WO2016146169A1 - Ermitteln von verhaltensähnlichen komponenten für ein system - Google Patents

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WO2016146169A1
WO2016146169A1 PCT/EP2015/055525 EP2015055525W WO2016146169A1 WO 2016146169 A1 WO2016146169 A1 WO 2016146169A1 EP 2015055525 W EP2015055525 W EP 2015055525W WO 2016146169 A1 WO2016146169 A1 WO 2016146169A1
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signal
original
model
alternative component
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PCT/EP2015/055525
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Lars JORDAN
Jan Richter
Arquimedes Martinez Canedo
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Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B17/00—Systems involving the use of models or simulators of said systems
    • G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37612—Transfer function, kinematic identification, parameter estimation, response

Definitions

  • the invention relates to a method for a system to find at least one behavioral-like alternative component to an original component of the system.
  • the system may be, for example, a motor vehicle or a ship or an aircraft or a simulator.
  • the invention also includes an apparatus for carrying out the method according to the invention.
  • Such indications may be, for example, the description of the physical structure or the blueprint or an indication of which signal type is an input signal or an output signal of the component.
  • the invention has for its object to find a behavior-like alternative component for a system to an original component.
  • the object is solved by the subject matters of the independent claims.
  • Advantageous developments of the invention will become apparent from the features of the dependent claims.
  • a method for a system, for example a motor vehicle or a ship or an aircraft or a simulation device, in order to find at least one behavior-like alternative component to an original component of the system.
  • at least one potential or possible or possible alternative component is provided, which is characterized in that it has at least one input port and at least one output port, as it also has the original component in each case.
  • Each alternative component thus has on the input side and on the output side in each case at least one port which corresponds in each case to one port of the original component, that is to say in each case a port for a temperature signal and / or a generated torque.
  • An input port is a signal input; an output port is a signal output.
  • the original component and each possible alternative component are acted upon at their respective at least one input port with a respective test signal.
  • the original component and every possible alternative component are operated under the same input conditions, namely with the same test signal (or with the same test signals in the case of several input ports).
  • a respective output signal is detected in each case at the at least one output port.
  • the output signal thus describes a respective time profile of a reaction to the at least one test signal.
  • each output signal of the at least one output port describes the dynamic behavior of the respective component, ie the original component or the possible alternative component. Now the original component and every possible alternative component are compared in pairs.
  • a respective error signal is now formed from each output signal of each output port of the original component and the output signal of the corresponding output port of the possible alternative component.
  • the error signal may be formed, for example, as a difference signal or by dividing one of the output signals by the other output signal. The error signal thus describes a behavioral difference with respect to the respective output signal.
  • each error signal is then combined into a respective indicator value.
  • the indicator value is a scalar value by which the entire error signal is represented or described.
  • a set of multiple indicator values thus results for each component pair.
  • a key behavior indicator is formed as a whole, which is also referred to below as the SVI (Key Behavior Indicator).
  • the SVI may e.g. be a vector formed from the indicator values. If there is only one indicator value, it can be used as SVI.
  • the Key Behavior Index provides a single indication of how different the dynamic behavior of the original component, on the one hand, and the possible alternative component, on the other hand, is with respect to the at least one test signal.
  • the key indicator value fulfills a predetermined similarity criterion.
  • the similarity criterion depends on the indicator values used and on the way the key indicator value is formed.
  • the key indicator value is preferably formed in the described manner by combining the indicator values into a vector.
  • the similarity criterion can be defined as a distance measure, in particular as a Euclidean distance. For example, it may be provided as a similarity criterion that the distance must be smaller than a predetermined maximum distance.
  • each selected alternative component, for which the similarity criterion is thus met is provided as the sought-after at least one behavioral-like alternative component. It is similar in behavior in that, based on the error signals and the resulting indicator values, it has been shown that the key indicator value satisfies the similarity criterion.
  • the invention provides the advantage that the comparison of the original component with any possible alternative component is formed on the basis of a similarity of the dynamic behavior of the components. Thus, a statement is made about how similar the compared components will behave in the operation of the system.
  • a signal standard can be calculated.
  • a suitable signal standard is the L2 standard, which is also referred to as L2 gain or L2 gain.
  • Another suitable signal standard is the peak-to-peak standard, also called peak-to-peak gain or peak-to-peak gain or L ⁇ gain.
  • RMS - root mean square From the error signal, a weighted average or RMS value (RMS - root mean square) can also be calculated.
  • the relevance of individual deviations is taken into account.
  • the associated error signal is divided by the test signal provided at the input port or one of the input ports.
  • a value formed from the error signal for example one of the described signal standards, is divided by a value formed from the test signal, for example likewise a signal standard.
  • a respective Bode diagram of the original component and / or a respective Bode diagram of the possible alternative component is used to form at least one error signal.
  • the Bode diagram advantageously takes into account in which frequency range a gain or a gain on the one hand and / or a phase response on the other hand are relevant for the operation of the components.
  • Another development makes it possible to make the supply of behavioral alternative components particularly large.
  • at least one input port and / or at least one output port are each provided with a signal adaptation device for unit conversion. This has the advantage that even those components can be recognized as behaving like whose input port and / or output port provides a signal with another unit, for example, a different scale and / or a different representation of the same physical facts.
  • the comparison of components is also possible across different digital implementations or digital circuits.
  • at least one output signal of one component is adjusted by a sampling device to the corresponding output signal of the other component with respect to the sampling rate.
  • an output signal of the original component is matched to the corresponding output signal with which an error signal is to be formed together, or vice versa.
  • an output signal to a test signal so an input signal, be aligned.
  • test signal is limited to a frequency range and / or time-domain range.
  • the test signal is not an arbitrary signal sequence or an arbitrary waveform used, but the test signal is adapted or limited with respect to the frequency range and / or its time course to that only the relevant during operation frequency components and / or time histories are checked.
  • the test signal is limited in terms of frequency and / or time profile to a range in which, during operation of the original component, a corresponding excitation signal (ie the signal which is simulated or simulated by the test signal) has a predetermined minimum portion of a signal energy.
  • each test signal may be formed, for example, first on the basis of a chirp signal or a sum of scaled harmonics or on the basis of a step function or a noise signal, for example a Gaussian noise or a pseudorandom binary noise signal.
  • a noise signal for example a Gaussian noise or a pseudorandom binary noise signal.
  • Another embodiment provides to use as a test signal a corresponding excitation signal which has been detected or recorded during operation of the system with the original component. The test signal is then particularly authentic.
  • a development is provided specifically for the case that the system is a simulation device.
  • a simulation device can be provided, for example, to develop, for example, a motor vehicle or an aircraft or a ship.
  • Such a simulation device may be part of an engineering system or development system.
  • the original component can be a first dynamic model of a subarea or module of a product to be developed, for example a motor vehicle or aircraft or ship.
  • Each possible alternative component is provided by a respective dynamic model, but different from the first dynamic model in terms of a model aspect.
  • first dynamic model an alternative component
  • alternative dynamic model an alternative dynamic model
  • the first dynamic model and each alternative dynamic model differ in that the first dynamic model only provides an overview and simulates every further dynamic model, that is to say each alternative component, a greater degree of detail or additional technical aspects.
  • the original component is a simulation model of a module to be developed, for example of the motor vehicle or of the ship or of the aircraft, and each possible alternative component is a dynamic simulation model which has a greater degree of detail than the original component and / or an additional technical aspect with regard to replicates the original component.
  • a staggered development process can take place, in which a suitable dynamic model can be determined for a next or subsequent development step, which models a greater degree of detail and / or additional technical aspects, and however with respect to those in the preceding development aspects how the first dynamic model behaves.
  • the first dynamic model for an electric machine may determine whether the electric machine behaves as desired with respect to drive torque and / or coil currents.
  • an alternative component that is to say another dynamic model
  • a dynamic behavior of the electric machine which is similar with respect to the similarity criterion, for example with respect to drive torque and / or Coil currents results in which, however, in addition, for example, a temperature behavior and / or a noise development of the electric machine can be modeled.
  • the user then does not have to elaborate or search for a new, dynamic model.
  • the difference in detail level may be related to a temporal resolution of operations and / or to a number of variables of the model.
  • the first dynamic model and at least one alternative dynamic model differ in that they are provided in a different programming language. In other words, dynamic models that are provided for different simulation devices can be compared here.
  • RFAD RFAD - Requirements Functions Abstract Components Discipline Specific Components
  • MLD models MLD - Mixed Logical Dynamical Model
  • This step from an abstract model to a concrete model usually requires elaborate testing phases, since it can not be said with certainty via a simulation model whether it correctly replicates the abstract modeled processes of the MLD model.
  • an simulation model provided as a behavior-like alternative component for a predefined simulator is determined in an RFAD process for an MLD model as the original component.
  • This has the advantage that the comparison of the models is carried out on the basis of the key behavior indicator (SVI) without the intervention of the user.
  • the invention also includes a device.
  • the device according to the invention is designed to apply at least one test signal to an original component and an alternative component. In particular, several test signals are required when each component has multiple input ports.
  • the device is furthermore designed to detect a respective time profile of an output signal in the case of the original component and the alternative component, which results in response to the at least one test signal, that is to say describes this reaction.
  • the device has a control device which is designed to carry out an embodiment of the method according to the invention.
  • the device according to the invention can be designed, for example, as a test stand, in particular for technical modules or technical devices, or as a simulation device.
  • the control device can be provided, for example, by a processor device and / or a computer.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 3 shows a sketch for illustrating a component comparison, as it can be carried out with the method according to the invention
  • FIG 4, and 6 shows a sketch to illustrate an RFAD
  • the device 1 shows a device 1, which may be, for example, a test stand or a simulation device.
  • the original component 2 may be a simulation model (Model 1) and the alternative component 3 may be a simulation model (Model 2) of another simulator, so that the two simulation models may be provided in different simulation languages.
  • the alternative component 3 has a similar dynamic behavior as the original component 2, wherein the similarity can be predetermined by a predetermined similarity criterion, eg a distance criterion.
  • the original component 2 and the alternative component 3 may each have input ports 4, 5 which may be configured to receive the same signal type, respectively.
  • Corresponding input ports are provided in FIG. 1 with the same reference numerals.
  • each input port 4, 5 of the original component 2 and the alternative component 3 with the same test signal 6, 7 (ui, u m ) are acted upon.
  • ellipsis 8 illustrates that more or fewer than the illustrated two input ports may be provided.
  • Components 2, 3 (ie, the original component 2 and the alternative component 3), each component 2, 3 depending on the at least one test signal 6, 7 each generate at least one output signal 9, 10. It can be provided here that the original component 2 and the alternative component 3 have corresponding output ports 11, 12, ie output ports 11, 12 which have the same signal type or a signal type converted by a unit conversion.
  • the unit conversion may, for example, be provided by a program module.
  • an error signal 15, 16 can be formed, for example, by a difference formation 14.
  • Each error signal 15, 16 can describe a time profile of the behavioral difference between the components 2, 3.
  • the error signal 15, 16 is thus each a time-dependent signal, in particular no scalar.
  • a key behavior indicator 18 can be formed by the device on the basis of a behavioral criterion 17, which will be described in more detail below.
  • the key behavior indicator 18 is in particular a scalar or vector, that is to say the time profiles of the error signals 15, 16 are combined to form a scalar or a vector.
  • a vector In the case of a vector, the latter has, in particular, fewer vector entries than each error signal 15, 16 signal values.
  • a step S1 it is checked whether the original components 2 and the possible alternative components 2 have suitable input and output structures, that is, corresponding input ports 4, 5 and output ports 9, 10 (STRUC structural criterion). It is a prerequisite for behavioral model comparisons that the external connection arrangements of the model match. This means that for each input port or input port and each output port or output port, one variable must exist in a model of the same causality and data type in another model, or vice versa. This assignment must be bijective.
  • connection variables be formed in the physical unit. In case of deviations of the units a unit conversion can be provided.
  • a statistical and dynamic degree of similarity (by the behavioral criterion 17) can be determined.
  • Quantitative behavioral criteria are applied for all model pairs that are compatible with the structural criterion, ie that can be determined on the basis of the existing input ports 4, 5u and output ports 9, 10.
  • Resampling is a standardized technique that can be easily performed.
  • RMS Root-Mean-Square
  • Each of these indicator values compares two models. In other words, the criterion forms pairwise similar indicator values of some given behavioral models.
  • the indicator values are combined in a vector for key behavior indicators, SVI:
  • Suitable test signals 6, 7 for the comparison can be taken from the theory of system identification. They should have the following properties:
  • Jump signals or step signals Pseudo-random binary noise signals Gaussian noise
  • the requirements formally formulated for the system can be evaluated in order to limit the test signals and to identify the relevant frequency and time ranges. This observation is crucial because it significantly reduces complexity; the complete examination of the value ranges of the model variables can in some cases be too complex to put into practice.
  • step S2 two behavioral models have been identified as behaviorally similar having similar behavior, and which are interconnected or associated with each other, they may be used in an interactive modeling scenario, such as the design decision support system, always be used together again.
  • the alternative component 3 may be provided to a user e.g. be proposed as an alternative to the original component 2.
  • Step S3 are stored (STR - Store). This is illustrated in FIG. 3, wherein the e.g. the SVI (Model, Model2) is abbreviated as S12.
  • SVI Model, Model2
  • a sensible approach is to create a cluster (graphs) of structurally identical model types (nodes) and store the key behavior indicator SVI of each pair (edges). This scheme can be easily done e.g. shown in a table.
  • the providers of complex systems can thus provide large repositories of behavioral models at different levels of abstraction in different languages.
  • these data stores are heterogeneous.
  • These heterogeneous data stores reflect a significant portion of the intellectual property of the sellers.
  • the described method can overcome the problem of finding a way to relate the models to the data repositories so as to find the models which describe the same technical processes in different ways, eg once under the aspect of temperature behavior and once under aspect fuel consumption.
  • the stored calculated key behavior indicator SVI can also be used by an automation tool to either assist the user with suggestions or find alternative or similar solutions.
  • Another possibility of this method is the automatic generation of identical models.
  • a previous system evaluation may use an Amesim format as a modeling and simulation tool.
  • testing of control algorithms in real hardware may require, for example, Simulink or another simulator format, eg, for a test setup or test stand or simulation. Assuming that it contains stored calculated match values for a An Amesim original component and a Simulink alternative component, these can be used to produce a behavioral or at least behavioral-like component
  • the dynamic model difference is reduced to a numeric value for each criterion.
  • Behavioral matches can be particularly advantageous in model-based application scenarios, such as:
  • the invention can be extended so that the variables are formed in different behavioral models with the same constellation.
  • FIG. 4 and FIG. 5 a model-based application scenario is described for this purpose.
  • two Amesim representations (submodels in Amesim language) of a DC electric motor DC are compared with self-excitation.
  • FIG. 5 illustrates the generation of the test signals 6, 7 and the evaluation of the error signals 9, 10 by a control device 21 of the device 1.
  • the control device 21 may e.g. be provided by a processor device or a computer.
  • each model would be simulated by itself with a given input, and the verification of the criterion would be separate from the simulation.
  • an interface 19 between the test bench 20 and the device 1 may be provided, as illustrated in FIG. 4 and FIG.
  • FIG. 6 which can be used in a "prerequisite functions-abstraction components-behavior-specific component n development process (RFAD process).
  • behavioral model refers to dynamic models that contain time-dependent variables that can change over time.
  • a behavioral model may be used to describe operational aspects of physical reality or the behavior of the software, and may in particular describe a combination of both.
  • the behavioral and architectural models that are at the same level of abstraction are linked together, and behavioral models are usually created in commercial modeling software programs, such as MATLAB.
  • Modeler or Esterei SCADE.
  • the models or building blocks are created and stored with formal modeling languages, such as the Simulink language, Modelica or C.
  • FIG. 6 shows a schematic view of the connections between the requirements (R), the functions (F), abstract Components (C) and simulation blocks 23, as used in the RFAD process. Since the level of detail of the models of different domains or system views (R and S in this case) differs, the behavioral match often only refers to a part of the variables of the behavioral model, whereas the other variables are not taken into account.
  • the set of variables 22 restricted by the system requirements is designated from the set of all variables V L , with V L ⁇ .
  • the set of variables limited by the system requirements is called from the set of all variables V s , with V s ⁇ .
  • the example shows how a behavioral similarity of behavior models for a simulation or a controller development or a controller verification can be calculated by the invention.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für ein System, um zu einer Originalkomponente (2) des Systems mindestens eine verhaltensähnliche Alternativkomponente (3) zu finden, mit den Schritten: Beaufschlagen der Originalkomponente (2) und jeder möglichen Alternativkomponente (3) mit einem jeweiligen Testsignal (6, 7) und Erfassen eines jeweiligen, einen zeitlichen Verlauf einer Reaktion auf das mindestens eine Testsignal (6, 7) beschreibenden Ausgabesignals (11, 12) an der Originalkomponente (2) und jeder möglichen Alternativkomponente (3). Für jedes Komponentenpaar aus der Originalkomponente (2) einerseits und jeweils einer möglichen Alternativkomponente (3) andererseits wird mindestens ein jeweiliges Fehlersignal (15, 16) gebildet und jedes Fehlersignal (15, 15) zu einem jeweiligen Indikatorwert zusammengefasst. Aus jedem Indikatorwert wird ein Schlüsselverhaltensindikator (18), SVI, gebildet. Es wird jede derjenigen möglichen Alternativkomponte (3), bei welcher der Schlüsselindikatorwert (18) ein vorbestimmtes Ähnlichkeitskriterium erfüllt, als die mindestens eine verhaltensähnliche Alternativkomponente (3) ausgewählt.

Description

Beschreibung
Ermitteln von verhaltensähnlichen Komponenten für ein System
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für ein System, um zu einer Originalkomponente des Systems mindestens eine verhaltensähnliche Alternativkomponente zu finden. Das System kann beispielsweise ein Kraftfahrzeug oder ein Schiff oder ein Flugzeug oder ein Simulator sein. Zu der Erfindung gehört auch eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens .
Um in einem System der genannten Art eine Originalkomponente auszutauschen oder das System mittels einer Alternativkomponente weiterzubilden oder das System aus Alternativkomponenten nachzubilden, verlässt man sich bisher auf Angaben zur Beschreibung der Komponenten, die in der Regel auf statische Eigenschaften beschränkt sind. Solche Angaben können beispielsweise die Beschreibung der physikalischen Struktur oder des Bauplans sein oder eine Angabe darüber, von welchem Signaltyp ein Eingangssignal oder ein Ausgabesignal der Komponente ist.
Bei diesem Vergleich wird nicht berücksichtigt, ob sich eine Alternativkomponente im Betrieb des Systems signifikant anders als die Originalkomponente verhält, weil sie beispielsweise aufgrund anderer Zeitkonstanten träger ist oder ein anderes dynamisches Verhalten in Bezug auf ein Eingangssignal aufweist. Allerdings ist es unerwünscht aufwendig, eine potentielle oder mögliche Alternativkomponente zuerst in ein System zu integrieren und einen Probebetrieb durchzuführen, um eine vollständige Kompatibilität, also auch in Bezug auf das dynamische Verhalten, zu verifizieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein System zu einer Originalkomponente eine verhaltensähnliche Alternativkomponente zu finden. Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche .
Erfindungsgemäß bereitgestellt wird ein Verfahren für ein System, beispielsweise ein Kraftfahrzeug oder ein Schiff oder ein Flugzeug oder eine Simulationsvorrichtung, um zu einer Originalkomponente des Systems mindestens eine verhaltensähnliche Alternativkomponente zu finden. In einem Verfahrensschritt wird zumindest eine potentielle oder in Frage kommende oder mögliche Alternativkomponente bereitgestellt, die sich dadurch auszeichnet, dass sie mindestens einen Eingangsport und mindestens einen Ausgabeport aufweist, wie ihn jeweils auch die Originalkomponente aufweist. Jede mögliche Alternativkomponente weist also auf der Eingangsseite und auf der Ausgangsseite jeweils mindestens einen Port auf, der jeweils einem Port der Originalkomponente entspricht, also beispielsweise ist jeweils ein Port für ein Temperatursignal und/oder ein erzeugtes Drehmoment. Unter einem Eingangsport ist ein Signaleingang zu verstehen; unter einem Ausgabeport ist ein Signalausgang zu verstehen.
Die Originalkomponente und jede mögliche Alternativkomponente werden an ihrem jeweiligen mindestens einen Eingangsport mit einem jeweiligen Testsignal beaufschlagt. Mit anderen Worten werden die Originalkomponente und jede mögliche Alternativkomponente unter gleichen Eingangsbedingungen, nämlich mit gleichem Testsignal (oder mit gleichen Testsignalen im Falle mehrerer Eingangsports), betrieben. Bei der Originalkomponente und jeder möglichen Alternativkomponente wird jeweils an dem mindestens einen Ausgabeport ein jeweiliges Ausgabesignal erfasst. Das Ausgabesignal beschreibt also einen jeweiligen zeitlichen Verlauf einer Reaktion auf das mindestens eine Testsignal. Mit anderen Worten beschreibt jedes Ausgabesignal des mindestens einen Ausgabeports das dynamische Verhalten der jeweiligen Komponente, also der Originalkomponente beziehungsweise der möglichen Alternativkomponente. Nun werden die Originalkomponente und jede mögliche Alternativkomponente paarweise verglichen. Mit anderen Worten wird für jedes Komponentenpaar aus der Originalkomponente einer- seits und jeweils einer möglichen Alternativkomponente andererseits Folgendes durchgeführt. Es wird nun ein jeweiliges Fehlersignal aus jedem Ausgabesignal jedes Ausgabeports der Originalkomponente und dem Ausgabesignal des entsprechenden Ausgabeports der möglichen Alternativkomponente gebildet. Das Fehlersignal kann beispielsweise als ein Differenzsignal oder durch Dividieren eines der Ausgabesignale durch das andere Ausgabesignal gebildet sein. Das Fehlersignal beschreibt also einen Verhaltensunterschied in Bezug auf das jeweilige Ausgabesignal .
Jedes Fehlersignal wird dann zu einem jeweiligen Indikatorwert zusammengefasst . Bevorzugt ist der Indikatorwert ein skalarer Wert, durch welchen das gesamte Fehlersignal repräsentiert oder beschrieben ist. Im Falle von mehreren Ausgabe- ports ergibt sich also für jedes Komponentenpaar ein Satz aus mehreren Indikatorwerten. Aus jedem Indikatorwert des Komponentenpaares wird insgesamt ein Schlüsselverhaltensindikator gebildet, der im Folgenden auch als SVI (Schlüsselverhaltensindikator) bezeichnet ist. Der SVI kann z.B. ein aus den In- dikatorwerten gebildeter Vektor sein. Falls nur ein Indikatorwert vorliegt, kann dieser als SVI verwendet werden. Mit dem Schlüsselverhaltensindex steht eine einzelne Angabe zur Verfügung, die ein Maß dafür darstellt, wie unterschiedlich das dynamische Verhalten der Originalkomponente einerseits und der möglichen Alternativkomponente andererseits in Bezug auf das mindestens eine Testsignal ist.
Es wird dann aus den möglichen Alternativkomponenten jede ausgewählt, bei welcher der Schlüsselindikatorwert ein vorbe- stimmtes Ähnlichkeitskriterium erfüllt. Das Ähnlichkeitskriterium richtet sich natürlich nach den verwendeten Indikatorwerten und nach der Art, wie der Schlüsselindikatorwert gebildet ist. Für den Fall, dass mehrere Indikatorwerte vorliegen, von denen jeder aus jeweils einem der sich ergebenden mehreren Fehlersignale gebildet ist, wird in der beschriebenen Weise be- vorzugt der Schlüsselindikatorwert durch Zusammenfassen der Indikatorwerte zu einem Vektor gebildet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Ähnlichkeitskriterium als ein Abstandsmaß, insbesondere als ein euklidischer Abstand definiert werden kann. Beispielsweise kann als Ähnlichkeitskrite- rium vorgesehen sein, dass der Abstand kleiner als ein vorbestimmter Höchstabstand sein muss.
Schließlich sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass jede ausgewählte Alternativkomponente, für die also das Ähnlichkeitskriterium erfüllt ist, als die gesuchte mindestens eine verhaltensähnliche Alternativkomponente bereitgestellt wird. Verhaltensähnlich ist sie dadurch, dass sich auf Grundlage der Fehlersignale und der sich daraus ergebenden Indikatorwerte gezeigt hat, dass der Schlüsselindikatorwert das Ähnlichkeitskriterium erfüllt.
Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass der Vergleich der Originalkomponente mit jeder möglichen Alternativkomponente auf der Grundlage einer Ähnlichkeit des dynami- sehen Verhaltens der Komponenten gebildet wird. Es wird also eine Aussage darüber getroffen, wie ähnlich sich die verglichenen Komponenten im Betrieb des Systems verhalten werden.
Zu der Erfindung gehörten auch Weiterbildungen des erfin- dungsgemäßen Verfahrens, durch deren jeweilige Merkmale sich jeweils ein weiterer Vorteil ergibt.
Um aus einem Fehlersignal einen Indikatorwert zu berechnen, bietet die Erfindung unterschiedliche, besonders geeignete Methoden. Auf der Grundlage eines Fehlersignals kann beispielsweise eine Signalnorm berechnet werden. Eine geeignete Signalnorm ist die L2-Norm, die auch als L2-Verstärkung oder L2-Gain bezeichnet wird. Eine andere geeignete Signalnorm ist die Spitze-zu-Spitze-Norm, auch Spitze-zu-Spitze- erstärkung oder Peak-to-Peak-Gain oder L~-Gain bezeichnet. Aus dem Fehlersignal kann auch ein gewichteter Mittelwert oder ein RMS- Wert (RMS - Root Mean Square, Wurzel aus dem mittleren quadratischen Fehler) berechnet werden. Durch diese Größen ergibt sich der Vorteil, dass ein Fehlersignal unabhängig davon, wie lang sein Zeitverlauf ist, als eine skalare Größe beschrieben wird und hierdurch ein Vergleich zweier Komponenten mit geringem Berechnungsaufwand möglich wird. Dies ist insbesondere dadurch vorteilhaft, dass immer noch das gesamte dynamische Verhalten der beiden Komponenten (Originalkomponente und mögliche Alternativkomponente) verglichen wird.
In einer Weiterbildung wird noch die Relevanz einzelner Abweichungen, also einzelner Werte eines Fehlersignals, berücksichtigt. Hierzu wird zum Bilden mindestens eines Indikatorwerts jeweils das zugehörige Fehlersignal durch das an dem Eingangsport oder einem der Eingangsports bereitgestellte Testsignal dividiert. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass ein aus dem Fehlersignal gebildeter Wert, beispielsweise eine der beschriebenen Signalnormen, durch einen aus dem Testsignal gebildeten Wert, beispielsweise ebenfalls eine Signalnorm, dividiert wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Abweichung, das heißt ein Wert des Fehlersignals ungleich 0, relativiert oder normiert wird. Dies verhindert eine Fehleinschätzung bei der Ermittlung verhaltensähnlicher Alternativkomponenten.
In einer Weiterbildung wird in vorteilhafter Weise berücksichtigt, ob Abweichungen in einem relevanten Frequenzbereich vorliegen oder nur in einem irrelevanten Frequenzbereich. Hierzu wird zum Bilden mindestens eines Fehlersignals ein jeweiliges Bode-Diagramm der Originalkomponente und/oder ein jeweiliges Bode-Diagramm der möglichen Alternativkomponente zugrunde gelegt. Durch das Bode-Diagramm wird in vorteilhafter Weise berücksichtigt, in welchem Frequenzbereich ein Gain oder eine Verstärkung einerseits und/oder ein Phasengang andererseits relevant für den Betrieb der Komponenten sind. Eine andere Weiterbildung ermöglicht es, den Vorrat der verhaltensähnlichen Alternativkomponenten besonders groß zu machen. Hierbei wird an mindestens einem Eingangsport und/oder mindestens einem Ausgabeport jeweils eine Signalanpassungseinrichtung für eine Einheitenkonvertierung bereitgestellt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass auch solche Komponenten als verhaltensähnlich erkannt werden können, deren Eingangsport und/oder Ausgabeport ein Signal mit einer anderen Einheit, beispielsweise einer anderen Skalierung und/oder einer anderen Darstellungsweise desselben physikalischen Sachverhalts, vorsieht.
In einer Weiterbildung wird der Vergleich von Komponenten auch über unterschiedliche digitale Implementierungen oder digitale Schaltungen hinweg ermöglicht. Hierzu wird mindestens ein Ausgabesignal einer Komponente durch eine Abtasteinrichtung an das korrespondierende Ausgabesignal der anderen Komponente in Bezug auf die Abtastrate angeglichen. Mit anderen Worten wird ein Ausgabesignal der Originalkomponente an das korrespondierende Ausgabesignal, mit dem zusammen ein Fehlersignal gebildet werden soll, angeglichen oder umgekehrt. Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein Ausgabesignal an ein Testsignal, also eine Eingangssignal, angeglichen werden. Durch Bereitstellen der Abtasteinrichtung ergibt sich der Vorteil, dass Signale auf derselben Zeitbasis bereitgestellt werden und hierdurch eine größere Anzahl an möglichen Alternativkomponenten mit der Originalkomponente vergleichbar werden oder verglichen werden können.
Eine Weiterbildung verringert den Berechnungsaufwand oder Schaltungsaufwand beim Durchführen des Vergleichs. Hierzu wird mindestens ein Testsignal auf einen Frequenzbereich und/oder Zeitverlaufsbereich beschränkt. Mit anderen Worten wird als Testsignal nicht eine beliebige Signalsequenz oder ein beliebiger Signalverlauf verwendet, sondern das Testsignal ist in Bezug auf den Frequenzbereich und/oder seinen zeitlichen Verlauf dahingehend angepasst oder beschränkt, dass nur die im Betrieb relevanten Frequenzkomponenten und/oder Zeitverläufe geprüft werden. Hierzu wird das Testsignal in Bezug auf Frequenz und/oder Zeitverlauf auf einen Bereich beschränkt, in welchem im Betrieb der Originalkomponente ein korrespondierendes Anregungssignal (also dasjenige Signal, das durch das Testsignal simuliert oder nachgebildet wird) einen vorbestimmten Mindestanteil einer Signalenergie aufweist. Beispielsweise kann der Mindestanteil in einem Bereich von 50 Prozent bis 100 Prozent, insbesondere 70 Prozent bis 100 Prozent, liegen. Mit anderen Worten beschränkt man sich auf den Bereich von Interesse. Jedes Testsignal kann hierzu beispielsweise zunächst auf der Grundlage eines Chirp- Signals oder einer Summe von skalierten Harmonischen oder auf der Grundlage einer Stufenfunktion oder eines Rauschsignals, beispielsweise eines Gaußschen Rauschens oder eines Pseudo- Zufallsbinärrauschsignals , gebildet sein. Eine andere Ausführungsform sieht vor, als ein Testsignal ein korrespondierendes Anregungssignal zu verwenden, das während eines Betriebs des Systems mit der Originalkomponente erfasst oder aufgezeichnet worden ist. Das Testsignal ist dann besonders authentisch .
Eine Weiterbildung ist speziell für den Fall vorgesehen, dass das System eine Simulationsvorrichtung ist. Eine solche Simulationsvorrichtung kann beispielsweise vorgesehen sein, um beispielsweise ein Kraftfahrzeug oder ein Flugzeug oder ein Schiff zu entwickeln. Eine solche Simulationsvorrichtung kann Bestandteil eines Engineering-Systems oder Entwicklungssystem sein. Die Originalkomponente kann in dieser Weiterbildung ein erstes dynamisches Modell von einem Teilbereich oder Modul eines zu entwickelnden Produkts, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs oder Flugzeugs oder Schiffs, sein. Jede mögliche Alternativkomponente ist durch ein jeweiliges dynamisches Modell bereitgestellt, das aber von dem ersten dynamischen Modell in Bezug auf einen Modellaspekt verschieden ist. Mittels des Verfahrens ist es somit möglich, in der Simulationsvorrichtung die unterschiedlichen Modelle zu vergleichen, obwohl sie in Bezug auf einen Modellaspekt verschieden sind. Es kann hierdurch in vorteilhafter Weise eine Datenbank mit mehreren Modellen erstellt oder bereitgestellt werden, aus welcher ein Benutzer zu einer Originalkomponente, das heißt einem ersten dynamischen Modell, eine Alternativkomponente, d.h. ein al- ternatives dynamisches Modell, heraussuchen kann und hierbei sicher sein kann, dass sich das alternative Modell im Sinne des Ähnlichkeitskriteriums dynamisch ähnlich zu dem Originalkomponente verhalten wird. In einer Weiterbildung unterscheiden sich das erste dynamische Modell und jedes alternative dynamische Modell dahingehend, dass das erste dynamische Modell nur einen Überblick bietet und jedes weitere dynamische Modell, das heißt jede Alternativkomponente, einen größeren Detailgrad oder zusätz- liehe technische Aspekte nachbildet. Mit anderen Worten ist die Originalkomponente ein Simulationsmodell eines zu entwickelnden Moduls beispielsweise des Kraftfahrzeugs oder des Schiffs oder des Flugzeugs, und jede mögliche Alternativkomponente ein dynamisches Simulationsmodell, welches einen grö- ßeren Detailgrad als die Originalkomponente besitzt und/oder einen zusätzlichen technischen Aspekt in Bezug auf die Originalkomponente nachbildet. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise ein gestaffelter Entwicklungsprozess erfolgen, bei welchem für einen nächsten oder nachfolgenden Entwicklungs- schritt ein passendes dynamisches Modell ermittelt werden kann, welches einen größeren Detailgrad und/oder zusätzliche technische Aspekte nachbildet, und sich aber in Bezug auf die im vorangegangenen Entwicklungsaspekte wie das erste dynamische Modell verhält. Beispielsweise kann das erste dynamische Modell zu einer elektrischen Maschine ermitteln, ob sich die elektrische Maschine in Bezug auf Antriebsmoment und/oder Spulenströme wie gewünscht verhält. Ist eine geeignete elektrische Maschine gefunden worden, so kann in einem nächsten Entwicklungsschritt eine Alternativkomponente, das heißt ein anderes dynamisches Modell, bereitgestellt werden, bei welchem sich ein in Bezug auf das Ähnlichkeitskriterium ähnliches dynamisches Verhalten der elektrischen Maschine z.B. in Bezug auf Antriebsmoment und/oder Spulenströme ergibt, bei welchem aber zusätzlich beispielsweise ein Temperaturverhalten und/oder eine Geräuschentwicklung der elektrischen Maschine nachgebildet werden kann. Hierzu muss der Benutzer dann nicht aufwendig ein neues, dynamisches Modell entwickeln oder suchen. Dies wird durch das erfindungsgemäße Verfahren für den Benutzer erledigt. Der Unterschied im Detailgrad kann z.B. in Bezug auf eine zeitliche Auflösung von Vorgängen und/oder in einer Anzahl an Variablen des Modells bestehen. In einer Weiterbildung unterscheiden sich das erste dynamische Modell und mindestens ein alternatives dynamisches Modell darin, dass sie in einer unterschiedlichen Programmiersprache bereitgestellt sind. Mit anderen Worten können hierbei dynamische Modelle verglichen werden, die für unter- schiedliche Simulationsvorrichtungen vorgesehen sind.
In einer Weiterbildung wird das Problem überwunden, dass beim Simulieren im Rahmen eines Entwicklungsprozesses, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs oder Flugzeugs oder Schiffs, in dem sogenannten RFAD-Prozess (RFAD - Requirements-Functions- Abstract Components-Discipline Specific Components) von abstrakten logischen Modellen ausgegangen wird, sogenannten MLD- Modellen (MLD - Mixed Logical Dynamical Model) und in einem darauffolgenden Entwicklungsschritt zu einem MLD-Modell ein Simulationsmodell zum Durchführen oder Betreiben einer Simulation benötigt wird. Dieser Schritt von einem abstrakten Modell zu einem konkreten Modell erfordert in der Regel aufwendige Prüfungsphasen, da über ein Simulationsmodell nicht mit Sicherheit gesagt werden kann, ob es die abstrakt modellier- ten Vorgänge des MLD-Modells korrekt nachbildet. Bei einer Weiterbildung des Verfahrens wird in einem RFAD-Prozess zu einem MLD-Modell als Originalkomponente ein für einen vorbestimmten Simulator vorgesehenes Simulationsmodell als verhaltensähnliche Alternativkomponente ermittelt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ohne ein Zutun des Benutzers der Vergleich der Modelle auf der Grundlage des Schlüsselverhaltensindikators (SVI) durchgeführt wird. Wie eingangs ausgeführt, gehört zu der Erfindung auch eine Vorrichtung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dazu ausgelegt, eine Originalkomponente und eine Alternativkomponente mit mindestens einem Testsignal zu beaufschlagen. Mehrere Testsignale werden dabei insbesondere benötigt, wenn jede Komponente mehrere Eingangsports aufweist. Die Vorrichtung ist des Weiteren dazu ausgelegt, bei der Originalkomponente und der Alternativkomponente jeweils einen jeweiligen zeitlichen Verlauf eines Ausgabesignals zu erfassen, der sich als Reaktion auf das mindestens eine Testsignal ergibt, also diese Reaktion beschreibt. Die Vorrichtung weist hierzu eine Steuereinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise als Prüfstand insbesondere für technische Module oder technische Geräte, oder als Simulationsvorrichtung ausgestaltet sein. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise durch eine Prozessoreinrichtung und/oder einen Computer bereitgestellt sein.
Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben . Hierzu zeigt :
FIG 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
FIG 2 ein Flussschaubild zu einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
FIG 3 eine Skizze zur Veranschaulichung eines Komponentenvergleichs, wie er mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden kann,
FIG 4 eine schematische Darstellung von zwei Komponenten, die mittels einer Ausführungsform der erfindungsge- mäßen Vorrichtung verglichen werden,
FIG 5 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, die in FIG 4 verwendet wird, und FIG 6 eine Skizze zur Veranschaulichung eines RFAD-
Prozesses, der mittels einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens automatisiert worden ist .
Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen aber die beschriebenen Kompo- nenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
FIG 1 zeigt eine Vorrichtung 1, bei der es sich beispielsweise um einen Prüfstand oder eine Simulationsvorrichtung handeln kann. Mittels der Vorrichtung 1 können zwei Komponenten verglichen werden, die hier als Originalkomponente 2 und mögliche Alternativkomponente 3 dargestellt sind. Beispielsweise kann es sich bei der Originalkomponente 2 um ein Simulationsmodell (Model 1) und bei der Alternativkomponente 3 um ein Simulationsmodell (Model 2) eines anderen Simulators handeln, sodass die beiden Simulationsmodelle in unterschiedlichen Simulationssprachen bereitgestellt sein können. Durch den Vergleich mittels der Vorrichtung 1 kann dennoch ermittelt werden, ob die Alternativkomponente 3 ein ähnliches dynamisches Verhalten wie die Originalkomponente 2 aufweist, wobei die Ähnlichkeit durch ein vorgegebenes Ähnlichkeitskriteriums, z.B. ein Abstandskriterium, vorgegeben sein kann. Die Originalkomponente 2 und die Alternativkomponente 3 können jeweils Eingangsports 4, 5 aufweisen, die dazu ausgelegt sein können, jeweils denselben Signaltyp zu empfangen. Korrespondierende Eingangsports sind in FIG 1 mit denselben Be- zugszeichen versehen. Durch die Vorrichtung 1 kann jeder Eingangsport 4, 5 der Originalkomponente 2 und der Alternativkomponente 3 mit demselben Testsignal 6, 7 (ui, um) beaufschlagt werden. In FIG 1 ist durch Auslassungspunkte 8 veranschaulicht, dass mehr oder weniger als die dargestellten zwei Eingangsports vorgesehen sein können. Durch Betreiben der
Komponenten 2, 3 (also der Originalkomponente 2 und der Alternativkomponente 3) kann jede Komponente 2, 3 in Abhängigkeit von dem mindestens einen Testsignal 6, 7 jeweils mindestens ein Ausgabesignal 9, 10 erzeugen. Hierbei kann vorgese- hen sein, dass die Originalkomponente 2 und die Alternativkomponente 3 korrespondierende Ausgabeports 11, 12 aufweisen, also Ausgabeports 11, 12, die für denselben Signaltyp oder einen durch eine Einheitenkonvertierung umgerechneten Signaltyp aufweisen. Die Einheitenkonvertierung kann beispielsweise durch ein Programmmodul bereitgestellt sein.
Korrespondierende Ausgabeports der Komponenten 2, 3 sind jeweils mit demselben Bezugszeichen versehen. Entsprechend sind korrespondierende Ausgabesignale 9, 10, die an den Ausgabe- ports 11, 12 bereitgestellt werden, ebenfalls mit demselben
Bezugszeichen versehen. Durch Auslassungspunkte 13 ist veranschaulicht, dass jeweils mehr oder weniger als die dargestellten zwei Ausgabeports 11, 12 vorgesehen sein können. Aus jeweils korrespondierenden Ausgabesignalen 9, 10 der beiden Komponenten 2, 3 kann beispielsweise durch eine Differenzbildung 14 jeweils ein Fehlersignal 15, 16 gebildet werden. Jedes Fehlersignal 15, 16 kann einen zeitlichen Verlauf des Verhaltensunterschieds zwischen den Komponenten 2, 3 be- schreiben. Das Fehlersignal 15, 16 ist also jeweils ein zeitabhängiges Signal, insbesondere kein Skalar. Aus jedem Fehlersignal 15, 16 kann durch die Vorrichtung auf der Grundlage eines Verhaltenskriteriums 17, das im Folgenden noch genauer beschrieben wird, ein Schlüsselverhaltensindikator 18 gebildet werden. Der Schlüsselverhaltensindikator 18 ist insbesondere ein Skalar oder Vektor, das heißt die zeitlichen Verläufe der Fehlersignale 15, 16 sind zu einem Skalar oder einem Vektor zusammengefasst . Im Falle eines Vektors weist dieser dabei insbesondere weniger Vektoreinträge auf als jedes Fehlersignal 15, 16 Signalwerte auf.
Durch die Vorrichtung 1 kann das in FIG 2 veranschaulichte Verfahren durchgeführt werden.
In einem Schritt Sl wird überprüft, ob die Originalkomponen- ten 2 und die mögliche Alternativkomponenten 2 passende In- put- und Outputstrukturen aufweisen, das heißt einander entsprechende Eingangsports 4, 5 und Ausgabeports 9, 10 (STRUC - Strukturkriterium) . Es ist eine Grundvoraussetzung für Verhaltensmodellvergleiche, dass die externen Anschlussanordnun- gen des Modells zusammenpassen. Das bedeutet, dass für jeden Inputanschluss oder Eingangsport und jeden Outputanschluss oder Ausgabeport eine Variable in einem Modell der gleichen Kausalität und des gleichen Datentyps in einem anderen Modell existieren muss, oder andersherum. Diese Zuordnung muss bijektiv sein.
Es ist nicht notwendig, dass die Anschlussvariablen in der physikalischen Einheit ausgebildet werden. Bei Abweichungen der Einheiten kann eine Einheitenkonvertierung bereitgestellt werden.
In einem Schritt S2 kann ein statistischer und dynamischer Grad der Ähnlichkeit (durch das Verhaltenskriterium 17) ermittelt werden. Quantitative Verhaltenskriterien für alle Mo- dellpaare werden angewendet, die mit dem Strukturkriterium kompatibel sind, d.h. auf Grundlage der vorhandenen Eingangsports 4, 5u und Ausgabeports 9, 10 ermittelt werden können. Um die Berechnungen eines Modelldefekts zu ermöglichen, ist es notwendig, die Modelloutputs oder Ausgabesignale 11, 12 zu verarbeiten, so dass sie auf derselben Zeitbasis definiert werden. Resampling ist eine standardisierte Technik, die einfach ausgeführt werden kann.
Die Inputs oder Testsignale 6, 7 und die Fehlersignale 15, 16 seinen folgende Vektoren u = (ui , ... , um) und e = (ei , ...ep ) , insbesondere von verschiedenen Dimensionen.
Beispiele für dynamische Kriterien sind: a) Energieverstärkung (L2-gain) vom Eingang u auf die Modellabweichung e:
Figure imgf000016_0001
b) Spitze-zu-Spitze-Norm oder Peak-to-Peak-gam auf Basis dei Maximum-Norm (L„-gain) von Eingang u auf die Modellabweichung e :
Figure imgf000016_0002
c) Unterschiede zwischen Bodediagrammen der Modelle auf definierten Betriebspunkten, optional auf einen bestimmten Frequenzbereich beschränkt.
d) Root-Mean-Square (RMS) -Werte der wesentlichen Unterschiede von Modellausgängen über mögliche Eingänge. Jeder dieser Indikatorwerte vergleicht zwei Modelle miteinander. Mit anderen Worten bildet das Kriterium paarweise ähnliche Indikatorwerte einiger gegebener Verhaltensmodelle. Die Indikatorwerte werden in einem Vektor für Schlüsselverhaltensindikatoren, SVI, kombiniert:
Figure imgf000017_0001
Vorteilhaft ist hierbei, dem Nutzer eine Vielfalt an solchen Indikatorwerten anzubieten. Nutzer von Verhaltensmodellen wissen normalerweise, welcher Indikatorwert zu ihren Anforderungen in einer besonderen Situation passt.
Geeignete Testsignale 6, 7 für den Vergleich können der Theorie der Systemidentifikation entnommen werden. Sie sollten folgende Eigenschaften besitzen:
Anregung aller Frequenzanteile
Abdeckung des Amplitudenumfangs aller Eingangsgrößen
Eine vollständige Hierarchisierung aller Modelle
Abnehmende Werte eines Indikators bedeuten zunehmende Modellähnlichkeit
Hierzu gibt es einige Beispiele für passende Inputsignal oder Testsignale, die dieses Kriterium erfüllen und von thoden der Systemidentifikation übernommen werden:
Summen von skalierte Harmonischen
Chirp-Signale
Sprung-Signale oder Stufensignale Pseudo-zufällige binäre Rauschsignale Gauß-Rauschen
Um für das Überprüfen der betriebsrelevanten Modelleigenschaften geeignete Inputsignale zu finden, können die für das System formal formulierten Anforderungen ausgewertet werden, um die Testsignale zu beschränken und die relevanten Frequenz- und Zeitbereiche zu identifizieren. Diese Beobachtung ist entscheidend, da die Komplexität dadurch erheblich reduziert wird; die vollständige Untersuchung der Wertebereiche der Modellvariablen kann in einigen Fällen zu komplex sein, um sie in der Praxis umsetzen zu können.
Wenn in einem Schritt S2 zwei Verhaltensmodelle als verhaltensähnlich identifiziert worden sind, die ein ähnliches Verhalten aufweisen, und die miteinander verbunden sind oder einander zugeordnet sind, können sie in einem interaktiven Modellierszenario, wie zum Beispiel beim so genannten Design- Decision-Support-System, stets gemeinsam wieder verwendet werden. Die Alternativkomponente 3 kann einem Benutzer z.B. als Alternative zur Originalkomponente 2 vorgeschlagen werden .
Dafür müssen berechnete Übereinstimmungswerte in einem
Schritt S3 gespeichert werden (STR - Store) . Dies ist in FIG 3 veranschaulicht, wobei der z.B. der SVI (Modell , Model2 ) als S12 abgekürzt ist. Eine sinnvolle Vorgehensweise ist es, ein Cluster (Graphen) von strukturell gleichen Modelltypen (Knoten) zu schaffen und den Schlüsselverhaltensindikator SVI jedes Paares zu speichern (Kanten) . Dieses Schema kann auf einfache Weise z.B. in einer Tabelle dargestellt werden.
Die Anbieter von komplexen Systemen können so große Datenspeicher (Repositories ) von Verhaltensmodellen auf unterschiedlichen Abstraktionsstufen in verschiedenen Sprachen bereitstellen. In diesem Sinne sind diese Datenspeicher heterogen. Diese heterogenen Datenspeicher spiegeln einen erheblichen Teil an intellektuellem Vermögen der Verkäufer wider. Durch das beschriebene Verfahren kann das Problem überwunden werden, einen Weg zu finden, die Modelle in den Datenspeicher (Repositories ) miteinander in Verbindung zu setzen, um so die Modelle zu finden, die die gleichen technische Vorgänge auf unterschiedliche Weise beschreiben, also z.B. einmal unter dem Aspekt Temperaturverhalten und einmal unter Aspekt Kraftstoffverbrauch .
Es hat sich gezeigt, dass der Wunsch auftritt, heterogene Modelle aus verschiedenen Gründen zu finden und zu vergleichen:
Um fehlende Teile in einem Simulationsmodel auszufüllen (Lücken)
Um Verifikationsergebnisse, die mit einfacheren Modellen erlangt worden sind, auf realistischere Modelle zu übertragen
Um als ein organisatorisches Kriterium innerhalb der heterogenen Modelldatenspeicher dienen
Eine Standardarchitektur von heterogenen Modellen schaffen
Der gespeicherte berechnete Schlüsselverhaltensindikator SVI kann auch durch ein Automatisierungshilfsmittel genutzt werden, um entweder dem Nutzer mit Vorschlägen zu assistieren oder alternative oder ähnliche Lösungen zu finden.
Eine andere Möglichkeit dieser Methode ist die automatische Generierung von gleichen Modellen. Zum Beispiel kann eine vorangegangene Systemauswertung ein Amesim-Format als Modellier- und Simulationswerkzeug nutzen. Jedoch kann das Testen von Regelalgorithmen in einer echten Hardware (z.B. Hardware- in-the-loop Simulation) eventuell z.B. Simulink oder ein anderes Simulatorformat benötigen, z.B. für einen Versuchsaufbau oder Prüfstand oder eine Simulation. Mit der Annahme, dass es gespeicherte berechnete Übereinstimmungswerte für ei- ne Amesim-Originalkomponente und eine Simulink- Alternativkomponent gibt, können diese genutzt werden, um ein verhaltensgleiches oder zumindest verhaltensähnliches
SimulinkModell zu generieren, indem man ähnliche
Simulinkkomponenten zusammenstellt .
Diese Vorgehensweise ergänzt die etablierte Ko-Simulations- Praxis in vorteilhafter Art und Weise, bei der unterschiedliche Modelle nur indirekt miteinander verbunden sind. Bei der beschriebenen Vorgehensweise besteht die Möglichkeit, engere Verbindungen zwischen den Modellen zu schaffen.
Eine weitere Anwendung dieser Vorgehensweise ist für Industrien vorteilhaft, in denen Build-to-Order (kleinere Mengen und viele Produktvarianten) ein relevanter Trend ist. In diesen Industrien ist es notwendig, verschiedene Konfigurationen des gleichen Produkts zu identifizieren, die einen Kern- Funktionsumfang haben und sich nur in einigen Eigenschaften unterscheiden. Die hier gezeigte Vorgehensweise kann genutzt werden, um diesen Funktionsumfang zu identifizieren. Durch diese Beobachtung wird klar, dass Verhaltensähnlichkeiten auch zur Realisierungen des Industry 4.0 Szenario beitragen.
Schließlich kann die Identifikation von ähnlichen Lösungen, wie es in einer morphologischen Box in einem Gerät im Bereich des Maschinenbau (machine engineering) benötigt wird, durch die Vorgehensweise der Verhaltensübereinstimmungen unterstützt wird.
Die Beispiele veranschaulichen somit die Folgenden vorteilhaften Aspekte der Erfindung:
Die Einführungen dynamischer Kriterien, und insbesondere besonders geeignete, spezifische Indikatorwerte.
Im Anwendungskontext das Organisieren und Suchen von heterogenen Modellen. Daraus ergeben sich die folgenden, bereits veranschaulichten Vorteile :
Der dynamische Modellunterschied wird auf einen numerischen Wert für jedes Kriterium reduziert.
Während es theoretisch möglich ist, die Kriterien auf Anfrage online zu berechnen, ist es vorteilhaft, die Relatio nen aller möglichen, portkompatiblen Paare durch ein Strukturkriterium vorzeitig zu berechnen und diese für den späteren Nutzen in einem Datenspeicher zu speichern. Solche „Scans" oder Überprüfungen können für zusätzliche oder verän derte Modelle z.B. über Nacht durchgeführt werden.
Durch die Betrachtung von dynamischen Kriterien (oder Indikatorwerten) anstelle von statischen Kriterien werden Entscheidungen, die auf Basis der Ähnlichkeit von Verhaltens modellen getroffen wurden, maßgeblicher für den Nutzer, weil sie in der Domäne oder mit Bezug auf Betriebsgrößen getroffe wurden, für die die Modelle eingesetzt oder betrieben werden und nicht in der Domäne des Modellierens, also des Erzeugens der Modelle oder ihrer Struktur.
Verhaltensübereinstimmungen können insbesondere bei modelbasierten Anwendungsszenarien vorteilhaft sein, wie:
Design space exploration
Automatische Erzeugung von Simulationsmodellen aus ande re Arten von Verhaltensmodellen
Automatisierte Erzeugung von neuen Modellen aus bereits vorhanden Verhaltensmodellen
Automatische Vervollständigung unvollständiger Simulati onsmodelle
Deshalb kann die Erfindung erweitert werden, sodass die Vari ablen in verschiedenen Verhaltensmodellen mit der gleichen Konstellation ausgebildet sind. In dem in FIG 4 und FIG 5 veranschaulichten Beispiel wird hierzu ein modelbasiertes Anwendungsszenario beschrieben. In dem Beispiel werden zwei Amesim-Darstellungen (Teilmodelle in Amesim-Sprache) eines elektrischen Gleichstrommotors DC mit einer Selbsterregung verglichen.
FIG 4 veranschaulicht den Betrieb des ersten Gleichstrommotors als Originalkomponente 2 und des zweiten Gleichstrommotors als Alternativkomponente 3.
FIG 5 veranschaulicht die Erzeugung der Testsignale 6, 7 und die Auswertung der Fehlersignale 9, 10 durch eine Steuereinrichtung 21 der Vorrichtung 1. Die Steuereinrichtung 21 kann z.B. durch eine Prozessoreinrichtung oder einen Computer bereitgestellt sein. Das Ergebnis für den L2-Gain vom Modellin- put (linke Seite) zum Modellfehler im dargestellten Block auf der rechten Seite von FIG 5. Wenn identische Modelle auf diese Weise verglichen werden, ist der angezeigte Wert wie erwartet gleich 0. Im gezeigten Fall zeigt der Wert 0.28 einige Unterschiede zwischen den Modellen an.
Vorteilhaft ist hierbei, dass die Simulationen tatsächlich durchgeführt werden, so dass die dynamischen Outputwerte ermittelt werden. In einer produktorientierten Implementierung würde jedes Modell für sich mit einem gegebenen Input simuliert werden und die Überprüfung des Kriteriums würde von der Simulation getrennt sein. Hierzu kann eine Schnittstelle 19 zwischen dem Prüfstand 20 und der Vorrichtung 1 vorgesehen sein, wie dies in FIG 4 und FIG 5 veranschaulicht ist.
Im Folgenden ist im Zusammenhang mit FIG 6 eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben, die in einem „Voraussetzung - Funktionen - Abstraktionskomponenten - verhaltensspezifische Komponenten-Entwicklungsprozesses (RFAD-Prozess) verwendet werden kann.
In einem Systementwicklungsprozess von komplexen Systemen, wie Autos, Flugzeugen oder Schiffen, werden zahlreiche Archi- tektur- und Verhaltensmodelle auf verschiedenen Abstraktionsstufen für unterschiedliche Zwecke wie Simulation, Steuerungsentwurf oder Verifikation erstellt. Ein praktisches Beispiel für solch ein Szenario ist die Anwendung des RFAD- Prozess, bei der Modelle verschiedener Abstraktionsstufen miteinander verbunden sind, um die Verfeinerung eines Systementwurfs durchzuführen.
Während Architekturmodelle den statischen Aspekt der System- struktur und seinen Gliederungssystem einschließlich dessen Schnittstellen umfassen, bezieht sich der Ausdruck „Verhaltensmodell" auf dynamische Modelle, die zeitabhängige Variablen enthalten, die sich mit der Zeit verändern können. Im Allgemeinen hängt die Entwicklung der zeitabhängigen Variab- len von externen Eingaben oder Anregungssignale, wie z.B. Kontrolleingaben oder Störungen, ab. Ein Verhaltensmodell kann für die Beschreibung von Betriebsaspekten der physikalischen Realität oder das Verhalten der Software genutzt werden. Insbesondere kann es auch eine Kombination aus beidem beschreiben.
Der Term „Abstraktionsebene" umfasst mehrere Aspekte: Ganzes- Teil-Beziehungen (z.B. Teilsysteme, Teilkomponente), Detailgrad eines Modells (z.B. nicht linear versus linearisiert) sowie die Auswahl an relevanten Aspekten (z.B. thermomechani- sche, akustische, Kraftstoffverbrauch) . Im RFAD-Prozess werden diejenigen Verhaltens- und Architekturmodelle miteinander verbunden, die sich auf derselben Abstraktionsebene befinden. Verhaltensmodelle werden normalerweise in kommerziellen Mo- dellier-Softwareprogrammen erstellt, wie z.B. MATLAB,
Simulink/Stateflow, LMS AMSEim, Dymola, Wolfram System
Modeler, oder Esterei SCADE. Die Modelle oder Bausteine werden mit formalen Modelliersprachen, wie die Simulink Sprache, Modelica oder C. erstellt und abgespeichert.
FIG 6 zeigt eine schematische Ansicht der Verbindungen zwischen den Anforderungen (R) , den Funktionen (F) , abstrakten Komponenten (C) und Simulationsbausteinen 23, wie sie im RFAD-Prozess angewendet werden. Da sich der Detailgrad der Modelle verschiedener Domänen oder Systemsichten (R und S in diesem Fall) , unterscheidet, bezieht sich die Verhaltensüber- einstimmung oft nur auf einen Teil der Variablen des Verhaltensmodells wohingegen die übrigen Variablen nicht berücksichtigt werden.
In der abstrakten Komponentensicht wird gemäß FIG 6 die Menge der durch die Systemanforderungen eingeschränkten Variablen 22 aus der Menge aller Variablen VL, mit VL Λ bezeichnet. In der Simulationssicht wird die durch die Systemanforderungen eingeschränkte Menge von Variablen aus der Menge aller Variablen Vs, mit Vs Λ bezeichnet.
Vorteilhaft ist die Nutzung der beschriebenen quantitativen Maßstäbe der Verhaltensübereinstimmungen, um die Modelle miteinander zu verbinden. Dabei wird berücksichtigt, dass dies dynamische Kriterien sind.
Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung eine Verhaltensähnlichkeit von Verhaltensmodellen für eine Simulation oder eine Reglerentwicklung oder eine Reglerverifikation berechnet werden kann.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
2 Originalkomponente
3 Alternativkomponente 4, 5 Eingangsport
6, 7 Testsignal
8 Auslassungspunkte
9, 10 Ausgabesignal
11, 12 Ausgabeport
13 Auslassungspunkte
14 Differenzbildung
15, 16 Fehlersignal
17 Verhaltenskriterium
19 Schnittstellen
20 Prüfstand
21 Steuereinrichtung
22 Betriebsvoraussetzungen
23 Simulationsbausteine

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren für ein System, beispielsweise ein Kraftfahrzeug oder ein Schiff oder ein Flugzeug oder einen Simulator, um zu einer Originalkomponente (2) des Systems mindestens eine verhaltensähnliche Alternativkomponente (3) zu finden, mit den Schritten :
- Bereitstellen zumindest einer möglichen Alternativkomponente (3), welche mindestens einen Eingangsport (4, 5) und min- destens einen Ausgabeport (11, 12) aufweist, wie ihn jeweils auch die Originalkomponente (2) aufweist;
- Beaufschlagen der Originalkomponente (2) und jeder möglichen Alternativkomponente (3) mit einem jeweiligen Testsignal (6, 7) an dem jeweiligen mindestens einen Eingangsport (4, 5);
- Erfassen eines jeweiligen, einen jeweiligen zeitlichen Verlauf einer Reaktion auf das mindestens eine Testsignal (6, 7) beschreibenden Ausgabesignals (11, 12) an dem mindestens einen Ausgabeport (9, 10) der Originalkomponente (2) und jeder möglichen Alternativkomponente (3);
- für jedes Komponentenpaar aus der Originalkomponente (2) einerseits und jeweils einer möglichen Alternativkomponente (3) andererseits: Bilden eines jeweiligen Fehlersignals (15, 16) aus jedem Ausgabesignal (9, 10) jedes Ausgabeports (11, 12) der Originalkomponenten (2) und dem Ausgabesignal (9, 10) des entsprechenden Ausgabeports (11, 12) der möglichen Alternativkomponente (3) und Zusammenfassen jedes Fehlersignals (15, 15) zu einem jeweiligen Indikatorwert und Bilden eines Schlüsselverhaltensindikator (18), SVI, aus jedem Indikator- wert des Komponentenpaares;
- Auswählen jeder möglichen Alternativkomponente (3), bei welcher der Schlüsselindikatorwert (18) ein vorbestimmtes Ähnlichkeitskriterium erfüllt;
- Bereitstellen jeder ausgewählten Alternativkomponente (3) als die mindestens eine verhaltensähnliche Alternativkomponente (3) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Originalkomponente (2) und jede mögliche Alternativkomponente (3) mehrere Ausgabeports (11, 12) aufweist und die sich aus den mehreren Fehlersignalen (15, 16) ergebenden Indikatorwerte zu einem Vek- tor als Schlüsselverhaltensindikator (18) zusammengefasst werden .
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei aus dem mindestens einen Fehlersignal (15, 16) jedes Kompo- nentenpaares insgesamt mindestens eine Signalnorm, insbesondere eine L2-Norm und/oder eine Spitze-zu-Spitze-Norm, und/oder ein gewichteter Mittelwert und/oder ein RMS-Wert berechnet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Bilden mindestens eines Indikatorwerts jedes Komponentenpaares jeweils das zugehörige Fehlersignal (15, 16) durch ein an einem Eingangsport (4, 5) bereitgestelltes Testsignal (6, 7) oder ein aus dem Fehlersignal (15, 16) gebildeter Wert durch einen aus dem Testsignal (6, 7) gebildeten Wert dividiert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Bilden mindestens eines Fehlersignals (15, 16) ein jewei- liges Bode-Diagramm der Originalkomponente (2) und/oder der möglichen Alternativkomponente (3) zugrunde gelegt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an mindestens einem Eingangsport (4, 5) und/oder mindestens einem Ausgabeport (11, 12) jeweils eine Signalanpassungseinrichtung für eine Einheitenkonvertierung bereitgestellt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Ausgabesignal (9, 10) durch eine Abtastungs- einrichtung an das korrespondierene Ausgabesignal (9, 10) und/oder an ein Testsignal (6, 7) in Bezug auf die Abtastrate angeglichen wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Testsignal (6, 7) auf einen Frequenzbereich und/oder Zeitverlaufsbereich beschränkt wird, in welchem im Betrieb der Originalkomponente (2) ein jeweils korrespondierendes Anregungssignal einen vorbestimmten Mindestanteil einer Signalenergie aufweist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System eine Simulationsvorrichtung ist und die Originalkomponente (2) ein erstes dynamisches Modell und jede möglichen Alternativkomponente (3) jeweiliges dynamisches Modell, das von dem ersten dynamischen Modell in Bezug auf einen Modellaspekt verschieden ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Orignalkomponente (2) ein Simulationsmodell eines zu entwickelnden Moduls eines Geräts und jede mögliche Alternativkomponente (3) ein dynamisches Simulationsmodell, welches einen größeren Detailgrad als die Originalkomponente und/oder einen zusätzlichen technischen Aspekt nachbildet.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Originalkomponente (2) und mindestens eine mögliche Alternativkomponente (3) in einer unterschiedlichen Programmiersprache bereitgestellt sind.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei aus einem Simulationsmodell mit mehreren miteinander verknüpften Originalkomponenten (2) ein Äquivalenzmodell erzeugt wird, indem jede Originalkomponente (2) durch eine verhaltensähnliche Alternativkomponente (3) ersetzt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei in einem RFAD-Prozess zu einem MLD-Modell als Originalkomonente (2) ein für einen vorbestimmten Simulator vorgesehenes Simulationsmodell als verhaltensähnliche Alternativkomponente (3) ermittelt wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei einem Benutzer aus jeder ausgewählten Alternativkomponente (3) mindestens eine als Ersatz für die Originalkomponente (2) vorgeschlagen wird.
15. Vorrichtung (1), die dazu ausgelegt ist, eine Originalkomponente (2) und eine Alternativkomponente (3) mit mindestens einem Testsignal (6, 7) zu beaufschlagen und bei der Originalkomponente (2) und der Alternativkomponente (3) jeweils einen jeweiligen zeitlichen Verlaufs mindestens eines eine Reaktion auf das mindestens eine Testsignal (6, 7) beschreibenden Ausgabesignals (9, 10) zu erfassen, wobei die Vorrichtung hierzu eine Steuereinrichtung aufweist, die dazu ausgelegt ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen .
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