מידול וסימולציה לכולם!

מדענים כגון ניוטון, מקסוול ואחרים העניקו לנו את המודלים המתמטיים, “חוקי המדע” שהופכים לאפשרי את החיזוי המדויק של התפתחות מערכות ועצמים פיזיקליים בחלל ובזמן בהינתן תנאי שפה מסוימים ותנאי התחלה. מתמטיקאים יישומיים המציאו שיטות נומריות המסוגלות לייצר מספרים ושרטוטים המסייעים לתאר במדויק כיצד מערכות ועצמים יתפתחו בחלל ובזמן.
הדבר מאפשר לנו לבצע סימולציות, להתאים פרמטרים, ובסופו של דבר לבצע תכנון טוב יותר, אם לא הטוב ביותר.
הפיזיקה, המתמטיקה, הכלים החישוביים וקהילת ההנדסה, כולם מסוגלים לחולל פלאים בעזרת שימוש בסימולציה. שיגור רכבי מחקר למאדים המדווחים חזרה לכדור הארץ, יצירת מכשירי תקשורת כגון טלפונים ניידים ו- GPS, אלו רק שתי דוגמאות.
חדשנויות טכנולוגיות פורצות דרך רבות ראו אור בעשורים האחרונים. אך ישנם עדיין תחומים רבים שירוויחו המון, והכלים החישוביים העוצמתיים שזמינים היום כמעט ולא נגעו בהם, הכיצד?

המכשולים
זוהי עובדה כי הכלים החישוביים העכשוויים הם כה מסובכים לשימוש עד אשר ישנו מספר מועט מאוד של מהנדסים המיומנים להשתמש בהם – לפחות בהשוואה למספר הפוטנציאלי של אלו העשויים להפיק מכך תועלת.
ההכנה של מודלים מתמטיים צריכה להיעשות ע”י מתמטיקאי או פיזיקאי. פישוט המודל הוא הכרחי במטרה לחסוך בזמן החישוב, בזיכרון ובניהול המידע המוביל לפתרון. יש להתעלם מתופעות זניחות. התופעות מהן יש להתעלם תלויות ביישום ובמה שאנחנו רוצים להשיג. הדבר מצריך מומחה במידול.

ברגע שהמודל מוכן, פתירת המשוואות בצורה נומרית משמעותה החלפת המשוואות הדיפרנציאליות המתמשכות, חלל וזמן, עם משוואות הפרשים בדידות ונקודות בחלל ובזמן. הדיסקרטיזציה מוכרחת להיעשות בדרך כזו שפתרון משוואת ההפרש יתכנס לפתרון המשוואה הדיפרנציאלית. אחרת, אין כל משמעות פיזיקלית. בנוסף, במטרה לקבל פתרון מדויק, הדיסקרטיזציה חייבת להיות משביעת רצון. ישנן תיאוריות עבור ברירת מחדל טובה של הגדרות פותרן נומרי, עבור תחומים פיזיקליים רבים, אך לא כולן זהות. לעיתים נדרש מומחה באנליזה נומרית במטרה להגדיר טוב את הפותרן.
כתוצאה מכך, המשתמש האופייני של חבילת סימולציה הוא דוקטור או בוגר תואר שני אשר לו מספר שנות ניסיון במידול ובהכנת סימולציות. המשתמש עבר בנוסף הכשרות לטובת שימוש בחבילה הספציפית. הוא או היא בדרך כלל עובדים כמדענים במחלקת המחקר והפיתוח של ארגון גדול. באחריות אותו אדם להשתמש במומחיות שלו בכדי ליצור ולתת תוקף למודל ולסימולציה.
המשמעות של כל זה הינה שקבוצה קטנה של אנשים משרתת קבוצה הרבה יותר גדולה של אנשים אשר עובדים בפיתוח מוצרים, בתכנון או בייצור. מודלים בסימולציה הם לעיתים קרובות כה מסובכים עד שהאדם אשר מטמיע את המודל הוא היחיד שיכול לספק בצורה בטוחה את המידע הנדרש להשגת פלטים שימושיים. לפיכך, יש לנו צוואר בקבוק.

הפתרון
במטרה לאפשר לקבוצה הקטנה הזו לשרת קבוצה גדולה יותר, ישנו פתרון ברור: יצירת חבילת סימולציה המאפשרת למומחה סימולציה לבנות ממשק משתמש ספציפי ואינטואיטיבי עבור המודל הרגיל שלו או שלה – יישום המוכן לשימוש. היישום צריך לכלול תיעוד משתמש, בדיקות עבור “תשומות בתוך הגבולות”, ודוחות מוגדרים מראש בלחיצת כפתור.
יישום של סימולציה בעל היכולות הללו מאפשר למשתמש להתעלם משגיאות תשומה מקריות ולהתמקד בפרטים רלוונטיים של התפוקה. בשלב זה ניתן לשתף את היישום עם קבוצה גדולה יותר של משתמשים.
לבצע זאת זה פשוט בהשוואה להישגים שנמנו בתחילת המאמר. זה מתרחש בזמן שאתם קוראים את זה.
התפוצה של יישומים כאלו תהיה מיידית. אף מהנדס תכנון לא ירצה להישאר מאחור. אף חברה לא תוכל להרשות לעצמה לאפשר למתחרה להשיג יתרון דרך אימוץ מוקדם. בסופו של דבר הצרכנים יריצו יישומי סימולציה בכדי לקבל החלטות רכש טובות יותר.

המעבדה הפיזיקלית הלאומית מרחיבה את השימוש בקומסול מולטיפיזיקס

המעבדה הפיזיקלית הלאומית – National Physical Laboratory, היא מוסד המדידה הלאומי של בריטניה ומרכז מוביל עולמי למצוינות בפיתוח והטמעה של סטנדרטי המדידה המדויקים ביותר.

ברלינגטון, מסצ’וסטס (22 בינואר 2015), המעבדה הפיזיקלית הלאומית (NPL), מוסד המדידה הלאומי של הממלכה המאוחדת, ביצעה לאחרונה הזמנה לרכישת תוכנת הסימולציות של ®COMSOL Multiphysics ומספר מוצרי תוסף של התוכנה, לטובת מידול וסימולציה של מערכות מדידה. ברישיון ישתמשו צוותי מחקר באזורים הטכניים המכוסים ע”י NPL בכדי לתמוך בעבודת הפיתוח והתיקוף של טכניקות מדידה.

NPL מרחיבה את יכולות אנליזת האלמנטים הסופיים

למעלה מעשור, NPL מפתחת ושומרת על סטנדרטי מדידה גבוהים למערכת המדידה הלאומית של בריטניה.
NPL מחוייבת לשימוש בחוד החנית של הכלים המדעיים והטכנולוגיים בכדי להבטיח את רמת הדיוק
והעקביות של המדידה המיושמת ע”י הממשלה, העסקים והחברה. ההצעה המורחבת של ®COMSOL Multiphysics ומוצרי החברה המותאמים אישית לכל יישום רלוונטי, יאפשרו למהנדסים
ב- NPL להרחיב את המחקר ולכלול תופעות מולטיפיזיקליות נוספות, ויעזרו בהרחבת
המחקר לאזורים ויישומים חדשים.
“NPL מרוצה מההזדמנות להרחבת היחסים עם ®COMSOL”, אומר לואיס רייט, מדען המחקר הראשי
בקבוצת המידול והמתמטיקה של ®NPL. “COMSOL Multiphysics כבר תמכה בפיתוח ובאנליזה של ציוד
וניסויים באזורים שנעים בין שיפור ההבנה של סקאלת הטמפרטורה הבינלאומית של 1990 (ITS-90), ובין
תכנון מיקרו-מבנה של מלכודות יונים עבור יישומים של עיבוד מידע קוונטי, מטרולוגיית קוונטים, ושעונים אופטיים. הסכם הרישיון החדש יעזור לנו להגיב במהרה לאתגרי מדידה ביישומים חדשים, ולהיות בטוחים בידיעה שאנחנו משתמשים בתוכנה אמינה לסימולציות המולטיפיזיקליות שלנו”.
עם הרכישה החדשה, NPL משתמשת כעת ב- ®COMSOL כדי לבצע איחוד עם תוכנת CAD וכדי לסמלץ מערכות המשלבות אקוסטיקה, מעבר חום, תגובות כימיות, MEMS ומכשירים מיקרופלואידיים, CFD, אופטיקה ופוטונים, אלקטרומגנטיות בתדרים גבוהים ונמוכים, ופיזיקות נוספות בתחומי חשמל, מכניקה, זרימה וכימיה.
“אנחנו שמחים ש- NPL הכירה ב- ®COMSOL Multiphysics כתוכנת סימולציות מובילה לניתוח סטנדרטי מדידה ובדיקות כיול”, אומר וון זאנג, מנכ”ל COMSOL® ltd.. “בתעשייה בה רמת הדיוק היא בעלת חשיבות עליונה, המשך השימוש של NPL ב- ®COMSOL Multiphysics מוכיח את חוזקת התוכנה במידול תופעות פיזיקליות מצומדות בתחום הזה”.

תוכלו ללמוד עוד על אחד הפרוייקטים של NPL בהם השתמשו ב- ®COMSOL Multiphysics, בסיפור המשתמש “חוקרים משתמשים בסימולציה על מנת לשפר את כיולם של חיישני טמפרטורה”.

אודות ®COMSOL

COMSOL® מספקת תוכנת סימולציות עבור תכנון מוצרים ומחקר, לפירמות טכנולוגיות, למעבדות מחקר ולאוניברסיטאות, ב- 21 סניפים ומערך של מפיצים ברחבי העולם. מוצרי הדגל של החברה, ®COMSOL Multiphysics ו- COMSOL Server™ הינם סביבת תוכנה עבור מידול וסימולציה של כל מערכת המבוססת פיזיקה ועבור בניית אפליקציות. חוזקה הייחודי של התוכנה הוא היכולת שלה לשלב מספר תופעות מולטיפיזיקליות במודל אחד. מוצרי Add-on מרחיבים את פלטפורמת הסימולציה עבור יישומי חשמל, מכניקה, זרימה וכימיה. כלים ממשקיים מאפשרים את האינטגרציה של סימולציה ב- ®COMSOL Multiphysics עם כל כלי החישוב וה- CAD הטכניים העיקריים בשוק ה- CAE, ההנדסה המבוססת מחשב.

מאמר זה נלקח מהבלוג של COMSOL®

COMSOL Multiphysics® 5.0 עם בונה היישומים החדש נבחר ע”י קוראי המגזין NTB כמוצר המעניק את הערך הפרקטי ביותר ואת האיכויות הטכניות הכי גבוהות.

ברלינגטון, מסצ’וסטס (10 בפברואר 2015), משרדי חברת COMSOL®, הספקית המובילה בתוכנת אנליזות וסימולציות מולטיפיזיקליות כיום, מכריזה כי תוכנת ®COMSOL Multiphysics גרסא 5.0 נבחרה למוצר השנה לשנת 2014 ע”י קוראי NASA Tech Briefs.

COMSOL Multiphysics® 5.0 מספקת סביבת תכנון יישומים חדשנית לקהיליית ההנדסה: בונה היישומים ו- ™COMSOL Server. בונה היישומים מספק למהנדסים את הכלים הדרושים לבניית יישומי סימולציה קלים לשימוש המבוססים על המודל שבנו ב- ®COMSOL Multiphysics. כל מודל ב- ®COMSOL יכול להפוך ליישום עם ממשק משל עצמו ועם הכלים הניתנים בסביבת העבודה של בונה היישומים. עם ™COMSOL Server אפשר לשתף את היישומים עם לקוחות וקולגות ע”י שימוש ב- Windows או בדפדפן אינטרנט.
COMSOL Multiphysics® 5.0 נבחר למוצר חודש דצמבר 2014 ע”י צוות העריכה. בחודש ינואר 2015 נתבקשו קוראי NTB לבחור אחד מבין 12 המוצרים שנבחרו במהלך חודשי שנת 2014 כמוצרי החודש, כמוצר החדש המשמעותי ביותר שהוצג לקהילייה ההנדסית.

“חשיבותו של מענק זה הינה שהמנצחים נבחרים בלעדית ע”י הקוראים; הרוכשים והמשתמשים של המוצרים הללו. המנצחים הם הכי טובים מבין הטובים ביותר – המוצרים שמהנדסי תכנון חושבים שהם אלו שיהפכו את העבודה שלהם לטובה יותר ויעילה הרבה יותר”, מציינת לינדה בל, מנהלת העריכה של NASA Tech Briefs.
“המטרה שלנו בהשקת ®COMSOL Multiphysics 5.0 ובונה היישומים היא להביא את יכולות הסימולציה המולטיפיזיקלית לקהל הרבה יותר רחב ממה שהיה אפשרי בעבר”, אומר סוונטה ליטמרק, מייסד ומנכ”ל קבוצת ®COMSOL. “להיבחר ע”י NASA Tech Briefs כמוצר השנה מוכיח כי בונה היישומים מצליח להיות מזוהה כמוצר חדשני המשנה את כללי המשחק בקהיליית ההנדסה. אנחנו חשים גאווה גדולה שקוראי NTB בחרו ב- COMSOL® 5.0 כאחד המוצרים המשמעותיים ביותר של השנה”.