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CAD, CAE und Wissensmanagement rücken eng zusammen

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Mit einer komplett überarbeiteten Benutzerführung stößt das Berechnungswerkzeug Comsol Multiphysics 4.0 in neue Dimensionen vor. Die transparente Dokumentation des Modellaufbaus und der gewählten Einstellungen steigert die Produktivität der Anwender immens. Lesen Sie hier einen Übersichtsbeitrag, der in ECONOMIC ENGINEERING 3/2010 erschienen ist.

Im Herbst vergangenen Jahres zunächst als Beta-Version auf Anwenderkonferenzen in Boston und Mailand vorgestellt, liegt nun das neue „Major-Release“ 4.0 des beliebten Berechnungswerkzeugs Comsol Multiphysics von Comsol AB mit Sitz in Stockholm in seiner finalen Fassung vor. Wie Svante Littmarck, CEO des Systemanbieters, gegenüber der Redaktion erläuterte, will man mit der neuen Benutzerführung zehnmal mehr Anwender ansprechen, als bisher mit den Vorgängerversionen. Dass genügend Potenzial dafür vorhanden ist, belegen Markteinschätzungen. Laut Littmarck gibt es derzeit rund
50.000 legal registrierte Anwender, darüber hinaus aber weitere 600.000 Interessenten. Insgesamt geht der Firmenchef, selbst ein ausgewiesener CAE-Experte, sogar von einer Zielgruppe von 10 Millionen aus.
Den Weg dafür ebnen soll die völlig neu gestaltete Benutzerführung, „Comsol Desktop“ genannt. An dieser Stelle soll gleich erwähnt werden, dass auch weiterhin neben der Verwendung bereits implementierter Anwendungen auch eigene partielle Differenzialgleichungen (Partial Differential Equations, PDEs) definiert werden können. Etwa 30 Prozent der Anwender, insbesondere im akademischen Umfeld, nutzen diese Interaktion direkt an den PDEs, um sehr elegant, weil sehr übersichtlich, weitere physikalische Phänomene in die Analyse einzubeziehen. Diese intuitive Kopplung hat dem Tool in den vergangenen zehn Jahren zu einem fulminanten Erfolg verholfen. Wichtig ist diese Nutzergruppe für den Systemanbieter deshalb, so Littmarck, weil aufgrund der intensiven Auseinandersetzung mit Comsol Multiphysics von dieser Seite immer wieder wertvolle Impulse für die Weiterentwicklung in Hinsicht auf physikalische Modellbildung und Lösertechniken kommen.
Die neue Version hat aber vor allem die anderen 70 Prozent der Nutzer im Visier und will deren Zahl insgesamt deutlich erhöhen. Wir sind davon überzeugt, dass es dem Systemanbieter gelingen wird, denn die Benutzerführung hat einen deutlichen Sprung nach vorne gemacht. Schließlich hatte sich an dieser bis zur Vorgängerversion 3.5a in den letzten 15 Jahren nichts Wesentliches geändert. Mit Comsol Multiphysics 4.0 indes ist die Dokumentation des Modellaufbaus und der gewählten Einstellungen für die Berechnung erheblich übersichtlicher, so dass der Verarbeitungsprozess insgesamt transparenter wird, was die Produktivität der Anwender steigert.

CAD und CAE rücken zusammen

Ins Auge springt sofort, dass nun die Interaktion mit dem Tool an ein CAD-Programm erinnert, gerade dann, wenn man den Berechnungsmodellaufbau über den sogenannten Model Builder durchführt. Ähnlich wie in einem parametrischen CAD-System existiert ein Modellbaum, dem Features hinzugefügt, von dem sie aber auch wieder entfernt werden können. Mit der neuen grafischen Benutzeroberfläche (Graphical User Interface, GUI) ist die grafische Programmierung einzelner Rechenschritte möglich. Über den Model Builder wird das physikalische Modell spezifiziert. Hierzu gehören Geometrie, Materialeigenschaften, physikalische Bedingungen, Vernetzung und Lösereinstellungen. Für jede einzelne Einstellung gibt es ein separates Fenster, beispielsweise um die Randbedingungen, Einheiten oder auch das Koordinatensystem zu definieren.
Wollte man im Vorgänger-Release Berechnungsschleifen programmieren, nutzte man am besten die Matlab-Schnittstelle und modifizierte die automatisch generierte Ausgabe-Datei. Jetzt aber kann der gesamte Berechnungsprozess in der grafischen Oberfläche von Comsol Multiphysics so vorbereitet werden, dass eine (zeilenorientierte) Programmierung in der Matlab-Umgebung nicht mehr notwendig ist.
Das hat erhebliche Vorteile; hierzu ein Beispiel: Nutzte der Anwender keine CAD-Software (Import über sogenannte LiveLinks) und führte den Geometrieaufbau direkt in Comsol Multiphysics durch, konnte eine Geometrieparametrisierung lediglich über die Matlab-Schnittstelle realisiert werden.
Wenn man jetzt die Geometrieerstellungssequenz – in der Version 4.0 besteht jeder Modellierungsschritt aus „Sequenzen“ – abgeschlossen hat, kann die Geometrie ohne Probleme nachträglich, beispielsweise nach der Vernetzung und Zuweisung der physikalischen Eigenschaften, verändert werden. Die Berechnungslogik bleibt davon unberührt. Im Anschluss daran werden automatisch alle anderen Sequenzen aktualisiert, und die Berechnung kann erneut gestartet werden.

Aufbau von Workflows

Über den Model Builder lassen sich Workflows in Form von miteinander verbundenen Knoten definieren. So entsteht eine Hierarchie mit Knoten und Verzweigungen. Jeder Knoten entspricht einem Datenbankeintrag, der gesichert werden kann, beispielsweise in einer Template-Bibliothek (für Vernetzung, Materialeigenschaften, Ausgabereports, u.a.). Das funktioniert natürlich auch für Geometrien. Zwar hat der Systemanbieter bei der Anordnung der Berechnungsschritte in Sequenzen in erster Linie an Bedienkomfort gedacht, aber in letzter Konsequenz ist damit der Weg in Richtung Wiederverwendung von Unternehmenswissen geebnet.
Die mit dem Tool erstellten Geometrien können bei Verwendung des CAD-Moduls als Parasolid-Modelle exportiert werden. Bidirektionale Links zu bekannten CAD-Systemen wie SolidWorks, Autodesk Inventor und Pro/Engineer führen zu voller Assoziativität – LiveLinks. Mit erweiterter Funktionalität werden es zukünftige Versionen dieser Anknüpfungen ermöglichen, dass der Konstrukteur in seiner CAD-Anwendung bleiben kann und von dort aus die Berechnung startet. Im weiteren Verlauf merkt der Konstrukteur gar nicht mehr, dass im Hintergrund Comsol Multiphysics seine Arbeit verrichtet.

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