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学习Amesim的心路历程——从三维CFD到一维系统仿真

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发表于 2020-3-1 12:20:34 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 libin1200 于 2020-3-1 12:20 编辑

      大家好!借此机会,跟大家聊一下我自己学习AMESim的心路历程和一些浅见。很多学习系统级建模仿真的同学都和我有类似的经历,当然也有很多同学由于种种原因实现了“从入门到放弃”。

     相信大多数研究生甚至本科生同学都接触过三维CFD软件,比如久负盛名的Fluent等。无论是流体计算还是磁场分析,各类云图一出,就像二郎神开了天眼,能看到许多看不到的场景和细节。记得在本科时一位流体老师曾演示过一个CFD动画:均温的房间里通入暖风,云图上便显示了气流矢量图和房间内温度场的动画,原本看不到的东西变得如此清晰、原本枯燥的流体力学变得如此直观,简直不要太神奇!从那时起,我便迷上了各类三维CFD仿真工具,这对我日后的学习和工作产生了重要影响。

学习Amesim的心路历程——从三维CFD到一维系统仿真

学习Amesim的心路历程——从三维CFD到一维系统仿真

三维CFD仿真云图
     后来在工作中,由于项目所需我被迫接触了“Amesim”这个闻所未闻的软件。做为一名玩转三维CFD的老手,却要“降维”去搞一维仿真,此时的我就像屈尊下嫁的小媳妇,内心是极为抗拒的。但不情愿归不情愿,毕竟企业花大价钱购买了软件(PS:Amesim相当昂贵),领导说干啥咱就干啥吧。
      随着学习的不断深入,我对系统仿真的认知逐渐发生了变化,因为我隐隐发觉之前工作中遇到的“坎”有了解决方案。最初工作时我主要负责阀、换热器等零部件的设计优化,所以使用三维CFD工具更直观形象。但是总不能将自己局限在这些小部件上,迟早要提升自己的技术段位和设计层次。当把视野扩展到系统层面时,很多问题就发生了变化。

      以下面这个典型汽车空调系统为例,虽然原理上很简单,但它既有冷却液回路又有循环相变的制冷剂回路、既有动力部件又有各种阀,各回路和子系统之间高度耦合、相互影响,除此之外控制系统还要实时调节和干预系统各个部件之间的循环,系统运行还要受到发动机工况变化、汽车行驶速度变化、外界环境变化等诸多因素的影响,因此要把它们协调匹配好可不是一件容易的事!

学习Amesim的心路历程——从三维CFD到一维系统仿真

学习Amesim的心路历程——从三维CFD到一维系统仿真
典型汽车空调系统
      在系统级设计层面,我有这样的一个感受:一堆普通的零部件可以整合成优秀的系统,同样一堆优秀的零部件也可能整合成一个完全无用的系统。相信大家也可以体会到其中的重点,那就是“整合”。谁来整合?怎么整合?部件的边界如何确定?控制系统如何设计?这些都是要考虑的问题。同事和供应商们基于三维CFD辛辛苦苦完成了零部件的设计、优化和制造,作为分系统设计师的你却整合成垃圾系统被客户骂,岂不是很没有脸面?
      以前的设计主要靠参考别人的,随着技术水平和自主化程度的提高,正向设计是必然的趋势。当我们从普通设计员或者零部件仿真工程师向更高层级的系统级设计师转变时,会发现原来顺手的工具不顺手了,复杂的系统集成需要新的仿真平台予以支撑,才能让我们在纷繁复杂的影响因素下找到最佳匹配方案。
      此时,应当热烈欢迎Amesim闪亮登场!在Amesim中搭建模型十分便捷,类似于乐高积木。基于已经成功验证的数万个子模型,我们可以轻松且迅速地搭建起一套系统级模型并对其仿真分析。与三维CFD仿真工具需要花大量时间建模和计算不同,Amesim的建模和计算往往占用时间很少,而大量时间都用来权衡和分析整个系统,这也是我们做系统级建模仿真的目的和价值所在。
     下面两图是Amesim中典型的系统仿真模型,都只需十多个元件拖在一起相互连接,就可以对整个系统进行全面的量化分析了。左侧的冷却系统模型,除了可以查看每个部件的各类详细计算参数,还可以在压焓图中看相变循环的工况点是否合适,从而很容易分析出系统匹配是否合适(要知道在三维软件里面计算相变的闭式循环简直是个灾难,零部件间的匹配关系更是难以得到);右侧的液压系统模型,不仅可以得到各处压力流量等的动态响应,而且可以很方便地分析系统能耗,以便对整个系统做进一步改进和优化,实现节能减排的目的。

学习Amesim的心路历程——从三维CFD到一维系统仿真

学习Amesim的心路历程——从三维CFD到一维系统仿真
左:冷却系统模型;右:液压系统模型
       在企业中,一般来说每个领域都会有专业的人去做,例如专门设计电机的、专门优化结构的、专门编写算法的等等。而系统工程师的任务就是把这些分散信息整合成有效的闭环,在研发阶段就完成整个系统的虚拟验证和优化改进。一旦没有整合好,即便每个零部件性能都很好,却依旧无法实现系统整体性能的合理化和最优化。就像一个糊涂指挥官带领大量的精兵依然会打败仗一样,一将无能累死三军。而Amesim正好就是胜任这份工作的最佳平台。

学习Amesim的心路历程——从三维CFD到一维系统仿真

学习Amesim的心路历程——从三维CFD到一维系统仿真
全自动跟随机械手不同位置示意图
      上图的这个模型是某自动机械手在Amesim中的仿真分析,可以很好地体现Amesim在这方面的优越性:它既可以详细计算每个电机的功率情况,又可以验证控制算法是否正确有效,还可以以动画的形式展示机械结构的运动范围。模型说明:由三个独立的电机控制三条机械臂,跟随底部传送带上的罐子,不断加注液体。需要计算整个机械臂的运动范围、最大跟随速度、电机实时电力消耗,还需要验证伺服控制算法是否合适。当我们面对这种模型的时候会发现,各个环节是互相依赖的,电机、伺服控制、机械手结构这三部分只要没有匹配好,就无法实现系统的功能。可能遇到的情况:
1.  机械结构设计不好,电机功耗大幅上升,或无法到达指定范围;;
2.  电机选型不合理,无法快速响应控制指令驱动机械臂;
3.  控制策略不恰当,即便电机和机械臂都设计的很好,依然不能正常工作。

      而这些问题完全可以通过Amesim进行全工况的提前虚拟验证,及时发现问题并解决。

学习Amesim的心路历程——从三维CFD到一维系统仿真

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学习Amesim的心路历程——从三维CFD到一维系统仿真

学习Amesim的心路历程——从三维CFD到一维系统仿真
         Amesim最令人震惊和爱不释手的还包括它强大丰富的扩展能力,来者不拒,几乎不设门槛,excel、C、python、adams、motion、matlab等等都可以和它进行联合仿真。Amesim还提供了十分便捷的二次开发模块,并且用户可以查看和编辑大部分元件的源代码,可谓是开放到底。此外,定制APP、动画、中控台、状态机等功能应有尽有,新手也可以轻松学会。对于如此强大的系统仿真工具,我只想由衷赞叹一句:

学习Amesim的心路历程——从三维CFD到一维系统仿真

学习Amesim的心路历程——从三维CFD到一维系统仿真
       正所谓“神器在手,工作不愁”,通过深入学习Amesim,我懂得了如何从更高层次去思考、解读、协调和改进系统设计中的诸多因素,这对我个人技术水平和技术管理能力的提高给予了巨大帮助,也让我更有信心去面对工作中的未知挑战。它成了我在系统设计时的评估利器。甚至大多数时候我都是一直开着它,作为一款强大的计算器来使用。这些年来我也认识了很多从三维转到一维学习的同学,每每谈到这些经历,总会冁然一笑。
      当大家关注了我们公众号“Amesim学习与应用”的时候,想必已经对一维系统级建模软件Amesim和三维CFD仿真软件的差别有了认识,也有一些同学是因为毕业设计刚开始接触它们。当然,大家也应当认识到Amesim便捷强大的系统级分析能力,是以使用者强大的知识储备和专业知识背景为基础的。操作和使用Amesim,初学者只需个把小时就便可上手,但想完全驯服它为自己服务,还需要更加深入地了解它。

      再次感谢大家一直以来对我们的关注和支持,谢谢大家!下面是我们的公众号二维码,也欢迎大家在淘宝店购买我们专业制作的26套Amesim视频课程。


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  • TA的每日心情

    2020-3-21 17:16
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    [LV.4]偶尔看看III

    发表于 2020-3-1 13:10:41 | 显示全部楼层
    相当昂贵是什么个概念?能透漏下吗?
  • TA的每日心情

    前天 08:54
  • 签到天数: 1136 天

    [LV.10]以坛为家III

    发表于 2020-3-2 09:33:49 | 显示全部楼层
    这篇介绍文章非常精辟
  • TA的每日心情
    开心
    前天 07:04
  • 签到天数: 9 天

    [LV.3]偶尔看看II

    发表于 前天 07:13 | 显示全部楼层
    很厉害了,读完基本了解该软件能干啥了,像作者学习。
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