التصميم باستخدام المحاكاة: كيف يعمل؟

لتحقيق الإمكانات الكاملة للتصميم بناءً على النمذجة ، والتي تحدثنا عنها في مشاركة سابقة ، يجب أن تكون مستعدًا للتغييرات الرئيسية. يمكن لمحطات العمل الحديثة المجهزة بأحدث الأجهزة حساب النماذج المعقدة بسرعة. ومع ذلك ، فإن الميزة الحقيقية لا تكمن فقط في التسارع البسيط ، ولكن أيضًا في مستوى جديد نوعيًا من النمذجة. يمكن استخدامه مع ميزة في عمليات التصميم ، بعد أن حصل على ميزة مهمة ، لأن المنتجات أصبحت أكثر تعقيدًا وتزايد المنافسة. من خلال النمذجة ، يمكن للشركات تحديد وحل المهام الأكثر تعقيدًا ومتعددة المراحل ، بالإضافة إلى تحليل المزيد من الأفكار.



ستكون النمذجة أداة بحث ممتازة لأي مشروع: فهي ستسمح لك بدراسة وفرز العديد من الخيارات المختلفة ونتيجة لذلك إنشاء منتجات أكثر ابتكارًا. بفضل قوة محطات العمل الحديثة ومجموعات الحوسبة ، سيتمكن المهندسون أيضًا من تطبيق نماذج عالية الدقة لجميع الجوانب وتفاصيل التصميم في دورة حياة المنتج.

في السابق ، كان هذا الأسلوب مدعومًا فقط من قبل بيئات HPC. الآن ، يستطيع المهندسون إتمام التكرار التالي للمشروع بسرعة وتحديد كيفية تأثير التغييرات على تحقيق الأهداف الرئيسية. دعونا نرى كيف يحدث هذا في الممارسة العملية. تم توفير جزء كبير من المعلومات اللازمة لإعداد هذه المواد من قبل شركائنا من COMSOL ، الشركة المصنعة لحلول البرمجيات للمحاكاة العددية.

مثال 1: أشباه الموصلات السرو

في Cypress Semiconductor ، الشركة المصنعة الرائدة لأجهزة الاستشعار والأنظمة المضمنة ، استخدم المهندسون تقليديًا برنامج COMSOL Multiphysics لمختلف مبادرات البحث والمشاريع / تم إجراء المحاكاة حصريًا من قبل قسم البحث والتطوير ، ومجموعات أخرى من الموظفين المشاركين في تطوير المنتج ، بما في ذلك دعم العملاء ، لم يستفد من النماذج الافتراضية.

ومع ذلك ، فإن هذا القسم هو بمثابة قناة اتصال رئيسية مع عملاء Cypress Semiconductor ، وهي شركة تستخدم شاشات اللمس على نطاق واسع في الهواتف الذكية والأجهزة المنزلية والسيارات. بعد إدخال محطات العمل الحديثة وإصدار جديد من البرامج في المؤسسة ، بدأوا في استخدام بيئة Application Builder من COMSOL ، مما جعل من الممكن تحسين عملية تصميم شاشات اللمس.


بدأ Cypress Semiconductor في استخدام تطبيق تم إنشاؤه باستخدام COMSOL Application Builder لتحسين عملية إنشاء شاشات اللمس.

باستخدام بيئة تطوير التطبيقات وخادم COMSOL (منتج لبدء تشغيلها عبر الإنترنت) ، يقوم المهندسون من مختلف الأقسام بتطوير التصميم النهائي للجهاز في التطبيقات التي أنشأها قسم البحث والتطوير بشكل خاص. هذا يسمح لخدمة الدعم بالمشاركة في المحاكاة أيضًا ، ولكن مع تلك الإعدادات التي تعرض معلمات النموذج الضرورية فقط.

تم تطوير أحد هذه التطبيقات لتصميم أجهزة استشعار تعمل باللمس بالسعة. يمكن للمستخدمين تغيير المعلمات فيه - من موقع الإصبع إلى سمك طبقات مختلفة في المستشعر ، لكن ليس لديهم إمكانية الوصول إلى النموذج بأكمله. يحسب التطبيق مصفوفات السعة ، وهي خاصية مهمة لتصميم المستشعر ، كما تعرض توزيع الجهد. تحتوي واجهة المستخدم على قائمة منسدلة يمكنك من خلالها تحديد حل يتوافق مع إعدادات المستشعر المختلفة.



ما هي النتيجة؟ لا تشكل Cypress Semiconductor نموذج شاشة تعمل باللمس شائع للمنتجات الاستهلاكية فحسب ، بل تنشئ أيضًا تطبيقات لمجموعة واسعة من المنتجات بحيث يمكن للمستخدمين تكوين المعلمات الضرورية بأنفسهم. بفضل برنامج المحاكاة الجديد ، يمكن لموظفي الدعم تحديث معلمات النموذج بسهولة دون الدخول في تعقيد النمذجة ودون انتظار المساعدة من مهندسي البحث والتطوير. الآن ، يمكن تنفيذ المشاريع على أساس فردي ، وهذا يسمح للمطورين بالاستجابة بمرونة أكبر لاحتياجات العملاء.

تنشئ الشركة العديد من التطبيقات المختلفة لأنواع مختلفة من شاشات اللمس. وبالتالي ، يقوم قسم الدعم الخاص بها بحل المشكلات المعقدة بسرعة وسهولة ويقدم خدمة ممتازة.

مثال 2: Arkansas Power Electronics International

تستخدم الشركة المصنعة للإلكترونيات ، Arkansas Power Electronics International (APEI) ، برنامج COMSOL لبيئة تطوير التطبيقات لتعزيز وصول المستخدم إلى قدرات المحاكاة وتسريع عملية التصميم. اعتاد الفريق الهندسي على أن يكون عنق الزجاجة في النمذجة ، لأنه كان مسؤولًا بشكل أساسي عن إنشاء النماذج وتشغيلها - حتى تلك التي طلبها الزملاء الآخرون.

اليوم ، يقوم مهندسو الشركة بتطوير تطبيقات تسمح للزملاء بإجراء البحوث بشكل مستقل باستخدام المحاكاة دون تدريب طويل. يساعد أحد التطبيقات التي تم إنشاؤها باستخدام Application Builder في حساب تيار المصهر والحمل الحالي المسموح به لاتصالات جهاز أشباه الموصلات.


في تطبيق APEI ، يمكن لأي مستخدم تحديد القيم المناسبة لقطر الموصل ، والهندسة القوسية وعدد الموصلات لتحديد الحد الأقصى للتيار قبل بدء السخونة الزائدة.

في السابق ، كان على أخصائي النمذجة إنشاء نموذج من أجل تحليل ارتفاع درجة الحرارة في ظل ظروف مختلفة. يستخدم التطبيق الآن الطريقة البارامترية: يرى المستخدم كيف يؤثر عدد الموصلات على ذروة درجة الحرارة عند تيار معين. إذا كان من قبل الخبراء أن يبحثوا عن القيم في الجداول ، فإن هذه الجداول مدمجة الآن في برنامج COMSOL Multiphysics.

وتجدر الإشارة إلى أن النتائج أصبحت أكثر دقة ، حيث يتم إنشاء المعلومات المقدمة في التطبيق لكل حالة محددة. تخطط الشركة الآن لتوسيع عدد تطبيقات النمذجة التي تم إنشاؤها في بيئة تطوير التطبيقات - بما في ذلك حساب الخصائص الحرارية للتجميع ، وتصميم المحرِّض والمحوّل ، وكذلك لتحليل التخطيط.

مثال 3: مركز تكنولوجيا التصنيع

يتخصص مركز تكنولوجيا التصنيع (MTC) في ابتكار وتعزيز ممارسات تصميم المنتجات المتقدمة. تتمثل مهمته في سد الفجوة بين المفاهيم والنسخة التجارية للمنتج.

أحد أحدث مشاريع MTC هو تقييم إمكانات التكنولوجيا المضافة التي تسمى ترسيب المعادن على شكل (SMD). تعد هذه التقنية بمزايا على إنتاج الإضافات القائمة على المسحوق واستخدام العديد من المواد في نفس الجزء.


واجهة المستخدم الرسومية COMSOL لبناء النماذج الحسابية.

أثناء التطوير ، أصبح من الواضح أن التمدد الحراري الناتج عن هذه الطريقة يؤدي في بعض الأحيان إلى نتائج غير مخططة. باستخدام منشئ التطبيق ، أنشأ موظفو MTC تطبيق محاكاة يستخدم التحليل الميكانيكي الحراري. يسمح بالتنبؤ بالضغوط الحرارية المتبقية والتشوه الناتج عن الدورات الحرارية لـ SMD.


تم إنشاء تطبيق ترسيب المعادن على شكل (SMD) باستخدام بيئة تطوير التطبيقات في COMSOL Multiphysics. يسمح لك بحساب الضغوط المتبقية الناتجة أثناء عملية الإنتاج ، والتنبؤ بالانحرافات في معلمات الجزء.

يساعدك هذا الملحق في تحديد ما إذا كانت عمليات الترسيب ستسمح لك بإنشاء الأجزاء التي تلبي التفاوتات المحددة. يمكن للمستخدمين الذين ليس لديهم خبرة في النمذجة أن يجربوا بسهولة الهندسة ومصادر الحرارة ومسارات الترسيب والمواد دون فهم تعقيد بناء النموذج.

كيفية تنفيذ النمذجة في شركة تصميم؟

لم تظهر برامج "النمذجة الجماعية" في السوق فحسب ، بل أصبحت ميسورة التكلفة أيضًا. وهذا يعني أنه يمكن الآن لمجموعة واسعة من المؤسسات تنفيذ تدفقات عمل تصميم عالية الأداء. يبقى توجيه العمل في الاتجاه الصحيح - لتقديم عملية التصميم على أساس النمذجة.

النمذجة أداة قوية. يمكن أن يكون تحويليًا إذا كان خاليًا من الاختناقات ومتاحًا لجميع المستخدمين المشاركين في التصميم. بمساعدة البرامج المحدثة ومحطات العمل الأكثر قوة ، تقوم الشركات "بإضفاء الطابع الديمقراطي" على النمذجة وتجلب روح الفريق إلى سير العمل في التصميم. ولكن ستلزم خطوات مهمة على هذا المسار:

الخطوة 1. تنوير الدليل والمستخدمين. اشرح فوائد سير العمل الجديد القائم على المحاكاة ، وأظهر النتائج التي يمكن تحقيقها من خلال العمل الجماعي. كمثال ، قدم حالة توضح كيف سيساهم سير العمل الجديد في الابتكار ومرونة التصميم.

الخطوة 2. تقديم النتائج. من خلال إظهار بساطة استخدام برامج المحاكاة ومقارنتها مع سير العمل التقليدي ، يمكنك الحصول على دعم المستخدمين. سيساعد هذا في إجراء التغييرات اللازمة على نمط التعاون الحالي.

الخطوة 3. احسب عائد الاستثمار. لاتخاذ قرار ، تحتاج الإدارة إلى أرقام محددة. لإقناعه ، من الضروري تقييم تأثير استخدام المعدات الحديثة وإدخال تطبيقات النمذجة المتخصصة.

بالإضافة إلى تكلفة الأجهزة والبرامج ، يجب إضافة التوفيرات الزمنية المقدرة لموظفي البحث والتطوير إلى الحساب. وفقًا لبحثنا ، يمكن أن تسرع النمذجة من عمل المستخدم ست مرات ، على التوالي ، تحتاج إلى مضاعفة متوسط ​​الراتب لكل مشارك في سير العمل بمقدار 6: بحيث يمكنك بسهولة حساب المدخرات المستقبلية.

وفي الوقت نفسه ، فإن الزيادة في سرعة المحاكاة لا تأخذ في الاعتبار التوفير بسبب تنفيذ عمليات العمل الموزعة الخاضعة للرقابة. يمكنك حساب توفير الوقت عن طريق التخلص من مهام التحليل المتكررة في أقسام متعددة. ونظرًا لأن عددًا أكبر من الموظفين سيؤدون في نفس الوقت المزيد من مهام النمذجة ، فإن العائد على الاستثمار سوف يتسارع وسيقل الوقت اللازم للتسويق. ستكتسب الشركة ميزة تنافسية في العمل.

الخطوة 4. الحصول على دعم القيادة. دعها تقود جهود إدارة التغيير. بمساعدة الدليل ، يمكنك تقييم ما إذا كانت الشركة مستعدة لتحسين سير العمل بناءً على النمذجة ، وما إذا كان الوقت قد حان لتقديم النمذجة "إلى الجماهير".


يتم إنشاء هذا التطبيق باستخدام COMSOL Application Builder. يسمح لك بتحديد خصائص الإشعاع لهوائي بوق دائري من أجل تحسينها عن طريق تغيير الهندسة.

وفي الختام - تكوينات الكمبيوتر ومقارنة الأداء الحسابي على سبيل المثال من نماذج الأنظمة الصوتية ذات التعقيد المتفاوت لحجرة الركاب:



واليوم ، تم إنشاء أكثر من 800 مثال على نماذج وتطبيقات COMSOL Multiphysics التي يتم استخدامها في مجموعة متنوعة من المجالات ، بما في ذلك التخصصات الكهربائية والميكانيكية والهيدروديناميكية والكيميائية. ومحطات العمل الحديثة مناسبة لمعظم البيئات المعقدة للتطبيقات متعددة المهام / المهام المتعددة التي تتطلب حوسبة عالية الأداء - بما في ذلك تطبيقات التصميم وإنشاء المحتوى الرقمي ثلاثي الأبعاد والحسابات العلمية.