【仿真】【产品新闻】Simcenter 1D ：新一代系统仿真平台

2020 年 3 月 10 日 产业智能官

Simcenter 1D 系统仿真

1. 系统仿真流程正在发生转变

提到系统仿真，对于机电系统研发的人员可谓熟悉到不能太熟悉。系统仿真就是根据分析目的，建立系统动态行为模型，开展各种动态特性的仿真分析。而系统仿真工程师的职责就是承接系统设计人员的仿真分析任务书，借助系统仿真软件中的多学科基础模型库，建立待研究机电系统的仿真模型，开展各种时域/频域仿真分析。这种根据分析目的，直接开展系统建模，接着进行仿真分析的流程似乎已成为系统仿真的标准流程。

然而这种系统仿真流程，在遇到复杂系统，如飞机机电综合，汽车整车热管理等涉及多个子系统集成，交互关系复杂时，直接开展建模，往往会出现大量的元件模型/子系统模型很难集成。另一个方面是目前的系统仿真受益面只存在专业的领域专家，对于有着广泛系统仿真分析需求的系统设计人员，他们由于不是领域建模专家，也无法开展各种工况下的多学科多属性分析来支撑系统决策。

总的来说，随着越来越多的模型驱动的仿真结果在设计过程中应用需求增多，仿真工程师在他们的工作中面临了巨大的挑战。他们必须管理大量的仿真模型在不同的仿真环境下，针对不同的目的，集成不同的行为模型。

图1 集成多学科模型支撑各种关键决策

对于当前系统仿真面临的挑战，我们必须转变系统仿真流程，人员角色也发生一定的变化。由传统的集建模与仿真为一身的系统仿真工程师，细化为仿真架构师、模型专家、模型标定者和模型使用者。仿真架构师负责定义仿真模型间的ICD，他们不是建模的专家，但必须驱动系统集成。模型专家都是各领域方面的大牛，他们负责开发各领域的专业模型库。只有他们才能创建最专业的元件模型/子系统模型，如电机模型库，热流体模型库，飞机燃油系统模型库、飞机环控系统模型库等。模型使用者，一般是系统设计人员，他们只使用模型开展各种仿真分析，不需要建模。这种新的系统仿真流程是未来发展方向，能够应对系统复杂性增加带来的集成问题，还可以提高工作效率，让各专业人员都干自己最擅长的事情。

图2 新系统仿真流程 & 新人员角色

2. Simcenter 1D 系统仿真解决方案

西门子在相继收购了LMS、STAR-CD、Mentor MAD, TASS, Infolytica等仿真软件后，打造成集结构、热、流、电磁的1D、3D和实验一体化的Simcenter Portfolio。其中系统仿真是Simcenter Portfolio主要组成部分，包括Simcenter Amesim, Simcenter Flomaster, Simcenter System Architect,Simcenter System Analyst,Simcenter Prescan,Simcenter Sysdm等。

图3 Simcenter Portfolio

Simcenter 1D 系统仿真整体解决方案开始于生命周期的早期系统高层级设计阶段，基于已知有限的参数开展系统的功能、性能分析，辅助系统设计人员做出技术决策；详细设计阶段，验证整个产品是否满足系统需求；测试阶段，系统模型作为被控对象运行在实时系统中验证控制器策略，支撑从MiL、SiL和HiL的闭环验证。

图4 Simcenter 1D在V设计流程的定位

Simcenter 1D 系统仿真整体解决方案提供Simcenter System Architect,Simcenter Amesim/Flomaster, SimcenterSystem Analyst和Simcenter Sysdm等软件以满足新系统仿真流程中的仿真架构师、领域专家、系统设计人员和系统模型管理员等各种角色的需求。仿真架构师使用Simcenter System Architect软件定义高层级的仿真架构，用于集成各种元件/子系统的动态行为模型；领域专家按照仿真架构师定义的ICD，在Simcenter Amesim/Flomaster软件中建立各种元件/子系统的行为模型，并确保所建立的行为模型能够映射到仿真架构模板块。系统设计人员使用Simcenter System Analyst创建各种系统配置方案，开展多属性权衡分析选出最优。

图5 Simcenter 1D支持仿真架构师、领域专家、系统设计人员和系统模型管理员协同工作

一般来讲，负责顶层架构定义的架构师在整个公司人员中的比例是最少的，其次是负责模型开发的领域专家。配置人员最多的是系统设计人员，他们不负责建模，只使用模型，开展各种性能分析和优化。

图6 系统仿真人员配备分布

基于Simcenter 1D 的系统仿真流程的第一步是架构师创建模型架构，定义ICD，并分配建模ICD给模型开发人员。第二步是模型开发人员根据建模ICD，创建物理行为模型，定义和执行仿真模型并提供已验证的模型给架构师。第三步是架构师根据仿真设置配置架构并创建分析数据库。第四步是系统设计人员创建配置，定义和执行仿真研究，评估各种配置方案的性能。

图7 基于Simcenter1D的系统仿真流程

3. 系统仿真软件介绍

Simcenter Amesim是一个多学科、多领域复杂系统建模的综合仿真平台，能够开展机、电、液、热、控等多学科仿真计算和分析。目前拥有48个学科模型库，多达6500个物理元件模型，能够支撑航空航天、汽车、兵器、船舶、工程机械等各领域的复杂物理系统建模和性能预测性分析。

图8 Simcenter Amesim

Simcenter Flomaster是面向工程的一维热流体系统仿真软件，通过系统仿真帮助工程师设计、验证、优化复杂的流体系统：任意工况下各点压力、温度、流量等分布/分配计算与预测，管网阻力平衡计算及布置指导，设备/部件选型设计分析，如滑油泵、换热器、调节阀、喷嘴等，复杂流体稳态/瞬态流动及传热计算，如水锤和气锤；控制系统策略验证…

图9 Simcenter Flomaster

Simcenter System Architect是一个系统集成、模型配置和仿真架构管理软件。在该软件中，能够根据系统架构定义仿真架构，配置Amesim、Simulink或FMU模型到仿真架构，开展异构模型的集成仿真，也能支撑跨部门的模型集成。

图10 Simcenter System Architect

Simcenter System Analyst是一个应用系统仿真模型开展工程分析的软件。它专注于仿真模型的工程应用，将模型的使用扩展到广泛的系统设计人员，并确保模型的连续性而无需更改内部流程。在System Analyst软件中系统设计人员能够很轻松地探索多种设计空间，开展多属性权衡分析，找寻出最佳的系统方案。

图11 Simcenter System Analyst

Simcenter System Sysdm是一个系统仿真模型和数据管理软件，能够为系统仿真模型和数据创建组织框架，以便根据相关工作流和属性进行分类、查询和检索。

图12 Simcenter System Sysdm

想了解更多Simcenter 1D系统仿真解决方案，请访问西门子官方网站：https://www.plm.automation.siemens.com/global/en/products/simcenter/simcenter-system-simulation.html

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