Matematyczne usprawnianie procesów projektowania przemysłowego

Symulacje obliczeniowe umożliwiają twórcom urządzeń zasilających optymalizację kształtu elektrod, dobór najodpowiedniejszych izolacji oraz utrzymanie wytrzymałość napięciowej powyżej akceptowalnych poziomów. Obliczenia te obejmują określone analizy, niedostępne przy użyciu standardowych inżynieryjnych narzędzi symulacyjnych, umożliwiające ocenę złożonych efektów dielektrycznych. Celem naukowców było uzupełnienie tych braków w ramach projektu "Controlled component and assembly-level optimization of industrial devices" (CASOPT).

Pierwszym krokiem w przypadku symulacji dielektryków jest obliczenie pola elektrycznego, co wymaga rozwiązania liniowego równania Laplace'a. Naukowcy biorący udział w projekcie CASOPT wykazali, że tak zwana metoda elementów brzegowych (BEM) jest skuteczna w procesie modelowania aż do najmniejszych szczegółów. Dzięki wysokowydajnej technologii obliczeniowej trzy różne metody BEM dały szansę na rozwiązanie złożonych i dużych modeli trójwymiarowych obejmujących nawet do miliona nieznanych parametrów.

Metoda BEM jest obecnie jednym z głównych komponentów zestawu narzędzi symulacyjnych firmy ABB Schweiz, branżowego partnera zespołu. Ten zbiór procedur z wykorzystaniem narzędzi symulacyjnych umożliwia zdefiniowanie warunków brzegowych i obejmuje własności materiału. Jest zintegrowany z komputerowo wspomaganym systemem projektowania, który umożliwia pozyskiwanie modeli siatkowych do optymalizacji.

Zespół projektu CASOPT zbadał inną metodę optymalizacji parametrycznej niż zwykle stosowana. Swobodna optymalizacja opiera się na sformułowaniu "problemu przyległego", co zapewnia gradient informacji i zmniejszenie nakładu pracy projektantów podczas tworzenia modelu wstępnego. Choć ta nowa metoda wymaga dalszych badań, została już dodana do zestawu narzędzi symulacyjnych w celu przetestowania jej w warunkach przemysłowych.

Wymiana wiedzy i doświadczenia z inżynierami z firmy ABB umożliwiła bezpośrednie zastosowanie tych nowych osiągnięć w technologii symulacyjnej podczas projektowania urządzeń zasilających. Wyniki projektu CASOPT stanowią niezbędny pomost między projektantami produktów w środowisku przemysłowym a naukowcami z instytutów badawczych, który umożliwi podniesienie ogólnej jakości projektów.