ANSYS Twin Builder

ANSYS Twin Builder является мощной платформой для моделирования, имитации и анализа виртуальных прототипов системы. Twin Builder даёт возможность команде разработчиков проверить и оптимизировать производительности их программно-управляемых мультидоменных систем. 

Благодаря гибким возможностям моделирования, включая тесную интеграцию с модулями ANSYS для решения междисциплинарных задач и встраиваемого программного обеспечения, Twin Builder помогает анализировать проектные концепции, проводить детальный анализ и проверять работу многокомпонентной системы в целом.

ANSYS Twin Builder в силовой электронике

ANSYS Twin Builder имеет долгую историю успеха в моделировании и анализе систем силовой электроники. Библиотеки Twin Builder включают в себя широкий спектр компонентов усредненного уровня и уровня коммутации, которые поддерживают моделирование на разных уровнях точности, необходимые на разных этапах проектирования системы силовой электроники. Решатель ANSYS Twin Builder разработан для эффективной и точной работы с силовыми цепями весьма нелинейного характера, состоящими из коммутирующих элементов, аналоговых и цифровых схем управления, а также учитывает эффекты в мультидоменных системах с различными временными константами. Многообразие инструментов анализа формы сигнала дают инженерам возможность анализировать отклики, проводить измерения и подробно исследовать поведение систем силовой электроники.

Применение ANSYS Twin Builder

ANSYS Twin Builder является ключевой частью многодоменного модельно - ориентированного проектирования в ведущих предприятиях автомобильной, аэрокосмической, энергетической, электронной отраслей и промышленного оборудования. Широкие возможности интегрирования силовой электроники, динамических моделей различных областей физики, встроенного программного обеспечения позволяют использовать Twin Builder для развёртывания цифровых двойников, проектирования электропривода, электромеханических систем, систем выработки, преобразования и распределения электроэнергии, исследования EMI/EMC, общей оптимизации и проверки многодоменных систем.

Все части системы со сложным взаимодействием могут быть смоделированы в ANSYS Twin Builder

Модуль ANSYS Twin Builder используется для построения, проверки и развёртки целых систем моделирования, цифровых двойников для организации обслуживания изделий по их фактическому состоянию. ANSYS Twin Builder позволяет проводить обслуживание и оптимизировать работу изделия по его фактическому состоянию с целью снижения страховых и гарантийных затрат. Для того, чтобы модели системного уровня можно было создавать легко и быстро, среда многодоменного моделирования систем Twin Builder объединяет в себе обширные библиотеки моделей, 3D физические решатели и возможности использования моделей пониженного порядка (ROM). Вместе с инструментами встраиваемого программного обеспечения Twin Builder позволяет заново использовать существующие компоненты и быстро создавать модели систем изделия.

Для валидации системы и обеспечения соответствия ожидаемым эксплуатационным характеристикам, Twin Builder сочетает возможности моделирования многодоменных систем с быстрой разработкой человеко-машинного интерфейса (HMI), оптимизацией систем и инструментами для валидации XiL.

Для того чтобы соединить вашу модель цифрового двойника системы с тестовыми данными, либо данными получаемыми в режиме реального времени с измерительного оборудования, Twin Builder легко интегрируется с платформой промышленного интернета вещей (IIoT) и имеет возможности динамического развёртывания, которые позволяют осуществлять обслуживание физического изделия по его фактическому состоянию. Это единственное решение, которое предлагает комплексный подход для реализации стратегии Цифрового двойника.

Реализация цифрового двойника жидкостной системы охлаждения

Создание двойника

Время на создание точного цифрового двойника может быть сокращено вдвое благодаря повторному использованию и простому составлению модели с помощью инструментов Twin Builder:

  • Поддержка создания многодоменных моделей и языков
  • Расширенные библиотеки моделей 0D
  • Интеграция со сторонними инструментами (в том числе 1D)
  • Создание и интеграция с 3D-моделями пониженного порядка ROM
  • Интеграция со встроенным программным обеспечением

Верификация двойника

Проверка степени точности воспроизведения двойника изделия и оптимизация эксплуатационных характеристик на 25% выполняется за счет:

  • Многодоменного моделирования с интегрированной пост-обработкой
  • Быстрой разработкой человеко-машинного интерфейса HMI
  • Интеграции XiL

Развертывание двойника

Расходы на обслуживание сокращаются на 10-20%:

  • Быстрое подключение к поддерживаемым платформам IIoT
  • Экспорт и развертка сгенерированных моделей

Графическое моделирование

Создание иерархической структуры сложных энергетических систем с множеством доменов (иерархических схем сложных силовых электронных схем и многодоменных систем). Модели стандартных языков и форматами обмена, в том числе:

  • VHDL-AMS (IEEE 1076.1)
  • Modelica
  • SML (Twin Builder modeling language)
  • FMI (functional mock-up interface)
  • C/C++
  • SPICE
  • Использование редактора кода со встроенным помощником для создания VHDL-AMS, Modelica®, SML, C/C++ и SPICE моделей
  • Использование “на лету” инструменты проверки проекта для обеспечения согласованности типов и физических доменов
  • Сочетание консервативного, сигнального и дискретного поведения системы событий

Обширные библиотеки моделей

  • Создание моделей многодоменных систем, используя встроенные библиотеки Modelica и специализированные библиотеки Twin Builder.
  • Создание моделей аккумуляторной батареи с помощью библиотеки Twin Builder Modelica, которая включает в себя четыре шаблона для моделей эквивалентных цепей (ECM) с зависимостями SOC или SOC-Temperature.
  • В магазине приложений ACT теперь доступна дополнительная библиотека, Twin Builder Heating and Cooling library, которая включает в себя библиотеки: Modelon Liquid Cooling, Modelon Vapor Cycle, Modelon Heat Exchanger и Modelon Base.
  • Модели электрических и электронных систем с библиотеками аналоговых компонентов и библиотеками силовой электроники, цифровых и логических блоков, датчиков и трансформаторов.
  • Библиотеки компонентов от производителей: силовые полупроводники, интегральные схемы управления, магнитные устройства, суперконденсаторы.
  • Библиотеки механических, гидравлических и тепловых компонентов. Учитываются эффекты взаимодействия компонентов в мультидоменных системах.
  • Специальные библиотеки для импульсных источников питания, электрических трансмиссий транспортных средств и электроэнергетических систем летательных аппаратов.
  • Создание и использование в рамках предприятия собственных библиотек компонентов.

Обмен моделями с внешними инструментами

  • Совместим с функциональным интерфейсом (FMI) для обмена моделями, для импорта моделей из всех FMI-совместимых инструментов и экспорта моделей Modelica как FMU.
  • Создание или использование C/C++ моделей в интерфейсе Twin Builder C.
  • Импорт моделей MathWorks® Simulink® с использованием Simulink Coder™.

Модели пониженного порядка из ANSYS 2D/3D

  • Специальные инструменты предназначены для создания точных, компактных моделей из детализированных 2D/3D конечноэлементных моделей расчётных модулей ANSYS.
  • Инструментарий для создания динамической модели пониженного порядка Dynamic ROM Component. ANSYS Dynamic ROM Builder использует подход глубокого обучения для построения динамических моделей с уменьшенным порядком (ROM) для любых типов данных моделирования.
  • ANSYS Dynamic ROM Builder использует подходы глубокого обучения для построения динамических ROM моделей для любых типов данных моделирования.
  • Визуализация 3D полей из стационарных ROM моделей напрямую через Twin Builder.
  • Несколько техник извлечения ROM (statespace, ECE, SVD, modal response) поддерживают большой спектр требований моделирования.

Тепловой ANSYS IcePak LTI ROM батарейного модуля используется в ANSYS Twin Builder для быстрого решения нестационарной задачи с контролем температуры

Интеграция с SCADE Suite® и SCADE Display® для разработки встроенного программного обеспечения и HMI (человеко – машинный интерфейс)

  • Проверка, оптимизация и калибровка характеристик безопасности критически важного программного обеспечения вместе с мультидоменной физической системой.
  • SCADE Suite или SCADE Display используется для интерактивного наблюдения и отладки встроенного программного обеспечения управления или выполнения HMI.

Отладка встроенного в модель системы гибридного автомобиля программного обеспечения при помощи SCADE Suite

Инструменты для создания описательных компонентов полупроводников и модулей силовой электроники

  • Пошаговые графические инструменты используются для создания моделей диодов, MOSFET, IGBT на основании технических данных поставщика изделия.
  • Пошаговые инструменты для создания пользовательских моделей DC/DC конвертеров, а также библиотека поведенческих моделей DC/DC конверторов от производителей.

Использование специальных встроенных инструментов помогает пользователям создавать собственные модели силовых полупроводников

Высокопроизводительные решатели

  • Быстрое и точное моделирование поведения непрерывных, дискретных, цифровых и аналоговых, смешанных сигналов.
  • Высокая численная эффективность синхронизации решателя и управление адаптивным шагом времени.
  • Использование высокопроизводительных вычислительных ресурсов, чтобы для сокращения времени моделирования.

Проведение виртуальных экспериментов

  • Определение установившегося, частотного, нестационарного отклика системы.
  • Создание нескольких конфигураций анализа с расширенными опциями для тонкой настройки параметров решателя.
  • Воспроизведение хода решения сохранённого проекта.

Воспроизведение хода решения системы управления электрической машины

Параметрические и оптимизационные расчёты

  • Перебор значений параметров в рамках заданного диапазона для определения эффектов отклика системы на воздействия.
  • Оптимизация производительности системы на основе целевых функций переменных проекта.
  • Определение чувствительности показателей эффективности к изменениям параметров модели.
  • Анализ влияния статистических переменных (например, производственных допусков, внешней неопределённости и т.д.) на производительность системы.
  • Изменение значений переменных в интерактивном режиме для настройки производительности модели.
  • Интеграция с ANSYS Workbench для создания системы управления процессом моделирования с расчётными модулями ANSYS.
  • Использование ANSYS DesignXplorer для решения сложных исследовательских задач.

Инструменты интеграции и настройки

  • Совместная работа с SCADE Suite® и SCADE Display® для интерактивного моделирования в режимах черного и белого ящика для отладки встроенного программного обеспечения.
  • Создание пользовательских графических панелей с SCADE Test™ для разработки прототипов управления и мониторинга анализа систем в Twin Builder.
  • Динамическая связь с ANSYS 2D/3D электромагнитными (низко и высокочастотными), CFD и механическими решателями.
  • Создание пользовательских графических панелей с помощью быстрой системы SCADE Test ™ для управления и визуализации моделирования в Twin Builder.
  • Совместное моделирование с MathWorks Simulink и PTC® Mathcad®
  • Создание пользовательского инструментария для ANSYS Twin Builder с интерфейсом прикладного программирования Python API.
  • Подключение новых библиотек моделей и расширений из ACT магазина ANSYS.

Векторное управление BLAC программно реализовано в SCADE Suite и импортировано в ANSYS Twin Builder, как FMU. Блок управляет инвертором с подключенным синхронным двигателем, эквивалентная динамическая схема которого получена из ANSYS RMxprt

Соединение с IIoT

  • Настройка подключения к платформе IIoT (промышленного интернета вещей) для отправки и получения рабочих данных.

Развёртывание цифровых двойников

  • Экспорт из Twin Builder для создания переносимого облачного развертывания цифровых двойников для платформ IIoT, таких как SAP, PTC или GE Predix.

Графические и табличные отчёты

  • Большой выбор разнообразных типов графических и табличных отчётов для анализа и отображения результатов моделирования.
  • Графики во временной, частотной области, параметрические зависимости 2D/3D.
  • Отображение отклика в частотной области, как диаграммы Найквиста и Боде.
  • Генерирование таблиц данных и цифровых дисплеев.
  • Отображение графических отчётов непосредственно на рабочем поле модели системы и обновление их в ходе моделирования.
  • Широкий функционал для преобразований и измерений графических зависимостей.

Экспорт данных в другие приложения

  • Быстрый экспорт диаграмм, зависимостей, таблиц в Microsoft® Excel® или в различные форматы файлов изображений.
  • Генерирование сводного отчёта по результатам моделирования в HTML.
  • Комплексная среда создания схем, моделирования и анализа.
  • VHDL-AMS, Modelica SML, C / C ++ и поддержка SPICE.
  • Библиотеки основных и мультидоменных компонентов.
  • Библиотеки аналоговых компонентов и элементов силовой электроники.
  • Библиотеки компонентов от производителей элементной базы.
  • Библиотеки VHDL-AMS основных и цифровых компонентов.
  • Стандартная библиотека Modelica (MSL).
  • Библиотека Battery Cell Modelica
  • Библиотеки специальных компонентов для электрических транспортных средств, авиационных электрических систем, промышленных силовых систем.
  • Поддержка библиотек Modelica из Modelon (гидравлика, пневматика, жидкостное охлаждение, теплообменники, теплоэнергетика)
  • Модели пониженного порядка ROM из ANSYS 3D.
  • Инструменты создания пользовательских моделей IGBT, MOSFET, диодов и DC/DC конвертеров.
  • Анализ цепей с аналоговыми, цифровыми и смешанными сигналами.
  • Анализ во временной, частотной области, стационарный анализ.
  • Оптимизация, чувствительность и статистический анализ (ANSYS Optimetrics).
  • Совместный расчёт с различными ANSYS 3D физическими решателями.
  • Совместный расчёт с MathWorks® Simulink®.
  • Совместный расчёт с PTC Mathcad®.
  • Анализ сигналов и расширенные отчёты.
  • Импорт FMI.
  • Экспорт FMI для подсистем Modelica.
  • Шифрование VHDL-AMS.
  • Автоматизация и поддержка скриптов.