מדוע תעשיית ההיי-טק זקוקה לסימולציות מולטיפיזיקליות?

תעשיית ההיי-טק נעה במהירות וממציאה את עצמה מחדש ללא הרף. חידושים כמו ציוד לביש, VR/AR רשתות אלחוטיות פרטיות, 5G ובקרוב גם 6G, מציבים את היצרנים, המעוניינים להישאר תחרותיים, מול אתגרים משמעותיים. מידול וסימולציה (MODSIM) עם גישת מולטיפיזיקה הם כלים חיוניים מול אתגרים אלה.

על ידי הדמיית תאום וירטואלי של המכשיר, מהנדסים יכולים לנתח את הביצועים של עיצוב מסוים – ללא העלויות הכרוכות בבנייה ובדיקה של אבטיפוס פיזי

לכווץ את הכאבים – האתגרים שתעשיית ההיי-טק מתמודדת איתם

תעשיית ההיי-טק בנויה על מורכבות. יותר ויותר ביצועים ופונקציונליות נארזים לתוך מכשירים קטנים יותר וקלים יותר. בגלל המורכבות הזו, הסיכוי לכישלון גדל, וישנה חשיבות גדולה במיוחד להביא את האבטיפוס הראשון לעבוד בפעם הראשונה. בכל מקרה אחר, יהיה קשה לזהות את הגורם לבעיה, לא כל שכן לתקן אותה.

מכשירים לבישים, כמו שעונים חכמים, מכשירי מציאות מדומה (VR) ואוזניות מציאות רבודה (AR) מייצרים אתגר מיוחד עבור היצרנים, שצריכים למצוא פתרונות חדשניים כדי למזער את הגודל והמשקל. כל האנטנות השונות – Bluetooth ,5G ,GPS – נמצאות באינטראקציה קבועה עם הסביבה שבה הלקוח נמצא, כדי לספק נתונים, והאתגר הוא לארוז את כל הטכנולוגיה הזו בצורה שהכל יעבור באופן אמין.

הסוללה, למשל, היא אחד המרכיבים הכי תובעניים מבחינת שטח, לכן אופטימיזציה של הגודל שלה היא מן הסתם קריטית.

כשכל מכשיר מורכב מכל כך הרבה חלקים, האתגר הוא למצוא את הפשרה הטובה ביותר, שמאזנת מדדי KPI השונים. לשינוי המשפר את הביצועים של תת-מערכת אחת יכולה בקלות להיות השפעה שלילית על אחרת, אך קשה לכמת את האינטראקציות בין רכיבים ותתי-מערכות שונים. בכל מקרה, יש לחץ רב לספק במהירות עיצובים אופטימליים  – וזאת כדי להישאר תחרותיים ולהביא מוצרים לשוק מהר יותר.

בנוסף, מכשיר מורכב דורש שרשרת אספקה ​​עולמית מורכבת. מתחים גיאופוליטיים ואירועים בלתי צפויים אחרים גורמים לעלייה במחירי האנרגיה, המשלוח והחומרים, מה שאומר שהיצרנים חייבים לשמור על עלויות נמוכות ככל האפשר. 

מהי סימולציה מולטיפיזיקלית?

סימולציה היא אמצעי מוכר בתעשייה והיא משמשת לעיצוב וייעול ביצועים ולזיהוי ופתרון בעיות. על ידי הדמיית תאום וירטואלי של המכשיר, מהנדסים יכולים לנתח את הביצועים של עיצוב מסוים – ללא העלויות הכרוכות בבנייה ובדיקה של אבטיפוס פיזי.

ישנם סוגים רבים ושונים של סימולציות, המכסות היבטים שונים של הפיזיקה, ביניהם:

סימולציה מבנית – היבטים מבניים כגון מתח, דפורמציה ושבר. דוגמה לשימושיות: להבטיח שמכשיר יהיה עמיד למכות ונפילות.

סימולציה אלקטרומגנטית – שדות וזרמים בתוך ומסביב המכשיר. דוגמה לשימושיות: לייעל את מיקום האנטנה ולצמצם הפרעות.

סימולציית נוזלים – ההתנהגות של נוזלים, כגון אוויר או מים, כולל העברת חום. דוגמה לשימושיות: לתכנון מערכות קירור אוויר.

סימולציה ויברואקוסטית – התנהגות הרטט של מבנים והתפשטות הקול. דוגמה לשימושיות: לזהות תהודה ברכיבים המייצרים רעשי זמזום.

לקבל תוצאות בכל שלב של עיצוב עם MODSIM

MODSIM הוא מושג שבו מידול וסימולציה משתלבים במודל נתונים משותף. עם MODSIM, למעצבים יש גישה לנתוני סימולציה אפילו בשלב הרעיון של התכנון, מה שמאפשר לנתח נתונים כבר בשלבי הפיתוח המוקדמים ביותר.

ניתן לשלב את מוצרי SIMULIA ב"וורקפלואו" של MODSIM בפלטפורמת 3DEXPERIENCE. זה פועל כ"מקור יחיד של אמת" עבור כל הצוות. ארגונים רבים, עובדים בתהליך שהוא "ידני". למשל, שולחים קבצים במייל, וכך כל אנליסט עשוי לפתח גרסאות שונות לשימושו. מהר מאוד זה יוצא משליטה, והתוצאה היא בלבול לגבי הגרסה של הדגם שעליה עובדים.

צריך לזכור שכל מכשיר שפולט קרינה, יצטרך לעמוד בתקנים משתנים, באזורים גאוגרפיים שונים שבהם יפעל – ויש להוכיח זאת ולקבל אישור לפני שניתן למכור אותו. בדרך המסורתית לקבל הסמכה, מעבירים לרגולטור נתונים של אבטיפוס. אבל בדיקה של מכשיר מורכב יכולה להיות יקרה בזמן ובמשאבים.

הרגולטורים כיום מקבלים יותר ויותר תוצאות סימולציה עבור הסמכה וירטואלית, ואלה מחליפות מדידות של בדיקה פיזית, כדי לקבל תוצאות מציאותיות להסמכה, המשתמשים צריכים לדמות את המכשיר כולו, כולל כל האנטנות. 

על ידי הטמעת MODSIM בתהליכי העיצוב, יצרנים יכולים לייעל את תהליך העיצוב, כדי להבטיח שכל הצוות עובד עם קבצים עדכניים וכל שינוי בעיצוב מתעדכן אוטומטית אצל כולם. ניתן לשתף קבצים עם שותפים תוך שמירה על סודיות והגנה על קניין רוחני רגיש. העקיבה בין גיאומטריית המודל ונתוני הסימולציה מאפשרת הסמכה וירטואלית, מפחיתה את הצורך בבדיקות פיזיות והופכת את התאימות לרגולציה למהירה וזולה יותר.

הכותב הוא מנהל פעילות דאסו סיסטמס ישראל