Tối Ưu Hóa Mô Phỏng Thuyền Bằng Simcenter STAR-CCM+ Và Simcenter Amesim | Thanh PLM

Để kết nối Simcenter STAR-CCM+ với Simcenter Amesim, người dùng có hai lựa chọn chính về Mô Phỏng Cộng tác:

1. Mô Phỏng Cộng tác Simcenter Amesim sử dụng kết nối hai chiều tích hợp sẵn của Simcenter Amesim. Tại đây, giao tiếp được thiết lập thông qua giao thức TCP/IP, ví dụ như Simcenter Amesim có thể được cấu hình làm máy chủ và Simcenter STAR-CCM+ làm máy khách. Thông tin chi tiết hơn về phương pháp này cùng với một ví dụ khác về mô phỏng cộng tác có thể được tìm thấy khi theo dõi liên kết này.
2. Mô Phỏng Cộng tác sử dụng Giao diện Mô Phỏng Chức năng (Functional Mock-up Interface – FMI). Đây là một khung làm việc và tiêu chuẩn không phụ thuộc phần mềm dành cho việc trao đổi mô hình mô phỏng động. Nó xác định cách kết nối các mô hình mô phỏng được xây dựng bằng nhiều công cụ mô phỏng khác nhau.

Tuân theo tiêu chuẩn FMI, các mô hình được gọi là Đơn vị Mô Phỏng Chức năng (Functional Mock-up Units – FMUs) được tạo ra. Chúng thường biểu diễn cho một mạng lưới động có khả năng thực hiện mô phỏng chuyển đổi. Simcenter STAR-CCM+ có khả năng nhập FMUs dạng mô phỏng cộng tác dựa trên phiên bản 1.0 hoặc 2.0 của tiêu chuẩn FMI, và FMU được tạo ra nên dựa trên kiến trúc 64-bit. Loại Model Exchange của FMUs hiện tại không được hỗ trợ.

FMU cuối cùng thực chất là một thư mục nén với phần mở rộng .fmu, bao gồm một bộ sưu tập các tệp, như định nghĩa mô hình (.xml), bất kỳ giải mã nào cần thiết (hoặc cách giao tiếp với phần mềm bên ngoài) được sử dụng để chạy mô hình trong FMU, hoặc bảng/dữ liệu bổ sung cho mô hình. Trong một số tình huống, như trong hệ thống điều khiển đơn giản, một công cụ phần mềm bên ngoài có thể không cần thiết để tính toán cho FMU và không có giải mã bổ sung nào ngoài giải mã trong Simcenter STAR-CCM+.

FMU cũng xác định biến nào cần trao đổi giữa Simcenter STAR-CCM+ và Simcenter Amesim và đảm bảo trao đổi các giá trị vô hướng. Tiêu chuẩn FMI không cho phép trao đổi số lượng thay đổi theo không gian như các trường vô hướng.

Bên trong Simcenter Amesim, Công cụ Hỗ trợ Xuất FMU (FMU Export Assistant) được cung cấp để giúp đỡ trong quá trình tạo ra FMU. Một khi mô hình hệ thống được xây dựng, một khối giao diện được thêm vào bản vẽ mô hình và giao diện FMU được chọn.

Công cụ Hỗ trợ Xuất FMU có thể truy cập từ chế độ Mô Phỏng dưới menu Giao diện, và trợ lý này:

• Chuẩn bị mô hình để xuất bằng cách tạo các chức năng FMI API.
• Biên dịch mã nguồn C của mô hình thành các tệp nhị phân tương thích với môi trường đích đã chọn.
• Tạo tệp mô tả mô hình XML.
• Nén các tệp, tức là tệp mô tả, tệp nhị phân, thành một tệp FMU.

Bên trong Simcenter STAR-CCM+, có hai lưu lượng vật lý liên quan khi kết nối với một FMU. Một bên trong cho mô hình Simcenter STAR-CCM+, và một bên ngoài cho FMU.

Để thiết lập một mô phỏng cộng tác với một FMU, các tùy chọn mô phỏng cộng tác và mô hình FMI được thêm vào lưu lượng vật lý bên trong và lưu lượng bên trong được gán cho khu vực thích hợp. Đối với mô hình bên ngoài, cần tạo một lưu lượng vật lý mới chứa các mô hình Lưu lượng Bên ngoài, FMI, cũng như một lựa chọn cho mô hình thời gian. Lưu lượng vật lý FMU mới tạo cũng cần một khu vực để đại diện cho FMU bên trong Simcenter STAR-CCM+.

Khi mô hình Lưu lượng Bên ngoài được thêm, một liên kết mới được tạo dưới nút Liên kết Bên ngoài. Trong liên kết này, các cài đặt cho mô phỏng cộng tác được xác định cùng với việc quyết định giá trị vô hướng nào cần trao đổi.

Có hai cách tiếp cận để trao đổi biến đầu vào và đầu ra với FMU:

• Khu vực mô phỏng cộng tác xác định một tập hợp các phần mô hình Simcenter STAR-CCM+ (biên giới hoặc khu vực) mà trao đổi dữ liệu với FMU. Các giá trị được nhập từ FMU thông qua khu vực mô phỏng cộng tác được lưu trữ như các trường đồng nhất về không gian có thể được sử dụng để đặt cài đặt biên giới và khu vực.
• Đặc điểm liên kết giá trị thường rất hữu ích để trao đổi dữ liệu chung không nhất thiết được áp dụng cho các biên giới hoặc khu vực. Các giá trị được nhập từ FMU thông qua đặc điểm liên kết được lưu trữ như các giá trị đơn.

Cuối cùng, tệp FMU được thêm bằng cách điều hướng đến Tệp –> Nhập –> Nhập Thư viện Người dùng. FMU đã nhập được đặt dưới một nút mới gọi là Thư viện Người dùng và sau bước này, FMU cần được kết nối với Liên kết Bên ngoài bằng cách chọn nó trong Tài nguyên Tham chiếu FMI như được hiển thị dưới đây.

Bây giờ, hãy tìm hiểu sâu hơn về trường hợp mô phỏng cộng tác hàng hải.

Sự tương tác giữa Simcenter Amesim và Simcenter STAR-CCM+ được thực hiện thông qua ba biến chính:

1) Vận tốc, được so sánh với đường cong vận tốc mong muốn và được sử dụng để điều khiển mô-men xoắn đầu ra của động cơ điện.

2) Mô-men xoắn, đầu vào cho mô hình cánh quạt ảo bên trong Simcenter STAR-CCM+.

3) Vòng tua của cánh quạt được sử dụng làm phản hồi cho động cơ điện.

Trong nghiên cứu đơn giản này, một chiếc thuyền cao su cứng chạy bằng điện (RIB) tăng tốc qua các làn sóng lớn và do hệ thống làm mát pin kích thước không phù hợp từ phía tôi, chiếc thuyền gặp rắc rối. Khi động cơ điện rút điện năng để đẩy thuyền tiến lên phía trước, pin nóng lên và đạt nhiệt độ trên 38 [°C]. Điều này lại kích hoạt hệ thống điều khiển để tắt đột ngột các động cơ, khiến thuyền dừng lại giữa biển.

Trong đoạn video ngắn dưới đây, sự di chuyển của thuyền được hiển thị cùng với biểu đồ vận tốc (ở góc dưới bên trái) và biểu đồ chứa tốc độ quay của cánh quạt và nhiệt độ bên trong một trong những bộ pin (ở góc trên bên phải). Chú ý sự gia tăng đột ngột về nhiệt độ và cách tốc độ quay của cánh quạt giảm khi nhiệt độ đạt 38 [°C] (đường nét đứt màu đen).