02.03.2013 Views

1. SISTEME DE PROGRAME PENTRU MODELARE ŞI SIMULARE ...

1. SISTEME DE PROGRAME PENTRU MODELARE ŞI SIMULARE ...

1. SISTEME DE PROGRAME PENTRU MODELARE ŞI SIMULARE ...

SHOW MORE
SHOW LESS

Create successful ePaper yourself

Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.

<strong>1.</strong> <strong>SISTEME</strong> <strong>DE</strong> <strong>PROGRAME</strong> <strong>PENTRU</strong><br />

MO<strong>DE</strong>LARE <strong>ŞI</strong> <strong>SIMULARE</strong><br />

Pentru a putea rezolva regimurile dinamice, care să includă si sistemele de<br />

reglare in timp real, este necesar ca programele de simulare sa fie rapide, complete,<br />

facile si dezvoltabile. În majoritatea cazurilor, acestea se bazează pe experienţa si<br />

dezvoltările limbajului FORTRAN, care dispune de algoritmi numerici robuşti şi o<br />

librărie de programe foarte dezvoltate. Totuşi, în ultimii ani, facilităţile introduse<br />

de Windows şi, în special grafica, sunt superioare, astfel încât au fost dezvoltate<br />

programe specializate, cu posibilităţi grafice superioare.<br />

Sistemele industriale care interesează aplicaţiile inginereşti sunt:<br />

Sisteme discrete, la care procesele se desfăşoară secvenţial, precum procesele<br />

de transport, din furnal, de încălziri si răciri etc.<br />

Sisteme de proces, care cuprind procese industriale la scară largă, procese ce<br />

se pot desfăşura continuu sau în tranşe. Fluxurile materiale şi de energie sunt<br />

esenţial continui în timp, ca exemplu lichide, gaze, pulberi.<br />

Sisteme dinamice generalizate, care cuprind sistemele tehnologice complexe<br />

şi dezvoltate, precum cele de propulsie (automobile, avioane) sau cele din<br />

unităţile energetice. De remarcat că aceste sisteme pot fi foarte mici (precum<br />

circuitele electronice) sau foarte mari (precum centralele electrice).<br />

<strong>1.</strong><strong>1.</strong> Simularea sistemelor discrete<br />

Sistemele discrete se întâlnesc în procesele de producţie şi manufacturiere şi<br />

cuprind multe fluxuri şi reţele care se combină odată cu componentele care se<br />

asamblează, compactează şi stochează. Pentru o eficienţă competitivă, liniile de<br />

producţie se optimizează, în sensul eliminării timpilor morţi si de aşteptare.<br />

De aceste procese se ocupă ramura tehnologică COMPUTER<br />

INTEGRATED MANUFACTURING (CIM); pentru ele s-au dezvoltat<br />

următoarele chituri de programe:<br />

SIMAN/CINEMA, dezvoltat de Cimulation Centre, Cornbrash, Anglia.<br />

SIMPLE++ , dezvoltat de AESOP Preston, Anglia.<br />

SIMFACTARY/SIMPROCES ,dezvoltat de Coliseum, Camberley, Anglia.<br />

WINTESS ,dezvoltat la AT and TISTEL, Anglia.<br />

Programele cuprind facilităţi grafice care să prezinte fluxurile materiale,<br />

structura procesului, strategii de asamblare, logistică etc.<br />

Rezultatele simulării pot fi prezentate sub formă tabelară, grafică, histograme<br />

etc. Au, de asemenea, posibilitatea construirii ierarhice a sistemelor complexe.


22<br />

<strong>SISTEME</strong> <strong>DE</strong> PROGRAMARE <strong>PENTRU</strong> MO<strong>DE</strong>LARE <strong>ŞI</strong> <strong>SIMULARE</strong><br />

<strong>1.</strong>2. Sisteme de proces<br />

Sistemele de proces au fost dezvoltate cu precădere în industria<br />

petrochimică, farmaceutică, biotehnologii, procese chimice în general, pentru care<br />

s-au dezvoltat module specializate precum: schimbătoare de căldură, coloane de<br />

distilare, reactoare chimice, generatoare.<br />

Programele dezvoltate sunt :<br />

CADAS (Computer Aide Design and Synthesis of industrial proces ),<br />

dezvoltat la SIMRAD ALBATROSS , Konsberg, Norvegia.<br />

ASPEN PLUSS - pentru optimizarea proceselor, dezvoltat la Cambridge,<br />

Anglia.<br />

MAX - orientat cu precădere pentru calculatoare personale, grafic,<br />

Cambridge, Anglia.<br />

SPEEDUP- simulează procesele dinamice on-line, Cambridge, Anglia.<br />

<strong>1.</strong>3. Sisteme dinamice generalizate<br />

Pentru sistemele dinamice generalizate s-au dezvoltat chituri, care să conţină<br />

algoritmi de rezolvare (diferenţiere şi integrare) rapizi şi robuşti, precum şi<br />

următoarele facilităţi: utilizarea eficientă a tehnologiei VDU, a Graphical User<br />

Interface (GUI), posibilităţi de dezvoltare ierarhică, de prezentare etc.<br />

Noile chituri de simulare au în comun următoarele:<br />

Reprezentarea modelelor matematice prin icoane grafice, cu posibilitatea<br />

unirii acestora şi introducerii datelor specifice modelului dat.<br />

Simularea se face prin rutine de integrare numerică, bazate pe algoritmi<br />

eficienţi si robuşti (Rurge-Kutta, Euler, Adams).<br />

Posibilităţi grafice: datele pentru şi din simulare, afişate cu programe<br />

grafice.<br />

Detectarea erorilor si facilităţi de depanare: se realizează prin mesaje<br />

imediate sau prin utilizarea unor programe care să detecteze sursa erorilor.<br />

Comunicarea cu utilizatorul se face interactiv, prin pauze între simulări,<br />

pentru a analiza rezultatele grafice parţiale sau pentru a modifica anumiţi<br />

parametri ai simulării.<br />

<strong>1.</strong>4. Sisteme de programe pentru simulare<br />

Principalele programe pentru simulare sunt:<br />

• ACSL (Advance Continuous Simulation Language), care este<br />

structurat pe limbajul FORTRAN şi care are posibilităţi de dezvoltare<br />

pentru simulare şi modelare. Facilităţile grafice ale versiunii sub<br />

WINDOWS constau în căsuţe de dialog, posibilităţi de help şi sunt<br />

disponibile prin PROTOBLOK sau Graphic Modeller. Toate blocurile


Sisteme de programe pentru modelare şi simulare 23<br />

sunt cu structură ierarhică şi cu pictograme pentru echipamentele de<br />

simulat. Programul este dezvoltat de Rapid DATA Ltd, Anglia. Bazat<br />

pe ACSL este programul MMS, disponibil în catedră.<br />

• EASY 5X este versiunea X - Window a lui EASY 5, introdus în 1987<br />

de compania Boeing, pentru analiza sistemelor inginereşti. EASY 5X a<br />

fost introdus în 1992 pentru modelarea, simularea, analiza şi proiectarea<br />

sistemelor statice şi dinamice, liniare şi neliniare. Are posibilitatea de a<br />

modela sisteme la scară largă, complexe, continui, hibride, multiple.<br />

Utilizatorul are posibilitatea construirii modelului prin selectarea<br />

blocurilor din librăria de componente standardizate sau specializate,<br />

prin luarea cu mouse-ul şi mutarea în locul dorit, apoi prin apăsarea pe<br />

mouse se poziţionează. Legătura dintre componente se face prin linii,<br />

care se trag cu mouse-ul de la un bloc la altul.<br />

• EASY 5X are facilitaţi ierarhice de a masca subsistemele în interiorul<br />

unui sistem, apelabile prin apăsarea pe mouse. Din pachetul de<br />

programe fac parte si rutinele pentru analiză şi rezolvare, de optimizare<br />

a parametrilor, analiză liniară, facilităţi de liniarizare ca şi de integrare<br />

şi diferenţiere. Rezultatele pot fi plotate on-line interactiv, în timpul<br />

simulării, sau of-line (la sfârşit). Pachetul de programe EASY 5X este<br />

dezvoltat de Boeing SUA.<br />

• MATRIXx: este introdus începând din 1983 de Integrated System INC,<br />

Anglia, ajungând acum la versiunea 4. Acesta poate simula sisteme<br />

continuu discrete, hibride, cu una sau mai multe mărimi variabile.<br />

Editorul graphic, SYSTEM BUILD, introdus în 1984, permite apelarea<br />

facilă a blocurilor ca şi unirea acestora, prin conectare grafică.<br />

Parametrii modelului pot fi daţi şi modificaţi prin acces grafic la căsuţa<br />

acestuia. Dispune de librării specializate pentru proiectarea controlului<br />

(reglării), de modele de reducere şi optimizare. Parametrii constantelor<br />

pot fi daţi în sistem internaţional sau anglo-saxon. Are posibilităţi de<br />

prezentare grafică a rezultatelor. Sunt diferenţe mici între acesta şi<br />

MATLAB. Recent, a fost dezvoltat pachetul XMATH din familia<br />

MATRIXx, care lucrează pe staţii grafice sub X-WINDOWS şi care are<br />

posibilităţi grafice în 2D şi 3D, rutine numerice pentru procesarea<br />

semnalului şi funcţii de proiectare a controlului.<br />

• PSI/C este noua versiune, C, a pachetului original PSI, dezvoltat de<br />

Delft Technical University, Olanda, cu posibilităţi grafice scrise în C.<br />

Este un program mai puţin avansat, la un preţ modest şi se pretează la<br />

aplicaţii restrânse sau educaţionale.<br />

• SIMNON a fost dezvoltat începând cu 1974, la Lund Institute of<br />

Technology, Suedia, ajungând la versiunea 6. Cea mai importantă<br />

dezvoltare este interfaţa grafică ISEE-SIMNON, prin care se pot<br />

structura modele ierarhice complexe.


24<br />

<strong>SISTEME</strong> <strong>DE</strong> PROGRAMARE <strong>PENTRU</strong> MO<strong>DE</strong>LARE <strong>ŞI</strong> <strong>SIMULARE</strong><br />

• SIMULINK/MATLAB, dezvoltat de Math Works Inc, SUA, ştiinţifice<br />

şi inginereşti. Fundamental pentru acest program este faptul că lucrează<br />

cu matrice de dimensiuni arbitrare. MATLAB a fost introdus în 1981,<br />

ajungând la versiunea 7. Bazat pe algoritmii numerici ai MATLAB, a<br />

fost dezvoltat după 1992 programul SIMULINK, pentru simularea<br />

dinamică a sistemelor. SIMULINK permite modelarea şi analiza<br />

sistemelor dinamice, incluzând modelele liniare, neliniare, continui,<br />

discrete şi hibride. Modelele se construiesc simplu, prin copierea<br />

modelelor componente din biblioteca de programe, în spaţiul de lucru,<br />

prin intermediul mouse-ului. Unirea blocurilor se face tot cu mouse-ul,<br />

trăgând liniile între blocuri. Modificarea parametrilor şi alegerea<br />

algoritmului de simulare se face prin clicarea butonului mouse-ului. Are<br />

biblioteci de programe specializate pentru calculul statistic, analiza<br />

semnalului, sisteme neliniare, analiza în frecvenţă, programare liniară<br />

cu restricţii, sinteza circuitelor, proiectarea regulatoarelor etc.<br />

Posibilităţile de afişare grafică sunt, de asemenea, dezvoltate, putând<br />

prezenta rezultatele bidimensional sau tridimensional.<br />

• VISSIM este un alt produs pentru simularea sistemelor continui, având<br />

peste 75 componente predefinite (liniare si neliniare). Este dezvoltat de<br />

Adept Scientific Micro System Ltd, Anglia.<br />

• Datorită includerii în pachetul Microsoft Office, Microsoft Excel este<br />

instalat pe majoritatea calculatoarelor care rulează una dintre variantele<br />

Windows. Efectuarea unor calcule şi grafice în cadrul Microsoft Excel<br />

este recomandabilă, deoarece beneficiază de toate avantajele folosirii<br />

conjugate a aplicaţiilor componente Microsoft Office: eficacitate,<br />

transfer facil al informaţiilor între documente prin copiere, stabilirea<br />

unor legături între copiere şi original, încorporarea de noi date, prin<br />

copierea de informaţii existente sau inserare prin intermediul unor<br />

obiecte. Într-un capitol distinct, se va face o prezentare succintă a<br />

acestei aplicaţii software, prin descrierea principalelor funcţii şi modul<br />

în care acestea pot fi utilizate, pentru realizarea unor calcule matematice<br />

complexe, inclusiv pentru modelare şi simulare.<br />

<strong>1.</strong>5. Criterii pentru compararea programelor de simulare<br />

Pentru a compara diferitele produse soft sunt considerate următoarele:<br />

<strong>1.</strong> cerinţe esenţiale<br />

2. cerinţe dorite<br />

a. Disponibilitatea relativă la subprograme precum:<br />

- facilităţi de lucru cu matrice;<br />

- testarea si plotarea răspunsului în frecvenţă şi timp;<br />

- analize de stabilitate şi senzitivitate;


Sisteme de programe pentru modelare şi simulare 25<br />

- determinarea punctului de echilibru;<br />

- rutine pentru procesarea semnalului;<br />

- control robust si opţional;<br />

- funcţii pentru identificare model, transformare, reducere.<br />

b. Acces la librăria cu componente şi module apropiate<br />

c. Facilităţi de help on-line<br />

d. Compatibilitate staţii de lucru / PC<br />

e. Posibilitatea creerii de pictograme<br />

f. Posibilităţi de simulare iterativă şi animaţie<br />

g. Cod de compilare de înalt nivel, optimizat prin convertirea diagramei<br />

bloc, în cod sursă, pentru limbajul de compilare.<br />

h. Generarea automată a codului în timp real.<br />

Analiza comparativă a pachetelor EASY 5X, MATLAB/SIMULINK şi<br />

MATRIXx este redată în tabelul de mai jos.<br />

FACILITATEA<br />

• Cerinţe esenţiale<br />

EASY5X MATLAB /<br />

SIMULINK<br />

MATRIXx<br />

a. Capacitatea de simulare a<br />

sistemelor complexe<br />

X X X<br />

b. Diagrame bloc X X X<br />

c. Ecuaţii pentru modulele de<br />

bază<br />

X X X<br />

d. Facilităţi de inserare din alte<br />

blocuri sau coduri<br />

X X X<br />

e. Simulare interactivă X X X<br />

f. Posibilităţi grafice X X X<br />

g. Rutine rapide neevaluat neevaluat neevaluat<br />

h. Utilizare facilă<br />

• Cerinţe dorite<br />

X X X<br />

a. Disponibilitate subprograme limitat X X<br />

b. Acces librărie componente X X -<br />

c. Help on-line X X X<br />

d. Lucru PC/staţii grafice - X X<br />

e. Creare de pictograme X X -<br />

f. Simulare interactivă şi<br />

animaţie<br />

- X X<br />

g. Cod optimizat X X X<br />

h. Posibilităţi de lucru în timp<br />

real<br />

X X X

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!