Co-Simulation oder Modelica: Kopplung von ...
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<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong>:<br />
<strong>Kopplung</strong> <strong>von</strong> <strong>Simulation</strong>swerkzeugen<br />
<strong>oder</strong> Sprach-Standardisierung?<br />
Dr.-Ing. Wilhelm Tegethoff<br />
Institut für Thermodynamik, TU Braunschweig<br />
TLK-Thermo GmbH<br />
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Aachen, 21.3. 2006, Wilhelm Tegethoff
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Übersicht<br />
1. Koppelung thermischer Systeme im Fahrzeug (Ist-Zustand)<br />
2. Weg A: Standardisierte Software-Koppelung<br />
3. Weg B: Einheitliche <strong>Simulation</strong> unter <strong>Modelica</strong><br />
4. Kombination <strong>von</strong> Weg A und Weg B<br />
5. Fazit und Zusammenfassung<br />
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Aachen, 21.3. 2006, Wilhelm Tegethoff
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Übersicht<br />
1. Koppelung thermischer Systeme im Fahrzeug (Ist-Zustand)<br />
2. Weg A: Standardisierte Software-Koppelung<br />
3. Weg B: Einheitliche <strong>Simulation</strong> unter <strong>Modelica</strong><br />
4. Kombination <strong>von</strong> Weg A und Weg B<br />
5. Fazit und Zusammenfassung<br />
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Aachen, 21.3. 2006, Wilhelm Tegethoff
1. Koppelung thermischer Systeme<br />
Gekoppelte <strong>Simulation</strong> thermischer Systeme im Fahrzeug<br />
Klimakreislauf<br />
HVAC Unit<br />
Fahrgastzelle<br />
Kühlkreislauf<br />
Ölkühlung, Ladeluftkühlung<br />
Motorraumdurchströmung<br />
<strong>Modelica</strong>-Dymola<br />
CFD / Simulink<br />
CFD / Theseus<br />
Flowmaster / Kuli<br />
Flowmaster / Kuli<br />
CFD / Kuli<br />
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Aachen, 21.3. 2006, Wilhelm Tegethoff
1. Koppelung thermischer Systeme<br />
Vereinfachter Ist-Zustand (nicht zufrieden stellend)<br />
Koppelung über Dateien<br />
Koppelung über DLL, CORBA etc.<br />
Simulink<br />
Experiment<br />
CFD<br />
Kuli<br />
Flowmaster<br />
<strong>Modelica</strong>/Dymola<br />
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Aachen, 21.3. 2006, Wilhelm Tegethoff
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Übersicht<br />
1. Koppelung thermischer Systeme im Fahrzeug (Ist-Zustand)<br />
2. Weg A: Standardisierte Software-Koppelung<br />
3. Weg B: Einheitliche <strong>Simulation</strong> unter <strong>Modelica</strong><br />
4. Kombination <strong>von</strong> Weg A und Weg B<br />
5. Fazit und Zusammenfassung<br />
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Aachen, 21.3. 2006, Wilhelm Tegethoff
2. Weg A: Standardisierte Software-Koppelung<br />
Standardisierung der Koppelung<br />
bzgl. Physik, Mathematik, Numerik, Software, Hardware,<br />
Benutzerschnittstelle, Zertifizierung, ....<br />
<strong>Modelica</strong>/<br />
Dymola<br />
CFD<br />
Simulink<br />
Kuli<br />
Middleware<br />
Flowmaster<br />
Experiment<br />
Middleware:<br />
• EXITE (CORBA,MPI)<br />
• TISC (Sockets)<br />
• MpCCI (MPI)<br />
• usw.<br />
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Aachen, 21.3. 2006, Wilhelm Tegethoff
2. Weg A: Standardisierte Software-Koppelung<br />
Plattform unabhängige TISC-Schnittstellen<br />
Vorhanden<br />
● <strong>Modelica</strong>/Dymola ● StarCD<br />
● Fluent<br />
● Matlab/Simulink<br />
● StateViewer, ... ● Flowmaster<br />
● Bibliotheken für C, C++, .Net und Fortran<br />
● LabVIEW<br />
● Trnsys<br />
In Entwicklung<br />
● Ansys<br />
● COM-Schnittstelle<br />
Geplant<br />
● KULI<br />
● Excel<br />
● Theseus<br />
● GT-<strong>Co</strong>ol<br />
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Aachen, 21.3. 2006, Wilhelm Tegethoff
2. Weg A: Standardisierte Software-Koppelung<br />
Anwendungsbeispiel: Visualisierung <strong>von</strong><br />
Prüfstandsmessungen im StateViewer<br />
4<br />
1<br />
3<br />
2<br />
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Aachen, 21.3. 2006, Wilhelm Tegethoff
2. Weg A: Standardisierte Software-Koppelung<br />
Vorteile der standardisierten Software-<strong>Kopplung</strong> (Weg A)<br />
• Nutzung bestehender <strong>Simulation</strong>smodelle<br />
• Expertenwissen über verwendete Programme wird weiter<br />
genutzt<br />
• Auswahl des besten Tools für einzelne Problemstellungen<br />
• Durch Standardisierung nur eine Schnittstelle notwendig<br />
• Einfaches Austauschen einzelner Modelle / Teilsimulationen<br />
• Numerische Entkopplung <strong>von</strong> Zeitschrittweiten möglich<br />
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Aachen, 21.3. 2006, Wilhelm Tegethoff
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Übersicht<br />
1. Koppelung thermischer Systeme im Fahrzeug (Ist-Zustand)<br />
2. Weg A: Standardisierte Software-Koppelung<br />
3. Weg B: Einheitliche <strong>Simulation</strong> unter <strong>Modelica</strong><br />
4. Kombination <strong>von</strong> Weg A und Weg B<br />
5. Fazit und Zusammenfassung<br />
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Aachen, 21.3. 2006, Wilhelm Tegethoff
3. Weg B: Einheitliche <strong>Simulation</strong> unter <strong>Modelica</strong><br />
Sprachstandard zur Modellierung physikalischer Systeme<br />
• VehicleDynamics<br />
• MultiBody<br />
• Air<strong>Co</strong>nditioning<br />
• FuelCell<br />
• PowerTrain<br />
• Electrical<br />
• ThermoFluid<br />
•HydraulicLib<br />
• .......<br />
• Formulierung hybrider Algebro-DGL-Systeme<br />
• Zusammenführung unterschiedlicher <strong>Simulation</strong>s-Sprachen<br />
innerhalb der <strong>Modelica</strong> Association (seit 1996)<br />
• <strong>Modelica</strong> ist eine Sprache und kein Produkt einer Firma<br />
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Aachen, 21.3. 2006, Wilhelm Tegethoff
3. Weg B: Einheitliche <strong>Simulation</strong> unter <strong>Modelica</strong><br />
Die Sprache <strong>Modelica</strong>: Beispiel Kältekreislauf<br />
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Aachen, 21.3. 2006, Wilhelm Tegethoff
3. Weg B: Einheitliche <strong>Simulation</strong> unter <strong>Modelica</strong><br />
model Receiver<br />
....<br />
der(U) = inlet.Hdot + outlet.Hdot;<br />
p = Refrigerant.pSat(T);<br />
....<br />
end Receiver;<br />
model ACCycle<br />
Valve valve;<br />
Gascooler gascooler;<br />
Receiver receiver;<br />
Evaporator evaporator;<br />
<strong>Co</strong>mpressor compressor;<br />
equation<br />
connect(receiver.outlet, compressor.inlet);<br />
connect(compressor.outlet, gascooler.inlet);<br />
connect(gascooler.outlet, valve.inlet);<br />
connect(valve.outlet, evaporator.inlet);<br />
connect(evaporator.outlet, receiver.inlet);<br />
end ACCycle;<br />
model Denso<strong>Co</strong>mpressor<br />
extends <strong>Co</strong>mpressor;<br />
...<br />
end Denso<strong>Co</strong>mpressor;<br />
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Aachen, 21.3. 2006, Wilhelm Tegethoff
3. Weg B: Einheitliche <strong>Simulation</strong> unter <strong>Modelica</strong><br />
Methodenentwickler<br />
model ACCycle<br />
Valve valve;<br />
Gascooler gascooler;<br />
Receiver receiver;<br />
Evaporator evaporator;<br />
<strong>Co</strong>mpressor compressor;<br />
equation<br />
connect(receiver.outlet, compressor.inlet);<br />
connect(compressor.outlet, gascooler.inlet);<br />
connect(gascooler.outlet, valve.inlet);<br />
connect(valve.outlet, evaporator.inlet);<br />
connect(evaporator.outlet, receiver.inlet);<br />
end ACCycle;<br />
<strong>Simulation</strong>sspezialist<br />
Konstrukteur<br />
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Aachen, 21.3. 2006, Wilhelm Tegethoff
3. Weg B: Einheitliche <strong>Simulation</strong> unter <strong>Modelica</strong><br />
<strong>Modelica</strong><br />
• Gleichungsbasierte Modellierung im Gegensatz zur<br />
Signalfluss-orientierten Modellierung <strong>von</strong> SIMULINK<br />
• Objektorientierte Sprache: ideal zum Aufbau <strong>von</strong> großen<br />
Bibliotheken, Wiederverwertbarkeit, Teamarbeit<br />
• Simulatoren: Dymola, 20-Sim, Mosilab, Open<strong>Modelica</strong>,<br />
AMESim, <strong>Simulation</strong>X, etc....<br />
• Anwender: Methodenentwickler, <strong>Simulation</strong>sspezialist,<br />
Konstrukteur<br />
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
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3. Weg B: Einheitliche <strong>Simulation</strong> unter <strong>Modelica</strong><br />
Vorteile der einheitlichen <strong>Simulation</strong> unter <strong>Modelica</strong> (Weg B)<br />
• Optimale Kommunikation und Standardisierung zwischen<br />
Abteilungen und Zulieferern möglich<br />
• Kürzere Zeiten in der Methodenentwicklung und in der<br />
Berechnung<br />
• Erweiterbarkeit durch objektorientierte Bibliotheken<br />
• Nachhaltige Umsetzung des eigenen Expertenwissens<br />
• Geringere Abhängigkeit <strong>von</strong> Software-Firmen durch<br />
Open-Source und Unabhängigkeit <strong>von</strong> Simulatoren<br />
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Aachen, 21.3. 2006, Wilhelm Tegethoff
3. Weg B: Einheitliche <strong>Simulation</strong> unter <strong>Modelica</strong><br />
Standardisierung der Kältekreislaufsimulation in der<br />
deutschen Automobilindustrie<br />
• Teilnehmende OEM: BMW, DaimlerChrysler,<br />
Volkswagen/Audi<br />
• Entscheidung für Bibliothek Air<strong>Co</strong>nditioning unter<br />
<strong>Modelica</strong>/Dymola nach Auswahlverfahren<br />
• Der Zulieferer soll nicht nur die Komponente, sondern auch<br />
das <strong>Simulation</strong>smodell liefern<br />
• TLK-Thermo GmbH als Schnittstelle zwischen OEM und<br />
Zulieferer; Zertifizierung und Modellerstellung<br />
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Aachen, 21.3. 2006, Wilhelm Tegethoff
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Übersicht<br />
1. Koppelung thermischer Systeme im Fahrzeug (Ist-Zustand)<br />
2. Weg A: Standardisierte Software-Koppelung<br />
3. Weg B: Einheitliche <strong>Simulation</strong> unter <strong>Modelica</strong><br />
4. Kombination <strong>von</strong> Weg A und Weg B<br />
5. Fazit und Zusammenfassung<br />
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Aachen, 21.3. 2006, Wilhelm Tegethoff
4. Kombination <strong>von</strong> Weg A und Weg B<br />
Weg A: Koppelungsplattform<br />
master<br />
Experiment<br />
CFD<br />
Simulink<br />
Kuli<br />
Flow-<br />
Weg B: <strong>Modelica</strong><br />
Standardisierung der Koppelung<br />
bzgl. Physik, Mathematik, Numerik, Software, Hardware,<br />
Benutzerschnittstelle, Zertifizierung, ....<br />
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Aachen, 21.3. 2006, Wilhelm Tegethoff
4. Kombination <strong>von</strong> Weg A und Weg B<br />
Weg A: Koppelungsplattform<br />
Flowmaster<br />
Experiment<br />
CFD<br />
Simulink<br />
Kuli<br />
Weg B: <strong>Modelica</strong><br />
Ersetzen <strong>von</strong> Teilfunktionalität durch <strong>Modelica</strong><br />
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Aachen, 21.3. 2006, Wilhelm Tegethoff
4. Kombination <strong>von</strong> Weg A und Weg B<br />
Weg A: Koppelungsplattform<br />
Experiment<br />
CFD<br />
Weg B: <strong>Modelica</strong> / Simulink, Kuli, Flowmaster<br />
Unterstützung <strong>von</strong> <strong>Modelica</strong> durch unterschiedliche<br />
<strong>Simulation</strong>swerkzeuge<br />
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Aachen, 21.3. 2006, Wilhelm Tegethoff
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Übersicht<br />
1. Koppelung thermischer Systeme im Fahrzeug (Ist-Zustand)<br />
2. Weg A: Standardisierte Software-Koppelung<br />
3. Weg B: Einheitliche <strong>Simulation</strong> unter <strong>Modelica</strong><br />
4. Kombination <strong>von</strong> Weg A und Weg B<br />
5. Fazit und Zusammenfassung<br />
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Aachen, 21.3. 2006, Wilhelm Tegethoff
5. Fazit und Zusammenfassung<br />
• Die <strong>Simulation</strong> gekoppelter Systeme erfordert im Hinblick auf<br />
Kosten, Effektivität und Zeitersparnis eine Standardisierung<br />
• Weg A: Standardisierung der Koppelung <strong>von</strong> Werkzeugen<br />
bzgl. Physik, Mathematik, Numerik, Software, Hardware,<br />
Benutzerschnittstelle und Zertifizierung<br />
• Weg B: Werkzeugunabhängige Standardisierung der<br />
Sprache wie z.B. <strong>Modelica</strong>, VHDL-AMS<br />
• Weg A und Weg B stehen in Konkurrenz zueinander,<br />
ergänzen sich aber auch<br />
• In Kombination führen<br />
Weg A und Weg B<br />
effektiver zum Ziel<br />
A B<br />
<strong>Co</strong>-<strong>Simulation</strong> <strong>oder</strong> <strong>Modelica</strong><br />
Aachen, 21.3. 2006, Wilhelm Tegethoff
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