תוכנת ®COMSOL Multiphysics מוסיפה למגוון יכולותיה את יכולת המעקב אחר קרני אור

חבילת התוכנה ®COMSOL Multiphysics, מארז ידוע מאוד המיוצר ע”י תאגיד ®COMSOL (ברלינגטון, מסצ’וסטס), אשר מסוגל למדל בשיטה הנומרית סוגים רבים מאוד של תהליכים פיזיקליים, מכיל כעת תוספת חדשה אשר רלוונטית במיוחד למדענים ולמהנדסים שפועלים בתחום הפוטוניקה: מודול Ray Optics. כתוצאה מכך, אלו שהשתמשו במודולים RF ו- Wave Optics של התוכנה, עבור מידול אלקטרומגנטי בתדר גבוה (טווח אופטי ורדיו), יכולים כעת ליצור מודלים שמנצלים לטובה את הפשטות היחסית והגישה האלטרנטיבית של מעקב אחר קרני אור. תהליכים מהסוג הזה יכולים להיות ממודלים בנפרד או בשילוב עם פיזיקות אחרות ע”י שימוש במודולים נוספים של התוכנה, וכך מתאפשר מידול סימולטני והדדי של המון סוגים שונים של תהליכים פיזיקליים, לרבות תרמי, מכני, אלקטרומגנטי, חשמלי, כימי, זרימה ועוד.

“מודול Ray Optics, אשר כולל את ממשק האופטיקה הגיאומטרית, מקל על המידול של התפשטות גל אלקטרומגנטי על פני מרחקים, שהם כה גדולים מבחינה אופטית, כך שזה לא פרקטי לפתור גלים אינדיבידואליים ע”י שימוש ברשת אלמנטים סופיים”, אומר בושר. “כאשר משווים לגלים האלקטרומגנטיים, לממשק מעטפת קרני האור, ממשק האופטיקה הגיאומטרית מכיל יותר אומדנים אך לא מצריך ידיעה מראש של כיוון התפשטות הגל. הדבר הופך את ממשק האופטיקה הגיאומטרית שימושי למידול מבנים גדולים בהם גלים יכולים להתרחב לכיוונים רבים בעודם חווים החזרה ושבירה של אור בגבולות”.

התוספת של מודול Ray Optics מאפשר מידול מבוסס פיזיקה של, לדוגמא,thermally induced focal shift בעדשה. “קרני אור אשר מתרחבות דרך עדשה מאבדות חלק מהעוצמה שלהן בשל ספיגה שמתבצעת ע”י הזכוכית, מה שגורם לעדשה להתחמם. כאשר הטמפ’ של העדשה משתנה, מקדם השבירה משתנה, והעדשה חווה שינוי צורה מבני. כיוון ששני האפקטים הללו עלולים לבלבל את מסלולי הקרן, הכרחי לעקוב שוב אחר הקרניים במערכת העדשה שצורתה השתנתה תרמית, במטרה להשיג פתרון מדויק. עם המודול Ray Optics אפשרי ליצור לולאת פתרון אשר מבצעת החלפה בין חישוב מסלול הקרן ושדה הטמפ’ שנוצר כתוצאה מכך, עד אשר מתקבל פתרון עקבי”.

מודול Ray Optics ניתן לשימוש גם עבור חישוב עוצמת הקרן וניתוח קוטביות הקרן ע”י הקצאת משתנים עבור פרמטרי סטוקס והרדיוס הראשי של חזית הגל של העקמומיות של כל קרן. המאפיין המגדיר את הפוזיציה והמיקום הראשוניים של קרניים יכול להיות מנוצל גם בכדי לפרט כי הקרניים המשתחררות הן בעלות קוטביות ליניארית, מעגלית או אליפטית, ויכול לציין דרגת קוטביות בין 0 ל- 1. עבור חישוב של עוצמת הקרן ישנן אופציות מובנות של שחרור גלים מישוריים וכדוריים, כמו גם אופציה כללית יותר לציון שני הרדיוסים העיקריים של עקמומיות חזית הגל. “‘כאשר קרניים פועלות הדדית עם גבולות, כיווני הקרן מחושבים בעזרת חוק סנל. עוצמת ההשתקפות והשבירה של קרניים יכולה להיות מחושבת ע”י חוקי פרנל, והרדיוסים הראשיים של העקמומיות מאותחלים בהתבסס על עקמומיות השטח”, אומר בושר. “מאפיינים נוספים הראויים לציון הינם אופציות לשחרור קרניים עם תפוצה של תדרים שונים, תנאי שפה של סרט דיאלקטרי דק, תנאי שפה מובנים עבור רכיבים אופטיים אידיאליים כמו מעכבי גל ומקטב ליניארי, היכולת למדל התפשטות קרן באמצעי סופג או מגביר, ומשתנים מובנים עבור אורך ושלב בנתיב אופטי”.

יישומים פוטנציאליים אחרים קצירת אנרגיה סולארית; משטח מואר (במקרה הנ”ל קרינה סולארית שמשתקפת) יכול להיות מוגדר במדויק והכיוון של קרניים הפוגעות בקרקע המוגדרות בצורה ישירה או ע”י בחירת תאריך, זמן ומיקום. ניתן להתחשב גם בסטיות קטנות כמו חוזק הקרקע והאפלת שפה סולארית.
כיוון שזה קל לעקוב אחר קרניים שיש להן תפוצה של תדרים שונים, זה אפשרי בנוסף למדל מכשירים כגון מונוכרומטורים וספקטומטרים. לדוגמא, ספריית המודלים של מערכות אופטיות, שהיא חלק מהמודול Ray Optics כוללת דוגמא של מונוכרומטור Czerny-Turner אשר עושה שימוש בתנאי שפה סריגי מובנה בכדי להפריד אור פוליכרומטי.

לחצו כאן למעבר למאמר המקורי בשפה האנגלית שהתפרסם במגזין הפיזיקלי הנחשב LaserFocusWorld

מולטיפיזיקליות להמונים:COMSOL® רוצה לבצע דמוקרטיזציה לסימולציות בתהליך התכנון – כתבה טלוויזיונית מהאתר המוביל Engineering.com:

סימולציה היא תנאי מפתח בהפיכת תהליך פיתוח המוצרים בצורה וירטואלית לאמת קיימת. לכן אין זה פלא שתוכנות סימולציה גדלות במהרה במונחי הוצאה ושימוש בתהליכי פיתוח מוצרים.
לאמיתו של דבר, הנתח שתופסים סימולציה ואנליזה (או CAE – computer-aided engineering, הנדסה בעזרת מחשב, או CAD – תכנון בעזרת מחשב computer-aided design) בעוגת ניהול מחזור חיי המוצר (PLM – product life management) היה 12.3% בשנת 2013, שהביא אותם כמעט לאותו גודל כמו ה- cPDM, התוכנות לניהול הידע המוצרי, הדור הבא והמתקדם של מערכת ה- CAD, עם 13.8%.
בעוד שאת שוק תוכנות ה- CAE מובילים מספר מועט של ספקים גדולים, ישנן עדיין הזדמנויות רבות למשתתפים אחרים בשוק כולל ®COMSOL, מפתחת של פתרונות מולטיפיזיקליים. בחמש השנים האחרונות ראו בחברה את הרווחים צומחים ב- 20 אחוזים בשנה ל- 65$ לערך בשנת 2013. נתון זה הופל אותה לאחת המובילות בשוק בתת-סגמנט ה- CAE המולטיפיזיקלי.

התכונה הייחודית במולטיפיזיקליות היא שביצוע סימולציות של מספר “בעיות” בו זמנית עשוי לספק תמונה כללית טובה יותר אודות איך מודל תלת מימדי של מוצר באמת יתפקד בהשוואה לסימולציות של תופעה אינדיבידואלית. אחרי הכל, העולם האמיתי הוא מולטי-פיזיקלי. גורם אחד משפיע על השני, השני משפיע על השלישי, וכך הלאה.
ע”י אספקת יכולות מולטיפיזיקליות, התוכנה של ®COMSOL השיגה בסיס איתן של 100,000 משתמשים. מספר זה גדול באופן מפתיע בהתחשב בכך שאין הרבה מומחים ברחבי העולם המוכשרים בפתרון בעיות מתקדמות ומורכבות כאלה. לפי החברה, בסיס המשתמשים כל כך גדול עד שהוא מתקרב לגבול החדירה לשוק. “הבעיה היא שפשוט אין עוד יותר מדי אנשים עם רמת ההכשרה הנדרשת. לכן על מנת להמשיך את הצמיחה הגבוהה הסתכלנו על הדבר הבא: לשתף את הקולגות, השותפים והלקוחות של המשתמשים הללו”, מציין סוונטה ליטמרק, מייסד ומנכ”ל קבוצת ®COMSOL, ומוסיף כי זה פותח שוק פוטנציאלי שהוא בכמה רמות יותר גדול.
כאשר שוקלים משתפי פעולה אפשריים לאנליסטים המומחים המשתמשים ב- ®COMSOL, השוק יכול להיות הרבה יותר גדול. “כעת אנחנו מדברים אולי על כמות משתמשים גדולה פי 10. הבעיה היחידה שלנו היא: כיצד נוכל להגיע אליהם?”, ליטמרק שואל רטורית. בתגובה, הוא מציין שתי חדשנויות ב- COMSOL Multiphysics® 5.0 להתקנה באתר הלקוח או דרך ענן, הנקראות בונה היישומים – The Application Builder, והשרת של קומסול – ™The COMSOL Server.

האם סימולציה מולטיפיזיקלית תחדור את התקרה?

אז, האם נראה את המכירות של סימולציה מולטיפיזיקלית מגיעות לגבהים חדשים? לפי האנאליסטים ב CIMdata שוק ה CAE יהיה אחד התת-סגמנטים בעלי הצמיחה המהירה ביותר בניהול מחזור חיי המוצר בארבע השנים הקרובות. המספרים הסופיים של 2014 עדיין לא מוכנים סופיים. בכל זאת CIMdata חוזים שתהיה לתת-סגמנט זה צמיחה כוללת של 8.8% לרווחים של 4.6 מיליארד דולר. עד שנת 2018 הצמיחה צפויה להיות 7.7% בשנה. זה מהיר יותר מ- PLM במצב נורמלי, שצפוי לצמוח ב- 5.5% בשנת 2014 ו- 5.8% שנתי עד 2018.

אין זה מפתיע כי ANSYS היא שחקן מרכזי בכל הקשור לרווחים. זוהי תמונת המצב של שוק הסימולציות והאנליזות כפי שמשתקף מהדוח של CIMdata ב- 2013:

לאור המספרים הללו ®COMSOL היא עדיין שחקנית קטנה בשוק עם 1.5% נתח שוק. לעומת זאת, בנישה שלה של מולטיפיזיקליות היא אחת הספקיות הגדולות ביותר.

לחצו כאן להמשך קריאת המאמר בשפה האנגלית, כולל הנושאים:

• “ניוטון, משוואות דיפרנציאליות, ומדוע ®COMSOL משווקת את הטכנולוגיה שלה כייחודית”
• “כיצד מפתחי מוצרים משתמשים במולטיפיזיקליות?”
• “מספר שלבים חשובים בתכנון המבוסס סימולציה”
• “חברת Arkansas Power Electronics מרוויחה מהשימוש ב- Application Builder”
• “האם ®COMSOL יכולה להביא את המולטיפיזיקליות אל המיינסטרים?”