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Domänenübergreifende Modellierung und Simulation als Grundlage für Virtuelle Testbeds

ISBN: 978-3-86359-283-7

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Kurzübersicht

Virtuelle Testbeds sind Software-Umgebungen zur multidisziplinären Entwicklung komplexer Systeme. Diese sollen physikalische Prototypen nicht nur weitgehend ersetzen, sondern erlauben auch die Extrapolation auf Entwicklungsvorhaben, für die ein physikalischer Prototyp nur schwer oder unter hohen Kosten realisierbar ist. Ausschlaggebend für die Effektivität dieses Ansatzes ist eine allgemeine Struktur zur domänenübergreifenden Modellierung und Simulation von Prozessen, Komponenten und Systemen.

Domänenübergreifende Modellierung und Simulation als Grundlage für Virtuelle Testbeds

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Details

In der vorliegenden Dissertation wird ein Konzept für die ganzheitliche Entwicklung technischer Systeme auf Basis Virtueller Testbeds untersucht, ausgearbeitet und umgesetzt. Ausschlaggebend für die Effektivität dieses Ansatzes ist eine allgemeine Struktur zur domänenübergreifenden Modellierung und Simulation von Prozessen, Komponenten und Systemen.

 

Ein Virtuelles Testbed ist ein Software-Framework zur multidisziplinären Entwicklung komplexer Systeme. Es soll den für das Zielsystem relevanten Weltausschnitt vollständig virtuell abbilden. Im praktischen Betrieb sollen Virtuelle Testbeds physikalische Prototypen nicht nur weitgehend ersetzen, sondern erlauben auch die Extrapolation auf Entwicklungsvorhaben, für die ein physikalischer Prototyp nur schwer oder unter hohen Kosten realisierbar ist. Ausgehend von dieser Idee wird ein konkretes Konzept zur Etablierung eines übergreifenden Entwicklungsprozesses auf Basis Virtueller Testbeds erarbeitet und daraus Anforderungen an ein Software-Framework abgeleitet. Ein Überblick über den Stand der Simulationstechnik zur rechnergestützten Entwicklung zeigt auf, dass zurzeit weder domänenübergreifende Simulationswerkzeuge allein, noch die wenig standardisierte Kopplung domänenspezifischer Simulationen den aufgestellten Anforderungskatalog abdecken können.

 

Im Kern der Dissertation wird das Problem der Gesamtsystemintegration für heterogene multidisziplinäre Systeme in mehrere Teilprobleme zerlegt und gelöst. Zur Verknüpfung der Simulation physikalischer Prozesse wird eine bidirektionale Leistungskopplung als domänenübergreifender Standard eingesetzt. Zur Erzeugung und Verwaltung großer Netzwerke von simulierten Komponenten wird ein einheitliches Schnittstellenkonzept vorgestellt. Die Kommunikation mit externen Systemen (Co-Simulation, Hardware, externe Regler etc.) wird auf dieses Schnittstellenkonzept abgebildet. Zur Demonstration des Konzepts werden Referenzimplementierungen, angefangen von der Starrkörperdynamik über die Bodenmechanik bis hin zur Simulation von Aktuatoren und Sensoren, integriert.

 

Der Fokus der Anwendungen wird zunächst auf das Gebiet der mobilen Robotik und der Weltraumrobotik gerichtet. Die Abbildung des gesamten Roboters und seiner Umwelt in einem virtuellen Modell unterstützt eine simulationsbasierte Handlungsplanung und eröffnet damit neue Möglichkeiten zur Steigerung der Autonomie mobiler Systeme. Darüber hinaus sind die erarbeiteten Konzepte allgemein für innovative Ingenieursleistungen anwendbar.

Zusatzinformation

Autor Rast, Malte
ISBN/Artikelnr. 978-3-86359-283-7
Gewicht 0.350 kg
Erscheinungsdatum 06.03.2015
Lieferzeit 3-4 Tage
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