2021Ansys數(shù)字孿生技術新功能

Ansys數(shù)字孿生技術與2021R1新功能介紹AnsysBuilderAnsys基于仿真的數(shù)字孿生技術Ansys基于仿真的數(shù)字孿生技術Ansys構建數(shù)字孿生的核心能力ANSYS三維模型降階(ROM)技術ANSYS數(shù)字孿生應用案例AnsysTwinBuilder2021R1新功能3344數(shù)字化轉(zhuǎn)型的目的:發(fā)揮數(shù)字與物理世界的交互融合的價值數(shù)據(jù)聚合數(shù)據(jù)聚合物理世界分析HowAdvancedAnalyticsCanBenefitInfrastructureCapitalPlanning(April2018)IoT提供運行數(shù)據(jù)所解決的問題？更想知道“Why”and“How”Ansys數(shù)字孿生平臺_TwinBuilder企業(yè)系統(tǒng)仿真數(shù)字孿生一個平臺 兩大功能 三種能力 四條應用7788一個平臺：一維系統(tǒng)仿真與數(shù)字孿生實現(xiàn)平臺FMI/FMU3rdPartySoftware,Software/ControlFMI/FMUModelsModelsDeploymentScaledServicesTwinDeployerPythonintegration,Pre-builtagents,DTDLExport,LinuxcompilationSystemModelDeploymentScaledServicesTwinDeployerPythonintegration,Pre-builtagents,DTDLExport,LinuxcompilationSystemModel++&LPVStatic&LPVStaticDynamicROMExtractionCapabilitiesROMExtractionCapabilitiesDigitalTwinPartnersValidatedAnsysPhysicsExistingSystemLibrariesDigitalTwinPartnersValidatedAnsysPhysicsExistingSystemLibraries

TestData,3rdPartySoftwareData-basedTestData,3rdPartySoftware

FMUforsimulationworkflows兩大功能：系統(tǒng)仿真+數(shù)字孿生系統(tǒng)仿真 2.數(shù)字孿生ANSYS基于仿真的的數(shù)字孿生數(shù)字孿生是客觀事物在虛擬世界的鏡像?PhysicalAsset(In-service)實際設備傳感器

DigitalTwin(VirtualReplica)虛擬設備（模型）輸入 輸出

基于經(jīng)驗/基于數(shù)據(jù)的模型基于仿真的模型設備使用人員/設備控制系統(tǒng)PUMP數(shù)字樣機：基于性能模型的虛擬世界更具洞察力12123種能力：TwinBuilder三大核心功能部署系統(tǒng)預測維護將孿生體部署到IIoT或邊緣設備

構建構建系統(tǒng)模型驗證系統(tǒng)驗證與優(yōu)化

建立基于物理的精準數(shù)字模型驗證和優(yōu)化系統(tǒng)模型實時監(jiān)控與支持問題：業(yè)績不佳或情況惡。實時監(jiān)控與支持問題：業(yè)績不佳或情況惡。如何驗證糾正措施？方案：基于物理的精準監(jiān)測設備健康管理問題：預測設備的使用壽命診斷與故障分析方案：基于現(xiàn)場的連接服務+IIoTandDataAnalyticsSimulation-basedDigitalTwins+IIoTandDataAnalyticsSimulation-basedDigitalTwins虛擬傳感器問題：傳感器添加到資源中。如何在不實際捕獲數(shù)據(jù)的情方案：基于物理的精準模擬多方案仿真模擬評測問題：多方案虛擬仿真模擬驗證真實工況與極限工況模擬方案：基于仿真的方案對比虛擬傳感器：一個例子

無法直接拿到葉片載荷數(shù)據(jù)可以用數(shù)字孿生間接拿到葉片載荷數(shù)據(jù)PAGE14PAGE14優(yōu)化與預測性維護：傳統(tǒng)手段VS數(shù)字孿生（效率）傳統(tǒng)手段，需要專業(yè)技術人員幾個月的高成本工作?；谀M的數(shù)字孿生技術只需要操作員就能夠即時得到答案。水箱M電動閥電水箱M電動閥電壓力傳感器M 電動機離心泵 壓力傳加速度計動閥器1616VariableSpeedESP海上采油平臺應用案例VariableSpeediercablePump(s)設計：3DcablePump(s)運營：Protector(s)預測：Protector(s)Motor(s)變革：Motor(s)Gauge投資回報20人年的投入2倍的設備壽命提升Gauge 2017/2018

Q1-2019 Q2-2019

Projected3-YearPotential:~$3MServices:$60k Licenses:~$50k數(shù)字雙胞胎應用展望設計角度MODEL-BASEDENTERPRISE&SYSTEMSENGINEERING

DigitalSignatures

運行角度INTEGRATEDIoTASSETS&ECOSYSTEMSVirtualSensors設計決策重量效率魯棒性

運行決策性能診斷優(yōu)化Ansys基于仿真的數(shù)字孿生技術Ansys構建數(shù)字孿生的核心能力Ansys構建數(shù)字孿生的核心能力ANSYS三維模型降階(ROM)技術ANSYS數(shù)字孿生應用案例AnsysTwinBuilder2021R1新功能實現(xiàn)數(shù)字孿生價值的三大核心能力DeploySystemPredictiveMaintenanceConnecttheTwinstoIIoTPlatformsandDeployRun

SystemSimulation

BuildtimesinoperationValidate

BuildanaccuratePhysics-basedDigitalTwininrecordtimeValidateandOptimizetheValidateandOptimizetheTwinTwinBuilder技術能力：快速構建系統(tǒng)仿真模型建模階段的優(yōu)勢與能力便捷的多源異構模型構建平臺模型

支持多種建模語言支持ModelicaVHDL-AMS,C/C++,SPICE等語言可擴展的多學科專業(yè)模型庫電氣,、電子、機械、流體、熱力、信號庫等與第三方工具(包含1D)集成支持FMI/FMU,與ANSYS3D和第三方ModelExchange&co-simulation3D降階模型生成與集成通過ROM(Dynamic,StaticandDX)實現(xiàn)3D物理模型的簡化與嵌入式軟件集成SCADESuite,SCADEDisplay等DC +DC VDC +DC VEmbeddedSoftwareLV-BatteryPowerElectronicsElectromechanicsSystemVehicleDynamicsFMU嵌入式軟件方程傳遞函數(shù)速度傳感器電路狀態(tài)機3DROM控制邏輯/電路電磁部件液壓/氣動模型動力學模型剎車盤模型集成3DROM,FMUs,VHDL-AMS,Modelica等模型在一個多學科聯(lián)合仿真環(huán)境里2222TwinBuilder技術能力：驗證和優(yōu)化數(shù)字孿生體模型驗證階段優(yōu)化與能力確保產(chǎn)品的可靠性和魯棒性通過優(yōu)化工具優(yōu)化系統(tǒng)性能輕松集成與驗證測試數(shù)據(jù)

集成后處理的多域仿真分析和優(yōu)化系統(tǒng)中多域組件之間的交互快速人機界面原型設計通過功能強大、易于設計和交互式的圖形面板增強模擬體驗系統(tǒng)驗證和優(yōu)化支持DoE、參數(shù)掃描和腳本(VBA/Python)XiL集成(MiL)和軟件在環(huán)(SiL)在環(huán)工作流程TwinBuilder技術能力：生成與部署數(shù)字孿生體部署階段優(yōu)勢與能力運維優(yōu)化預測性維護部署

快速連接到受支持的IIoT平臺配置連接器以連接到IIoT平臺并發(fā)送和接收操作數(shù)據(jù)ANSYS支持SAP預測工程洞察力與RockwellAutomationandAzure合作數(shù)字孿生導出和部署生成的數(shù)字孿生模型從Builder導出以生成可兼容、可部署的數(shù)字孿生體（.twin文件）利用AnsysTwinDeployer輕松部署數(shù)字雙胞胎通過在雙胞胎上執(zhí)行驗證和驗證，顯著減少部署時間通過運行SDK把Twin模型部署到IIoT云平臺部署階段的好處和功能SDK很方便與IIoT集成，通過SDK運行模型已經(jīng)在SAPLeonardoIoT、PTCThingWorxPredix和阿里巴巴等平臺部署

智能機械物理原型

異常情況傳感器數(shù)據(jù)應用校正動作傳感器數(shù)據(jù)

IoT平臺分析洞察

試驗數(shù)字孿生運行于云上數(shù)字孿生運行于云上ANSYS平臺虛擬原型Product利用AnsysTwinDeployer輕松部署數(shù)字雙胞胎ProductCloudDeployerEdgeCloudDeployerEdgeOffline容易將部署到云、edge或離線環(huán)境中使用通過漏洞檢查確保雙胞胎的安全性FMU編寫器:組合多個FMUs和新的孿生模型Ansys基于仿真的數(shù)字孿生技術Ansys構建數(shù)字孿生的核心能力ANSYS三維模型降階ANSYS三維模型降階(ROM)技術ANSYS數(shù)字孿生應用案例AnsysTwinBuilder2021R1新功能以系統(tǒng)為主的1D+3D耦合仿真的難點高置信度系統(tǒng)仿真（1D+3D耦合仿真）1D模型（算速度高）

，一個步長計算，毫秒級

一個步長計算，毫秒-幾百毫秒機一個步長計算，分鐘級系統(tǒng)運行一秒的仿真時間，幾千分鐘系統(tǒng)運行一秒的仿真時間，幾秒-幾分鐘一個步長計算，分鐘級系統(tǒng)運行一秒的仿真時間，幾千分鐘三維降階模型接口把三維模型應用于系統(tǒng)仿真EM/CFD/ME– 但對于運行三維瞬態(tài)分析的大型模型來說，計算成本很高ROMReducedROMReducedOrderModeling

Electromagnetics StructuresTwinBuilder

Systems按照物理現(xiàn)象對ROM分類ANSYSROMsupportsmultiplecharacteristics/physics

MultiplePhysics(Mechanical/Electromagnetic/Thermal/Fluid)MultipleCharacteristics(Linear/Nonlinear,Static/Transient)

Transforms3DsimulationresultsintolevelmodelsPreservesessentialaccuracySimulatesinafractionofthetimerequiredby3DTechniquesforallANSYSphysics線性ROM的做法與原理-LTI線性時不變技術可以是三維瞬態(tài)仿真，也可以是其他系統(tǒng)仿真，但一定要確定這個現(xiàn)象是線性時不變的在TwinBuilder里分析第1步生成的結果，生成ROMIntroducingANSYSTwinBuilderBatteryWizardstoeasilyconstructbatterycellsandassemblethemintobatterymoduleulationsationandparametrizationofCellandModulesandallowsexporttomultip2BatteryModuleConfigurationertoperformthermalsimulationoftheir48Vbatterypackdevelopment.A123alsoutilizedOrderModel(ROM)technologiestosimplifycomplex3Dthermalsimulationtosignificamdaystofewsecondswhilekeepingtherequiredsimulationaccuracy.“stoeasilyconstructbatterycellsandassemblethemintobatterymoduleulationsationandparametrizationofCellandModulesandallowsexporttomultip2BatteryModuleConfigurationertoperformthermalsimulationoftheir48Vbatterypackdevelopment.A123alsoutilizedOrderModel(ROM)technologiestosimplifycomplex3Dthermalsimulationtosignificamdaystofewsecondswhilekeepingtherequiredsimulationaccuracy.“useinelectro-thermalsimStreamlinesthemodelcre leformats1BatteryCellConfiguration"A123usesANSYSTwinBuildAnsysTwinBuilder’sReducreducethesimulationtimefro"A123usesANSYSTwinBuildAnsysTwinBuilder’sReducreducethesimulationtimefro-ShawnZhang,SimulationEngineering,A123Systemesntly非線性、靜態(tài)、只輸出點數(shù)據(jù)：響應面降階模型ResponseSurfaceModeling在實驗設計中定義的設計點上，獲得輸出參數(shù)值作為輸入?yún)?shù)的函數(shù)使用插值方法作為基本方法非線性靜態(tài)降階模型的生成34非線性、靜態(tài)、輸出場數(shù)據(jù)CFD

降階模型生成方法進行10次CFD仿真，獲得整個工作范圍內(nèi)的流場分布降階模型

降階模型仿真結果

汽車發(fā)動機外部冷卻空氣流場仿真案例。兩個冷卻空氣進口的流速作為輸入變量。CFD與降階模型計算對比當生成降階模型后，我們在工作范圍內(nèi)隨機選取一個工況，分別采用Fluent和降階模型進行計算，對比結果如下：Fluent

降階模型16個核的工作站，計算2小 筆記本電腦計算3秒鐘最大偏差:1.2%在SDK里的運行動態(tài)降階：非線性動態(tài)輸出點數(shù)據(jù)主流道：主入口：恒速、恒溫分管：160萬網(wǎng)格水蒸氣和剛材料理想的氣體k-e模型壁面?zhèn)鳠?6核機器上需要大約57小時目標:對兩個輸入量進行動態(tài)降階T_solid=meantemperatureinsolidoutletT_fluid=meantemperatureinfluidoutlet

主流道：恒溫、恒速選取四種激勵場景分別用于學習或驗證Scenario1Scenario2

Scenario3Scenario4 降階方案1:場景1用于學習，驗證場景2、3、4用于驗證Scenario1Scenario2Scenario3Scenario4Scenario1Scenario2Scenario3Scenario4降階方案2：場景1、2用于學習，場景3、4用于驗證Scenario1Scenario2Scenario1Scenario2Scenario3 Scenario4Scenario3Scenario4Rombuilding=Rombuilding=307s Romevaluation<100mspercase非線性、動態(tài)、輸出場數(shù)據(jù)Fluent 動態(tài)降階模型TwinBuilderROM技術:三維仿真與系統(tǒng)仿真TwinBuilder系統(tǒng)仿真

DynamicROMBuilderStaticROMBuilder

三維仿真CosimulationLTIROM

DesignXplorer

SteadyDXRom 3DRomSafetyAnalysis Embedded

DesignExploration非線性動態(tài)ROM在環(huán)控系統(tǒng)里的應用48hours@20coresInasecond48hours@20cores44阿里巴巴合作電網(wǎng)數(shù)字孿生項目ANSYSTwinBuilder案例介紹數(shù)字孿生案例—電網(wǎng)變電站的變壓器（采用阿里巴巴的IoT平臺）軟硬結合的層面實際設備IOT平臺

.twin文件

泵的流量

油溫平臺其他平臺其他變壓器三維仿真技術儲備各類子模型的集成4949阿里巴巴的平臺架構IoTDigitalTwinTechnologyFramework01020301020304SystemmodelintegrationCloudedgedeploymentRuntimemodel MirrorModelROMoutputPackDeploy3DMulti-PhysicalmodelIoToperationdataAlibaba’sIOTplatform3DMulti-PhysicalmodelIoToperationdata5050阿里巴巴IOT平臺操作界面51POC項目ANSYSBuilder案例介紹數(shù)字孿生-部件模型-系統(tǒng)組成eWindspeed&edirection

Availabletorqu

Voltage/CurrentfromgeneratorElectro-magneticanalysisFatiguedamagetothebaseElectro-magneticanalysisStructuralanalysisweldand/orboltsStructuralanalysisFluidFluidFlowSimulationDynamicROM風場數(shù)據(jù)DynamicROM疲勞模型MechnicalstaticROM應力應變疲勞模型MechnicalstaticROMTrueload響應面ROMTrueload響應面ROM創(chuàng)建ROMsFluidFlowCFDROM(responsesurface)

TransientSPMROM

StaticStress:FMU(responsesurface)EmbeddedSoftwareSCADE

Electro-magnetics:MaxwellROM(ECE,sweepoverCurrentsweepPowerWindAnglePositionsweepRotationalspeedVoltage/CurrentPitchangleWindVelocityMechanicalloadsDisplacementsDamage?MAINTENANCCurrentsweepPowerWindAnglePositionsweepRotationalspeedVoltage/CurrentPitchangleWindVelocityMechanicalloadsDisplacementsDamage?MAINTENANCEQUALITY數(shù)字孿生–預測與維護–運維服務團隊PumpDemo數(shù)字孿生樣機ANSYS數(shù)字孿生PumpDemo介紹換個角度看問題假如有一種手段可以對真實情況進行模擬，它可以派什么用場？高置信度仿真模型——內(nèi)部真實真實的邊界條件——外部真實高置信度仿真模型

+真實的邊界條件

= 數(shù)字孿生從研發(fā)角度看問題在制定設計指標時，能夠更接近實際情況可更加充分的把試驗作為迭代設計的手段之一從試驗和運行維護角度看問題超級傳感器– – 發(fā)生事故后的分析工具泵系統(tǒng)試驗臺數(shù)字孿生未來規(guī)劃——數(shù)據(jù)流現(xiàn)實增強設備(現(xiàn)實增強設備(手機/ipad)用于仿真的電腦ANSYS軟件泵系統(tǒng)模型（1D-3D耦合仿真）服務器(HPE)IIOT平臺(PTCThingWorx)1D仿真平臺：ANSYSTwinBuilder泵系統(tǒng)設備（Flowserve）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(NI)各類傳感器與兩個電動閥泵系統(tǒng)設備（Flowserve）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(NI)各類傳感器與兩個電動閥遠程控制界面（網(wǎng)頁）虛擬控制臺：ANSYSSCADEDISPLAY電動閥流量計壓力傳感器電動閥M電動閥流量計壓力傳感器電動閥M離心泵電動機壓力傳感器水箱M 泵系統(tǒng)實物與

計算結果展示

加速度計IIOT平臺(PTCThingWorx)

含降階模型的統(tǒng)真模型 用于實時仿真虛控制臺ANSYS數(shù)字孿生PumpDemo動閥動閥器水箱M電動閥水箱M電動閥電壓力傳感器M 電動機離心泵 壓力傳加速度計電機數(shù)字孿生樣機ANSYS數(shù)字孿生motor介紹ExampleWorkflowforPTCThingWorkxforElectric-MotorANSYSTwinBuilderDeployedwithThingWorxApplicationUsersIoTApplicationsCurrentAnalyticsManagerCurrentIoTApplicationsCurrentAnalyticsManagerCurrentCurrentTemperature,FutureTemperatureRemainingUsefulLifeVisualize2021R1FeatureHighlights2021R1FeatureHighlightsModelicaWorkflowEnhancementsSupportforModelicapackagecreationandlibrarymanagementSupporttoextendexistingModelicamodelEnhancedsupportforgraphicalannotationFasterloadingofModelicalibrariesandnumerousotherModelicausabilityenhancementsEnhancementstoROMsandROMViewerSupportforFieldsVisualizationinDynamicROMBuilderStaticROMBuildersupportsgeometricalparametervariationNewResponseSurfaceROMUIforLinearParameter(LPV)ROMStatic/DynamicROMBuilderSupportforSplitExportEnhancementstotheStaticROMSupportfor3DVisualizationduringSimulationinsideBuilder2021R1FeatureHighlightsBatteryandEVVerticalizationtoperformFailureMode&EffectAnalysis(FMEA)MotorEquivalentCircuitforFMUexportBatteryWizardimprovementNewEVPowertrainLibrarycomponentlibraryasACTextensionExport,DeploymentandDigitalSupportforSchematicauthoring,Pythonblock,andsimulationresultexplorerinDeployerExportprojectforsampledeploymentandDTDLforMicrosoftAzureDigitalTwindeploymentEnhancedinteroperabilitywithall-inclusiveFMUSupportforFMU(fixedstep)exportfromSimulinkforBuilderImprovedcompilationofFMUsandBuilderFluentcomponentonLinuxImprovedUIforadaptorforflsiminFluent2021R1FeatureHighlightsSupportforEnterpriseWorkflowAnsysMinervaintegrationinBuilderAnsysoptiSLangintegrationinBuilderUIandPerformanceEnhancementsOthersPerpetualLicensesforRuntimesNewPerpetualLicensesforRuntimes(Proposal)NewCapability:EasilyDeployDigitalwithAnsysDeployerCloudDeployerCloudDeployerEdgeSignificantlyreducedeploymenttimebyperformingvalidationandverificationSignificantlyreducedepl