Elemente des Wolfram System Modeler
Modellierung und Simulation
Der Wolfram System Modeler verwendet Drag-and-Drop, um realistische Multidomänen-Modelle zu erzeugen. Dadurch ist die genaue Simulation des Systemverhaltens mit effizienten, integrierten numerischen Solvern möglich, die Systeme mit Ereignissen und nicht-kontinuierlichem Verhalten korrekt behandeln. Die Visualisierung erfolgt umgehend und beinhaltet die automatische Animation der dreidimensionalen mechanischen Komponenten.
Drag-and-Drop-Modellierung
Mit der Drag-and-Drop-Technik des Wolfram System Modelers können Modelle einfach und intuitiv erstellt werden. Die Komponenten wie Transistoren oder Federn werden mit der Maus einfach aus der Komponentenbibliothek auf die Zeichenfläche gezogen. Physikalische Verbindungen wie Stromleitungen oder mechanische Befestigungen zwischen den Komponenten werden durch Linien symbolisiert. Durch Klicken auf die Komponenten können Anwender Parameter, Einheiten und Konfiguration festlegen.
Kurzer Blick auf die Drag-and-Drop-Modellierung (0:38)
Beispiele:
Bungee-Sprung »
Hierarchische Modellierung
Der Wolfram System Modeler ist in der Lage, hierarchische komponenten-basierende Modelle zu erzeugen, welche die Topologie von realen Modellen abbilden. Der Vorteil liegt darin, dass diese Modelle einfacher zu entwickeln und zu verstehen sind als herkömmliche Blockmodelle. Im Wolfram System Modeler sind individuelle Untermodelle einzeln test- und wiederverwendbar, so dass Sie schnell alternative Designs und Szenarien ausprobieren können.
Beispiele:
Entwurf eines Joysticks » | Antriebssystem » | Hausheizung »
Modellierung von hybriden Systemen
Exakte diskret-kontinuierliche Hybridsysteme kann der Wolfram System Modeler modellieren, indem diskrete Signale und die integrierte StateGraph-Bibliothek der kontinuierlichen physikalischen Komponenten kombiniert werden. Die in den System Modeler integrierten numerischen Solver erkennen und behandeln Diskontinuitäten in hybriden Systemen, so dass Modelle mit plötzlichen Ereignissen wie beispielsweise Schaltern, Kollisionen oder Zustandsübergängen korrekt simuliert werden.
Beispiele:
Antriebssystem » | Kühlschrank mit Gefrierfach »
Multidomänen-Modellierung
Reale Maschinen und Systeme sind nicht auf einen einzigen physikalischen Bereich wie die Mechanik, Elektrotechnik oder Thermik beschränkt. Aus diesem Grund können Modelle im System Modeler auch jede denkbare Kombination aus miteinander verbundenen Komponenten aus den unterschiedlichsten Bereichen enthalten. In Simulationen werden mit diesen realistischeren Multidomänen-Modellen wichtige Effekte aufgedeckt.
Beispiele:
Wasserkocher » | Kühlschrank mit Gefrierfach »
Integrierte Modellbibliotheken
Der System Modeler bringt eine große Bibliothek mit Standard-Modelica-Komponenten zur Modellierung translierbarer, rotierbarer und dreidimensionaler Mechaniken, Elektronik, logischen Bausteinen und Signalblöcken und mehr mit sich. Die Bibliotheken enthalten den vollständigen Quellcode sowie die Dokumentation.
Beispiele:
Wasserkocher »
BioChem-Bibliotheken
Die BioChem-Bibliothek enthält Komponenten, die reaktive Stoffe, physikalische Kompartimente und grundlegende biochemische Reaktionen sowie einige ausführliche Beispiele abbilden. Indem Stoffwechselwege modelliert oder numerische Experimente durchgeführt werden, kann die Notwendigkeit von Labortests minimiert werden.
Eigene Komponenten und Bibliotheken
Eigene wiederverwendbare Komponenten können entweder aus bereits bestehenden Komponenten oder durch Definition von Gleichungen erstellt werden. Dabei können die Symbole der Komponenten oder neue Typen von Verbindungslinien spezifiziert werden. Zusammengehörende Bibliotheken können in verteilbaren Modelica-Packages zusammengefasst werden. Weiterhin sind Modelica-Bibliotheken von Drittanbietern für viele spezielle Bereiche erhältlich.
Eigene Komponenten erstellen (0:30)
Beispiele:
LEGO Segway » | Entwurf eines Joysticks »
Sofortige Visualisierung
Durch die prompte Visualisierung des System Modelers können Systemvariablen mit einem Klick grafisch dargestellt werden. Weiterhin sind Plots mehrerer Variablen und parametrische Plots möglich. Dabei kann auf integrierte Plotstile mit einer Point-and-Klick- Oberfläche zurückgegriffen werden. Visualisierungsgeometrien aus CAD-Systemen können an die Komponenten angehängt und 3D-Animationen für Modelle mit dreidimensionalen mechanischen Komponenten erzeugt werden. Programmier- und anpassbare Visualisierungen sind mit der Verbindung zu Mathematica möglich.
Beispiele:
Bagger » | Satellit »
Simulation und Versuche
Modelle können mit dem System Modeler automatisch in optimierte Systeme oder Differentialgleichungen übersetzt werden, die zur sofortigen Simulation bereit stehen. Die Point-and-Click-Oberfläche zur Anpassung der Modellparameter erlaubt die schnelle Untersuchung, ohne dass das Modell neu kompiliert werden muss. Simulationen können pausiert und wiederaufgenommen werden, ebenso können Simulationen in Echtzeit abgespielt werden.
Beispiele:
Insulinsignal » | Kühlschrank mit Gefrierfach »
Hardware-in-the-Loop Simulation
Anwender können ihre Modelle als Hardware-in-the-Loop testen, indem Sie ihre eigene Hardware und Softwarequellen direkt anschließen. Zusätzlich können die Modelle als Komponenten in eine Vielzahl von unterstützten Werkzeugen exportiert werden. Mit den optimierten Modelica-Bibliotheken und dem Wolfram Device Framework wird die Verbindung zu Arduino-Karten, OPC-Servern, Gamepads, Datenbanken usw. hergestellt. Anwender schützen ihr geistiges Eigentum durch den lizenzfreien Export von Modellen mit FMI für den Modellaustausch oder koppeln ihr Modell mit einer eigenständigen Simulationsengine durch Co-Simulation.
Toolchain-Integration mit Modell-Austausch (1:55)
Millionenfache Weitergabe von Modellen
Die optimierte Ausführungsdatei der Simulation, die durch den System Modeler erzeugt wird, ist eigenständig und beinhaltet alle numerischen Solver. Die Funktionalität der Systemmodellanalyse ist in allen Wolfram-Language-Desktop-Produkten integriert. Das im System Modeler erstellte Modell kann somit direkt an Millionen von Wolfram Language-Benutzern weitergegeben werden. Anwender können Manipulationen, Schieberegler, Grafiken und andere Wolfram-Language-Elemente verwenden und diese für Kollegen, Kunden, Studierende usw. bereitstellen. Diese Interaktion lädt Dritte dazu ein, das Modell zu erforschen, zu konfigurieren und zu analysieren.
Systemmodellierung mit der Wolfram Language (1:26)
Export und Veröffentlichung
Der System Modeler kann numerische Simulationsergebnisse direkt ins CSV- oder MAT-Format exportieren. Plots können in alle Standardformate (PNG, JPG usw.) und die Daten der Plots als CSV-Datei exportiert werden. Modelle und dazugehörige Simulationen können automatisch als interaktive Webseiten veröffentlicht werden.