Digital Twin: Wirtualna replika
W niewielu przypadkach można pozwolić sobie na sytuację, w której produkt traci walor przewidywalności. Standardem dzisiejszego świata stają się rozwiązania Internet of Things (IoT), w których urządzenia podłączone do globalnej sieci mają możliwość wymiany niemal nieograniczonej ilości danych. Telemetria, zarezerwowana dotychczas wyłącznie dla aplikacji, których funkcjonowanie w binarny sposób zależało od jej obecności, staje się rozwiązaniem dostępnym niemal bezkosztowo i popularnie wykorzystywanym nawet w prozaicznych, na pierwszy rzut oka, rozwiązaniach.
Wirtualna replika pozwala na symulację w czasie życia produktu i przewidywanie jego właściwości w długim horyzoncie czasowym. Wytrzymałość zmęczeniowa dotychczas szacowana była na podstawie założonego cyklu pracy. Co zatem w sytuacji, w której pierwotne założenia odbiegają od przemysłowej rzeczywistości?
Planowanie obsługi urządzeń
Odstawienia na czas serwisu urządzenia, czy wręcz awarie, nie mogą pozostać poza kontrolą inżyniera czuwającego nad nim jako elementem większego systemu. W wielu wypadkach nie jest możliwe wykonanie prostego przeglądu przez specjalistę. Możliwość zdalnego monitoringu parametrów pracy przy, powszechnym dziś, wykorzystaniu bazodanowych rozwiązań chmurowych pozwala w każdej chwili z dowolnego miejsca obserwować pełną, parametryzowaną historię życia urządzenia. Dysponując jego odpowiednim modelem, możemy przekształcić zestaw interesujących nas danych na informację o stanie jego poszczególnych elementów w dowolnej chwili w przeszłości, teraźniejszości, oraz co szczególnie interesujące: w przyszłości.
Co w sytuacji, gdy na przykład w celu automatycznego sterowania urządzeniem czy analizy starzenia konieczna jest znajomość wartości temperatury w miejscu, w którym fizycznie nie możemy umieścić termopary? W przypadku analizy numerycznej nie ogranicza nas brak fizycznej możliwości pomiaru wartości konkretnej zmiennej, dlatego możliwe jest uzyskanie informacji o parametrach w dowolnym punkcie domeny obliczeniowej. W przypadku rzeczywistego urządzenia, wartość naprężenia w zadanym miejscu struktury może być kluczowa ze względu na bezpieczeństwo jej użycia, nawet jeśli ze względu na inne aspekty funkcjonowania konstrukcji, nie ma możliwości uzyskania pomiarów tensometrycznych.
Multifizyczne solwery firmy ANSYS pozwalają na obliczenie niemal dowolnych charakterystyk urządzenia w wielorakich domenach obliczeniowych. Niestety, metody te oparte na dyskretyzacji domeny obliczeniowej. W związku z tym, mimo swoich niepodważalnych zalet, na czele z dokładnością uzyskiwanych wyników mogą one być zbyt wolne jeśli naszym celem są analizy prowadzone w czasie rzeczywistym.
Określanie charakterystyk zewnętrznych
W wielu zastosowaniach nie jest konieczna znajomość pełnej fizyki zjawiska, a jedynie zależności pomiędzy zestawami parametrów wejściowych i wyjściowych dla modelu. Niejednokrotnie na etapie użytkowania konieczne jest szybkie uzyskanie odpowiedzi na pytania: jakie odkształcenie uzyskamy w danym elemencie po przyłożeniu określonej siły, jaka będzie moc mojego układu wymiany ciepła przy zadanej temperaturze wejściowej czynnika czy jakiej sprawności wentylatora możemy spodziewać się przy zadanym wydatku masowym.
Klasyczne podejście znane inżynierom od lat, to korzystanie z kart katalogowych. Dużo bardziej efektywnym rozwiązaniem, które ze względu na toczącą się rewolucję technologiczną staje się niemal standardem, jest budowa wirtualnej repliki urządzenia. Nieodłącznym elementem dopracowanego urządzenia staje się jego model, który może być wykorzystany przez integratora lub użytkownika końcowego.
Integracja ze środowiskiem ANSYS
Produkt ANSYS Twin Builder we współpracy ze środowiskiem ANSYS Workbench oferuje pełną paletę narzędzi do tworzenia modeli zredukowanych: od skalarnych, liniowych charakterystyk statycznych, przez zredukowane modele polowe, kończąc na nieliniowych modelach dynamicznych, których charakterystyki można przy pomocy algorytmów uczenia maszynowego sprowadzić do postaci sieci neuronowych, które są w stanie z zadowalającą dokładnością szacować wartości parametrów wyjściowych modelu w czasie rzeczywistym. Dodatkowo, Twin Builder jako solwer systemowy ma nieograniczone możliwości związane z prowadzeniem symulacji multi-domain. Analizowany system może mieszać elementy mechaniczne, przepływowe, elektromagnetyczne czy też charakterystyki eksperymentalne. Rozwiązanie ANSYS pozwala na swobodne wykorzystanie elementów funkcjonujących w zgoła odmiennych domenach fizycznych.
Narzędzia dostarczane przez firmę ANSYS są w pełni otwarte na źródła danych, na podstawie których identyfikowane są matematyczne zależności. Pozwala to więc na wykorzystanie danych eksperymentalnych, które po zredukowaniu będą stanowić istotny element symulacji systemowej. Współpraca z chmurowymi platformami IoT i możliwość generacji modeli symulowanych w środowiskach zewnętrznych daje możliwość bezbolesnej integracji ze sprawdzonymi rozwiązaniami utrzymującymi wirtualne repliki urządzeń rozsianych na całym świecie.