比利時的工程專業人員和研究人員正在獲得第四次和第五次工業革命關鍵技術的實作經驗。歷史悠久的 HELMo Gramme Institute 及其研究中心 HELMo Link (原名 CRIG) 正在參與 Interreg Euregio Meuse-Rhine (EMR) 數位孿生學術專案。Interreg EMR 專案由歐洲區域發展基金(European Regional Development Fund；ERDF)支持。該專案旨在訓練專業人員和研究人員掌握產業的尖端技術，並以數位孿生為其重點。根據 數位分身聯盟 (Digital Twin Consortium) 的定義，數位孿生是對現實世界實體與流程的虛擬再現，並以特定的頻率與傳真度進行同步。
在 Ansys 精英通路合作夥伴 Infinite Simulation Systems 和 Ansys 學術計畫的支持下，專案參與者結合 Ansys 多物理模擬和數位孿生解決方案探索真實世界的產業挑戰。於是，他們在探索數位孿生技術的同時，也價值獲得了第一手的模擬經驗。
數位孿生在產業中的應用
參與者與比利時工業界合作完成多種使用案例，包括一家專門設計和整合工廠維護，以及多技術服務 (例如工業制冷的水迴路處理和區域能源網路) 的公司。
此研究旨在探索如何使用數位孿生技術，根據外部因素 (例如環境溫度) 預測水迴路循環的運作條件。專案團隊需要對水迴路元件進行建模，包括熱交換器。他們還需要審查不同環境溫度下系統作業條件的歷史資料記錄。
第二個案例與另一家負責管理當地市政府飲用水生產和分配的公司有關。
這項研究旨在要為兩個水庫之間的配水網路進行建模，讓配水網路根據水位來平衡水庫水量，並同時考慮每小時的能源成本。為了探索此一情境，參與者研究了由兩個水箱、閥門、感測器、幫浦和管道組成的飲用水分配模型。
除了第二個案例的散熱部分之外，專案參與者發現兩個案例的系統非常相似。因此，他們可以在兩個研究中採取相同的方法，並使用相同的工具。
此圖說明了位於兩個水庫之間的配水網路，用於分析工業使用案例。
HELMo Gramme Institute 研究協調員兼助理教授 Sarah Nyssen 表示：「Ansys 專精於使用有限元素進行數值模擬。「它涵蓋了數值有限元素模擬所需的所有階段：幾何處理、網格劃分、解析度、結果處理和最佳化。提供的軟體適用於各種工業領域，包括機械工程、能源、汽車、鐵路、航太、醫療、電子等領域。」
模擬和數位孿生在產業使用案例中的應用
HELMo 專案參與者使用了簡化管理多種工具的 Ansys Workbench 模擬整合平台，包括 Ansys Fluent 流體模擬軟體和 Ansys Twin Builder 模擬式數位孿生平台。
Sarah Nyssen 表示：「我們考慮了許多不同的多物理軟體套件，最終選擇了 Ansys ，特別是用於數值孿生的 Ansys Twin Builder 平台，以及用於研究系統中計算流體力學 (CFD) 的 Fluent 軟體。」
Twin Builder 平台具備降階建模功能，可將物理模型的準確度與透過人工智慧/機器學習 (AI/ML) 技術取得的真知灼見整合起來。
在這兩項研究中，團隊在五個主要步驟中應用了 Ansys 工具：
1. 使用 Twin Builder 平台中的基本元件建立整體流程。
2. 使用 Fluent 軟體建立複雜元件的流體動力學模型。
3. 使用 Twin Builder 軟體的降階模型 (ROM) 建置器，建立簡化的資產模型，並將其新增至整體流程中。
4. 從 Twin Builder 軟體匯出資料，使用 Ansys TwinAI AI 支援的數位孿生軟體部署與外部設備和實體進行互動的孿生，並使用 TwinAI 軟體中的完善 Python 應用程式設計介面 (API) 建立獨立應用程式。
5. 將模擬結果與實際現場資料進行比較，以驗證數位孿生，並判斷其是否可連接至工廠，以進行有效、即時的監控與管制。
您知道嗎？
降階模型 (ROM) 是對複雜模型的簡化處理，能保留原始模型的行為特徵，使工程師與設計師在分析系統主要特性時，僅需使用極少的運算資源。
ROM 已成為各種追求高品質成品與縮短設計週期的產業中不可或缺的標準技術。
專案參與者使用 Fluent 軟體模擬熱交換，然後使用 Twin Builder 平台建立降階模型 (ROM)。
在第一個案例中，專業人員和研究人員使用 Fluent 軟體來模擬熱交換。接著，他們觀察到氣水交換器處於最佳狀態，並盡可能簡化模型以建立適當的 ROM。同樣地，在第二個案例中，參與者使用 Fluent 軟體分析幫浦的流量，並使用 Twin Builder 軟體建立簡化的 ROM。
Sarah Nyssen 表示：「這些應用案例讓我們能夠掌握數位孿生的技術，在整合到穩固、穩定的開發結構中後，可能擁有的其他面向可能性。」
專案參與者使用 Fluent 軟體對幫浦執行流量分析，並使用 Twin Builder 軟體建立 ROM。
此外，專案參與者還獲得了功能模擬單元 (FMU) 與功能模擬介面 (FMI) 的經驗。FMI 是一個免費的標準，可實現不同模擬工具之間的互通性。FMI 可讓您根據需要，輕鬆將熱交換器和幫浦 ROM 從 Fluent 軟體和 Twin Builder 平台傳輸至其他軟體。
專案參與者使用 Ansys 解決方案建立數位孿生工作流程和開發架構。
本質上，此專案將團隊的數位孿生流程概念進一步延伸，結合了包括分析、開發結構、可共用資料架構和監控等通常都涉及模擬和人工智慧/機器學習整合的關鍵要素。
探索 Ansys 數位孿生
Ansys 致力於透過創新工具、技術和功能 (包括降階建模、人工智慧/機器學習和數位孿生技術)，促進新一代工業工程的進步與模擬普及化。
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