如何从系统仿真中构建数字孪生

与万博Ansys Twin Builder工程师可以在开发周期的每一步使用系统模拟。

一般来说，系统模拟和数字孪生可以帮助组织加快产品上市时间，并节省保修、保险、计划外停机和维护费用。

什么是系统仿真?

系统仿真是模型、仿真和算法的集合，用于预测系统中所有部件如何协同工作。

系统仿真帮助汽车工业确保所有
汽车的各个部件是一起工作的。

在构建系统模型时，需要考虑不同的物理特性。当这些物理耦合到一个模拟中时，模型的保真度将得到提高。

创建系统模拟的挑战在于，预测每个部件性能的3D模型需要花费大量的时间和计算资源来解决。

Ansys首席应用工程师凯利•摩根(Kelly Morgan)表示:“我们在使用这些模型时必须更加优雅。”万博“一种解决方案是使用降阶模型(ROM)，它可以帮助系统级模拟接近实时运行。”

rom是3D模型的简化，保留了用于系统模拟的基本信息。求解给定输入的ROM可能比求解3D模型快几个数量级。

这使得rom成为许多应用的理想选择，比如实验设计(DOE)、系统模拟、数字孪生和实时应用的运行时生成。Twin Builder可以连接第三方工具和3D模型内的系统仿真通过简化顺序模型(ROM)。

如何建立降阶模型

创建系统模拟的第一步是创建与系统相关的所有rom。为了创建一个ROM，工程师必须首先收集训练数据，这些数据可以捕获3D模型在其操作空间中的性能。Twin Builder使用这些训练数据来合成ROM。

为了获取这个电池的训练数据，你需要提供
每个单元的步进输入与所有其他单元关闭。

“例如，假设我正在创建一个28节电池的热ROM，”摩根说。“我打开一个单元格，给它一个阶跃输入。然后我模拟热量的产生。一旦我对每个细胞重复这个过程，其他27个细胞关闭，我就会得到我的训练数据。”

由于本例中训练数据的阶跃输入特性，该ROM可以对任何给定输入估计高保真模型的结果。然而，只读存储器受到所收集的训练数据的限制。因此，捕获系统模拟或数字孪生可能经历的完整操作空间非常重要。

此外，如果模型发生变化，那么训练数据将不再有效。因此，必须根据从更新的模型中收集的训练数据创建一个新的ROM。

如何构建系统仿真

为了构建系统仿真，您必须开始将降阶模型、算法和其他物理数据连接到系统模型中。例如，现在您有了电池的热ROM，您将需要向系统模型添加更多的物理-例如电池内的电流和电压关系。

电池的系统级模型

如何建立电池的系统模型

1. 为每个电池建立电流/电压关系的等效电路模型(ECM)。
2. 将ECM单元组合成一个ECM模块。
3. 对电池的热性能进行计算流体动力学(CFD)模拟。
4. 从CFD仿真中提取降阶模型。
5. 使用An万博sys Twin Builder将ROM和ECM模块耦合到双向多物理场仿真中。
6. 将单个电池模块连接成一个完全耦合的电池组，以模拟整个电池。

“电气工程师可以把系统模型想象成电路模型，但当我们谈论系统时，有一个多领域的方面，”摩根说。“你的系统模型可能有电气或热方面以及其他机械配置。”

系统仿真与数字孪生的应用

用于创建系统模拟的系统级方法确保它包含表示其真实世界伙伴所需的所有逻辑。工程师可以用它来设计产品，但它并不需要就此结束。

系统模拟和数字孪生在设计之外也有应用。

系统仿真可以在产品的整个生命周期中使用。例如，它可以被封装成一个数字孪生体，连接工业物联网(IIoT)平台上的传感器。

传感器可以收集系统模拟数字孪生所代表的产品的真实数据。然后，这些数据可以从模拟中输入到数字孪生中，以查看真实世界产品的表现。数字孪生的结果可用于调度、预测性维护和优化应用。

最后，由数字孪生捕获的性能数据可以发送回产品的设计团队。团队可以使用这些数据来对该领域的产品进行修复，或者对产品的下一次迭代进行改进。万博网

要详细了解如何通过模拟电池来构建数字双胞胎，请观看:开发下一代电池与3D物理和系统建模和仿真。