סביבה למידול פיזיקלי – כמו קנבס לשימוש בידי היוצר
מה יקרה אם נשנה את נקודת המבט שלנו על המשימות שעלינו לבצע בלימודים או בעבודה? אם נחשוב על כל תכנון של מערכת כמשחק או כתהליך יצירתי, התהליך יהיה מהנה יותר והיכולת להמציא דברים חדשים תהיה חזקה יותר. לשם כך אבל נהיה זקוקים גם לכלים המתאימים. כל זאת ועוד מוגש לכם בפוסט הזה.
"In every job that must be done
There is an element of fun
You find the fun and snap!
The job's a game"
מזהים מאיפה הציטוט הזה?
זאת הפתיחה לשיר Spoonful of sugar מהסרט מרי פופינס! הסרט יצא בשנת 1964, ומבין המסרים הרבים והיפים שהיו בסרט הזה, אפשר לקחת את המסר החשוב הנ"ל שבעיני הוא ניסוח קצת שונה לציטוט המוכר מאת קונפוציוס: "תבחר עבודה שאתה אוהב ולא תצטרך לעבוד יותר אפילו יום אחד בחייך"
העבודה של מהנדסים בעיניי, היא קצת כמו עבודה של אומן – היוצר יש מאין. כי ממש כמו אומן, בכל משימה הנדסית עלינו לחשוב על מערכת חדשה, או שינוי מעניין למערכת קיימת, בכדי לשפר אותה וכדי לדייק אותה. אמנים רבים משתמשים בסופו של דבר באותם כלים ובאותן שיטות, כלומר אותן אבני בניין, אבל כל יצירה מושפעת מתפיסתו, הבנתו וחושיו האישיים של האומן, ולכן כל יצירה שונה מהשנייה. גם כשבונים מערכת חדשה, או אפילו כשמקימים חברה חדשה – זו גם סוג של יצירה חדשה, עם אבני בניין זהות ותבניות שחוזרות על עצמן, ועדיין יש מגוון מרהיב כל כך של חברות ושל מערכות שונות עם ייעוד שונה ומיוחד.
גם בעולם ההנדסי יש לנו אבני בניין קיימות שאנחנו יכולים להרכיב אותן בצורה אחרת– וכך לבנות ולהרכיב מערכות מורכבות חדשות ומתוחכמות. אם ניקח מספר חלקים: מנוע חשמלי, כבלי מתכת וכמה מוטות פלדה, נוכל לבנות עגורן, או חכה חשמלית, או מקפצה או כל דבר אחר שנחשוב עליו – מאותן אבני בניין. רק צריך להפעיל את הדמיון, ולחבר את החלקים הללו בהתאם.
כמה מדהים היה אם יכולתי לקחת ולחבר אלמנטים יחד זה לזה, מבלי לחשוב ולנתח את המשוואות ולהשקיע בזה הרבה זמן ויזע, אלא בצורה פשוטה לראות במהירות כיצד המערכת מתנהגת, במסך המחשב, בנוחות ובעלות נמוכה… ? תמיד תהיתי האם ישנה אפשרות או יכולת לחבר כמה רכיבים מסוגים שונים (חשמליים, מכניים, הידראוליים, וכו'),ליצור יצירה חדשה ולבחון כיצד היא מתנהגת בסביבה אמיתית.
אז מסתבר שכן, היכולת הזאת קיימת!
סביבת Simscape שיושבת מעל פלטפורמת Simulink היא בדיוק הפלטפורמה שמאפשרת את כל מה שתיארתי!
כשגיליתי על הכלים למידול פיזיקלי שאלתי את עצמי איך יכול להיות שלא הכרתי את זה עוד כשהייתי בתיכון ולמדתי על משוואות של ניוטון בבגרות לפיזיקה? או כשניסיתי לפתור מעגלים חשמליים.
ואיך בקורסים באוניברסיטה בנושא של חשמל פיזיקה לא עשיתי בזה שימוש? כמו בדוגמא קלאסית של מסה, קפיץ ומרסן.וכמובן, במקום העבודה – אם הייתי צריכה לתכנן מערכת מורכבת ויכלתי להרכיב אותה כמו קוביות שאני ממקמת ומחברת ביניהן על גבי קנבס חלק, ואז לראות את המשמעות הפיזיקלית האמיתית.. כמה חופש זה היה נותן לי?
כמובן שמעבר ליכולת החיבור בין רכיבים מסוגים שונים, היינו רוצים לקבל את ההתנהגות הפיזיקלית האמיתית של הרכיבים, ולשם כך כמובן שצריך לפתור משוואות דיפרנציאליות סבוכות למדי. כאן כמובן שסביבת MATLAB היא סביבה טבעית לכך, ולמעשה מאחורי החלקים הללו שאנחנו גוררים ומחברים, נמצאות המשוואות המתימטיות הסבוכות, והן נפתרות 'מאחורי הקלעים' בצורה שקופה לחלוטין מבחינתנו. כלומר אנחנו לא צריכים להתעסק כלל עם פתרון המשוואות אלא רק עם היצירה שלנו!
החוזקה של סביבת MATLAB & Simulink – לייצר פלטפורמה נוחה לעבודה, כאשר ברקע קיים כח חישוב חזק ועם תיאוריה מבוססת.
כיום יכולת המידול הפיזיקלית הזאת מהווה כלי עצמתי במערכות מורכבות בחברות מובילות בארץ ובעולם.
בין אם מדובר בחברות שעוסקות בעולם תוכן של Analog mixed signal (AMS) שיכולות למדל את המערכת האנלוגית בכדי לקבל מידע טוב יותר על האות שעובר אצלם במערכת הדיגיטלית , בין אם מדובר בחברות שבהן יכלו לשאוב מודל מכני מסביבת CAD ובאמצעותו לתכנן מערכת בקרה מתאימה ובין אם בחברות שבכדי לצפות תקלות (Predictive maintenance ) בנו תאום דיגיטלי למערכת הפיסית שלהם ומתוכה ייצרו באופן סינתטי דאטה של אירוע כשל מבלי לפגוע במערכת האמיתית…
למשל חברת אלגרו באמצעות מידול המעגלים החשמליים הצליחו למצוא אלגוריתם אופטימלי והצליחו לזהות בעיות במודל בשלב מוקדם:
Allegro MicroSystems Reduces Anti-Lock Braking System Sensor Development Time
בדיוק כמו יצירת אמנות, גם כאן אפשרויות השימוש והיישום תלויות רק במהנדסים וברעיונות התכנון שלהם. הקנבס כבר מוכן ופרוש, רק צריך לחבר את הרכיבים יחדיו וליצור מערכת חדשה.
הנה מספר דוגמאות קלאסיות הממומשות בסביבת Simscape:
מה היא Simscape? – לחצו כאן
הסבר על Simscape:
רכיבים מכניים בעזרת Simscape – לחצו כאן
רכיבים חשמליים בעזרת Simscape – לחצו כאן
סרטון הדרכה על שימוש ב-Simscape:
אז עכשיו כש"הוצאנו" מתהליך התכנון את המתימטיקה ואת סט המשוואות ופישטנו את אפשרויות היצירה, אני תוהה כמה מהר יותר וכמה יצירות נוספות נזכה לראות ?
מוזמנים לשלוח לי רעיונות לפרוייקטים שיצרתם במקום העבודה שלכם או במקום הלימודים שלכם (תיכון/אוניברסיטה/מכללות) – קחו את הקנבס הריק, ותתחילו ליצור!
לשיחה איתי או עם מהנדס מכירות אחר לצורך קבלת מידע נוסף ו/או תיאום פגישת הדגמה ללא התחייבות, בכדי להבין איך להתחיל, מוזמנים לשלוח אלינו מייל.
בעזרת צוות המומחים שלנו נוכל לתת לכם את הדחיפה הראשונה 😊
