الوضع الحالي والمستقبلي للمحاكاة ثلاثية الأبعاد في الهندسة

انضم إلى منتدى المصممين

خبرتك ضرورية للمجتمع. انضم إلينا وساهم بمعرفتك

شارك وتعلّم وتقدّم مع أفضل المحترفين في هذا المجال

تعمل المحاكاة في المجال الهندسي على تمكين المصممين من إنشاء الأفكار واختبارها ومراجعتها بسرعة وتعقيد لا يمكن تحقيقهما بالوسائل التقليدية وحدها. وكما أتاحت المحاكاة تطويرًا أسرع وأكثر دقة للمنتجات عبر الصناعات، فإن تطورها سريع وحاسم لفهمه. يتم تحديد الحالة الحالية للمحاكاة في الفضاء الهندسي من خلال دورها المتوسع والقيود المتبخرة. من المرجح أن يشهد مستقبل المحاكاة انفجارًا مماثلاً في قدرات الهندسة بمساعدة الكمبيوتر (CAE) وحجمها ونطاقها.

محاكاة CAE وقيودها

في سنوات تكوينها في الثمانينيات والتسعينيات، تم استخدام المحاكاة بشكل حصري تقريبًا للتحقق من صحة التصميم. وهذا لا يعني التقليل من أهمية هذه القدرات: فقد قدمت المحاكاة إجابات لا مثيل لها على الأسئلة الهندسية للأنظمة المعقدة مع تقليل التكاليف لاختبار صلاحية الأجزاء. في البداية، ركز هذا على التفاعلات الميكانيكية ولكنه توسع بسرعة ليشمل ديناميكيات الموائع، وتشكيل المواد، والكهرومغناطيسية، وأكثر من ذلك بكثير. وباستخدام هذه التكنولوجيا، يستطيع المهندسون التنبؤ بسلوك التصميم بناءً على مجموعة كبيرة من القيود المفروضة وتحسين المنتج النهائي من خلال التجربة والخطأ الافتراضيين بدلاً من الانخراط في اختبارات مدمرة على أرض الواقع.

وكان العامل المحدد الرئيسي لهذه القدرات هو قوة المعالجة المتاحة في ذلك الوقت. ومع الزيادة الهائلة في القدرة الحاسوبية، إلى جانب المخططات العددية المحسنة والنمذجة الفيزيائية الأفضل (من خلال النظرية الفيزيائية، والموهبة الهندسية، والقدرة البرمجية)، تفجرت إمكانيات المحاكاة.

محاكاة اليوم

وهذا يقودنا إلى الوضع الحالي للمحاكاة. يمكننا معالجة المزيد من الاختلافات في نظام معين من خلال تحسين التصميم الآلي ونماذج أكثر تعقيدًا. لقد تركت الفيزياء المتعددة المجال الأكاديمي الحصري وأصبحت أدوات عمل مستخدمة في مختلف الصناعات.

أدى التوسع في السرعة والقدرة إلى خروج المحاكاة من مربع التحقق من صحة التصميم. يتم استخدام CAE في مجالات أكثر من دورة حياة المنتج أكثر من أي وقت مضى. في البداية، كلما تم اكتشاف المشكلات المبكرة، أصبح من الممكن إجراء مراجعات أرخص وأسرع.

تلعب المحاكاة الآن دورًا حاضرًا دائمًا في تحسين عمليات التصنيع. تتيح الأدوات الحديثة تنبؤات أفضل للتزوير والصب والقولبة بالحقن وغير ذلك الكثير. على الرغم من أن هذه القدرات موجودة منذ فترة، إلا أن التحسينات في التكنولوجيا والممارسات الهندسية سمحت للمحاكاة بلعب دور أكثر حيوية عبر عملية الإنتاج بأكملها.

حتى بعد أن يبدأ المنتج حياته مع العميل، تسمح CAE بتقديرات أفضل فيما يتعلق بالصيانة والإصلاحات التي سيحتاجها التصميم. تسمح المحاكاة للمهندسين بالتنبؤ بشكل أفضل بما يحتمل أن يتعطل أولاً، وإنشاء جداول الصيانة للتخفيف من حدة المشكلات. يمكن تقديم المشورة التشغيلية للمستخدم النهائي، بناءً على التوقعات المقدمة من برنامج CAE.

مستقبل المحاكاة في الهندسة

مستقبل CAE مشرق. وبنفس الطريقة التي مكنت العمليات الأسرع والعمليات الأكثر ذكاءً المحاكاة من توسيع دورها، فإن التكنولوجيا والاتجاهات القادمة توفر إمكانيات جديدة للمحاكاة في الهندسة.

الهندسة القائمة على النموذج

يتم تنفيذ الهندسة القائمة على النماذج بشكل أكثر اتساقًا في مجال التصنيع عبر الصناعات. تقدم النماذج ثلاثية الأبعاد طريقة مبسطة وموحدة لمشاركة المعلومات بين الأطراف المعنية. تعمل البيانات التي تقدمها على تحسين التعاون العالمي وجهود التحسين، حيث يعمل النموذج ثلاثي الأبعاد كمصدر لجميع أنواع معلومات التصنيع والتصميم.

تتضمن حزمة البيانات هذه بالفعل بيانات التعريف والنموذج نفسه ومعلومات الفحص والمزيد. على الرغم من وجودها في بعض الأحيان، فإن الخطوة التالية للهندسة القائمة على النماذج هي تضمين بيانات CAE: يجب أن تكون قيود CAE ونتائج المحاكاة جزءًا من حزمة البيانات التي يتم تمريرها.

يمكن أن يساعد أيضًا دمج قدرات CAE في تطبيقات النمذجة في إزالة بعض المطبات السريعة التي تأتي مع نقل البيانات إلى تطبيق محاكاة منفصل ومتخصص.

مناقشة الذكاء الاصطناعي المطلوبة

لا يكاد يكون هناك “مستقبل” أو تنبؤات للنشر في السنوات القليلة الماضية لا تذكر الذكاء الاصطناعي بشكل ما، ولن يكون الأمر مختلفًا. الذكاء الاصطناعي موجود ليبقى، وهذا ليس موضع شك، لكن دوره في المحاكاة والهندسة ككل لا يزال بعيدًا عن التحديد الواضح.

ومن بين الاحتمالات المثيرة للاهتمام أن تصبح تقنيات التعلم العميق ذكية بما يكفي للتعامل مع فئات كبيرة من المشكلات في الظروف العامة. ربما يمكن حل مشكلات المعادلات التفاضلية الجزئية الأساسية في جزء صغير من الوقت الذي تستغرقه حاليًا.

جانب آخر من الذكاء الاصطناعي في CAE يأتي باستخدام التصميم التوليدي لإنشاء النماذج، وفائدة الذكاء الاصطناعي لتعزيز مثل هذه الحلول. سيستمر التصميم التوليدي في السماح للمهندسين بإنشاء مئات أو آلاف التكرارات للمنتج المراد محاكاته. من المرجح أن يكون الذكاء الاصطناعي أداة حيوية في التنقل بين هذه الاختلافات للحصول على النتائج المرغوبة في أسرع وقت ممكن.

الهندسة عن بعد

الهندسة عن بعد ليست مفهومًا جديدًا ولا يزال جزء كبير من الهندسة يتم على تطبيقات سطح المكتب. في الماضي، كانت أجهزة سطح المكتب البعيدة بمثابة تقليد لتطبيقات CAE الحقيقية المستندة إلى الويب. شهد العقد الماضي توسعًا كبيرًا في تطبيقات الويب CAE الحقيقية، مع انتقال الهندسة وCAE إلى السحابة. لقد كان هناك، وسيظل، تحولًا بعيدًا عن استخدام مجموعة الخوادم الخاصة إلى العروض التجارية مثل AWS وAzure وGoogle Cloud والمزيد.

مهما كانت التكنولوجيا المستخدمة، يقدم المهندسون عن بعد طريقة لمركزة البيانات والخبرة، مع تقليل النفقات العامة لتكنولوجيا المعلومات. تصبح الموارد أكثر مرونة، وتتوسع إمكانات التعاون. تعتمد كيفية اعتماد ذلك على ثقافة المنظمة وتجربة المستخدم والتكاليف المرتبطة بها.

الحوسبة الكمومية: المستقبل البعيد؟

ربما يكون الأمر بعيدًا جدًا للمناقشة بعمق الآن، لكن قوة وإمكانات الحوسبة الكمومية توفر آفاقًا محيرة لصناعة المحاكاة ثلاثية الأبعاد. كما رأينا، فإن إزالة القيود الفنية تجعل CAE تميل إلى التوسع في وظائف ونطاق وتأثير الصناعات التي تمسها. من الصعب التنبؤ بالنتيجة الدقيقة لهذه التكنولوجيا، ولكن إذا تمكنت من الوفاء بوعدها، فإن التطبيقات الهندسية المحتملة ستكون مثيرة.

انضم إلى منتدى المصممين

خبرتك ضرورية للمجتمع. انضم إلينا وساهم بمعرفتك

شارك وتعلّم وتقدّم مع أفضل المحترفين في هذا المجال