人人可用的模擬與仿真

康小數

上一篇文章《機械與結構力學中的多物理場仿真》，向大家介紹了多物理場仿真在機械與結構力學中的運用，并介紹了一些世界知名企業使用多物理場仿真軟件進行產品研發和設計的實例，比如波音、ABB 等公司。雖然COMSOL 易學易用，但是由于多物理場仿真建模的過程相對復雜，對于理論基礎及物理問題分析的要求較高，許多小伙伴反饋希望找到更加便捷的方法進行仿真分析。考慮到大家的需求，這里另開一貼，介紹 COMSOL 公司推出的全球領先的 App 編輯器以及COMSOL Server，希望對大家的科研工作有所幫助。

什么是仿真 App

在工作中，我們都希望利用仿真來加速產品的設計和研發。然而，如何讓稀缺的仿真工程師更高效地服務于產品的開發、設計、制造等流程，從而使更多的人都能得益于他們的專業知識及仿真軟件的強大功能，一直是困擾企業設計研發的難題。

COMSOL 推出的 App 編輯器及COMSOL Server 從根本上解決了這一難題。仿真專家們在COMSOL Multiphysics 這個統一的集成環境中創建模型之后，再通過 COMSOL中自帶的 App 開發器（Application Builder ）快速將仿真模型封裝為一個簡潔、易操作的 App應用程序，然后通過 COMSOL Server 在全球范圍內分發，讓不具備專業仿真經驗的人也可以運用仿真的力量。

現在，仿真工程師可以利用 App開發器為他們的 COMSOL 多物理場仿真模型定制開發易于操作的用戶界面，其中包含指定的輸入參數、輸出結果和圖形界面，并將其保存為 App 應用程序。制作 App 的過程十分簡單，圖形化的App 向導會在短短幾分鐘內引導開發者（仿真工程師）創建一個界面友好的 App 。而后，仿真工程師就可以將創建好的仿真App 上傳到提供 COMSOL Server 的服務器上，并通過COMSOL Server 來管理及分發仿真 App 的操作權限。這樣，更大型的工程和生產團隊就可以通過COMSOL Server 運行 App 應用程序，使仿真為生產服務，從而提升組織內或組織間的溝通效率。

下面，我們就通過示例來具體講解如何從一個多物理場模型建立仿真 App ，以及如何通過COMSOL Server 來部署及分發仿真 App 的操作權限。

如何創建仿真 App

圖1中顯示的是一個大家熟悉的工字梁的模型，模擬了鋼梁承受負載時梁內的應力分布。在模型的建立過程中，我們需要構建梁的幾何結構，設置梁的材料屬性、邊界條件（載荷、約束等），劃分網格，然后求解以及結果的后處理等一系列操作，最后完成我們的問題分析。建模過程如此復雜，怎樣才能簡化操作，讓更多的工程師共享仿真成果呢？

圖1 梁截面模型建模界面

將圖1的模型轉化為 App 之后，整個模型就變得十分簡潔易用（如圖2所示）。這樣一個簡單的界面，即使沒有任何建模經驗的人也可以使用。我們只需要在左邊窗口選擇梁的類型，輸入梁的幾何尺寸，以及梁所受的作用力大小，點擊一下計算，我們就能得到相應的結果，并且知道在給定的載荷作用下應力的大小及分布情況，以及這個梁的結構是否會被破壞。這樣，作為一名設計者，需要了解自己設計的梁是否滿足工程需要時，就可以使用仿真來驗證設計，省去了創建多物理場模型所需的建模過程及物理背景知識，從而大幅提升研發及設計效率。

圖2. 梁截面計算器 App

COMSOL Multiphysics® 5.2 版本進一步優化了 App 開發器的工作流程。新增的編輯器工具使用戶可以輕松快速地開發用戶界面，只需點擊幾下鼠標，仿真專家就能將任意模型參數、物理場設置以及數值數據和繪圖結果等加入 App 用戶界面。

通過 COMSOLServer 分享仿真 App

制作好一個應用程序后，我們可以通過 COMSOL Multiphysics運行，也可以通過COMSOL Server™ 來運行。COMSOL Server™ 專門用于運行和分發由 App 開發器創建的 App ，使您可以在整個組織和網絡中推廣仿真的優勢。當您需要向您的設計團隊、制造部門、測試實驗室，以及世界各地的客戶和委托方部署由仿真專家開發的 App 時，就可以使用 COMSOL Server™ 這一平臺。

當我們使用 COMSOLServer運行COMSOL 仿真App 時，我們可以選擇兩種不同的方式：COMSOL 客戶端，或網頁瀏覽器。相對于使用網頁瀏覽器，COMSOL 客戶端會帶來更好的圖形表現，且支持一維、二維和三維交互式圖形。圖3 就是一個通過客戶端登錄COMSOL Server 之后，運行車載起重機計算器App 的示例。圖4 為使用網頁瀏覽器運行同一個App 時的界面。兩種方法的操作方式相同，均可從應用程序庫中啟動App ，修改各種輸入參數，進行計算，然后將結果可視化。

圖3 在 COMSOL Server中運行車載起重機計算器 App

圖 4 在網頁瀏覽器中運行車載起重機計算器 App

COMSOLServer 簡介

COMSOL Server許可證支持在全球范圍內使用，在全球各地的用戶都可以通過COMSOL Server 使用由 App 開發器所制作的App 應用程序。另外，在全球版COMSOL Server 許可證的支持下，App 還可以脫離COMSOL 的環境獨立運行，或作為瀏覽器中的一個網絡資源使用。也就是說，工程師可以通過網絡或云服務在全球范圍內向用戶、教職工、學生等發布 App ，單一用戶最多可以同時運行COMSOL Server 應用程序庫中的4 個應用程序，沒有核數及集群使用的限制。

圖 5  COMSOL Server App庫

用戶可以通過登陸 COMSOLServer ，上傳應用程序至COMSOL Server 并將其設定為私有、公共或特定群組訪問等不同的安全級別。圖 5 顯示的是COMSOL Server 中的App 庫。在App 庫中，您可以查看App 的屬性和描述進行管理，或收藏 App 以便于快速訪問并查看當前正在運行的App 。例如，我們可以管理監視器的使用，確認一切工作正常；可以瀏覽并編輯Server 用戶、用戶的狀態以及首選項；管理可視化、安全性和會話設定等。

現在，有了這種人人可用的仿真工具，結合 COMSOL多物理場仿真軟件的靈活性、實用性和擴展性，有仿真經驗的研發工程師們不需要再反復根據產品部門的要求對復雜仿真模型進行大量調整和求解，他們可以讓希望使用仿真結果的用戶自己利用App 來修改模型參數，進而運行仿真分析結果。因此，利用App 不僅能夠大幅降低研發工程師的工作強度，還能保證模型在運行過程中的安全性及穩定性，從而提高整個團隊的工作效率。

歡迎大家了解更多關于 COMSOL Server與 App 開發器的信息，請點擊：

http://cn.comsol.com/c/3jop

如果有興趣進一步了解 COMSOL，歡迎大家參加官方舉辦的免費Workshop，獲取免費試用：
http://cn.comsol.com/c/3495

本文所引用的例子均來源于 COMSOL，版權歸 COMSOL 公司所有。如需轉載本文，請聯系本文作者。

單片機出錯

不錯，值得推薦，這個其實對設計還是有用的

機械nuaa

我靠，這么高端，學習了。

zerowing

大俠，請教個問題。Cosmos的網格劃分是基于三角格還是四點格的？

月光傾城2015

贊一個!

王蒙0000

很高端的樣子

搬磚的

“傻瓜”化了，越“傻瓜”越好，有時間了解下。

月招

不錯，挺好的
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@蕪瀨@

aysuio

, S+ }! l# o" j; N
8 n7 h2 S; ]9 l+ w= =！不懂 “網格”，不懂如何處理3D模型，不懂如何更合理地加載載荷，不懂選擇更合理地算法，如何做有限元分析。
我并不相信所謂的“傻瓜”化，那只是玩具，就如 solidworks simulation。^_^
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. W& K, s8 J% O* c! b這里APP應該只是一個溝通工具，用來讓設計工程師和CAE工程師之間更有效地交流