這些天來大家都在談論基于建模的設計，但是這對開發(fā)者究竟意味著什么呢?就如何使用基于建模的開發(fā)方法而言，我們并沒有一個明確的切入點，因為我們缺乏清晰的切入路徑，目前幾乎沒有哪兩家機械制造商就基于建模的設計是什么達成共識，更別提開發(fā)者應該從已開發(fā)模型的仿真中得到什么了。
通過仿真實現(xiàn)早期功能測試
仿真是基于模型開發(fā)的關鍵要素之一，當然，這一要素極其復雜，談論起來并不是一個輕松的話題。畢竟，開發(fā)人員必須在建模前完全確定什么是必須被仿真的。
在這里，差別主要表現(xiàn)在以下兩方面
▇個別域(機械、過程模型、物料流程等)之間
▇機器模型和控制功能之間
前者主要影響仿真工具和建模類型的選擇(FE模型、微分方程組、物理建模等;見表1)，而后者表現(xiàn)為一種根本性的差異。當然，我們最終應該將機器模型和控制功能放在一起進行測試，但是在開發(fā)的時候必須將這兩者分開看待。
控制功能的建模類型取決于正在使用的目標系統(tǒng)，例如，我們通過仿真工具“Automation Studio Target forSimulink”，僅需點擊按鈕就能將Simulink中執(zhí)行的控制算法或者在Stateflow中制定的步序傳輸至貝加萊硬件。
在建模的時候，在機器模型和控制功能之間應該有一個明確的區(qū)分
當我們創(chuàng)建一個適合的機器模型的時候，情況會變得有些復雜，建模工具和層次細節(jié)度的選擇很大程度上取決于我們想得到的結果。例如，如果你想表現(xiàn)薄膜擠出生產線上放卷過程的動態(tài)特性，那么已經擁有張力控制系統(tǒng)的你再為驅動創(chuàng)建一個熱模型將變得沒有多大意義。但是，如果該模型將會被用來測量仿真中的系統(tǒng)限值，那么熱特性就必須被考慮在內。
虛擬機的不同變體
就像為控制邏輯建立仿真模型一樣，我們不僅可以在開發(fā)機也可以在實時系統(tǒng)(如工業(yè)控制器或工業(yè)PC)上建立機器模型。機器模型擁有多種配置可能，我們必須從中選擇一種配置與特殊情況相匹配。因此，本文的剩余部分將側重介紹“虛擬機”的一些最常見的變體。
機器仿真
如果目標純粹是為了確定機器行為和開發(fā)機上已開發(fā)的控制功能之間的相互作用，那么最有效的方式就是將這兩個仿真模型(機器和機器邏輯)連接起來。對于整體仿真而言，最簡單的處理方式是在相同的開發(fā)環(huán)境中創(chuàng)建這兩個模型。例如，Simulink不僅可以實現(xiàn)對子模型的仿真，而且還可以將它們作為一個完整的模型進行仿真。出于可持續(xù)性開發(fā)的考慮，這些子模型會被存儲于功能庫中，以便于提供給后續(xù)的開發(fā)項目重復使用。如果想要在不同的工具中實現(xiàn)系統(tǒng)模型和控制邏輯，那么對于整體仿真而言，就需要有各自的導入選項。例如，在MapleSim中創(chuàng)建的物理機模型被導入Simulink后，會與在Stateflow中建立的控制邏輯以及在Simulink中創(chuàng)建的閉環(huán)控制器相連。
通過仿真工具“B&R Automation Studio Target for Simulink?”，僅需點擊按鈕就能將模型算法和功能移植到控制器中
軟件在環(huán)仿真
我們利用統(tǒng)一的接口可以創(chuàng)建軟件在環(huán)仿真，這需要將兩個(或更多)工具連起來用于仿真，因此必須保證順利實現(xiàn)基于周期的同步通信以及雙向數(shù)據交換。例如，讓我們想象一下，在Simulink中建模的系統(tǒng)正在連接貝加萊仿真PLC，它以“ARsim”為名稱集成于Automation Studio開發(fā)環(huán)境中。除了貝加萊指定的PVI接口之外，我們還可以采取OPC和WinIO協(xié)議進行數(shù)據交換，通過UDP方式實現(xiàn)同步通信。接下來的步驟如下：首先，針對一個掃描周期求解在Simulink中建立的機器模型的微分方程組，將結果傳輸至仿真控制器作為過程變量(完全按照隨后將會在真實系統(tǒng)中完成的那樣)，并為同步通信分別提供時鐘信號。然后在ARsim環(huán)境中執(zhí)行一個控制周期，再將執(zhí)行結果隨同時鐘信號一起返回到Simulink中。開發(fā)計算機中的觀察器會查看非實時域上的仿真，但是該方法需確保虛擬機與控制器之間始終保持高質量的實時通信。在現(xiàn)實中，這些流程的進度是非常緩慢的，而軟件在環(huán)仿真卻可以加快例如擠出機中溫度曲線的觀察速度，還可以緩慢地查看液壓系統(tǒng)中的快速過程。
