Hardware-in-the-loop simulation
ہارڈ ویئر ان دی لوپ (ایچ آئی ایل) تخروپن، ایچ ڈبلیو آئی ایل، یا ایچ آئی ٹی ایل، ایک ایسی تکنیک ہے جو پیچیدہ ریئل ٹائم ایمبیڈڈ سسٹمز کی ترقی اور جانچ میں استعمال ہوتی ہے۔ ایچ آئی ایل تخروپن ٹیسٹ پلیٹ فارم میں پروسیس ایکچوایٹر سسٹم، جسے پلانٹ کہا جاتا ہے، کی پیچیدگی کو شامل کرکے ایک موثر ٹیسٹنگ پلیٹ فارم فراہم کرتا ہے۔ زیر قابو پودے کی پیچیدگی کو تمام متعلقہ متحرک نظاموں کی ریاضیاتی نمائندگی شامل کرکے جانچ اور ترقی میں شامل کیا جاتا ہے۔ ان ریاضیاتی نمائندوں کو "پلانٹ سیمولیشن" کہا جاتا ہے۔ سرایت شدہ نظام جس کی جانچ کی جانی ہے اس پلانٹ کے تخروپن کے ساتھ تعامل کرتا ہے۔ ایچ آئی ایل کیسے کام کرتا ہے ایچ آئی ایل کے تخروپن میں سینسرز اور ایکچوایٹرز کا برقی ایمولیشن شامل ہونا چاہیے۔ یہ برقی ایمولیشن پلانٹ کے تخروپن اور جانچ کے تحت سرایت شدہ نظام کے درمیان انٹرفیس کے طور پر کام کرتے ہیں۔ ہر برقی طور پر ایمولیٹڈ سینسر کی قیمت پلانٹ کے تخروپن کے ذریعے کنٹرول کی جاتی ہے اور جانچ (فیڈ بیک) کے تحت سرایت شدہ نظام کے ذریعے پڑھی جاتی ہے۔ اسی طرح، جانچ کے تحت سرایت شدہ نظام ایکچوایٹر کنٹرول سگنلز کو آؤٹ پٹ کرکے اپنے کنٹرول الگورتھم کو نافذ کرتا ہے۔ کنٹرول سگنلز میں تبدیلیوں کے نتیجے میں پلانٹ کے تخروپن میں متغیر اقدار میں تبدیلیاں آتی ہیں۔ مثال کے طور پر، آٹوموٹو اینٹی لاک بریکنگ سسٹم کی ترقی کے لیے ایک ایچ آئی ایل تخروپن پلیٹ فارم میں پلانٹ کے تخروپن میں درج ذیل ذیلی نظاموں میں سے ہر ایک کے لیے ریاضیاتی نمائندگی ہو سکتی ہے: گاڑی کی حرکیات، جیسے معطلی، پہیے، ٹائر، رول، پچ اور یا ؛ بریک سسٹم کے ہائیڈرولک اجزاء کی حرکیات ؛ سڑک کی خصوصیات۔ استعمال بہت سے معاملات میں، سرایت شدہ نظام تیار کرنے کا سب سے مؤثر طریقہ سرایت شدہ نظام کو حقیقی پلانٹ سے جوڑنا ہے۔ دوسرے معاملات میں، ایچ آئی ایل تخروپن زیادہ موثر ہے۔ ترقی اور جانچ کی کارکردگی کا میٹرک عام طور پر ایک فارمولا ہوتا ہے جس میں درج ذیل عوامل شامل ہوتے ہیں: قیمت 2. دورانیہ 3. حفاظت 4. ممکنیت نقطہ نظر کی لاگت تمام آلات اور کوششوں کی لاگت کا ایک پیمانہ ہونا چاہیے۔ ترقی اور جانچ کی مدت ایک منصوبہ بند مصنوعات کے لیے وقت سے بازار کو متاثر کرتی ہے۔ حفاظتی عنصر اور ترقی کی مدت عام طور پر لاگت کی پیمائش کے برابر ہوتی ہے۔ ایچ آئی ایل تخروپن کے استعمال کی ضمانت دینے والی مخصوص شرائط میں درج ذیل شامل ہیں: جانچ کے معیار کو بڑھانا سخت ترقی کے نظام الاوقات اعلی بوجھ والے پلانٹ ابتدائی عمل انسانی عنصر کی ترقی جانچ کے معیار کو بڑھانا ایچ آئی ایل کا استعمال جانچ کے دائرہ کار کو بڑھا کر جانچ کے معیار کو بڑھاتا ہے۔ مثالی طور پر، ایک سرایت شدہ نظام کا حقیقی پلانٹ کے خلاف تجربہ کیا جائے گا، لیکن زیادہ تر وقت حقیقی پلانٹ خود جانچ کے دائرہ کار کے لحاظ سے حدود عائد کرتا ہے۔ مثال کے طور پر، انجن کنٹرول یونٹ کو ایک حقیقی پلانٹ کے طور پر جانچنے سے ٹیسٹ انجینئر کے لیے درج ذیل خطرناک حالات پیدا ہو سکتے ہیں: بعض ای سی یو پیرامیٹرز کی حد پر یا اس سے آگے جانچ کرنا (مثال کے طور پر۔ انجن پیرامیٹرز وغیرہ) ناکامی کے حالات میں نظام کی جانچ اور تصدیق مذکورہ بالا ٹیسٹ کے منظرناموں میں، ایچ آئی ایل موثر کنٹرول اور محفوظ ماحول فراہم کرتا ہے جہاں ٹیسٹ یا ایپلیکیشن انجینئر کنٹرولر کی فعالیت پر توجہ مرکوز کر سکتا ہے۔ سخت ترقیاتی نظام الاوقات زیادہ تر نئے آٹوموٹو، ایرو اسپیس اور دفاعی پروگراموں سے وابستہ سخت ترقیاتی نظام الاوقات سرایت شدہ نظام کی جانچ کو پروٹو ٹائپ دستیاب ہونے کا انتظار کرنے کی اجازت نہیں دیتے ہیں۔ درحقیقت، زیادہ تر نئے ترقیاتی نظام الاوقات یہ فرض کرتے ہیں کہ ایچ آئی ایل تخروپن کو پلانٹ کی ترقی کے متوازی استعمال کیا جائے گا۔ مثال کے طور پر، جب تک کنٹرول سسٹم کی جانچ کے لیے ایک نیا آٹوموبائل انجن پروٹو ٹائپ دستیاب ہو جائے گا، انجن کنٹرولر کی 95 فیصد جانچ ایچ آئی ایل تخروپن کا استعمال کرتے ہوئے مکمل ہو چکی ہوگی۔ ایرو اسپیس اور دفاعی صنعتیں ایک سخت ترقیاتی شیڈول نافذ کرنے کا زیادہ امکان رکھتی ہیں۔ ہوائی جہاز اور زمینی گاڑی کی ترقی کے پروگرام ڈیزائن، ٹیسٹ اور انضمام کو متوازی طور پر انجام دینے کے لیے ڈیسک ٹاپ اور ایچ آئی ایل تخروپن کا استعمال کر رہے ہیں۔ زیادہ بوجھ والے پلانٹ بہت سے معاملات میں، یہ پلانٹ اعلی وفاداری، ریئل ٹائم سمیلیٹر سے زیادہ مہنگا ہوتا ہے اور اس وجہ سے اس کی بوجھ کی شرح زیادہ ہوتی ہے۔ لہذا، حقیقی پلانٹ کے مقابلے میں ایچ آئی ایل سمیلیٹر سے منسلک ہوتے ہوئے تیار کرنا اور جانچ کرنا زیادہ کفایتی ہے۔ جیٹ انجن بنانے والوں کے لیے، ایچ آئی ایل تخروپن انجن کی ترقی کا ایک بنیادی حصہ ہے۔ ہوائی جہاز کے جیٹ انجنوں کے لیے فل اتھارٹی ڈیجیٹل انجن کنٹرولرز (ایف اے ڈی ای سی) کی ترقی زیادہ بوجھ والے پلانٹ کی ایک انتہائی مثال ہے۔ ہر جیٹ انجن کی لاگت لاکھوں ڈالر ہوسکتی ہے۔ اس کے برعکس، جیٹ انجن بنانے والے کے انجنوں کی مکمل لائن کی جانچ کے لیے ڈیزائن کیا گیا ایچ آئی ایل سمیلیٹر ایک انجن کی لاگت کا صرف دسواں حصہ مانگ سکتا ہے۔ ابتدائی عمل انسانی عوامل کی ترقی ایچ آئی ایل تخروپن انسانی عوامل کی ترقی کے عمل میں ایک کلیدی قدم ہے، جو سافٹ ویئر ایرگونومکس، انسانی عوامل کی تحقیق اور ڈیزائن کا استعمال کرتے ہوئے استعمال اور نظام کی مستقل مزاجی کو یقینی بنانے کا ایک طریقہ ہے۔ حقیقی وقت کی ٹیکنالوجی کے لیے، انسانی عوامل کی ترقی ان اجزاء کے لیے مین ان دی لوپ ٹیسٹنگ سے استعمال کے اعداد و شمار جمع کرنے کا کام ہے جن میں انسانی انٹرفیس ہوگا۔ استعمال کی جانچ کی ایک مثال فلائی بائی وائر فلائٹ کنٹرولز کی ترقی ہے۔ فلائی بائی وائر فلائٹ کنٹرول فلائٹ کنٹرول اور ہوائی جہاز کے کنٹرول کی سطحوں کے درمیان مکینیکل روابط کو ختم کرتے ہیں۔ سینسر مطلوبہ فلائٹ رسپانس کو مطلع کرتے ہیں اور پھر موٹروں کا استعمال کرتے ہوئے فلائی بائی وائر کنٹرولز پر حقیقت پسندانہ فورس فیڈ بیک کا اطلاق کرتے ہیں۔ فلائی بائی وائر فلائٹ کنٹرولز کے رویے کی وضاحت کنٹرول الگورتھم کے ذریعے کی جاتی ہے۔ الگورتھم پیرامیٹرز میں تبدیلیاں دی گئی فلائٹ کنٹرول ان پٹ سے کم و بیش فلائٹ رسپانس میں ترجمہ ہو سکتی ہیں۔ اسی طرح، الگورتھم پیرامیٹرز میں تبدیلیاں دی گئی فلائٹ کنٹرول ان پٹ کے لیے کم و بیش فورس فیڈ بیک میں بھی ترجمہ کر سکتی ہیں۔ "درست" پیرامیٹر ویلیوز ایک ساپیکش پیمائش ہیں۔ لہذا، زیادہ سے زیادہ پیرامیٹر ویلیو حاصل کرنے کے لیے متعدد مین ان دی لوپ ٹیسٹوں سے ان پٹ حاصل کرنا ضروری ہے۔ فلائی بائی وائر فلائٹ کنٹرول کی ترقی کے معاملے میں، ایچ آئی ایل تخروپن کا استعمال انسانی عوامل کی تقلید کے لیے کیا جاتا ہے۔ فلائٹ سمیلیٹر میں ایروڈینامکس، انجن تھرسٹ، ماحولیاتی حالات، فلائٹ کنٹرول ڈائنامکس اور بہت کچھ کے پلانٹ سیمولیشن شامل ہیں۔ پروٹوٹائپ فلائی بائی وائر فلائٹ کنٹرول سمیلیٹر سے جڑے ہوتے ہیں اور ٹیسٹ پائلٹ مختلف الگورتھم پیرامیٹرز کو دیکھتے ہوئے فلائٹ کی کارکردگی کا جائزہ لیتے ہیں۔ انسانی عوامل اور استعمال کی ترقی کے لیے ایچ آئی ایل تخروپن کا متبادل ابتدائی ہوائی جہاز کے پروٹو ٹائپ میں پروٹو ٹائپ فلائٹ کنٹرول رکھنا اور فلائٹ ٹیسٹ کے دوران استعمال کے لیے ٹیسٹ کرنا ہے۔ اوپر درج چار شرائط کی پیمائش کرتے وقت یہ نقطہ نظر ناکام ہو جاتا ہے۔ لاگت: فلائٹ ٹیسٹ انتہائی مہنگا ہوتا ہے اور اس لیے مقصد فلائٹ ٹیسٹ کے ساتھ ہونے والی کسی بھی پیش رفت کو کم سے کم کرنا ہے۔ دورانیہ: فلائٹ ٹیسٹ کے ساتھ فلائٹ کنٹرول تیار کرنے سے ہوائی جہاز کے ترقیاتی پروگرام کی مدت میں توسیع ہوگی۔ ایچ آئی ایل تخروپن کا استعمال کرتے ہوئے، حقیقی طیارہ دستیاب ہونے سے پہلے ہی فلائٹ کنٹرول تیار کیے جا سکتے ہیں۔ سیفٹی: فلائٹ کنٹرول جیسے اہم اجزاء کی ترقی کے لیے فلائٹ ٹیسٹ کا استعمال حفاظتی مضمرات کا ایک بڑا حصہ ہے۔ اگر پروٹو ٹائپ فلائٹ کنٹرولز کے ڈیزائن میں غلطیاں موجود ہوں تو نتیجہ کریش لینڈنگ ہو سکتا ہے۔ ممکن: بعض اہم اوقات کو تلاش کرنا ممکن نہیں ہو سکتا (جیسے۔ ایک پلانٹ کو چلانے والے حقیقی صارفین کے ساتھ ملی سیکنڈ کی درستگی کے ساتھ صارف کے اعمال کے سلسلے۔ اسی طرح پیرامیٹر کی جگہ میں دشواری والے نکات کے لیے جو حقیقی پلانٹ کے ساتھ آسانی سے قابل رسائی نہیں ہو سکتے لیکن زیر بحث ہارڈ ویئر کے خلاف ٹیسٹ کیا جانا چاہیے۔ مختلف شعبوں میں آٹوموٹو سسٹم کا استعمال آٹوموٹو ایپلی کیشنز کے تناظر میں "ہارڈ ویئر ان دی لوپ تخروپن سسٹم سسٹم کی توثیق اور تصدیق کے لیے ایسی ورچوئل گاڑی فراہم کرتے ہیں"۔ چونکہ انجن مینجمنٹ سسٹم کی کارکردگی اور تشخیصی افعال کا جائزہ لینے کے لیے گاڑی میں ڈرائیونگ ٹیسٹ اکثر وقت طلب، مہنگے اور دوبارہ پیش کرنے کے قابل نہیں ہوتے ہیں، اس لیے ایچ آئی ایل سمیلیٹر ڈویلپرز کو معیار کی ضروریات اور وقت سے مارکیٹ کی پابندیوں کا احترام کرتے ہوئے نئے ہارڈ ویئر اور سافٹ ویئر آٹوموٹو حل کی توثیق کرنے کی اجازت دیتے ہیں۔ ایک عام ایچ آئی ایل سمیلیٹر میں، ایک وقف شدہ ریئل ٹائم پروسیسر ریاضیاتی ماڈلز کو انجام دیتا ہے جو انجن کی حرکیات کی تقلید کرتے ہیں۔ اس کے علاوہ، ایک I/O یونٹ گاڑی کے سینسرز اور ایکچوایٹرز کے کنکشن کی اجازت دیتا ہے (جو عام طور پر اعلی درجے کی غیر لکیری پیش کرتے ہیں)۔ آخر میں، ٹیسٹ کے تحت الیکٹرانک کنٹرول یونٹ (ای سی یو) سسٹم سے منسلک ہوتا ہے اور سمیلیٹر کے ذریعے کارفرما گاڑیوں کی چالوں کے ایک سیٹ کے ذریعے متحرک ہوتا ہے۔ اس موقع پر، ایچ آئی ایل تخروپن جانچ کے مرحلے کے دوران اعلی درجے کی تکرار بھی پیش کرتا ہے۔ ادب میں، کئی ایچ آئی ایل مخصوص ایپلی کیشنز کی اطلاع دی گئی ہے اور آسان ایچ آئی ایل سمیلیٹر کسی خاص مقصد کے مطابق بنائے گئے تھے۔ مثال کے طور پر ایک نئے ای سی یو سافٹ ویئر ریلیز کی جانچ کرتے وقت، تجربات اوپن لوپ میں کیے جا سکتے ہیں اور اس لیے اب کئی انجن ڈائنامک ماڈلز کی ضرورت نہیں ہے۔ حکمت عملی ای سی یو آؤٹ پٹ کے تجزیے تک محدود ہے جب کنٹرول شدہ ان پٹ کے ذریعے حوصلہ افزائی کی جاتی ہے۔ اس صورت میں مائیکرو ایچ آئی ایل سسٹم (ایم ایچ آئی ایل) ایک آسان اور زیادہ اقتصادی حل پیش کرتا ہے۔ چونکہ ماڈلز کی پروسیسنگ کی پیچیدگی کو ختم کر دیا جاتا ہے، ایک مکمل سائز کے ایچ آئی ایل سسٹم کو ایک پورٹیبل ڈیوائس میں تبدیل کر دیا جاتا ہے جو ایک سگنل جنریٹر، ایک آئی/او بورڈ، اور ایک کنسول پر مشتمل ہوتا ہے جس میں ایکچوایٹرز (بیرونی بوجھ) کو ای سی یو سے جوڑا جاتا ہے۔ ریڈار سسٹم کے لیے ریڈار ایچ آئی ایل تخروپن ریڈار جامنگ سے تیار ہوا ہے۔ ڈیجیٹل ریڈیو فریکوئنسی میموری (ڈی آر ایف ایم) سسٹم عام طور پر میدان جنگ میں ریڈار کو الجھانے کے لیے جھوٹے اہداف بنانے کے لیے استعمال ہوتے ہیں، لیکن یہی سسٹم لیبارٹری میں کسی ہدف کی تقلید کر سکتے ہیں۔ یہ ترتیب ریڈار سسٹم کی جانچ اور تشخیص کی اجازت دیتی ہے، جس سے فلائٹ ٹرائلز (ایئر بورن ریڈار سسٹم کے لیے) اور فیلڈ ٹیسٹ (سرچ یا ٹریکنگ ریڈارز کے لیے) کی ضرورت کو کم کیا جا سکتا ہے، اور ریڈار کی الیکٹرانک وارفیئر (ای ڈبلیو) تکنیک کے لیے حساسیت کا ابتدائی اشارہ دے سکتا ہے۔ ایچ آئی ایل تخروپن کے لیے روبوٹکس تکنیک کا اطلاق حال ہی میں روبوٹس کے لیے پیچیدہ کنٹرولرز کی خودکار نسل پر کیا گیا ہے۔ ایک روبوٹ سنسنی اور ایکٹیویشن ڈیٹا کو نکالنے کے لیے اپنا حقیقی ہارڈ ویئر استعمال کرتا ہے، پھر اس ڈیٹا کو ایک جسمانی تخروپن (سیلف ماڈل) کا اندازہ لگانے کے لیے استعمال کرتا ہے جس میں اس کی اپنی مورفولوجی کے ساتھ ساتھ ماحول کی خصوصیات جیسے پہلو ہوتے ہیں۔ اس تناظر میں بیک ٹو ریئلٹی (بی ٹی آر) اور ایسٹیمیشن ایکسپلوریشن (ای ای اے) جیسے الگورتھم تجویز کیے گئے ہیں۔ پاور سسٹمز حالیہ برسوں میں، پاور سسٹمز کے لیے ایچ آئی ایل کا استعمال بڑے پیمانے پر برقی گرڈ کے استحکام، آپریشن اور فالٹ ٹالرنس کی تصدیق کے لیے کیا گیا ہے۔ موجودہ نسل کے ریئل ٹائم پروسیسنگ پلیٹ فارمز میں حقیقی وقت میں بڑے پیمانے پر بجلی کے نظام کو ماڈل کرنے کی صلاحیت ہے۔ اس میں 10,000 سے زیادہ بسوں کے ساتھ منسلک جنریٹرز، بوجھ، پاور فیکٹر اصلاح کے آلات، اور نیٹ ورک کے باہمی رابطوں کے ساتھ نظام شامل ہیں۔ اس قسم کے تخروپن پلیٹ فارم ایک حقیقت پسندانہ نقل شدہ ماحول میں بڑے پیمانے پر بجلی کے نظام کی تشخیص اور جانچ کو قابل بناتے ہیں۔ مزید برآں، پاور سسٹمز کے لیے ایچ آئی ایل کا استعمال تقسیم شدہ وسائل، اگلی نسل کے ایس سی اے ڈی اے سسٹمز اور پاور مینجمنٹ یونٹس، اور جامد ہم وقت ساز معاوضہ آلات کے انضمام کی تحقیقات کے لیے کیا گیا ہے۔ آف شور سسٹم آف شور اور میرین انجینئرنگ میں، کنٹرول سسٹم اور مکینیکل ڈھانچے عام طور پر متوازی طور پر ڈیزائن کیے جاتے ہیں۔ کنٹرول سسٹم کی جانچ انضمام کے بعد ہی ممکن ہے۔ نتیجے کے طور پر، بہت سی غلطیاں پائی جاتی ہیں جنہیں کمیشننگ کے دوران حل کرنا پڑتا ہے، جن میں ذاتی چوٹیں، سامان کو نقصان پہنچانے اور تاخیر کے خطرات ہوتے ہیں۔ ان غلطیوں کو کم کرنے کے لیے، ایچ آئی ایل تخروپن وسیع پیمانے پر توجہ حاصل کر رہا ہے۔ اس کی عکاسی ڈیٹ نورسکے ویریٹاس قوانین میں ایچ آئی ایل کے تخروپن کو اپنانے سے ہوتی ہے۔ حوالہ جات بیرونی روابط ہارڈ ویئر ان دی لوپ سیمولیشن کا تعارف۔ سرایت شدہ نظام