ANSYS 数字孪生技术路线及工具链简介

对于数字孪生技术，各软件供应商从自身所具有的技术优势出发，形成了不同形式的数字孪生概念（定义），对不同的应用场景研发了各自的解决方案。ANSYS作为为全世界用户提供CAE仿真工具和集成化设计环境的供应商之一，在数字孪生领域，形成了独特的解决方案——基于仿真的数字孪生。其所对应的应用场景主要为制造业中设备级别运维的数字孪生。

ANSYS基于仿真的数字孪生解决方案，基于其开发的独特的软件工具链，包括Twin Builder、Twin Deployer和runtime license。

Twin Builder前身为Simplorer，在系统模型库引入Modelica标准库和商业库，以及Modelica编译器；引入了多种降阶模型（ROM：Reduce Order Model）技术；引入了数字孪生（Digital Twin）技术，组成了Twin Builder软件工具。如图1所示。Twin Builder核心功能为建立系统仿真模型、系统仿真模型优化验证和数字孪生模型部署三部分功能。

 图1 Twin Builder构成示意图

Twin Deployer为ANSYS开发的一款用于数字孪生模型部署的软件，主要为使用Twin Builder生成的数字孪生模型进行部署测试和封装，最终生成部署于不同物联网平台的数字孪生模型文件。该软件还集成了机器学习算法，可以实现基于运维实测数据，对数字孪生模型进行标定，以及生成混合数字孪生模型。

runtime license是非常重要的一个工具，在基于ANSYS数字孪生技术路线中，如图2所示。在数字孪生模型生成阶段，runtime license 控制在Twin Builder中导出twin模型（数字孪生模型文件），此处runtime license需要安装在ANSYS证书管理器中；在数字孪生模型部署阶段，runtime license 控制物联网平台上数字孪生模型的运行，此处ANSYS会提供runtime license相关替换文件，实现数字孪生模型不同应用场景的终端部署运行。

图2 建立及部署数字孪生模型流程示意图（软件工具使用）

图3所示为ANSYS基于仿真的数字孪生模型建立技术路线。ANSYS强大的三维物理场仿真技术能力作为前提，建立数字孪生模型的核心软件工具为Twin Builder 和Twin Deployer，外围的ANSYS结构、流体和电磁软件，以及测试数据和第三方软件工具，其仿真模型或测试数据都可以以一定的数据形式导入Twin Builder，用于建立降阶模型ROM，或直接导入降阶模型，进行系统仿真模型搭建。此处Twin Builder利用外部数据生成的降阶模型ROM和第三方软件生成的FMU（Functional Mockup Unit），都基于FMI（Functional Mock-up Interface）规范。结合Twin Builder自带元件库，建立完整的系统仿真模型，然后进行测试和验证，最后对系统仿真模型进行封装，编译导出Twin模型或FMU模型。

图3 ANSYS基于仿真的数字孪生模型建立技术框架路线

然后把在Twin Builder中生成的twin模型导入Twin Deployer，进行数字孪生模型部署的相关测试和封装。根据项目实际需求，还可以对数字孪生模型进行基于运维测试数据的混合分析。最后按照不同使用场景，使用Twin Deployer生成的数字孪生模型文件，就可以在物联网平台进行部署和应用了。

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