M. Lingl
ARGESIM / Abt. Simulationstechnik, Techn Univ. Wien
Die Seminarreihe Seminare über Modellbildung und Simulation ist eine Gemeinschaftsveranstaltung der Abt. Simulationstechnik (Inst. f. Technische Mathematik, TU Wien), der Institutsunterstützung des EDV-Zentrums und der ARGESIM (Arbeitsgemeinschaft Simulation News, TU Wien). Bei größeren Seminaren fungiert auch die Fachgruppe „Simulationssoftware- und Hardware“ der deutschsprachigen Simulationsvereinigung ASIM als Mitveranstalter.
Im allgemeinen werden die Seminare von Firmen (den entsprechenden Software-Vertreibern) mitgesponsert oder über Simulationsprojekte der ARGESIM mitfinanziert. Dieses Sponsoring erlaubt auch immer ein kleines Buffet, das die Kommunikation zwischen Teilnehmern, Vortragenden, Firmenvertretern etc. fördert.
Die Seminare dauern einen halben oder einen Tag. Die Teilnahme an den Seminaren steht allen an Modellbildung, Simulation und Engineering Tools Interessierten offen. Die Teilnehmer, von 30 bis 140 je Seminar (bisher 47 Seminare seit 1991), kommen zum Großteil von der TU Wien und von anderen Universitäten, aber auch aus Industrie, Dienstleistung und Verwaltung. Bei den bisherigen Seminaren waren etwa 20% der Teilnehmer aus der Industrie.
Die Teilnehmer werden um eine Anmeldung gebeten, daher können die Unterlagen, die zu Beginn des Seminars verteilt werden, schon eine Teilnehmerliste enthalten. Alle, die bereits an einem Seminar teilgenommen haben, werden automatisch zu den weiteren Seminaren eingeladen.
Weitere Informationen zu den Seminaren finden Sie am ARGESIM-WWW-Server, auch eine Anmeldung ist dort möglich:
http://www.argesim.org/seminare
Wir gehen dazu über, weniger Einladungen per Post zu versenden, und mehr über Email zu arbeiten. Wir arbeiten an einem vernünftigen Konzept – und bitten im vorhinein um Entschuldigung, wenn Sie Email-Ankündigungen mehrfach erhalten. Vermutlich werden wir den Weg der HTML-Formate gehen.
Zum Veranstaltungsort: Bisher fanden die Seminare meist im Freihaus in Seminarräumen (oft im Physik-Seminarraum) statt, und nur bei großen Seminaren sind wir in den Kontaktraum in der Gußhausstraße ausgewichen. Seit diesem Jahr bemühen wir uns regelmäßig um den Kontaktraum, da die dortige Atmosphäre, insbesondere die relative Abgeschiedenheit, für Seminare geeigneter erscheint.
In diesem Frühjahr fanden drei Seminare statt. Das erste Frühjahrsseminar war das alljährliche MATLAB-Seminar „MATLAB und SIMULINK – Entwicklungen und Anwendungen“ am 12. 3. 1998, das bei weitem meistbesuchte Seminar.
Für die Veranstalter konnten Prof. Dr. F. Breitenecker (ARGESIM/SIMTECH), Dr. W. Kleinert (EDV-Zentrum) und Dr. H. Stahl (Fa. Scientific) etwa 140 Teilnehmer begrüßen – was im Veranstaltungsraum, dem Kontaktraum im Gebäude Gußhausstraße der TU Wien zu einigen Platzproblemen führte.
H. Stahl, F. Breitenecker
und W. Kleinert begrüßen die Teilnehmer beim MATLAB-Seminar
In der Vorstellung neuer Produkte konzentrierte sich H. Stahl, der Geschäftsführer der Münchner Niederlassung des deutschen MATLAB-Distributors Scientific GmbH, einerseits auf die Stabilisierung und Konsolidierung der neuen MATLAB Version MATLAB 5 (Compiler, Datenbankinterface, Programmierung, neue Toolbox-Versionen) und andererseits auf das Power System Blockset, mit dem der Simulator SIMULINK eine neue Ära beginnt: automatisierte graphische Modellerstellung auf Basis von nicht-kausalen graphischen Beschreibungsmethoden – im gegenständlichen Fall Leistungsgraphen-ähnlich.
Weitere derartige Blocksets für andere Anwendungsbereiche (z. B. Mechanik) sind bereits in Entwicklung; in der Diskussion stellte sich heraus, daß mit dieser neuen Beschreibungsform z.B. auch Bondgraphen direkt implementiert werden können.
Der Kontaktraum war bis auf den letzten Platz besetzt.
F. Breitenecker ergänzte diese Ausführungen mit einer kurzen Darstellung der Entwicklung der Lizenzierung an der TU Wien:
F. Breitenecker schloß seine Übersicht mit dem Appell um mehr „Beitragswahrheit“ bei der Lizenzierung. Es sei klar,
Der Vormittag beschäftigte sich zunächst mit allgemeinen Themenstellungen: H.-G. Feichtinger von der Universität Wien berichtete über numerische harmonische Analyse mit MATLAB, und E. Neuwirth entzauberte das Mysterium Wählerstromanalyse und Wahlhochrechnung, indem er seine diesbezüglichen MATLAB-Module vorstellte.
Ein weiterer Vortragsblock konzentrierte sich auf biologische Anwendungen: Abwasserreinigung, Müllentsorgung, physiologische Modelle (Lungenfunktion, Nervensystem).
Einen Schwerpunkt des Nachmittags bildeten Anwendungen in der Nachrichtentechnik: Mitarbeiter des Inst. f. Nachrichtentechnik der TU Wien stellten in fünf Beiträgen das breite Einsatzspektrum von MATLAB vor.
Weitere Kurzvorträge unterstrichen die zunehmende Bedeutung von MATLAB als Programmierwerkzeug für Prototyping und das Testen von Algorithmen.
Im letzten Vortragsblock stellten ARGESIM-Mitarbeiter die Möglichkeiten von Stateflow, der dritten wesentlichen Neuerung in MATLAB/SIMULINK, vor, vom klassischen Einsatz zum bequemen Ersatz komplexer logischer Schaltungen, über die Organisation von hybriden bzw. gemischten Modellen bis zur diskreten Simulation und Simulation von Markov-Ketten.
Der Vortrag von G. Hametner (Inst. f. Maschinendynamik und Meßtechnik) führte dann ein hochgradig nichtlineares Modell eines hydrostatischen Antriebes vor, mit Meßdatenvergleich und Identifizierung, und leitete damit zum letzten Vortrag mit Identifizierung und Echtzeitanwendung über.
G. Hametner: Simulation eines geschwindigkeitsgeregelten hydrostatischen Antriebssystems bei Lastumkehr
Dieser letzte Vortrag von H. Stahl zeigte nochmals beeindruckend das breite Spektrum von MATLAB in Echtzeit- und HIL-Anwendungen auf und ließ auch die Herzen von Hobbybastlern höher schlagen: Auf einer Carrera-Autorennbahn wurde ein Fahrzeug händisch gesteuert, ein zweites folgte, automatisch gesteuert, in einem vordefinierten Abstand, wobei dieser Abstand mittels der Lichtintensität einer Leuchtdiode am ersten Fahrzeug gemessen wurde. Dabei wurden alle Aufgaben, vom Entwurf der Regelung bis zur Implementation auf dem Micro-Controller, mit Hilfe von MATLAB, Mathworks Toolboxen und Delzer Toolboxen gelöst.
H. Stahl demonstriert die MATLAB-geregelte Verfolgungsfahrt
Das Seminar endete um 1900 Uhr mit einer Verlosung von Preisen (als Dank für all jene, die bis zum Ende ausharrten – es waren etwa achtzig Personen): Abos von wissenschaftlichen Zeitschriften, Bücher zum Thema und MATLAB-Devotionalien.
In den Nachmittagspausen wurden bei einem „Basar“ einige neue und viele leicht bis mittel veraltete MATLAB-Dokumentationen angeboten (aus unserem Fundus, bereichert durch eine Kiste mit alten Dokus von Scientific): der reißende Absatz erinnerte beinahe an Reinhard Mays Schlacht am kalten Buffet (das es übrigens – allerdings warm – auch zur Mittagszeit gab) und zeigt, daß Online-Dokus doch nicht der Weisheit letzter Schluß sind und das Ende von gedruckten User Guides noch lange nicht gekommen ist.
Im Rahmen des Seminars wurde auch über die Lizenzen und deren Weiterentwicklung an der TU diskutiert (siehe Beitrag „MATLAB QUO VADIS?“ bzw. „Betreuung CAS“ und „Betreuung MATLAB – ACSL“) sowie über die Gestaltung des nächsten Seminars.
Dabei herrschte der Wunsch vor, das eintägige Seminar mit eher technischem Inhalt in der gegenwärtigen Form zu belassen und die vollkommen neuen Aspekte wie diskrete Modelle in Stateflow und Finanzmathematik in separaten Seminaren zu behandeln. Dem wird bereits durch das Seminar „Diskrete und kombinierte Modellbildung“ (25. Juni 1998) teilweise Rechnung getragen.
Für die Gestaltung eines „kleinen“ MATLAB-Seminars zum Thema Finanzmathematik, Ökonomie etc. werden Vorschläge, Vortragende und Interessenten gesucht. In diesem Zusammenhang sei darauf verwiesen, daß auch in der Österreichischen Nationalbank in einer Arbeitsgruppe MATLAB eingesetzt wird, und dringend nach MATLAB-Usern in ähnlichen Bereichen gesucht wird.
Im Vergleich zum MATLAB-Seminar im Vorjahr war wesentlich weniger Kritik zu hören. MATLAB scheint einerseits stabiler zu werden und die Bedürfnisse des Großteils der Anwender zufriedenstellen zu können, andererseits liegt eine gewisse Zurückhaltung auch in der Fast-Monopolstellung von MATLAB und der Tatsache, daß MATLAB eben „einfach da ist, wie es ist“, vergleichbar dem Windows95.
Es ist zu hoffen, daß Mathworks mit der Monopolstellung vorsichtig umgeht.
Knapp nach den Osterferien, am 21. 4. 98, fand das Seminar „Computer Algebra Systeme (CAS)“ statt, das überraschend viele Interessenten anlockte.
Dieses Seminar beschäftigte sich auch allgemein mit CASen, und so konnte DI A. Blauensteiner (EDV- Zentrum) 63 Teilnehmer begrüßen und in Grundzügen die neue Zusammenarbeit des EDV-Zentrums mit der ARGESIM bei der Betreuung der Computer Algebra Systeme (ähnlich wie bei MATLAB) vorstellen.
Das Seminar bestand aus drei Teilen. Der erste Teil beleuchtete den Einsatz von CASen in der AHS/BHS- bzw. Undergraduate- Ausbildung. Dabei kam es zu einer höchst interessanten Diskussion zwischen H. Heugl, Landesschulinspektor für Mathematik in NÖ, der den Einsatz stark befürwortete und über Ergebnisse berichtete, und R. Taschner (TU Wien), der u.a. in der AHS-Lehrerausbildung tätig ist, und der ein höchst warnendes Bild zeichnete. Die Gegenüberstellung dieser sehr unterschiedlichen Ansichten erreichte das Ausmaß einer Grundsatzdiskussion, die nicht unwesentlich zu einer Verlängerung des Seminars führte.
Den Undergraduate-Teil schlossen die Vorstellung von „Maths and Fun“ (ein Mathematica Notebook) durch R. Simonovits (HAK Graz) und Erfahrungsberichte mit „Maths and Fun“ von P. Mazohl (Bundesgymnasium Babenbergerring, Wiener Neustadt) ab.
Der zweite Teil des Seminars stellte die an der TU Wien lizenzierten Produkte Mathematica, Maple und Derive in einer vergleichenden Studie gegenüber (F. Breitenecker), und die Fachbetreuer W. Auzinger und G. Betz berichteten über Neuerungen in Maple bzw. Mathematica.
R. Taschner und H. Heugl legen ihre Meinungen zum Thema CAS dar.
Aufschlußreich war der Vortrag „Haben CAS immer recht?“ (H. Hlavacs, C.W. Überhuber), der kritisch Grenzen und Fehler der CASe betrachtete. Einen anwendungsorientierten Vergleich bot B. Gschaider beim Einsatz im Lagrange-Formalismus zur Herleitung mechatronischer Modelle.
Auch die Lizenzsituation an der TU Wien wurde kurz diskutiert. Die neuste Mathematica-Version (Mathematica 3.01) ist schon länger verfügbar. Maple kam mit der Version Maple V.5 heraus – und ist leistungsmäßig (vor allem in der Numerik) damit wieder eine Nasenlänge vor Mathematica; diese neue Version wird ab Mai zur Verfügung stehen. F. Breitenecker appellierte wie beim MATLAB-Seminar um eine Verbesserung der Beitragswahrheit bei der Lizenzierung, im PC-Bereich und vor allem im LINUX-Bereich.
In der Diskussion meinten Advanced Users, daß bei oftmaligem Einsatz von CASen sowohl Mathematica als auch Maple sinnvoll seien, da sie unterschiedliche Schwerpunkte in der Effizienz setzen und daher von Anwendung zu Anwendung einmal Maple und einmal Mathematica besser abschneidet.
Der dritte Teil des Seminars beschäftigte sich mit Anwendungen in der Simulationstechnik, sich auf das System Dymola konzentrierend. Dymola leitet aus Gesetzen durch symbolische Manipulationen Modellbeschreibungen in Zustandsraumdarstellung ab, die dann entweder direkt in Dymola simuliert werden können, oder die als ACSL-, SIMULINK- oder SIMNON-Modelle weitergegeben werden können.
Vorgestellt wurden von E. Forsthuber Dymola selbst und eine Simulationsstudie des Scara-Roboters (EUROSIM/ARGESIM Comparison 11) und von Th. Stefan (Inst. f. Elektrische Regelungstechnik) die Dymola-Simulation einer aktiven Netzrückspeisung.
Eine Testversion von Dymola ist über uns beschränkt erhältlich.
In einer regen Diskussion zur Kaffeepause wurde u.a. angeregt, das Seminar zu verlängern (auf ganztags) oder zwei Seminare zu veranstalten, das eine mit didaktisch-allgemeinem Inhalt, das andere technisch und simulationstechnisch orientiert. Für Meinungen und Hinweise sind wir dankbar – eine Neuauflage des Seminars ist für das Frühjahr 1999 geplant.
Als drittes Seminar fand am 22. 4. 98 das Seminar „Graphische Modellbildung und Simulation diskreter Prozesse mit MicroSaint“ statt. Dieses Seminar hat – wie auch das Seminar über GPSS/H – eher Service- charakter für Lehrveranstaltungen. Es stellte den Simulator Micro Saint vor und zeigte einige Anwendungen. R. Rainer (Inst. f. Statistik) gab anfangs einen Einleitungsvortrag über die statistischen Grundlagen der diskreten Simulation, von der Entstehungsgeschichte der Statistik bis zu den neuesten Werkzeugen, die zur Verfügung stehen.
Am 27. Mai 1998 findet das Seminar „Diskrete Modellbildung und Animation mit GPSS/H – POWERSIM“ statt. Dieses Seminar ist – wie schon das MicroSaint-Seminar – eher eine Serviceeinrichtung.
Es werden GPSS/H selbst sowie einige Anwendungen vorgestellt werden. Weiters wird SLX vorgestellt, das einerseits als GPSS/H-Nachfolger angesehen werden kann, andererseits eine C-ähnliche Implementierungssprache für diskrete Simulatoren auf verschiedenen Ebenen ist.
Im zweiten (kürzeren) Teil dieses halbtägigen Seminars wird der Simulator POWERSIM vorgestellt. POWERSIM bietet graphische Modellbildung für dynamische Prozesse auf Basis der System Dynamics Notation an und richtet sich damit vornehmlich an (kontinuierliche) biologische Prozesse, an einfache Fertigungsprozesse (Industrial Dynamics!) etc.
Das letzte Seminar im Sommersemester, „Diskrete und kombinierte Modellbildung mit Stateflow – Model Maker“ am 25. Juni 1998, beschäftigt sich mit hybrider bzw. gemischter Simulation in Zusammenhang mit Stateflow einerseits, und mit den allgemeinen Möglichkeiten von Stateflow, der Finite-State-Machine von MATLAB/SIMULINK, andererseits, und richtet sich damit auch an „Advanced MATLAB Users“.
Es werden hybride Simulation am Beispiel des EUROSIM Comparison 7 (Constrained Pendulum), Simulation von Markov-Ketten und Petrinetzen u.ä. diskutiert.
Am Ende des Seminars wird der Simulator Model Maker vorgestellt, der eine graphische Modellbeschreibung in System-Dynamics-ähnlicher, aber verallgemeinerter Notation erlaubt und auch auf den Prinzipien der Kompartment-Modellbildung beruht.
Ende des Sommersemesters findet das 49. Seminar statt, daher wird das erste Seminar im Wintersemester die Nummer 50 sein. Für dieses Seminar ist etwas Besonderes geplant. Das Jubiläumsseminar wird einen Leistungsbericht geben, und eingeladene Vortragende werden zu Grundsatzthemen sprechen.
Mit dem 51. Seminar (im Dezember) wird die letzte Wiederbelebung von ACSL versucht. Das letzte ACSL-Seminar (12. 1. 98) war sehr schwach besucht (trotz Terminverlegung und neuerlicher Einladungen).
Diese Tatsache ist leider mit dem generellen Rückgang von ACSL als allgemeiner Simulator begründbar (viele Anwender wechseln zu MATLAB/SIMULINK bzw. zu spezifischer Software, etwa FE-Systeme, Mehrkörpersysteme etc.). Es ist daher fraglich, ob ACSL weiter im Rahmen der Campuslizenz unterstützt werden kann (Lizenz bis Mitte 1999 vorhanden).
Für Jänner 1999 sind zwei Seminare zur biologischen Modellbildung und Simulation geplant. Dabei wird es zum einen um Simulation in der Medizin (regelungsmathematische Modelle vor allem des Herzkreislaufsystems), zum anderen um die Simulation von Abwasser- und Kläranlagen gehen.
Beide Seminare werden in Zusammenarbeit mit dem Österreichischen Forschungszentrum Seibersdorf (ÖFZS) veranstaltet werden, mit dem es dankenswerterweise schon bei früheren Seminaren eine gute Kooperation gab.