Simulační software - Simulation software

Simulační software je založen na procesu modelování skutečného jevu pomocí sady matematických vzorců . Je to v podstatě program, který umožňuje uživateli sledovat operaci pomocí simulace, aniž by tuto operaci skutečně provedl. Simulační software se široce používá k navrhování zařízení tak, aby konečný produkt byl co nejblíže specifikacím návrhu bez nákladných úprav procesu. V hrách se často používá simulační software s odezvou v reálném čase , ale má také důležité průmyslové aplikace. Pokud je pokuta za nesprávný provoz nákladná, jako jsou piloti letadel, provozovatelé jaderných elektráren nebo provozovatelé chemických závodů, je model skutečné ovládacího panelu spojen se simulací fyzické reakce v reálném čase, což poskytuje cenné zkušenosti s výcvikem bez strach z katastrofálního výsledku.

Pokročilé počítačové programy mohou simulovat chování energetického systému , povětrnostní podmínky, elektronické obvody , chemické reakce , mechatroniku , tepelná čerpadla , systémy řízení zpětné vazby , atomové reakce, dokonce i složité biologické procesy . Teoreticky lze na počítači simulovat jakékoli jevy, které lze redukovat na matematická data a rovnice. Simulace může být obtížná, protože většina přírodních jevů podléhá téměř nekonečnému množství vlivů. Jedním z triků při vývoji užitečných simulací je určit, které jsou nejdůležitější faktory, které ovlivňují cíle simulace.

Kromě napodobování procesů s cílem zjistit, jak se chovají za různých podmínek, se simulace používají také k testování nových teorií. Po vytvoření teorie kauzálních vztahů může teoretik vztahy kodifikovat ve formě počítačového programu. Pokud se pak program chová stejně jako skutečný proces, je velká šance, že navrhované vztahy jsou správné.

Obecná simulace

Balíky obecné simulace spadají do dvou kategorií: diskrétní událost a spojitá simulace . Simulace diskrétních událostí se používají k modelování statistických událostí, jako jsou zákazníci přicházející do fronty v bance. Správnou korelací pravděpodobností příjezdu s pozorovaným chováním může model určit optimální počet front, aby udržel čekací doby fronty na zadané úrovni. Kontinuální simulátory se používají k modelování široké škály fyzikálních jevů, jako jsou balistické trajektorie, dýchání člověka, reakce elektromotoru, vysokofrekvenční datová komunikace, generování energie parní turbíny atd. Simulace se používají v počátečním návrhu systému k optimalizaci výběru komponent a zisků regulátoru, jako stejně jako v modelových systémech pro generování integrovaného řídicího kódu. Provoz kontinuální simulace v reálném čase se používá pro školení obsluhy a ladění řadiče off-line.

Existují čtyři hlavní proslulé simulační přístupy: metoda plánování událostí, skenování činností, interakce procesu a třífázový přístup, ve srovnání lze poznamenat následující:

Metoda plánování událostí je jednodušší a má pouze dvě fáze, takže neexistují žádné Cs a Bs, což umožňuje programu běžet rychleji, protože neexistuje žádné skenování podmíněných událostí. Všechny tyto výhody nám také říkají něco o nevýhodách metody, protože existují pouze dvě fáze, pak jsou všechny události smíšené (žádné Bs a Cs), pak metoda není šetrná, což znamená, že je velmi těžké ji vylepšit (Pidd, 1998) . Přístup skenování aktivity je také jednodušší než třífázová metoda, protože nemá kalendář a podporuje šetrné modelování. Tento přístup je však mnohem pomalejší než třífázový, protože všechny činnosti jsou považovány za podmíněné. Na druhou stranu má jednatel dvě fáze. Obvykle je tento přístup zaměňován s třífázovou metodou (Pidd, 1998). Procesová interakce „nejprve sdílí dvě společné výhody; vyhýbají se programům, které běží pomalu. Za druhé, vyhýbají se potřebě promyslet všechny možné logické důsledky události “(Pidd, 1998). Přesto, jak (Pidd, 1998) tvrdí, že tento přístup trpí problémem DEADLOCK, ale tento přístup je velmi atraktivní pro začínající modeláře. Ačkoli, (Schriber et al, 2003). Říká, že „procesní interakci porozuměla pouze elitní skupina jednotlivců a byla mimo dosah běžných programátorů“. Ve skutečnosti (Schriber et al, 2003). Přidává “. Na hodinách informatiky se hovořilo o vícevláknových aplikacích, ale v širší komunitě se používají jen zřídka “. Což naznačuje, že implementace Process-Interaction byla velmi obtížná. Zjevný rozpor v předchozím citátu je způsoben záměnou mezi přístupem procesní interakce a přístupem transakčního toku. Chcete-li vidět úplnou představu o původu Transaction-Flow, co nejlépe uvádí (Schriber et al, 2003): Toto byla prvotní polévka, ze které vznikl Gordonův simulátor. Gordonův pohled na tok transakčních pohledů na svět byl chytře maskovanou formou procesní interakce, která dala přístup procesní interakce do rukou běžných uživatelů. . Gordon odvedl jednu z velkých balicích prací všech dob. Vymyslel sadu stavebních bloků, které bylo možné sestavit a vytvořit vývojový diagram, který graficky znázorňoval fungování systému. V rámci tohoto modelovacího paradigmatu byl tok prvků systémem snadno viditelný, protože na to byl celý přístup zaměřen. Třífázový přístup umožňuje „simulovat rovnoběžnost a vyhýbat se zablokování“ (Pidd a Cassel, 1998). Třífázová však musí prohledat plán pro vázané činnosti a poté prohledat všechny podmíněné činnosti, které jej zpomalují. Přesto mnozí vzdávají čas strávený výměnou za vyřešení problému zablokování. Ve skutečnosti se třífázová používá v distribuovaných systémech, ať už mluvíme o operačních systémech, databázích atd., Pod různými názvy, mezi nimi třífázové potvrzení viz (Tanenbaum a Steen, 2002).

Elektronika

Software pro simulaci elektroniky využívá matematické modely k replikaci chování skutečného elektronického zařízení nebo obvodu. V podstatě se jedná o počítačový program, který převádí počítač na plně funkční elektronickou laboratoř. Elektronické simulátory integrují schematický editor , simulátor SPICE a průběhy na obrazovce a umožňují snadné a okamžité scénáře „co kdyby“. Simulováním chování obvodu před jeho skutečným vybudováním se výrazně zvýší účinnost a poskytne přehled o chování a stabilitě návrhů elektronických obvodů. Většina simulátorů používá motor SPICE, který simuluje analogové, digitální a smíšené A/D obvody pro výjimečný výkon a přesnost. Obvykle také obsahují rozsáhlé knihovny modelů a zařízení. I když tyto simulátory obvykle mají možnosti exportu desek s plošnými spoji (PCB), nejsou nezbytné pro návrh a testování obvodů, což je primární aplikace simulace elektronických obvodů.

I když existují striktně analogové obvody elektronické simulátory zahrnují jak analogové, tak událostmi řízené možnosti digitální simulace a jsou známé jako smíšené simulátory. To znamená, že jakákoli simulace může obsahovat komponenty, které jsou analogové, řízené událostmi (digitální nebo vzorkovaná data) nebo jejich kombinace. Celou analýzu smíšeného signálu lze řídit z jednoho integrovaného schématu. Všechny digitální modely v simulátorech smíšeného režimu poskytují přesnou specifikaci zpoždění doby šíření a náběhu/klesání.

Algoritmus řízený událostmi poskytovaný simulátory smíšeného režimu je obecný účel a podporuje nedigitální typy dat. Prvky mohou například používat skutečné nebo celočíselné hodnoty k simulaci funkcí DSP nebo filtrů vzorkovaných dat. Protože algoritmus řízený událostmi je rychlejší než standardní simulační řešení matice SPICE, je u obvodů, které používají místo analogových modelů, výrazně zkrácena doba simulace.

Simulace ve smíšeném režimu je zpracována na třech úrovních; (a) s primitivními digitálními prvky, které používají časovací modely a vestavěný 12 nebo 16 stavový digitální logický simulátor, (b) s modely subobvodů, které používají skutečnou topologii tranzistoru integrovaného obvodu , a nakonec, (c) s In- řádek Booleovské logické výrazy.

Přesné reprezentace se používají hlavně při analýze problémů s přenosovou linkou a integritou signálu, kde je nutná pečlivá kontrola charakteristik I/O integrovaných obvodů. Booleovské logické výrazy jsou funkce bez zpoždění, které se používají k zajištění efektivního zpracování logického signálu v analogovém prostředí. Tyto dvě modelovací techniky používají řešení SPICE k vyřešení problému, zatímco třetí metoda, digitální primitiva, využívá schopnosti smíšeného režimu. Každá z těchto metod má své opodstatnění a cílové aplikace. Ve skutečnosti mnoho simulací (zejména těch, které používají A/D technologii) vyžaduje kombinaci všech tří přístupů. Žádný přístup sám o sobě nestačí.

Programovatelné logické řadiče

Abychom správně porozuměli fungování programovatelného logického řadiče (PLC), je nutné věnovat značnou dobu programování , testování a ladění programů PLC. PLC systémy jsou ze své podstaty drahé a prostoje jsou často velmi nákladné. Navíc pokud je PLC naprogramován nesprávně, může to mít za následek ztrátu produktivity a nebezpečné podmínky. Simulační software PLC je cenným nástrojem pro porozumění a učení se PLC a pro udržení těchto znalostí aktualizovaných a aktuálních. Simulace PLC poskytuje uživatelům možnost psát, upravovat a ladit programy napsané ve formátu založeném na značkách. Mnoho z nejpopulárnějších PLC používá tagy, což je účinný způsob programování PLC, ale také složitější. Simulace PLC integruje logické programy založené na tagu s interaktivními 3D animacemi, které zlepšují uživatelský zážitek z učení. Tyto interaktivní animace zahrnují semafory , dávkové zpracování a plnící linky.

Použitím simulace PLC mají programátoři PLC svobodu vyzkoušet si všechny scénáře „co kdyby“ měnící pokyny a programy logiky žebříčku a poté simulaci znovu spustit, aby zjistili, jak změny ovlivňují provoz a výkon PLC. Tento typ testování často není možné provádět pomocí pevně zapojených provozních PLC, které řídí procesy často v hodnotě stovek tisíc - nebo milionů dolarů.

Tváření plechu

Software pro simulaci tváření plechu využívá matematické modely k replikaci chování skutečného procesu výroby plechu. V podstatě se jedná o počítačový program, který převádí počítač na plně funkční predikční jednotku výroby kovů. Simulace tváření plechu brání kovovýrobám před vadami na jejich výrobních linkách a snižuje testování a drahé chyby zvyšující efektivitu procesu tváření kovů.

Odlévání kovů

Simulace odlévání kovů je v současné době prováděna simulačním softwarem Finite Element Method navrženým jako nástroj predikce defektů pro slévárenského inženýra za účelem opravy a/nebo vylepšení jeho procesu odlévání , a to ještě před výrobou prototypových zkoušek. Cílem je použít informace k analýze a předpovědi výsledků jednoduchým a efektivním způsobem pro simulaci procesů, jako jsou:

• Gravitační lití do písku
• Gravitační lití
• Nalévání gravitačního náklonu
• Nízkotlaké lití pod tlakem

Software by normálně měl následující specifikace:

• Grafické rozhraní a síťové nástroje
• Řešič plnění formy
• Řešitel tuhnutí a chlazení: Tepelný a termomechanický (smršťování litím).

Síťové protokoly

Interakce mezi síťovými entitami je definována různými komunikačními protokoly . Simulace Network software simuluje chování sítí na úrovni protokolu. Software pro simulaci síťových protokolů lze použít k vývoji testovacích scénářů, porozumění chování sítě vůči určitým zprávám protokolu, souladu implementace nové řady protokolů , testování protokolů. Tyto simulátory jsou založeny na specifikacích architektury telekomunikačních protokolů vyvinutých mezinárodním normalizačním orgánem, jako jsou ITU-T , IEEE atd. Výstupem softwaru pro simulaci protokolu mohou být podrobné trasování paketů, protokoly událostí atd.

Viz také

Reference