[システムレベルシミュレーション]Ansys Twin Builder

Multi-Fidelityシステムレベルシミュレーション/ 完全なシステムモデリング環境によるMBD、デジタルツイン

製品概要

完全なシステムモデリングを実現する機能を備えています。
一般的なマルチドメインシミュレーション環境に加え、Ansys Twin BuilderはHigh-Fidelity(高忠実度)モデルとして、Ansysの3D・Multi-Physicsシミュレーションのモデル低次元化(ROM)、SPICEやVHDL-AMSで記述された詳細な電子・電気回路モデル、Ansys SCADEやSimulink(MathWorks社)の詳細な制御モデルと連携が可能です。つまり全てのドメインでモデル忠実度を選択し、活用することが可能なMuliti-Fidelityモデリング環境です。Twin Builderで構築した完全なシステムモデルは仮想レプリカとして、IOTと連携しシミュレーションベースのデジタルツインを構築することができます。

特長

  • 3D・Multiphysicsシミュレーションを取り込む強力なモデル低次元化(ROM)機能
  • Modelica、VHDL-AMS、SPICEなど完全なシステムモデリングを可能にする多彩なモデリング言語対応
  • IOTを連携したシミュレーションベースのデジタルツイン

3Dの熱流体解析を1D化し、回路シミュレーションと連携することで、計算時間を1000倍以上の高速化し、且つ回路シミュレーションで得た電力損失を考慮することで計算精度も向上させることが可能です。

機能のご紹介

因果・非因果モデリング

Ansys Twin Builderは、物理モデルを構築することを得意とする非因果モデルと主に制御モデルを構築することを得意とする因果モデルの両方を活用することが可能です。
物理モデルを構築する場合、因果モデリングの手法を活用するには作用/反作用などの演算フローを考える必要がありますが、非因果モデルを活用すれば直感的にモデル構築を行うことが可能です。

例)1自由度振動系のモデリング
●非因果モデルの例
●因果モデル(ブロック線図)の例
@左辺を出力
右辺を入力と考える
A加速度に換算
B積分して速度を求める
C積分して変位を求める
D減衰力を求める
Eばね反力を求める

世界をリードするモデル低次元化/モデル縮退化(ROM)機能

ROMとは、FEM(有限要素法)や CFD(数値流体解析)などの3Dシミュレーションのモデルの計算量を減らす(システム化する)手法です。
複雑なモデルに必要な解析時間または記憶容量を削減するために、本質的な動作と支配的な効果を保持したまま、High-Fidelity(高忠実度)モデルを単純化することができます。

Multi-language/完全なシステムをモデル化するための記述言語

Modelica(物理)、VHDL-AMS(ミックスドシグナル)、SPICE(アナログ回路)、C/C++(制御)といったシステムを構成する為に必要なすべての記述言語に対応しております。
さらに、実験データからのモデリングや、Ansys MultiphysicsのROM化(モデル低次元化)やFMU(ファンクション・モックアップ・ユニット)による他ツールとの連携やコ・シミュレーションを実現できる、多彩なモデリング環境です。
世界標準の記述言語を使うことで、多数の組織をまたがるMBDを実現するためのモデル流通を可能にします。

  • モデルに使用される標準言語と交換形式
    • VHDL-AMS(IEEE 1076.1)
    • Modelica
    • SML(Simplorerモデリング言語)
    • FMI(ファンクショナルモックアップインターフェース)
    • C/C++
    • SPICE
  • その他の機能
    • VHDL-AMS、ModelicaR、SML、C/C++、SPICEモデルを構築する、ウィザード駆動型のコードエディタ
    • 保存(非因果律)、信号フロー(因果律)、および離散事象システムの挙動を統合する機能
    • 接続タイプと物理領域の一貫性を確保する、オンザフライの設計検証ツール

サードパーティツールの統合

ファンクショナルモックアップインターフェース(FMI)標準規格への優れたサポートを提供し、様々なソースからのモデルを完全なシステム記述に取り込むことを可能にします。FMIモデルのエクスポートと協調シミュレーションに新たに正式に対応するGT-SUITE、CarSim、Amesim、Dymolaを含む、100以上のツールを使用して、Twin Builderの高性能ソルバーとAnsys 3D物理解析とのリンクを活用し、フルシステムモデルを組み立てることができます。追加のインターフェースでは、C/C++コードおよび MathWorks Simulinkモデルの直接統合が可能です。また、Twin Buildモデルは、FMIに適合する環境で使用するためにエクスポートすることができます。

アプリケーションに特化した豊富で広範なコンポーネントライブラリ

複数の物理領域や忠実度レベルからモデルを選択し、適切な詳細レベルで希望するシステムダイナミクスを描写できます。油圧、空圧、液冷、熱交換器、熱電用ライブラリなど、Modelon ABが提供するModelica Standard LibraryおよびModelicaライブラリに対応しています。

  • アナログおよびパワーエレクトロニクス
  • 制御ブロックとセンサー
  • 機械コンポーネント
  • 油圧コンポーネント
  • デジタルおよび論理ブロック
  • 航空宇宙電気ネットワーク用アプリケーションに特化したライブラリ
  • 電気自動車、電力システム、および特性化されたメーカーのコンポーネント

アプリケーションに特化した豊富で広範なコンポーネントライブラリ

IoTプラットフォームとの接続とデジタルツイン構築

シミュレーションベースのデジタルツインは、製品の動作性を再現して、エンジニアリングの新しいレベルの理解を深めることができます。
デジタルツインを実現するには、現実世界で起こり得る詳細な物理現象を高い精度でシミュレーションし、仮想レプリカを構築する必要があります。
TwinBuilderを活用すれば、完全なシステムモデルとして詳細な仮想レプリカを構築することが可能です。そしてIOTプラットフォームと接続が可能で、制御信号を送ったり、実物の製品からの信号も受け取ることができます。

IoTプラットフォームを通じて取得した物理アセットの状態をシミュレーションモデルに反映させる デジタルツインを構築できるので、たとえ物理アセット上では検出が困難な現象であっても、 ROMの高速シミュレーション結果をリアルタイム仮想センサ出力として取得し、可視化・活用が可能になります。 このように、物理計算に裏打ちされた高度なシミュレーションベースのデジタルツインにより、 生産ラインの効率化や予防保守、さらには製品のサービス向上などに活用することができます。

■デジタルツインの活用例
<予知保全>
実在のモノから得られる情報以上の情報をシミュレーションより獲得し,その情報に基づいて精度の高い将来予測を行い,運用の最適化や将来に起こりうる事態への対策を講じるために活用することができます。

■対応IOTプラットフォーム
PTC ThingWorx、GE Predix、SAP Leonardoなど

■その他機能(ランタイムシミュレーション)
シミュレーション環境からTwinBuilderモデルを切り離しエッジ上に格納し、実機と連携したシミュレーションが可能です。

シミュレーションモデルの製造現場へのデプロイ

Twin Builderで構築したROMは、Runtimeモデルとしてポータブル化し、 生産現場のFA機器をはじめ、製造した製品のコントローラ内にも組み込むことが可能です。 これらエッジ側にデプロイ(配置)したモデルも勿論IoTプラットフォームに接続することが可能なため、 設計で活用したAnsys製品のシミュレーションモデルの活用の幅が、生産現場をはじめ、製品出荷後のオペレーションにまで拡大し、 製造歩留まりの向上、設計〜生産連携・フィードバック、そしてさらなる製品サービス向上が実現します。

サイバネットシステムの「IoT/デジタルツインシステム構築のサービス」 については以下をご参照ください。
https://www.cybernet.co.jp/iot/


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