Aktuální vydání

celé číslo

01

2024

Automatizace skladování, logistiky a manipulace s materiálem

Programovatelné automaty, průmyslové počítače, jednotky I/O, bezpečnostní systémy

celé číslo

Nová generace softwarových nástrojů pro technické a vědecké výpočty

Automa 1/2001

(ed)

Nová generace softwarových nástrojů pro technické a vědecké výpočty

Firma Humusoft s. r. o. uvedla na trh České republiky a Slovenska novou řadu programových nástrojů Matlab pro technické výpočty, simulace, zpracování signálů, návrhy řídicích a komunikačních systémů a vývoj programových aplikací společnosti The Math Works.

Obr. 1.

Typickými uživateli Matlabu jsou vědečtí pracovníci a technici v telekomunikacích, energetice, automobilovém, leteckém, kosmickém a jaderném průmyslu, pracovníci v oblasti chemie, lékařství, biotechnologie, životního prostředí a dalších přírodních věd, ale i odborníci v sektorech obrany, finančnictví, těžkého strojírenství atd. Matlab je v současné době standardem v oblasti technických výpočtů a simulací. Ve světě je provozováno více než 180 tisíc licencí, což představuje zhruba 500 tisíc uživatelů. V České republice a na Slovensku je registrováno více než 500 licencí výpočetního systému Matlab a odhad počtu aktivních uživatelů přesahuje číslo dva tisíce. Matlab nachází své uživatele všude tam, kde je třeba rychle a úspěšně analyzovat, navrhovat, modelovat, simulovat a testovat, ale především implementovat dosažené výsledky v minimálním čase do podmínek praxe v reálném světě – ať již v podobě prototypů nových zařízení nebo ve formě řídicích programů, inovací a optimalizací ve výrobě či v podobě vyřešení složitého teoretického problému.

Verze 12
Nová verze 12 přinesla nejen zcela nové hlavní moduly systému – Matlab 6 a Simulink 4, ale i rozsáhlou aktualizaci více než šedesáti nadstavbových modulů, které svým zaměřením pokrývají většinu oborů současné vědy a techniky. Stejně tak jako verze předchozí, je i verze 12 koncipována jako systém s podporou v podstatě pro všechny v současné době používané počítačové platformy. Může tedy pracovat na většině typů počítačů a operačních systémů. Verze 12 je považována za přelom nejen z hlediska rozsahu, integrace a kvality produktu, ale především z hlediska vztahu k uživateli a jeho pohodlí při práci. Společnost The MathWorks investovala do aktualizace a vývoje nových vlastností produktů více než 600 tisíc vývojových hodin, což je (v přepočtu na jednoho programátora) přes 250 let práce! „Verze 12 je nejen naším největším programovým balíkem, co se týče množství a schopnosti produktů, ale je to především naše odpověď na požadavky zákazníků, kteří byli aktivními spolutvůrci vlastností nového výpočetního systému,“ říká pan Jack Little, prezident a výkonný ředitel firmy The Math Works. „Výsledkem špičkové týmové práce je zcela nové intuitivní uživatelské rozhraní a podstatně rychlejší výpočetní jádro systému.“

Obr. 2.

Nové vlastnosti
Hlavním cílem vývoje nového Matlabu byla optimalizace systému podle požadavků stávajících uživatelů a zpřístupnění výpočetních nástrojů novým uživatelům. Specialisté firmy The MathWorks uskutečnili detailní průzkum u stovek uživatelů, aby přesně pochopili jejich přístup k řešení složitých výpočetních a simulačních úloh a aby v nové verzi systému zohlednili požadavky a připomínky uživatelů. Nejčastějším požadavkem bylo zjednodušení často používaných operací, kreslení grafů a dalších vizualizačních úloh tak, aby je bylo možné snadno opakovat a modifikovat bez jakéhokoli programování. Verze 12 vyšla těmto požadavkům vstříc a nyní nejen plně vyhovuje náročným požadavkům profesionálů, ale především díky intuitivnímu uživatelskému rozhraní zásadním způsobem zkracuje dobu potřebnou k zaškolení nových uživatelů. Nové rozhraní – Matlab Desktop – je plně konfigurovatelné podle požadavků uživatele. Programátorské nástroje, jako prohlížeče souborů, pracovního prostoru a historie příkazů nebo interaktivní spouštěč aplikací, editor, debugger, hypertextová nápověda a příkazové okno, jsou do prostředí plně integrovány. Podstatně zdokonalený a uživatelsky zjednodušený je export výsledků do externích aplikací, jako je Microsoft Word a Microsoft PowerPoint. Matlab byl doplněn o interaktivní nástroje pro aproximace a statistiku, které dovolují pracovat přímo na graficky zobrazených křivkách. Také vizualizační schopnosti Matlabu byly rozšířeny o důležité nové funkce (transparentní objekty, interaktivní ovládání pohledů atd.) a doplněny o intuitivní nástroje pro editaci grafických objektů.

Rychlejší jádro
Zásadní změny doznalo výpočetní jádro systému Matlab. Původní knihovny LINPACK a EISPACK byly nahrazeny progresivnějšími a podstatně rychlejšími knihovnami LAPACK a ARPACK. Nové výpočetní jádro adaptivně optimalizuje svou činnost podle konkrétní konfigurace uživatelského počítače (typ procesoru, cache, paměť, operační systém atd.), čímž zrychluje výpočet složitějších operací až osmkrát oproti verzi předchozí! Uživatele z oblasti zpracování signálů jistě potěší nová knihovna pro řešení problémů FFT (MIT FFTW Library), která zásadním způsobem zrychluje řešení především rozsáhlejších úloh.

Integrace s jazykem Java
K dalším zajímavým novinkám patří především integrace s jazykem Java. Java Virtual Machine je součástí instalace Matlabu a třídy jazyka Java se staly v Matlabu běžným datovým typem. Není tedy problém importovat externí knihovny či psát vlastní programy v jazyce Java a kombinovat je s funkcemi jazyka Matlab – to vše v rámci jednoho vývojového prostředí. Z nepřeberného množství dalších nových funkcí je třeba jmenovat ještě alespoň interaktivní nástroj pro import dat, který výrazně usnadní načítání dat téměř z jakéhokoliv zdroje (text, tabulky, databáze, binární data, obrázky, animace apod.), nebo nástroje pro komunikaci s externím přístrojovým vybavením pomocí sériové linky a s využitím nového modulu Instrument Control Toolbox i pomocí protokolů GPIB a VISA.

Obr. 3.

Nástroje pro simulace a návrhy řídicích systémů
Zásadní inovace se dotkly i nástrojů pro simulace a návrhy řídicích a komunikačních systémů a především vývojových prostředků pro automatizovaný návrh prototypů (Rapid Prototyping). Sestava Simulink 4, Stateflow 4, Real Time Workshop 4 a Control System Toolbox 5 nabízí ucelené grafické vývojové prostředí pro návrhy, modelování a simulace systémů s možností automaticky generovat kód pro cílovou platformu finálního zařízení bez nutnosti klasického „ručního“ programování. Kvalita výsledného kódu je při použití nového modulu Real Time Workshop Embeded Option srovnatelná s optimalizovaným „ručně psaným“ programem, ať jsou srovnávány z hlediska rychlosti či z hlediska nároků na paměť cílové platformy nebo z hlediska přehlednosti a čitelnosti zdrojového kódu. Vývojový cyklus prototypu je při použití uvedených nástrojů nesrovnatelně kratší ve srovnání s klasickým způsobem návrhu. Cílovou platformou automaticky generovaného kódu může být některá z přímo podporovaných procesorových konfigurací, např. Real Time Windows Target nebo xPC Target pro platformu PC nebo systémy dSPACE pro signálové procesory Texas Instruments a mnoho dalších.

Simulink byl kromě optimalizace algoritmů a systémových rozšíření obohacen i o velmi užitečné nástroje pro ladění simulačních schémat: grafický debugger, datový a signálový průzkumník, profiler, nástroj pro porovnávání schémat (Model Difference) a především dlouho očekávaný Simulink Accelerator, který podstatně zrychluje simulaci rozsáhlejších systémů. Tento nástroj vytváří kód v jazyce C místo dříve používaného interpretačního kódu Simulinku a umožňuje tak zrychlit proces simulace dvakrát až desetkrát. Je plně kompatibilní se všemi moduly Simulinku, podporuje činnost ladicího programu – debuggeru a umožňuje dohlížet a vstupovat do probíhající simulace pomoci příkazového řádku Matlabu nebo M-souboru.

Inovované nadstavby
Kromě hlavních pilířů systému Matlab/Simulink byly aktualizovány v podstatě všechny nadstavbové moduly. Kromě již zmiňovaných modulů zaznamenal největší změny a rozšíření Neural Network Toolbox (knihovna pro návrh řízení s využitím teorie neuronových sítí), Filter Design Toolbox, Signal Processing Toolbox a DSP Blockset (knihovny nástrojů na zpracování signálů a návrh digitálních filtrů), Communication Toolbox a Communication Blockset (knihovny pro návrh, modelování a simulaci komunikačních systémů), Spline Toolbox, Statistics Toolbox a mnoho dalších.

[Tisková informace Humusoft.]

HUMUSOFT s. r. o.
Novákových 6
180 00 Praha 8
tel: 02/66 31 57 67
tel./fax: 02/684 41 74
e-mail: info@humusoft.cz
http://www.humusoft.cz