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EDA-Tools
Schnittstelle zwischen den Entwicklungsteams der Leistungselektronik
und der Steuerung eine große Rolle spielt, da hier bei den
verschiedenen Prototypendurchläufen keine Zeit durch Konvertierung
von Formaten oder dem Neugestalten von Komponenten
verlorengehen darf. Es wäre also wünschenswert, Schnittstellen
zwischen den beiden Entwicklungsteams beziehungsweise -werkzeugen
zu implementieren, um den Prozess zum einen zu parallelisieren
und um zum anderen die Kommunikation während des
Prototypings zu beschleunigen.
48 Wochen Entwicklungszeit sparen
Die Firma Dynapower hat diesen Prozess optimiert. Der ursprüngliche
Entwicklungszyklus dauerte 72 Wochen. Dank der Zuhilfenahme
neuer Entwicklungswerkzeuge und einer sehr flexiblen und
leistungsfähigen Hardwareplattform konnte der Entwicklungszyklus
um 48 Wochen auf 24 Wochen reduziert werden. Das Unternehmen
hat dabei die kostspieligen Prototypen-Durchläufe minimieren
können. Stellt sich die Frage, wie dies möglich war.
Was ist eine Co-Simulation
Dynapower hat für die Entwicklung im frühen Stadium eine sogenannte
Co-Simulation eingesetzt. Eine Co-Simulation, auch gekoppelte
Simulation genannt, bezeichnet die Zusammenarbeit verschiedener
Softwarewerkzeuge über eine Schnittstelle. Dieser Ansatz
ist mittlerweile in vielen Bereichen der Industrie weit verbreitet,
um beispielsweise im Fahrzeugbau die Wechselwirkungen
verschiedener Komponenten zu ermitteln. Dort ist es gängig, ein
3D-Modell mit einem mathematischen Modell über einen solchen
gekoppelten Ansatz zu verbinden.
Bild 1: Seit der Version 2011
von LabVIEW und 12 von
Multisim ist nun auch eine
solche Co-Simulation möglich.
Auf einen Blick
Co-Simulation von
LabVIEW und Multisim
Die Co-Simulation von LabVIEW und
Multisim schafft zahlreiche neue Simulationsmöglichkeiten.
Sie bringt, ganz
gleich in welchem Entwicklungsbereich,
zahlreiche Erleichterungen mit sich und
kann dabei helfen, Fehler zu vermeiden.
Außerdem bietet LabVIEW durch seine
starke Abstraktion allen Beteiligten die
Möglichkeit, die implementierten Algorithmen
zu interpretieren.
infoDIREKT
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National Instruments stellt für jeden der zu Beginn genannten
Entwicklungsprozesse Werkzeuge zur Verfügung. Es liegt nahe,
dass auch hier Schnittstellen für die Co-Simulation von Vorteile
sind. Seit der Version 2011 von LabVIEW und 12 von Multisim ist
nun auch eine solche Co-Simulation möglich. Dabei weist diese
Verbindung einige große Vorteile und Erleichterungen auf, die im
Folgenden betrachtet werden sollen (Bild 1).
LabVIEW ist eine grafische Programmiersprache, die sich durch
leichte Verständlichkeit und einen stark abstrahierenden Ansatz
auszeichnet, der es ermöglicht, auch komplexeste Problemstellung
verständlich darzustellen. Sie kann anspruchsvolle Algorithmen,
parallele Ausführung, Steuer- und Regelungsaufgaben aber auch
die Visualisierung dieser Systeme realisieren und dabei für alle am
Entwicklungsprozess beteiligten Fachkräfte verständlich bleiben.
Besonders hervorzuheben ist dabei die nahtlose Hardwareintegration
von LabVIEW. Neben Hardware von National Instruments
lassen sich auch Komponenten von anderen Herstellern einbinden.
Auf der anderen Seite steht die NI Circuit Design Suite, bestehend
aus NI Multisim und NI Ultiboard. Multisim ist ein auf Spice-Modellen
basiertes Tool zur Simulation elektrischer Schaltungen.
Dabei hat Multisim einen Funktionsumfang, der über einen
einfachen Spice-Simulator hinausgeht. Hierzu zählen beispielsweise
diverse Analysefunktionen, wie die Monte-Carlo-Analyse, welche
das Betrachten der Übertragungsfunktion von Schaltungen
unter Berücksichtigung der Toleranzen der verwendeten Bauteile
ermöglicht. Je nach Ausbaustufe stehen in Multisim bis zu rund
25.000 Bauelemente zur Verfügung. Ultiboard vervollständigt nun
diese Toolchain. Mit Ultiboard ist es möglich, aus den modellierten
Schaltungen Platinenlayouts zu entwickeln, die in Form zahlloser
Formate wie beispielsweise dem Gerber-Format exportiert und
somit physikalisch erstellt werden können.
Co-Simulation – die Schnittstelle
Wie sieht nun die Schnittstelle zwischen diesen Werkzeugen aus
Zunächst wird wie im herkömmlichen Entwicklungsansatz eine
Spice-basierte Schaltung erstellt (Bild 2). Die sogenannten hierarchischen
Steckverbinder in Multisim, welche in den vorherigen
Versionen lediglich Verbindungen zwischen mehreren Schaltplanseiten
darstellten, dienen nun zusätzlich als Eingang beziehungsweise
Ausgang für die Co-Simulation. Sofort nach dem Konfigurieren
für die Co-Simulation zeigt das Konfigurationsfenster (Bild
3) eine Vorschau des Blocks für LabVIEW an.
Die Regel- und Simulationsschleife, die im Umfang des Lab-
VIEW Control Design and Simulation Module enthalten ist, sorgt
für die korrekte Ausführung des Modells in LabVIEW. Hierfür
wird der Multisim-Designblock einfach per Drag-and-drop in den
Bereich der Regel- und Simulationsschleife gezogen. Es erscheint
ein Dialog, der nach dem Pfad zum gewünschten Modell verlangt.
Das VI wandelt sich nach erfolgreicher Pfadauswahl zu der in der
Multisim-Vorschau angezeigten Form.
Hinter der Regel- und Simulationsschleife stehen verschiedene
mitgelieferte Solver, die die Simulation möglich machen (Bild 4).
Dabei kann zwischen verschiedenen ODE-Solvern, wie beispielsweise
Runga-Kutta oder Adam-Moulton, oder rein diskreten
Schritten gewählt werden. Besonders hervorzuheben ist, das Lab-
VIEW und Multisim zusammenwirken, um die Schrittweite anzupassen.
Dies ist bei vielen Simulationen besonders wichtig, da in
bestimmten Zeitbereichen der Simulation eine sehr geringe
Schrittweite für eine genaue und aussagekräftige Simulation wichtig
ist, aber diese in anderen Bereichen zu unnötig langen Simulationszeiten
und immensen Datenaufkommen führt.
www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 05 / 2013 63