Поиск по сайту
Авторизация
Логин:
Пароль:
Забыли свой пароль?

Автоматизированное развертывание языка модели modelica в Excel с помощью функционального макета интерфейса и интеграции с modeFRONTIER

Automated Deployment of Modelica Models in Excel
via Functional Mockup Interface and Integration with modeFRONTIER

 John Batteh, Jesse GohlAnand Pitchaikani, Alexander DugganNader Fateh

Modelon Inc., USA

В данной статье описан способ автоматического развертывания моделей Modelica в качестве тренажеров в Microsoft Excel с использованием функциональных макете интерфейс (FMI) и FMI надстройки для Excel (на сегодняшний день, в медицинском менеджменте весьма актуальны курсы excel). Используя существующие интерфейсы, интеграция с modeFRONTIER демонстрируется и с помощью нескольких различных примеров моделей в разных физических областях, чтобы выделить диапазон применений и типов анализов, которые могут быть покрыты автоматизированной инструментарием. Это может быть набора инструментов применен к любому FMU и упрощен с автоматизацией поддержкой поддерживающими аннотациями.

Ключевые слова: Modelica, функциональный Mockup интерфейс, автоматизация, симулятор, оптимизация, надежная конструкция, Microsoft Excel

1. Введение
Модель на основе методов развития физических систем и систем управления были применены в инженерных областях для оптимизации процесса разработки, чтобы сократить время выхода на рынок, а также управлять стоимостью и инновациями. Как интегрированные системы становятся все более сложными с многоканальные взаимодействия доменов, охватывающих широкий спектр дисциплин, роль виртуальных моделей и методов анализа в процессе разработки продукта продолжает приобретать все большее значение.
Для того, чтобы удовлетворить спрос на увеличенной модели на основе техники, способность эффективно разрабатывать и развертывать модели в масштабе предприятия является ключевым фактором. Модели не больше не обрабатываются только специалистами домена в CAE отделах, но в настоящее время развернуты для инженеров, которые не могут иметь глубокие знания базовых моделей, но по-прежнему необходимы для эффективного использования моделей для поддержки технологических процессов. С распространением моделей по всему предприятию, стремление к тренажерах вне исходной среды разработки модели является естественным и ключевым фактором для увеличения принятия и использования моделей. Хотя это явно в интересах модели пользователям получать модели в формате по их выбору, это желание требует тщательной балансировки времени и усилий, необходимых для развертывания тренажерах, как правило, время, проведенное высококвалифицированным и ограниченных ресурсов разработчиков модели. Автоматическое развертывание тренажера, безусловно, может помочь преодолеть разрыв между развитием модели и развертыванием среды в тренажере.
Открытые стандарты, такие как язык моделирования Modelica и функционального интерфейса Mockup (FMI) для модели обмена и совместного моделирования можно оптимизировать процесс моделирования и развертывания, предоставляя стандартные, неимущественные интерфейсы между инструментами. В дополнение к способности делиться и интегрировать модели из множества инструментов, как лесных участков, стандарт СО- моделирования FMI обеспечивает удобный способ развертывания моделей за пределами исходной среды разработки в качестве тренажеров. FMI-имитаторы на основе становятся все более распространенными и быстро завоевывает признание в различных отраслях благодаря гибкости, предлагаемой в имитационных платформах, защита IP, а также из-за потенциальных возможностей для гибкого лицензирования развернутых тренажеров. В то время как способность FMI существует почти в каждой платформы моделирования на основе Modelica, быстрое принятие FMI продолжается, и также позволяет тренажерах FMI на основе даже за пределами традиционных инструментов CAE. Общие платформы для тренажеров FMI основе включают в себя как с открытым исходным кодом и коммерческих предложений в диапазоне сред, включая Python (PyFMI) и MATLAB / Simulink (FMI Toolbox для MATLAB / Simulink).
Еще одним ключевым аспектом для эффективного использования развернутых моделей является легкость, с которой различные инженерные анализы могут быть созданы и выполнены. modeFRONTIER (ESTECO SpA, 2015) является инструментом интеграции процессов и оптимизации конструкции широко используются в промышленности. Платформа интеграции процессов позволяет использовать несколько сторонних инструментов CAE быть соединены друг с другом, чтобы создать автоматизированную цепочку. С состоянием искусства анализирует возможности и алгоритмы для многоцелевой и междисциплинарной оптимизации, прочной конструкции, чувствительности и статистических методов проектирования, modeFRONTIER предлагает сложные функции для автоматизации процесса моделирования и проектирования облегчают аналитическое принятие решений. дополнительные модули постобработки Программное обеспечение включают сложные визуализации данных и статистических инструментов для облегчения понимания и получить глубокое понимание результатов исследования. В настоящем документе излагается набор инструментов для автоматизированного развертывания моделей как FMU, как тренажерах в Microsoft Excel. Автоматизации опирается на набор аннотаций в FMU, и эти аннотации полностью описаны. Включая аннотации в коде Modelica таким образом, что они присутствуют в созданном FMU и автоматизированный, обтекаемый путь от модели Modelica к симулятора в Excel демонстрируется. Интеграция автоматизированных тренажеров в Excel с modeFRONTIER приносит мощный набор анализа и оптимизации возможностей к симулятору инструментарием. После описания инструментарием, автоматизации и систем обеспечения, несколько различных примеров демонстрируют весь набор инструментов от модели Modelica развернутыми тренажере в Excel с помощью ИФР надстройки для Excel и интегрируется с modeFRONTIER. Эти приложения также выделить целый ряд различных возможностей анализа и оптимизации предоставляемых modeFRONTIER, в том числе оценки параметров, многокритериальной оптимизации и прочной конструкции.

2 Toolchain Обзор

В этом разделе дается описание всей инструментарием автоматизации. Набор инструментов поддерживает любые FMU аннотированный, как описано. В этом разделе описываются требования к аннотаций и демонстрирует включение аннотациям в коде Modelica обеспечить автоматизированный путь от модели Modelica к развернутой симулятора в Excel с FMI надстройки для Excel (Modelon AB, 2015) и дополнительная интеграция с modeFRONTIER для анализа и оптимизация. Весь технологический процесс показан на фиг.1 и подробно описана в следующих разделах.


Рисунок 1. Обзор рабочего процесса

2.1 Аннотации

Автоматизации набора инструментов основан на множестве аннотаций для определения параметров и выходов в FMU для использования в тренажере и последующего анализа. Эти аннотации могут быть предоставлены в коде Modelica, чтобы обеспечить прямой путь для автоматического развертывания моделей Modelica в качестве тренажеров FMI основе в Excel.

Для того, чтобы определить соответствующие переменные для автоматизации, подход, чтобы добавить специальную подстроку описания переменных в спецификации разметки в пакете XenGen от Xogeny (2015). Общий синтаксис для синтаксиса разметки показан ниже:

"Description

{[GroupName|][Style:][LabelString]}"

На рисунке 2 показаны примеры аннотаций, как реализованные в Modelica коде (как описано в описании разметки, элементы в [] не являются обязательными) для идентификации выходной переменной, а также параметр. Общие шаги следующим образом для моделей Modelica:

• Аннотировать Modelica модель для идентификации параметров и выходов на синтаксис разметки

• Создание FMU от модели Modelica (при необходимости, обеспечить использование лицензии на экспорт)

Когда код Modelica помечается, переменная описание потоков непосредственно к FMU и доступен в переменной файла описания XML. Таким образом, существует прямой путь для поддержки вниз по течению автоматизации, которая внедрена и поддерживается непосредственно в источнике до поколения FMU. В качестве альтернативы, XML FMU может быть отредактирован, чтобы добавить аннотации в тех случаях, когда исходный код не доступен для разметки (или даже когда генератор FMU не Modelica основе). Вниз по течению процессы в ToolChain рычагов только FMU с аннотациями.


Рисунок 2. Примеры аннотаций в Modelica коде

2.2 Автоматизированная Simulator в Excel

FMI надстройки для Excel (Modelon AB, 2015) обеспечивает возможность загрузки и имитации в FMU, Microsoft Excel. Стандартный рабочий процесс включает в себя выбор параметров и выходов, которые будут использоваться для проведения экспериментов с помощью эксперимента листа, который заполняется выбранными переменными и готовы к пакетной моделирования. Обе конечные значения и динамические следы доступны для последующей обработки. FMI надстройки также обеспечивает возможность создания сценариев для управления инструментом от макросов.

Эффективное использование возможностей сценариев, автоматизации была добавлена, чтобы обеспечить автоматизированное развертывание лесных участков в качестве тренажеров в Excel. Автоматизация осуществляется в книге и обеспечивает "один клик" возможности моделирования в Excel. Эта возможность была впервые введена, чтобы обеспечить динамический тренажер для малых модульных реакторов (Hale 2014). На главной странице в книге, показанной на рисунке 3, пользователь просто указывает на FMU и автоматизация загружает FMU и создает лист эксперимент, который включает в себя аннотированный параметров и выходных переменных (рис 4а). На начальной нагрузки FMU, учебное пособие также выполняется моделирование по умолчанию и участки всех выходов (рис 4б). Последующие расчеты, как ни один работает или пакетного моделирования контролируются пользователем из эксперимента листа. Автоматизированная прорисовку, включая возможность сравнения результатов различных случаев приводится в листе автоматизации. FMI надстройки для Excel предлагает удобную платформу в Excel для развертывания FMI на основе моделирования и с гибкой, знакомой передней части для пользователей.


Рисунок 3. Автоматизированная рабочая книга главная страница


Рисунок 4. Пример эксперимента и сюжетные листов из интеграции автоматизации учебное пособие с modeFRONTIER 

В качестве инструмента анализа и оптимизации, modeFRONTIER интегрируется с много различных CAE инструменты и моделирования формализм (сосредоточенных параметров, CFD, FEA и т.д.). В настоящее время modeFRONTIER не включает в себя встроенную возможность FMU. Так как modeFRONTIER включает в себя широко используемый интерфейс Excel, добавляя возможности моделирования FMU легко с помощью FMI надстройки для Excel является естественным продолжением. Интеграция между FMI надстройки для Excel и modeFRONTIER использует существующий интерфейс Excel в modeFRONTIER и не требует никакой настройки таким образом поддерживая последовательный рабочий процесс и пользовательский интерфейс. С помощью существующих возможностей для взаимодействия с таблицами Excel, modeFRONTIER использует развернутое симулятор в Excel с помощью ИФР надстройки для Excel, чтобы установить параметры, моделировать FMU, и извлекать данные из эксперимента листа. Эксперимент лист в FMI надстройки для Excel не трактуется не иначе, чем любой другой лист Excel, с которым modeFRONTIER может взаимодействовать. Макрос для запуска моделирования обеспечивается в автоматизированном рабочем листе. Оба modeFRONTIER и FMI надстройки для Excel может распараллелить моделирование натыкается доступных ядер машины для максимального использования вычислительных ресурсов. На рисунке 5 показана конфигурация узла Excel для образца развернутой тренажере в FMI надстройки для Excel. Конфигурация узла обеспечивает modeFRONTIER с расположением ячеек (или именованных диапазонов) для входов и выходов с указанием места рабочей книги и макрос для запуска моделирования. Несколько узлов Excel с FMU, которые могут быть соединены в рабочем процессе (обратите внимание, что эта муфта не обеспечивает переходную муфту между FMU, но это соединение может быть включено в другие мастер-FMI совместного моделирования инструментов, из которых один FMU могут быть созданы для использования в узел Excel).

Это вне-полки интеграции между FMI надстройки для Excel и modeFRONTIER предоставляет возможности моделирования FMU для поддержки широкого спектра и быстро растущий список инструментов сторонних производителей с поддержкой FMI.


Рисунок 5. Конфигурация узла Excel в modeFRONTIER применительно к развернутым тренажере в FMI надстройки для Excel

Выводы

Эта статья демонстрирует способ автоматического развертывания моделей в качестве тренажеров FMU основе в Microsoft Excel с использованием FMI надстройки для Excel. Способ аннотирования кода Modelica, используя синтаксис разметки XenGen поддерживает автоматизацию, чтобы обеспечить упорядоченный путь от модели Modelica к развернутой симулятора в Excel. Интеграция автоматизированных тренажеров в Excel с modeFRONTIER приносит мощный набор анализа и оптимизации возможностей к симулятору инструментарием. Несколько различных примеров демонстрируют весь набор инструментов от модели Modelica развернутыми тренажере в Excel с помощью FMI надстройки для Excel и интегрируется с modeFRONTIER. Эти приложения также выделить целый ряд различных возможностей анализа и оптимизации предоставляемых modeFRONTIER, в том числе оценки параметров, многокритериальной оптимизации и прочной конструкции. Это может быть набора инструментов применен к любому FMU и упрощен с автоматизацией поддержкой поддерживающими аннотациями.

Использованные источники

  1. John Batteh, Jesse Gohl, and Chandrasekar Sureshkumar. Integrated Vehicle Thermal Management in Modelica: Overview and Applications, Proceedings of the 10th International Modelica Conference, Lund, Sweden, pp. 409-418, March 2014. doi: 10.3384/ecp14096409.

  2. Dassault Systemes. Dymola 2015 FD01, 2015. DLR, PowerTrain Library, v.2.3.0, 2015.

  3. ESTECO  SpA.   modeFRONTIER  2014  Update  1,   2015esteco.com/

  4. Richard Hale, Sacit Cetiner, David Fugate, Lou Qualls, John Batteh, and Michael Tiller. Dynamic Modeling of Small Modular Nuclear Reactors using MoDSim, Proceedings of the 10th International Modelica Conference, Lund,  Sweden, pp. 989-998, March 2014. doi: 10.3384/ecp14096989.

  5. Modelon AB, FMI Add-in for Excel, v1.3.5, 2015. modelon.com/products/fmi-add-in-for-excel/.

  6. Modelon AB, Heat Exchanger Library, v1.2, 2015. modelon.com/products/modelica- libraries/heat-exchanger-library/.

  7. T. Montrone, A. Turco, R. Enrico. FAST Optimizers: General Description. ESTECO Technical Report 2014- 001, Trieste, Italy, 2014.

  8. S. Poles. The SIMPLEX Method. ESTECO Technical Report 2003-005, Trieste, Italy, 2003.

  9. S. Poles. MOGA-II an Improved Multi-Objective Genetic Algorithm. ESTECO Technical Report 2003-006, Trieste, Italy, 2003.

  10. Karline Soetaert and Thomas Petzoldt. Inverse Modelling, Sensitivity and Monte Carlo Analysis in R using Package FME. Journal of Statistical Software, 33(3), pp. 1-28, February 2010. 

  11. D. Stefano. Multivariate Analysis algorithms in modeFRONTIER v4. ESTECO Techinical Report 2009- 001, Trieste, Italy, 2009.

  12. A. Turco. Hybrid – description. ESTECO Technical Report 2011-003, Trieste, Italy, 2011.

  13. Xogeny, XenGen package, 2015. github.com/xogeny/XenGen