Hybridisimulointi

Hybridisimulointi on lähestymistapa, jossa digitaalinen malli ja jokin fyysinen osajärjestelmä ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa reaaliajassa. Tavoitteena on muodostaa yhteinen simulaatioympäristö, jossa sekä simulointi- että fyysiset osat voivat vaikuttaa toisiinsa sekä vaihtaa signaaleja keskenään.

Yleisiä arkkitehtuurioita ovat hardware-in-the-loop (HIL) ja software-in-the-loop (SIL) sekä näiden yhdistelmät. Reaaliaikainen simulaattori tuottaa mallin vasteet ja tilatiedot, joita fyysinen osa käyttää ohjaus- ja mittaussignaalien muodossa. Elektroniset rajapinnat kuten analogiset/digitalsignaalit, CAN- ja Ethernet-verkot sekä erityiset co-simulaation protokollat mahdollistavat tiedonvaihdon. Aikataulun ja synkronoinnin tarkkuus ovat keskeisiä; signaalin viive ja mallin fidelity voivat rajoittaa tuloksia. Tietomallit on validoitava ja turvallisuusvarmistukset huomioitava.

Hybridisimulointia hyödynnetään monilla aloilla, kuten sähkö- ja energiajärjestelmissä, auto- ja ilmailuteollisuudessa, robotiikassa, rakennusten energiankäytön hallinnassa sekä prosessitekniikassa. Se mahdollistaa ohjausjärjestelmien testaamisen ennen lopullisen laitteen rakentamista sekä digitaalisten kaksosten (digital twin) kehittämisen.

Hyötyjä ovat turvallisempi ja kustannustehokkaampi testaus, paremman realistisuuden saavuttaminen sekä kehityksen nopeuttaminen. Haasteita ovat järjestelmän monimutkainen integrointi, reaaliaikaisuuden varmistaminen, tiedonlaatu ja viiveiden hallinta sekä yhteentoimivuus eri rajapintojen kanssa. Lisäksi on tärkeää varmistaa, että mallit vastaavat todellista käytöstä ja että turvallisuusriskit on hallinnassa.

Hybridisimulointi juontaa juurensa HIL- ja co-simulointiratkaisujen kehitykseen 1980–1990-luvulla; nykyisin siihen liitetään usein käsite digitaalinen kaksonen (digital twin) ja monimutkaisten reaaliaikaisten simulointien käyttö. Määritelmä vaihtelee kontekstin mukaan, mutta tehtäväpiiri on yleisesti sama: yhdistää digitaalinen malli ja fyysinen järjestelmä yhteisen simulaatio-ympäristön sisällä.