מדענים כגון ניוטון, מקסוול ואחרים העניקו לנו את המודלים המתמטיים, "חוקי המדע" שהופכים לאפשרי את החיזוי המדויק של התפתחות מערכות ועצמים פיזיקליים בחלל ובזמן בהינתן תנאי שפה מסוימים ותנאי התחלה. מתמטיקאים יישומיים המציאו שיטות נומריות המסוגלות לייצר מספרים ושרטוטים המסייעים לתאר במדויק כיצד מערכות ועצמים יתפתחו בחלל ובזמן.
הדבר מאפשר לנו לבצע סימולציות, להתאים פרמטרים, ובסופו של דבר לבצע תכנון טוב יותר, אם לא הטוב ביותר.
הפיזיקה, המתמטיקה, הכלים החישוביים וקהילת ההנדסה, כולם מסוגלים לחולל פלאים בעזרת שימוש בסימולציה. שיגור רכבי מחקר למאדים המדווחים חזרה לכדור הארץ, יצירת מכשירי תקשורת כגון טלפונים ניידים ו- GPS, אלו רק שתי דוגמאות.
חדשנויות טכנולוגיות פורצות דרך רבות ראו אור בעשורים האחרונים. אך ישנם עדיין תחומים רבים שירוויחו המון, והכלים החישוביים העוצמתיים שזמינים היום כמעט ולא נגעו בהם, הכיצד?
המכשולים
זוהי עובדה כי הכלים החישוביים העכשוויים הם כה מסובכים לשימוש עד אשר ישנו מספר מועט מאוד של מהנדסים המיומנים להשתמש בהם - לפחות בהשוואה למספר הפוטנציאלי של אלו העשויים להפיק מכך תועלת.
ההכנה של מודלים מתמטיים צריכה להיעשות ע"י מתמטיקאי או פיזיקאי. פישוט המודל הוא הכרחי במטרה לחסוך בזמן החישוב, בזיכרון ובניהול המידע המוביל לפתרון. יש להתעלם מתופעות זניחות. התופעות מהן יש להתעלם תלויות ביישום ובמה שאנחנו רוצים להשיג. הדבר מצריך מומחה במידול.
ברגע שהמודל מוכן, פתירת המשוואות בצורה נומרית משמעותה החלפת המשוואות הדיפרנציאליות המתמשכות, חלל וזמן, עם משוואות הפרשים בדידות ונקודות בחלל ובזמן. הדיסקרטיזציה מוכרחת להיעשות בדרך כזו שפתרון משוואת ההפרש יתכנס לפתרון המשוואה הדיפרנציאלית. אחרת, אין כל משמעות פיזיקלית. בנוסף, במטרה לקבל פתרון מדויק, הדיסקרטיזציה חייבת להיות משביעת רצון. ישנן תיאוריות עבור ברירת מחדל טובה של הגדרות פותרן נומרי, עבור תחומים פיזיקליים רבים, אך לא כולן זהות. לעיתים נדרש מומחה באנליזה נומרית במטרה להגדיר טוב את הפותרן.
כתוצאה מכך, המשתמש האופייני של חבילת סימולציה הוא דוקטור או בוגר תואר שני אשר לו מספר שנות ניסיון במידול ובהכנת סימולציות. המשתמש עבר בנוסף הכשרות לטובת שימוש בחבילה הספציפית. הוא או היא בדרך כלל עובדים כמדענים במחלקת המחקר והפיתוח של ארגון גדול. באחריות אותו אדם להשתמש במומחיות שלו בכדי ליצור ולתת תוקף למודל ולסימולציה.
המשמעות של כל זה הינה שקבוצה קטנה של אנשים משרתת קבוצה הרבה יותר גדולה של אנשים אשר עובדים בפיתוח מוצרים, בתכנון או בייצור. מודלים בסימולציה הם לעיתים קרובות כה מסובכים עד שהאדם אשר מטמיע את המודל הוא היחיד שיכול לספק בצורה בטוחה את המידע הנדרש להשגת פלטים שימושיים. לפיכך, יש לנו צוואר בקבוק.
הפתרון
במטרה לאפשר לקבוצה הקטנה הזו לשרת קבוצה גדולה יותר, ישנו פתרון ברור: יצירת חבילת סימולציה המאפשרת למומחה סימולציה לבנות ממשק משתמש ספציפי ואינטואיטיבי עבור המודל הרגיל שלו או שלה - יישום המוכן לשימוש. היישום צריך לכלול תיעוד משתמש, בדיקות עבור "תשומות בתוך הגבולות", ודוחות מוגדרים מראש בלחיצת כפתור.
יישום של סימולציה בעל היכולות הללו מאפשר למשתמש להתעלם משגיאות תשומה מקריות ולהתמקד בפרטים רלוונטיים של התפוקה. בשלב זה ניתן לשתף את היישום עם קבוצה גדולה יותר של משתמשים.
לבצע זאת זה פשוט בהשוואה להישגים שנמנו בתחילת המאמר. זה מתרחש בזמן שאתם קוראים את זה.
התפוצה של יישומים כאלו תהיה מיידית. אף מהנדס תכנון לא ירצה להישאר מאחור. אף חברה לא תוכל להרשות לעצמה לאפשר למתחרה להשיג יתרון דרך אימוץ מוקדם. בסופו של דבר הצרכנים יריצו יישומי סימולציה בכדי לקבל החלטות רכש טובות יותר.
מחבר המאמר הינו סוונטה ליטמרק, מייסד ומנכ"ל קבוצת COMSOL, והנשיא והמנכ"ל של תאגיד COMSOL.