Modelica によるモデルベースシステム開発入門

『Modelica によるモデルベースシステム開発入門』 (平野豊 著、TechShare、2017 年 11 月刊) は、物理システムを方程式で記述するモデリング言語 Modelica と、シミュレーションのモデルをツールの間で受け渡す規格 FMI (Functional Mockup Interface) を使って、モデルベース開発を実際の業務に当てはめる方法を解説した本です。版元の通販サイトでは、書名に「Modelica と FMI の活用による実践的モデルベース開発」が添えられています。

版元の案内では、本書は Modelica の言語の解説にとどまらず、実践例から得た Modelica の活用の知見と、初心者が陥りがちな注意点を紹介し、Modelica と FMI を実際の開発業務に適用する際のノウハウを扱います。著者が実際に行った次世代電動自動車のモデルベース開発の研究事例も紹介されており、版元は対象を、モデルベース開発を目指すエンジニアと学生としています。

方程式で書くモデリング言語 Modelica

Modelica は、部品の間に成り立つ方程式をそのまま書くモデリング言語で、どの変数を何から求めるかはツールが式を整理して決めます。抵抗やばね、熱の伝わりのような部品を、電圧と電流、位置と力のような組の量を持つ接続口でつなぐと、キルヒホッフの法則や力のつり合いに当たる式が自動で立ちます。Modelica は オブジェクト指向 の言語として設計されており、部品をクラスとして定義し、継承と組み合わせで大きなモデルを組み立てます。

FMI という規格とモデルベース開発の流れ

FMI は、シミュレーションのモデルを FMU と呼ぶ 1 つのファイルにまとめ、別のツールで読み込んで動かすための規格です。モデルの式だけを渡して受け取った側のツールの解法で解く使い方 (モデル交換) と、解法ごと渡して決まった時刻ごとに値をやり取りする使い方 (協調シミュレーション) の 2 つがあります。モデルベース開発では、実機を作る前にモデルの上で制御の設計と検証を進め、制御の対象をモデルで置き換えたまま、制御のプログラム、さらに実際の制御装置へと検証の段階を進めます。

電動自動車の研究事例

版元が本書の事例に挙げる電動自動車では、モーター、電池、インバーター、車体の運動、熱の管理が互いに影響し合います。

本書は、Modelica の言語の解説に加えて、実践例から得た活用の知見と初心者が陥りがちな注意点、Modelica と FMI を開発業務に適用する方法、著者による電動自動車のモデルベース開発の研究事例を扱っています。