Il superamento del trial and error

In passato l’approccio progettuale era di tipo trial and error: data una necessità o un problema, si interveniva direttamente su di essa per trovare una soluzione, senza avere sensibilità delle conseguenze indirette su altri aspetti o componenti del progetto.

Si trattava di una procedura manuale: si perveniva ad una soluzione solo dopo numerose iterazioni di cui non era possibile prevedere a priori l’entità.

Con l’accelerazione del mercato e con la necessità di time-to-market sempre più ridotti, questo approccio non è più risultato efficace.

Nelle fasi di concezione, progettazione ed ottimizzazione del prodotto il Cliente ha la necessità di considerare il sistema nel suo complesso.

Si arriva pertanto al concetto di Modellazione di Sistema, in cui ogni singola componente del sistema deve essere considerata non solo come a se stante, ma anche nelle interazioni mutue con le altre componenti.

La metodologia del System Modeling

L’approccio standard della modellazione di sistema prevede i seguenti step:

  1. Analisi del sistema nel suo complesso;
  2. Individuazione ed isolamento delle singole componenti che possono essere modellate virtualmente attraverso equazioni alle derivate ordinarie, relazioni algebriche e/o algoritmi appositi;
  3. Costruzione di un modello specifico per ogni singola componente: o sfruttando già quanto proposto dalla libreria di Dymola o implementando da zero in linguaggio Modelica modelli matematici idonei alla fisica/logica da trattare;
  4. Assemblaggio del sistema complessivo: attraverso la tecnica del Drag&Drop, si mettono in comunicazione i modelli delle singole componenti; la natura multifisica del solutore permette di interfacciare senza problemi componenti appartenenti a mondi differenti, realizzando una struttura organica e aderente alla realtà fisica.

La modellazione di sistema può essere utilizzata con differenti finalità:

  • avamprogetto: scrittura di modelli di alto livello finalizzati all’analisi e confronto di configurazioni preliminari per studi di fattibilità;
  • progetto: creazione di una piattaforma collaborativa sulla quale i domini ingegneristici interagiscono inserendo i modelli di specifica competenza e recuperando i constraint provenienti dagli altri domini;
  • taratura on-design: una volta realizzato il prototipo reale, si esegue una campagna sperimentale di taratura con la quale si verifica che il modello riproduca quanto più fedelmente possibile il comportamento fisico, mettendo in evidenza i margini di errore;
  • condizioni di off-design: sfruttando il modello tarato, il sistema viene studiato in configurazioni critiche, imposte ad esempio dalla normativa, dando evidenza di eventuali malfunzionamenti;
  • validazione logiche di controllo: il modello tarato permette la validazione degli algoritmi di controllo, anche sviluppati in ambienti differenti;
  • ottimizzazione: mediante l’impiego di opportune strategie matematiche (che spaziano dagli algoritmi gradient-based a quelli evolutivi), vengono individuati i valori ottimali dei parametri di progetto che permettono di minimizzare le funzioni obiettivo identificate dal progettista. Sfruttando l’agilità computazionale dei modelli di sistema, è possibile effettuare preventivamente un’attività DOE per considerare esclusivamente i parametri più influenti. DOFWARE è in grado di impiegare diversi strumenti appartenenti sia all’ambito commerciale (Isight®, Matlab®, Mathematica®, Dymola®) sia all’ambito open-source (Dakota, Scilab, Octave, Python™, JModelica);
  • MiL-HiL: mediante tecniche hard real-time, i modelli sviluppati vengono messi in comunicazione fra loro per verificare il rispetto delle funzionalità garantite dal modello teorico. La stessa verifica viene quindi effettuata mettendo in co-simulazione il sistema e l’hardware reale;
  • realtà virtuali: i modelli matematici vengono inseriti all’interno di motori grafici 3D immersivi al fine di riprodurre i comportamenti del mondo reale. I principali utilizzi riguardano strumenti di training del personale tecnico e sistemi di ispezione/monitoraggio per ambienti ostili.

Modellazione di sistema con Dymola

Modelica Libraries

Con la Modellazione di sistema viene rappresentata l’intera architettura del sistema, rendendo evidenti le connessioni e i collegamenti dei singoli componenti: di conseguenza, se un elemento viene modificato si avrà contezza delle reazioni degli elementi ad esso connessi.

DOFWARE ha personale tecnico qualificato nella modellazione di sistemi di natura generica, che vedono coinvolte fisiche differenti. La piattaforma di riferimento è Dymola, basato sullo standard Modelica, strumento completo per la creazione, i test, la simulazione e la post-elaborazione dei modelli di sistemi integrati e complessi.