Iedereen aan de eindige elementen

Comsol-ceo Svante Littmarck hoeft niet lang na te denken over de vraag wat er zoal gaande is bij zijn bedrijf: ‘Application Builder’, roept hij voordat de vraag goed en wel is uitgesproken. Comsol bracht het onderdeel drie jaar geleden als langgekoesterde droom van de ceo uit als aanvulling op zijn reguliere pakket voor fysicasimulatie, en hij ziet nu de signalen dat de markt het echt omarmt.

Application Builder is voor hetzelfde bedoeld als de reguliere Comsol Multiphysics-suite: simuleren van de fysica in een ruimtelijk model met de eindige-elementenmethode (finite element methode, fem). Een ontzettend brede reeks ingenieurs en wetenschappers gebruikt de software; of het nu gaat om elektrische stromen in een energieoverdrachtsspoel of het hormoontransport in een plantenwortel, voor de onderliggende wiskunde maakt het niet zo veel uit.

Maar er is wel erg veel kennis en kunde nodig om een simulatie van de grond af op te bouwen. ‘Je moet expert zijn in de fysica waar het om draait, maar je moet ook genoeg van numerieke analyse snappen om de juiste solvers te kiezen en hun parameters op de goede manier in te stellen. Onze typische klant is een PhD met tien jaar ervaring in zijn werkveld’, zegt Littmarck.

Zonde, vindt de Zweed, want er zijn zo veel meer mensen die van simulatie kunnen profiteren. Met Application Builder kunnen experts een simulatieomgeving op maat snijden voor bijvoorbeeld een ontwikkel- of salesafdeling die met een ontwerp en parameters wil spelen, maar wel veilig binnen de gestelde grenzen. De manier waarop de gebruiker omgaat met het model en hoe de resultaten worden gepresenteerd, zijn allemaal vastgelegd. De apps zijn via een webinterface te gebruiken op pc of smartphone.

Daarmee zijn de zware fysicasimulaties veel breder inzetbaar: ontwikkelaars kunnen hun ontwerpen optimaliseren, sales kan met de klant een businesscase doorrekenen, enzovoorts. ‘Er is een mooi voorbeeld van een Canadees bedrijf dat lekken in ondergrondse waterleidingen opspoort’, vertelt Littmarck. ‘Als er een lek is, maakt dat een geluid, en als je daar vanaf twee toegangspunten naar luistert, kun je uit de frequentie en het tijdsverschil de locatie berekenen. Dat bedrijf heeft een app gemaakt die technici in het veld direct kunnen gebruiken.’

 advertorial 

Ingredients enabling carbon neutrality of warehouse systems

5 oktober 2023 vindt de INCOSE-NL workshop 2023 plaats, met spreker Daan Meijsen van Vanderlande. Tijdens de workshop krijg je inzicht in de verschillende cross-cutting duurzaamheidsperspectieven voor hightech systemen. Bekijk het volledige programma online en registreer nu!

Toch stonden klanten niet direct in de rij voor Application Builder. Onbekend maakt onbemind, denkt Littmarck. ‘Het is denk ik een beetje zoals e-mail. In de jaren tachtig probeerde ik dat bij mijn businesscontacten te pushen, maar ze vonden telex en fax prima werken en stonden daar erg sceptisch tegenover. Maar toen in 1994: bam! Iedereen gebruikte het ineens.’

Littmarck denkt dat dat moment er ook gaat komen voor simulatie. Dat e-mail een open specificatie is en Comsol niet, maakt volgens de ceo niet zo veel uit. ‘E-mail was ook niet voor iedereen beschikbaar; alleen de universiteiten en een enkel bedrijf konden een mailserver veroorloven. We moesten het afgelopen jaren echt pushen bij onze klanten, maar op onze afgelopen conferentie in Boston gingen ineens twee van de drie keynotes daarover, zonder dat ik dat van tevoren wist.’

Gigantisch aantal elementen

Aan de simulatiesoftware zelf worden ook steeds verbeteringen doorgevoerd. ‘Gebruikers willen altijd grotere en complexere problemen oplossen, en bovendien sneller en nauwkeuriger, dus dat is een eeuwigdurende worsteling. Parallel rekenen is bijvoorbeeld een belangrijk onderwerp voor ons; pc’s krijgen steeds meer cores en dat wil je kunnen uitbuiten.’

Een belangrijke recente toevoeging waar Littmarck veel heil in ziet, is de boundary element methode. ‘Voor een kleine ruimte als een auto is het geen probleem om de akoestiek met fem door te rekenen. Maar om uit te rekenen hoe het geluid van een speaker helemaal aan de andere kant van een concerthal overkomt, moet je die hele ruimte discretiseren met een gigantisch aantal elementen. Dat duurt eindeloos om door te rekenen.’

‘Met de boundary element method gebruik je fem alleen op korte afstanden, en daarna stap je over op een set analytische functies die je op elke willekeurige afstand kunt oplossen. Dat is een kostbare berekening, maar wel altijd gelijk, ongeacht de afstand. Als je met een zaklamp schijnt, kost het evenveel moeite om uit te rekenen hoeveel licht de overkant van de zaal bereikt als de maan.’