Bakgrund
Modelica är ett programmeringsspråk för att simulera komplexa system – till exempel bilar och flygplan – eller att göra bedömningar om samhällets hållbarhet, som resursanvändning och utsläpp. Den första versionen skapades i slutet av 1990-talet och har sedan dess vidareutvecklats och använts både inom forskning och industri.
Traditionellt sker en simulering med hjälp av en rad detaljerade beräkningsmodeller – det kan handla om hundratusentals ekvationer och alternativ som datorn ska tugga sig igenom – något som kan ta lång tid även för superdatorer.
Modelica, däremot, är ett objektorienterat modelleringsspråk. Med det menas att grundläggande tekniska och fysikaliska samband finns som förprogrammerade moduler eller objekt. Motorn i en bil kan exempelvis modelleras som ett objekt, cylindrarna till andra, och så vidare. Objekten och kopplingarna dem emellan kan sedan sättas samman till en helhet, ungefär som när man sätter samman legobitar till en konstruktion. Arbetet med modellering och simulering går då mycket snabbare eftersom varje liten detalj inte behöver beskrivas och programmeras från grunden.
OpenModelica, i sin tur, är ett gratis öppet datorverktyg för att modellera med språket Modelica samt simulera. Det är baserat på öppen källkod (Open source) som alla kan ladda ner gratis och bidra till, däribland forskare och doktorander. Tanken med OpenModelica är att snabbt få in nya idéer och lösningar kring Modelica-modelleringen.
Peter Fritzson, professor i datavetenskap vid Institutionen för datavetenskap, Linköpings universitet, har tagit initiativ till denna öppna källkodslösning som startade 2002. För att stötta verktygets utveckling på längre sikt tog han även initiativ till organisationen Open Source Modelica Consortium. Det är en ideell förening registrerad i Sverige. Föreningen består av cirka 50 medlemsorganisationer där styrelsen består av lika delar akademi och industri. Peter Fritzson är director för konsortiet.
Verksamhet och samverkan
OpenModelica används både inom forskning och utveckling men även för skarp tillämpning. Samverkan sker med en rad företag, däribland ABB, Saab, SKF, Siemens Turbo Machinery samt flera småföretag. En storskalig användning är styrningen av cirka tio procent av Tysklands elproduktion. Det sker via ABB:s programvara som genererar styrprogram för styrning av elkraftsystem, däribland sol- och vindkraftverk.
– Vi är glada över att vår programvara används för energieffektivisering, speciellt för samordning och styrning av förnybar energi från sol och vind. Det är viktigt på vägen mot ett hållbart samhälle med helt förnybar energiproduktion, säger Peter Fritzson.
Rüdiger Franke, teknisk specialist vid ABB i Mannheim, Tyskland ser flera fördelar med att använda OpenModelica:
– Öppen källkod är mycket värdefullt för industrin eftersom det innebär större flexibilitet, det går snabbare att åtgärda eventuella fel och det förenklar även kommunikationen mellan leverantörer och beställare, säger han.
Alf Isaksson, tidigare globalt forskningsansvarig för reglerteknikforskningen inom ABB:s koncernforskning, håller med:
– OpenModelica är det absolut bästa universitetsinitiativ som finns för mjukvarustöd kring modellering. Det är otroligt viktigt att den forskningen finns.
Volvo Car och Volvo Lastvagnar använder sig av Modelica och OpenModelica för att modellera och simulera olika aspekter av bilar innan de tillverkas, exempelvis för att minska energi- och bränsleförbrukning.
Byggföretag kan använda sig av OpenModelica för att bland annat simulera hur mycket värme som förbrukas i en byggnad, för att på så vis få en bättre styrning av inomhusklimatet.
– OpenModelica kan alltså användas inom en rad områden. Politiker kan utnyttja simulering för att fatta beslut exempelvis om ekonomi och resursförbrukning. Verktyget kan bidra till att göra smartare och effektivare konstruktioner, bland annat energisnålare bilar och bättre återvinning genom simulering. Det finns en närmast obegränsad potential för användningen, säger Peter Fritzson.
Han pekar inte minst på miljö- och klimatåtgärder där det idag görs försök att via simulering komma fram till bra metoder för att fånga in koldioxidutsläpp att lagra i berggrunden, men också satsningar på miljövänliga transportmedel inom sektorer som flyg, bilar, tåg och skogstransportindustrin.
Medicin är ett annat område där OpenModelica-verktyget används. Bland annat testar företag simuleringar av njurens funktion. Forskning pågår också att via simulering hitta alternativa sätt för att prova ut mediciner så att antalet djurförsök kan minska.
Andra samarbeten och resultat
Forskningssamarbeten pågår exempelvis med ett 30-tal universitet i Sverige och världen, däribland i Tyskland, Italien, Frankrike, USA, Indien och Australien. Cirka 50 000 indiska studenter har använt sig av OpenModelica som ett gratis undervisningshjälpmedel.
Resultatet av samverkan är att fler matematiska modeller för simulering tas fram, vilket i sin tur ökar kvaliteten på slutprodukten.
– I och med att användningen av OpenModelica är gratis så blir tröskeln för att använda verktyget lägre. Det är en av idéerna med öppen källkod. Samhällsnyttan blir på så vis stor, poängterar Peter Fritzson.
Länkar
- Den mest omfattande och spridda boken om Modelica, 1250 sidor:
Peter Fritzson. Principles of Object Oriented Modeling and Simulation with Modelica 3.3: A Cyber-Physical Approach. 1250 pages. ISBN 9781-118-859124, Wiley IEEE Press, 2014, http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:liu:diva-109724 - Peter Fritzson, Adrian Pop, Karim Abdelhak, Adeel Ashgar, Bernhard Bachmann, Willi Braun, Daniel Bouskela, Robert Braun, Lena Buffoni, Francesco Casella, Rodrigo Castro, Rüdiger Franke, Dag Fritzson, Mahder Gebremedhin, Andreas Heuermann, Bernt Lie, Alachew Mengist, Lars Mikelsons, Kannan Moudgalya, Lennart Ochel, Arunkumar Palanisamy, Vitalij Ruge, Wladimir Schamai, Martin Sjölund, Bernhard Thiele, John Tinnerholm, Per Östlund: The OpenModelica Integrated Environment for Modeling, Simulation, and Model-Based Development
Published in: Modeling, Identification and Control. 2020;41(4):241-295, November 2020, DOI 10.4173/mic.2020.4.1 https://www.mic-journal.no/ABS/MIC-2020-4-1.asp