MATLAB之基于模型设计助力智能家电可持续创新

 

　　随着生活水平的提高，消费者对智能家电的需求日益趋向智能化、个性化和绿色环保。智能家电企业面临快速功能创新、多领域系统优以及 AI 技术融合等研发挑战，涵盖机械设计、电子线路、热力学等硬件领域，以及多模式、AI 智能等的软件算法。

　　基于模型的设计是一种数字化研发流程，在整个研发过程中系统地使用模型进行数字建模、仿真和数值分析，以持续优化产品；从 MATLAB 模型自动化生成产品代码，并借助自动化工具对模型和代码做充分的测试验证。

　　

　　MathWorks 于 2024 年 11月 14-15 日参与了中国家用电器技术大会，期间分享了 MATLAB 基于模型的设计方法助力智能家电可持续创新，内容包括：

　　硬件系统的基于模型设计与优化

　　基于模型的设计加速复杂逻辑和算法开发

　　自动生成代码用于原型开发和产品

　　模型和代码的自动化验证

　　▼扫描下方二维码，立即获取大会演讲资料！▼（一）建模是智能家电数字化设计创新的第一步建模一般包括物理建模和逻辑算法建模。MATLAB 提供了丰富的工具箱，适用于家电研发的模型库和示例，例如空调热交换过程、多 MCU 电机控制算法、主动噪声控制 ANC 等。

　　其中 Simscape 平台及工具箱支持多域物理系统的非因果物理建模，包括电路、电池、流体、机械、传动等，支持自然描述组装原理图，自动导出方程式，并将 MATLAB 和 Simulink 功能与 Simscape 无缝对接。使用 Simscape，用户可以优化系统要求，及早发现集成问题，设计控制系统和逻辑，优化系统级性能，无需硬件原型即可测试嵌入式软件。

　　“使用 MATLAB、Simulink 和基于模型的设计，我们能够快速执行高抽象级别的预先验证、详细电路设计以及整个系统的实际设备级别的验证。”

　　—— Kenji Hamachi， ROHM

　　▼（二） 自动化工具保障智能家电创新效率和质量

　　随着智能家电系统复杂性增加，软件比重也越来越大，传统的嵌入式软件开发流程已经不再适用：编写软件需求文档、软件开发规格书，进行评审确定，手写代码，在硬件上反复调试和验证。例如，测试覆盖度依赖于硬件和测试人员的能力、时间等因素，测试覆盖度很难做到 100%；一些核心算法设计和验证方法有限，不能事先仿真验证，完全依靠整机测试，难度大，效率低。

　　区别于传统的开发，基于模型的设计主要的时间投入到了需求分析、建模、以及模型的验证，并利用自动代码生成工具（如embedded coder）和测试验证工具（如 Simulink Coverage）减少人工任务和可能的人为错误，提高开发效率和产品质量。

　　

　　“对于整机的测试过程很枯燥，我们使用 Simulink 中的 Test Harness 做了预约加热模型的测试框架，再用 MATLAB 编写脚本去做触发，原来需要 45 天的测试，现在只用 40 分钟就完成了所有测试。同时能达到 100% 覆盖度，以及获得每个用例的结果。”—— 范纪青 海尔智家股份有限公司

　　综上所述，MathWorks 希望通过协助中国家电企业建立基于模型的设计研发流程，以推动可持续创新，同时缩短研发周期，节省时间和成本，确保高质量产品，进一步取得和保持国际竞争优势。