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4.3 Dymola/Modelica
4.3.1 Die Entwicklungsumgebung
4.3.1.1 Charakteristika
Charakterisierung und Auswahl einer Entwicklungsumgebung
Die Dymola-Urversion wurde von H. Elmqvist schon im Jahr 1978 vorgestellt [Elm-78]. Ihre
zentralen Charakteristika sind die gleichungsbasierte Implementierung der nicht berechnungskausalen
Beschreibungsformen, die Definition von Modellen und Modellklassen zur
wiederverwendungsorientierten Systementwicklung und vertikalen Strukturierung. Die Kausalitätszuordnung
erfolgt mittels graphentheoretischer Methoden. Das Gleichungssystem
wird mittels symbolischer Umformungen soweit wie möglich reduziert. Entscheidend für die
Anwendbarkeit des Konzeptes waren die Arbeiten von Pantelides 1988 [Pan-88]. Er entwickelte
einen Algorithmus zur Indexreduktion von DAE Systemen. Später kamen Ergänzungen
zur Beschreibung hybrider Systeme hinzu.
In Abb. 42 wird ein Überblick über das Dymola-Programmpaket gegeben. Die Vorbereitungen
zur Simulation umfassen die Erstellung des physikalischen Ersatzmodells durch den
Anwender, die automatische Erzeugung des mathematischen Modells und die Code-Erzeugung.
Die Modellerstellung wird durch einen graphischen Editor unterstützt. Die Zuordnung
der Module des Programmpaketes zu den einzelnen Schritten wird im folgenden erläutert.
4.3.1.2 Erstellung des physikalischen Ersatzmodells
Dymola verfügt über einen graphischen Modelleditor mit dessen Hilfe das physikalische
Ersatzmodell des zu beschreibenden Systems manuell vom Anwender erstellt wird. Dieses
hat die Form eines Objektdiagrammes (Abb. 42). Innerhalb des Objektdiagramms befinden
sich einzelne Komponenten, die letztendlich Abbilder realer technischer Komponenten des zu
beschreibenden Systems darstellen. Es kann sich um einzelne Anlagenkomponenten, Aggregate,
technische Maschinen oder Bauteile handeln. Diese werden, sofern sie einzelne Komponenten
aggregieren, durch eigene Objektdiagramme beschrieben. Diese hierarchische
Strukturierung ermöglicht eine realitätsnahe Beschreibung, die das intuitive, bausteinorientierte
Verständnis einer technischen Anlage unterstützt. Am Ende der Aggregationshierarchie
gelangt man zu atomaren Komponenten. Erst in diesen wird das physikalische Verhalten in
Form physikalischer Gesetzmäßigkeiten spezifiziert.
Die Wechselwirkung der realen technischen Komponenten wird in den Objektdiagrammen,
also auf Modellebene, durch Verbindungslinien beschrieben. Die Verbindungslinien repräsentieren
echte physikalische Verbindungen wie beispielsweise Flansche, Wellen, Rohrleitungen
oder Kabel. Längs dieser Verbindungslinien werden die Massen-, Energie- oder Informationsflüsse
ausgetauscht. Als nicht berechnungskausale Simulationsumgebung fordert der
Dymola-Editor an dieser Stelle keine Definition einer Flussrichtung. Allerdings kann sie im
Einzelfall festgelegt werden, falls das reale System über eine offensichtliche, zwingende
Flussrichtung verfügt.
Die Tätigkeit der Modellerstellung wird unterstützt durch hierarchisch strukturierte Komponentenbibliotheken.
Durch Selektion einer geeigneten Komponente, ihrer Anpassung an die
Charakteristika ihres aktuellen Einsatzortes - beispielsweise durch Festlegung geeigneter Systemparameter
und ihrer Verschaltung im Objektdiagramm - wird die graphische Modellspezifikation
erstellt. Der Anwender erstellt so das physikalische Ersatzmodell.
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