zkušenosti z výuky x33moscreativeconnections.cz/2012_modelicaseminar/jezek... · – omnotebook...

Univerzita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta, Laboratoř biokybernetiky a počítačové podpory výuky

Zkušenosti z výuky X33MOS

Filip Ježek

X33MOS

• Modelování a simulace • ČVUT FEL, katedra kybernetiky • Ing, 3 .semestr, Biomedicínské inženýrství • Povinný předmět

• Podobné předměty: Matlab/Simulink • Stabilita, linearizace, z-transformace,

identifikace…

Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace

Proč Modelica

• Praktická zkušenost s modelováním • Jednoduchý návrh jednoduchých modelů • Mnoho možných praktických uplatnění • Univerzalita • Open-source vývojové prostředí • Průběžný nástup do průmyslu

Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace

Cíle výuky

• Primární: – Co je modelování a k čemu je užitečné – Základy fyzikálního modelování v Modelica – Přehled dalších oblastí modelování

• Sekundární – Analytické schopnosti, inženýrský přístup – Přehled fyziologie – Práce v týmu, psaní technických zpráv – Testování OpenModelica

Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace

Modelica

• Objektově orientovaný • Multidoménový (elektrické, mechanické,

elektronické, hydraulické...) • Otevřený

– Vyvíjí Modelica Association jako open-source

Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace

Ukázka prvního cvičení – motivace

Modelica pro simulace

Ukázka prvního cvičení – motivace

Modelica pro simulace

Ukázka prvního cvičení – motivace

Modelica pro simulace

Ukázka akauzality – kulička na pružině

Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace

Ukázka akauzality – kulička na pružině

Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace

Ukázka akauzality – kulička na pružině

Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace

Ukázka akauzality – kulička na pružině

Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace

Probíraná témata z jazyka Modelica

• Akauzalita, principy rovnic • Konektory, fyzikální domény • Derivace, vícenásobné derivace, aproximace

parciálních derivací, pole • Události, diskrétní a hybridní simulace • Inicializace • Možnosti exportu a propojení s Matlabem • Expandable konektory • Objektový návrh, základy dědičnosti • Základy grafických anotací

Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace

Co jsme vynechali

• Pokročilá dědičnost • Externí metody • Detaily kompilace • Pokročilá nastavení numerického solveru • Procedurální metody: algorithm a function • Pokročilé možnosti anotací, správa jednotek • Packages • Optimalizační metody

Modelica pro simulace

Nejčastější problémy

• Nepochopení výhod akauzálního objektového návrhu, tvorba kauzálně, „simulinkovitě“

• Nepochopení fyzikálního principu, bez nadhledu

• Nepochopení charakteru toku v tokových konektorech

• Chyby ve zdrojových článcích • Software

Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace

Software

• OpenModelica.org – OMEdit – (OMOptim) – OMNotebook

• Dymola – 7.4 Demo – Pro semestrální práce sponzorské license

Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace

Semestrální práce

• V týmu 2-3 studenti • Celkem 22 prací • Témata:

– Reimplementace simulinkového modelu – Implementace modelu dle článku – Model týkající se diplomky – Vlastní zadání

Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace

• Nerudová, Anýž: Model pulzujícího srdce – PV křivka srdečního

objemu a tlaku během kontrakce

– akauzální zapojení

Modelica pro simulace

Ukázky ze semestrálních prací

Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace

• Debre, Hlaváč, Cupal, Kučera: Model kardiovaskulárního systému s karotidovým baroreflexem – Reimplementace

Simulink modelu – Rozsáhlý model dvou

skupin – možnosti integrace dvou

subsystémů vyvíjených nezávisle

Ukázky ze semestrálních prací

• Nedvědová, Doležalová:

ECMO – Pokročilý model

zabývající se výměnou krevních plynů v oxygenátoru

– využívá principy Modelica.Fluid

– Physiolibrary

Ukázky ze semestrálních prací

Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace

• Ondřej Hajný: Model kosterního svalstva horní končetiny – Knihovna MultiBody,

vlastní rozšíření – 3D vizualizace

Modelica pro simulace

Ukázky ze semestrálních prací

Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace

• Váchová, Kika, Horálková: Teoretický model jako základ pro vytvoření zjednodušeného mechanického modelu kardiovaskulárního systému – Využití modelu před

konstrukcí reálného zařízení

– Nástřel vlastností reálného modelu

Ukázky ze semestrálních prací

Výsledky předmětu

• 80% studentů předmět dokončilo (z 50) • 10% nenastoupilo • V průběhu vzdalo 10%

– Časová náročnost obávanějších předmětů • Zkoušku nakonec složili všichni • Úroveň semestrálních prací nás překvapila

• => pokud se tomu chvíli věnujete, není to

těžké

Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace

Závěr

• Studenti se během jednoho semestru naučili používat jazyk Modelica

• Nejvíce během semestrálních prací, tj. cca týden

• Nejdůležitější je matematické pochopení a přehledná struktura

• Modelica nabízí, ale nevyžaduje

Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace

DÍKY ZA POZORNOST

Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace