Model-Based Design (MBD) on matemaattinen ja visuaalinen menetelmä ohjaus- , signaalinkäsittely- ja viestintäjärjestelmien suunnitteluun liittyvien ongelmien ratkaisemiseen [1] [2] . MOS:ää käytetään usein liikkeenohjauksessa teollisuuslaitteissa, ilmailu- ja autoteollisuudessa. MOP on menetelmä, jota käytetään sulautettujen ohjelmistojen kehittämiseen .
MOP määrittelee vuorovaikutuksen kokonaisrakenteen suunnitteluprosessissa toteuttaen tehokkaasti V-muotoisen kehityssyklin .
Mallipohjaisessa ohjausjärjestelmän suunnittelussa kehitys tapahtuu neljässä vaiheessa:
MOP-periaatteet eroavat merkittävästi perinteisestä suunnittelumenetelmästä. Monimutkaisten ohjelmointikoodien kirjoittamisen sijaan kehittäjät voivat parantaa mallin suorituskykyä MOS:n avulla käyttämällä vakioaikaisia ja diskreettejä toimintolohkoja. Näin rakennetut mallit yhdessä mallinnustyökalujen käytön kanssa voivat johtaa nopeasti ohjausjärjestelmän prototyypin luomiseen, testaukseen ja ohjelmiston todentamiseen. Joissakin tapauksissa laitteisto-ohjelmisto-simulaatiota voidaan käyttää suunnittelutyökaluna, jolla testataan järjestelmän dynaamisia vaikutuksia nopeammin ja tehokkaammin kuin perinteinen suunnittelumenetelmä.
Jotkut MOP:n merkittävimmistä eduista perinteiseen lähestymistapaan verrattuna ovat:
Sähkötekniikan nousuun liittyy innovatiivisten ja edistyneiden ohjausjärjestelmien syntyminen. Vielä 1920-luvulla kaksi tekniikan alaa , ohjausteoria ja ohjausjärjestelmät, yhdistyivät mahdollistaen yksittäisten laajamittaisten järjestelmien luomisen. Aluksi ohjausjärjestelmiä käytettiin laajasti teollisuusympäristöissä. Suuret yritykset ovat alkaneet käyttää ohjaimia jatkuvien muuttujien, kuten lämpötilan, paineen ja virtausnopeuden, ohjaamiseen. Tikaspiireihin rakennetut sähköiset releet olivat ensimmäisiä erillisiä ohjauslaitteita, jotka automatisoivat koko valmistusprosessin.
Ohjausjärjestelmät ovat saaneet vauhtia pääasiassa auto- ja ilmailuteollisuudessa. 1950- ja 1960-luvuilla avaruuskävelyt herättivät kiinnostusta sulautettuihin ohjausjärjestelmiin. Insinöörit ovat rakentaneet ohjausjärjestelmiä, kuten moottorin ohjausyksiköitä ja lentosimulaattorin , jotka voivat olla osa lopputuotetta. 1900-luvun loppuun mennessä sulautetut ohjausjärjestelmät olivat kaikkialla, sillä jopa kodin esineet, kuten pesukoneet ja ilmastointilaitteet, sisälsivät monimutkaisia ja kehittyneitä ohjausalgoritmeja, joiden ansiosta niistä tuli paljon älykkäämpiä.
Vuonna 1969 esiteltiin ensimmäinen tietokoneistettu ohjain. Varhaiset ohjelmoitavat logiikkaohjaimet (PLC:t) jäljittelivät olemassa olevien erillisten ohjaustekniikoiden toimintaa, joissa käytettiin vanhoja askelreleita. Tietotekniikan tulo on tuonut radikaaleja muutoksia jatkuvien ja erillisten sääntelijöiden markkinoille. Julkinen pöytätietokone, jossa on asianmukainen laitteisto ja ohjelmisto, voi käsitellä koko prosessia, suorittaa monimutkaisia, vakiintuneita PID-algoritmeja tai toimia hajautettuna ohjausjärjestelmänä (DCS) .
Mallinnustyökaluja on käytetty pitkään, mutta perinteiset tekstipohjaiset menetelmät eivät riitä nykypäivän monimutkaisiin ohjausjärjestelmiin. Graafisten työkalujen rajoituksista johtuen suunnitteluinsinöörit ovat aiemmin luottaneet pääasiassa tekstiohjelmointiin ja matemaattisiin malleihin, mutta tekstiohjelmien virheenkorjaus on erittäin työläs prosessi, joka vaatii paljon yritystä ja erehdystä ennen lopullisen täysin toimivan moduulin luomista. Lisäksi matemaattisiin malleihin tehdään merkittäviä muutoksia, jotka kulkevat eri suunnitteluvaiheiden läpi.
Nämä ongelmat ratkaistaan kaikilla suunnittelun osa-alueilla jo käytössä olevien graafisten mallinnustyökalujen avulla. Tällaiset työkalut muodostavat yhden ympäristön graafista mallintamista varten, vähentävät mallin rakentamisen monimutkaisuutta ja hajottavat sen erillisiin lohkoihin, joista jokainen on suunniteltu itsenäisesti. Näin suunnittelijat voivat saavuttaa korkean tarkkuuden yksinkertaisesti korvaamalla yhden lohkon toisella. Graafiset mallit ovat myös paras tapa dokumentoida insinöörien ideoita. Tämä auttaa insinöörejä ymmärtämään koko järjestelmää ja yksinkertaistaa mallin siirtämistä vaiheesta toiseen suunnittelun aikana. Boeingin EASY5-simulaattori oli yksi ensimmäisistä simulointityökaluista, jossa oli graafinen käyttöliittymä.
Sulautettuja ohjausjärjestelmiä suunnitellessaan suunnittelijat kohtasivat kaksi haastetta - kehitysjaksojen lyhentäminen ja suunnittelun monimutkaisuuden lisääminen. Hajota ja hallitse -strategia tällaisten monimutkaisten järjestelmien kehittämiseksi tarkoittaa eri alojen asiantuntevien ihmisten koordinointia. Perinteinen tekstipohjainen lähestymistapa sulautettujen ohjausjärjestelmien suunnitteluun ei ole tarpeeksi tehokas käsittelemään kehittyneitä monimutkaisia järjestelmiä.