在現代工程設計中，模擬技術已經成為了一個不可或缺的部分。ANSYS所提供的各類模擬工具被廣泛應用在電子產業、汽車產業、航空產業、生物醫療產業、能源產業、建築與基礎設施產業等許多領域。在這些產業中，ANSYS的模擬工具能夠協助工程師們優化設計、減少產品開發週期、提高生產效率，以及確保產品質量與安全性。

而PyANSYS則是基於Python語言的ANSYS介面套件，能夠實現Python和ANSYS模擬工具的無縫整合。本文介紹PyANSYS的概念和應用，讓讀者了解如何在模擬中使用Python和PyANSYS來提高效率 。

圖一 : PyANSYS則是基於Python語言的介面套件。

模擬設計及分析自動化

手動設置工程模擬軟體通常需要使用者手動設定模擬場景、物理參數、邊界條件等，並且需要用戶手動調整和檢查輸入參數，以確保輸入的數據符合實際情況。這種方式的優點是使用者可以根據自己的經驗和知識進行更細節的調整和設置，但缺點是操作耗時，並且易於出現設置錯誤。

而透過程式腳本設置模擬軟體可以通過程式腳本來自動化設置和執行模擬，大大減少了手動調整和檢查的時間，並且可以更快速地進行模擬實驗。這種方式的優點是自動化程度高、節省時間，並可以將模擬軟體的成本效益發揮到最大。前提是需要使用者具備一定的編程知識和技能，並且在設計腳本時需要考慮更多的細節。

Python編程語言

Python是一種高階程式語言，擁有簡潔易懂的語法，能夠幫助使用者快速開發並測試原型，進而提高效率。Python也有許多的科學庫和擴充工具，讓使用者能夠進行複雜的科學計算和數據分析。

在科學和工程領域中，Python已經成為主流語言之一，因為它可以幫助工程師和科學家快速開發和測試各種算法和模型。Python也有豐富的數據分析工具，例如NumPy、SciPy、pandas和Matplotlib等，讓使用者能夠輕鬆地進行數據分析和視覺化。

內建API與PyANSYS差異

API是應用程式介面（Application Programming Interface）的縮寫，是軟體設計中常用的一種技術。API是軟體系統提供的一套介面，開發者可以使用這些介面來造訪軟體的功能、數據或服務。API是原生的、面向軟體的介面，開發者使用API寫的程式碼主要是在軟體內部執行，無法與其他模組結合。

PyANSYS是一個用Python語言編寫套件的總稱，它針對不同模擬工具提供了一系列函式和類別，用於操作ANSYS軟體。這些函式和類別可以讓開發者像在一般的整合開發環境當中，像使用一般Python模組一樣透過函式呼叫來操控模擬軟體。這樣的設計讓使用者可以更靈活地控制和管理軟體，同時也可以將PyANSYS與其他Python科學模組結合使用，進一步擴展其功能。

PyANSYS的開發套件

PyAnsys是一個基於Python語言的ANSYS介面套件，可以實現Python和ANSYS的無縫整合，並提供多個Python套件，包括PyAEDT、PyDPF、PyFluent、PyMAPDL等，用於使用ANSYS產品進行數值模擬和後處理。PyAnsys的優勢在於它提供了一個更加簡單、高效、靈活的ANSYS使用方式，同時也方便了開發者進行自定義開發和二次開發。

PyAnsys針對不同模擬軟體提供不同套件。這些套件包括：

*PyAEDT：用於操作Ansys Electronic Desktop的Python介面

*PyDPF-Core：用於建立更高級和自定義工作流程的Python介面，以操作DPF（數據處理架構）

*PyDPF-Post：用於操作DPF的後處理工具箱，以操縱和轉換模擬數據的Python介面

*PyFluent：用於操作Ansys Fluent的Python介面

*PyMAPDL：用於操作Ansys MAPDL（機械應用程序載荷分佈）的Python介面

*PyMotorCAD：用於操作Ansys Motor-CAD的Python介面

*PyPrimeMesh：用於操作Ansys Prime Server的Python介面，該伺服器提供核心Ansys網格技術

*PySeascape：用於與Ansys RedHawkSC和TotemSC通訊的Python介面

*PyTwin：用於與Ansys數位分身工作流程進行通訊的Python介面

圖二 : PyANSYS主要的開發套件

開發環境安裝及設置

Python環境下載及安裝

前往Python官方網站（https://www.python.org/）下載最新的Python安裝檔案。下載後，執行安裝檔案並按照指示進行安裝。安裝完成後，可以在終端機或命令提示字元中輸入python指令進行測試，如果出現Python的版本號，則表示安裝成功。

PyANSYS的安裝

在使用PyAnsys之前，需要先安裝相應的套件並安裝本地的Ansys產品。安裝PyAnsys可以通過pip指令進行，例如：

pip install pyaedt

開發環境安裝

IDE是整合開發環境（Integrated Development Environment）的縮寫，是指一種軟體開發工具，可以幫助程序員進行軟件開發，包括編輯代碼、調試、運行代碼、自動完成等功能。IDE通常包括代碼編輯器、調試器、編譯器、構建工具和其他輔助工具，以提高開發效率和代碼質量。

以下是一些常用的Python IDE：

*PyCharm：這是一個由JetBrains開發的全功能Python IDE，支持代碼自動完成、調試、測試、版本控制等功能。它有一個免費的社區版和一個付費的專業版。

*Visual Studio Code：這是一個由Microsoft開發的開源IDE，支持Python和其他許多編程語言。它有一個豐富的擴展庫，可以添加許多功能，例如代碼自動完成、調試、Git集成等。

*Spyder：這是一個基於Python的科學研究開發環境，特別針對數據科學和數值計算。它包括代碼編輯器、控制台、變量瀏覽器和一些數據可視化工具。

編程實例

這段程式碼是使用Python語言，利用pyaedt套件來建立和模擬一個偶極子天線設計。可以直接在IDE當中運行。

首先，程式碼使用指定的AEDT版本來建立一個Hfss物件。接著，設定材料和材料的特性。然後，建立一個長度為10毫米的圓柱體作為導體的天線。同時，在天線的兩端分別建立一個長度為10毫米的圓柱體，作為導體的延伸。

接著，建立一個平面並連接天線，使其成為端口。然後，建立一個開放區域並定義頻率。最後，建立一個設置並設定相關參數，例如最大 Delta S 和最大 Passes。

接下來，建立一個頻率掃描和分析天線的反射損耗。最後，將分析結果繪製成圖表，並將圖片保存到指定位置。最後，關閉專案。

圖三 : 頻率掃描和分析天線的反射損耗分析

圖四 : 建立一個頻率掃描和分析天線的反射損耗。最後將分析結果繪製成圖表。

總結

PyANSYS是一個用於與ANSYS工程軟體進行交互的Python模組。主要特點和功能：

*可以在Python中設置和運行ANSYS結構分析、熱分析、電磁分析等模擬

*可以對ANSYS模擬的結果進行後處理，例如讀取、繪圖、剖析等

*可以將PyANSYS與其他Python模塊進行整合，例如numpy、scipy、matplotlib等，從而進行更進一步的分析和處理

*可以從PyANSYS中提取數據並進行其他應用，例如統計分析、機器學習等

*支持多種後處理格式，例如CSV、VTK、PLY、OBJ等

總的來說，PyANSYS提供一個方便而強大的工具，可以幫助工程師和科學家利用Python進行模擬工作及資料分析，並通過後處理提取有用的數據。

（本文作者林鳴志為ANSYS技術專家）