Die Modelle des digitalen Zwillings
Bild 2: Der digitale Zwilling wird in der Engineering-Prozesskette über den gesamten Lebenszyklus mit Informationen angereichert. Dadurch können alle Beteiligten von bereits erfasstem Wissen über das reale System profitieren (Quelle: Lenze Automation GmbH)
Die Bildung von Modellen dient Wissenschaftlern und Ingenieuren seit Generationen dazu, komplexe Sachverhalte mathematisch beschreibbar und besser begreifbar zu machen. Heutzutage wird der Begriff Modell häufig synonym zu computergestützten Modellen und Simulationen verwendet. Trotz der wachsenden Möglichkeiten dieser Technologie gelten für den sinnvollen Einsatz weiterhin dieselben Grundsätze. Modelle sollten in jeder Phase und für jede Anwendung so einfach wie möglich und so genau wie nötig sein. In der Regel ist es nicht notwendig, die Physik vollständig abzubilden, sondern nur für den jeweiligen Anwendungsfall hinreichend genau. Dazu werden verschiedene Prinzipien zur Modellbildung angewandt:
- Abgrenzung: nichtrelevante Objekte werden im Modell nicht berücksichtigt.
- Reduktion: Objektdetails werden nicht übernommen.
- Abstraktion: Objekte werden durch abstrakte Ersatzmodelle substituiert.
- Dekomposition: Objekte werden in einzelne Segmente zerlegt.
- Aggregation: mehrere Objekte werden vereinigt.
Funktionsmodellierung
Die Funktionsmodellierung oder auch Functional Modeling bezeichnet im System Engineering einen Ansatz zur strukturierten Abbildung von Funktionen und Abläufen in einem Modell. Modelica ist eine herstellerneutrale Modellierungssprache für physikalische Modelle. Die Beschreibung des Systemverhaltens erfolgt dabei durch die logische Verknüpfung von Funktionselementen und -blöcken. Neben dem Automotive-Bereich mit Anwendern, wie Audi, BMW, Daimler, Ford, Toyota und VW, findet Modelica Anwendung im Kraftwerksbau [1]. Verschiedene Anbieter bieten Lösungen für die funktionale Modellierung an. Dymola von Dassault Systems ermöglicht Simulation auf Basis von Modelica-Modellbeschreibungen [2]. Modelon, inzwischen ebenfalls Teil von Dassault Systems, ist ein Anbieter von Softwarelösungen für die Systemmodellierung und -simulation mit einer starken Fokussierung auf FMI [3].
Einen Ansatz zur Standardisierung von Modellschnittstellen stellt das Functional Mock-up Interface (FMI) dar. Mit FMI können sowohl funktionale Verhaltensmodelle als C++-Code oder DLL gekapselt werden, wie auch standardisierte Schnittstellen für den Austausch von Daten zur Co-Simulation genutzt werden.