RM Mekatronik İleri Mühendislik Hesaplamaları

MODELLEME ve SİMÜLASYON (BENZETİM)

Nisan 20'sinde gönderildi.

Sistem karmaşıklığının anlaşılabilmesi ve yönetilebilmesi için sistemlerin modellerinin çıkartılması ve benzetimlerinin yapılması, sistemlerin kurulmadan önce, emniyet, performans ve çalışma şartlarının değerlendirilmesinde önemli bir yere sahiptir. Modelleme ve simülasyon teknikleri aynı zamanda kurulu sistemlerin optimizasyonu ve çeşitli senaryolar gerçekleştirildiğinde sistemin davranışlarının analizi için de kullanılmaktadır.

Sistemler, içerisinde birbirileri ile etkileşim halinde olan, davranışlarını incelemek istediğimiz nesneler bütünü olarak tanımlanabilir. Büyük ölçekli tasarım sistemlerde, neden sonuç ilişkilerinin çeşitli deneyler ile araştırılması tehlikeli ve zor olabilir. Aynı zamanda gerçek sistem deneylerinde bazı parametrelere ulaşmak mümkün olamamaktadır. Bununla birlikte, deneyler ile araştırılacak sistemlerde değişken ölçütleri - gezegen sisteminin oluşum simülasyonlarında milyarlarca yıllık bir sürecin izlenmesi gibi - gerçek yaşamda sağlanamayabilir. Bu gibi durumlarda modelleme tekniği bir çok mühendislik disiplininde iyi bir tasarım için anahtar rol oynamaktadır.

Fiziksel modelleme, matematiksel modelleme, sözel modelleme gibi bir çok modelleme yöntemleri mevcuttur. Bilgisayar hesaplama teknolojilerinin ilerlemesi ile birlikte bir çok büyük sistemin sayısal ortamda modellenmesi, hesaplamaların yapılması analiz, simülasyon ve optimizasyonlarının gerçekleştirilmesi hatta 3d (üç boyutlu) animasyon olanağı ortaya çıkmıştır. Bu tür modelleme çalışmalarında, kullanılacak araçlar ne olursa olsun, model oluşturulmasında en önemli unsur modelleri oluşturan kişi yada araştırma gruplarıdır. Model oluşturma ve analizler esnasında belli başlı hatalara düşülmektedir.

Bu hatalar;

- Modele aşırı güven duymak (Pygmalion etkisi)

- Modeli gerçeğe uydurmaya çalışmak (Procrustes etkisi)

- Modeldeki, basitleştirme ve kabullerden dolayı ortaya çıkacak hataları ihmal etmek şeklinde gerçekleşebilir.

Matematiksel modelleme üç çeşit olabilmektedir. Beyaz, gri ve siyah modelleme yöntemleri mevcuttur. Beyaz paket modellemelerde sistemin davranışlarının tümü analitik denklemler ile ifade edilebilmektedir. Siyah paket modellemelerde sistemin davranışları analitik olarak ifade edilememekte, deneysel verilerden yola çıkılarak yaklaşım fonksiyonları ile modelleme yapılmaktadır. Gri paket modellemelerde ise hem analitik hem de yaklaşım fonksiyonları kullanılmaktadır.

Modelleme tekniklerinde farklı bir sınıflandırma da nedensellik ilkesine göre yapılmaktadır. Günümüze kadar geliştirilen modelleme ve programlama yazılımlarının birçoğu, matematiksel denklemlerinin, kod satırlarının ardışık olarak tek yönlü sıralı bir araya getirilmesi üzerine algoritmalarını kurmuşlardır.

Şekil : Blok şeklinde sıralı modelleme

Günümüzde nesne tabanlı programlama dillerinin geliştirilmesi ile birlikte mühendislik tasarımları, 3d modelleme ve simülasyonlar için özel mühendislik yazılımlarında da nesne tabanlı, nedensellik ilkesine dayanmayan yazılım uygulamaları ve yazılım dilleri geliştirilmektedir. Bu tür yazılımlarda, model, sistem içerisindeki parçaların birbirleri ile bağlandığı şekilde model kütüphanelerindeki bileşenlerin bağlanması ile kurulabilmektedir.

Şekil: Nesne tabanlı modelleme

Yeni nesil nesne tabanlı uygulama dillerine örnek olarak Modelica dili verilebilir. Modelica dili, kar amacı gütmeyen uluslararası Modelica topluluğu tarafından geliştirilmekte ve internet üzerinden ücretsiz olarak kütüphaneleri dağıtılmaktadır. Kütüphaneler hakkında bilgi edinmek için tıklayınız.