es in der Prozessänderung teuer ist. Simulationssoftware mit Echtzeit Reaktion wird häufig beim Spielen verwendet, hat aber auch wichtige industrielle Anwendungen. Wenn die Strafe für einen unsachgemäßen Betrieb kostspielig ist, z. Angst vor einem katastrophalen Ergebnis.

Fortschrittlich Computerprogramme kann simulieren Stromversorgungssystem Verhalten,[1] Wetter Bedingungen, elektronische Schaltkreise, chemische Reaktionen, Mechatronik,[2] Wärmepumpen, Feedback -Steuerungssysteme, atomare Reaktionen, sogar komplex Biologische Prozesse. Theoretisch können alle Phänomene, die auf mathematische Daten und Gleichungen reduziert werden können, auf einem Computer simuliert werden. Die Simulation kann schwierig sein, da die meisten natürlichen Phänomene einer fast unendlichen Anzahl von Einflüssen unterliegen. Einer der Tricks für die Entwicklung nützlicher Simulationen besteht darin, zu bestimmen, welche die wichtigsten Faktoren die Ziele der Simulation beeinflussen.

Zusätzlich zum Nachahmung von Prozessen, um zu sehen, wie sie sich unter verschiedenen Bedingungen verhalten, werden auch Simulationen verwendet, um neue Theorien zu testen. Nachdem der Theoretiker eine Theorie kausaler Beziehungen erstellt hat, kann er die Beziehungen in Form eines Computerprogramms kodifizieren. Wenn sich das Programm dann auf die gleiche Weise wie der eigentliche Prozess verhält, besteht eine gute Chance, dass die vorgeschlagenen Beziehungen korrekt sind.

Allgemeine Simulation

Allgemeine Simulationspakete fallen in zwei Kategorien: Diskretes Ereignis und kontinuierliche Simulation. Diskrete Ereignissimulationen werden verwendet, um statistische Ereignisse wie Kunden zu modellieren, die in Warteschlangen an einer Bank ankommen. Durch die ordnungsgemäße Korrelation der Ankunftswahrscheinlichkeiten mit beobachteten Verhalten kann ein Modell die optimale Warteschlangenzahl bestimmen, um die Wartezeiten der Warteschlangen auf einer bestimmten Ebene zu halten. Kontinuierliche Simulatoren werden verwendet, um eine Vielzahl von physikalischen Phänomenen wie ballistische Flugbahnen, menschliche Atmung, Elektromotor -Reaktion, Funkfrequenzdatenkommunikation, Dampfturbinenschaltanlage usw. zu modellieren wie in Modellbasiertes Design Systeme zum Generieren eines eingebetteten Steuercodes. Der Echtzeitbetrieb der kontinuierlichen Simulation wird für das Tuning von Operator-Schulungen und Offline-Controller verwendet.

Es gibt vier wichtigste Simulationsansätze: Ereignisplanungsmethode, Aktivitätsscanning, Prozessinteraktion und Dreiphasenansatz im Vergleich: Das Folgende kann festgestellt werden:

Die Ereignisplanungsmethode ist einfacher und hat nur zwei Phasen, sodass es keine CS und BS gibt. Dadurch kann das Programm schneller ausgeführt werden, da es für die bedingten Ereignisse kein Scannen gibt. All diese Vorteile erzählen uns auch etwas über die Nachteile der Methode, da es nur zwei Phasen gibt, dann sind alle Ereignisse gemischt (keine BS und CS), dann ist die Methode keine Sparsamkeit, was bedeutet, dass es sehr schwer zu verbessern ist (Pidd, 1998) . Der Aktivitätsscanning-Ansatz ist auch einfacher als die dreiphasige Methode, da er keinen Kalender hat und die sparsame Modellierung unterstützt. Dieser Ansatz ist jedoch viel langsamer als dreiphasige, da er alle Aktivitäten als bedingt behandelt werden. Andererseits hat die Exekutive zwei Phasen. Normalerweise ist dieser Ansatz mit der dreiphasigen Methode verwechselt (Pidd, 1998). Die Prozess-Interaktion „teilen Sie zuerst zwei gemeinsame Vorteile; Sie vermeiden Programme, die nur langsam laufen. Zweitens vermeiden sie die Notwendigkeit, alle möglichen logischen Folgen eines Ereignisses durchzudenken “(Pidd, 1998). Wie (Pidd, 1998) behauptet, dieser Ansatz leidet jedoch unter Deadlock -Problem, aber dieser Ansatz ist für Anfängermodellierer sehr attraktiv. Obwohl (Schriber et al., 2003). Sagt: "Die Prozessinteraktion wurde nur von einer Elitegruppe von Personen verstanden und lag außerhalb der Reichweite gewöhnlicher Programmierer." Tatsächlich (Schriber et al., 2003) .adds “. Über-Thread-Anwendungen wurden in Informatikunterrichtsunterricht über Besprechungen gesprochen, aber in der breiteren Gemeinschaft selten verwendet. “ Dies weist darauf hin, dass die Implementierung der Prozess-Interaktion sehr schwer zu implementieren war. Der offensichtliche Widerspruch ist im vorherigen Zitat auf die Mischung zwischen dem Prozessinteraktionsansatz und dem Transaktionsflussansatz zurückzuführen. Um die vollständige Idee der Ursprünge von Transaction-Flow am besten von (Schriber et al., 2003) zu sehen: Dies war die Ursuppe, aus der der Gordon-Simulator entstand. Gordons Transaktionsfluss-Weltanschauung war eine clever getarnte Form der Prozessinteraktion, die den Prozessinteraktionsansatz in das Verständnis gewöhnlicher Benutzer setzt. . Gordon hat einen der großartigen Verpackungsjobs aller Zeiten gemacht. Er entwickelte eine Reihe von Bausteinen, die zusammengestellt werden konnten, um ein Flussdiagramm zu erstellen, das den Betrieb eines Systems grafisch darstellte. Unter diesem Modellierungsparadigma war der Elementfluss durch ein System leicht sichtbar, da dies der Schwerpunkt des gesamten Ansatzes war. Der dreiphasige Ansatz ermöglicht es, „Parallelität zu simulieren und gleichzeitig Deadlock zu vermeiden“ (Pidd und Cassel, 1998). Dennoch muss dreiphasige den Zeitplan nach gebundenen Aktivitäten durchsuchen und dann alle bedingten Aktivitäten durchsuchen, die ihn verlangsamen. Doch viele verzichten auf die Zeit, die für die Lösung des Deadlock -Problems aufgewendet wurde. Tatsächlich wird dreiphasige in verteilten Systemen verwendet, unabhängig davon, ob es unter verschiedenen Namen über Betriebssysteme, Datenbanken usw. unter verschiedenen Namen des Dreiphasen-Komitees ist (Tanenbaum und Steen, 2002).[3]

Elektronik

Elektroniksimulation Software verwendet mathematische Modelle, um das Verhalten eines tatsächlichen elektronischen Geräts oder einer Schaltung zu replizieren. Im Wesentlichen ist es ein Computer Programm das konvertiert a Computer in ein voll funktionsfähiges Elektroniklabor. Elektroniksimulatoren integrieren a schematischer Herausgeber, WÜRZEN Simulator und Wellenformen auf dem Bildschirm und erstellen Sie „Was-wenn“ -Szenarien einfach und sofort. Durch die Simulation des Verhaltens einer Schaltung, bevor er tatsächlich aufbaut, verbessert es die Effizienz erheblich und bietet Einblicke in das Verhalten und die Stabilität von Elektronikschaltungskonstruktionen. Die meisten Simulatoren verwenden eine Gewürzmotor, die analog, digital und gemischt simuliert ANZEIGE Schaltungen für außergewöhnliche Kraft und Genauigkeit. Sie enthalten typischerweise auch umfangreiche Modell- und Gerätebibliotheken. Während diese Simulatoren normalerweise haben gedruckte Leiterplatte (PCB) Exportfunktionen, sie sind nicht für das Design und die Prüfung von Schaltungen unerlässlich, was die primäre Anwendung der elektronischen Schaltungssimulation darstellt.

Während es streng gibt Analog[4] Simulatoren der Elektronikschaltung umfassen sowohl eine analoge als auch ereignisgesteuerte digitale Simulation[5] Fähigkeiten und sind als Mixed-Mode-Simulatoren bekannt.[6] Dies bedeutet, dass jede Simulation Komponenten enthalten kann, die analog, ereignisgesteuert (digital oder abgetastetes Daten) oder eine Kombination von beidem sind. Ein ganzes gemischtes Signalanalyse Kann von einem integrierten Schema gesteuert werden. Alle digitalen Modelle in Simulatoren mit gemischtem Mode bieten eine genaue Spezifikation der Ausbreitungszeit und der Verzögerungen der Steigerung/Fallzeit.

Die Veranstaltung getrieben Algorithmus Von Simulatoren mit gemischtem Mode ist allgemeiner Zweck und unterstützt nicht digitale Datenarten. Beispielsweise können Elemente reale oder ganzzahlige Werte verwenden, um DSP -Funktionen oder abgetastete Datenfilter zu simulieren. Da der ereignisgesteuerte Algorithmus schneller ist als die Simulationszeit der Standardgewürzmatrix -Lösung für Schaltkreise, die anstelle von analogen Modellen ereignisgesteuerte Modelle verwenden.[7]

Die Simulation mit gemischter Mode wird auf drei Ebenen behandelt. (a) Mit primitiven digitalen Elementen, die Zeitmodelle verwenden, und den integrierten digitalen Logiksimulator für 12- oder 16-Status, (b) mit Subcircuit-Modellen, die die tatsächliche Transistor-Topologie der verwenden Integrierter Schaltkreisund schließlich (c) mit Inline Boolesche Logik Ausdrücke.

Genaue Darstellungen werden hauptsächlich in der Analyse von verwendet Übertragungsleitung und Signalintegrität Probleme, bei denen die E/A -Merkmale eines IC genauer untersucht werden, ist erforderlich. Boolesche Logik Ausdrücke sind verzögerungslose Funktionen, die zur effizienten logischen Signalverarbeitung in einer analogen Umgebung verwendet werden. Diese beiden Modellierungstechniken verwenden WÜRZEN Um ein Problem zu lösen, während die dritte Methode, digitale Primitive, gemischte Modusfähigkeiten verwenden. Jede dieser Methoden hat seine Verdienste und Zielanwendungen. Tatsächlich fordern viele Simulationen (insbesondere solche, die A/D -Technologie verwenden) die Kombination aller drei Ansätze. Niemand allein ist ausreichend.

Programmierbare Logikkontroller

Um den Betrieb von a ordnungsgemäß zu verstehen Programmierbare Steuerung (PLC) Es ist notwendig, viel Zeit zu verbringen Programmierungtesten und Debuggen SPS -Programme. SPS-Systeme sind von Natur aus teuer und die Ausfallzeit ist oft sehr kostspielig. Wenn ein SPS falsch programmiert ist, kann dies zu einer verlorenen Produktivität und gefährlichen Bedingungen führen. Die SLC -Simulationssoftware ist ein wertvolles Instrument für das Verständnis und das Lernen von SPS und um dieses Wissen aktualisiert und auf dem neuesten Stand zu halten.[8] Die PLC-Simulation bietet den Benutzern die Möglichkeit, Programme zu schreiben, zu bearbeiten und zu debuggen, die mit einem Tag-basierten Format geschrieben wurden. Viele der beliebtesten SPS verwenden Tags, die eine leistungsstarke Methode zum Programmieren von PLCs sind, aber auch komplexer. PLC-Simulation integriert Tag-basierte Leiter-Logikprogramme mit 3D-Interaktiven, um die Lernerfahrung des Benutzers zu verbessern.[9] Diese interaktiven Animationen umfassen Ampeln, Stapelverarbeitungund Abfülllinien.[10]

Durch die Verwendung von SPS-Simulation haben PLC-Programmierer die Freiheit, alle "Was-wenn" -Szenarien zu versuchen Leiterlogik Anweisungen und Programme, die dann die Simulation erneut bearbeiten, um festzustellen, wie sich Änderungen auf den Betrieb und die Leistung der SPS auswirken. Diese Art von Tests ist mit fest verdrahteten operativen PLCs häufig nicht möglich, die häufig Hunderttausende - oder Millionen von Dollar - steuern.[11]

Blechumformung

Blech Die Bildung von Simulationssoftware verwendet mathematische Modelle, um das Verhalten eines tatsächlichen Metallblattherstellungsprozesses zu replizieren. Im Wesentlichen ist es ein Computer Programm das konvertiert a Computer in eine voll funktionsfähige Metall Herstellung Vorhersageinheit. Die Simulation zur Bildung von Blechformen verhindert Metallfabriken bei Defekten in ihren Produktionslinien und reduziert die Tests und teure Fehler, die die Effizienz des Metallforming -Prozesses verbessern.

Metallguss

Metallguss Simulation wird derzeit von durchgeführt von Finite -Elemente -Methode Simulationssoftware, die als Defekt-Vorhersage-Tool für die entwickelt wurde Gießerei Ingenieur, um seine/sie zu korrigieren und/oder zu verbessern AuswahlprozessNoch bevor Prototypversuche erzeugt werden. Die Idee ist, Informationen zu verwenden, um die Ergebnisse einfach und effektiv zu analysieren und vorherzusagen, um Prozesse zu simulieren, wie z. B.:

  • Schwerkraftsandguss
  • Schwerkraft sterben
  • Schwerkraft neigte gießen
  • Niederdruck -Sterblichkeitsguss

Die Software würde normalerweise die folgenden Spezifikationen haben:

  • Grafische Schnittstellen- und Netzwerkzeuge
  • Schimmelfülllöser
  • Verfestigung und Kühllöser: thermische und thermomechanische (Gussschrumpfung).

Netzwerkprotokolle

Die Interaktion zwischen den Netzwerkeinheiten wird durch verschiedene definiert Kommunikationsprotokolle. Netzwerksimulation Software simuliert das Verhalten von Netzwerken auf Protokollebene. Die Software für Netzwerkprotokollsimulation kann verwendet werden, um Testszenarien zu entwickeln, das Netzwerkverhalten mit bestimmten Protokollnachrichten zu verstehen, die Einhaltung neuer Neue Protokollstapel Implementierung, Protokollstapeltests. Diese Simulatoren basieren auf den Spezifikationen der Telekommunikationsprotokollarchitekturspezifikationen, die von internationalen Standards wie dem entwickelt wurden Itu-t, IEEE, usw. Die Ausgabe der Protokollsimulationssoftware kann detaillierte Paketspuren, Ereignisprotokolle usw. sein.

Siehe auch

Verweise

  1. ^ "Energiemanagement Software und Tools - umfassende Energiesysteme - 5,6". doi:10.1016/b978-0-12-809597-3.00518-6. {{}}: Fehlen oder leer |url= (Hilfe)
  2. ^ Mahmud, Khizir; Stadt, Graham E. (2016). "Eine Überprüfung der Computerwerkzeuge zur Modellierung des Energiebedarfs der Elektrofahrzeuge und deren Auswirkungen auf die Stromverteilungsnetzwerke". Angewandte Energie. 172: 337–359. doi:10.1016/j.apenergy.2016.03.100.
  3. ^ Abu-Taieh, Evon (2007). "Kommerzielle Simulationspakete: Eine vergleichende Studie" (PDF). Internationales Journal of Simulation. 8: 8.
  4. ^ Mengue und Vignat, Eintrag an der Universität von Marne, in Vallee
  5. ^ P. Fishwick, Eintritt an der Universität von Florida Archiviert 2007-05-07 am Wayback -Maschine
  6. ^ J. Pedro und N. Carvalho, Eintritt in die Universidade de Aveiro, Portugal
  7. ^ L. Walken und M. Bruckner, ereignisgetriebene multimodale Technologie Archiviert 2007-05-05 am Wayback -Maschine
  8. ^ Dougall, David J. (1997). "Anwendungen und Vorteile der Echtzeitsimulation für SPS- und PC-Steuerungssysteme". ISA -Transaktionen. 36 (4): 305–311. doi:10.1016/s0019-0578 (97) 00033-5.
  9. ^ Artikel über Plclogix
  10. ^ Artikel in Bezug auf 3DWORLDS
  11. ^ Vorteile der SPS -Simulation