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                            學習Amesim的心路歷程——從三維CFD到一維系統仿真

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                            發表于 2020-3-1 12:20:34 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
                            本帖最后由 libin1200 于 2020-3-1 12:20 編輯

                                  大家好!借此機會,跟大家聊一下我自己學習AMESim的心路歷程和一些淺見。很多學習系統級建模仿真的同學都和我有類似的經歷,當然也有很多同學由于種種原因實現了“從入門到放棄”。

                                 相信大多數研究生甚至本科生同學都接觸過三維CFD軟件,比如久負盛名的Fluent等。無論是流體計算還是磁場分析,各類云圖一出,就像二郎神開了天眼,能看到許多看不到的場景和細節。記得在本科時一位流體老師曾演示過一個CFD動畫:均溫的房間里通入暖風,云圖上便顯示了氣流矢量圖和房間內溫度場的動畫,原本看不到的東西變得如此清晰、原本枯燥的流體力學變得如此直觀,簡直不要太神奇!從那時起,我便迷上了各類三維CFD仿真工具,這對我日后的學習和工作產生了重要影響。

                            三維CFD仿真云圖
                                 后來在工作中,由于項目所需我被迫接觸了“Amesim”這個聞所未聞的軟件。做為一名玩轉三維CFD的老手,卻要“降維”去搞一維仿真,此時的我就像屈尊下嫁的小媳婦,內心是極為抗拒的。但不情愿歸不情愿,畢竟企業花大價錢購買了軟件(PS:Amesim相當昂貴),領導說干啥咱就干啥吧。
                                  隨著學習的不斷深入,我對系統仿真的認知逐漸發生了變化,因為我隱隱發覺之前工作中遇到的“坎”有了解決方案。最初工作時我主要負責閥、換熱器等零部件的設計優化,所以使用三維CFD工具更直觀形象。但是總不能將自己局限在這些小部件上,遲早要提升自己的技術段位和設計層次。當把視野擴展到系統層面時,很多問題就發生了變化。

                                  以下面這個典型汽車空調系統為例,雖然原理上很簡單,但它既有冷卻液回路又有循環相變的制冷劑回路、既有動力部件又有各種閥,各回路和子系統之間高度耦合、相互影響,除此之外控制系統還要實時調節和干預系統各個部件之間的循環,系統運行還要受到發動機工況變化、汽車行駛速度變化、外界環境變化等諸多因素的影響,因此要把它們協調匹配好可不是一件容易的事!
                            典型汽車空調系統
                                  在系統級設計層面,我有這樣的一個感受:一堆普通的零部件可以整合成優秀的系統,同樣一堆優秀的零部件也可能整合成一個完全無用的系統。相信大家也可以體會到其中的重點,那就是“整合”。誰來整合?怎么整合?部件的邊界如何確定?控制系統如何設計?這些都是要考慮的問題。同事和供應商們基于三維CFD辛辛苦苦完成了零部件的設計、優化和制造,作為分系統設計師的你卻整合成垃圾系統被客戶罵,豈不是很沒有臉面?
                                  以前的設計主要靠參考別人的,隨著技術水平和自主化程度的提高,正向設計是必然的趨勢。當我們從普通設計員或者零部件仿真工程師向更高層級的系統級設計師轉變時,會發現原來順手的工具不順手了,復雜的系統集成需要新的仿真平臺予以支撐,才能讓我們在紛繁復雜的影響因素下找到最佳匹配方案。
                                  此時,應當熱烈歡迎Amesim閃亮登場!在Amesim中搭建模型十分便捷,類似于樂高積木。基于已經成功驗證的數萬個子模型,我們可以輕松且迅速地搭建起一套系統級模型并對其仿真分析。與三維CFD仿真工具需要花大量時間建模和計算不同,Amesim的建模和計算往往占用時間很少,而大量時間都用來權衡和分析整個系統,這也是我們做系統級建模仿真的目的和價值所在。
                                 下面兩圖是Amesim中典型的系統仿真模型,都只需十多個元件拖在一起相互連接,就可以對整個系統進行全面的量化分析了。左側的冷卻系統模型,除了可以查看每個部件的各類詳細計算參數,還可以在壓焓圖中看相變循環的工況點是否合適,從而很容易分析出系統匹配是否合適(要知道在三維軟件里面計算相變的閉式循環簡直是個災難,零部件間的匹配關系更是難以得到);右側的液壓系統模型,不僅可以得到各處壓力流量等的動態響應,而且可以很方便地分析系統能耗,以便對整個系統做進一步改進和優化,實現節能減排的目的。
                            左:冷卻系統模型;右:液壓系統模型
                                   在企業中,一般來說每個領域都會有專業的人去做,例如專門設計電機的、專門優化結構的、專門編寫算法的等等。而系統工程師的任務就是把這些分散信息整合成有效的閉環,在研發階段就完成整個系統的虛擬驗證和優化改進。一旦沒有整合好,即便每個零部件性能都很好,卻依舊無法實現系統整體性能的合理化和最優化。就像一個糊涂指揮官帶領大量的精兵依然會打敗仗一樣,一將無能累死三軍。而Amesim正好就是勝任這份工作的最佳平臺。
                            全自動跟隨機械手不同位置示意圖
                                  上圖的這個模型是某自動機械手在Amesim中的仿真分析,可以很好地體現Amesim在這方面的優越性:它既可以詳細計算每個電機的功率情況,又可以驗證控制算法是否正確有效,還可以以動畫的形式展示機械結構的運動范圍。模型說明:由三個獨立的電機控制三條機械臂,跟隨底部傳送帶上的罐子,不斷加注液體。需要計算整個機械臂的運動范圍、最大跟隨速度、電機實時電力消耗,還需要驗證伺服控制算法是否合適。當我們面對這種模型的時候會發現,各個環節是互相依賴的,電機、伺服控制、機械手結構這三部分只要沒有匹配好,就無法實現系統的功能。可能遇到的情況:
                            1.  機械結構設計不好,電機功耗大幅上升,或無法到達指定范圍;;
                            2.  電機選型不合理,無法快速響應控制指令驅動機械臂;
                            3.  控制策略不恰當,即便電機和機械臂都設計的很好,依然不能正常工作。

                                  而這些問題完全可以通過Amesim進行全工況的提前虛擬驗證,及時發現問題并解決。
                                     Amesim最令人震驚和愛不釋手的還包括它強大豐富的擴展能力,來者不拒,幾乎不設門檻,excel、C、python、adams、motion、matlab等等都可以和它進行聯合仿真。Amesim還提供了十分便捷的二次開發模塊,并且用戶可以查看和編輯大部分元件的源代碼,可謂是開放到底。此外,定制APP、動畫、中控臺、狀態機等功能應有盡有,新手也可以輕松學會。對于如此強大的系統仿真工具,我只想由衷贊嘆一句:
                                   正所謂“神器在手,工作不愁”,通過深入學習Amesim,我懂得了如何從更高層次去思考、解讀、協調和改進系統設計中的諸多因素,這對我個人技術水平和技術管理能力的提高給予了巨大幫助,也讓我更有信心去面對工作中的未知挑戰。它成了我在系統設計時的評估利器。甚至大多數時候我都是一直開著它,作為一款強大的計算器來使用。這些年來我也認識了很多從三維轉到一維學習的同學,每每談到這些經歷,總會囅然一笑。
                                  當大家關注了我們公眾號“Amesim學習與應用”的時候,想必已經對一維系統級建模軟件Amesim和三維CFD仿真軟件的差別有了認識,也有一些同學是因為畢業設計剛開始接觸它們。當然,大家也應當認識到Amesim便捷強大的系統級分析能力,是以使用者強大的知識儲備和專業知識背景為基礎的。操作和使用Amesim,初學者只需個把小時就便可上手,但想完全馴服它為自己服務,還需要更加深入地了解它。

                                  再次感謝大家一直以來對我們的關注和支持,謝謝大家!下面是我們的公眾號二維碼,也歡迎大家在淘寶店購買我們專業制作的26套Amesim視頻課程。


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                            2020-3-21 17:16
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                            發表于 2020-3-1 13:10:41 | 只看該作者
                            相當昂貴是什么個概念?能透漏下嗎?
                          3. TA的每日心情

                            8 小時前
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                            發表于 2020-3-2 09:33:49 | 只看該作者
                            這篇介紹文章非常精辟
                          5. TA的每日心情
                            開心
                            2020-3-30 10:04
                          6. 簽到天數: 10 天

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                            發表于 2020-3-28 07:13:49 | 只看該作者
                            很厲害了,讀完基本了解該軟件能干啥了,像作者學習。
                            來自安卓客戶端來自安卓客戶端
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                            發表于 2020-4-3 12:04:48 | 只看該作者
                            就圖中的這個機械手的仿真只靠AMESim就可以完成嗎?還是需要其他軟件配合啊
                            您需要登錄后才可以回帖 登錄 | 立即注冊

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