Современное программное и аппаратное обеспечение произвело революцию в работе инженеров-конструкторов и дизайнеров.
Проектирование с использованием моделирования дает множество преимуществ, в том числе:
- Ээкономия времени и денег за счет меньшего количества физических испытаний;
- Возможность быстро определить лучшие решения на старте;
- свобода экспериментировать с принципом «что, если», особенно при создании продуктов для новых рынков.
Дальнейшее внедрение моделирования предоставит инженерам-конструкторам еще больше преимуществ.
Но технологические и кадровые проблемы, привычка действовать «как обычно» не позволяют компаниям полностью реализовать потенциал методологии.
Что может изменить ситуацию? 1. Достижения в области аппаратного и программного обеспечения Вычислительные мощности становятся все более доступными, а программное обеспечение для моделирования оптимизировано, чтобы в полной мере использовать их преимущества.
Это позволяет дизайнерам воспользоваться всеми преимуществами моделирования.
Интересно, например, сравнить программное обеспечение COMSOL Multiphysicals на рабочей станции Dell Precision трехлетней давности с их сегодняшними аналогами (подробности ниже).
Оказывается, современное оборудование и программное обеспечение проводят модельные эксперименты до шести раз быстрее! 
Программное обеспечение COMSOL Multiphysical оптимизировано для поддержки новейшего оборудования.
Функция гибридного моделирования и лицензия плавающей сети позволяют выполнять рендеринг крупных проектов на стандартных рабочих станциях параллельной обработки или в многоядерных многоузловых кластерах.
Пакет программного обеспечения для мультифизического моделированияПрограммное обеспечение COMSOL предназначено для моделирования любых физических систем.COMSOL Multiphysicals включает в себя графический интерфейс пользователя (GUI) COMSOL Desktop, а также набор предварительно настроенных пользовательских интерфейсов и инструментов, предназначенных для решения распространенных задач моделирования. Дополнительные модули расширяют возможности платформы, обеспечивая моделирование в конкретных областях и интеграцию со сторонними программными пакетами. Эти модули дополняют основные физические интерфейсы COMSOL Multiphysicals, позволяя моделировать сложные электрические, механические, гидродинамические и химические явления. Для решения сложных мультифизических задач вы можете комбинировать любое количество модулей. COMSOL Multiphysicals также включает среду разработки приложений, позволяющую создавать удобные интерфейсы, делающие математическое моделирование доступным для всех в вашей организации.
|
Чтобы избежать узких мест при моделировании, требуется нечто большее, чем просто новейшее аппаратное и программное обеспечение.
Создание моделей, выполнение расчетов и анализ результатов требуют обширных знаний, которых не хватает большинству компаний.
Даже имея самые быстрые компьютеры и новейшее программное обеспечение, предприятия не могут работать без помощи экспертов.
Одним из решений проблемы является распространение нужных навыков среди широкого круга специалистов с использованием приложений, которые относительно легко освоить.
Например, технологии COMSOL Application Builder и COMSOL Server позволяют всей команде разработчиков моделировать в COMSOL Multiphysical. 
Даже сотрудники без отраслевых знаний могут решать сложные проблемы без помощи экспертов — настраивая переменные, запуская моделирование и получая необходимые ответы.
Приложения можно загружать в COMSOL Server — программу, которая позволяет запускать их из любого места в любом браузере или в специальном клиенте для настольных компьютеров.
Таким образом, Application Builder и COMSOL Server демократизируют моделирование.
Организации используют эти приложения для оптимизации исследований и разработок, расширения возможностей своих инженеров и освобождения от рутинных задач, чтобы сосредоточиться на решениях высокого уровня.
3. Распространение «модельной культуры» По мере того как сложность продукта увеличивается, а время выхода на рынок сокращается, инженеры и предприниматели готовы изменить рабочие процессы ради достижения своей основной цели — инноваций.
Тем не менее, внедрение моделирования на основе моделирования является крупным мероприятием, требующим совместных усилий руководства и сотрудников.
Менеджеры должны понимать преимущества моделирования и правильно оценивать окупаемость инвестиций в эту технологию.
Массовое внедрение моделирования позволит компаниям разрабатывать более качественные и качественные продукты, сокращать время их вывода на рынок и, соответственно, опережать конкурентов.
В настоящее время большинство инжиниринговых организаций уже не представляют, как без моделирования создавать изделия уровня выше базового.
Но до недавнего времени сложность технологии ограничивала ее использование и не позволяла полностью реализовать свой потенциал.
Программное обеспечение для моделирования с его математическими уравнениями, сложными процедурами установки и сложными пользовательскими интерфейсами долгое время оставалось на задворках инженерного дела.
Он был предназначен для небольшой группы обученных исследователей и разработчиков, которые хорошо понимали, как настраивать определенные параметры.
Программное обеспечение также имело ограниченный функционал и поэтому плохо подходило для решения многоплановых задач при создании сложных инновационных продуктов.
Аппаратные ограничения
Объем моделирования еще больше сузился, когда дело дошло до технических требований для анализа методом конечных элементов (FEA) и вычислительной гидродинамики (CFD).Старым рабочим станциям не хватало мощности для адекватного управления сложными моделями и процессами, требующими больших вычислительных ресурсов.
Таким образом, нехватка квалифицированных специалистов и недостаточная мощность рабочих станций уже давно не позволяют организациям использовать весь потенциал моделирования.
Но сегодня препятствия устранены.
Эту технику могут использовать практически все дизайнеры — особенно на ранних этапах, когда она оказывает наибольшее влияние на результат. Вовлечение всей команды в моделирование на всех этапах работы позволяет получить максимальный результат. 
Широкое использование моделирования (особенно при проектировании и разработке) поощряет итеративный подход к работе и позволяет организациям рассматривать больше альтернатив.
Кроме того, снижается зависимость от дорогих физических прототипов и появляется возможность быстро определять оптимальные конструкции.
Компьютерное моделирование или физическое тестирование?Компьютерное моделирование различных физических процессов существенно ускоряет процесс разработки изделий и позволяет существенно сэкономить на сборке тестовых моделей.С помощью современных вычислительных мощностей и программного обеспечения инженеры могут моделировать работу отдельных узлов и агрегатов сложных систем и, как следствие, сократить объем физических испытаний, необходимых перед запуском нового продукта. Отрасль сталкивается с такими проблемами, как время на разработку нового продукта и стоимость разработки. А в автомобильной и аэрокосмической промышленности без моделирования практически невозможно обойтись. Это помогает существенно ускорить разработку и снизить затраты. Появление современных вычислительных систем, способных моделировать динамические свойства объектов при различных воздействиях, отодвинуло на второй план модернизацию физических испытательных стендов, а также разработку методов испытаний. Многие организации стараются выбирать моделирование, поскольку оно минимизирует затраты и время на разработку. Однако в некоторых исследованиях точный ответ может дать только процесс физического тестирования продукта.
|
Ээволюция: твердая и мягкая
Производители и специалисты приложили немало усилий, чтобы преимущества моделирования при создании проектов стали доступны широкому кругу специалистов.Однако сейчас организации только начинают получать выгоду от массового внедрения этой технологии.
Этому способствуют достижения во многих технологических областях и широкое их применение на практике.
Мощные процессоры, высокопроизводительные твердотельные накопители (SSD) и большой объем памяти позволяют современным рабочим станциям успешно справляться с крупномасштабными рабочими нагрузками.
Здесь возможности параллельной обработки данных используются на новом уровне.
Снижение цен на рабочие станции сделали их доступными широкому кругу пользователей.
Теперь компании могут значительно увеличить свою вычислительную мощность при тех же инвестициях.
Достижения в области высокопроизводительных вычислений (HPC) могут решить проблемы моделирования, которые слишком сложны для средней рабочей станции.
Сегодня компании имеют доступ к кластерным технологиям.
Ведущее программное обеспечение для моделирования сертифицировано для работы в кластерах HPC, а программное обеспечение следующего поколения упрощает управление этим оборудованием.
Программное обеспечение для моделирования также значительно изменилось за последние годы.
Новые интуитивно понятные пользовательские интерфейсы сглаживают технологическую сложность, а сами приложения стали намного мощнее и в то же время проще в настройке.
Поставщики программного обеспечения для моделирования активно работают над сертификацией.
Они оптимизируют программы, чтобы использовать все возможности современной рабочей станции: многоядерность, обновленный набор команд, более быстрые твердотельные накопители.
Параллельная обработка данных и многопоточная работа позволяют решать сложные задачи гораздо быстрее и точнее.
Машина времени: с 2012 по 2015 год.
На фоне столь радикальных изменений мы рассмотрели результаты повышения производительности оборудования и обновления программного обеспечения до последней версии.В качестве примера мы сравнили современную конфигурацию рабочей станции Dell и последнюю версию COMSOL Multiphysicals с теми же продуктами трехлетней давности.
Среднестатистическая компания оценивает свою способность обновлять аппаратное и программное обеспечение каждые три года.
Для этого ее руководство анализирует формальную рентабельность инвестиций (ROI).
Давайте сравним последнюю версию программного обеспечения COMSOL Multiphysicals на современной рабочей станции с аппаратным и программным обеспечением, которое было стандартным три года назад. В частности, давайте посмотрим, сколько времени занимает создание разных моделей на рабочей станции Dell Precision T3500 и рабочей станции текущего поколения Dell Precision Tower 7810. Станция Dell Precision T3500 оснащена одним процессором Intel Xeon W3505 с тактовой частотой 2,53 ГГц, двумя ядрами, 12 ГБ оперативной памяти и жестким диском на 300 ГБ.
Он работает под управлением Windows 7 Pro и использует COMSOL Multiphysicals 4.2.0.288. Современная рабочая станция Dell Precision Tower 7810 оснащена двумя процессорами Intel Xeon E5-2687W v3, работающими на частоте 3,1 ГГц и использующими 20 ядер.
Система оснащена 64 ГБ оперативной памяти, SCSI-накопителем емкостью 500 ГБ и твердотельным накопителем Samsung SS85 SSGB емкостью 512 ГБ.
Интерфейс MPI обеспечивает поддержку гибридной параллельной обработки кластерного типа.
Программное обеспечение по-прежнему Windows 7 Pro (поэтому наше сравнение будет объективным), но установлена последняя версия COMSOL — 5.0.1.276. Мы рассмотрели различные типы моделей, чтобы понять, какие преимущества COMSOL может дать новому оборудованию.
- 3D-взаимодействие жидкости со структурой (трехмерная модель взаимодействия жидкости со структурой), в которой задействованы ламинарный поток и структурная механика.
- Тонпильц Пьезопреобразователь (модель пьезопреобразователя Тонпильц), требующий параметрического исследования.
- Алюминиевая экструзия (модель экструзии алюминия), сочетающая в себе структурную механику, ламинарный поток и теплообмен.
- Электрический переключатель (модель электрического переключателя), в котором задействованы структурная механика, электрический ток и теплопередача.
Для нашего теста мы использовали:
| Аппаратная платформа | Рабочая станция Dell Precision T3500 (выпущена 3 года назад) | Современная рабочая станция Dell Precision Tower 7810 |
| Процессор | Процессор Intel Xeon W3505, 2,53 ГГц | Два процессора Intel Xeon E5-2687W v3, каждый с тактовой частотой 3,1 ГГц.
|
| Количество ядер | 2 | 20 |
| БАРАН | 3x4 ГБ | 4x16 ГБ |
| Хранилище | SATA-жесткий диск 300 ГБ | SCSI HDD 500 ГБ, твердотельный накопитель (SSD) Samsung SM841N |
| Программное обеспечение | ОС Windows 7 Pro; COMSOL Мультифизика 4.2.0.288 | ОС Windows 7 Pro; COMSOL Мультифизика 5.0.1.276 |
| ИМБ | — | Применяется для гибридной параллельной обработки данных.
|
Результаты симуляции
Моделирование физических процессов на рабочих станциях за три года существенно продвинулось вперед – и по размеру моделей, и по их сложности, и, конечно же, по скорости работы.Dell Precision Tower 7810 обеспечивает производительность до шести раз выше (в зависимости от типа модели и области физики) благодаря гораздо большему количеству ядер и памяти, параллельной обработке и возможностям гибридного моделирования в последней версии COMSOL. Например, работа с моделью Aluminium Extrusion с 4,23 миллионами степеней свободы три года назад занимала 920 секунд, а сейчас — всего 153 секунды: в шесть раз меньше.
Трехмерная модель взаимодействия жидкости и конструкции с 290 000 степенями свободы на Dell Precision T7810 и COMSOL 5.0.1.276 была обработана за 906 секунд по сравнению с 4617 секундами на Dell Precision T3500 и COMSOL 4.2.0.288. Это пятикратное увеличение скорости.
Модель электрического переключателя теперь обрабатывается в четыре раза быстрее — за 255 секунд вместо 1028. Модель пьезопреобразователя Tonpilz с 56 000 степенями свободы показала более скромные результаты из-за своих небольших размеров.
Однако на новом оборудовании с использованием последней версии COMSOL скорость выросла более чем вдвое: 209 секунд по сравнению с 481 секундой на оборудовании и программном обеспечении трехлетней давности.
«Эксплуатация старых рабочих станций или версий программного обеспечения — обычное дело для компаний с ограниченным бюджетом.
Но на самом деле они теряют больше, пытаясь моделировать устаревшие ресурсы, которые не успевают за растущими размерами и сложностью проектов.
Достижения в области аппаратного обеспечения за последние три года помогли значительно увеличить объемы моделирования и скорость обработки данных.
Современные рабочие станции оснащены процессорами с большим количеством ядер, что позволяет использовать их для параллельной обработки — опция, которая была доступна только в кластерах три года назад. Современное программное обеспечение для моделирования имеет автоматическую поддержку нескольких ядер и возможности параллельной обработки.
Раньше изменения приходилось вносить вручную специально обученному специалисту для настройки программного обеспечения параллельной обработки на конкретной платформе.
Задача: Алюминиевая экструзия Количество степеней свободы: 4 235 000 Области физики: взаимодействие строительной механики, ламинарного течения и теплопередачи Время решения
Рабочая станция и программное обеспечение трехлетней давности: 920 сек.
Современная рабочая станция и текущая версия программного обеспечения : 153 сек.
Прирост скорости: 6,01 раз 
Задача: 3D-взаимодействие жидкости и конструкции Количество степеней свободы: 290 000 Области физики: тесное взаимодействие между ламинарным потоком и строительной механикой Время решения
Рабочая станция и программное обеспечение трехлетней давности: 4617 сек.
Современная рабочая станция и текущая версия программного обеспечения: 906 сек.
Прирост скорости: 5,1 раза 
Задача: Мультифизический электрический переключатель Количество степеней свободы: 115 000 Области физики: тесное взаимодействие строительной механики, электрического тока и теплопередачи Время решения
Рабочая станция и программное обеспечение трехлетней давности: 1028 сек.
Современная рабочая станция и текущая версия программного обеспечения: 255 секунд Прирост скорости: 4,03 раза 
Задача: Тонпильц Пьезопреобразователь Количество степеней свободы: 56 000 Области физики: параметрическое исследование взаимодействия акустической конструкции с пьезоэлектрическим преобразователем Время решения
Рабочая станция и программное обеспечение трехлетней давности: 481 секунда Современная рабочая станция и текущая версия программного обеспечения: 209 сек.
Прирост скорости: 2,3 раза
Рабочая станция Dell Precision Tower 7810
Последнее поколение рабочих станций Dell Precision. включает в себя Dell Precision Tower 7810 с двумя процессорами Intel Xeon E5-2600 v3 (до 18 ядер каждый), новейшие видеокарты NVIDIA Quadro и AMD FirePro, а также до 256 ГБ системной памяти с инновационной технологией DDR4 RDIMM. Специальная конструкция шасси упрощает доступ к компонентам системы и упрощает модернизацию.Опции Dell Tower 7810 включают твердотельный накопитель PCIe с активным охлаждением, который работает до 180 % быстрее, чем традиционный твердотельный накопитель SATA. Также доступны варианты с традиционным жестким диском.
Такая конфигурация практически не оказывает влияния на производительность: программные решения Intel CAS-W обеспечивают скорость ввода-вывода, сравнимую с твердотельным накопителем по цене обычного HDD. Станции Dell Precision сертифицированы независимыми поставщиками программного обеспечения, что обеспечивает бесперебойную работу всех популярных приложений для проектирования.
Программное обеспечение Dell Precision Optimizer повышает производительность системы, автоматически настраивая ее для запуска любой программы с максимальной скоростью.
Dell Precision 7810 также предлагает решения безопасности: шифрование, расширенную аутентификацию и защиту от вредоносного ПО.
В следующей статье мы подробнее рассмотрим, какие задачи проектирования компании решают на рабочих станциях Dell, как они используют моделирование и каких результатов с его помощью достигают. Теги: #Компьютерное оборудование #Dell #Настольные компьютеры #рабочая станция #precision
-
Как Начать Бизнес По Ремонту Ноутбуков
19 Oct, 24 -
Новые Gtld – Середина 2008 Г.
19 Oct, 24 -
Опасный Прецедент
19 Oct, 24 -
Демонстрация Svg/Smil "Doc"
19 Oct, 24
