4D仿真的案例
4D打印ABAQUS仿真
求助會(huì)在ABAQUS中實(shí)現(xiàn)4D打印仿真的，有償。
模擬仿真助力4D打印技術(shù)
圖2 （圖片源于NATURE COMMUNICATIONS (2018) 9:3705）
如何預(yù)測(cè)材料在受到外界條件刺激下的形狀變化是4D材料的關(guān)鍵。類似于以上文章中提到的吸水膨脹以及其他的4D打印問題，我們都可以利用COMSOL Multiphysics這款仿真模擬軟件來實(shí)現(xiàn)。該款大型的高級(jí)數(shù)值仿真軟件可以在一個(gè)模型中添加多個(gè)物理場(chǎng)，能方便實(shí)現(xiàn)材料得外場(chǎng)刺激的響應(yīng)的模擬。利用該軟件對(duì)研究材料進(jìn)行建模，可以得到不同含水量的情況下不同時(shí)間后材料的形變情況、材料某處水的濃度變化以及材料中的應(yīng)力分布等等。例如下圖這樣一個(gè)材料形變的過程。
圖3 用COMSOL模擬4D 打印材料形變
通過模擬計(jì)算可以幫助我們建立材料變形前形狀與變形后形狀之間的關(guān)系，能驗(yàn)證和優(yōu)化結(jié)果設(shè)計(jì)。所以COMSOL這類模擬軟件的使用是從事該類研究工作必不可少的技能。下面向大家介紹一個(gè)簡單模型，利用COMSOL Multiphysics對(duì)膨脹變形進(jìn)行模擬。
01 新建模型向?qū)? 從文件菜單中選擇新建。在新建窗口中，單擊模型向?qū)АＴ谀Ｐ拖驅(qū)Т翱谥校瑔螕羧S。在選擇物理場(chǎng)樹中選擇結(jié)構(gòu)力學(xué) > 固體力學(xué) (solid)。單擊添加。單擊研究。
展開 生成式 AI 重塑自動(dòng)駕駛仿真：4D 場(chǎng)景生成技術(shù)的突破與實(shí)踐
近年來，伴隨自動(dòng)駕駛技術(shù)的快速發(fā)展，行業(yè)對(duì)于仿真測(cè)試平臺(tái)的精度、覆蓋率和可擴(kuò)展性提出了更高要求。尤其在數(shù)據(jù)閉環(huán)迭代、長尾場(chǎng)景驗(yàn)證及安全冗余驗(yàn)證等關(guān)鍵環(huán)節(jié)中，高保真、高復(fù)雜度的場(chǎng)景生成能力正在成為測(cè)試體系的核心支撐。
傳統(tǒng)場(chǎng)景生成方式面臨效率低、人工成本高、行為多樣性不足等問題，難以滿足當(dāng)前智能駕駛系統(tǒng)對(duì)大規(guī)模、多模態(tài)、真實(shí)物理驅(qū)動(dòng)場(chǎng)景的需求。為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，基于生成式AI的4D場(chǎng)景生成技術(shù)迅速興起，構(gòu)建了從環(huán)境建模、行為重建到視覺渲染的完整鏈條，正在重塑自動(dòng)駕駛仿真驗(yàn)證的技術(shù)基礎(chǔ)。
本文將從技術(shù)背景、系統(tǒng)能力、核心技術(shù)和實(shí)際應(yīng)用四個(gè)方面，系統(tǒng)梳理AI驅(qū)動(dòng)的4D場(chǎng)景生成體系及其在自動(dòng)駕駛仿真中的實(shí)踐價(jià)值。
一、測(cè)試覆蓋率瓶頸與生成式AI切入點(diǎn)
自動(dòng)駕駛測(cè)試需要應(yīng)對(duì)極其復(fù)雜的交通場(chǎng)景，包括非結(jié)構(gòu)化路口、弱交通規(guī)則區(qū)域、極端天氣、低照度場(chǎng)景，以及多主體交互引發(fā)的不確定性行為等。當(dāng)前基于真實(shí)數(shù)據(jù)采集或手工建模的方式存在如下限制：
（1）采集成本高：依賴實(shí)車、實(shí)景、多模態(tài)同步設(shè)備，周期長、數(shù)據(jù)稀疏；
（2）稀有場(chǎng)景不足：事故場(chǎng)景、異常行為等真實(shí)比例極低，難以高質(zhì)量復(fù)現(xiàn)；
（3）組合爆炸問題：參數(shù)空間（如天氣、時(shí)間、交通密度）指數(shù)級(jí)增長，難以人工覆蓋；
（4）場(chǎng)景可控性弱：缺乏可調(diào)控的語義接口，測(cè)試粒度不足。
生成式AI具備從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)潛在分布、生成新組合樣本的能力。其引入使得場(chǎng)景構(gòu)建從“手工定義”轉(zhuǎn)向“自動(dòng)生成”，具備如下優(yōu)勢(shì)：
（1）能構(gòu)造真實(shí)但未見過的長尾組合；
（2）能對(duì)目標(biāo)測(cè)試策略進(jìn)行定向增強(qiáng)（如遮擋率、交通密度等指標(biāo)）；
（3）可支持大規(guī)模仿真測(cè)試平臺(tái)的持續(xù)供場(chǎng)；
（4）支持動(dòng)態(tài)交互與時(shí)間演進(jìn)建模，構(gòu)建完整4D語義閉環(huán)。
展開 CADENAS、ISG和TwinStore為推進(jìn)虛擬調(diào)試做好充分準(zhǔn)備
行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者通過智能4D模型開創(chuàng)工業(yè)4.0的下一個(gè)里程碑
圖：CADENAS，ISG和TwinStore用4D模型推進(jìn)虛擬調(diào)試
數(shù)字化轉(zhuǎn)型為工業(yè)提供了許多優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也導(dǎo)致工廠設(shè)備、生產(chǎn)及其規(guī)劃變得越來越復(fù)雜。這也給想要為工業(yè)4.0做準(zhǔn)備的公司帶來了巨大挑戰(zhàn)。
自1995年以來，該軟件開發(fā)商始終致力于為工業(yè)企業(yè)提供3D CAD模型。CADENAS為開發(fā)數(shù)字化規(guī)劃數(shù)據(jù)，使數(shù)字化取得長足發(fā)展方面貢獻(xiàn)了自己的一份力量。例如，在過去的30年里，CADENAS已經(jīng)證明了自己是工業(yè)公司邁向數(shù)字化未來的可靠合作伙伴，CADENAS平臺(tái)上長期以來一直提供3D CAD，CAE和BIM模型。現(xiàn)在，產(chǎn)品信息即將邁出下一個(gè)進(jìn)化步驟：智能4D模型或數(shù)字孿生。CADENAS，ISG工業(yè)控制技術(shù)有限公司 和 TwinStore 有限公司 正在共同努力完成這項(xiàng)創(chuàng)新，它是虛擬調(diào)試 （VC） 的基礎(chǔ)。第四維豐富了3D模型的幾何形狀和更多參數(shù)表述，提供有關(guān)它們?cè)谖锢項(xiàng)l件影響下的變化信息。
借助ISG的ISG-virtuos仿真軟件，用戶可以為任何應(yīng)用創(chuàng)建機(jī)器和工廠的數(shù)字孿生。得益于可單獨(dú)擴(kuò)展的解決方案，該仿真模型可以普遍用于從早期工程設(shè)計(jì)到虛擬調(diào)試的每個(gè)階段。除了已經(jīng)提供了第一個(gè)運(yùn)動(dòng)模型的模型在環(huán)（MiL）仿真之外，ISG-virtuos還可用于映射軟件在環(huán)（SiL）仿真，以測(cè)試軟件控制。此外，ISG-virtuos軟件能夠在確定性控制中實(shí)時(shí)對(duì)機(jī)器和系統(tǒng)進(jìn)行行為模擬（硬件在環(huán)，HiL）。
作為三大行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者合作的一部分，CADENAS為ISG提供智能和高質(zhì)量的3D模型。它們是未來將在在線平臺(tái)ISG-TwinStore上提供的4D仿真模型的基礎(chǔ)。
展開 
看看優(yōu)秀的BIM工程師都有哪些能力？
2.以工程管理的角度，則可透過BIM技術(shù)運(yùn)用，以3D模擬及使用4D排程，來和相關(guān)的技術(shù)人員進(jìn)行溝通，以減少工程疏失帶來的影響。
具備相關(guān)技術(shù)工具應(yīng)用的能力
BIM軟件各有優(yōu)勢(shì)，如以Tekla Structures擅長鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及配筋的篩選，Revit專精于建筑方面設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)及機(jī)電管路配置。其他例如：核心建模軟件、模型檢查與碰撞檢查系統(tǒng)及4D仿真施工軟件等等。因此，相關(guān)職務(wù)的工作者應(yīng)具備BIM相關(guān)技術(shù)工具應(yīng)用能力。
隨著國家對(duì)BIM技術(shù)的越來越重視，BIM工程師進(jìn)入建筑行業(yè)已經(jīng)成為大勢(shì)所趨，越早掌握BIM，越有價(jià)值，后來者只會(huì)越來越多。
BIM軟件和CAD的區(qū)別在哪里?BIM軟件有什么優(yōu)勢(shì)?
BIM軟件的優(yōu)勢(shì)如下：
一、工程設(shè)計(jì)具體化：BIM是以3D建模，可將設(shè)計(jì)方案具體化，減少從2D轉(zhuǎn)換到3D的想象，增加設(shè)計(jì)可視度，并可使用軟件包搭配時(shí)程信息進(jìn)行4D施工動(dòng)態(tài)仿真或以虛擬場(chǎng)景的方式呈現(xiàn)。
二、降低工程風(fēng)險(xiǎn)：在設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)完成之初，尚未實(shí)際進(jìn)入施工階段之前，就可利用軟件包進(jìn)行如空間沖突等檢測(cè)，即早發(fā)現(xiàn)構(gòu)件沖突發(fā)生點(diǎn)或有錯(cuò)誤之處，進(jìn)行設(shè)計(jì)修正或者預(yù)防性的處理，降低工程風(fēng)險(xiǎn)。
三、對(duì)象數(shù)量計(jì)算：BIM模型可視為一大型數(shù)據(jù)庫，因此用戶可直接從模型中讀取所需之信息，如門窗數(shù)量的計(jì)算統(tǒng)計(jì)，將其以類似Excel的表格化方式呈現(xiàn)，并可產(chǎn)出材料明細(xì)表以*txt檔的記事本格式供使用者進(jìn)行進(jìn)階分析使用。
四、資料一致性：建筑信息模型是以參數(shù)建模，對(duì)象彼此間存在關(guān)聯(lián)性，能自動(dòng)地使項(xiàng)目的所有信息一致，模型中的任何對(duì)象的有所改動(dòng)都會(huì)反饋到整個(gè)項(xiàng)目模型檔案中，相關(guān)對(duì)象會(huì)連動(dòng)修正。門是附著于墻面上，若墻移動(dòng)位置，門的位置會(huì)跟著移動(dòng)。若墻是包圍某房間的墻，若墻被刪除則房間非閉合空機(jī)，將會(huì)顯示警訊，告知用戶有錯(cuò)誤發(fā)生。
五、提升設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量：基于工程設(shè)計(jì)具體化能讓設(shè)計(jì)者更能具體呈現(xiàn)其設(shè)計(jì)構(gòu)想與概念以及預(yù)期完成之成果，與業(yè)主及施工單位的溝通更加清楚，減少彼此間數(shù)據(jù)往返的次數(shù)，縮短設(shè)計(jì)周期，施工單位對(duì)設(shè)計(jì)的誤解也會(huì)減少，因而提升設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量。基于對(duì)象數(shù)量計(jì)算的，用戶能產(chǎn)出材料明細(xì)表進(jìn)行造價(jià)成本估算等進(jìn)階設(shè)計(jì)分析。
展開 關(guān)于BIM,建筑師常用的都有哪些軟件？
同時(shí)，還提供易于使用的數(shù)據(jù)交換，可在2D和3D工作方法之間快速切換，以提供具有程序精度的高質(zhì)量信息。
其他常用于支持建筑信息建模的相關(guān)平臺(tái)
Autodesk的Navisworks?：
Navisworks是一款項(xiàng)目審閱和協(xié)調(diào)軟件，通過將進(jìn)度與BIM對(duì)象關(guān)聯(lián)起來，提高了BIM作為4D規(guī)劃工具的項(xiàng)目協(xié)調(diào)性。Navisworks通過利用4D和5D仿真來幫助控制成本和進(jìn)度。它通過動(dòng)畫處理方式，與仿真模型對(duì)象進(jìn)行交互，能直接從項(xiàng)目模型創(chuàng)建和管理進(jìn)度表，以及外部項(xiàng)目管理軟件中導(dǎo)入成本項(xiàng)目和進(jìn)度表。
SketchUp：
是一款用于設(shè)計(jì)和施工的3D建模軟件。SketchUp的Pro Desktop是一個(gè)3D建模CAD程序，用于多種繪圖和設(shè)計(jì)，涵蓋建筑、土木和機(jī)械工程，以及室內(nèi)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、景觀建筑甚至游戲開發(fā)。它通常用于創(chuàng)建和編輯3D模型，同時(shí)提供與BIM工作流連接的功能。
AutoCAD?：
是BIM的推進(jìn)器。它是最受歡迎的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)程序之一，是許多BIM平臺(tái)不可或缺的一部分。AutoCAD具有獨(dú)特的功能和庫，可用于建筑、三維映射、機(jī)械設(shè)計(jì)等。
AutoCAD? BIM 360?：
是一個(gè)基于云的施工數(shù)據(jù)管理環(huán)境。作為Autodesk Construction Cloud的一部分，BIM 360連接數(shù)據(jù)、工作流和團(tuán)隊(duì)。它具有2D 建模、3D繪圖和沖突跟蹤等功能，它可以充當(dāng)設(shè)計(jì)和施工文檔的存儲(chǔ)庫。它通過云技術(shù)訪問數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目各個(gè)方面的全面可見性。
BIMcollab ：
是一種云資源，可集中所有項(xiàng)目問題，并通過直觀的功能和直觀的報(bào)告提供清晰的概述。BIMcollab能設(shè)置項(xiàng)目截止日期并將任務(wù)分配給團(tuán)隊(duì)成員，當(dāng)項(xiàng)目發(fā)生更改時(shí)，團(tuán)隊(duì)成員會(huì)收到實(shí)時(shí)通知。
展開 