Flussmodell in der Echtzeit-HiL-Simulation
Die Berechnungsdauer ist unabhängig von der Anzahl der Güter, ist aber proportional zur Gittergröße. Je weniger Gitterfelder berechnet werden, desto ungenauer ist die Simulation – desto schneller kann sie jedoch werden. Um eine Berechnung im Steuerungstakt zu gewährleisten, muss möglicherweise eine grobe Diskretisierung gewählt werden. Das hat wiederum Auswirkungen auf die Realitätsnähe der Ergebnisse. Ein zu grobes Gitter führt zu schlechteren Ergebnissen. Abhängig vom Anwendungsfall führt jedoch auch ein beliebig feines Gitter nicht zu optimalen Ergebnissen. Die richtige Balance zwischen Rechendauer und Realitätsnähe ist abhängig vom Anwendungsfall. Außer der Diskretisierung zur Verringerung der Rechendauer, kann die Berechnung auch parallelisiert werden. Für einzelne Zeitschritte können die Gitterfelder getrennt voneinander und daher auch parallel berechnet werden. Da es sich um eine Matrix handelt, bietet sich eine Parallelisierung auf dem Grafikprozessor an. Je nach Implementierung kann diese durch die Parallelisierung um das Hundertfache beschleunigt werden. Herausfordernd ist hierbei insbesondere die große Menge an Daten, die zwischen dem Hauptprozessor und dem Grafikprozessor übertragen werden müssen. Es ist möglich durch Lokalisierungsmethoden aus der Dichteverteilung die einzelnen Güterpositionen zu berechnen. Die Methoden können entweder zeit- oder ortsabhängig angewendet werden. Im ersten Fall werden alle Güterpositionen zu einem bestimmten Zeitpunkt berechnet. Dabei muss berücksichtigt werden, dass diese Umrechnung in der Regel nicht innerhalb eines Taktes erfolgen kann. Für die zweite Variante wird nur ein Anteil der Dichteverteilung betrachtet, bestimmte Gitterfelder in der Umgebungsdarstellung. Aus dem prozentualen Anteil der Dichte innerhalb dieser Felder im Verhältnis zur Gesamtdichte, wird die Anzahl der Güter bestimmt und deren Position mithilfe der Lokalisierungsmethoden berechnet. Diese Variante ist besonders geeignet, wenn die Positionen in bestimmten Bereichen benötigt werden. Die zurückgerechneten Positionen stimmen jedoch weniger mit der Realität überein als wenn die gesamte Dichteverteilung umgerechnet wird. Um das Flussmodell für eine HiL-Simulation einzusetzen, werden diskrete Signale aus dem kontinuierlichen Fluss generiert, da die Steuerung nicht direkt mit der Dichteverteilung arbeiten kann. Es ist kontraproduktiv und aus Gründen der Berechnungsdauer nicht möglich, in jedem Takt die Position aller Güter aus der Dichteverteilung zu berechnen. Zweckmäßiger ist es, einzelne Bereiche umzurechnen, in denen die genaue Position der Güter relevant ist. Das kann z.B. an einer Vereinzelungsstelle oder einer Sortieranlage sein. Alternativ oder zusätzlich können andere Größen betrachtet werden. Der Ausfluss beschreibt die Menge an Gütern, die eine bestimmte Stelle in der Simulation passiert haben. Dies kann für die Zählung der Güter in bestimmten Bereichen genutzt werden. Der Wert kann über die Summe der Dichte in den entsprechenden Gitterfeldern berechnet werden.
Anwendung des Flussmodells
Die Anwendung des Flussmodells lohnt sich für die Betrachtung großer Mengen an Stückgütern mit gleicher Geometrie. Es sollte nicht notwendig sein, durchgehend auf die exakte Position der Stückgüter zuzugreifen. Im Gegenzug können Mengen simuliert werden, die nicht mehr mit physikbasierten Modellen berechnet werden können. Dabei spielt die genaue Anzahl der Stückgüter keine Rolle, nur der betrachtete Bereich. Das in diesem Artikel beschriebene Projekt ist DFG-gefördert (Projektnummer 327964174 OptiPlant) und eine Zusammenarbeit des ISW der Universität Stuttgart und des Lehrstuhls für wissenschaftliches Rechnen der Universität Mannheim.
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