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基于Simcenter 3D智能虛擬傳感的可執(zhí)行數(shù)字孿生應用
背景
測試驗證是產品研發(fā)生命周期中的重要環(huán)節(jié)，尤其在新產品開發(fā)過程中至關重要。傳統(tǒng)的方法是將物理傳感器安裝到產品的關鍵位置，以測量產品在給定負載條件下的響應?；谶@些測試數(shù)據(jù)，設計師們能夠評估并驗證產品的靜態(tài)和動態(tài)響應是否符合設計預期。有時設計師還需要改變加載策略來測試產品在極限工況下是否能在一定安全裕度內工作。然而，在制造業(yè)快速升級、個性化產品定制需求日益增加以及產品交付周期不斷縮短的背景下，物理測試面臨多重挑戰(zhàn)。
圖1：Simcenter 3D智能虛擬傳感應用
測試驗證的挑戰(zhàn)
測試工程師經常面臨以下挑戰(zhàn)：如何在無法放置物理傳感器的位置進行測量？這包括：
?由于幾何形狀復雜，應變片無法在關鍵位置點上安裝
?由于結構空間緊湊，加速器無法安裝到關鍵部位
?添加額外的負載傳感器會改變結構動力學，因此難以準確測量工作負載
?為了全面測試整個結構，需要放置大量傳感器，這導致安裝時間長且工作量大
?進行整車測試以驗證特定的車輛部件不僅費時而且成本高昂
?在測試過程中，意外過載可能導致結構損壞和成本增加
許多工程師都在思考，是否有一種新技術可以幫助解決這些挑戰(zhàn)。西門子創(chuàng)造性地提供了一種先進的解決方案——Simcenter 3D 智能虛擬傳感。
Simcenter 3D 智能虛擬傳感技術通過仿真和建模在計算機環(huán)境中模擬物理傳感器的功能，使工程師能夠在數(shù)字模型中獲取應力、應變、加速度等關鍵性能數(shù)據(jù)，而無需實際安裝傳感器。這不僅減少了對大量物理傳感器和復雜測試設置的依賴，從而節(jié)省時間和成本，還能夠克服物理傳感器在關鍵位置安裝的限制和結構復雜性的挑戰(zhàn)。通過在設計和開發(fā)的早期階段使用智能虛擬傳感，工程師能夠更早地識別和解決潛在問題，加快產品開發(fā)進程并提高設計質量。Simcenter 3D 平臺提供的集成仿真環(huán)境，使得智能虛擬傳感技術與其他仿真工具和工作流程無縫結合，進一步提升了工程效率和數(shù)據(jù)一致性。
借助Simcenter 3D智能虛擬傳感，工程師可以：
?通過放置在可達位置的物理傳感器來測量難以安裝傳感器的關鍵點位置
?從遠程位置測量加速度，以避免緊湊空間區(qū)域
?通過應變片來測量工作負載，而不是添加負載傳感器
?使用虛擬傳感器來替代或補充物理傳感器，以加快測試進程并節(jié)約成本
?從整車測試中確定目標部件的操作負載，然后在測試臺上復現(xiàn)等效負載
?在測試過程中實時監(jiān)測全場應力，并在達到臨界應力時調整輸入載荷
實施部署
Simcenter提供從Simcenter 3D智能虛擬傳感應用程序到測試環(huán)境的集成工作流程。能夠導出的可執(zhí)行數(shù)字孿生（xDT），支持部署在基于模型的系統(tǒng)測試（MBST）平臺上，使其具有適應不同測試場景的能力。
圖2：Simcenter 3D智能虛擬傳感用于基于模型的系統(tǒng)測試
此工作流程的起點是Simcenter 3D智能虛擬傳感模塊。用戶可以在軟件中創(chuàng)建智能虛擬傳感解決方案，并定義xDT的輸入和輸出。輸入是必要的物理測量，輸出可以是目標位置、負載和全場狀態(tài)的虛擬傳感器。整個流程中嵌入了數(shù)據(jù)融合求解器和降階有限元模型，用戶能夠方便地導出xDT。具體步驟如下：
1. 創(chuàng)建智能虛擬傳感解決方案：在Simcenter 3D軟件中，用戶首先需要創(chuàng)建一個智能虛擬傳感解決方案。這個解決方案包括對虛擬傳感器的詳細定義。
2. 定義xDT的輸入和輸出：
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