معماری باز با مدل های مکاترونیک: سرعت و پیچیدگی

 

مکاترونیک نقشی را ایفا می کند صرف نظر از امکان استفاده از میکروکنترلرهای منفرد یا چندگانه با ماشین ابزار یا خط مونتاژ خودرو از چندین روبات. شبیه سازی چنین سیستم های پیچیده ای به طراحان اجازه می دهد تا سیستم را بدون نهایی کردن سخت افزار توسعه دهند. روش شبیه سازی می تواند به عنوان سناریوی "چه می شود اگر" در زمانی که سخت افزار وجود ندارد باشد. دو موضوع مهم وجود دارد که باید در نظر گرفته شود: سرعت و پیچیدگی. سیستم‌های بزرگ‌تر شامل شبیه‌سازی دقیق‌تر و نیازمندی‌های سیستم خاص هستند. معاوضه بین سرعت شبیه سازی و سطح دقت به دلیل منابع موجود سیستم ضروری است. شبیه‌سازی با پردازنده‌های سریع‌تر سریع‌تر می‌شود، اما استفاده از سیستم‌های چند هسته‌ای به شبیه‌سازی کمک می‌کند. این به این دلیل است که سیستم های شبیه سازی شده نیز توزیع شده اند. شکل 6 نمونه ای از پلت فرم استوارت را نشان می دهد که در خطوط تولید و در بسیاری از کاربردهای صنعتی دیگر استفاده می شود. پلت فرم استوارت نوعی دستکاری موازی است که از مجموعه ای هشت وجهی از پایه ها استفاده می کند. یک پلت فرم استوارت دارای شش درجه آزادی (x، y، z، pitch، roll و yaw) است. در این مورد، به طور موثر دو مدل وجود دارد: مدل فیزیکی شبیه سازی شده و مدل کاربردی. مدل فیزیکی محیط شبیه سازی شده مبتنی بر فیزیک را به حساب می آورد. مدل برنامه با این محیط تعامل دارد تا برنامه واقعی کلمه را شبیه سازی کند. Simulink و Matlab به عنوان ابزارهای توسعه مبتنی بر مدل استفاده می شوند، بنابراین برنامه یک مدل است. طراحی اساسی که در دنیای فیزیکی با ابزارهای طراحی و ساخت به کمک رایانه نشان داده می شود (مانند CATIA، Autodesk و SolidWorks) دارای ابزارهای شبیه سازی پیشرفته است، اگرچه آنها به جای ادغام کنترل فرآیند، به سمت ساخت فیزیکی گرایش دارند [29].

پلت فرم شبیه سازی می تواند استرس را تحت شرایط بارگذاری دینامیکی بررسی کند. همچنین به تحلیل غیرخطی مانند انحراف و ضربه با مواد انعطاف پذیر مانند فوم، لاستیک و پلاستیک می پردازد. در بسیاری از موارد، شبیه‌سازی و تجزیه و تحلیل موجودیت‌های فیزیکی در طراحی‌هایی که شامل کنترل‌کننده‌های مبتنی بر رایانه نیست، مفید است. مشارکت National Instruments یکپارچگی عمده را تسهیل می کند که مهندسین طراح را تسهیل می کند تا عناصر مکانیکی مانند چرخ دنده ها، بادامک ها و محرک ها را وارد کنند، در حالی که برنامه نویسان بر روی بازخورد و الگوریتم های کنترلی تمرکز می کنند که موتورها و محرک ها را در سیستم مدیریت می کنند. با پیوند دادن اشیاء مختلف به یکدیگر، مدل ها را قادر به تعامل می کنیم. ارائه مجوز رندر تجسم مدل ها در حال انجام است. هنگام ایجاد مدل های بزرگ، محیط مدل سازی می تواند مقادیر قابل توجهی از قدرت محاسباتی را طلب کند. ایجاد مدل های بزرگ می تواند چالشی برای محاسبات باشد. در این مرحله هاست های معماری باز می توانند تفاوت چشمگیری ایجاد کنند.

 

3.2. شبیه سازی سرعت چند هسته ای [30]

چندین سیستم طراحی CAD و مبتنی بر مدل از نرم افزار رابط استفاده می کنند که از چندین هسته بهره می برد. تلاش های جدیدی برای توسعه و پیوند چندین هسته در حال انجام است. بهره برداری از تعداد زیادی از هسته ها و سیستم های خوشه ای یک چالش در معماری های نرم افزاری پیشرفته بوده است. چالش اصلی ارتباط بین هسته‌ها است. نیاز اساسی شبیه سازی مکاترونیک، همگام سازی زمانی بین اشیاء مختلف در یک محیط توزیع شده است. شبیه سازی در یک محیط چند هسته ای زمانی که حافظه مشترک نمی تواند هماهنگ سازی را انجام دهد دوباره یک چالش است. به طور معمول مقداری محدودیت در فضای فیزیکی وجود دارد. شبیه‌سازی مونتاژ خط رباتیک می‌تواند در منطقه خود به خوبی عمل کند، اما اگر مجبور باشد با سلول‌های دیگر تعامل داشته باشد، توانایی محدودی خواهد داشت. برنامه نویسی مبتنی بر مدل گرافیکی می تواند به پیوند سلول های متعدد کمک کند (شکل 7).