现代软件和硬件彻底改变了设计工程师和设计师的工作。 使用建模进行设计具有许多优点，其中包括：
- 通过更少的体检节省时间和金钱
- 一开始就能快速确定最佳解决方案的能力；
- 基于“假设”的试验自由，尤其是在为新市场开发产品时。
建模的进一步实施将为设计工程师带来更多好处。 但是，技术和人员问题，“ on花一现”的习惯使公司无法充分揭示该方法的潜力。 有什么作用？
1.硬件和软件的进步计算能力变得越来越负担得起，并且建模软件已经过优化以充分利用它。 因此，设计人员可以充分利用建模的优势。
例如，有趣的是，将三年前在Dell Precision工作站上的COMSOL Multiphysics软件与当前的同类软件进行了比较（详细信息如下）。 事实证明，现代硬件和软件对模型的实验速度提高了六倍！
COMSOL Multiphysics经过优化，可支持最新的硬件。 混合建模功能和浮动网络许可使您可以在支持并行数据处理的标准工作站上或在多核多节点群集上渲染大型项目。
多物理场软件包
COMSOL软件包旨在模拟任何物理系统。 COMSOL Multiphysics包括COMSOL Desktop图形用户界面（GUI）和一组为标准建模任务设计的预配置用户界面和工具。 其他模块扩展了平台的功能，提供了特定区域的建模并与第三方软件包集成。 这些模块补充了COMSOL Multiphysics软件包的基本物理接口，使您可以模拟复杂的电气，机械，流体动力学和化学现象。 要解决复杂的多物理场问题，可以组合任意数量的模块。 COMSOL Multiphysics软件包还包括一个应用程序开发环境，您可以使用该环境创建方便的用户界面，使组织所有感兴趣的员工都可以使用数学模型。
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2.不仅为专家提供专业软件为避免建模时出现瓶颈，不仅需要最新的硬件和软件。 需要大量知识来创建模型，执行计算和分析结果，而这是大多数公司所缺乏的。 即使拥有最快的计算机和最新的软件，没有专家的帮助，企业也无法工作。
解决该问题的一种方法是使用相对容易学习的应用程序将必要的技能分配给广泛的专家。 因此，COMSOL Application Builder和COMSOL Server技术允许COMSOL Multiphysics对整个设计团队进行建模。
即使是行业内知识不足的员工也可以在没有专家帮助的情况下解决复杂的问题-调整变量，启动建模过程并获得正确的答案。
可以将应用程序下载到COMSOL Server，该程序可让您在任何浏览器或专用桌面客户端中的任何位置运行它们。
因此，Application Builder和COMSOL Server使模拟民主化。 组织使用这些应用程序来简化研发工作，扩展其工程师的能力，并通过专注于高级解决方案来摆脱日常工作。
3.“造型文化”的传播随着产品复杂性的提高和上市时间的减少，工程师和企业家已准备好为其主要目标-创新而改变工作流程。 但是，基于仿真的设计的引入是一项重大事件，需要管理层和普通员工的共同努力。 管理人员需要了解建模的好处，并正确评估该技术的投资回报率。
大量引入建模将使公司能够开发出越来越好的产品，减少产品上市时间，从而超越竞争对手。 现在，大多数工程组织无法再设想如何在不进行建模的情况下在基础之上创建产品。 但是直到最近，该技术的复杂性才限制了它的使用，并且无法揭示其潜力的全部潜力。
带有数学方程式，复杂的安装过程和复杂的用户界面的建模软件长期以来一直处于工程的“边缘”。 它适用于一小组训练有素的研究人员和开发人员，他们对如何调整某些参数有很好的了解。 该软件还具有有限的功能，因此在创建复杂的创新产品时，该软件不适用于解决多方面的任务。
硬件限制
当涉及到有限元分析（FEA）和计算流体动力学（CFD）的技术要求时，建模的范围进一步缩小。 旧的工作站缺乏充分管理复杂模型和密集计算过程的能力。
因此，长期缺乏合格的专家以及工作站容量不足，导致组织无法充分利用建模的潜力。 但是今天，障碍已经消除。 几乎所有设计人员都可以使用该技术，尤其是在对结果影响最大的早期阶段。 在整个工作阶段参与整个团队的建模，可以使您获得最大的回报。
建模的广泛使用（尤其是用于设计和开发）激发了一种迭代的工作方法，并使组织可以考虑更多替代方案。 此外，减少了对昂贵的物理原型的依赖，并有可能快速确定最佳设计。
计算机模拟还是物理测试？
各种物理过程的计算机建模可以显着加快产品开发过程，可以大大节省测试模型的组装成本。 借助现代计算能力和软件，工程师可以模拟复杂系统的各个组件和节点的操作，从而减少了在发布新产品之前所需的物理测试次数。 该行业面临挑战，例如开发新产品的时间和开发成本。 在汽车工业和航空航天工业中，没有建模几乎是不可能的。 它有助于显着加快开发速度并降低成本。
能够模拟物体在各种影响下的动态特性的现代计算系统的出现，将物理测试台架的现代化以及测试方法的发展推向了背景。 许多组织尝试选择建模，因为它可以最大程度地减少成本和开发时间。 但是，在某些研究中，只有对产品进行物理测试的过程才能给出确切的答案。
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演变：硬与软
制造商和专家付出了很多努力，以便使创建各种项目时进行建模的好处可供众多专家使用。 但是，现在组织才刚刚开始从大规模实施该方法中受益。 许多技术领域的进步及其在实践中的广泛应用促进了这一点。 强大的处理器，高性能固态驱动器（SSD）和大内存容量使现代工作站能够成功解决大型模型的问题。 在这里，在一个新的水平上，使用了并行数据处理的可能性。
工作站的较低价格使它们可供广泛的用户使用。 现在，公司可以用相同的投资大大提高其计算能力。
为了解决对于普通工作站而言过于复杂的建模任务，可以在高性能计算（HPC）领域取得成就。 如今，公司可以使用集群技术。 领先的仿真软件已通过HPC集群认证，新一代软件使其易于管理。
近年来，仿真软件也发生了重大变化。 新的直观用户界面消除了技术的复杂性，应用程序本身变得功能强大，同时更易于配置。
仿真软件供应商正在积极致力于认证。 他们优化程序以使用现代工作站的所有功能：多核，更新的指令集，更快的SSD。 并行数据处理和多线程工作使您可以更快，更准确地解决复杂的问题。
时光机：从2012年到2015年
在这种巨大变化的背景下，我们研究了哪些结果带来了硬件性能的提高，并将软件更新到了最新版本。 例如，我们将Dell工作站的当前配置和最新版本的COMSOL Multiphysics与三年前的相同产品进行了比较。
平均每三年，一家公司会评估其更新硬件和软件的能力。 为此，她的管理层分析了正式的投资回报率（ROI）。
让我们将现代工作站上的COMSOL Multiphysics软件的最新版本与三年前的标准硬件和软件进行比较。 尤其要考虑在Dell Precision T3500工作站和当前工作站-Dell Precision塔式7810上创建各种模型所需的时间。
Dell Precision T3500配备了时钟速度为2.53 GHz的单个Intel Xeon W3505处理器，两个内核，12 GB的RAM和300 GB的硬盘驱动器。 它运行在Windows 7 Pro上，并使用COMSOL Multiphysics 4.2.0.288。
现代化的工作站Dell Precision Tower 7810配备了两个Intel Xeon E5-2687W v3处理器，它们以3.1 GHz的频率运行并使用20个内核。 该系统配备64 GB的RAM，500 GB的SCSI驱动器和512 GB的Samsung SS85 SSGB。 MPI接口为群集类型的混合并行处理提供支持。 该软件仍为Windows 7 Pro（因此我们的比较将是客观的），但是已安装COMSOL的最新版本-5.0.1.276。
我们选择了各种类型的模型，以了解COMSOL如何充分利用新设备。
- 3D流固耦合，使用层流和结构力学。
- 需要参数研究的Tonpilz压电换能器（Tonpilz压电换能器模型）。
- 铝挤压（铝挤压模型），结合了结构力学，层流和热传递。
- 电气开关（电气开关的型号），涉及结构力学，电流和热传递。
有效的仿真管理的关键是配备最新软件的新设备。 对于我们的测试，我们使用了：
硬件平台
| Dell Precision T3500工作站（3年前发布）
| 戴尔Precision Tower 7810现代工作站
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中央处理器
| 英特尔至强CPU W3505，2.53 GHz
| 两个Intel Xeon E5-2687W v3处理器，每个3.1 GHz
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核心数
| 2
| 20
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内存
| 3x4 GB
| 4x16 GB
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贮藏
| 300 GB SATA硬盘
| 500 GB SCSI硬盘，三星SM841N固态硬盘（SSD）
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软体类
| 操作系统Windows 7 Pro; COMSOL Multiphysics 4.2.0.288
| 操作系统Windows 7 Pro; COMSOL Multiphysics 5.0.1.276
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MPI
| --
| 用于混合并行数据处理
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仿真结果
在过去三年中，工作站物理过程的建模取得了重大进展-无论是模型的大小，复杂性还是工作速度。 由于拥有更多的内核和内存容量，并行数据处理和混合建模功能，Dell Precision Tower 7810工作站的性能提高了六倍（取决于模型的类型和物理领域）。 例如，三年前使用具有423万自由度的铝挤压模型需要920秒，而现在只有153秒：减少了六倍。
Dell Precision T7810和COMSOL 5.0.1.276上的290,000度3D流体相互作用模型在906秒内处理，而Dell Precision T3500和COMSOL 4.2.0.288上为4617秒。 速度提高了五倍。 现在，电开关模型的处理速度提高了四倍-在255秒而不是1028秒内进行了处理。自由度为56,000的Tonpilz模型由于体积小而显示出的结果更为适中。 但是，在使用最新版本COMSOL的新设备上，速度提高了两倍以上：209秒，而三年前在硬件和软件上为481秒。
对于预算有限的公司，使用较旧的工作站或软件版本是司空见惯的。 但是实际上，他们通过尝试在与项目规模和复杂性不断增长不符的过时资源上进行模拟，从而损失更多。
过去三年中硬件的进步极大地提高了仿真和数据处理的速度。 现代工作站配备了具有大量内核的处理器，因此可以将它们用于并行处理-这种选择仅在三年前的集群中可用。
现代的建模软件具有对多个核的自动支持以及并行数据处理的功能。 以前，受过专业培训的专业人员必须手动进行更改，以将软件配置为在特定平台上进行并行处理。
任务：铝挤压
自由度数： 4,235,000
物理学领域：结构力学，层流和热传递
的相互作用
决定时间
三年前的工作站和软件： 920秒
现代工作站和当前软件版本 ：153秒
速度增加： 6.01倍
任务： 3D流固耦合
自由度数： 290,000
物理学领域：层流与结构力学的紧密相互作用
决定时间
三年前的工作站和软件： 4617秒
现代工作站和当前软件版本： 906秒
提速： 5.1倍
任务：多物理场电气开关
自由度数： 115,000
物理学领域：结构力学，电流和传热的紧密相互作用
决定时间
三年前的工作站和软件： 1028秒
现代工作站和当前软件版本： 255秒
速度增加： 4.03倍
任务： Tonpilz压电换能器
自由度数： 56,000
物理领域：声学结构与压电换能器相互作用的参数研究
决定时间
三年前的工作站和软件： 481秒
现代工作站和当前软件版本： 209秒
提速： 2.3倍
戴尔Precision Tower 7810工作站
当前一代的Dell Precision工作站包括带有两个Intel Xeon E5-2600 v3处理器（每个内核最多18个内核）的Dell Precision塔式7810型号，最新的NVIDIA Quadro和AMD FirePro图形卡，以及具有创新DDR4 RDIMM技术的高达256 GB的系统内存。 。 特殊的机箱设计方便了系统组件的访问，并简化了系统升级。
Dell Tower 7810的选项包括具有主动冷却功能的PCIe SSD，其速度比传统SATA SSD快180％。 也可以使用传统的硬盘驱动器选件。 这种配置对性能几乎没有影响：英特尔CAS-W软件解决方案提供的I / O速度可与固态驱动器相媲美，而价格却是普通HDD。
Dell Precision工作站已获得第三方软件供应商的认证，以确保所有流行的设计应用程序的平稳运行。 Dell Precision Optimizer软件通过自动调整为以最大速度运行任何程序来提高系统性能。
Dell Precision 7810还提供安全解决方案：加密，高级身份验证和恶意软件防护。
在下一篇文章中，我们将详细描述公司在Dell工作站上解决的设计任务，他们如何使用仿真以及通过仿真实现的结果。