גישת המולטיפיזיקליות הופכת את היוצרות ומשנה סדרי עולם

אחד האתגרים הגדולים והמשמעותיים ביותר עימם מתמודדים מפתחים ומתכננים של מוצרים ותהליכים ברחבי העולם, מדיי יום, הינו ההשפעות שיש לתופעות פיזיקליות שונות ומגוונות על הפיתוח. כל מוצר או תהליך שעומדים לצאת לשוק מחזיקים אחריהם מערך שלם של תכנונים, שרטוטים, בדיקות והערכות, על מנת לייצר אותם בצורה המושלמת.

בעבר השיטה היחידה שעמדה לרשותם של מהנדסי הפיתוח הייתה להניח מולם את דרישות המוצר הספציפיות, לשרטט את התרשים המשוער, ולפתח אב טיפוס. עליו היו נבדקים אילוצים פיזיקליים מגוונים, בהתאם לסוג המוצר, לרבות מעבר חום, אלקטרומגנטיות, שדות חשמליים, רדיואקטיביות ועוד. כל סטיה הכי קטנה מהרצוי, פיזיקה שמשפיעה בצורה לא רצויה על המוצר, הדבר הכי פעוט היה מחזיר את המתכננים אל שולחן השרטוטים, שם היו מבצעים את השינויים הנדרשים, משקיעים שעות, ימים, שבועות, חודשים או שנים, ומפתחים אבי טיפוס רבים, עד שהיה מתקבל המוצר המושלם.
מיותר לציין שהתהליך היה גוזל משאבי זמן וכסף אדירים, אך לא היה פתרון אחר. תומאס אדיסון אמר פעם “לא נכשלתי, רק מצאתי 10000 דרכים שאינן עובדות”. כיום כשהטכנולוגיה כל כך מפותחת, ברור לכולם שגישה זו פרימיטיבית ואנכרוניסטית.

אז מהו הפיתרון האידיאלי לשנות האלפיים? בשתי מילים – הגישה המולטיפיזיקלית! או מעט יותר בהרחבה – תוכנת ®COMSOL Multiphysicsהמתקדמת, אשר פועלת בשיטת האלמנטים הסופיים, מיועדת לבניית סימולציות מולטיפיזקליות, מכילה את כל התופעות הפיזיקליות הקיימות, משוואות והגדרות מתמטיות והנדסיות, ומתפקדת כמעבדה וירטואלית עם תאימות מלאה לניסויי שטח.

אז מה זה בכלל מולטיפיזיקליות?

גישת המולטיפיזיקליות קשורה ל- סימולציות נומריות הכרוכות במודלים פיזיקליים מצומדים, קרי שפועלות בהן מספר תופעות פיזיקליות באופן סימולטני, בין אם תופעות אשר קשורות אחת לשניה, מתנגשות או משתלבות האחת באחרת, או משפיעות כל אחת באופן עצמאי על המודל. לדוגמא השילוב בין קינטיקה כימית ומכניקת הזורמים, או השילוב בין אלנטים סופיים ודינמיקה מולקולארית. מולטיפיזיקליות לרוב עוסקת בפתרון מערכות מצומדות של משוואות דיפרנציאליות חלקיות.

סימולציות פיזיקליות רבות קשורות במערכות מצומדות, כגון שדות מגנטיים וחשמליים עבור אלקטרומגנטיות, מאמץ ומהירות בסאונד, או החלקים האמיתיים והמדומים של פונקציית הגל במכניקת הקוונטים. מקרה נוסף הינו קירוב השדה הממוצע עבור המבנה האלקטרוני של האטומים, היכן שפונקציות השדה החשמלי וגל האלקטרון מצתמדים.

פריצת דרך זו של גישת המולטיפיזיקליות, כאשר היא מיושמת בצורה כה מדויקת, מקצועית ומתקדמת כפי שהיא בתוכנת ®COMSOL Multiphysics, חוסכת מאות שעות של תכנונים, פיתוחי אבי טיפוס, שרטוטים, זמני מעבדה, כוח אדם וכסף רב.

חברת נומריקל הינה המשווקת הבלעדית של תוכנת  ®COMSOL Multiphysics בישראל.
לקבלת פרטים נוספים, הרשמה לסדנת היכרות של התוכנה בחינם ועוד, השאירו פרטים בטופס ההרשמה ונשוב אליכם בהקדם.

התוכנה שתאגד עבורכם את כל המשוואות של הפיזיקאים הגדולים בהיסטוריה

חברות רבות מתכננות ומפתחות מוצרים. כל המשוואות המתמטיות עומדות לנגד עיניהן, התופעות הפיזיקליות הרבות אותם חקרו הפיזיקאים הגדולים פרוסות לפניהן. הן מחפשות כלי יעיל, נוח ומשוכלל שיודע לאחד יחדיו את כל המשוואות, ההגדרות והתופעות, ולצמד אותן על מנת לקבל את התוצאות הרצויות להן.

רק כלי אחד יודע לעשות את העבודה על הצד הטוב ביותר עם כל צימוד של תופעות פיזיקליות – ®COMSOL Multiphysics! תוכנת האלמנטים הסופיים המובילה עוסקת בבניית סימולציות של מודלים מכל הסוגים תוך בדיקת השפעתן של תופעות פיזיקליות על המודל כולל צימוד רלוונטי ורצוי.
למעשה גישת המולטיפיזיקליות של תוכנת ®COMSOL הינה יכולת השילוב של מספר תופעות פיזיקליות במהלך תיאור של תהליך או מערכת. פיזיקות עשויות להיות בלתי מצומדות, בעלות צימוד רופף, או מצומדות בחוזקה, הווה אומר מנהלות אינטראקציות רבות האחת עם השניה.
נניח שאתם מעוניינים לייצר מוצר בו פועלת תופעה של מעבר חום וכן תופעות אלקטרומגנטיות שונות. רק ע”י תוכנת ®COMSOL Multiphysics תוכלו להשתמש בו זמנית במשוואות הרלוונטיות לכל תופעה, ליצור איזה צימוד של תופעות פיזיקליות שמתאים לכם, ולבנות סימולציה מהימנה עם תוצאות תואמות מציאות – מעבדה ניסויית וירטואלית אמינה, מדויקת ואפקטיבית שבעתיים מכל אופציה אחרת.
הפיזיקאים שחיו לפני 150 ו 200 שנים פיתחו תיאוריות, משוואות והגדרות עבור אינספור התופעות הפיזיקליות הקיימות בעולם. בשנות ה 2000 תוכנת ®COMSOL Multiphysics היא הכלי האידיאלי ללקיחת המשוואות הללו, צימודן על פי דרישות התכנון, ובחינת השפעת כל תופעה פיזיקלית על המודל בדרך של סימולציה מדויקת.

CAE – Computer-Aided Engineering: הנדסה בעזרת מחשב

הנדסה בעזרת מחשב, או הנדסה מבוססת מחשב, הינה השימוש הנרחב בתוכנת מחשב במטרה לסייע במשימות ניתוח הנדסיות. הנושא כולל את התחומים אנליזת אלמנטים סופיים – FEA Finite Element Analysis, דינמיקה חישובית של זורמים – CFD Computational Fluid Dynamics, דינמיקה של גופים מרובים Multibody Dynamics, ואופטימיזציה.

כלי תוכנה אשר פותחו במטרה לתמוך בפעילויות מהסוגים הללו נחשבים ככלים של CAE – Computer-Aided Engineering – הנדסה בעזרת מחשב. משתמשים בכלי CAE למשל בניתוח האיתנות והביצועים של רכיבים והרכבים. המונח כולל סימולציה, ולידציה (תיקוף), ואופטימיזציה של מוצרים וכלי ייצור. מערכות CAE מתעתדות להיות, וכבר הופכות לספקיות עיקריות של מידע המסייע לצוותי תכנון בקבלת החלטות. הנדסה בעזרת מחשב מנוצלת בתחומים רבים כמו תעשיות הרכב, התעופה, החלל ובניית אוניות.

בהקשר של תקשורת נתונים, מערכות CAE נחשבות אינדיבידואלית כצומת בודד ברשת תקשורת כוללת, וכל צומת עשוי לתקשר עם צמתים אחרים ברשת.

מערכות CAE מספקות תמיכה לעסקים. הדבר מושג ע”י השימוש בארכיטקטורות התייחסות (Reference Architectures) ויכולתן למקם תצפיות מידע על תהליך העסק. ארכיטקטורת התייחסות היא הבסיס למודלי מידע, בייחוד מודלים של מוצרים ותהליכי ייצור.

תחומים ושלבים בהם משתמשים ב- CAE

• אנליזות חוזק על רכיבים והרכבים ע”י שימוש באנליזת אלמנטים סופיים – Finite Element Analysis.
• אנליזה תרמית ואנליזת זרימה – דינמיקה חישובית של זורמים – CFD – Computational Fluid Dynamics.
• דינמיקת גופים מרובים – Multibody Dynamics, וקינמטיקה.
• כלי אנליזה לתהליכי סימולציה עבור פעולות כגון יציקה, עיצוב בתבנית, עיבוד בלחיצה.
• אופטימיזציה של מוצר או תהליך.
• אנליזות בטיחות למניעת תאונות הנגרמות בשל דליפה גרעינית בכור גרעיני, ע”י שימוש בקוד תרמי-הידראולי מעשי.

באופן כללי ישנם שלושה שלבים בכל משימת הנדסה בעזרת מחשב:

• קדם תהליך – הגדרת המודל והפקטורים הסביבתיים שיהיו מיושמים בו.
• פותרן אנליזה – האלמנט שאחראי על כל תהליך הפתרון של האנליזה הנבדקת (בדרך כלל מבוצע במחשבי-על).
• ניתוח התוצאות לאחר התהליך (ע”י שימוש בכלים ויזואליים).

תהליך זה הוא איטרטיבי, לרוב פעמים רבות, או בצורה ידנית או ע”י שימוש בתוכנת אופטימיזציה מסחרית.

CAE בתעשיית הרכב

כלים של CAE נמצאים בשימוש נרחב בתעשיית הרכב. למען האמת, השימוש של מפתחי ויצרני הרכב ברחבי העולם בתוכנות CAE אפשרו להם לצמצם את עלויות הפיתוח של מוצרים ואת הזמן בתהליך, בעוד שהם משפרים את הבטיחות, הנוחות והקיימות של כלי הרכב שהם מייצרים. יכולת החיזוי של כלי CAEהתקדמה עד לנקודה בה רוב וריפיקציות התכנון נעשות כיום בעזרת סימולציות מחשב במקום בדיקות של אבי-טיפוס ממשיים.

למדו איך לפתור בקלות תופעות מעבר חום בעזרת תוכנת סימולציות מולטיפיזיקליות מתקדמת

הבקרה אחר מעבר חום מרכיב אל סביבתו היא קריטית לתפעולם של תהליכים תעשייתיים רבים. לדוגמא, קירור רכיבים אלקטרוניים נדרש על מנת לשמר תפעול בטוח ולהרחיב את זמן החיים של הפעולה, בזמן שפעמים רבות נדרש למנוע את עליית הטמפרטורה בחומרים בכדי לפתח תכונות של מיקרו-מבנים שמספקים מאפיינים קבועים.

בעיית מעבר החום יכולה להיות מנותחת ע”י שימוש ב- ®COMSOL Multiphysics והתייחסות שלה לתנאים עם או בלי טרנספורמציה הדרגתית. כאשר לא מתבצעת טרנספורמציה הדרגתית בכלי נוזל הקירור, היקף בזבוז החום הוא פונקציה של הובלה וזרימת חום אל נוזל הזרימה. תנאי הזרימה וגיאומטריית הרכיב עשויים להביא להתרוממות של מערבולת זרימה אשר משפיעה על פיזור חום על פני השטח.
אנליזת מעבר חום תחת תנאים כאשר מתרחשת טרנספורמציה הדרגתית בנוזל הקירור היא מורכבת יותר וחייבים להתחשב בטווח האפקטים הקרובים לקיר אשר עולים מסוגים שונים של הרתחות. תהליכי הרתיחה הקרובים לקיר אשר משפיעים מאוד על מעבר חום מהצד אל האמצע פועלים בקנה מידה שהוא בהרבה יותר קטן מגודלו של הרכיב.

על מנת להתאים את קני המידה השונים הללו, הפיזיקות התלת מימדיות המורכבות שליד הקיר מנותחות ב- ®COMSOL Multiphysics תוך שימוש בסט של משוואות אשר נפתרות רק על קירות הרכיב. תחת תנאים אלו, אנליזה נומרית מדויקת של מעבר החום יכולה להתקבל עבור שיעורי מעבר החום השונים בתוך השלב של הנוזל או הגז והאפקט של תצורת הגז בהתנהגות הזרימה.
בפועל, כבישה במהלך טיפול בחום כוללת זרימת נוזל כפויה וכמו כן זרימת נוזל שמוצגת ע”י הטרנספורמציה ההדרגתית מנוזל לגז. כדי לספק אנליזה שלמה של תבנית הזרימה בתוך מיכל כבישה ותוצאות תפוצת החום בדגימה, האפקט של שני רכיבי נוזל הזרימה חייב להיות משולב.
תופעות פיזיקליות רבות, שונות ומגוונות, בנושא של מעבר חום מנותחות בצורה מדויקת ותואמת את המציאות בתוכנת ®COMSOL Multiphysics בעזרת סימולציות נומריות וכלים מולטיפיזיקליים מתקדמים. כך חוסכות חברות רבות ברחבי העולם משאבים אדירים של זמן וכסף, ומקבלות תוצאות בצורה וירטואלית, ללא הצורך בייצור אבי טיפוס רבים.

COMSOL Server™ – הפלטפורמה להפצה, ניהול והרצה של יישומי סימולציות

מספק לצוותי תכנון, למחלקות ייצור ולקולגות אחרות, יישומי סימולציה שנבנו ע”י מומחים.
נוצר במיוחד עבור הרצה והפצה של יישומים שנבנו ב- Application Builder, ה- ™COMSOL Server מאפשר לך לפרוס את יתרונות הסימולציה ברחבי הארגון.

COMSOL Server ™ מספק את הפלטפורמה לשיתוף יישומים שנוצרו ע”י מומחי סימולציות עם צוותי התכנון שלך, מחלקות הייצור, מעבדות הניסוי, וללקוחות וצרכנים ברחבי העולם. הקולגות שלך יכולים לגשת ולהריץ את היישומים שלך ב- ™COMSOL Server דרך דפדפנים או תוכנת לקוח המותקנת על שולחן העבודה. הממקש הרשתי של ™COMSOL Server מאפשר לך ולקולגות שלך לנהל את הגישה למגוון היישומים אותם יצרת, וכמו כן לנהל הגדרות חומרה והעדפות להרצת היישומים

חלק אינטגרלי במהלך העבודה של סימולציות, פעולות תכנון וייצור

ה- Application Builder, בונה היישומים ב- ®COMSOL Multiphysics הוא הכלי המהפכני המרחיב את רצף העבודה של הארגון בכל הקשור לבניית סימולציות, לתכנון ולייצור. הוא מאפשר למומחים בתחומי מדע והנדסה ליצור יישומים קלים לשימוש בהתבסס על הסימולציות שלהם.והוא מאפשר להם בנוסף להתפרס בקלות בארגונים, ברשתות עסקיות או במוסדות אקדמיים. ע”י הענקת גישה לסימולציות ליותר אנשים ברשת, הם מסוגלים לתרום לשיפורים הכוללים ביעילות ובאפקטיביות של התכנון.

המומחים מביאים את הידע התיאורטי ואת כוחה של הסימולציה לאופטימיזציה של תהליך התכנון. בעלי עניין אחרים יכולים אחרי כן להביא את הניסיון שלהם בבנייה או בהפעלה של תהליכים ותכנונים אלו לכל רצף העבודה ע”י שימוש ביישומים הקשורים. ®COMSOL Server מספק את המרכז המאפשר לך לשלוט בניהול ובהרצה של מגוון רחב של יישומים עבור פונקציות ואופרציות רבות בארגון שלך.

הפעל את היישומים שלך ברמה המקומית, ברשת הארגונית או בכל מקום ברחבי העולם

יישומים פועלים מתוכנת הלקוח הרזה המותקנת על שולחן העבודה שלו, אשר ניתן להוריד דרך דף ההורדות באתר של קומסול. לחילופין, היישומים שלכם יכולים לרוץ בכל הדפדפנים המוכרים, לרבות גוגל כרום, מוזילה פיירפוקס, אינטרנט אקספלורר וספארי ללא דרישה ל- plug-ins. זה מנצל WebGL, סטנדרט בתעשייה מתפתחת עבור גרפיקות 3D ו- 2D בדפדפני אינטרנט.

בעוד שה- Application Builder דורש את גרסת Windows של ®COMSOL Multiphysics על מנת לבנות יישומים, ™COMSOL Server יכול להריץ יישומים על פלטפורמות של Windows, Linux ו- Macintosh. ניתן להטמיע אותו במכונות ובציוד אשר תומכים במערכות הפעלה אלו. כיוון שאתה שולט בגישה ובשימוש של היישומים דרך מקום מרכזי אחד, שינויים ועדכונים שלהם הופכים זמינים באופן מיידי לכל המשתמשים.

COMSOL Server™ מביא את הסימולציה לקהל הרחב
COMSOL Server™ כולל בתוכו הרשאות נוחות על מנת לאפשר מקסימום גמישות בשימוש. ברגע שהתקנת את COMSOL Server™, אתה מחליט למי יש גישה ויכול להריץ יישומים עליו. זה עשוי לכלול מספר משתמשים בארגון שלך, או, אם תחפוץ בכך, ספקים, לקוחות, שותפים או צרכנים חיצוניים לארגון. באפשרותך להעניק להם גישה ליישומים שלך ולאפשר להם להריץ את היישומים על רישיון ה- ™COMSOL Server שלך מכל מקום בעולם. אתה אפילו יכול לאחסן את הרישיון שלך על ענן וירטואלי פרטי ולהשתמש בשירות הזה על מנת לסייע לך בגביית תשלומים בגין השימוש ביישומים שלך וברישיון של ™COMSOL Server.

אם היישום נוצר בעזרת שימוש באחד או יותר מממשקי הפיזיקה או המאפיינים האחרים שמגיעים עם כל אחד ממוצרי התוסף של ®COMSOL Multiphysics, היישום יוכל לעבוד רק על גרסא של
COMSOL Server™ שיש לה רישיון זהה לזה של מוצרי התוסף. באפשרותך גם להריץ עד ארבע פעילויות של יישומים על כל משתמש בו זמנית. יישומים עשויים לפעול על מספר ליבות ואשכולות, אם גודל היישום דורש כמות גדולה של זיכרון, או שמספר רב של פרמטרים נבדקים בתהליך או צריכים לעבור אופטימיזציה.

תמיד רציתם לדעת מהי תוכנה לפתרון בעיות ובניית סימולציות בשיטת אלמנטים סופיים?

תוהים כבר זמן רב מתי יש להשתמש בתוכנת סימולציה שמבוססת על שיטת האלמנטים הסופיים? הנה נפלה בחלקכם ההזדמנות לקרוא את המאמר שיענה לכם על כל השאלות בתחום. אם אחרי הקריאה עדיין ישארו לכם שאלות שלא קיבלו מענה, תמיד תוכלו למלא פרטים בטופס יצירת הקשר באתר זה של חברת נומריקל, אשר משווקת את תוכנת ®COMSOL Multiphysics, תוכנת הסימולציה לצימוד תופעות פיזיקליות ופתירת בעיות הנדסיות המובילה בעולם, שמבוססת על טכניקת האלמנטים הסופיים.

באופן כללי מרבית התוכנות של סימולציות נומריות המאפשרות בניית סימולציה להדמיות פיזיקליות עוסקות בפתרון בעיות הנדסיות בדרך של אלמנטים סופיים. בטכניקה זו מחלקים את המודל שמוצג בסימולציה לרכיבים קטנים רבים, כל אחד מהם הינו אלמנט בעל מימדים סופיים. על כל אלמנט ניתן לבצע אנליזה נומרית, לבחון פרמטרים ומשוואות, וכך למעשה לפתור את הבעיות ההנדסיות שנובעות מהאילוצים הפיזיקליים שפועלים על המודל.
אם שואלים מי עשוי להשתמש בתוכנה כזו, למעשה כיום התשובה היא שכל חברה אשר מגיעה מהעולם הטכנולוגי, מתכננת ומפתחת מוצרים מכל הסוגים, ראוי שתשתמש בתוכנת סימולציה בשיטת אלמנטים סופיים עם אנליזה נומרית. המשמעות היא עצומה, כיוון שכאשר משתמשים בתוכנה מצוינת ומובילה כמו ®COMSOL Multiphysics, אשר מאפשרת צימוד של מספר אילוצים פיזיקליים על המודל, ניתן לבחון באופן דיגיטלי פשוט ומהיר כיצד משתנה המודל – הוא למעשה המוצר אותו רוצים להביא לכדי אב טיפוס, בהתאם לכל אילוץ פיזיקלי.
מהלך העבודה עם ®COMSOL Multiphysics הוא מאוד פשוט, וחוסך אינספור משאבים של זמן, כסף וכוח אדם. ישירות אל התוכנה ניתן לייבא שרטוטים של מודלים מתוכנות שרטוט רבות. כאשר המודל מוצג בתוכנה, הממשק הידידותי מאפשר ביצוע אנליזות נומריות עבור כל אחד מהאלמנטים הסופיים במודל, תוך צימוד תופעות פיזיקליות רבות בו זמנית, ובחינת השפעתן על המודל. התוצאות שמוצגות תואמות את המציאות, הן אמינות ומדויקות, וכוללות תחומים הנדסיים רבים כגון דינמיקת זורמים, מעבר חום, שדות חשמליים ואלקטרומגנטיים, AC/DC, אקוסטיקה ועוד.