Hardware in the Loop
Hardware in the Loop (HIL) ist ein Methode zum Testen und Absichern von eingebetteten Systemen sowie zur vorzeitigen Inbetriebnahme von Maschinen und Anlagen.
HIL für eingebettete Systeme
Dabei wird das zu steuernde System (z. B. Auto) über Modelle simuliert, um die korrekte Funktion des zu entwickelnden Steuergerätes (z. B. Motorsteuergerät) zu testen.
Das Steuergerät wird mit Sensordaten aus dem Modell simuliert. Um die Reglerschleife (Loop) zu schließen, wird die Reaktion des Steuergeräts, z. B. das Ansteuern eines Elektomotors, in das Modell zurückgelesen.
Die HIL-Simulation muss meist in Echtzeit ablaufen und wird in der Entwicklung benutzt, um Entwicklungzeiten zu verkürzen und Kosten zu sparen. Insbesondere lassen sich wiederkehrende Abläuft simulieren. Dies hat den Vorteil, dass eine neue Entwicklungsversion unter den gleichen Kriterien getestet werde kann, wie die Vorgängerversion. Somit kann detailliert nachgewiesen werden, ob ein Fehler beseitigt wurde oder nicht.
Die Tests an realen Systemen lassen sich dadurch stark verringern und zusätzlich lassen sich Systemgrenzen ermitteln, ohne das Zielsystem (z. B. Auto und Fahrer) zu gefährden.
Die HIL-Simulation ist immer nur eine Vereinfachung der Realität, es kann den Test am realen System deshalb nicht ersetzen. Falls Diskrepanzen zwischen der HIL-Simulation und der Realität auftreten, sind die zugrundeliegenden Modelle in der Simulation zu stark vereinfacht. Dann müssen die Simulations-Modelle weiterentwickelt werden.
HIL im Maschinen- und Anlagenbau
Im Maschinen- und Anlagenbau wird für Hardware in the Loop in der Regel eine Maschinensteuerung über einen Feldbus an ein Physikmodell einer Maschine angeschlossen. Dieses enthält in der Regel eine Abbildung des Verhaltens sowie des Materialflusses. Über eine optionale 3D-Visualisierung sowie Ausgaben der Physiksimulation kann dann ein Beobachter die Maschinenfunktion überwachen.
Zweck ist die Erstellung und Erprobung von Steuerungsprogrammen, bevor die Bauteile einer Maschine gefertigt und montiert sind. Aktuelle wissenschaftliche Studien bescheinigen dadurch eine Verkürzung von bis zu 80 % während der Inbetriebnahmephase. Ein weiterer Vorteil liegt in der Möglichkeit, ohne Gefahr für den Bediener Grenzsituationen zu testen, wie z. B. das Fahren auf Hardware-Endschalter.
Zukünftige Anwendungsfelder können die Ferndiagnose und Fernwartung von Maschinen und Anlagen mit einschließen. Über eine Telekommunikationsleitung (z. B. über Internet) wird der aktuelle Zustand einer Steuerung vom Maschinenbetreiber in ein Service-Center beim Maschinenhersteller übertragen. Dort können dann anhand des physikalischen Modells erste Diagnosen gestellt und Empfehlungen abgeleitet werden.
Software in the Loop
Bei Software in the Loop (SIL) wird im Gegensatz zu Hardware in the Loop die Ein- und Ausgaben in das zu testende System von einer speziellen Simulationssoftware übernommen und ausgewertet bzw. aufbereitet.