diapositive 1 groupe cs communication & systemesprésentation neptunix 2011 version septembre 99...

Diapositive 1GROUPE CS COMMUNICATION & SYSTEMES Présentation NEPTUNIX 2011

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NEPTUNIX + NEPTUNIX +

Un générateur de Un générateur de

SimulateursSimulateurs

Neptunix est le fruit d ’une collaboration entre Neptunix est le fruit d ’une collaboration entre GIAT Industries et CS SIGIAT Industries et CS SI


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PlanPlan

1 Ce qu’est NEPTUNIX1 Ce qu’est NEPTUNIX

2 Caractéristiques2 Caractéristiques

3 Références3 Références

Annexe : le langage de descriptionAnnexe : le langage de description


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• La simulation informatique permet d’être plus efficace dans les phases d’avant projet.

• Rôle d’un outil logiciel comme NEPTUNIX : •Accélérer le cycle d’étude (Analyse conception simulation retour d'expérience synthèse conception ...) , .... en automatisant les phases sans valeur ajoutée pour le concepteur,

•être adapté à des problèmes industriels,

•pérenniser le savoir-faire d’une entreprise en permettant de réutiliser des modèles existant.

La simulationLa simulation


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NEPTUNIX est un outil à caractère général destiné à modéliser et simuler des systèmes physiques ou techniques dont le comportement temporel est caractérisé par :

•des phénomènes continus décrits par des équations algébro-différentielles implicites non linéaires,

•une partie événementielle décrite par des automates.

Simulation hybride. Simulation hybride.


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La démarche NEPTUNIXLa démarche NEPTUNIX

SchémasSchémas+ Equations+ Equations NEPTUNIXNEPTUNIX

SimulateurSimulateur

Directives de Directives de SimulationSimulation

Jeu de donnéesJeu de donnéesFichier-résultatFichier-résultat

Simulateur utilisé en mode «étude»Simulateur utilisé en mode «étude»


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Les étapes d’une étude NEPTUNIX :

• représenter le système à modéliser au moyen de schémas et/ou d’équations mathématiques.

• générer automatiquement le simulateur du système ainsi modélisé,

• mettre au point le simulateur (debugger),

• exploiter le simulateur en mode étude,

• intégrer le simulateur dans une application-client.

La démarche (2)La démarche (2)


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Intégration du simulateurIntégration du simulateur

Le simulateur généré est un Le simulateur généré est un programme portable.programme portable.

Il peut être recompilé et intégré Il peut être recompilé et intégré

•dans un autre environnement dans un autre environnement d ’étuded ’étude

• ou dans un environnement ou dans un environnement applicatif (sous-programme ou applicatif (sous-programme ou sous-process).sous-process).

Source du simulateurSource du simulateur

BibliothèqueBibliothèqueSupport à Support à

l ’exploitationl ’exploitation++

++ ApplicationApplication•Capteurs,Capteurs,•Imagerie, ...Imagerie, ...


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Equations et schémasEquations et schémas

Modèle m1Modèle m1 Modèle m2Modèle m2

m1 (x1, y1) = 0

m2 (x2, y2) = 0

x1 = x2

y1 = y2

Equations modèle 1

Equations modèle 2

Equations de liaison

Niv

ea

u s

ché

ma

tiqu

eN

ive

au

sch

ém

atiq

ue

Niv

ea

u te

xtu

elN

ive

au

text

uel

x1x1 x2x2

y1y1 y2y2


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Equations et schémas (2)Equations et schémas (2)

Modèle m1Modèle m1 Modèle m2Modèle m2

m1 (x1, y1) = 0

m2 (x2, y2) = 0

x1 = x2

y1 = y2

Niv

ea

u s

ché

ma

tiqu

eN

ive

au

sch

ém

atiq

ue

Niv

ea

u te

xtu

elN

ive

au

text

uel

La représentation schématique permet :La représentation schématique permet :

•d’archiver des composants réutilisables,d’archiver des composants réutilisables,

•de visualiser clairement un assemblage,de visualiser clairement un assemblage,

•constituer aisément de gros systèmes.constituer aisément de gros systèmes.

Représentations complémentairesReprésentations complémentaires

Le texte décrit des phénomènes complexesLe texte décrit des phénomènes complexes

Le schéma visualise la structureLe schéma visualise la structure

x1x1 x2x2

y1y1 y2y2


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Il s’agit d’un langage métier destiné à exprimer

• des équations mathématiques,

• des événements,

• à mettre en évidence des composants,

• à assurer le couplage avec une partie programmée.

Il s’agit d’un langage déclaratif proche du modélisateur.

Ce n’est PAS un langage de programmation. Il est à un niveau d’abstraction plus élevé.

Le langage de descriptionLe langage de description


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HistoriqueHistorique

1980 : Début du projet au CEA SACLAY, suite à deux thèses 1980 : Début du projet au CEA SACLAY, suite à deux thèses (Y. Monsef et M. Nakhle)(Y. Monsef et M. Nakhle)

1988-93 : Neptunix 2 : Produit diffusé avec le pre/post 1988-93 : Neptunix 2 : Produit diffusé avec le pre/post processeur ALLAN (collaboration GDF)processeur ALLAN (collaboration GDF)

1993-95 : Nouvel environnement de simulation1993-95 : Nouvel environnement de simulation

1996-98 : Générateur C++ Neptunix 4 (collaboration avec 1996-98 : Générateur C++ Neptunix 4 (collaboration avec GIAT)GIAT)

1999 : Neptunix Plus (Produit et autonome, langage 1999 : Neptunix Plus (Produit et autonome, langage modernisé, IHM Java)modernisé, IHM Java)

2007 : Éditeur de schémas QT42007 : Éditeur de schémas QT4


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Réponses aux problèmes posés (1)Réponses aux problèmes posés (1)

Problème poséProblème posé

Fiabilité des résultatsFiabilité des résultats

Conditions initialesConditions initiales

Systèmes raidesSystèmes raides

Gestion des événementsGestion des événements

Stabilité numériqueStabilité numérique

Mise au pointMise au point

Méthode impliciteMéthode implicite

Détermination formelleDétermination formelle

Pas et ordre variablesPas et ordre variables

Point fort de NEPTUNIXPoint fort de NEPTUNIX

Contrôle de la matriceContrôle de la matrice

Debugger, clichésDebugger, clichés

Réponse NEPTUNIXRéponse NEPTUNIX


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Réponses aux problèmes posés (2) Réponses aux problèmes posés (2)


Rapidité de la simulationRapidité de la simulation

« Gros modèles »« Gros modèles »

Intégration simulateurIntégration simulateur

Contrôle taille des programmesContrôle taille des programmes

Testé sur 4 millions d'équationsTesté sur 4 millions d'équations


Génération optimiséeGénération optimisée

Factorise séquences répétitivesFactorise séquences répétitives

Simplification formelleSimplification formelle

Code généré standard (Fortran 77)Code généré standard (Fortran 77)

Simulateur = Sous programmeSimulateur = Sous programme

Fonctions de communication Fonctions de communication

Fonctionnement en mode parallèleFonctionnement en mode parallèle


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Réponses aux problèmes posés (3) Réponses aux problèmes posés (3)


Réutilisation des modèlesRéutilisation des modèles

(( Pérennité du savoir-faire) Pérennité du savoir-faire)

Lisibilité des composants, Lisibilité des composants, Langage « naturel »Langage « naturel »

Démarche modulaireDémarche modulaire

Constitution de modélothèquesConstitution de modélothèques

Format général, Format général, Archivage format texte Archivage format texte (Subversion)(Subversion)



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SpécificationMaintenance+ Evolutions

Aspect économique, gain de productivitéAspect économique, gain de productivité

Codage

Validation

SpécificationMaintenance+ Evolutions

Codage=0

Validation

Coût d’un simulateur (cas général)

Réduction du coûtavec NEPTUNIX

Retour sur investissement rapide(concision du formalisme)


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Fiche technique (1)Fiche technique (1)

Méthode d’intégration de type prédicteur / Méthode d’intégration de type prédicteur / correcteur (interpolation polynomiale).correcteur (interpolation polynomiale).

Prédiction : schéma de Gear modifié à pas et Prédiction : schéma de Gear modifié à pas et ordre variable (peut résoudre des systèmes ordre variable (peut résoudre des systèmes raides).raides).

Correction : Newton/Raphson. Matrice Correction : Newton/Raphson. Matrice jacobienne générée formellement et pré-inversée jacobienne générée formellement et pré-inversée lors de la génération.lors de la génération.

Point initial calculé formellement (projet makeInit Point initial calculé formellement (projet makeInit GIAT/Ch Tardy)GIAT/Ch Tardy)

Le Traitement du langage est réalisé par Moïra.Le Traitement du langage est réalisé par Moïra.


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Méthode prédicteur / correcteurMéthode prédicteur / correcteur

tn-1tn-1 tntntn-2tn-2tn-3tn-3

Prédiction par la méthode de GearPrédiction par la méthode de Gear

Itérations de Newton-RaphsonItérations de Newton-Raphson

Point solutionPoint solution


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Il y a 2 niveaux de langage de description: Il y a 2 niveaux de langage de description: NEPTUNIX 4 est compatible avec la version 1988 du langage. NEPTUNIX 4 est compatible avec la version 1988 du langage.

Neptunix Plus est un surlangage simplifié qui intègre des Neptunix Plus est un surlangage simplifié qui intègre des concepts de modularité, polymorphisme, généricité, des types concepts de modularité, polymorphisme, généricité, des types

structurés (look Pascal/C++)structurés (look Pascal/C++)..

Le générateur NEPTUNIX 4 est écrit en C++. Il Le générateur NEPTUNIX 4 est écrit en C++. Il génère du Fortran 77 standard.génère du Fortran 77 standard.

La bibliothèque est en C (analyseur langage La bibliothèque est en C (analyseur langage d’exploitation, debugger, multiprocess), et en d’exploitation, debugger, multiprocess), et en Fortran (algorithme de résolution.Fortran (algorithme de résolution.


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On dispose d’une interface graphique QT4/C++.On dispose d’une interface graphique QT4/C++.

Neptunix tourne sur toute machine UNIX et sur PC.Neptunix tourne sur toute machine UNIX et sur PC.

Prérequis :Prérequis : QT4 QT4

Compilateur Fortran (g77 de MingWin)Compilateur Fortran (g77 de MingWin)

Un shell-script (12 commandes UNIX) (cygnus free-Un shell-script (12 commandes UNIX) (cygnus free-ware)ware)


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NEPTUNIX NEPTUNIX

Quelques référencesQuelques références


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GIAT INDUSTRIESGIAT INDUSTRIES

Simulation de conduite de tir en mouvement.Simulation de conduite de tir en mouvement.

Asservissement de tourelles.Asservissement de tourelles.

NEPTUNIX fut intégré à l’atelier de NEPTUNIX fut intégré à l’atelier de modélisation EBG.modélisation EBG.

GIAT INDUSTRIES est copropriétaire de GIAT INDUSTRIES est copropriétaire de NEPTUNIX 4.NEPTUNIX 4.


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DCN INDRETDCN INDRET

SIMAP : un atelier de modélisation et de simulation SIMAP : un atelier de modélisation et de simulation d’Appareils propulsifs pour des frégates.d’Appareils propulsifs pour des frégates.

Simulation de l’appareil propulsif du porte-avions Simulation de l’appareil propulsif du porte-avions Charles de Gaulle. Charles de Gaulle.

Génération sur station UNIX, simulations sur PC portable «embarqué» Génération sur station UNIX, simulations sur PC portable «embarqué»

lors des missions du PAN.lors des missions du PAN.


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BRGMBRGM

Systèmes géochimiques (interactions eau-Systèmes géochimiques (interactions eau-roches)roches)

Réseau de réacteurs et procédés de traitementRéseau de réacteurs et procédés de traitement

Injection de CO2Injection de CO2

Couplage des simulateurs générés avec un code de Couplage des simulateurs générés avec un code de transporttransport


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Gaz de FranceGaz de France

Modélothèque de thermique du bâtiment Modélothèque de thermique du bâtiment (validée par immeuble expérimental).(validée par immeuble expérimental).

La taille des modèles atteint 15 000 équations.La taille des modèles atteint 15 000 équations.

Modèles de réseau de gaz.Modèles de réseau de gaz.

Aide au contrôle commande de chaudières.Aide au contrôle commande de chaudières.

NEPTUNIX est un élément du modeleur ALLAN spécifié ,conçu NEPTUNIX est un élément du modeleur ALLAN spécifié ,conçu et développé pour GDF par l’équipe NEPTUNIX.et développé pour GDF par l’équipe NEPTUNIX.


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Divers (1)Divers (1)

CEA :CEA :

Cinétique du laser à vapeur de cuivre,Cinétique du laser à vapeur de cuivre,

Simulateurs de centrales nucléaires :Simulateurs de centrales nucléaires : France : Saclay, Grenoble France : Saclay, Grenoble

Grande Bretagne (5 simulateurs pour Nuclear Grande Bretagne (5 simulateurs pour Nuclear Power), Power),

Pays Bas (Petten),Pays Bas (Petten),

Chine (Guang Dong).Chine (Guang Dong).

Le CEN Saclay est le créateur de NEPTUNIXLe CEN Saclay est le créateur de NEPTUNIX


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DiversDivers

DASSAULT :DASSAULT :

Modèle de torche à plasma.Modèle de torche à plasma.

EDF/CNEN :EDF/CNEN :

Etudes en thermique du bâtiment de centrales Etudes en thermique du bâtiment de centrales nucléaires en conditions climatiques extrêmes nucléaires en conditions climatiques extrêmes pour autorité de sûreté.pour autorité de sûreté.

VALEO : VALEO :

Electronique moteurElectronique moteur

Mécanique vibratoireMécanique vibratoire


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UniversitairesUniversitaires

Ecole des Mines de Paris : Energétique.Ecole des Mines de Paris : Energétique.

Ecole des Mines de Nantes : Energétique.Ecole des Mines de Nantes : Energétique.

Ecole centrale de Lille : Electronique et Ecole centrale de Lille : Electronique et électromagnétisme.électromagnétisme.

ENSICA Toulouse : Simulateur d’entraînement ENSICA Toulouse : Simulateur d’entraînement d’un hélicoptère.d’un hélicoptère.

Parix XII (laboratoire LETIEF) : Energétique.Parix XII (laboratoire LETIEF) : Energétique.

Université de Savoie : Thermique du bâtiment.Université de Savoie : Thermique du bâtiment.


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LAST (but not least)LAST (but not least)

EDF Chatou : validation du code OsirisEDF Chatou : validation du code Osiris

Modélisation d'éléments irradiants issus d'un stockage

CORYS : Simulation d’une centrale nucléaireCORYS : Simulation d’une centrale nucléaire

Rénovation d’un modèle de 1991Rénovation d’un modèle de 1991


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FINFIN

Merci de votre attention.Merci de votre attention.

Avez vous des Avez vous des Questions ???Questions ???


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SupplémentSupplément

Le langage de Le langage de Description des Description des

ModèlesModèles


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Structure d’un fichier sourceStructure d’un fichier source

// ________________________________ Modèle appelé// ________________________________ Modèle appelé

modelmodel tuyau (fluide amont, fluide aval) tuyau (fluide amont, fluide aval)

{{

..... définition ....;..... définition ....;

}}

// ________________________________ Modèle composé// ________________________________ Modèle composé

modelmodel truc (....) truc (....)

{{

tuyau t1, t2 ....;tuyau t1, t2 ....; // Déclaration de 2 instances de tuyau// Déclaration de 2 instances de tuyau

LinkLink (t1.aval, t2.amont); (t1.aval, t2.amont); // Lien entre les 2 instances// Lien entre les 2 instances

}}

// ________________________________ Modèle appelé// ________________________________ Modèle appelé

modelmodel tuyau (fluide amont, fluide aval) tuyau (fluide amont, fluide aval)

{{

..... définition ....;..... définition ....;

}}

// ________________________________ Modèle composé// ________________________________ Modèle composé

modelmodel truc (....) truc (....)

{{

tuyau t1, t2 ....;tuyau t1, t2 ....; // Déclaration de 2 instances de tuyau// Déclaration de 2 instances de tuyau

LinkLink (t1.aval, t2.amont); (t1.aval, t2.amont); // Lien entre les 2 instances// Lien entre les 2 instances

}}

Un fichier NEPTUNIX contient un ou plusieurs modèles.Un modèle possède une entête et un corps.


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Les instructionsLes instructions

DéclarationsDéclarations

EquationsEquations

AutomatesAutomates

Affectations (conditions initiales)Affectations (conditions initiales)

ConnexionConnexion à une partie procédurale compilée à une partie procédurale compilée

AppelsAppels de sous-modèles de sous-modèles

+ autres instructions en notation procédurale : + autres instructions en notation procédurale : assertions, configuration, etc...assertions, configuration, etc...


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Les types de donnéesLes types de données ContinuousContinuous : (inconnues du système) elles sont : (inconnues du système) elles sont

définies par des équations différentielles implicites définies par des équations différentielles implicites non linéaires. Elles sont «dérivables» par rapport à la non linéaires. Elles sont «dérivables» par rapport à la variable indépendante.variable indépendante.

ParameterParameter : entités restant constantes entre 2 : entités restant constantes entre 2 événements.événements.

FlagsFlags : entités logiques définies par des expressions : entités logiques définies par des expressions conditionnelles : ( c = x>y) ou d'autres flags conditionnelles : ( c = x>y) ou d'autres flags (c=c1&&c2). Le basculement d'un flag constitue un (c=c1&&c2). Le basculement d'un flag constitue un événementévénement..

Possibilité de redéfinir des types structurés Possibilité de redéfinir des types structurés ((connecteursconnecteurs) ou non () ou non (typedeftypedef).).

Possibilité définir des types Possibilité définir des types matricielsmatriciels ou ou vectorielsvectoriels..


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Les équations Les équations

Forme classique : Forme classique : expression1 = expression2expression1 = expression2 ; ;

Forme conditionnelle : Forme conditionnelle : ifif (cond) (cond) thenthen equa1; equa1;

elseelse equa2; equa2;

Fonctions utilisateur : Fonctions utilisateur : y = my_function (x1, x2, p, t);y = my_function (x1, x2, p, t);

Commandes définies en exploitation : Commandes définies en exploitation : y = y = controlcontrol (); ();

Opérateurs de liaison : Opérateurs de liaison : LinkLink (conn1, conn2) (conn1, conn2);;

Forme itérée : Forme itérée : forfor i=1 i=1 toto n n dodo y[i] - z[i] = 0;y[i] - z[i] = 0;


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Les automatesLes automates

Le basculement d'un Le basculement d'un flagflag indique le indique le franchissement d'un domaine de validité. On franchissement d'un domaine de validité. On peut associer à cet peut associer à cet événementévénement (noté (noté flagflag+ ou + ou flagflag-) des -) des actionsactions : affectation , appel de : affectation , appel de fonction. fonction.

Une action peut provoquer un nouvel Une action peut provoquer un nouvel événement. L'automate redéfinit un nouveau événement. L'automate redéfinit un nouveau modèle continu.modèle continu.

L’algorithmeL’algorithme d’intégration d’intégration tient comptetient compte de ces de ces changements.changements.


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Automate : exempleAutomate : exemple

continuous hauteur := 10, vitesse:=0 ;

flag enlair = hauteur > 0;

At enlair- : vitesse := -vitesse*amortissement;

continuous hauteur := 10, vitesse:=0 ;

flag enlair = hauteur > 0;

At enlair- : vitesse := -vitesse*amortissement;


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Connexions procéduralesConnexions procédurales

• NEPTUNIX permet de se connecter à des procédures à certains moments-clés de la simulation.

At init : lire_base ();

At every_event : mon_automate ();

At every_step : maj_courbes ();

At init : lire_base ();

At every_event : mon_automate ();

At every_step : maj_courbes ();


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Accès aux variables du simulateurAccès aux variables du simulateur

void lire_base () /* Programme C d'interface */

{

nx_inq_value ("diametre", &diam);

x = lire_sur_ma_base (diam, ....);

nx_mod_value ("debit", x);

}


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Appels de modèlesAppels de modèles

Généralement, un modèle est suffisamment Généralement, un modèle est suffisamment complexe pour qu'il soit utile, sinon nécessaire de complexe pour qu'il soit utile, sinon nécessaire de le décomposer en sous-modèles.le décomposer en sous-modèles.

Cette approche permet de définir des Cette approche permet de définir des composants réutilisables, et d'introduire une composants réutilisables, et d'introduire une certaine méthodologie systémique, inspirée des certaine méthodologie systémique, inspirée des schémas-blocs.schémas-blocs.

Les "macromodèles" contiennent des Les "macromodèles" contiennent des instancesinstances de de sous-modèles sur lesquelles on applique des sous-modèles sur lesquelles on applique des opérateurs de liaisonopérateurs de liaison..

La connectique est améliorée par à un typage fort La connectique est améliorée par à un typage fort des données. des données.


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Redéfinitions de typesRedéfinitions de types

• Ces redéfinitions sont utiles pour la connectique inter-modèles

typedef continuous pression;

typedef continuous debit extensive;

typedef continuous temperature;

connector fluide {pression p;

debit q;

temperature theta;

}

typedef parameter matrix [3, 3]; // Version 1.2

typedef continuous vector [3]; // Version 1.2

typedef continuous pression;

typedef continuous debit extensive;

typedef continuous temperature;

connector fluide {pression p;

debit q;

temperature theta;

}

typedef parameter matrix [3, 3]; // Version 1.2

typedef continuous vector [3]; // Version 1.2


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Entête des modèlesEntête des modèles

• L’entête des modèles est la partie «publique» du modèle.

• Elle contient les variables de couplage qui sont les grandeurs partagées par les modèles.

model tuyau (fluide amont, fluide aval);

model alim (out fluide amont);

model tuyau (fluide amont, fluide aval);

model alim (out fluide amont);


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Exemple de macromodèleExemple de macromodèle

model tuyau (fluide amont, fluide aval); // Prototype

model truc (fluide amont, fluide aval)

{

tuyau t1, t2; // Déclaration de 2 instances

Link (t1.aval, t2.amont);// Equations de liaison

amont= Export (t1.amont); // Exportation

aval = Export (t2.aval);

}

model tuyau (fluide amont, fluide aval); // Prototype

model truc (fluide amont, fluide aval)

{

tuyau t1, t2; // Déclaration de 2 instances

Link (t1.aval, t2.amont);// Equations de liaison

amont= Export (t1.amont); // Exportation

aval = Export (t2.aval);

}


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Par rapport à Neptunix.4 Par rapport à Neptunix.4

Moins de types de données (par suppression Moins de types de données (par suppression de contraintes sémantiques)de contraintes sémantiques)

Plus de délimitations de blocs (syntaxe Plus de délimitations de blocs (syntaxe suffisante).suffisante).

Syntaxe plus riche des déclarations -> Syntaxe plus riche des déclarations -> suppression bloc interface, init et formulessuppression bloc interface, init et formules

Syntaxe des équations (suppression bloc pivot)Syntaxe des équations (suppression bloc pivot)

Appel de fonctions dans les automatesAppel de fonctions dans les automates


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Par rapport à Neptunix.4 (et ALLAN. ...) Par rapport à Neptunix.4 (et ALLAN. ...)

Suppression du Bloc Fortran (et des blocs Suppression du Bloc Fortran (et des blocs procéduraux) remplacés par des appels de procéduraux) remplacés par des appels de fonction.fonction.

Accès aux variables internes d’un modèle par Accès aux variables internes d’un modèle par des fonctions get_value(...), set_value(...)des fonctions get_value(...), set_value(...)

Toute variable est modifiableToute variable est modifiable


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Par rapport à ALLANPar rapport à ALLAN

La longueur des identifieurs est libre La longueur des identifieurs est libre

Un macromodèle possède une vue graphique Un macromodèle possède une vue graphique et une vue textuelleet une vue textuelle

On peut traiter une arborescence de modèles On peut traiter une arborescence de modèles

Suppression des blocs procédurauxSuppression des blocs procéduraux

(ce sont des programmes appelés)(ce sont des programmes appelés)


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FINFIN

Merci de votre attention.Merci de votre attention.

Avez vous des Avez vous des Questions ???Questions ???

diapositive 1 groupe cs communication & systemesprésentation neptunix 2011 version septembre 99...

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