MATLAB e Simulink forniscono strumenti analitici, numerici e applicati per lo studio e la progettazione di vari sistemi nel campo dell’ingegneria meccanica e aerospaziale. I workflow pratici, atti a risolvere problemi ingegneristici di base, e l’ampia adozione da parte dell’industria consentono agli accademici di tradurre le competenze di risoluzione di problemi ingegneristici di base in soluzioni tecniche applicate per sistemi complessi.
Esempi del mondo accademico e industriale
Piattaforma didattica avanzata
MATLAB e Simulink offrono svariati workflow didattici per facilitare l’insegnamento di corsi base e avanzati.
- MATLAB Live Editor mette a disposizione un ambiente unificato per la spiegazione, codifica, analisi, rendicontazione e creazione di live script.
- Le app creano spiegazioni e analisi incentrate su sistemi e argomenti specifici.
- MATLAB Online e MATLAB Mobile ampliano l’accesso e la portata.
- MATLAB Grader fornisce votazioni automatiche e feedback agli studenti in base a una scala di valutazione.
- MATLAB Copilot porta le funzionalità dell’IA generativa in ambito di sviluppo di codice e assistenza nell’ambiente di MATLAB Desktop.
Insegnamento dei concetti di base
MATLAB e Simulink consentono ai docenti di concentrarsi sull’insegnamento di argomenti e concetti di base dell’ingegneria meccanica. Symbolic Math Toolbox permette di presentare e derivare descrizioni teoriche di sistemi e fenomeni, facilitando la comprensione teorica degli studenti al di là dei semplici sistemi canonici. Gli studenti hanno la possibilità di studiare e analizzare svariati sistemi servendosi delle numerose funzionalità di MATLAB per l’analisi numerica e di Simulink per la modellazione e la simulazione.
Risorse
Preparazione e pratica per sistemi ingegnerizzati
MATLAB, Simulink e oltre 100 prodotti complementari forniscono una piattaforma per analizzare sistemi complessi del mondo reale e per progettare prodotti e servizi in vari settori industriali. Le conoscenze e l’esperienza degli studenti si traducono direttamente nelle competenze e nell’esperienza necessarie nel mondo del lavoro.
Risorse
- Aerospazio e Difesa
- Automotive
- Produzione di energia
- Automazione industriale e macchinari
- Numerose risorse per la progettazione di veicoli elettrici, APR e di sistemi di energia rinnovabile
Metodi di base per la modellazione fisica
Gli ingegneri meccanici adottano una vasta sere di approcci di modellazione, tenendo in considerazione fattori quali il ricorso a principi fisici di base, dati disponibili sul comportamento dei sistemi e la fedeltà richiesta dei modelli. Utilizzano MATLAB e Simulink per sviluppare modelli basati sui principi primi, sfruttando solutori avanzati e adatti a sistemi continui, discreti e basati su eventi. Questi prodotti consentono anche di integrare modelli e componenti provenienti da più sorgenti. Gli ingegneri possono utilizzare le metodologie basate sui dati per l’identificazione dei sistemi, l’analisi statistica e applicazioni di Machine Learning o Deep Learning.
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Simscape per gli ingegneri meccanici
Con Simscape, gli ingegneri meccanici possono modellare sistemi in base ai componenti fisici e alla loro rete fisica di collegamenti. Riescono a modellare sistemi multifisici con blocchi appartenenti a domini quali quello meccanico (multibody, rotazionale e traslazionale), termico e fluidodinamico, elettronico, meccatronico e di accumulo dell’energia (batteria). Simscape mette a disposizione librerie complete di componenti predefiniti a vari livelli di fedeltà. Gli ingegneri possono aggiungere componenti nuovi sulla base di equazioni implicite che ne definiscono il comportamento. Dalla visualizzazione 3D di sistemi multibody alla registrazione o plottaggio delle variabili principali o derivate, Simscape favorisce una migliore comprensione e analisi dei sistemi fisici per gli ingegneri meccanici.
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- Modellazione di sistemi fisici con Simscape (57:25)
- Sistema massa-molla-ammortizzatore singolo e doppio in Simulink e Simscape
- Esempi di modellazione fisica
- Simscape Results Explorer
Unione di fisica e dati
MATLAB e Simulink mettono a disposizione una piattaforma unificata per combinare dati e fisica e modellare sistemi fisici complessi. Gli ingegneri possono effettuare la stima dei parametri per regolare la risposta del sistema in base a parametri sconosciuti in modo che corrisponda al comportamento del sistema fisico. Possono costruire modelli di ordine ridotto (ROM) per facilitare l’uso di grandi quantità di dati provenienti da esperimenti o simulazioni ad alta fedeltà nella progettazione a livello di sistema, creare sensori virtuali o velocizzare le procedure di controllo e test. Utilizzando metodi di Machine Learning scientifico (SciML), come le reti neurali basate sulla fisica, gli ingegneri possono integrare le leggi fisiche nei metodi basati sui dati, migliorando l’accuratezza e la capacità di generalizzazione dei modelli.
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Progettazione ingegneristica e implementazione complete
MATLAB e Simulink supportano varie fasi della progettazione ingegneristica e varie implementazioni di prodotti e servizi tramite la progettazione Model-Based e la Model-Based Systems Engineering (MBSE). Un thread digitale unifica l’intero ciclo di progettazione. Comprende l’acquisizione dei requisiti degli stakeholder, la progettazione dell’architettura di sistema, i sottosistemi e i componenti. In più, coinvolge l’implementazione di hardware e software, nonché la verifica e la validazione degli stessi tramite l’esecuzione di test.
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Ottimizzazione per progetti migliori
MATLAB e Simulink offrono un’ampia gamma di funzionalità per risolvere sistemi differenziali e algebrici, nonché metodi di ottimizzazione classici e avanzati. Gli ingegneri hanno anche la possibilità di utilizzare vari strumenti dedicati alla progettazione di esperimenti e al calcolo parallelo per facilitare la progettazione di sistemi complessi.
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Collegamento ad altri strumenti e ambienti
Gli ingegneri possono interfacciare MATLAB con linguaggi di programmazione come C/C++, Java®, Python® e Fortran®. Possono anche trasferire il codice MATLAB, C/C++, Fortran e Python direttamente in Simulink. La co-simulazione di Simulink e di strumenti di terze parti è disponibile grazie alle interfacce di FMU e funzione S. Gli ingegneri possono implementare le applicazioni di MATLAB e Simulink su altri ambienti come programmi eseguibili, app, FMU e componenti software.
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Integrazione hardware
In MATLAB e Simulink, la generazione automatica di codice garantisce una transizione affidabile e ripetibile dalla modellazione, simulazione e test di software fino all’integrazione su hardware. Gli ingegneri meccanici possono rapidamente costruire dei prototipi con l’ausilio di una vasta gamma di microcontroller, schede di prova, chip programmabili (FPGA, SoC e ASIC), unità di elaborazione (CPU, GPU), sistemi embedded, PLC e macchine target in tempo reale. Possono passare agevolmente da Model-In-the-Loop (MIL) a Hardware-In-the-Loop (HIL) e relative varianti per la verifica e validazione.
Per l’acquisizione dei dati dall’hardware, i toolbox di verifica e misurazione consentono di effettuare il collegamento a sensori e attrezzature di misurazione. Sono supportati svariati protocolli di strumentazione (I2C, SPI e Bluetooth SPP) e protocolli di comunicazione industriali (OPC UA, Modbus e MQTT).
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- Prodotti per la generazione di codice
- Collegamento di MATLAB e Simulink all’hardware
- Supporto per Arduino® e Raspberry Pi® da MATLAB e Simulink
- Che cos’è Hardware-In-the-Loop (HIL)?
