2021Ansys数字孪生技术新功能

Ansys数字孪生技术与2021R1新功能介绍AnsysBuilderAnsys基于仿真的数字孪生技术Ansys基于仿真的数字孪生技术Ansys构建数字孪生的核心能力ANSYS三维模型降阶(ROM)技术ANSYS数字孪生应用案例AnsysTwinBuilder2021R1新功能3344数字化转型的目的:发挥数字与物理世界的交互融合的价值数据聚合数据聚合物理世界分析HowAdvancedAnalyticsCanBenefitInfrastructureCapitalPlanning(April2018)IoT提供运行数据所解决的问题？更想知道“Why”and“How”Ansys数字孪生平台_TwinBuilder企业系统仿真数字孪生一个平台 两大功能 三种能力 四条应用7788一个平台：一维系统仿真与数字孪生实现平台FMI/FMU3rdPartySoftware,Software/ControlFMI/FMUModelsModelsDeploymentScaledServicesTwinDeployerPythonintegration,Pre-builtagents,DTDLExport,LinuxcompilationSystemModelDeploymentScaledServicesTwinDeployerPythonintegration,Pre-builtagents,DTDLExport,LinuxcompilationSystemModel++&LPVStatic&LPVStaticDynamicROMExtractionCapabilitiesROMExtractionCapabilitiesDigitalTwinPartnersValidatedAnsysPhysicsExistingSystemLibrariesDigitalTwinPartnersValidatedAnsysPhysicsExistingSystemLibraries

TestData,3rdPartySoftwareData-basedTestData,3rdPartySoftware

FMUforsimulationworkflows两大功能：系统仿真+数字孪生系统仿真 2.数字孪生ANSYS基于仿真的的数字孪生数字孪生是客观事物在虚拟世界的镜像?PhysicalAsset(In-service)实际设备传感器

DigitalTwin(VirtualReplica)虚拟设备（模型）输入 输出

基于经验/基于数据的模型基于仿真的模型设备使用人员/设备控制系统PUMP数字样机：基于性能模型的虚拟世界更具洞察力12123种能力：TwinBuilder三大核心功能部署系统预测维护将孪生体部署到IIoT或边缘设备

构建构建系统模型验证系统验证与优化

建立基于物理的精准数字模型验证和优化系统模型实时监控与支持问题：业绩不佳或情况恶。实时监控与支持问题：业绩不佳或情况恶。如何验证纠正措施？方案：基于物理的精准监测设备健康管理问题：预测设备的使用寿命诊断与故障分析方案：基于现场的连接服务+IIoTandDataAnalyticsSimulation-basedDigitalTwins+IIoTandDataAnalyticsSimulation-basedDigitalTwins虚拟传感器问题：传感器添加到资源中。如何在不实际捕获数据的情方案：基于物理的精准模拟多方案仿真模拟评测问题：多方案虚拟仿真模拟验证真实工况与极限工况模拟方案：基于仿真的方案对比虚拟传感器：一个例子

无法直接拿到叶片载荷数据可以用数字孪生间接拿到叶片载荷数据PAGE14PAGE14优化与预测性维护：传统手段VS数字孪生（效率）传统手段，需要专业技术人员几个月的高成本工作。基于模拟的数字孪生技术只需要操作员就能够即时得到答案。水箱M电动阀电水箱M电动阀电压力传感器M 电动机离心泵 压力传加速度计动阀器1616VariableSpeedESP海上采油平台应用案例VariableSpeediercablePump(s)设计：3DcablePump(s)运营：Protector(s)预测：Protector(s)Motor(s)变革：Motor(s)Gauge投资回报20人年的投入2倍的设备寿命提升Gauge 2017/2018

Q1-2019 Q2-2019

Projected3-YearPotential:~$3MServices:$60k Licenses:~$50k数字双胞胎应用展望设计角度MODEL-BASEDENTERPRISE&SYSTEMSENGINEERING

DigitalSignatures

运行角度INTEGRATEDIoTASSETS&ECOSYSTEMSVirtualSensors设计决策重量效率鲁棒性

运行决策性能诊断优化Ansys基于仿真的数字孪生技术Ansys构建数字孪生的核心能力Ansys构建数字孪生的核心能力ANSYS三维模型降阶(ROM)技术ANSYS数字孪生应用案例AnsysTwinBuilder2021R1新功能实现数字孪生价值的三大核心能力DeploySystemPredictiveMaintenanceConnecttheTwinstoIIoTPlatformsandDeployRun

SystemSimulation

BuildtimesinoperationValidate

BuildanaccuratePhysics-basedDigitalTwininrecordtimeValidateandOptimizetheValidateandOptimizetheTwinTwinBuilder技术能力：快速构建系统仿真模型建模阶段的优势与能力便捷的多源异构模型构建平台模型

支持多种建模语言支持ModelicaVHDL-AMS,C/C++,SPICE等语言可扩展的多学科专业模型库电气,、电子、机械、流体、热力、信号库等与第三方工具(包含1D)集成支持FMI/FMU,与ANSYS3D和第三方ModelExchange&co-simulation3D降阶模型生成与集成通过ROM(Dynamic,StaticandDX)实现3D物理模型的简化与嵌入式软件集成SCADESuite,SCADEDisplay等DC +DC VDC +DC VEmbeddedSoftwareLV-BatteryPowerElectronicsElectromechanicsSystemVehicleDynamicsFMU嵌入式软件方程传递函数速度传感器电路状态机3DROM控制逻辑/电路电磁部件液压/气动模型动力学模型刹车盘模型集成3DROM,FMUs,VHDL-AMS,Modelica等模型在一个多学科联合仿真环境里2222TwinBuilder技术能力：验证和优化数字孪生体模型验证阶段优化与能力确保产品的可靠性和鲁棒性通过优化工具优化系统性能轻松集成与验证测试数据

集成后处理的多域仿真分析和优化系统中多域组件之间的交互快速人机界面原型设计通过功能强大、易于设计和交互式的图形面板增强模拟体验系统验证和优化支持DoE、参数扫描和脚本(VBA/Python)XiL集成(MiL)和软件在环(SiL)在环工作流程TwinBuilder技术能力：生成与部署数字孪生体部署阶段优势与能力运维优化预测性维护部署

快速连接到受支持的IIoT平台配置连接器以连接到IIoT平台并发送和接收操作数据ANSYS支持SAP预测工程洞察力与RockwellAutomationandAzure合作数字孪生导出和部署生成的数字孪生模型从Builder导出以生成可兼容、可部署的数字孪生体（.twin文件）利用AnsysTwinDeployer轻松部署数字双胞胎通过在双胞胎上执行验证和验证，显著减少部署时间通过运行SDK把Twin模型部署到IIoT云平台部署阶段的好处和功能SDK很方便与IIoT集成，通过SDK运行模型已经在SAPLeonardoIoT、PTCThingWorxPredix和阿里巴巴等平台部署

智能机械物理原型

异常情况传感器数据应用校正动作传感器数据

IoT平台分析洞察

试验数字孪生运行于云上数字孪生运行于云上ANSYS平台虚拟原型Product利用AnsysTwinDeployer轻松部署数字双胞胎ProductCloudDeployerEdgeCloudDeployerEdgeOffline容易将部署到云、edge或离线环境中使用通过漏洞检查确保双胞胎的安全性FMU编写器:组合多个FMUs和新的孪生模型Ansys基于仿真的数字孪生技术Ansys构建数字孪生的核心能力ANSYS三维模型降阶ANSYS三维模型降阶(ROM)技术ANSYS数字孪生应用案例AnsysTwinBuilder2021R1新功能以系统为主的1D+3D耦合仿真的难点高置信度系统仿真（1D+3D耦合仿真）1D模型（算速度高）

，一个步长计算，毫秒级

一个步长计算，毫秒-几百毫秒机一个步长计算，分钟级系统运行一秒的仿真时间，几千分钟系统运行一秒的仿真时间，几秒-几分钟一个步长计算，分钟级系统运行一秒的仿真时间，几千分钟三维降阶模型接口把三维模型应用于系统仿真EM/CFD/ME– 但对于运行三维瞬态分析的大型模型来说，计算成本很高ROMReducedROMReducedOrderModeling

Electromagnetics StructuresTwinBuilder

Systems按照物理现象对ROM分类ANSYSROMsupportsmultiplecharacteristics/physics

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

Transforms3DsimulationresultsintolevelmodelsPreservesessentialaccuracySimulatesinafractionofthetimerequiredby3DTechniquesforallANSYSphysics线性ROM的做法与原理-LTI线性时不变技术可以是三维瞬态仿真，也可以是其他系统仿真，但一定要确定这个现象是线性时不变的在TwinBuilder里分析第1步生成的结果，生成ROMIntroducingANSYSTwinBuilderBatteryWizardstoeasilyconstructbatterycellsandassemblethemintobatterymoduleulationsationandparametrizationofCellandModulesandallowsexporttomultip2BatteryModuleConfigurationertoperformthermalsimulationoftheir48Vbatterypackdevelopment.A123alsoutilizedOrderModel(ROM)technologiestosimplifycomplex3Dthermalsimulationtosignificamdaystofewsecondswhilekeepingtherequiredsimulationaccuracy.“stoeasilyconstructbatterycellsandassemblethemintobatterymoduleulationsationandparametrizationofCellandModulesandallowsexporttomultip2BatteryModuleConfigurationertoperformthermalsimulationoftheir48Vbatterypackdevelopment.A123alsoutilizedOrderModel(ROM)technologiestosimplifycomplex3Dthermalsimulationtosignificamdaystofewsecondswhilekeepingtherequiredsimulationaccuracy.“useinelectro-thermalsimStreamlinesthemodelcre leformats1BatteryCellConfiguration"A123usesANSYSTwinBuildAnsysTwinBuilder’sReducreducethesimulationtimefro"A123usesANSYSTwinBuildAnsysTwinBuilder’sReducreducethesimulationtimefro-ShawnZhang,SimulationEngineering,A123Systemesntly非线性、静态、只输出点数据：响应面降阶模型ResponseSurfaceModeling在实验设计中定义的设计点上，获得输出参数值作为输入参数的函数使用插值方法作为基本方法非线性静态降阶模型的生成34非线性、静态、输出场数据CFD

降阶模型生成方法进行10次CFD仿真，获得整个工作范围内的流场分布降阶模型

降阶模型仿真结果

汽车发动机外部冷却空气流场仿真案例。两个冷却空气进口的流速作为输入变量。CFD与降阶模型计算对比当生成降阶模型后，我们在工作范围内随机选取一个工况，分别采用Fluent和降阶模型进行计算，对比结果如下：Fluent

降阶模型16个核的工作站，计算2小 笔记本电脑计算3秒钟最大偏差:1.2%在SDK里的运行动态降阶：非线性动态输出点数据主流道：主入口：恒速、恒温分管：160万网格水蒸气和刚材料理想的气体k-e模型壁面传热16核机器上需要大约57小时目标:对两个输入量进行动态降阶T_solid=meantemperatureinsolidoutletT_fluid=meantemperatureinfluidoutlet

主流道：恒温、恒速选取四种激励场景分别用于学习或验证Scenario1Scenario2

Scenario3Scenario4 降阶方案1:场景1用于学习，验证场景2、3、4用于验证Scenario1Scenario2Scenario3Scenario4Scenario1Scenario2Scenario3Scenario4降阶方案2：场景1、2用于学习，场景3、4用于验证Scenario1Scenario2Scenario1Scenario2Scenario3 Scenario4Scenario3Scenario4Rombuilding=Rombuilding=307s Romevaluation<100mspercase非线性、动态、输出场数据Fluent 动态降阶模型TwinBuilderROM技术:三维仿真与系统仿真TwinBuilder系统仿真

DynamicROMBuilderStaticROMBuilder

三维仿真CosimulationLTIROM

DesignXplorer

SteadyDXRom 3DRomSafetyAnalysis Embedded

DesignExploration非线性动态ROM在环控系统里的应用48hours@20coresInasecond48hours@20cores44阿里巴巴合作电网数字孪生项目ANSYSTwinBuilder案例介绍数字孪生案例—电网变电站的变压器（采用阿里巴巴的IoT平台）软硬结合的层面实际设备IOT平台

.twin文件

泵的流量

油温平台其他平台其他变压器三维仿真技术储备各类子模型的集成4949阿里巴巴的平台架构IoTDigitalTwinTechnologyFramework01020301020304SystemmodelintegrationCloudedgedeploymentRuntimemodel MirrorModelROMoutputPackDeploy3DMulti-PhysicalmodelIoToperationdataAlibaba’sIOTplatform3DMulti-PhysicalmodelIoToperationdata5050阿里巴巴IOT平台操作界面51POC项目ANSYSBuilder案例介绍数字孪生-部件模型-系统组成eWindspeed&edirection

Availabletorqu

Voltage/CurrentfromgeneratorElectro-magneticanalysisFatiguedamagetothebaseElectro-magneticanalysisStructuralanalysisweldand/orboltsStructuralanalysisFluidFluidFlowSimulationDynamicROM风场数据DynamicROM疲劳模型MechnicalstaticROM应力应变疲劳模型MechnicalstaticROMTrueload响应面ROMTrueload响应面ROM创建ROMsFluidFlowCFDROM(responsesurface)

TransientSPMROM

StaticStress:FMU(responsesurface)EmbeddedSoftwareSCADE

Electro-magnetics:MaxwellROM(ECE,sweepoverCurrentsweepPowerWindAnglePositionsweepRotationalspeedVoltage/CurrentPitchangleWindVelocityMechanicalloadsDisplacementsDamage?MAINTENANCCurrentsweepPowerWindAnglePositionsweepRotationalspeedVoltage/CurrentPitchangleWindVelocityMechanicalloadsDisplacementsDamage?MAINTENANCEQUALITY数字孪生–预测与维护–运维服务团队PumpDemo数字孪生样机ANSYS数字孪生PumpDemo介绍换个角度看问题假如有一种手段可以对真实情况进行模拟，它可以派什么用场？高置信度仿真模型——内部真实真实的边界条件——外部真实高置信度仿真模型

+真实的边界条件

= 数字孪生从研发角度看问题在制定设计指标时，能够更接近实际情况可更加充分的把试验作为迭代设计的手段之一从试验和运行维护角度看问题超级传感器– – 发生事故后的分析工具泵系统试验台数字孪生未来规划——数据流现实增强设备(现实增强设备(手机/ipad)用于仿真的电脑ANSYS软件泵系统模型（1D-3D耦合仿真）服务器(HPE)IIOT平台(PTCThingWorx)1D仿真平台：ANSYSTwinBuilder泵系统设备（Flowserve）数据采集系统(NI)各类传感器与两个电动阀泵系统设备（Flowserve）数据采集系统(NI)各类传感器与两个电动阀远程控制界面（网页）虚拟控制台：ANSYSSCADEDISPLAY电动阀流量计压力传感器电动阀M电动阀流量计压力传感器电动阀M离心泵电动机压力传感器水箱M 泵系统实物与

计算结果展示

加速度计IIOT平台(PTCThingWorx)

含降阶模型的统真模型 用于实时仿真虚控制台ANSYS数字孪生PumpDemo动阀动阀器水箱M电动阀水箱M电动阀电压力传感器M 电动机离心泵 压力传加速度计电机数字孪生样机ANSYS数字孪生motor介绍ExampleWorkflowforPTCThingWorkxforElectric-MotorANSYSTwinBuilderDeployedwithThingWorxApplicationUsersIoTApplicationsCurrentAnalyticsManagerCurrentIoTApplicationsCurrentAnalyticsManagerCurrentCurrentTemperature,FutureTemperatureRemainingUsefulLifeVisualize2021R1FeatureHighlights2021R1FeatureHighlightsModelicaWorkflowEnhancementsSupportforModelicapackagecreationandlibrarymanagementSupporttoextendexistingModelicamodelEnhancedsupportforgraphicalannotationFasterloadingofModelicalibrariesandnumerousotherModelicausabilityenhancementsEnhancementstoROMsandROMViewerSupportforFieldsVisualizationinDynamicROMBuilderStaticROMBuildersupportsgeometricalparametervariationNewResponseSurfaceROMUIforLinearParameter(LPV)ROMStatic/DynamicROMBuilderSupportforSplitExportEnhancementstotheStaticROMSupportfor3DVisualizationduringSimulationinsideBuilder2021R1FeatureHighlightsBatteryandEVVerticalizationtoperformFailureMode&EffectAnalysis(FMEA)MotorEquivalentCircuitforFMUexportBatteryWizardimprovementNewEVPowertrainLibrarycomponentlibraryasACTextensionExport,DeploymentandDigitalSupportforSchematicauthoring,Pythonblock,andsimulationresultexplorerinDeployerExportprojectforsampledeploymentandDTDLforMicrosoftAzureDigitalTwindeploymentEnhancedinteroperabilitywithall-inclusiveFMUSupportforFMU(fixedstep)exportfromSimulinkforBuilderImprovedcompilationofFMUsandBuilderFluentcomponentonLinuxImprovedUIforadaptorforflsiminFluent2021R1FeatureHighlightsSupportforEnterpriseWorkflowAnsysMinervaintegrationinBuilderAnsysoptiSLangintegrationinBuilderUIandPerformanceEnhancementsOthersPerpetualLicensesforRuntimesNewPerpetualLicensesforRuntimes(Proposal)NewCapability:EasilyDeployDigitalwithAnsysDeployerCloudDeployerCloudDeployerEdgeSignificantlyreducedeploymenttimebyperformingvalidationandverificationSignificantlyreducedepl