Um das volle Potenzial des auf Modellierung basierenden Designs auszuschöpfen, über das wir
in einem früheren Beitrag gesprochen haben , müssen Sie auf wichtige Änderungen vorbereitet sein. Moderne Workstations mit modernster Hardware können komplexe Modelle schnell berechnen. Der eigentliche Vorteil liegt jedoch nicht nur in der einfachen Beschleunigung, sondern auch in einer qualitativ neuen Modellierungsebene. Es kann mit Vorteil in den Designprozessen eingesetzt werden, da es einen wichtigen Vorteil erhalten hat, da die Produkte immer komplexer werden und der Wettbewerb wächst. Durch Modellierung können Unternehmen komplexere, mehrstufige Aufgaben identifizieren und lösen sowie mehr Ideen analysieren.
Die Modellierung ist ein hervorragendes Forschungswerkzeug für jedes Projekt: Sie ermöglicht es Ihnen, viele verschiedene Optionen zu studieren und zu sortieren und so innovativere Produkte zu entwickeln. Dank der Leistungsfähigkeit moderner Workstations und Computercluster können Ingenieure auch alle Aspekte und Konstruktionsdetails im Produktlebenszyklus hochpräzise modellieren.
Bisher wurde dieser Ansatz nur von HPC-Umgebungen unterstützt. Jetzt können Ingenieure die nächste Iteration des Projekts schnell abschließen und feststellen, wie sich Änderungen auf das Erreichen der wichtigsten Ziele auswirken. Mal sehen, wie das in der Praxis passiert. Ein wesentlicher Teil der für die Erstellung dieses Materials erforderlichen Informationen wurde von unseren Partnern von
COMSOL bereitgestellt , einem Hersteller von Softwarelösungen für die numerische Simulation.
Beispiel 1: Cypress Semiconductor
Bei Cypress Semiconductor, einem führenden Hersteller von Touch- und Embedded-Systemen, haben Ingenieure traditionell COMSOL Multiphysics-Software für verschiedene Forschungs- und Projektinitiativen verwendet. / Die Simulation wurde ausschließlich von der Forschungs- und Entwicklungsabteilung und anderen an der Produktentwicklung beteiligten Mitarbeitergruppen durchgeführt, einschließlich der Kundendienstabteilung. nutzte das virtuelle Prototyping nicht.
Diese Abteilung dient jedoch als zentraler Kommunikationskanal für Kunden von Cypress Semiconductor, einem Unternehmen, dessen Touchscreens in Smartphones, Haushaltsgeräten und Automobilen weit verbreitet sind. Nach der Einführung moderner Workstations und einer neuen Softwareversion in der Organisation wurde die Application Builder-
Umgebung von COMSOL verwendet, um den Entwurfsprozess von Touchscreens zu optimieren.
Cypress Semiconductor begann mit der Verwendung einer Anwendung, die mit dem COMSOL Application Builder erstellt wurde, um den Prozess der Erstellung von Touchscreens zu optimieren.Mithilfe der Anwendungsentwicklungsumgebung und des COMSOL-Servers (ein Produkt zum Starten über das Internet) entwickeln Ingenieure aus verschiedenen Abteilungen das endgültige Gerätedesign in Anwendungen, die speziell von der Forschungs- und Entwicklungsabteilung erstellt wurden. Dadurch kann der Support-Service auch an der Simulation teilnehmen, jedoch mit den Einstellungen, die nur die erforderlichen Modellparameter anzeigen.
Eine solche Anwendung wurde für den Entwurf kapazitiver Berührungssensoren entwickelt. Benutzer können darin Parameter ändern - von der Position des Fingers bis zur Dicke verschiedener Schichten im Sensor, haben jedoch keinen Zugriff auf das gesamte Modell. Die Anwendung berechnet Kapazitätsmatrizen, die ein wichtiges Merkmal des Sensordesigns sind, und zeigt auch die Spannungsverteilung an. Die Benutzeroberfläche verfügt über eine Dropdown-Liste, in der Sie einfach eine Lösung auswählen können, die verschiedenen Sensoreinstellungen entspricht.
Was ist das Ergebnis? Cypress Semiconductor bildet nicht nur ein gemeinsames Touchscreen-Modell für Konsumgüter, sondern erstellt auch Anwendungen für eine Vielzahl von Produkten, sodass Benutzer die erforderlichen Parameter selbst konfigurieren können. Dank der neuen Simulationssoftware können Supportmitarbeiter Modellparameter problemlos aktualisieren, ohne auf die Komplexität der Modellierung eingehen zu müssen und ohne auf die Hilfe von Forschungs- und Entwicklungsingenieuren warten zu müssen. Jetzt können Projekte tatsächlich individuell implementiert werden, sodass Entwickler flexibler auf Kundenbedürfnisse reagieren können.
Das Unternehmen erstellt viele verschiedene Anwendungen für verschiedene Arten von Touchscreens. So löst ihre Support-Abteilung komplexe Probleme schnell und einfach und bietet exzellenten Service.
Beispiel 2: Arkansas Power Electronics International
Der Elektronikhersteller Arkansas Power Electronics International (APEI) verwendet die Application Development Environment-Software von COMSOL, um den Benutzerzugriff auf Simulationsfunktionen zu verbessern und den Entwurfsprozess zu beschleunigen. Das Engineering-Team war früher ein Engpass bei der Modellierung, da es in erster Linie für die Erstellung und Ausführung von Modellen verantwortlich war - auch für die von anderen Kollegen angeforderten.
Heute entwickeln die Ingenieure des Unternehmens Anwendungen, mit denen Kollegen ohne lange Schulung unabhängig voneinander mithilfe von Simulationen forschen können. Eine der mit Application Builder erstellten Anwendungen hilft bei der Berechnung des Sicherungsstroms und der zulässigen Strombelastung für Halbleiterbauelementverbindungen.
In der APEI-Anwendung kann jeder Benutzer die geeigneten Werte für den Leiterdurchmesser, die Lichtbogengeometrie und die Anzahl der Leiter auswählen, um den maximalen Strom vor Beginn der Überhitzung zu bestimmen.Zuvor musste der Modellierungsspezialist ein Modell erstellen, um den Temperaturanstieg unter verschiedenen Bedingungen zu analysieren. Jetzt verwendet die Anwendung die parametrische Methode: Der Benutzer sieht, wie sich die Anzahl der Leiter auf die Spitzentemperatur bei einem bestimmten Strom auswirkt. Wenn früher Experten nach Werten in Tabellen suchen mussten, sind diese Tabellen jetzt in die COMSOL Multiphysics-Software integriert.
Es ist zu beachten, dass die Ergebnisse genauer geworden sind, da die in der Anwendung enthaltenen Informationen für jeden spezifischen Fall generiert werden. Jetzt plant das Unternehmen, die Anzahl der in der Anwendungsentwicklungsumgebung erstellten Modellierungsanwendungen zu erweitern - einschließlich der Berechnung der thermischen Eigenschaften der Baugruppe, des Designs des Induktors und des Transformators sowie der Layoutanalyse.
Beispiel 3: Fertigungstechnologiezentrum
Das Manufacturing Technology Center (MTC) ist auf die Innovation und Förderung fortschrittlicher Produktdesignpraktiken spezialisiert. Seine Aufgabe ist es, die Lücke zwischen Konzepten und der kommerziellen Version des Produkts zu schließen.
Eines der neuesten MTC-Projekte ist die Bewertung des Potenzials der additiven Technologie Shaped Metal Deposition (SMD). Diese Technologie verspricht Vorteile gegenüber der Herstellung von Additiven auf Pulverbasis und der Verwendung mehrerer Materialien im selben Teil.
COMSOL-GUI zum Erstellen von Rechenmodellen.Während der Entwicklung wurde deutlich, dass die aus dieser Methode resultierende Wärmeausdehnung manchmal zu ungeplanten Ergebnissen führt. Mit Application Builder haben MTC-Mitarbeiter eine Simulationsanwendung erstellt, die thermomechanische Analysen verwendet. Es ermöglicht die Vorhersage von thermischen Restspannungen und Verformungen, die sich aus thermischen Zyklen der SMD ergeben.
Die SMD-Anwendung (Shaped Metal Deposition) wurde mithilfe der Anwendungsentwicklungsumgebung in COMSOL Multiphysics erstellt. Sie können damit die während des Produktionsprozesses entstehenden Eigenspannungen berechnen und Abweichungen in den Parametern des Teils vorhersagen.In diesem Anhang können Sie feststellen, ob Sie mit Abscheidungsprozessen Teile erstellen können, die die angegebenen Toleranzen erfüllen. Benutzer ohne Modellierungserfahrung können problemlos mit Geometrie, Wärmequellen, Abscheidungspfaden und Materialien experimentieren, ohne die Komplexität der Erstellung des Modells zu verstehen.
Wie implementiere ich Modellierung in einem Designunternehmen?
Software für "Massenmodellierung" erschien nicht nur auf dem Markt, sondern wurde auch ziemlich erschwinglich. Dies bedeutet, dass jetzt eine Vielzahl von Organisationen leistungsstarke Design-Workflows implementieren können. Es bleibt, die Arbeit in die richtige Richtung zu lenken - den auf Modellierung basierenden Entwurfsprozess einzuführen.
Modellierung ist ein mächtiges Werkzeug. Es kann transformativ sein, wenn es keine Engpässe aufweist und allen am Design beteiligten Benutzern zugänglich ist. Mit Hilfe aktualisierter Software und leistungsfähigerer Workstations „demokratisieren“ Unternehmen die Modellierung und bringen Teamgeist in ihre Design-Workflows. Auf diesem Weg sind jedoch wichtige Schritte erforderlich:
Schritt 1. Erleuchten Sie das Handbuch und die Benutzer. Erläutern Sie die Vorteile eines neuen simulationsbasierten Workflows und zeigen Sie, welche Ergebnisse mit Teamarbeit erzielt werden können. Geben Sie als Beispiel an, wie ein neuer Workflow zu Innovation und Designflexibilität beiträgt.
Schritt 2. Präsentieren Sie die Ergebnisse. Indem Sie die Einfachheit der Verwendung von Simulationssoftware demonstrieren und sie mit herkömmlichen Workflows vergleichen, können Sie die Unterstützung von Benutzern in Anspruch nehmen. Auf diese Weise können Sie die erforderlichen Änderungen am aktuellen Stil der Zusammenarbeit vornehmen.
Schritt 3. Berechnen Sie die Kapitalrendite. Um eine Entscheidung zu treffen, benötigt das Management bestimmte Nummern. Um ihn zu überzeugen, ist es notwendig, die Auswirkungen des Einsatzes moderner Geräte und die Einführung spezieller Modellierungsanwendungen zu bewerten.
Zusätzlich zu den Kosten für Hardware und Software sollte die geschätzte Zeitersparnis der F & E-Mitarbeiter in die Berechnung einbezogen werden. Laut unserer Forschung kann die Modellierung die Benutzerarbeit um das Sechsfache beschleunigen. Sie müssen das Durchschnittsgehalt jedes Teilnehmers am Workflow mit 6 multiplizieren, damit Sie zukünftige Einsparungen einfach berechnen können.
Die Erhöhung der Simulationsgeschwindigkeit berücksichtigt nicht die Einsparungen aufgrund der Implementierung verteilter kontrollierter Arbeitsprozesse. Sie können Zeitersparnis berechnen, indem Sie sich wiederholende Analyseaufgaben in mehreren Abteilungen eliminieren. Und da eine größere Anzahl von Mitarbeitern gleichzeitig mehr Modellierungsaufgaben ausführen wird, wird sich der Return on Investment beschleunigen und die Markteinführungszeit verkürzen. Das Unternehmen wird sich einen Wettbewerbsvorteil im Geschäft verschaffen.
Schritt 4. Bitten Sie die Führung um Unterstützung. Lassen Sie es das Änderungsmanagement leiten. Mithilfe des Handbuchs können Sie beurteilen, ob das Unternehmen bereit ist, Workflows basierend auf der Modellierung zu optimieren, und ob es an der Zeit ist, die Modellierung „für die Massen“ einzuführen.
Diese Anwendung wird mit COMSOL Application Builder erstellt. Hiermit können Sie die Strahlungseigenschaften einer kreisförmigen Hornantenne bestimmen, um sie durch Ändern der Geometrie zu verbessern.Und abschließend: Computerkonfigurationen und Vergleich der Rechenleistung am Beispiel von Modellen akustischer Systeme unterschiedlicher Komplexität für den Fahrgastraum:
Heute wurden mehr als 800 Beispiele für COMSOL Multiphysics-Modelle und -Anwendungen erstellt, die in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt werden, einschließlich elektrischer, mechanischer, hydrodynamischer und chemischer Disziplinen. Moderne Workstations eignen sich für die komplexesten Umgebungen von Multithread- / Multitasking-Anwendungen, die Hochleistungsrechnen erfordern - einschließlich Anwendungen für das Design, die Erstellung digitaler 3D-Inhalte und wissenschaftliche Berechnungen.