Моделирование в инженерной сфере позволяет дизайнерам создавать, тестировать и пересматривать идеи со скоростью и сложностью, невозможными с помощью одних только традиционных средств. Точно так же, как моделирование позволило быстрее и более расчетливо разрабатывать продукты в различных отраслях, его собственная эволюция является быстрой и важной для понимания. Текущее состояние моделирования в инженерной сфере определяется его растущей ролью и исчезновением ограничений. В будущем моделирования, вероятно, произойдет аналогичный взрыв возможностей, масштабов и масштабов автоматизированного проектирования (CAE).
CAE-моделирование и его ограничения
В годы своего становления в 80-х и 90-х годах моделирование использовалось почти исключительно для проверки проекта. Это не означает преуменьшения важности этих возможностей: моделирование дало беспрецедентные ответы на инженерные вопросы сложных систем, одновременно сократив затраты на проверку жизнеспособности деталей. Первоначально оно было сосредоточено на механических взаимодействиях, но быстро расширилось до гидродинамики, формирования материалов, электромагнетизма и многого другого. С помощью этой технологии инженеры могли прогнозировать поведение конструкции на основе огромного количества наложенных ограничений и оптимизировать конечный продукт путем виртуальных проб и ошибок, а не участвовать в деструктивных испытаниях в реальной жизни.
Основным ограничивающим фактором этих возможностей была доступная в то время вычислительная мощность. С экспоненциальным ростом вычислительной мощности, а также с улучшением численных схем и улучшением физического моделирования (благодаря физической теории, инженерному таланту и возможностям программного обеспечения) возможности моделирования резко возросли.
Моделирование сегодня
Это подводит нас к текущему состоянию моделирования. Мы можем обрабатывать больше вариантов данной системы с помощью автоматизированной оптимизации конструкции и гораздо более сложных моделей. Мультифизика вышла из исключительной сферы научных кругов и стала рабочим инструментом, используемым в различных отраслях.
Расширение скорости и возможностей привело к тому, что моделирование вышло за рамки проверки проекта. CAE используется в большем количестве областей жизненного цикла продукта, чем когда-либо прежде. В начале, чем раньше будут обнаружены проблемы, тем дешевле и быстрее можно будет внести изменения.
В настоящее время моделирование играет важную роль в оптимизации производственных процессов. Современные инструменты позволяют лучше прогнозировать процессы ковки, литья, литья под давлением и многое другое. Хотя эти возможности существуют уже некоторое время, усовершенствования в технологиях и инженерных практиках позволили моделированию играть более важную роль во всем производственном процессе.
Даже после того, как продукт начал свою эксплуатацию у клиента, CAE позволяет лучше оценить техническое обслуживание и ремонт, которые потребуются конструкции. Моделирование позволяет инженерам лучше прогнозировать, что может выйти из строя в первую очередь, и создавать графики технического обслуживания для устранения проблем. Будущему пользователю могут быть даны оперативные рекомендации на основе прогноза, предоставленного программой CAE.
Будущее моделирования в инженерии
Будущее CAE светлое. Точно так же, как более быстрые и интеллектуальные процессы позволили расширить роль моделирования, будущие технологии и тенденции открывают новые возможности для моделирования в технике.
Модельно-ориентированное проектирование
Моделирование на основе моделей все более последовательно внедряется в производственном пространстве во всех отраслях. 3D-модели предлагают упрощенный и унифицированный метод обмена информацией между заинтересованными сторонами. Предоставляемые ими данные улучшают глобальное сотрудничество и усилия по оптимизации, а 3D-модель служит источником всех видов производственной и проектной информации.
Этот пакет данных уже включает метаданные, саму модель, информацию о проверке и многое другое. Хотя иногда они и присутствуют, следующим шагом в проектировании на основе моделей является включение данных CAE: ограничения CAE и результаты моделирования должны быть частью передаваемого пакета данных.
Интеграция возможностей CAE в приложения моделирования также может помочь устранить некоторые препятствия, возникающие при передаче данных в отдельное специализированное приложение для моделирования.
Необходимое обсуждение ИИ
Вряд ли за последние несколько лет была опубликована статья о «будущем» или прогнозах, в которой ИИ не упоминался бы в том или ином качестве, и эта ситуация не станет исключением. Искусственный интеллект никуда не денется, в этом нет никаких сомнений, но его роль в моделировании и инженерии в целом еще далека от четкого определения.
Захватывающая перспектива заключалась в том, что технологии глубокого обучения стали достаточно умными, чтобы решать большие категории проблем в обобщенных обстоятельствах. Возможно, основные проблемы, связанные с уравнениями в частных производных, можно было бы решить за долю времени, которое требуется сейчас.
Еще один аспект ИИ в CAE — использование генеративного проектирования для создания моделей и полезность ИИ для консолидации таких решений. Генеративное проектирование будет и дальше позволять инженерам создавать сотни или тысячи итераций моделируемого продукта. ИИ, скорее всего, станет жизненно важным инструментом в управлении этими вариациями, чтобы как можно быстрее получить желаемые результаты.
Удаленное проектирование
Удаленное проектирование не является новой концепцией, и огромная часть проектирования по-прежнему выполняется в настольных приложениях. В прошлом удаленные рабочие столы представляли собой имитацию настоящих веб-приложений CAE. За последнее десятилетие произошло значительное расширение реальных веб-приложений CAE, при этом проектирование и CAE переместились в облако. Произошёл и будет продолжаться переход от использования кластеров частных серверов к коммерческим предложениям, таким как AWS, Azure, Google Cloud и другим.
Какая бы технология ни использовалась, удаленные инженеры предлагают способ централизовать данные и опыт, одновременно сокращая накладные расходы на ИТ. Ресурсы становятся более гибкими, а потенциал сотрудничества расширяется. То, как это будет принято, зависит от культуры организации, опыта пользователей и связанных с этим затрат.
Квантовые вычисления: далекое будущее?
Возможно, это слишком далеко, чтобы сейчас обсуждать это подробно, но мощь и потенциал квантовых вычислений открывают заманчивые перспективы для индустрии 3D-моделирования. Как мы видели, устранение технических ограничений приводит к тому, что CAE имеет тенденцию к взрывному росту функциональности, масштабов и влияния на отрасли, которых оно касается. Предсказать точный результат этой технологии сложно, но если она сможет выполнить свои обещания, возможные инженерные применения будут захватывающими.