Tương lai của phần mềm mô phỏng trong năm 2020
Phần mềm mô phỏng đã có những bước tiến lớn trong những năm gần đây và năm 2020 cũng sẽ tiếp nối xu hướng đó. Trong năm tiếp theo sẽ có những sự thay đổi nổi bật là sự phát triển đáng chú ý trong phần mềm và tác động của nó đối với ngành công nghiệp.
Trí tuệ nhân tạo (AI) và máy học (Machine Learning)
Giống với nhiều nghành công nghiệp và công nghệ khác, trí tuệ nhân tạo và máy học đóng vai trò to lớn trong năm tới. Với lĩnh vực mô phỏng, có những cơ hội rõ ràng để tận dụng trí tuệ nhân tạo và máy học để hoàn thiện những quá trình và sự quản trị cơ bản để tiết kiệm thời gian của kỹ sư và đơn giản hóa thủ tục.
Việc thiết lập các thông số là một lĩnh vực như vậy. Kỹ thuật Machine Learning có thể giám sát các kỹ sư cấp cao sử dụng các công cụ mô phỏng, bao gồm họ sử dụng nó như nào và họ cài đặt những thông số gì, để sau đó tái tạo chính xác điều này đến mức độ nào đó cho các kỹ sư ít kinh nghiệm hơn và cho phép họ sử dụng công cụ đó.
Với một công ty về hàng không vũ trụ với hàng trăm, thậm chí hàng nghìn nhân viên, trong đó hiện chỉ có 5% có thể sử dụng công nghệ mô phỏng. AI và Machine Learning sẽ khiến nó dễ tiếp cận hơn, nên có lẽ 15-20% nhân viên có thể sử dụng.
Rõ ràng, đây là một sự thành công cho công ty đó, khi mà giờ đây có thể dành nhiều thời gian và nguồn lực hơn cho quá trình mô phỏng, mà không cần tới việc tuyển dụng thêm các kỹ sư cao cấp.
Một lĩnh vực khác mà AI/ML có thể giúp mô phỏng là sử dụng trình xử lý mạng thần kinh khai báo vật lý hoặc điều khiển dữ liệu để tăng tốc mô phỏng theo các bậc của độ lớn.
Thay vì giải phương trình vi phân từng phần bậc hai (PDE) sử dụng phương pháp số học truyền thống như phần tử hữu hạn hay phương pháp thể tích hữa hạn, các phương pháp AI/ML mới hơn sử dụng các mạng lưới thần kinh để giải các PDE.
Các phương pháp này được cho thấy là hoạt động với mô hình và các điều kiện biên đơn giản. Chúng tôi đang nỗ lực để ứng dụng các phương pháp mới này cho các vấn đề phức tạp trong thế giới thực.
Tương tác đa môi trường vật lý (Multiphysics interactions)
Đa môi trường vật lý (Multiphysics) là một khái niệm có nguồn gốc từ 50 năm trước. Khi đã phát triển, sẽ phải đối mặt với nhiều thử thách và ngày nay là tương tác giữa các công cụ vật lý khác nhau. Trong lịch sử, một kỹ sư sẽ sử dụng các công cụ mô phỏng vật lý khác nhau để khắc phục các vấn đề thiết kế khác nhau với sản phẩm đơn lẻ.
Lấy một con chip máy tính làm ví dụ: bạn sẽ mô phỏng lượng nhiệt tỏa ra từ con chip, sau đó phân tích điều này ảnh hưởng đến bảng mạch mà nó đặt trên như nào, và sau đó tìm giải pháp cho việc làm mát con chip như nào để bảo vệ bảng mạch khỏi bị nứt vỡ.
Trong khi phương pháp từng bước đã đề cập là lựa chọn có sẵn trong nhiều năm, thì các kỹ sư đang đòi hỏi giải pháp để giải quyết các vấn đề này cùng lúc.
Việc tối ưu hóa đa ngành này sẽ làm giảm thời gian đòi hỏi để phân tích sản phẩm, cho dù nó là một con chip hay cái gì khác, và tìm ra giải pháp đúng đắn cho bất kỹ vấn đề gì các kỹ sư phải đối mặt. Điều này làm tăng chất lượng sản phẩm và giảm giá thành.
Việc mua lại đơn vị hàng đầu về tích hợp quá trình mô phỏng và tối ưu hóa thiết kế Dynardo của ANSYS cho phép chúng ta tiến một bước gần hơn tới các tương tác đa môi trường và cho phép khách hàng của họ xác định các thiết kế sản phẩm tối ưu nhanh hơn và tiết kiệm hơn. Trong năm tới, những nỗ lực tiếp theo sẽ thúc đẩy công nghệ.
Dịch vụ vi mô (Microservices) cho mô phỏng
Microservices là một kỹ thuật phát triển phần mềm - biến thể của phong cách cấu trúc hướng dịch vụ (SOA) - sắp xếp một ứng dụng như một tập hợp các dịch vụ được ghép nối lỏng lẻo.
Chúng ta cũng sẽ thấy tiến bộ đạt được trong lĩnh vực 'dịch vụ vi mô cho mô phỏng', qua đó chúng ta chuyển đổi các phần chính của mô phỏng - ví dụ: hình học, sau đó chia lưới, tiếp theo là bộ giải và cuối cùng là hậu xử lý - từ một quy trình nguyên khối sang chuyên dụng các bộ phận riêng biệt.
Các bước cần thiết cho mô phỏng sẽ độc lập; sẽ có các dịch vụ hình học, dịch vụ chia lưới, dịch vụ giải và dịch vụ hậu xử lý, thay vì một quy trình đơn lẻ.
Các dịch vụ này sau đó có thể được sử dụng bởi các sản phẩm khác nhau, tích hợp với nhau thông qua giao diện lập trình ứng dụng (API) và chạy trên quy mô lớn trên điện toán đám mây như Microsoft Azure hoặc AWS - kết quả sẽ dễ tiếp cận hơn, linh hoạt hơn và dễ tái sử dụng tác vụ khác nhau hơn.
Các API cũng sẽ cho phép người dùng mô phỏng kết nối, ví dụ, các công cụ ANSYS với bất kỳ hệ thống nào khác của công ty, cho một nền tảng thực sự mở.
Mở rộng quy mô mô phỏng
Một trong những thách thức chính đối với người dùng nhiều loại phần mềm là thời gian chạy. Họ ngày càng đòi hỏi thời gian chạy nhanh hơn và mô phỏng không khác biệt - chúng ta sẽ thấy sự tập trung vào việc này tăng cường trong năm 2020.
Một cách để chạy nhanh hơn là thông qua tính toán song song. Trong những năm qua, tính toán song song đã bao gồm nhiều hình thức khác nhau, từ Xử lý chia sẻ bộ nhớ (Shared Memory Processing - ), đến Giao diện truyền thông điệp (Message Passing Interface - MPI) đến tính song song dựa trên GPU đến tính song song dựa trên Tác vụ (Task).
Đối với siêu quy mô, ý tưởng là chúng tôi sử dụng tất cả các dạng thuật toán, GPU, , MPI và dựa trên các siêu máy tính chính xác.
Điều này có nghĩa là khách hàng sẽ có thể tham gia vào mô phỏng siêu quy mô và chạy mô phỏng mà trước đây có thể mất 10.000 giờ để hoàn thành và, vì nó chạy trên nhiều lõi hơn, cắt giảm đáng kể thời gian đó và chỉ chạy trong vài phút hoặc vài giờ.
Có rất nhiều việc phải làm trong lĩnh vực này. Năm 2020 sẽ là quá sớm để mong đợi siêu quy mô đến mức độ mà tôi đã mô tả, nhưng nó sẽ đạt được trong thập kỷ tới.
Thiết kế mạnh mẽ và dự đoán
Thiết kế mạnh mẽ thông qua mô phỏng giải quyết những điều không chắc chắn như những điều này sẽ được thực hiện ngày càng nhiều trong năm tới. Sử dụng mô phỏng để đánh giá các vật liệu và tính toán sự không chắc chắn ngăn ngừa cả quá và dưới kỹ thuật của sản phẩm và dịch vụ; thay vì hệ số an toàn 500 phần trăm, quá cao và không hiệu quả, hoặc 100 phần trăm, không có chỗ cho sự thay đổi vật liệu, thiết kế mạnh mẽ có thể giải quyết trên 110 phần trăm an toàn - trên cơ sở thông tin!
Chìa khóa để hiểu các biến vật chất, và khả năng tính toán tiếp theo về yếu tố an toàn lý tưởng là vật liệu thông minh. Điều này đứng sau quyết định của ANSYS để mua lại Granta Design, giúp nâng cao khả năng của ANSYS trong lĩnh vực này và cho phép người dùng sử dụng các công cụ mô phỏng của chúng tôi để định lượng, xác thực và xác minh các sản phẩm và dịch vụ của họ trước sự hiện diện của sự không chắc chắn và đảm bảo hệ số an toàn tối ưu.
Đi tới kỹ thuật số
Mô phỏng đã là kỹ thuật số, phải không? Phải, nhưng nó cũng ngày càng bao trùm cả thế giới vật chất. Gần đây, nhờ Internet of Things (IOT), việc sử dụng cặp song sinh kỹ thuật số (digital twins) đã bùng nổ và sẽ tiếp tục như vậy.
Tại đây, các kỹ sư đang số hóa thông tin của một bộ phận vật lý, cho phép họ phân tích hiệu suất và giám sát các hệ thống để giải quyết các vấn đề với thành phần hoặc máy trong thế giới thực trước khi chúng xảy ra.
Bây giờ công nghệ đã tự thiết lập và chứng minh giá trị của nó, bằng cách giúp giảm thiểu thời gian chết và các chi phí liên quan, việc áp dụng sẽ theo xu hướng tăng.
Sau đó, có thực tế tăng cường (AR) và thực tế ảo (VR) để xem xét. Hiện tại, các kỹ sư hình dung các thiết kế mô phỏng của họ trên màn hình 2D, nhưng với khả năng tăng tốc và khả năng tiếp cận của công nghệ VR và AR, họ sẽ sớm hình dung các thiết kế của mình trong môi trường 3D bằng thiết bị đeo AR/VR như Oculus của Facebook.
Dữ liệu sẽ dễ dàng hơn để đánh giá và thiết kế sẽ đơn giản hơn để hiểu, chỉnh sửa và kiểm tra, dẫn đến một quy trình gọn gàng hơn, hiệu quả hơn.
Chuyển đổi kỹ thuật số
Thiết kế, thử nghiệm, bảo trì - mô phỏng có một vai trò quan trọng trong các hoạt động này. Nhưng những gì về nơi một sản phẩm hoặc bộ phận thất bại? Làm thế nào mô phỏng có thể giúp sau đó?
Thông qua các nhà sản xuất chuyển đổi kỹ thuật số hoạt động của họ, họ có thể điều chỉnh tất cả các hoạt động, từ thiết kế ban đầu, thông qua sản xuất, bán hàng, để theo dõi và theo dõi mọi bộ phận.
Vì vậy, nếu có vấn đề với hệ thống phanh trên một mẫu xe nhất định, nó có thể được truy trở lại thiết kế mô phỏng ban đầu và thiết kế này có thể được xem xét và lỗ hổng nhanh chóng được xác định.
Sau đó, nếu mô hình bị thu hồi, vấn đề có thể được giải quyết nhanh hơn và tiết kiệm chi phí hơn là trải qua quá trình thử nghiệm thủ công có thể mất nhiều thời gian hơn và tốn nhiều chi phí hơn để xác định vấn đề.
Chuyển đổi kỹ thuật số này là một nhiệm vụ lớn đối với hầu hết các doanh nghiệp, nhưng nhiều người đã bắt đầu. Tôi hy vọng điều này sẽ tăng tốc vào năm 2020 và các nhà sản xuất lớn sẽ hoàn thành hành trình ấy trước khi năm kết thúc.
Mô phỏng trong lĩnh vực mới
Mô phỏng được thiết lập tốt trong một số lĩnh vực của các điều kiện đa vật lý trong thế giới thực và vào năm 2020, chúng ta sẽ thấy các nhà cung cấp phần mềm mô phỏng đẩy ranh giới của công nghệ để giải quyết các vấn đề trong các lĩnh vực vật lý khác.
Hóa học trong việc chăm sóc sức khỏe là một lĩnh vực hiện không được phục vụ rộng rãi cho mô phỏng đa vật lý nhưng sẽ được hưởng lợi từ nó.
Điều này có thể trông như thế nào trong thực tế? Các thử nghiệm lâm sàng đối với các loại thuốc mới yêu cầu thử nghiệm trên người, nhưng một ngày nào đó, thông qua mô phỏng, các thử nghiệm có thể được tiến hành hoàn toàn thông qua mô phỏng.
Nhu cầu áp dụng thuốc trên hàng ngàn đối tượng thử nghiệm đã bị loại bỏ và chi phí rất lớn cho các thử nghiệm - và ở đó, các thử nghiệm không thể được thực hiện, ví dụ, đối với trẻ em, các ứng dụng mô phỏng là rất lớn.
Tương tự, trong chăm sóc sức khỏe, khi cơn đau tim xảy ra do cục máu đông, mô phỏng có thể được sử dụng để xác định các loại thuốc chính xác để làm loãng máu và giải quyết cục máu đông.
Đổi mới, đổi mới, đổi mới!
Bản chất của công nghệ ngày nay có nghĩa là bất cứ ai cũng có thể tạo ra các công cụ thay thế những công cụ đã được thiết lập trong nhiều năm qua. Một công ty khởi nghiệp ở Thung lũng Silicon có thể tạo ra một cách hoàn toàn mới để hoàn thành một nhiệm vụ hoặc giải quyết vấn đề và phá vỡ các dịch vụ hiện có.
Nhiều doanh nghiệp bị lãng quên trong năm qua đã thất bại trong việc chuẩn bị cho rủi ro này. Thay vì bỏ qua các cơ hội mong manh của vấn đề đang xảy ra, các doanh nghiệp phải giải quyết vấn đề rủi ro bằng cách đổi mới.
Đừng chờ đợi để được đột phá – đột phá chính mình! iPhone là một ví dụ tuyệt vời về những gì nó trông giống như trong thực tế. Apple đã đột phá các sản phẩm của riêng mình với các mô hình thậm chí còn cao cấp hơn.
Mô phỏng không khác biệt; chúng tôi cố gắng đột phá sự mô phỏng của chính mình thông qua các công nghệ mới và giảm thiểu khả năng bị bắt kịp.
Bài viết liên quan:
Nguồn : itproportal.com
Làm ơn ghi rõ "Nguồn Advantech, Jsc. " hoặc "Theo www.advantech.vn " nếu bạn muốn phổ biến thông tin này
- Làm ơn ghi rõ "Nguồn Advantech .,Jsc" hoặc "Theo www.advantech.vn" nếu bạn muốn phổ biến thông tin này