Vi ska börja med att allmänt notera att Simcenter STAR-CCM+ är en integrerad lösning för väteskeberäkningsdynamik (CFD) och multifysik-simulering, som steg för steg försetts med automatiserade kapabiliteter för utforskning och optimering. Simcenter och Simcenter STAR-CCM+ är också en del av Xcelerator-portföljen, Siemens integrerade portfölj av mjukvara, tjänster och applikationsutvecklingsplattform. I denna plattform ingår också egentligen alla program som behövs för produkt- och delvis också produktionsutveckling, som NX CAD, Mentor (elektronik/PCB-desiggn e t c), Simcenter som sagt, Teamcenter-sviten (PLM/PDM), Mendix (lågkodplattformen för att skapa appar som etablerar digitala trådar), MindSphere (IoT-operativet) och Tecnomatix för digital tillverkningshantering.
Den senaste versionen av Simcenter STAR-CCM+ innehåller förstås också en hel del avsett att öka prestanda. Det handlar om sånt som att förbättra simuleringstiden, vässa noggrannheten och underlätta samverkan med partners i utvecklingsarbetet.
Teknologi för parallell meshning
När det gäller simulering och analys i Siemensvärlden ska vi inledningsvis konstatera att digitala tvillingar, precis som sägs i ingressen, spelar en helt avgörande roll i bolagets konceptuella upplägg. I alla led ska denna tvilling sen kunna simuleras, vilket bl a ger användarna en solid grund att driva prediktiva simuleringar.
I den nya utgåvan av STAR-CCM+ introducerar bolaget också en helt ny parallell polyhedral mesher för snabbare och effektivare meshning. Dessutom har man skapat och integrerat branschens första modelldrivna adaptiva mesh-(AMR)-lösning. Vidare inkluderar inkluderar lösningen, ”automatisk kopplad kontroll för reducerad inställningstid, samtidigt som konvergenshastigheten förbättras.” Man etablerar också branschens första samarbetsfunktion för VR (Virtual Reality) i en CFD-kod, något som man menar, ”förbättrar teamsamarbete kring simuleringsresultaten”.
Eftersom meshningsfasen är en av de mest tidskonsumerande inom simulering är det naturligtvis ett utmärkt grepp att etablera lösningar som kan korta denna, vilket är en av de viktiga prestanda-höjarna i den nya versionen.
Det talas alltså mycket om prestanda i simuleringssammanhangen och detta är förstås viktigt för innovativa genombrott och ökad produktkvalitet. Speed i utvecklingsarbetet underlättas också av verktyg som är snabba utan att tappa i noggrannhet. Dels för att det ger möjligheter till fler itereringar i utvecklingsarbetet under samma tid som tidigare, dels för att man därmed också kan testa fler scenarier, korrigera eventuella oönskade avvikelser och öka produktens robusthet och allmänna kvalitet. Allt förutsatt att simuleringsresultaten är pålitliga. Råkar man å andra sidan redan vara nöjd med det man har i ett tidigt skede så kan snabbhet också ha stor betydelse för kortare ”time2market”.
30 gånger snabbare skapande av meshnät
Vi var ovan inne på att den senaste versionen av Simcenter STAR-CCM+ erbjuder nästa generations parallella polyhedral-mesher.
Till bakgrunden för utvecklingen av den nya parallellteknologin hör att en typisk simulering inom CFD består av fem steg: geometriberedning, volymnätgenerering, simuleringsinställning, solverkörning och efterbehandling (post processing). De två första stegen är mest arbetskrävande. Ofta exporteras geometri från ett CAD-paket, och denna process resulterar ganska ofta i problem som kan vara svåra att reparera.
Generering av volymnät har också varit ett forskningsämne och föremål för en rad förbättringar under flera decennier. Blockstrukturerade nät möjliggör låg minnesanvändning relaterat till ordningen på celler i nätverket. De är emellertid svåra att generera i komplexa geometrier utan att ”offra” geometridetaljer. Detta har motiverat utvecklingen av ostrukturerade metoder som är mer automatiska, men fortfarande kräver högkvalitativa inputdata.
Fullt ut omskriven kod
Vad Siemens nu gjort är att man fullständigt skrivit om koden i sin mjukvara. Poängerna i samband med den nya polyhedrala meshningen är flera, men en viktig är att man med hjälp av parallellprestandan kan bygga upp meshnäten upp till 30 gånger snabbare än om man utnyttjar seriell teknologi. Parallelliteten ger enligt Siemens också, ”ett jämnt nät, oavsett vilka kärnor som används och en mer effektiv nätfördelning med samma noggrannhet och robusthet.”
Detta är bra, liksom att en ny adaptiv mesh-förfining via AMR-teknologi är branschens första modelldrivna AMR. Här hävdar man att denna lösning på ett intelligent sätt förfinar nätet baserat på fysik. På sista raden kan denna kapabilitet leda till mindre omfattande användarinteraktion och beräkningskostnader som minskar, allt relaterat till den totala maskstorleken.
När det gäller AMR-begreppet så står det för Adaptive Mesh Refinement. I numerisk analys är denna ”adaptiva förfiningsteknik” (AMR) en metod för att dynamiskt anpassa noggrannheten för en lösning inom vissa känsliga eller turbulenta områden inom simulering, parallellt med att lösningen beräknas. När lösningar beräknas numeriskt är de ofta begränsade till förutbestämda kvantifierade rutnät, ”meshar”. Adaptiv förfining av meshnätet tillhandahåller kort sagt en dynamisk programmeringsmiljö för att anpassa precisionen för den numeriska beräkningen baserat på kraven för ett beräkningsproblem i specifika områden, som behöver högre precision, medan de andra regionerna i de multidimensionella graferna lämnas på lägre nivåer av precision och upplösning.
VR ger visuella möjligheter att kliva in i de simulerade miljöerna
Det här med automatiska lösningskontroller har också ett stort värde, då det dramatiskt förbättrar användarvänligheten och robustheten för den kopplade lösaren. Detta ger snabbare konvergens till lösning, vilket i sin tur ger användare ”out-of-the-box-skapad” extra fart för egentligen alla flödesscenarier.
Intressant är också Siemens satsning på VR i Simcenter STAR-CCM+. Denna spännande teknik, som gör att du som användare visuellt kan kliva in i olika flöden för att närmare studera vad som påverkar dem är en spännande aspekt på simuleringen. Lösningen, påpekar Siemens, gör det möjligt för team över hela världen att interagera i samma omslutande (immersiva) virtuella miljö i realtid, förbättra kommunikationen och påskynda beslutsfattandet. Här gäller vidare att flera VR-klienter nu kan anslutas och synkroniseras till samma simulering, inkluderat avatarer, som visar andra användares placering och ger möjlighet att koppla användare till samma upplevelse.
