Le librerie Modelica disponibili, commerciali e non, sono raccolte di modelli che permettono all’utente di costruire facilmente componenti propri o adattare quelli esistenti per la simulazione del comportamento di sistemi complessi, coprendo domini e settori differenti.
Le librerie possono avere un’applicazione generale, come la Modelica Standard Library, contenente modelli base per differenti domini fisici, oppure possono essere verticali rispetto ad alcuni ambiti, quali Automotive, Aerospace & Defense, Energy, Building & Process, Industrial Equipment.
Tutte le librerie qui presenti sono rivendute o sviluppate da DOFWARE, insieme al relativo supporto tecnico.
Libreria Standard Modelica (MSL)
La Modelica Standard Library (MSL) rappresenta la base della modellazione secondo il linguaggio Modelica. È una libreria non commerciale il cui sviluppo va di pari passo con quello del linguaggio Modelica stesso, entrambi coordinati dalla Modelica Association.
Fornisce componenti (circa 3000 elementi base suddivisi tra componenti e funzioni) per implementare modelli su differenti domini definendo per ognuno delle interfacce standardizzate (i connector).
Le principali sezioni della libreria rispecchiano i seguenti domini fisici/applicativi:
- Meccanico: 1D rotazionale e traslazionale e 3D multibody.
- Termodinamico: modellazione termo-fluida e degli scambi termici 1D.
- Elettrico/Elettronico: analogica, digitale, Spice, macchine e multifase.
- Elettromagnetico: modellazione delle proprietà magnetiche.
- Fluidodinamico: modellazione di flussi 1D.
- Media: definizione delle proprietà fisiche di numerosi fludi (liquidi e gas).
- Macchine a stati: modellazione di eventi discreti.
- Sistemi di controllo: blocchi causali per la definizione di leggi di controllo.
- Matematico: funzioni matematiche con possibilità di utilizzo su vettori e matrici.
Di seguito vengono riportate le principali librerie commerciali che espandono l’offerta di modelli della MSL.
Sistemi Elettrici
Electrified Powertrains Library – EPTL: modelli per supportare la progettazione di sistemi powertrain elettrici nel settore automotive.
Brushless DC Drives Library: modelli per progettare trasmissioni elettriche che integrino motori brushless a corrente continua (BLDC).
Fluidodinamica
Systems Cooling Library: per sviluppare circuiti di raffreddamento a liquido o ad aria utili nella gestione termica di sistemi e azionamenti elettronici.
Fluid Power Library: per modellare il comportamento dei sistemi idraulici per applicazioni aeronautiche, automotive o industriali.
Human Comfort Library: per stimare il comfort termico in ambienti chiusi, quali edifici o veicoli, sulla base di metodi standardizzati ed indici di riferimento.
HVAC Library: per ottimizzare la progettazione e le prestazioni dei sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria.
Thermal Systems Library: per ottimizzare la progettazione di sistemi termodinamici.
ClaRa+ Library: per la simulazione dei processi per la produzione di energia elettrica in impianti termici.
Fluid Dynamics Library: per realizzare simulazioni CFD usando mesh coarse-grained.
Sistemi Meccanici
VeSyMA – Powertrain Library: per la modellazione delle linee di trasmissione in ambito automotive.
Nel campo della progettazione di sistemi automotive e della simulazione del comportamento dei veicoli a combustione o elettrici, la Modelica Association fornisce e gestisce la libreria non commerciale Vehicle Interfaces. Questa promuove la compatibilità tra le diverse librerie in campo automotive fornendo una struttura standard flessibile ed efficace per la modellazione dei
veicoli con template configurabili.
Nel campo automotive, DOFWARE rivende le seguenti librerie commerciali:
VeSyMA Library: per la modellazione e la creazione di ambienti di test virtuali in ambito automotive. Definisce template e architetture standard per facilitare la modifica del livello di dettaglio di ogni sottosistema.
VeSyMA – Engines Library: per la modellazione di motori a combustione interna a diversi livelli di dettaglio.
VeSyMA – Powertrain Library: per la modellazione delle linee di trasmissione in ambito automotive.
VeSyMA – Suspensions Library: per sviluppare modelli di sospensioni e analizzare le prestazioni del veicolo in termini di stabilità e manovrabilità.
Battery Library: per la modellazione di celle e pacchi batteria.
Brushless DC Drives Library: per progettare trasmissioni elettriche che integrino motori brushless a corrente continua (BLDC).
Electrified Powertrains Library – EPTL: per supportare la progettazione di sistemi powertrain elettrici nel settore automotive.
Flexible Bodies Library: per simulare il comportamento e le deformazioni di corpi flessibili.
Systems Cooling Library: per sviluppare circuiti di raffreddamento a liquido o ad aria utili nella gestione termica di sistemi e azionamenti elettronici.
HVAC Library : per ottimizzare la progettazione e le prestazioni dei sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria.
Thermal Systems Library: per ottimizzare la progettazione di sistemi termodinamici.
Human Comfort Library: per stimare il comfort termico negli abitacoli sulla base di metodi standardizzati ed indici di riferimento.
Fluid Dynamics Library: per realizzare simulazioni CFD usando mesh coarse-grained.
Fluid Power Library: per modellare il comportamento dei sistemi idraulici per applicazioni aeronautiche, automotive o industriali.
Pneumatic Systems Library: per progettare sistemi pneumatici, quali sospensioni ed attuatori.
Hydrogen Library: per simulare le prestazioni dei sistemi con celle a combustibile.
Per la simulazione fluidodinamica, per conseguire la conformità strutturale dei veivoli, per progettare sistemi di veicoli ibridi e per analizzare e riprodurre le dinamiche di volo, DOFWARE rivende le seguenti librerie commerciali:
Thermal Systems Library: per modellare sistemi termofluidodinamici dei velivoli.
Human Comfort Library: per stimare il comfort termico nelle cabine sulla base di metodi standardizzati ed indici di riferimento.
Fluid Power Library: per modellare il comportamento dei sistemi idraulici per applicazioni aeronautiche, automotive o industriali.
Flexible Bodies Library: per simulare il comportamento e le deformazioni di corpi flessibili.
Brushless DC Drives Library: per progettare trasmissioni ed azionamenti elettrici che integrino motori brushless a corrente continua (BLDC).
Electrified Powertrains Library – EPTL: per supportare la progettazione di sistemi powertrain ed azionamenti elettrici.
Electric Power Systems Library: per la modellazione di sistemi elettrici in corrente continua (DC) ed alternata (AC).
Flight Dynamics Library: per la modellazione e la simulazione della dinamica del volo dei velivoli.
Hydrogen Library: per simulare le prestazioni dei sistemi con celle a combustibile.
Per una corretta progettazione di edifici ed impianti industriali e per l’ottimizzazione dei sistemi di controllo, DOFWARE rivende le seguenti librerie commerciali:
HVAC Library: per ottimizzare la progettazione e le prestazioni dei sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria.
Thermal Systems Library: per ottimizzare la progettazione di sistemi termodinamici.
Human Comfort Library: per stimare il comfort termico in ambienti chiusi, quali edifici, sulla base di metodi standardizzati ed indici di riferimento.
ClaRa+ Library: per la simulazione dei processi per la produzione di energia elettrica in impianti termici.
ProcessingLine Library: per ottimizzare i consumi elettrici dei macchinari in un impianto industriale.
Per realizzare modelli di macchine industriali, modelli di attuatori e sistemi di controllo e analizzarne le proprietà termiche, DOFWARE rivende le seguenti librerie commerciali:
Brushless DC Drives Library: per progettare trasmissioni elettriche che integrino motori brushless a corrente continua (BLDC).
Electrified Powertrains Library – EPTL: per supportare la progettazione di sistemi powertrain elettrici.
Flexible Bodies Library: per simulare il comportamento e le deformazioni di corpi flessibili.
Systems Cooling Library: per sviluppare circuiti di raffreddamento a liquido o ad aria utili nella gestione termica di sistemi e azionamenti elettronici.
Fluid Power Library: per modellare e prevedere il comportamento dei sistemi idraulici.
Pneumatic Systems Library: per progettare sistemi pneumatici, quali attuatori.
ProcessingLine Library: per modellare un impianto industriale dal punto di vista meccanico ed energetico e, di conseguenza, derivare le potenze richieste ai motori che alimentano i macchinari della linea di produzione.
La libreria Battery, sviluppata dalla Dassault Systèmes, offre componenti per la modellazione di celle e pacchi batterie per applicazioni nei campi automotive, aerospaziale
e industriale.
Caratteristiche principali:
- Facilità e flessibilità nel settaggio dei casi test con la presenza di modelli template configurabili.
- Favorisce analisi prestazionali al variare della temperatura.
- Fornisce uno strumento per lo studio del dimensionamento dei pacchi batteria e la valutazione della riduzione delle performance legate all’invecchiamento.
La libreria Brushless DC Drives (BLDCD), sviluppata dalla Dassault Systèmes, offre componenti per progettare trasmissioni caratterizzate da motori a corrente continua senza spazzole.
Offre modelli a diversi livelli di dettaglio sia per valutare rapidamente le prestazioni dell’intero sistema sia per simulare fenomeni fisici specifici (es. effetti di ripple, perdite per effetti termici,
ecc.).
Inoltre, permette di importare facilmente le schede tecniche di specifici motori DC brushless all’interno di modelli della libreria e quindi valutarne le prestazioni all’interno del sistema modellato.
La libreria ClaRa+, sviluppata da TLK-Thermo e XRG Simulation, permette di modellare e simulare il comportamento di centrali termiche per la produzione di energia elettrica (es. centrali a carbone, a ciclo combinato, ecc.).
Fornisce modelli di sotto-sistemi ready-to-use con fino a quattro livelli di dettaglio a seconda dello scopo e del campo di applicazione degli stessi. Questo permette di supportare tutto il ciclo-vita
dell’impianto così come permettere di modellare guasti (fault analysis) e situazioni critiche in anticipo.
La libreria Electrified Powertrains, sviluppata da Dassault Systèmes, offre componenti a supporto dell’intero processo di progettazione di sistemi powertrain elettrici. Fornisce modelli di sistemi di azionamento elettrici con diversi livelli di complessità, inclusi i relativi controllori.
Garantisce facilità e flessibilità nel settaggio dei casi test grazie alla presenza di modelli template configurabili. Permette l’analisi delle perdite per effetti termici negli inverter e nei motori, così
come la possibilità di svolgere analisi in frequenza o studiare effetti di ripple.
Campi applicativi
- Progettazione sistemi powertrain: design preliminare di sistemi automotive con l’uso di modelli semplificati per valutare i consumi energetici (stima range operativi).
- Azionamenti a velocità variabile: per pompe, fan, sistemi di condizionamento, ascensori, ecc.
- Servoazionamenti: campi della robotica, delle macchine utensili, dell’automazione, ecc.
La libreria FlexibleBodies, sviluppata dal DLR Institute of Robotics and Mechatronics, offre un approccio object-oriented per la rappresentazione di oggetti flessibili all’interno di sistemi multibody. Definiti i vincoli e il sistema di carichi applicati, permette di valutare le deformazioni e gli sforzi che si sviluppano su corpi flessibili. Permette inoltre di interfacciare i suoi componenti con modelli 1D/3D della libreria Mechanics della Modelica Standard Library (MSL).
Fornisce due macro-tipologie di modelli:
- corpi flessibili specifici (travi, piastre) le cui caratteristiche geometriche e meccaniche sono facilmente impostabili da interfaccia grafica; il loro comportamento dinamico è descrivibile da equazioni interamente implementate nelle classi Modelica.
- corpi flessibili generici (ModalBodies), rappresentativi di oggetti di forma generica la cui descrizione meccanica è basata su un modello ad elementi finiti. Questa tipologia necessita di una fase di pre-processing a partire da un software FEA in modo da esportare sia la mesh rappresentativa del corpo sia l’analisi modale.
La libreria Flight Dynamics, sviluppata da Dassault Systèmes, consente una modellazione, simulazione e analisi rapida delle caratteristiche legate alla dinamica del volo di aeromobili, sia civili sia militari, UAV compresi.
Questa libreria si presenta come la soluzione ideale per lo sviluppo multidisciplinare di leggi di controllo di dinamica del volo, nonché per l’uso in applicazioni real time come i simulatori di volo. Permette inoltre di simulare missioni per valutare le prestazioni di volo o per ottimizzare le traiettorie al fine di ridurre al minimo il consumo di carburante, le emissioni e il tempo di volo.
La libreria Fluid Power, sviluppata da Claytex, consente la modellazione e la simulazione di sistemi idraulici per il settore aerospace, automotive e industriale; esempi
sono impianti frenanti, sistemi di attuazione, trasmissioni, ecc.
Sono presenti componenti ready-to-use per progettare rapidamente il sistema e simularne il comportamento fin dalle prime attività di design. Consente inoltre un facile interfacciamento sia
con modelli delle altre librerie Claytex sia con quelli della Modelica Standard Library per modellare, per esempio, il moto di pistoni nei cilindri, motori e attuatori rotanti, effetti termici, ecc. Fornisce inoltre la
definizione delle proprietà fisiche di fluidi idraulici, così come la possibilità di crearne nuovi fornendo un set di parametri caratteristici.
I modelli dei componenti utilizzano icone conformi alla norma ISO 1219 in modo che questi riproducano fedelmente le caratteristiche grafiche riscontrabili negli schemi idraulici. In questo modo, il progettista può semplicemente concentrarsi sulla costruzione del modello del circuito da simulare senza preoccuparsi delle equazioni sottostanti.
La libreria Human Comfort, sviluppata da XRG Simulation GmbH, fornisce un approccio per simulare il comfort termico all’interno di ambienti chiusi, quali edifici o veicoli, con presenza di persone all’interno.
Offre modelli per analizzare l’impatto di sistemi di condizionamento, condizioni meteo e carichi termici generici sul comfort termico.
Caratteristiche:
- Gestione di condizioni meteorologiche, di effetti legati al sistema di condizionamento, all’attività metabolica e ai tipi di indumenti degli occupanti.
- Quantificazione del comfort sulla base di metodi matematici standardizzati e indici numerici di riferimento (PMV, ecc.).
- Rappresentazione efficace ed intuitiva dei risultati della simulazione.
La libreria Heating, Ventilating and Air Conditioning (HVAC), sviluppata da XRG Simulation GmbH, favorisce la progettazione e l’ottimizzazione delle prestazioni di complessi sistemi HVAC termoidraulici.
Questa libreria fornisce un compromesso ottimale tra l’accuratezza dei risultati della simulazione e i tempi di calcolo per ottenere il comportamento dinamico dei sistemi HVAC modellati, feature particolarmente adatta per
simulare un intero anno di utilizzo e quindi stimare l’impatto delle scelte di progettazione in termini di costi di esercizio.
Per un’analisi maggiormente significativa, i modelli possono essere interfacciati con quelli della libreria HumanComfort in modo da studiare l’interazione tra il sistema edificio e i sistemi di riscaldamento/raffreddamento e ricavare strategie di controllo efficaci ed efficienti.
La libreria Pneumatic Systems, sviluppata da Dassault Systèmes, offre componenti per la modellazione di sistemi pneumatici in cui l’uso di gas in pressione permette di generare e distribuire la potenza pneumatica al fine di trasformarla in potenza meccanica. Utilizzo tipico è appunto nel campo delle sospensioni o dei sistemi di attuazione.
I modelli offerti permettono la scelta tra differenti descrizioni di gas, sia sviluppati appositamente sia importando quelli già presenti nella Modelica Standard Library (MSL); è garantito inoltre un agile interfacciamento con i componenti meccanici della MSL stessa.
La libreria Modelica ProcessingLine, sviluppata da DOFWARE, fornisce una soluzione per virtualizzare linee di processo attraverso la modellazione e simulazione. Questa libreria
offre un set completo di modelli di macchinari per la lavorazione e la movimentazione dei materiali con l’obiettivo di determinare il consumo elettrico dell’intero impianto.
La libreria si propone come una soluzione per i settori chimico, farmaceutico, alimentare, agricolo e minerario.
Le caratteristiche principali sono:
- Ampia versatilità e facile scalabilità (modellazione a partire dai singoli fenomeni fisici fino all’intero macchinario);
- Modelli ready-to-use e/o customizzabili secondo le necessità d’uso, con particolare focus su:
- Movimentazione materiale: coclea, elevatore a tazze;
- Lavorazione materiale: macchina frantumatrice, macchina macinatrice;
- Motori elettrici a corrente continua e a corrente alternata.
- Modelli di macchinari caratterizzati da icone animate in modo da aumentare la comprensione del processo simulato;
- Supporto alla specifica FMI con componenti facilmente esportabili come FMU;
- Modelli completamente parametrizzati in modo da poter definire diversi materiali di lavorazione senza la necessità di modificare l’implementazione dei modelli dei macchinari;
- Supporto ai vari step del ciclo-vita di un impianto di lavorazione industriale:
- Design: possibilità di investigare diverse configurazioni;
- Production planning: analisi previsionali dei consumi energetici per supportare efficacemente la pianificazione della produzione;
- Plant monitoring: i modelli (digital twin), a partire dai dati provenienti dall’impianto reale (es. attraverso una piattaforma IOT), possono simulare ed evidenziare in anticipo potenziali criticità (manutenzione predittiva).
Di seguito, un video che mostra una panoramica dei componenti meccanici ed elettrici della libreria:
Il video qui di seguito mostra un semplice esempio di una linea di lavorazione composta da una coclea, un frantumatore e un’altra coclea, ciascun componente con il proprio motore elettrico.
La libreria ProcessingLine è stata realizzata nell’ambito del progetto HOME (Hierarchical Open Manufacturing Europe), co-finanziato dalla regione Piemonte. Nell’ambito del progetto, la nostra libreria ha permesso di stimare il consumo energetico di un impianto di trasformazione per applicazioni agricole.
Per informazioni sulla libreria, scrivere a: info@dofware.com.
La libreria Systems Cooling, sviluppata dalla Dassault Systèmes, offre componenti per la modellazione di circuiti di raffreddamento a liquido o ad aria.
Fornisce le implementazioni delle proprietà fisiche di differenti mezzi fluidi refrigeranti (liquidi incomprimibili o aria), le quali si basano sulla struttura dei medium della Modelica Standard Library (MSL).
La libreria Thermal Systems, sviluppata da TLK-Thermo GmbH, fornisce uno strumento per simulare sistemi termodinamici in condizioni stazionarie e non. In combinazione con la libreria TSMedia, che descrive le proprietà fisiche di diversi medium fluidi, è possibile analizzare il comportamento dei sistemi al variare del medium scelto.
La libreria è composta da modelli estremamente versatili che possono essere utilizzati sia per modellare con maggior dettaglio i singoli componenti sia per progettare e ottimizzare sistemi grandi e complessi.
I possibili campi di applicazione sono nella modellazione di:
- Cicli di refrigerazione;
- Sistemi a pompa di calore;
- Reti idrauliche;
- Cicli di Clausius-Rankine;
- Impianti di riscaldamento, ventilazione e condizionamento;
- Sistemi di assorbimento e adsorbimento;
- Sistemi di celle a combustibile.
L’interfaccia grafica fornita da questa libreria supporta gli utenti nella composizione e nella parametrizzazione dei sistemi termici indipendentemente dalla loro complessità.
La libreria open source VehicleInterfaces è sviluppata da una collaborazione di diversi produttori di librerie Modelica appartenenti al settore automobilistico (Claytex, Dassault Systèmes, DLR, Modelon), guidata dalla Modelica Association.
Lo scopo principale della libreria è promuovere la compatibilità tra le diverse librerie Modelica in campo automotive definendo uno standard di modellazione comune caratterizzato da più livelli di dettaglio sia per i sottosistemi sia per l’intero veicolo.
Caratteristiche e usi tipici:
- Flessibilità e facilità di utilizzo grazie a modelli template configurabili.
- Trasmissioni meccaniche e struttura del veicolo modellate con elementi 1D e 3D della Modelica Standard Library.
- Fornisce modelli di sottosistemi per:
- sistema di frenata;
- telaio;
- sistema di trasmissione;
- sistema motore;
- profili di guida;
- strade e condizioni ambientali.
- Utilizzata in campo automotive come base per lo sviluppo di librerie più dettagliate.
La libreria Vehicle System Modeling and Analysis (VeSyMA), sviluppata da Claytex, rappresenta la base della suite VeSyMA, che si presenta come una soluzione per la modellazione
di diversi aspetti in ambito automotive, dai singoli sistemi fino alle performance dell’intero veicolo.
Grazie alla flessibilità e all’approccio modulare alla modellazione proposto, i singoli componenti possono essere connessi con modelli di logiche di controllo, modelli idraulici, modelli pneumatici, ecc. Questo consente di studiare l’intero veicolo in un unico ambiente di simulazione. Le potenzialità offerte dalla libreria VeSyMa base possono essere estese con l’aggiunta delle altre librerie della suite che trattano in maggior dettaglio altri aspetti del dominio automotive. Esempi sono:
Caratteristiche:
- Uso di template e architetture standard che facilitano la variazione del livello di dettaglio di ogni sottosistema.
- Struttura base veicolo con modelli che identificano componenti tematici (motore, trasmissione, freni, ecc.).
- Possibilità di sostituire ogni componente con varianti che svolgono attività simili.
- Uso di connettori standard dalla MSL per una semplice integrazione con librerie Modelica third-party.
- Perfetta compatibilità con componenti basati sulla libreria VehicleInterfaces.
- Possibilità di creare esperimenti per testare i modelli di veicolo a partire da template standard.
La suite VeSyMA comprende la libreria VeSyMA – Engines, sviluppata da Claytex, il cui focus è sulla modellazione di motori a combustione interna.
Caratteristiche:
- Fornisce due diversi livelli di dettaglio per la modellazione di motori:
- MVEM (Mean Value Engine Models) – usati per simulare le prestazioni medie del ciclo motore.
- CAREM (Crank Angle Resolved Engine Models) – sfrutta modelli di combustione risolti rispetto all’angolo della manovella per determinare coppia e flusso d’aria attraverso il motore.
- Presenza di modelli template e architetture standard per facilitare la variazione del livello di dettaglio di ogni sottosistema.
- Struttura base del motore con modelli dei vari componenti (cinematismo biella-manovella, cilindri, valvola d’aspirazione, ecc.).
- Possibilità di sostituire ogni componente con varianti che svolgono attività simili.
- Disponibilità di componenti ready-to-use.
La suite VeSyMA comprende la libreria VeSyMA – Powertrain, sviluppata da Claytex, il cui focus è sulla modellazione di linee di trasmissione per l’ambito automotive.
Caratteristiche:
- Fornisce una modellazione dettagliata per descrivere il comportamento di:
- alberi;
- cuscinetti;
- ingranaggi;
- giunti flessibili;
- epicicloidali e differenziali.
- Ogni componente è caratterizzato da un proprio modello 3D che può essere animato per aiutare la comprensione delle dinamiche del sistema
- Presenza di template e architetture standard per facilitare la variazione del livello di dettaglio di ogni sottosistema.
- Sostituisce le corrispondenti implementazioni presenti nella libreria base.
La suite VeSyMA comprende la libreria VeSyMA – Suspensions, sviluppata da Claytex, il cui focus è sulla modellazione delle sospensioni per poter analizzare le prestazioni dinamiche di un veicolo.
Caratteristiche:
- Possibilità di modellare le sospensioni come corpi MultiBody o attraverso look-up tables con dati su posizione e rotazione.
- I casi MultiBody possono utilizzare giunti ideali o includere boccole e corpi flessibili.
- Ampia gamma di esempi di test dei modelli:
- simulazioni su strada: presenza di diversi modelli di guida e differenti tipologie di strade;
- simulazioni su banco: possibilità di test statici e dinamici.
- Possibilità di simulazioni in real-time.
- Template e architetture standard per facilitare la variazione del livello di dettaglio di ogni sottosistema.
- Sostituisce le corrispondenti implementazioni presenti nella libreria VeSyMa base.
- Disponibilità di diverse architetture ready-to-use (MacPherson, double wishbone, multi-link, ecc.).
- Possibilità di creare sistemi di sospensione personalizzati in maniera rapida mantenendo lo stesso layout di base per facilitare l’integrazione.
- Modellazione di dettaglio delle forze agenti su ruota e pneumatico.
- Possibilità di integrazione con i modelli di pneumatico della libreria commerciale FTire (Dassault Systèmes), che permettono una modellazione 3D non lineare della fisica di uno pneumatico.
