仿真 App 让更多人受益于仿真工作

建立与共享仿真 App ,使工程师、同事和 客户等协作者均可参与到建模工作中。很多公司和机构因此而受益。

作者 Thomas Forrister
2019 年 7 月

仿真软件是一个非常强大的工具。它可以在制作原型机之前,利用计算机研究产品中的物理现象,并预测其工作状态,因此,能够帮助用户节省大量的研发时间和资金。然而,计算机建模工作通常由仿真专业人员完成,这限制了公司内部的研发资源及研发成果。虽然团队其他成员可能并不是专业的仿真人员,但他们对产品的研发、设计和制造流程有着宝贵的见解。因此,让他们参与到仿真工作中非常有必要。

与迭代更新产品原型的产品开发模式相比,在产品开发中应用多物理场仿真并扩大其使用范围,能够帮助企业以更快、更低的成本将更高质量的产品推向市场。

创建和分发仿真 App,不仅使仿真工作变得简单,也可以让非专业人员参与到仿真工作中。这样可以打破企业组织内部障碍,为合作沟通、结果预测、产品创新和优化提供更多的拓展空间。例如,VerystEngineering、AltaSim Technologies 和 GLL Bio-Med Analytics 等三家公司通过创建和分发仿真 App,使客户的设计工作流程变得更加高效。

轻松完成仿真 App 的创建与分发

借助仿真 App,任何人都可以在没有仿真专业人员的帮助下进行参数测试。即使是没有工程背景的客户或同事,也可以满怀信心地做出快速、明智的决策,这样也能使团队的协同工作更加高效。

简要介绍创建仿真 App的工作流程:首先,仿真专家在 COMSOL® 多物理场仿真软件中创建模型,然后使用软件中的 “App 开发器”将模型转换为仿真 App。在 “App 开发器”的界面上进行简单的拖拽操作,数分钟内即可完成仿真 App 的创建,得到一个具有参数输入和输出功能的定制界面。终端用户在使用仿真 App 时仅需关注与其工作相关的模型参数即可。

“仿真 App 的开发过程非常简单,对用户也十分友好。”来自 Veryst Engineering 公司的 Nagi Elabbasi 说道。Veryst 公司是一家专业提供仿真技术咨询的企业。同时,“仿真 App 具有很多功能,而对于 Veryst 公司而言,这些仿真 App 也是一种很好的营销工具。” Elabbasi 解释说,“仿真 App 中提供了大量的 Java® 功能” 。这意味着 Veryst 的研发人员可以将仿真 App 与公司的材料库 PolyUMod 软件相链接,从而使客户开发更高级的应用程序。

图 1 用户可以通过 COMSOL Server™ 访问仿真 App,并在网页浏览器或客户端上运行它们。
图 2 COMSOL Server™ 可以用来管理仿真 App 及其使用情况。.

App 创建者可以通过两种方法共享仿真 App :将仿真 App 编译成独立的可执行文件,或通过 App 管理工具将仿真 App 分发给合作者。正如软件名称所标识的那样,COMSOL Compiler™ 用于创建编译仿真 App,生成的应用程序可在无 COMSOL 多物理场仿真软件许可证的 Windows®、Linux® 或 macOS 系统上运行。如果仿真 App 的创建者需要上传、管理 App,并允许其他用户通过网页浏览器或客户端运行仿真 App,则需要 COMSOL Server™(图 1 -图 2)来完成。

将仿真 App 作为解决方案

顾问们会以何种方式使用仿真 App,通常取决于他们面对的客户需求。例如,GLL 公司向没有物理背景的客户介绍如何利用仿真 App 开展分析工作,收到了客户的积极反馈。GLL 公司的 GaryLong 说:“当客户意识到他们可以开展自己的仿真工作并能够获得结果时,他们会迸发出各种创意和想法。”

有时客户在使用模型后,才能发现仿真 App 为他们开启了很多的可能。根据 Veryst 公司的经验,客户将意识到“模型为什么对他们有用,然后再希望在公司内部使用,最终他们会看到仿真 App 所带来的各种可能性。”Elabbasi说 道。他 还 补充 到,越多人具有使用仿真App 的意识,越能更早的在与客户的合作中引入仿真 App。

而在 AltaSim 公司,顾问们通常会在充分了解客户需求之后,再让仿真 App 发挥作用。AltaSim 公司的 Kyle Koppenhoefer说:“我们与客户进行了大量的探讨,以了解他们正在寻找的是什么。如果能找到一些关键参数,我们就会建议使用仿真 App。”

构建专业仿真 App 满足客户各种需求

即使是最复杂的模型,也可以转换为易于使用的仿真 App。Veryst 公司的客户使用仿真 App 对设计变化进行模拟,并开展参数研究和灵敏度分析。“这样一来,客户不需要关心仿真设置,只需要专注于能够改善产品品质的核心技术就可以了。”Elabbasi 说。还有一些 Veryst 的客户只是将仿真 App 用作交互式模型阅读器,他们通过仿真App 将模型结果以三维的形式展示,包括模型在旋转时不同横截面或不同时间的结果等(图 3)。这有助于他们更好地理解模型的结果。

图 3 弹簧计算器仿真 App。 图片由 Veryst Engineering 公司提供。

通过将仿真 App 共享给其他团队,组织内部的仿真专家能够专注于更高级的建模项目。Koppenhoefer 表示,仿真 App可以让现场工程师更好地了解他们的设计是如何运作的,从而能够更好地做出设计决策。

AltaSim 公司则利用仿真 App 帮助客户减少了更改方案的次数。例如,由于温度和流速等一些因素是变化的,要准确预测设备的真实情况十分困难,因此设计方案必须不断地反复更改,而使用仿真 App 则可以大大减少修改次数。来自不同专业的工程师可以根据自己的需要,利用仿真 App 不断展开测试,直到满意为止,这无疑提高了生产效率和收益(图 4)。

图 4 为便于使用,创建仿真 App 时可以包含有限的输入参数(左)和输出结果(右)。 图片由 AltaSim Technologies 公司提供。

GLL 公司的许多客户都是医疗设备领域的初创公司,因此经常会开展特有实验。GLL 公司对这些实验进行仿真,向客户证明建模的准确性。“让客户看到仿真结果并将它们与实验结果进行比较,是一项非常有说服力的工作”,Long 解释说。在此基础上,他们利用经过验证的模型创建仿真 App,使得仿真工程师、App 用户和其他团队成员(通常是医生)能够通过相同的界面,看到实时、可视化的仿真结果。

图 5 一个仿真 App 可进行两种仿真:GLL 公司的 Gary Long 创建的热性肿瘤和非热性肿瘤的消融 App。图片由 GLL 公司提供。

GLL 公司创建了一个医疗设备仿真 App(图 5),用来模拟热性肿瘤和非热性肿瘤的消融情况。在仿真 App 的帮助下,工程师设计了这样一款设备:它不仅能消融癌细胞,还可将消融区域可视化,甚至可以导入特定组织结构的 MRI 和 CT 扫描结果。仿真 App 的用户界面包含一系列菜单,便于用户轻松选择要研究的内容。例如,由于温度和热坏死区域与时间相关,因此用户可以指定一个时间,查看在这一时间点由于热量或温度造成的坏死情况(图 6)。仿真 App 中包含三个输入参数:热电压、非热电压和电极间距。其中电流图可以通过实验电流获得,因此用户可以轻松地验证仿真结果。

图 6 一款可供用户研究热性肿瘤和非热性肿瘤坏死区域的医疗设备仿真 App。图片由 GLL 公司提供。

合作促进创新

正如以上三位仿真专业人员所言,越来越多的人开始使用仿真 App。COMSOL 多物理场仿真软件中的 App 开发器使得创建仿真 App 成为一项十分简单的工作,短短几分钟即可完成 App 创建。COMSOL Server 和 COMSOL Compiler 则帮助开发者将 仿真 App 共享给大家。仿真 App 使参与仿真工作的门槛变低了,也使得仿真专家、研究人员、工程师和客户可以共同合作完成产品的研发和创新。