2024ANSYS風(fēng)電機(jī)組數(shù)字孿生與建模仿真技術(shù)方案

風(fēng)電機(jī)組數(shù)字孿生與建模仿真技術(shù)方案內(nèi)容提要1 2 ANSYS3 聚合物理分析數(shù)字化轉(zhuǎn)型的目的聚合物理分析HowAdvancedAnalyticsCanBenefitInfrastructureCapitalPlanning(April2018)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)

DigitalTwin(VirtualReplica)輸入 輸出

基于經(jīng)驗(yàn)/理論公式的模型基于數(shù)據(jù)的模型基于三維幾何建模的模型基于仿真的模型實(shí)際設(shè)備傳感器實(shí)際設(shè)備傳感器視頻:數(shù)字孿生價(jià)值HowDigitalTwinshelpourcustomers增加最大化收益增加最大化收益達(dá)到成本管理的底線達(dá)到成本管理的底線獲得獲得/保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)Simulation-basedDigitalTwins+IIoTandDataAnalyticsIIoTSimulation-basedDigitalTwins+IIoTandDataAnalytics異常檢測(cè)和警報(bào)故障預(yù)測(cè)異常檢測(cè)和警報(bào)故障預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)挖掘?qū)崟r(shí)監(jiān)控遠(yuǎn)程診斷預(yù)診斷下一代設(shè)計(jì)基于仿真的“數(shù)字孿生”實(shí)現(xiàn)高階數(shù)據(jù)分析ConnectingtheReal“Thing”..anditsDigitalTwin..InOperation!Motor-PumpinOperation

IndustrialIoTPlatform(PTCThingWorx)BigDataStreamingBigDataTriggers

Motor-PumpDigitalTwinPlatformSimulationPlatformData

SecurityConnectivity

InputsPreventiveMaintenanceValueAddedServicesFeedbacktoEngineering

SimulationOutputs數(shù)字雙胞胎的實(shí)際應(yīng)用MODEL-BASEDENTERPRISE&MODEL-BASEDENTERPRISE&SYSTEMSENGINEERING設(shè)計(jì)決策

DigitalSignaturesDigitalSignaturesIoTASSETSECOSYSTEMSVirtualSensors運(yùn)行決策壽命性能診斷優(yōu)化重量效率魯棒性PAGE11PAGE11實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生價(jià)值的方案所必須的能力構(gòu)建精確、基于物理的仿真模型驗(yàn)證和優(yōu)化仿真模型導(dǎo)出TWIN模型并與IIoT平臺(tái)連接進(jìn)行運(yùn)營(yíng)部署DCDCEmbeddedSoftwareLV-BatteryPowerElectronicsElectromechanicsSystemVehicleDynamicsFMU嵌入式軟件方程傳遞函數(shù)速度傳感器電路狀態(tài)機(jī)+V3DROM控制邏輯/電路電磁部件液壓/氣動(dòng)模型動(dòng)力學(xué)模型剎車盤模型集成3DROM,FMUs,VHDL-AMS,Modelica等模型在一個(gè)多學(xué)科聯(lián)合仿真環(huán)境里系統(tǒng)一維模型仿真在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的早期構(gòu)建系統(tǒng)一維模型并驗(yàn)證Modelica、VHDL-AMS系統(tǒng)一維模型仿真在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的早期構(gòu)建系統(tǒng)一維模型并驗(yàn)證Modelica、VHDL-AMS系統(tǒng)一維與三維混系統(tǒng)一維與三維混合模型仿真通過特有的三維模型降階技術(shù)把三維模型引入系統(tǒng)仿真通過因?yàn)槿S模型構(gòu)建精度更高的系統(tǒng)仿真系統(tǒng)模型用于虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)模型用于虛擬試驗(yàn)把系統(tǒng)模型部署到測(cè)試環(huán)境用于半實(shí)物試驗(yàn)構(gòu)建虛擬傳感器觀測(cè)不易通過傳感器采集的數(shù)據(jù)或場(chǎng)狀態(tài)進(jìn)行現(xiàn)實(shí)難以模擬的惡劣工況測(cè)試測(cè)試及優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行性能虛擬模型用于設(shè)備運(yùn)營(yíng)維護(hù)把系統(tǒng)模型部署到運(yùn)行環(huán)境提升運(yùn)營(yíng)維護(hù)通過虛擬傳感器觀測(cè)不易通過傳感器采集的數(shù)據(jù)或場(chǎng)狀態(tài)對(duì)設(shè)備的壽命等進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)排故方案預(yù)演Data-basedROMTwinBuilder數(shù)字孿生構(gòu)架與及部署流程Data-basedROMTestDataSoftware,ControlModelsTestDataSystemModel

系統(tǒng)仿真平臺(tái)TwinModelforOfflineCompute+ +ROM Solver

Export

X-in-LoopLTI&LPV

Static

Dynamic

Digital

FMUforSimulationworkflowsSystemLibraries

ROMExtractionCapabilities

TwinModelforcloud/edgedeploymentValidated3DPhysicsModels DigitalTwinPartnersValidated3DPhysicsModelsDigitalTwinPartners從設(shè)計(jì)到運(yùn)維風(fēng)力發(fā)電面臨的挑戰(zhàn)HugerotorHugerotordimensions >220mdiameter >30m/sHighercut-outwindspeed>30m/sHighercut-outwindspeedNacellethermalreliability electricequipmenttemperaturePoweroutput Poweroutput +12perturbineNoise <45dB <200metersWindfarmsitinginproximitytourbanareas<200metersWindfarmsitinginproximitytourbanareas>30yearsExtendedlife+$250kbladereplacementMaintenancecost>30yearsExtendedlife+$250kbladereplacementMaintenancecost…面對(duì)復(fù)雜的多學(xué)科系統(tǒng)HowdoestheHowdoesthesystemperform?ActuatorsSafetyRequirementsElectronicControlOperationalProfilesEmbeddedSoftwareSensors

OperatingConditionsAnsys工程挑戰(zhàn) 核心能力 案例輸出疲勞損傷與各種生產(chǎn)制度有關(guān)計(jì)劃外停機(jī)時(shí)間和維護(hù)成本非最佳操作和偏航失調(diào)

算熱點(diǎn)應(yīng)力虛擬傳感器虛擬場(chǎng)景模擬

結(jié)構(gòu)響應(yīng)的連續(xù)和瞬時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)剩余使用壽命更好地安排檢查和維護(hù)窗口性能指標(biāo)優(yōu)化\h\hContactUs內(nèi)容提要1 ANSYS數(shù)字孿生平臺(tái)與技術(shù)路線ANSYS數(shù)字孿生平臺(tái)與技術(shù)路線3 TwinBuilder三大主要功能部署系統(tǒng)預(yù)測(cè)維護(hù)將孿生體部署到IIoT或邊緣設(shè)備

構(gòu)建構(gòu)建系統(tǒng)模型驗(yàn)證系統(tǒng)驗(yàn)證與優(yōu)化

建立基于物理的精準(zhǔn)數(shù)字模型驗(yàn)證和優(yōu)化系統(tǒng)模型TwinBuilder技術(shù)能力：快速構(gòu)建系統(tǒng)仿真模型建模階段的優(yōu)勢(shì)與能力支持多物理、多語言、高保真模型

支持多種建模語言支持ModelicaVHDL-AMSC/CSPICE等語言可擴(kuò)展的多學(xué)科專業(yè)模型庫電氣,與第三方工具(包含1D)集成支持FMI/FMU與ANSYS3D和第三方Exchange&co-simulation3D降階模型生成與集成通過ROMDynamicStaticand)實(shí)現(xiàn)3D物理模型的簡(jiǎn)化與嵌入式軟件集成SCADESuite,SCADEDisplay等TwinBuilder技術(shù)能力：驗(yàn)證和優(yōu)化數(shù)字孿生體模型驗(yàn)證階段優(yōu)化與能力輕松集成與驗(yàn)證測(cè)試數(shù)據(jù)

集成后處理的多域仿真快速人機(jī)界面原型設(shè)計(jì)系統(tǒng)驗(yàn)證和優(yōu)化支持DoE(VBA/Python)XiL集成(SiL在環(huán)工作流程TwinBuilder技術(shù)能力：生成與部署數(shù)字孿生體部署階段優(yōu)勢(shì)與能力運(yùn)維優(yōu)化預(yù)測(cè)性維護(hù)部署

快速連接到受支持的IIoT平臺(tái)配置連接器以連接到IIoTANSYSSAP與RockwellAutomationandAzure合作數(shù)字孿生導(dǎo)出和部署生成的數(shù)字孿生模型從Builder數(shù)字孿生體（.twin文件）利用AnsysTwinDeployer輕松部署數(shù)字雙胞胎Data-basedROMTwinBuilder數(shù)字孿生構(gòu)架與及部署流程Data-basedROMTestDataSoftware,ControlModelsTestDataSystemModel

系統(tǒng)仿真平臺(tái)TwinModelforOfflineCompute+ +ROM Solver

Export

X-in-LoopLTI&LPV

Static

Dynamic

Digital

FMUforSimulationworkflowsSystemLibraries

ROMExtractionCapabilities

TwinModelforcloud/edgedeploymentValidated3DPhysicsModels DigitalTwinPartnersValidated3DPhysicsModelsDigitalTwinPartners通過運(yùn)行SDK把Twin模型部署到IIoT云平臺(tái)部署階段的好處和功能SDK很方便與IIoT集成，通過SDK運(yùn)行模型已經(jīng)在SAPLeonardoIoT、PTCThingWorxPredix和阿里巴巴等平臺(tái)部署

智能機(jī)械物理原型

異常情況傳感器數(shù)據(jù)應(yīng)用校正動(dòng)作傳感器數(shù)據(jù)

IoT平臺(tái)分析洞察

試驗(yàn)數(shù)字孿生運(yùn)行于云上數(shù)字孿生運(yùn)行于云上ANSYS平臺(tái)虛擬原型Product利用AnsysTwinDeployer輕松部署數(shù)字雙胞胎ProductCloudTwinDeployerEdgeCloudTwinDeployerEdgeOffline容易將twin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編寫器:組合多個(gè)FMUs和輕松創(chuàng)建新的孿生模型內(nèi)容提要風(fēng)電數(shù)字孿生應(yīng)用案例價(jià)值介紹1ANSYS風(fēng)電數(shù)字孿生應(yīng)用案例價(jià)值介紹EDRMedesogroup–AHappyEliteChannelPartnerin1986About100highlydedicatedemployeesof31M€in2017800inallindustriesLocalteamsintheNordics,BalticsandUK項(xiàng)目背景客戶疑問Ansys是否具備提供系統(tǒng)仿真與數(shù)字孿生的能力？如何實(shí)現(xiàn)各部門之間的協(xié)調(diào)合作（流體，結(jié)構(gòu)，嵌入式軟件…）？數(shù)字孿生被視為一個(gè)戰(zhàn)略目標(biāo)公司高層注意到市場(chǎng)與技術(shù)等方面的轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)。運(yùn)維部門的需求數(shù)字孿生轉(zhuǎn)變運(yùn)維模式，降低運(yùn)維成本，提高產(chǎn)能，設(shè)計(jì)優(yōu)化迭代系統(tǒng)仿真&數(shù)字孿生的價(jià)值A(chǔ)ssetinAssetinOperationDigitalTwinIoTPlatform開發(fā)基于仿真的數(shù)字孿生解決方案與真實(shí)物理設(shè)備連接通過降階技術(shù)傳感高精度仿真模型運(yùn)行模擬比實(shí)時(shí)更快實(shí)施方案:建立風(fēng)電站的DTW（風(fēng)力發(fā)電數(shù)字孿生）模型風(fēng)速&風(fēng)向風(fēng)速&風(fēng)向疲勞損壞?電力輸出?仿真分析!高保真模型高保真模型數(shù)字孿生ROM系統(tǒng)分針螺距=葉片旋轉(zhuǎn)葉片螺旋角–運(yùn)維優(yōu)化螺距=葉片旋轉(zhuǎn)TSR–葉尖速比TSR–葉尖速比(葉尖速度與風(fēng)速之比)有效轉(zhuǎn)矩Windspeed&direction轉(zhuǎn)子軸上的反作用負(fù)荷StructuralanalysisFluidFlowSimulation有效轉(zhuǎn)矩Windspeed&direction轉(zhuǎn)子軸上的反作用負(fù)荷StructuralanalysisFluidFlowSimulationElectro-magneticanalysis

發(fā)電機(jī)_電壓/電流 基座焊縫/螺栓的?；缚p/螺栓的疲勞破壞/應(yīng)力應(yīng)變流程圖–流體設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，機(jī)電設(shè)計(jì)，嵌入式軟件…系統(tǒng)整合Currentsweep

PowerWindAngle葉片螺旋角WindVelocity

發(fā)電性能評(píng)測(cè)發(fā)電性能評(píng)測(cè)結(jié)構(gòu)負(fù)載

Positionsweep瞬態(tài)位移

電流/電壓發(fā)電機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)維護(hù)應(yīng)變/發(fā)電機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)維護(hù)使用現(xiàn)有的仿真模型（需要有限元技術(shù)儲(chǔ)備）ROM-有關(guān)輸入和輸出創(chuàng)建ROMs風(fēng)場(chǎng)模擬:CFDROM(responsesurface)

瞬態(tài)振動(dòng):SPMROM

靜態(tài)應(yīng)變:ROM(responsesurface)嵌入式軟件：SCADE

電磁仿真:MaxwellROM(ECE,sweepoverpositions)WindConditionsTransientResponseFatigueDamage創(chuàng)建WindConditionsTransientResponseFatigueDamage風(fēng)場(chǎng)流動(dòng)模擬–CFDROMInput: 風(fēng)場(chǎng)(速度風(fēng)向)-葉片螺旋角(幾何結(jié)構(gòu))Output: -轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)矩-塔上的荷載(力、力矩)ReducedOrderModelwill:Correlatetheincomingwindconditionstoreactionsontherotoraxle(forcesandmoments).建立風(fēng)場(chǎng)條件轉(zhuǎn)子軸上映射關(guān)系(力和力矩)。WindConditionsAvailableElectricalPower創(chuàng)建電磁WindConditionsAvailableElectricalPower電磁–MaxwellROMInput: -轉(zhuǎn)軸扭矩(隨時(shí)間變化)Output柵極電壓(隨時(shí)間變化)(隨時(shí)間變化)內(nèi)部電路參數(shù)etc.ReducedOrderModelwill:建立時(shí)變的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機(jī)輸出到電網(wǎng)功率(currentandvoltage)的映射關(guān)系(customerssystem).WindConditionsTransientResponseFatigueDamage創(chuàng)建瞬態(tài)振動(dòng)WindConditionsTransientResponseFatigueDamage瞬態(tài)振動(dòng)–DynamicROMInput: 塔的受力(隨時(shí)間變化)-塔身力矩(隨時(shí)間變化)Output:-塔身的位移(隨時(shí)間變化)ReducedOrderModelwill:Capturethedynamicvibrationsinthetowerduetothechangingwindconditions.捕捉塔中由于風(fēng)向變化而產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)振動(dòng)。WindConditionsTransientResponseFatigueDamageWindConditionsTransientResponseFatigueDamage靜態(tài)應(yīng)力分析–FMUROMInput: -(隨時(shí)間變化)Output:-特定位置的應(yīng)力變化(例如在焊接中)-損壞風(fēng)險(xiǎn)和維護(hù)需求ReducedOrderModelwill:Calculatethetimevaryingdisplacementsandstressesatthebaseofthetower.Tobeusedforassessmentofthefatiguedamageinthewelds/bolts.計(jì)算塔基座上時(shí)變的位移和應(yīng)力。用于評(píng)估焊接/螺栓的疲勞損傷在AnsysWorkbench平臺(tái)創(chuàng)建DX-ROM(FMU格式)StaticStructural(FEM)GeometryParameterStudyDX-ROM—生成響應(yīng)面(建立輸入、輸出參數(shù)之間的關(guān)系)InputsOutputsDesignofExperiments ResponseSurfaceTableofDesignPointsEachrowisonesimulationTableofDesignPointsEachrowisonesimulation創(chuàng)建DX-ROM(以FMU的格式導(dǎo)入到TwinBuilder中)InputDisplacementsOutputInputDisplacementsOutputStresses嵌入式軟件通過FMU導(dǎo)出控制算法（SiL）SCADE–控件和嵌入式軟件Input: -風(fēng)速風(fēng)向轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,葉片螺旋角Kp,Ki,KdTSR,AlarmLevel,etc.Output:-葉片螺旋角TSRAlarm,etc.ReducedOrderModelwill:Controlthepitchangleoftherotorbladesdependingontheincomingwindspeed,toobtainanoptimalTSRvalue.根據(jù)傳入風(fēng)速控制動(dòng)葉螺距角，得到最優(yōu)TSR值。

InSCADESuite應(yīng)用TwinBuilder搭建多學(xué)科系統(tǒng)模型應(yīng)用TwinBuilder搭建多學(xué)科系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)子速度控制反饋轉(zhuǎn)子速度控制反饋TSRTSR定位點(diǎn)WindspeedWinddirectionWindspeedWinddirectionWindFluidFlowSimulationsMaxwellOutputWindFluidFlowSimulationsMaxwellOutputfromgenerator系統(tǒng)仿真–應(yīng)變仿真–結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)Wind

FluidFlow

Analysis

Structural(Stress)AnalysisWindC onditioFluidFlowSimulationsSystemModel&EmbeddedSWWindC onditioFluidFlowSimulationsSystemModel&EmbeddedSW數(shù)字孿生–預(yù)測(cè)與維護(hù)–運(yùn)維服務(wù)團(tuán)隊(duì)GE的Haliade?150-6MW海上風(fēng)力機(jī)數(shù)字孿生與預(yù)測(cè)維護(hù)

核心挑戰(zhàn):預(yù)測(cè)與各種生產(chǎn)制度和控制措施相關(guān)的疲勞成本避免計(jì)劃外停機(jī)，降低維護(hù)成本優(yōu)化操作流程，限制偏航失調(diào)這些挑戰(zhàn)涉及復(fù)雜的多學(xué)科模擬仿真：建立精度和計(jì)算時(shí)間匹配的多物理系統(tǒng)模型用真實(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)模型和控制策略進(jìn)行驗(yàn)證、優(yōu)化和標(biāo)定實(shí)現(xiàn)模型與運(yùn)行中的實(shí)際設(shè)備連接風(fēng)力發(fā)電數(shù)字孿生部署流程ActualAssetin

Data

IndustrialIoTPlatformBigDataStreamingBigDataAnalyticsHistory,TriggersSecurityCon