Perangkat lunak dan perangkat keras modern merevolusi pekerjaan insinyur dan desainer desain. Merancang menggunakan pemodelan membawa banyak keuntungan, di antaranya:
- Hemat waktu dan uang dengan lebih sedikit tes fisik
- Kemampuan untuk dengan cepat mengidentifikasi solusi terbaik di awal;
- kebebasan bereksperimen atas dasar "bagaimana jika", terutama ketika menciptakan produk untuk pasar baru.
Implementasi lebih lanjut dari pemodelan akan memberikan insinyur desain manfaat lebih banyak Tetapi masalah teknologi dan personalia, kebiasaan bertindak "pada knurled" tidak memungkinkan perusahaan untuk sepenuhnya mengungkapkan potensi metodologi. Apa yang bisa membuat perbedaan?
1. Kemajuan dalam perangkat keras dan perangkat lunakDaya komputasi menjadi lebih terjangkau, dan perangkat lunak pemodelan telah dioptimalkan untuk memanfaatkan sepenuhnya. Berkat ini, desainer dapat mengambil keuntungan penuh dari pemodelan.
Sangat menarik, misalnya, untuk membandingkan perangkat lunak COMSOL Multiphysics pada stasiun kerja Dell Precision tiga tahun lalu dengan rekan-rekan mereka saat ini (perincian di bawah). Ternyata, percobaan perangkat keras dan perangkat lunak modern dengan model hingga enam kali lebih cepat!
COMSOL Multiphysics dioptimalkan untuk mendukung perangkat keras terbaru. Fungsi pemodelan hybrid dan lisensi Floating Network memungkinkan Anda untuk membuat proyek besar di workstation standar dengan dukungan untuk pemrosesan data paralel atau pada multi-core multi-node cluster.
Paket perangkat lunak multiphysics
Paket perangkat lunak COMSOL dirancang untuk mensimulasikan sistem fisik apa pun. COMSOL Multiphysics mencakup antarmuka pengguna grafis COMSOL Desktop (GUI) dan seperangkat antarmuka pengguna dan alat yang telah dikonfigurasi sebelumnya yang dirancang untuk tugas pemodelan standar. Modul tambahan memperluas kemampuan platform, menyediakan pemodelan di area spesifik dan integrasi dengan paket perangkat lunak pihak ketiga. Modul ini melengkapi antarmuka fisik dasar paket COMSOL Multiphysics, yang memungkinkan Anda mensimulasikan fenomena listrik, mekanik, hidrodinamik, dan kimia yang kompleks. Untuk menyelesaikan masalah multi-fisik yang kompleks, Anda dapat menggabungkan sejumlah modul. Paket COMSOL Multiphysics juga mencakup lingkungan pengembangan aplikasi yang dengannya Anda dapat membuat antarmuka pengguna yang nyaman yang membuat pemodelan matematika tersedia untuk semua karyawan yang tertarik dalam organisasi.
|
2. Ketersediaan perangkat lunak khusus tidak hanya untuk para ahliUntuk menghindari kemacetan saat bekerja dengan pemodelan, tidak hanya perangkat keras dan perangkat lunak terbaru yang diperlukan. Pengetahuan yang luas diperlukan untuk membuat model, melakukan perhitungan dan menganalisis hasil, yang tidak dimiliki sebagian besar perusahaan. Bahkan dengan komputer tercepat dan perangkat lunak terbaru, perusahaan tidak dapat bekerja tanpa bantuan ahli.
Salah satu solusi untuk masalah ini adalah mendistribusikan keterampilan yang diperlukan ke berbagai spesialis menggunakan aplikasi yang relatif mudah dipelajari. Dengan demikian, teknologi COMSOL Application Builder dan COMSOL Server memungkinkan pemodelan dalam COMSOL Multiphysics ke seluruh tim desainer.
Bahkan karyawan yang tidak berpengetahuan luas di industri dapat memecahkan masalah yang rumit tanpa bantuan ahli - sesuaikan variabel, mulailah proses pemodelan dan dapatkan jawaban yang benar.
Aplikasi dapat diunduh ke COMSOL Server - sebuah program yang memungkinkan Anda untuk menjalankannya dari mana saja di browser apa pun atau klien desktop khusus.
Dengan demikian, Application Builder dan COMSOL Server mendemokratisasikan simulasi. Organisasi menggunakan aplikasi ini untuk merampingkan penelitian dan pengembangan, memperluas kemampuan insinyur mereka, dan membebaskan diri dari tugas rutin dengan berfokus pada solusi tingkat tinggi.
3. Penyebaran "budaya pemodelan"Di tengah meningkatnya kompleksitas produk dan mengurangi waktu ke pasar, insinyur dan pengusaha siap untuk mengubah alur kerja untuk tujuan utama mereka - inovasi. Namun demikian, pengenalan desain berbasis simulasi adalah peristiwa besar yang membutuhkan upaya bersama dari manajemen dan karyawan biasa. Manajer perlu memahami manfaat pemodelan dan mengevaluasi dengan benar pengembalian investasi dalam teknologi ini.
Pengenalan model secara massal akan memungkinkan perusahaan untuk mengembangkan produk yang lebih baik dan lebih baik, mengurangi waktu mereka ke pasar dan, karenanya, mengungguli pesaing. Sekarang, sebagian besar organisasi teknik tidak dapat lagi membayangkan cara membuat produk di atas dasar tanpa pemodelan. Tetapi sampai saat ini, kompleksitas teknologi membatasi penggunaannya dan tidak memungkinkan untuk mengungkapkan potensi penuh dari potensinya.
Perangkat lunak untuk pemodelan dengan persamaan matematisnya, prosedur pemasangan yang rumit, dan antarmuka pengguna yang rumit telah lama tetap "di sela-sela" teknik. Itu dimaksudkan untuk sekelompok kecil peneliti dan pengembang terlatih yang memiliki pemahaman yang baik tentang cara menyesuaikan parameter tertentu. Perangkat lunak ini juga memiliki fungsi yang terbatas, sehingga tidak dapat beradaptasi dengan baik untuk menyelesaikan berbagai tugas ketika membuat produk inovatif yang kompleks.
Keterbatasan perangkat keras
Ruang lingkup pemodelan semakin menyempit ketika datang ke persyaratan teknis untuk analisis elemen hingga (FEA) dan dinamika fluida komputasi (CFD). Workstation lama tidak memiliki kekuatan untuk mengelola model kompleks dan proses komputasi intensif secara memadai.
Jadi, kurangnya spesialis yang berkualitas dan kapasitas workstation yang tidak memadai untuk waktu yang lama membuat organisasi tidak dapat menggunakan potensi penuh dari pemodelan. Tapi hari ini hambatannya dihilangkan. Teknik ini dapat digunakan oleh hampir semua desainer - terutama di tahap awal, ketika itu paling mempengaruhi hasilnya. Keterlibatan dalam pemodelan seluruh tim di semua tahap pekerjaan memungkinkan Anda untuk mendapatkan hasil maksimal dari itu.
Meluasnya penggunaan pemodelan (terutama untuk desain dan pengembangan) merangsang pendekatan berulang untuk bekerja dan memungkinkan organisasi untuk mempertimbangkan lebih banyak alternatif. Selain itu, ketergantungan pada prototipe fisik yang mahal berkurang dan menjadi mungkin untuk dengan cepat menentukan desain yang optimal.
Simulasi komputer atau pengujian fisik?
Pemodelan komputer dari berbagai proses fisik secara signifikan mempercepat proses pengembangan produk, secara signifikan dapat menghemat perakitan model uji. Dengan bantuan daya komputasi modern dan perangkat lunak, para insinyur dapat mensimulasikan operasi komponen individu dan simpul sistem yang kompleks, dan sebagai hasilnya, mengurangi jumlah tes fisik yang diperlukan sebelum meluncurkan produk baru. Industri ini menghadapi tantangan seperti waktu untuk mengembangkan produk baru dan biaya pengembangan. Dan dalam industri otomotif dan industri kedirgantaraan, pemodelan hampir tidak mungkin dilakukan tanpa. Ini membantu untuk secara signifikan mempercepat pengembangan dan mengurangi biaya.
Munculnya sistem komputasi modern yang mampu mensimulasikan sifat dinamis objek di bawah berbagai pengaruh telah mendorong ke latar belakang modernisasi singkatan untuk pengujian fisik, serta pengembangan metode pengujian. Banyak organisasi mencoba memilih pemodelan, karena meminimalkan biaya dan waktu pengembangan. Namun, dalam beberapa penelitian, hanya proses pengujian fisik produk yang dapat memberikan jawaban yang tepat.
|
Evolusi: Keras dan Lembut
Produsen dan ahli melakukan banyak upaya sehingga manfaat pemodelan saat membuat proyek tersedia untuk berbagai spesialis. Namun, sekarang organisasi baru mulai mendapat manfaat dari implementasi besar-besaran metodologi. Ini difasilitasi oleh kemajuan di banyak bidang teknologi dan penerapannya yang luas dalam praktiknya. Prosesor yang kuat, solid-state drive (SSD) kinerja tinggi dan kapasitas memori yang besar memungkinkan workstation modern untuk berhasil memecahkan masalah dengan model besar. Di sini, di tingkat baru, kemungkinan pemrosesan data paralel digunakan.
Harga yang lebih rendah untuk workstation membuatnya tersedia untuk berbagai pengguna. Sekarang perusahaan dapat secara signifikan meningkatkan daya komputasi mereka dengan investasi yang sama.
Untuk menyelesaikan tugas pemodelan yang terlalu kompleks untuk workstation rata-rata, pencapaian di bidang komputasi kinerja tinggi (HPC) memungkinkan. Saat ini, teknologi cluster tersedia untuk perusahaan. Perangkat lunak simulasi terkemuka disertifikasi untuk cluster HPC, dan perangkat lunak generasi baru membuatnya mudah dikelola.
Perangkat lunak simulasi juga telah berubah secara signifikan dalam beberapa tahun terakhir. Antarmuka pengguna intuitif baru memuluskan kompleksitas teknologi, dan aplikasi itu sendiri menjadi jauh lebih kuat dan pada saat yang sama lebih mudah untuk dikonfigurasi.
Vendor perangkat lunak simulasi aktif mengerjakan sertifikasi. Mereka mengoptimalkan program untuk menggunakan semua fungsi workstation modern: multicore, serangkaian instruksi yang diperbarui, SSD yang lebih cepat. Pemrosesan data paralel dan pekerjaan multi-ulir memungkinkan Anda untuk memecahkan masalah kompleks lebih cepat dan lebih akurat.
Time Machine: dari 2012 hingga 2015
Terhadap latar belakang perubahan radikal seperti itu, kami memeriksa hasil apa yang membawa peningkatan kinerja perangkat keras dan memperbarui perangkat lunak ke versi terbaru. Sebagai contoh, kami membandingkan konfigurasi workstation Dell saat ini dan versi terbaru COMSOL Multiphysics dengan produk yang sama tiga tahun lalu.
Setiap tiga tahun, rata-rata perusahaan mengevaluasi kemampuannya untuk memperbarui perangkat keras dan perangkat lunak. Untuk melakukan ini, manajemennya menganalisis pengembalian investasi formal (ROI).
Mari kita bandingkan versi terbaru dari perangkat lunak COMSOL Multiphysics pada workstation modern dengan perangkat keras dan perangkat lunak yang standar tiga tahun lalu. Secara khusus, pertimbangkan berapa lama untuk membuat berbagai model pada workstation Dell Precision T3500 dan workstation generasi sekarang - Dell Precision Tower 7810.
Dell Precision T3500 dilengkapi dengan prosesor Intel Xeon W3505 tunggal dengan kecepatan clock 2,53 GHz, dua core, 12 GB RAM dan 300 GB hard drive. Ini berjalan pada Windows 7 Pro dan menggunakan COMSOL Multiphysics 4.2.0.288.
Workstation modern Dell Precision Tower 7810 dilengkapi dengan dua prosesor Intel Xeon E5-2687W v3 yang beroperasi pada frekuensi 3,1 GHz dan menggunakan 20 core. Sistem ini dilengkapi dengan 64 GB RAM, drive SCSI 500 GB dan Samsung SS85 SSGB 512 GB. Antarmuka MPI menyediakan dukungan untuk pemrosesan paralel paralel tipe klaster. Perangkat lunak ini masih Windows 7 Pro (jadi perbandingan kami akan objektif), tetapi versi terbaru COMSOL diinstal - 5.0.1.276.
Kami telah memilih berbagai jenis model untuk melihat bagaimana COMSOL memanfaatkan sepenuhnya peralatan baru.
- Interaksi Fluida-Struktur 3D, yang menggunakan aliran laminar dan mekanika struktural.
- Tonpilz Piezo-Transducer (model transduser piezoelektrik Tonpilz) yang memerlukan penelitian parametrik.
- Aluminium Extrusion (Aluminium Extrusion Model), yang menggabungkan mekanika struktural, aliran laminar dan perpindahan panas.
- Sakelar Listrik (model sakelar listrik), yang melibatkan mekanika struktural, arus listrik, dan perpindahan panas.
Kunci manajemen simulasi yang efektif adalah peralatan baru dengan perangkat lunak terbaru. Untuk pengujian kami menggunakan:
Platform perangkat keras
| Dell Precision T3500 Workstation (dirilis 3 tahun lalu)
| Dell Precision Tower 7810 Workstation Modern
|
CPU
| Intel Xeon CPU W3505, 2,53 GHz
| Dua prosesor Intel Xeon E5-2687W v3, masing-masing 3,1 GHz
|
Jumlah inti
| 2
| 20
|
RAM
| 3x4 GB
| 4x16 GB
|
Penyimpanan
| 300 GB SATA HDD
| 500 GB SCSI HDD, Samsung SM841N Solid State Drive (SSD)
|
Perangkat lunak
| OS Windows 7 Pro; COMSOL Multiphysics 4.2.0.288
| OS Windows 7 Pro; COMSOL Multiphysics 5.0.1.276
|
MPI
| -
| Digunakan untuk pemrosesan data paralel hybrid
|
Hasil simulasi
Pemodelan proses fisik di workstation selama tiga tahun telah membuat kemajuan yang signifikan - baik dalam hal ukuran model, dan dalam kompleksitas mereka, dan tentu saja, dalam kecepatan kerja. Berkat jumlah core dan kapasitas memori yang jauh lebih besar, pemrosesan data paralel dan kemampuan pemodelan hibrid, Dell Precision Tower 7810 menunjukkan kinerja hingga enam kali lebih tinggi (tergantung pada jenis model dan bidang fisika). Misalnya, bekerja dengan model Aluminium Extrusion dengan 4,23 juta derajat kebebasan tiga tahun lalu membutuhkan 920 detik, dan sekarang hanya 153 detik: enam kali lebih sedikit.
Model Interaksi Fluid-Struktur 3D 290.000 derajat pada Dell Precision T7810 dan COMSOL 5.0.1.276 diproses dalam 906 detik, dibandingkan dengan 4617 detik pada Dell Precision T3500 dan COMSOL 4.2.0.288. Ini adalah peningkatan lima kali lipat dalam kecepatan. Model sakelar listrik sekarang diproses empat kali lebih cepat - dalam 255 detik, bukan 1028. Model Tonpilz dengan kebebasan 56.000 derajat menunjukkan hasil yang lebih sederhana karena ukurannya yang kecil. Namun, pada peralatan baru menggunakan versi terbaru COMSOL, kecepatannya menjadi lebih dari dua kali lipat: 209 detik dibandingkan dengan 481 detik pada perangkat keras dan perangkat lunak tiga tahun lalu.
Mengoperasikan stasiun kerja yang lebih lama atau versi perangkat lunak adalah hal biasa bagi perusahaan dengan anggaran terbatas. Namun pada kenyataannya, mereka kehilangan lebih banyak dengan mencoba mensimulasikan sumber daya usang yang tidak sesuai dengan ukuran dan kompleksitas proyek yang semakin meningkat.
Kemajuan dalam perangkat keras selama tiga tahun terakhir telah membantu meningkatkan simulasi dan kecepatan pemrosesan data secara dramatis. Stasiun kerja modern dilengkapi dengan prosesor dengan sejumlah besar core, yang memungkinkan mereka untuk digunakan untuk pemrosesan paralel - opsi yang hanya tersedia di cluster tiga tahun lalu.
Perangkat lunak modern untuk pemodelan memiliki dukungan otomatis untuk beberapa core dan fungsi pemrosesan data paralel. Sebelumnya, seorang profesional terlatih harus secara manual membuat perubahan untuk mengkonfigurasi perangkat lunak untuk pemrosesan paralel pada platform tertentu.
Tugas: Aluminium Extrusion
Jumlah derajat kebebasan: 4.235.000
Bidang fisika: interaksi mekanika struktural, aliran laminar dan perpindahan panas
Waktu pengambilan keputusan
Workstation dan perangkat lunak tiga tahun lalu: 920 detik
Workstation modern dan versi perangkat lunak saat ini : 153 detik
Peningkatan kecepatan: 6,01 kali
Tugas: Interaksi Cairan 3D-Struktur
Jumlah derajat kebebasan: 290.000
Bidang fisika: interaksi dekat aliran laminar dan mekanika struktural
Waktu pengambilan keputusan
Workstation dan perangkat lunak tiga tahun lalu: 4617 detik
Workstation modern dan versi perangkat lunak saat ini: 906 detik
Peningkatan kecepatan: 5,1 kali
Tugas: Sakelar Listrik Multiphysics
Jumlah derajat kebebasan: 115.000
Bidang fisika: interaksi yang erat antara mekanika struktural, arus listrik, dan perpindahan panas
Waktu pengambilan keputusan
Workstation dan perangkat lunak tiga tahun lalu: 1028 detik
Workstation modern dan versi perangkat lunak saat ini: 255 detik
Peningkatan kecepatan: 4,03 kali
Tugas: Tonpilz Piezo-Transducer
Jumlah derajat kebebasan: 56.000
Bidang fisika: studi parametrik interaksi struktur akustik dengan transduser piezoelektrik
Waktu pengambilan keputusan
Workstation dan perangkat lunak tiga tahun lalu: 481 detik
Workstation modern dan versi perangkat lunak saat ini: 209 dtk
Peningkatan kecepatan: 2,3 kali
Stasiun Kerja Dell Precision Tower 7810
Generasi workstation Dell Precision saat ini mencakup model Dell Precision Tower 7810 dengan dua prosesor Intel Xeon E5-2600 v3 (masing-masing hingga 18 core), kartu grafis NVIDIA Quadro dan AMD FirePro terbaru, serta memori sistem hingga 256 GB dengan teknologi DDR4 RDIMM yang inovatif. . Desain sasis khusus memfasilitasi akses ke komponen sistem dan menyederhanakan peningkatan sistem.
Di antara opsi untuk Dell Tower 7810 adalah PCIe SSD dengan pendingin aktif, yang hingga 180% lebih cepat daripada SSD SATA tradisional. Opsi hard drive tradisional juga tersedia. Konfigurasi ini hampir tidak berpengaruh pada kinerja: solusi perangkat lunak Intel CAS-W memberikan kecepatan I / O yang sebanding dengan solid-state drive dengan harga HDD biasa.
Stasiun Presisi Dell disertifikasi oleh vendor perangkat lunak pihak ketiga untuk memastikan kelancaran semua aplikasi desain populer. Perangkat lunak Dell Precision Optimizer meningkatkan kinerja sistem dengan menyetelnya secara otomatis untuk menjalankan program apa pun dengan kecepatan maksimum.
Dell Precision 7810 juga menawarkan solusi keamanan: enkripsi, otentikasi canggih, dan perlindungan malware.
Pada artikel berikutnya, kami akan menjelaskan secara rinci tugas desain apa yang dipecahkan perusahaan di workstation Dell, bagaimana mereka menggunakan simulasi dan hasil apa yang mereka capai dengan itu.