Co-Simulation oder Modelica. Kopplung von Simulationswerkzeugen. oder Sprach-Standardisierung? Dr.-Ing. Wilhelm Tegethoff

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1 : Kopplung von Simulationswerkzeugen oder Sprach-Standardisierung? Dr.-Ing. Wilhelm Tegethoff Institut für Thermodynamik, TU Braunschweig TLK-Thermo GmbH

2 Übersicht 1. Koppelung thermischer Systeme im Fahrzeug (Ist-Zustand) 2. Weg A: Standardisierte Software-Koppelung 3. Weg B: Einheitliche Simulation unter Modelica 4. Kombination von Weg A und Weg B 5. Fazit und Zusammenfassung

3 Übersicht 1. Koppelung thermischer Systeme im Fahrzeug (Ist-Zustand) 2. Weg A: Standardisierte Software-Koppelung 3. Weg B: Einheitliche Simulation unter Modelica 4. Kombination von Weg A und Weg B 5. Fazit und Zusammenfassung

4 1. Koppelung thermischer Systeme Gekoppelte Simulation thermischer Systeme im Fahrzeug Klimakreislauf HVAC Unit Fahrgastzelle Kühlkreislauf Ölkühlung, Ladeluftkühlung Motorraumdurchströmung Modelica-Dymola CFD / Simulink CFD / Theseus Flowmaster / Kuli Flowmaster / Kuli CFD / Kuli

5 1. Koppelung thermischer Systeme Vereinfachter Ist-Zustand (nicht zufrieden stellend) Koppelung über Dateien Koppelung über DLL, CORBA etc. Simulink Experiment CFD Kuli Flowmaster Modelica/Dymola

6 Übersicht 1. Koppelung thermischer Systeme im Fahrzeug (Ist-Zustand) 2. Weg A: Standardisierte Software-Koppelung 3. Weg B: Einheitliche Simulation unter Modelica 4. Kombination von Weg A und Weg B 5. Fazit und Zusammenfassung

7 2. Weg A: Standardisierte Software-Koppelung Standardisierung der Koppelung bzgl. Physik, Mathematik, Numerik, Software, Hardware, Benutzerschnittstelle, Zertifizierung,... Modelica/ Dymola CFD Simulink Kuli Middleware Flowmaster Experiment Middleware: EXITE (CORBA,MPI) TISC (Sockets) MpCCI (MPI) usw.

8 2. Weg A: Standardisierte Software-Koppelung Plattform unabhängige TISC-Schnittstellen Vorhanden Modelica/Dymola StarCD Fluent Matlab/Simulink StateViewer,... Flowmaster Bibliotheken für C, C++,.Net und Fortran LabVIEW Trnsys In Entwicklung Ansys COM-Schnittstelle Geplant KULI Excel Theseus GT-Cool

9 2. Weg A: Standardisierte Software-Koppelung Anwendungsbeispiel: Visualisierung von Prüfstandsmessungen im StateViewer

10 2. Weg A: Standardisierte Software-Koppelung Vorteile der standardisierten Software-Kopplung (Weg A) Nutzung bestehender Simulationsmodelle Expertenwissen über verwendete Programme wird weiter genutzt Auswahl des besten Tools für einzelne Problemstellungen Durch Standardisierung nur eine Schnittstelle notwendig Einfaches Austauschen einzelner Modelle / Teilsimulationen Numerische Entkopplung von Zeitschrittweiten möglich

11 Übersicht 1. Koppelung thermischer Systeme im Fahrzeug (Ist-Zustand) 2. Weg A: Standardisierte Software-Koppelung 3. Weg B: Einheitliche Simulation unter Modelica 4. Kombination von Weg A und Weg B 5. Fazit und Zusammenfassung

12 3. Weg B: Einheitliche Simulation unter Modelica Sprachstandard zur Modellierung physikalischer Systeme VehicleDynamics MultiBody AirConditioning FuelCell PowerTrain Electrical ThermoFluid HydraulicLib... Formulierung hybrider Algebro-DGL-Systeme Zusammenführung unterschiedlicher Simulations-Sprachen innerhalb der Modelica Association (seit 1996) Modelica ist eine Sprache und kein Produkt einer Firma

13 3. Weg B: Einheitliche Simulation unter Modelica Die Sprache Modelica: Beispiel Kältekreislauf

14 3. Weg B: Einheitliche Simulation unter Modelica model Receiver... der(u) = inlet.hdot + outlet.hdot; p = Refrigerant.pSat(T);... end Receiver; model ACCycle Valve valve; Gascooler gascooler; Receiver receiver; Evaporator evaporator; Compressor compressor; equation connect(receiver.outlet, compressor.inlet); connect(compressor.outlet, gascooler.inlet); connect(gascooler.outlet, valve.inlet); connect(valve.outlet, evaporator.inlet); connect(evaporator.outlet, receiver.inlet); end ACCycle; model DensoCompressor extends Compressor;... end DensoCompressor;

15 3. Weg B: Einheitliche Simulation unter Modelica Methodenentwickler model ACCycle Valve valve; Gascooler gascooler; Receiver receiver; Evaporator evaporator; Compressor compressor; equation connect(receiver.outlet, compressor.inlet); connect(compressor.outlet, gascooler.inlet); connect(gascooler.outlet, valve.inlet); connect(valve.outlet, evaporator.inlet); connect(evaporator.outlet, receiver.inlet); end ACCycle; Simulationsspezialist Konstrukteur

16 3. Weg B: Einheitliche Simulation unter Modelica Modelica Gleichungsbasierte Modellierung im Gegensatz zur Signalfluss-orientierten Modellierung von SIMULINK Objektorientierte Sprache: ideal zum Aufbau von großen Bibliotheken, Wiederverwertbarkeit, Teamarbeit Simulatoren: Dymola, 20-Sim, Mosilab, OpenModelica, AMESim, SimulationX, etc... Anwender: Methodenentwickler, Simulationsspezialist, Konstrukteur

17 3. Weg B: Einheitliche Simulation unter Modelica Vorteile der einheitlichen Simulation unter Modelica (Weg B) Optimale Kommunikation und Standardisierung zwischen Abteilungen und Zulieferern möglich Kürzere Zeiten in der Methodenentwicklung und in der Berechnung Erweiterbarkeit durch objektorientierte Bibliotheken Nachhaltige Umsetzung des eigenen Expertenwissens Geringere Abhängigkeit von Software-Firmen durch Open-Source und Unabhängigkeit von Simulatoren

18 3. Weg B: Einheitliche Simulation unter Modelica Standardisierung der Kältekreislaufsimulation in der deutschen Automobilindustrie Teilnehmende OEM: BMW, DaimlerChrysler, Volkswagen/Audi Entscheidung für Bibliothek AirConditioning unter Modelica/Dymola nach Auswahlverfahren Der Zulieferer soll nicht nur die Komponente, sondern auch das Simulationsmodell liefern TLK-Thermo GmbH als Schnittstelle zwischen OEM und Zulieferer; Zertifizierung und Modellerstellung

19 Übersicht 1. Koppelung thermischer Systeme im Fahrzeug (Ist-Zustand) 2. Weg A: Standardisierte Software-Koppelung 3. Weg B: Einheitliche Simulation unter Modelica 4. Kombination von Weg A und Weg B 5. Fazit und Zusammenfassung

20 4. Kombination von Weg A und Weg B Weg A: Koppelungsplattform master Experiment CFD Simulink Kuli Flow- Weg B: Modelica Standardisierung der Koppelung bzgl. Physik, Mathematik, Numerik, Software, Hardware, Benutzerschnittstelle, Zertifizierung,...

21 4. Kombination von Weg A und Weg B Weg A: Koppelungsplattform Flowmaster Experiment CFD Simulink Kuli Weg B: Modelica Ersetzen von Teilfunktionalität durch Modelica

22 4. Kombination von Weg A und Weg B Weg A: Koppelungsplattform Experiment CFD Weg B: Modelica / Simulink, Kuli, Flowmaster Unterstützung von Modelica durch unterschiedliche Simulationswerkzeuge

23 Übersicht 1. Koppelung thermischer Systeme im Fahrzeug (Ist-Zustand) 2. Weg A: Standardisierte Software-Koppelung 3. Weg B: Einheitliche Simulation unter Modelica 4. Kombination von Weg A und Weg B 5. Fazit und Zusammenfassung

24 5. Fazit und Zusammenfassung Die Simulation gekoppelter Systeme erfordert im Hinblick auf Kosten, Effektivität und Zeitersparnis eine Standardisierung Weg A: Standardisierung der Koppelung von Werkzeugen bzgl. Physik, Mathematik, Numerik, Software, Hardware, Benutzerschnittstelle und Zertifizierung Weg B: Werkzeugunabhängige Standardisierung der Sprache wie z.b. Modelica, VHDL-AMS Weg A und Weg B stehen in Konkurrenz zueinander, ergänzen sich aber auch In Kombination führen Weg A und Weg B effektiver zum Ziel A B