Проектирование с использованием моделирования: как это работает?

    Чтобы реализовать весь потенциал проектирования на основе моделирования, о котором мы рассказывали в предыдущем посте, нужно быть готовым к серьезным переменам. Современные рабочие станции, оснащенные новейшими аппаратными средствами, могут быстрее просчитывать сложные модели. Однако реальное преимущество заключается не только в простом ускорении, но и в качественно новом уровне моделирования. Его можно с выгодой применять в процессах проектирования, получив важное преимущество, ведь продукция становится все сложнее, а конкуренция растет. С помощью моделирования компании могут идентифицировать и решать более сложные, многоэтапные задачи, а также анализировать больше идей.



    Моделирование станет отличным инструментом исследования для любых проектов: оно позволит изучать и перебирать множество разных вариантов и в результате создавать более инновационные продукты. Благодаря мощности современных рабочих станций и вычислительных кластеров инженеры смогут также применять высокоточное моделирование всех аспектов и деталей дизайна в жизненном цикле продукта.

    Ранее такой подход поддерживался только средами HPC. Теперь же инженеры способны быстро выполнить очередную итерацию проекта и определить, как изменения влияют на достижение ключевых целей. Посмотрим, как это происходит на практике. Значительную часть необходимой для подготовки этого материала информации предоставили наши партнеры из компании COMSOL – производителя программных решений для численного моделирования.

    Пример 1: Cypress Semiconductor


    В компании Cypress Semiconductor, ведущем производителе сенсорных и встраиваемых систем, инженеры традиционно использовали ПО COMSOL Multiphysics для различных исследовательских и проектных инициатив/ Моделированием при этом занимался исключительно отдел R&D, а другие группы сотрудников, участвующие в разработке продукта, в том числе отдел поддержки клиентов, не пользовались преимуществами виртуального прототипирования.

    Тем не менее, именно этот отдел служит ключевым каналом коммуникаций с клиентами Cypress Semiconductor – компании, чьи сенсорные экраны широко применяются в смартфонах, бытовой и автомобильной технике. После внедрения современных рабочих станций и новой версии ПО в организации стали использовать Среду разработки приложений (Application Builder) от COMSOL, которая позволила оптимизировать процесс проектирования сенсорных экранов.


    Cypress Semiconductor стала использовать приложение, сделанное с помощью COMSOL Application Builder для оптимизации процессов создания сенсорных экранов.

    Используя Среду разработки приложений и COMSOL Server (продукт для их запуска через интернет), инженеры разных подразделений разрабатывают конечный дизайн устройств в приложениях, специально созданных отделом R&D. Это позволяет службе поддержки тоже принимать участие в моделировании, но с теми настройками, которые показывают лишь необходимые параметры модели.

    Одно из таких приложений было разработано для проектирования сенсорных емкостных датчиков. Пользователи могут изменять в нем параметры – от места расположения пальца до толщины различных слоев в датчике, но у них нет доступа ко всей модели. Приложение рассчитывает матрицы ёмкости, являющиеся важной характеристикой конструкции сенсора, а также отображает распределение напряжения. В пользовательском интерфейсе есть выпадающий список, в котором можно легко выбрать решение, соответствующее различным настройкам датчиков.



    Что получается в итоге? Cypress Semiconductor не только формирует общую модель сенсорного экрана для потребительских товаров, но и создает приложения для широкого спектра продуктов, чтобы пользователи сами могли настраивать нужные параметры. Благодаря новому ПО для моделирования сотрудники отдела поддержки могут легко обновлять параметры модели, не вдаваясь в сложности моделирования и не ожидая помощи от инженеров отдела R&D. Теперь проекты фактически можно реализовывать на индивидуальной основе, а это позволяет разработчикам более гибко реагировать на потребности клиентов.

    Компания создает множество различных приложений для разных типов сенсорных экранов. Таким образом, ее отдел поддержки легко и быстро решает сложные вопросы и предоставляет отличный сервис.

    Пример 2: Arkansas Power Electronics International


    Производитель электроники, компания Arkansas Power Electronics International (APEI), использует ПО Среду разработки приложений от COMSOL, чтобы расширить доступ пользователей к возможностям моделирования и ускорить процесс проектирования. Раньше инженерная группа была «узким местом» в моделировании, поскольку в первую очередь отвечала за создание и запуск моделей – причем даже тех, которые запрашивали другие коллеги.

    Сегодня инженеры компании разрабатывают приложения, позволяющие коллегам самостоятельно, без длительного обучения, проводить исследования с помощью моделирования. Одно из приложений, созданных с помощью Application Builder, помогает в расчетах тока плавкого предохранителя и допустимой токовой нагрузки для соединений полупроводниковых устройств.


    В приложении APEI любой пользователь может выбрать соответствующие значения для диаметра проводника, геометрии дуги и количества проводников, чтобы определить максимальный ток до начала перегрева.

    Ранее специалист по моделированию должен был создать модель, чтобы проанализировать повышение температуры в различных условиях. Теперь приложение использует параметрический метод: пользователь видит, как количество проводников влияет на пиковую температуру при заданном токе. Если прежде эксперты вынуждены были искать значения в таблицах, то теперь эти таблицы встроены в ПО COMSOL Multiphysics.

    Нужно отметить, что результаты стали более точными, поскольку информация, представленная в приложении, генерируется для каждого конкретного случая. Теперь компания планирует расширить число приложений для моделирования, созданных в Среде разработки приложений – в том числе для расчета тепловых характеристик сборки, конструкции индуктора и трансформатора, а также для анализа макета.

    Пример 3: Manufacturing Technology Centre


    Производственный технологический центр (Manufacturing Technology Centre, MTC) специализируется на инновациях и продвижении передовых методов проектирования изделий. Его задача состоит в том, чтобы преодолеть разрыв между концепциями и коммерческой версией продукта.

    Один из последних проектов MTC оценивает потенциал технологии производства присадок под названием Shaped Metal Deposition (SMD). Эта технология обещает преимущества по сравнению с производством присадок на основе порошков и с использованием нескольких материалов в одной и той же детали.


    GUI ПО COMSOL для построения расчетных моделей.

    Во время разработки стало ясно, что тепловое расширение, возникающее в результате этого метода, иногда приводит к незапланированным результатам. С помощью Application Builder сотрудники MTC создали приложение для моделирования, которое применяет термомеханический анализ. Оно позволяет прогнозировать остаточные термические напряжения и деформацию в результате термических циклов SMD.


    Приложение Shaped Metal Deposition (SMD) создано с помощью Среды разработки приложений в COMSOL Multiphysics. Оно позволяет вычислять остаточные напряжения, создаваемые во время производственного процесса, и прогнозировать отклонения в параметрах детали.

    Это приложение помогает определять, позволят ли процессы осаждения создавать детали, соответствующие установленным допускам. Пользователи без опыта моделирования могут легко экспериментировать с геометрией, источниками тепла, траекториями осаждения и материалами, не разбираясь в сложностях построения модели.

    Как внедрить моделирование в компании, которая занимается проектированием?


    Программное обеспечение для «массового моделирования» не только появилось на рынке, но и стало вполне доступным. Это означает, что теперь высокопроизводительные рабочие процессы проектирования может реализовывать самый широкий круг организаций. Осталось направить работу в нужное русло – внедрить технологический процесс проектирования, основанный на моделировании.

    Моделирование – мощный инструмент. Оно может быть преобразующим, если лишено узких мест и доступно всем пользователями, участвующим в проектировании. С помощью обновленного программного обеспечения и более мощных рабочих станций компании «демократизируют» моделирование и вносят в свои проектные рабочие процессы дух коллективной деятельности. Но на этом пути потребуются важные шаги:

    Шаг 1. Просветите руководство и пользователей. Объясните преимущества нового рабочего процесса, основанного на моделировании, покажите, каких результатов можно достичь при коллективной работе. В качестве примера приведите кейс, демонстрирующий, как новый рабочий процесс будет способствовать инновациям и гибкости проектирования.

    Шаг 2. Представьте результаты. Демонстрируя простоту использования ПО для моделирования и противопоставляя его традиционным рабочим процессам, вы можете заручиться поддержкой пользователей. Это поможет внести необходимые изменения в текущий стиль совместной работы.

    Шаг 3. Рассчитайте окупаемость инвестиций. Для принятия решения руководству нужны конкретные цифры. Чтобы убедить его, необходимо оценить эффект от использования современного оборудования и внедрения специализированных приложений для моделирования.

    Помимо стоимости аппаратного и программного обеспечения, в расчет стоит добавить предполагаемую экономию времени сотрудников отдела R&D. Согласно нашим исследованиям, моделирование способно ускорить работу пользователей в шесть раз, соответственно, вам нужно умножить среднюю зарплату каждого участника рабочего процесса на 6: так вы легко просчитаете будущую экономию.

    Между тем, увеличение скорости моделирования не учитывает экономии за счет внедрения распределенных управляемых рабочих процессов. Можно подсчитать экономию времени, устраняя повторяющиеся задачи анализа в нескольких подразделениях. А поскольку большее число сотрудников будет параллельно выполнять больше задач моделирования, ускорится возврат инвестиций и сократится время выхода на рынок. Компания получит конкурентное преимущество в бизнесе.

    Шаг 4. Заручитесь поддержкой руководства. Пусть оно возглавит усилия по управлению изменениями. С помощью руководства можно оценить, готова ли компания к оптимизации рабочих процессов на основе моделирования, и пора ли внедрять моделирование «в массы».


    Это приложение создано с COMSOL Application Builder. Оно позволяет определить характеристики излучения круговой рупорной антенны, чтобы улучшить их за счет изменения геометрии.

    И в заключение – конфигурации компьютера и сравнение производительности вычислений на примере моделей акустических систем различной сложности для салона автомобиля:



    Сегодня создано более 800 примеров моделей и приложений COMSOL Multiphysics, которые применяются в самых различных областях, включая электрические, механические, гидродинамические и химические дисциплины. А современные рабочие станции подойдут для самых сложных сред многопоточных/многозадачных приложений, требующих высокопроизводительных вычислений – в том числе приложений для проектирования, создания цифрового содержимого 3D и научных расчетов.
    • +16
    • 6,9k
    • 7
    Dell 93,27
    Компания
    Поделиться публикацией
    Комментарии 7
    • +1
      Интересная концепция, но по статье — очень тяжело продираться сквозь текст.

      Тут по большей части люди с техническим образованием и/или увлчениями. Понятно, что статья скорее презентационно-рекламная, но нам бы больше технического описания и ссылку на скачивание демо-версии. Пощупать-поиграться самостоятельно, и если понравится — представить своему руководству. Если вещь нужная — лицо, принимающее решение, скорее поверит своему сотруднику (ставил, пробовал, получилось, полезно, хочу), чем материалу с описанием «а вот через океан какие-то парни пользуются, прям круто».
      • 0
        Если интересно побольше узнать о COMSOL и о Среде разработки приложений, то это уже к нам в блог.

        Демо-версию также можно предоставить. Чтобы было максимально эффективно — напишите в личку какие области моделирования Вас интересуют, я пришлю более специализированную информацию и расскажу, как скачать ознакомительную версию.
        • 0
          Благодарю! Актуальных задач под COMSOL на данный момент — нет, это было скорее общее замечание в порядке флуда. Интересную задачку как раз под Ваше решение подкидывали пару лет назад — вторичная оптика для светодиодов. Вот чувствую прямо — именно туда оно как родное пойдёт. Но я тогда отказался, в общем, даже попробовать не на чем.
          • 0
            Что включает в себя демо-версия? На каких условиях она предоставляется?

            P.S. В нашей стране царят привычки, начинать надо лоббированием своих интересов с вузов, а там я в свое время встречал только SW и Ansys. Причем даже если есть новая версия программы, но в ней переработан функционал, или не дай бог иконки поменялись, то ей пользоваться не будут.
            • 0
              Что включает в себя демо-версия? На каких условиях она предоставляется?

              Это полнофункциональная версия (полный состав расширений без ограничений по техническим возможностям) с ограниченным периодом использования (обычно это 2 недели). С юридической точки зрения она предназдначена для ознакомительных целей. Если интересно ей воспользоваться — пишите в личку контакты, я расскажу все организационные моменты по скачиванию и пр.

              P.S. В нашей стране царят привычки, начинать надо лоббированием своих интересов с вузов, а там я в свое время встречал только SW и Ansys.

              COMSOL работает и в этом направлении. Вот тут можете посмотреть несколько актуальных выступлений пользователей (в т.ч. академ-сектор) нашего ПО в России

              Причем даже если есть новая версия программы, но в ней переработан функционал, или не дай бог иконки поменялись, то ей пользоваться не будут

              Это очень философский вопрос и утверждение. Качественное обновление как расчетной, так и интерфейсной части — это очень важно.
        • 0
          Насколько я понимаю (вопрос от дилетанта) — COMSOL это все же НЕ замена SW/Inventor? Или..?
          • 0
            Смотря что вы хотите заменить)

            Если чисто CAD-функционал, то COMSOL на него не претендует (хотя конечно содержит собственное геометрическое ядро и достаточный функционал для отрисовки геометрий).

            Если же речь о CAE, т.е. о моделировании физических процессов (особенно междисциплинарных), то COMSOL очень конкурентен.

            Среда разработки приложений, о которой упоминается в блоге коллег, в принципе является уникальным продуктом.

          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

          Самое читаемое