Модельно-ориентированное проектирование

Компания The MathWorks специализируется на разработке программного обеспечения для технических вычислений, имитационного моделирования и автоматизированного проектирования. Основными продуктами The MathWorks являются MATLAB, Simulink, Stateflow и специализированные инструментальные пакеты расширения к ним. Широко используемые в различных инженерных задачах и в научных исследованиях эти продукты предназначены для ускорения разработки и внедрения новых технологий. Компания The MathWorks предлагает более 80 продуктов для технических расчетов, анализа и моделирования. Базовый продукт MATLAB отличает набор уже готовых функций и алгоритмов, реализованных в специализированных пакетах расширения, называемых тулбоксами (toolbox).

По мнению специалистов компании Softline, являющейся эксклюзивным дистрибьютером The MathWorks на территории России, Казахстана, Украины и Белоруссии, среда технических вычислений MATLAB, фундамент всего пакета, является безусловным лидером продаж в России. Кроме того, популярностью пользуется и графическая среда имитационного моделирования Simulink. «К сожалению, большинство пакетов расширений не так известно в России, как сам MATLAB. Над задачей продвижения этих продуктов сейчас работает наш департамент», – отмечает менеджер по маркетингу департамента MathWorks компании Softline Ольга Мельникова.

В ходе семинара специалист компании MathWorks подробно остановился на инженерных задачах моделирования объектов и разработки систем управления. На реальном объекте было продемонстрировано решение следующих задач: формирование технических требований средствами Simulink, моделирование сложных физических объектов, проектирование систем управления, а также применение параметрической оптимизации, тестирование системы в реальном времени, разработка программно-аппаратной части, генерация кода для целевого процессора. Семинар посетило более 30 специалистов различных предприятий, в числе которых представители ООО «НПП «Томская Электронная Компания», ФГУП ННИПИ Кварц», ФГУП ГосНИИMаш, РФЯЦ ВНИИЭФ, «ОООНПА Вира Реалтайм», ОАО «Нижфарм», BIGroup Labs, НТЦ КБ «Лира», ЗАО «Волгоэлектросеть» и др., а также представители нижегородских вузов ННГУ им. Н. И. Лобачевского, НГПУ.

Докладчиком выступил Аркадий Туревский, аpplications engineer компании MathWorks. Семинар по использованию пакетов MATLAB и Simulink состоял из нескольких частей: обзор деятельности компании, введение в модельно-ориентированное проектирование, описание основных продуктов MathWorks и ключевых возможности модельно-ориентированного проектирования, а также демонстрационная часть, где был показан пример применения данных продуктов.

Проектирование, разработка и испытание различных электромеханических и гидравлических устройств связаны с задачами моделирования исходного реального объекта, проектирования системы управления, тестирования взаимодействия всех систем и разработки реальной аппаратной системы. Семейство программ MATLAB&Simulink предлагает спектр инструментов для решения этих задач вплоть до программно-аппаратных испытаний в режиме реального времени в рамках единой графической среды.

Ключевыми отраслями, где применяется продукция MathWorks, являются аэрокосмическая и оборонная, автомобильная отрасли, биотехнологии и фармацевтика, химическая и нефтяная отрасли, связь, образование, электроника, финансовые услуги, промышленное оборудование и машиностроение, энергетика, полупроводники. Все продукты семейства MathWorks базируются на научных расчетах и графике MATLAB и имитационном моделировании Simulink. Продукты MathWorks поддерживаются Windows, Linux, Solaris, Mac OS, причем для первых трех существуют 32- и 64-разрядные версии. В качестве примера возможностей пакета Simulink Аркадий Туревский продемонстрировал зрителям на слайдах разработку летательного аппарата, производящего забор космонавтов с орбиты, где была создана не только модель самого аппарата, но и смоделирована внешняя среда. На этом примере были показаны трудности традиционных подходов к моделированию и разработке и преимущества продукции MathWorks. В качестве основных моментов этого процесса докладчик назвал требования к спецификации, создание прототипа, воплощение, тестирование и проверку. Было показано, как, применяя модельно-ориентированное проектирование, представить спецификацию в виде модели, в результате чего проясняются неясности и для разработчика, и для заказчика; производить имитацию на каждом шаге разработке вместо создания физического прототипа; автоматически генерировать код вместо ручной разработки, а также производить тестирование не на последней стадии разработки, а непрерывно, что помогает выявлять ошибки в ходе всего процесса. «Таким образом, – сделал вывод Аркадий Туревский, – происходит улучшение рабочего процесса, уменьшение денежных и временных затрат».

В ходе демонстрационной части семинара была показана работа программы Simulink, а также программы Stateflow, предназначенной для моделирования конечных автоматов и реагирующих систем, на примере построения элементарной модели работы вентилятора в проекторе. Далее была продемонстрирована технология MathWorks для автоматического генерирования кода. Были использованы программы Real-Time Workshop, которая генерирует код из Simulink для интерактивной работы и отладки, xPC Target, делающая возможным проводить проверку на прототипах в режиме реального времени и аппаратную проверку на основе персонального компьютера, Real-Time Workshop Embedded Coder, генерирующая высокоэффективный код, который может быть подогнан так, чтобы выглядеть как код, написанный вручную, и Embedded Target for, который облегчает применение автоматически созданного кода на конкретном микропроцессоре. Ключевым моментом демонстрационной части семинара была демонстрация полного модельно-ориентированного проектирования руки робота, которое включало в себя построение модели, расчет работы двигателя, оптимизацию под требования спецификации, а именно угол наклона и скорость реагирования. Итогом семинара стала наглядная демонстрация на физическом объекте.

Как сообщили в компании Softline, MathWorks постоянно расширяет возможности платформы MATLAB/Simulink, включая новые продукты. Так, например, уже после выхода в свет нового релиза R2007a (следующий появится в сентябре 2007 года), в строй был введен новый продукт Link for Analog Devices DSP++, который позволяет использовать модельно-ориентированное проектирование с MATLAB/Simulink в разработке систем на сигнальных процессорах Analog Devices. Появления новых продуктов поддерживающих модельно-ориентированное проектирование следует ожидать и в дальнейшем.

Напомним, что первый совместный семинар Softline и MethWorks в Нижнем Новгороде проводился в 2006 году. Он был посвящен вопросам анализа данных и разработки приложений с помощью продуктов семейства MATLAB, т. е. основе всего семейства продуктов. «В этом году мы продолжили серию семинаров по продуктам MathWorks и провели семинар, посвященный одному из основных направлений, для которого компания MathWorks разрабатывает решения, а именно: разработки систем управления. Надо отметить, что на этом семинаре был не только представлен модельно-ориентированный подход к проектированию, но и продемонстрированы и разобраны реальные примеры применения модельно-ориентированного проектирования к разработке систем управления. В следующем году мы планируем продолжить серию этих семинаров», – говорит Любовь Гапеева.