התפתחות בלוק דיאגרמות בפרוייקטים של הנדסה מודרנית

התפתחות בלוק דיאגרמות בפרוייקטים של הנדסה מודרנית

דיאגרמות בלוק כבר זמן רב עבודת הדוממים של תקשורת הנדסית.הם מטביעים מערכות מורכבות לתוך מופשטים נקיים, קופסא-ומוח כי קבוצות על פני דיסציפלינות יכולות לקרוא במבט לאחור, אבל הדיאגרמה הבלוק שאתה משתמש כיום בכלי מודלים מבוסס ענן הוא קריאה רחוקה מן הגרפים המתפתלים של לפני מאה שנה.

מקור: Block Diagrams

הדחף לייצג מערכת כבלוקים מחוברים הוא עתיק כמו הנדסה עצמה. דיאגרמות מכניות מוקדמות במאה ה-18 השתמש בצורות גיאומטריות פשוטות כדי להמחיש קישורים ורכבות הילוכים, אבל דיאגרמת בלוק מודרנית היא בעיקר צאצאים ישירות מ ⁇ הנדסת חשמל של תחילת 1900.באותו זמן, מהנדסים ציירו מלבנים פשוטים וחוגים לייצג רכיבים כמו התנגדות, קפיטורים, מקורות, המחוברים על ידי מראה קווים אלה היו לעתים קרובות מקודדים, ציירומים וציורים על ידי רטיבות, על ידי חיפויי ראיה, על ידי חיפויי נייר.

בשנות ה-20 וה-30 של המאה ה-20, דיאגרמות בלוקים חצו את התיאוריה של שליטה, שם הם הפכו חיוניים לדמיון לולאות משוב ולהעביר פונקציות. מהנדסים כמו הארי Nyquist ו-Hendrik Vid Bode השתמשו בגירדות בלוקים כדי לנתח יציבות מערכת, הנחת התשתית עבור מה שהפך להיות תיאוריית הבקרה הקלאסית.הדיאגרמות עדיין היו עדיין רדומים - בדרך כלל שרשרת אחת של ייצוג של צמח, בקר, והדרך - אבל אפשרה להגיב על ידי הפשטות על ידי הפשטות חזקות על ידי מהנדסי המערכת המתמטית.

סטנדרטים במאה ה-20

הפיצוץ של המורכבות במהלך מלחמת העולם השנייה ועידן שלאחר המלחמה דרש פרקטיקות קפדניות יותר של פרויקטים בקנה מידה גדול כמו מערכות מכ"ם, טילים מודרך, ומחשבים דיגיטליים מוקדמים מעורבים עשרות או מאות פונקציות מקושרות שלא ניתן עוד להילכד על ידי רישומים אד-הוק. גופי סטנדרטיזציה החלו להנפיק מוסכמות דומות.הצבא האמריקאי, למשל, MIL-D-D-1960 ב-1960 כדי להגדיר סימנים לבלוקים של מערכת בקרת חשמל, אשר שימשהת מרכזי.

באותה תקופה, תוכנית אפולו של נאס"א דחקה דיאגרמות בלוקים אפילו יותר.מהנדסים במרכז הטיסה של מרשל החלל פיתחו יישומי דיאגרמת בלוק היררכיים כדי לנהל את אלפי תת-מערכת של שבתאי V. דיאגרמה ברמה העליונה עשויה להראות למחשב הנחייה, דחף ובקרת וטלמטמטארי כבלוקים קורקטים, כל אחד עם תת-קולה גדול שלה, אשר התקדם לפרט גדול יותר.

המהפכה הדיגיטלית והכלים המודרניים

המעבר מנייר למסך החל ברצינות בשנות ה-70 וה-80. מערכות מוקדמות למחשב (CAD) כמו Sketchpad והצעות מסחריות מאוחרות יותר כגון AutoCAD אפשרו למהנדסים לצייר בלוקים, קווים וטקסט עם עכבר, לערוך אותם בקלות ולאחסן אותם כקבצים דיגיטליים.אבל השינוי האמיתי הגיע כאשר דיאגרמות נעשו ניתנות להפעלה - לא רק תמונות סטטיות, אלא גם מודלים שיכולים להיות מדומים.

עלייתו של סימבול-Integrated Diagrams

בשנות ה-80, כלי תוכנה כמו MATLAB והסיומת הגרפית שלה סימנולינק הציג את הרעיון של "הרשמה בלוק כסימולציה" במקום לצייר מערכת בקרה ולאחר מכן לכתוב קוד כדי להעריך אותו, מהנדסים יכולים להציב בלוקים עבור אינטגרטורים, רווחים, ולהעביר פונקציות, לחבר אותם עם חוטים, ו"run" כדי לראות את התגובה של המערכת בתוך שניות. גישה משולבת הדוקה זו עשויה להיות מהירה עיצוב דרמטי של נייר מבוסס על ידי חישוב, שבו ייתכן שיש צורך שבועות ידניים, כלומר, כלומר, כלומר, עם ביצועים מדויקים יותר, כלומר, כלומר, עם ביצועים מדויקים, תוך כדי לתקן דיוק, לחץ גבוה יותר, תוך כדי לשחזר, תוך כדי לשחזר, תוך כדי לשחזר את התוצאות של חישוב ידניים, לחץ גבוה יותר, תוך כדי לשחזר, כדי לשחזר, לחץ גבוה יותר, לחץ גבוה יותר, תוך כדי תיקון של חישוב, תוך זמן קצר יותר, תוך זמן קצר יותר, תוך כדי כך, תוך כדי זמן קצר יותר, תוך כדי לשחזר, עם ביצועים.

כלים אחרים עקבו אחר התאמתו. National Instruments' Lab Review (1986) השתמשו בשפה גרפית של חוסם-דוגרמה (G) לרכישת נתונים ובקרת כלי רכב.באלקטרוניקה, כלי לכידת סכאמטיים המבוססים על SPICE איפשרו למהנדסים לדמות מעגלים אנלוגיים ודיגיטליים ישירות מהרשומה.בשנות ה-90, דיאגרמות בלוק התפתחו מסקיצות תקשורתיות לממצאים הנדסיים חיים שהיו חלק מהעיצוב, אימות, תיעוד העבודה.

שפות סטנדרטיות והנדסת מערכות מבוססות מודל

שנות ה-2000 ראו את עליית מערכות מודלינג שפה (SysML), שפה סטנדרטית הכוללת דיאגרמות הגדרות בלוק (BDDs) ודמיוני בלוק פנימיים (IBDs) SysML, המבוססת על UML אך מותאם להנדסת מערכות, מסדיר את בלוקים, יציאות, חסימות, וזרימים שצוותים משתמשים כדי מודל של כל כלי טיס לאדריכלות.

כלי תוכנה כמו IBM Rational Rhapsody, Dassault Systèmes' Cameo Systems Modeler, ו-Samcenter תמיכה ב-SSML חסימות עם בקרת גרסאות, מעקביות ודור קוד אוטומטי.המהנדס המודרני יכול ליצור תרשים בלוק, להקצות פרמטרים ביצועים לכל בלוק, להפעיל סימולציות, לייצר תיעוד - כל מהמודל הזה הפחית שגיאות מ-Reducation-Comreative-Te-Te-Te-Te-Te-Te-Te-Te-Te-Te-S-Te-Te-Te-Te-Te-Te-S.

מגמות וכיוונים עתידיים

דיאגרמות בלוק של היום אינן מוגבלות עוד לפלטפורמות יחיד מבוססות ענן כגון לצייר.io, לוסידכריזט, וכלים ה- CAD שיתופיים מאפשרים עריכת זמן בזמן אמת על ידי קבוצות מבוזרות גיאוגרפיות, תגובה וניהול הרשאות נבנות, פתרון הבעיה הישנה של "אשר תיקון הוא האחרון?", אינטגרציה עם ניהול פרויקטים וכלים פירושה שינויים כדי למנוע דיאגרמה אוטומטית יכול לעדכן משימות בדיקה ותוכניות בדיקה.

שילוב מציאות מדומה ומעמיק

אחת המגמות המרגשות ביותר היא המעבר מ- 2D בלוק דיאגרמות לייצוגים 3-D . המציאות וירטואלית (VR) סביבות לאפשר מהנדס לעבור דרך תרשים מערכת מורכבת, לבחור בלוק עם מחווה, ולראות את תת-הולוגרמה הפנימית שלו או תוצאות הסימולציה הצפויות בחלל שסביבם.

גישות ⁇ אלה לשפר את ההבנה של תלות במערכת, להפחית את זמן האימון, ולעזור לצוותים לזהות בעיות אדריכלות שעשויות להיות מוסתרות בתרשיםים שטוחים.עם זאת, אימוץ VR/AR בתרשיםים הנדסיים עדיין מוקדם; עלויות, מגבלות חומרה, ואת הצורך במוסכמות אינטראקציה סטנדרטיות נשאר מחסומים.

עדכונים בין-אקטיביות ו-Time-Time Updates

דיאגרמות בלוק מודרניות יותר יחד עם להאכיל נתונים חיים.בהקשר אינטרנט-of-Things (IoT), בלוק המייצג חיישן יכול להציג את הקריאה הנוכחית שלו, מעודכנים כל שנייה. A בלוק המייצג בקר PID יכול להראות את הפלט החי שלו ואת הפרמטרים הכוונון.זה הופך חסימות של כלים עיצוב סטטי לתוך לוחות זמנים רצופים, שימושי עבור ניטור, אבחון, וביצועים מסוימים.

שיתוף פעולה בין קבוצות רב תחומיות

דיאגרמות בלוק תמיד שימשו שפה משותפת, אבל פלטפורמות מודרניות לוקחות שיתוף פעולה נוסף.גישה מבוססת רול מאפשרת למהנדסים חשמליים לערוך בלוקים מערכת חשמל בעוד מהנדסי תוכנה לעבוד על בלוקים קושחה במודל זה ללא קונפליקט.Trceability matrices המקשר כל בלוק לדרישות, מקרים מבחן, והערכות סיכון.התכנסות זו של דיסציפלינות בתוך סביבה חד-רמה מפחיתה חיכוך ותומך אינטגרציה / משלוח מתמשך / למערכות הנדסה (CI) עבור הנדסת חשמל.

תכונות עיקריות של Modern Block Diagrams

• (ב) ,0) סמלים ו- NotationFIRLT:1 (למשל, SysML, IEC 61131-3) אשר מובנים באופן אוניברסלי על פני תעשיות.
• (FLT:0) אינטגרציה עם כלי סימולציה 1:1 , כגון Simulink, Modelica, או FMI-compliant Solrs המבצע את הדיאגרמה ישירות.
• (FLT:0 interactivity and Real-time עדכונים) מחברה את התרומים כדי לחיות זרמי נתונים מחיישנים, PLCs ומאגרי נתונים בענן.
• (FLT:0) הקצאה על פני קבוצות רב תחומיות של LT:1) באמצעות גרסה מבוססת ענן, עריכת מקביל וניהול הרשאות.
• (FLT:0) , Hierarchical decompositionFLT:1 המאפשר למהנדסים לבלוט מאבני מערכת לפרט תת-מערכת מבלי לאבד את ההקשר.
• (ב) ,0) קוד אוטומטי ודור תיעוד 1 מתוך דיאגרמות חסומות לפריסה מהירה יותר ופחות שגיאות.
• (ב) ⁇ :0) אחריות לדרישות, בדיקות וסיכונים של LT:1 מוטבע ישירות לתוך רכיבי דיאגרמה.

תפקיד ה-block Diagrams ב- System Engineering Today

דיאגרמות בלוק אינן עוד סיוע תקשורתי – הן השפע של הנדסת מערכות מודרניות.בפיתוח המוצר, דיאגרמת בלוק ראשונית הופכת לעתים קרובות לבסיס האדריכלות שממנו עיצוב מפורט, שילוב ופעולות אימות סטרימינג.מהנדסים משתמשים בהן כדי לבצע מחקרים מקצועיים, להפעיל את סימולציות מונטה-Carlo, ולהעריך את תקני הפיתוח של כישלונות.

בלוק דיאגרמות ב- Agile ו-DevOps Contexts

אפילו פרויקטים של תוכנה-heavy ליהנות דיאגרמות בלוקים.ב צינורות DevOps, דיאגרמת בלוק פריסה מראה את האדריכלות: מאזן עומס, שרתי יישומים, מסדי נתונים, צ'יפים, ואת התלויות שלהם.אגרמות אלה מאוחסנות לעתים קרובות כקוד (למשל, באמצעות דיאגרמות כמו כלי קוד) ו- לצד בסיס הקוד.

אתגרים ומגבלות

למרות הכוח שלהם, דיאגרמות בלוק יש נפילה. דיאגרמות מורכבות עם יותר מדי בלוקים וחיבורים יכול להציף את הקוראים.ללא מוסכמות שמות ראויות, בלוקים הופכים להיות מעורפלים. ואם הדיאגרמה אינה נשמרת - לבעיה נפוצה כאשר דיאגרמות הן רק יחד עם המערכת בפועל - זה יכול להטעות מהנדסים לתוך האדריכלות הלא נכונה כי הם לאכוף מודל או משמעת ממושמעים, אבל הם דורשים שימוש חיוני, אבל הם דורשים שימוש קשה.

הגבלה נוספת היא חוסר סטנדרטיזציה של Sign-off עבור פרויקטים משותפים גדולים.קבוצות שונות עשויים להשתמש במוסכמות דיאגרמות שונות (למשל, SysML BDD לעומת דיאגרמה בלוק פנימי לעומת תרשים זרימה פשוט), מה שגורם לבלבול בזמן האינטגרציה. בחירת שפה משותפת וכלי מוקדם בפרויקט הוא קריטי.

מבט לאחור: העשור הבא של בלוק דיאגר

אינטליגנציה מלאכותית ולמידה של מכונה מתחילים לגעת ביצירת דיאגרמות של דיאגרמות שפה טבעית יכול כעת ליצור תרשים בלוק מתיאור טקסט: " חיישן טמפרטורה מאכיל ADC, אשר נקרא על ידי מיקרובקר פועל לולאה PID השולטת תנור" בעתיד, עוזרי AI עשויים להציע לחסום מבנים אופטימליים המבוססים על דרישות ביצועים, באופן אוטומטי להניח בלוקים ברמה גבוהה לתוך מחסנים סטנדרטיים בתעשייה, שבו אופטימיזציה לאחור של תאים גמישים, כמו גם אופטימיזציה מתאימה לממשקים.

מחשוב קצה ו-IoT כנראה ידחפו דיאגרמות לתפקידים במשרה חלקית אפילו יותר עמוק.אגרמת בלוק בתחנת בקרה צמחית עשויה לשקף את הבריאות הנוכחית של כל חלק של ציוד, תגברות על מגמות היסטוריות, ומציעה הצעות תחזוקה חיזוייות.השורה בין פריטי עיצוב ולוחם תפעולי מטושטשת עוד.

לבסוף, פורמטים פתוחים סטנדרטיים כמו פונקציונלי Mock-up Interface (FMI) יהיה להקל על שילוב דיאגרמות מכלים שונים לתוך סביבת גידוד אחד משותף.זה אומר בלוק סימולינק המתאר שליטה מוטורית יכול להיות מחובר לתוך דיאגרמת סיסML של רכב חשמלי, שניהם סימולציה יחד למרות מקורם במערכות אקולוגיות שונות.

מסקנה

דיאגרמות בלוק נסעו מסקיצות חוצות יד על טיוטת לוחות לייצוג, מודלים המחוברים לענן, ממריצים ומצטברים שמקיפים את כל מחזור החיים של מערכת.האבולוציה שלהם מראה את מקצוע ההנדסה עצמו: לקראת יותר מופשט, שילוב יותר, ועוד ערך.כפי כלים ממשיכים להתקדם - מונעים על ידי AI, VR, נתונים בזמן אמת וסטנדרטים פתוחים - דיאגרמות יישארו אבן הפינה של מהנדסים מורכבים, אשר ימשיכו לפתח את שיטות תכנון משופרות.

עוד קריאה

• (FLT:0)OMG SysML Specification: 1) תקן רשמי להגדרה ולאגרמות בלוק פנימי.
• (FLT:0)MathWorks: Blo Diagram FundamentalsFLT 1:1 - סקירה של Simulink וחסימת בסיסי דיאגרמות בשליטה ובעיבוד אותות.
• (FLT:0)IEEE Paper: MBSE ו-block Diagrams in AerospaceibFLT:1 - מחקר מקרה של דיאגרמות בלוק סיסמ"ל המשמש בתוכנית לוויינית.