面向制造业数字化的Simulink/Simscape协同仿真专题一Simscape工具简介及作用

我作为一个基层节能技术人员，学会一种高效便捷的仿真软件，避免投入大量的运算精力，并能快速地解决实际工程问题，也许是我面对人工智能新时代生存压力下最后的倔强。

一、Simscape是什么？

简单地说，Simscape是一种物理建模软件工具，该工具可在Matlab和simulink环境下运行,并进行物理系统的建模与仿真。Simscape在Simulink环境中可以迅速创建物理系统的模型。借助 Simscape，您可以利用现有的物理模块的连接，建立集成的物理组件模型。通过将基础组件进行组合，您可以获得复杂系统的动态仿真结果。Simscape 还支持生成 C 代码，以便您将模型部署到其他仿真环境，包括硬件在环 (HIL) 系统。

Simscape功能非常强大。首先体现在，它所搭建的模型像极了我们物理上的原理图，非常直观。相对于simulink的数学环境来说，它非常容易理解。搭建好了一个模型后，展现在您面前的就类似于一个系统的原理图，可以实时进行仿真，并通过查看工具，查看各种运行参数；一个复杂的物理系统就会清晰地展现在您的面前。工程师和科研工作者们可以更为轻松地建立和分析各种领域的物理系统，比如：热交换、热流体、两相流（制冷）、电气、电机、机械、机器人和汽车等等。

比如模拟一个导热体（金属棒）的导热问题，我们就可以建立相关模型进行仿真。具体见下图：

图1铁棒的热传导仿真模型整体示意图

图1向我们展示了两个铁棒的热传导过程，图中有2个铁棒，铁棒的左边被加热，在simscape里，我们使用了可控热流源模块，作为持续的热源输入，用以模拟铁棒被加热；上边的segmented铁棒被进行了分割，用以研究其内部热传导的详细信息，而下边的一整块铁棒则被视为一个整体进行研究；然后可以通过右侧的显示模块查看各个传热节点或整体的温度变化情况（温度场变化）。

通过仿真，我们可以得到非常清晰明了的结论，软件会以图2的形式显示结论：

从这个仿真结果图中我们可了解到，随着时间的推移，铁棒各部位温度从左到右，温度升高的幅度，这符合实际加热过程的真实情况。其中分段铁棒（不同颜色的线代表不同的分段）各个部分的升温幅度是不同；其中绿色虚线代表的是一整块铁棒，随时间变化的温度升高情况。结果真的是一目了然，非常精致与完美。

这个例子我会在之后的文章或者视频中进行详细讲解，希望大家持续关注。

二、为什么要用它？

我个人长期从事节能和能效方面的评价工作。涉及的项目都是与能量和能效相关的课题；从专业领域来说，主要涵盖了：热学、电学和流体方面的内容。其他行业的朋友可以结合自身的行业特点及具体工作，参考我的描述进行体会，我相信，您会跟我有同样的感受。

言归正传，为什么要学着使用这样的仿真软件？我个人总结了三点。

第一、涉及的专业领域确实有点难。

我们日常的工作中，接触到电动机、风机、水泵以及窑炉、锅炉和换热器等都存在节能技术改造以节省能源，提高能效的需求，而要想进行科学准确的分析，必须从机理上对目标范围内的设备或者用能系统进行基于电学、热学和流体（气体和液体）专业基础理论的分析和研究，这样才能得出相对准确的节能减碳结论。而不能仅仅停留在数据统计层面，仅仅进行表象分析就可以了事的。但是，如果想了解这些技术改造内在的原理，不可避免地，就必须要面对大量的数学公式，这里边包含了代数方程、微分方程、偏微分方程以及积分方程等等。要想理解并掌握这些跨专业的知识，其实是一件比较难的事情。比如，作为节能工作者，需要掌握能源动力、需要了解电气工程、甚至还需要研习暖通空调等等专业知识，这些领域的知识和技能要想完全掌握熟练应用绝非易事。完全靠手工去计算分析是不现实的，也是不可能实现的。

第二、个人技术提升需要有力工具。

进行节能评估的时候，往往需要从局部和系统两个维度进行分析，面对大量的数学公式的计算，如果没有一个有力的分析工具，其难度是不可想象的；更何况我们面对的大都是非稳态问题。作为技术工作者，要想出色的完成任务，必须有合适的工具。正所谓：“工欲善其事，必先利其器。”所以，学会一种分析软件是非常重要的。

第三、时代迫使你加快学习的步伐。

时代在进步，社会在发展。人工智能飞速发展的当下，每个人都应该审视自己的未来，评估自身的技能构成，以面对未知的生活压力。ChatGPT可以轻松地完成一般文员、编辑和美工的工作，并且也是一个通古博今的好老师。一句需求立刻换来一段完美的代码，于是程序员在未来都有可能面临着下岗。我们能做什么呢？诸君，我们是不是得做点什么呢？从我个人来讲，AI时代，面对sora和ChatGPT的崛起，我作为一个基层节能技术人员，学会一种高效便捷的仿真软件，避免投入大量的运算精力，并能快速地解决实际工程问题，也许是我面对人工智能新时代生存压力下最后的倔强。