科技的進步需要相關設備具有更好的性能。當然，這意味著設計本身變得更加錯綜復雜。仿真為此類設備的分析和優化提供了一種有效途徑，并進一步促進了產業創新。今天，讓我們看一看來自布法羅大學（University of Buffalo）的研究團隊是如何設計多物理場模型和仿真 App，從而將專業的仿真技術推廣到更為廣闊的工業領域。

借助仿真推進產業創新

在任何行業，對創新的追求都是一個永恒的主題。以消費類電子產品為例，目前的設計重點已轉移到了系統的小型化和輕量化上。而在汽車行業，燃料效率是車輛設計中的優先考慮因素。在各種情況下，不僅需要確保技術可靠性，還要能迅速將其推向市場才能滿足消費者的需求。

創新技術跨越了從消費類電子產品到汽車行業的眾多領域。左圖：觸摸屏筆記本電腦。圖像摘自 Intel Free Press。已獲CC BY-SA 2.0許可，通過Wikimedia Commons共享。右圖：電動汽車。圖像由 Mariordo 拍攝。已獲CC BY-SA 2.0許可，通過Wikimedia Commons共享。

借助仿真可以使設計流程的每一步均擺脫對物理原型的需求，進而可以在質量和效率之間取得平衡。仿真專業人員可以在建模環境中進行一系列測試，以獲取最優的構型設計。雖然一些公司可能已經認識到這種方法的優勢，但在他們的整個設計過程中，無法實現仿真專業人員的全程跟進合作，來完成模型的搭建和更新。

憑借著在科研和教學時積累的多物理場建模經驗，來自紐約州立大學布法羅分校的工程與應用科學學院的 Ed Furlani 教授找到了一種幫助這些組織持續創新和成長的方法。由布法羅大學的研究生組成的跨學科團隊為眾多企業建立多物理場計算模型和仿真 App，從而為上述問題提供了解決方案。

布法羅大學的 Furlani 教授和他的研究生在一個高性能計算中心進行建模和 App 開發，以推進產業創新。

通過模型和仿真 App 將建模技術推廣到各行各業

由布法羅大學的學生團隊創建的模型已對多個行業的產品及工藝創新提供了幫助。例如，在膜技術領域，高選擇性復合薄膜被認為是未來擴展薄膜系統應用的可行技術。為優化其節能設計，該團隊創建了模型以分析層厚、孔隙率、及選擇性對薄膜性能的影響。

同時，在儲能技術領域，雙電層電容器（electric double-layer capacitors，簡稱EDLC）由于擁有較高的電容量而從眾多傳統電容器中脫穎而出。通過開發模型來對此類設備的電容量、平衡電荷積累和離子傳輸進行預測。通過仿真，使團隊對 EDLC 性能有了更深刻理解，可以在后續步驟中對其進行優化設計。

EDLC 的幾何、仿真模型及電容量預測圖。

雖然這些原始模型已幫助將仿真技術推廣到了不同行業，Furlani 和他的團隊仍在繼續努力。為符合不同企業的個性化需求，并使更多人在設計流程中獲益，他們開始對這些模型的進行封裝并建立簡化界面，根據用戶的需求對界面布局進行定制。“有了仿真 App，您可以便捷地對用戶界面進行自定義，并為不同公司的用戶添加他們感興趣的參數，這是一個非常有用的功能。”Furlani 在COMSOL News2016 上的刊載的文章中這樣說道。

為分析 EDLC 而開發的仿真 App。

為了進一步推動團隊的發展及創新，作為 App 的補充，該團隊將COMSOL Sever?安裝在學校超算中心的計算集群上使用。這種高性能的計算環境為 App 用戶提供了一種訪問 App 的簡化方式，同時也使布法羅大學的研究團隊可以更為方便地對 App 進行管理和部署。

學生如何從設計和管理仿真 App 的過程中受益

布法羅大學的研究生在設計仿真 App 的過程中獲取了很多經驗，這些經驗會讓他們今后在其他領域的研究中獲益。僅就一點來說，App 可以幫助他們更好地學習工程概念。這是因為，App 的開發是為了隱藏底層模型的復雜性，仿真 App 為新接觸仿真或 COMSOL 軟件的學生提供了一個有用的入門介紹，有助于鼓勵學生對其他特征和功能進行更深入的探索，進而可以讓他們在建模環境中更為得心應手地進行操作。

除了作為教學工具，讓學生參與開發仿真 App 的另一目的是幫助他們提升自己的業務技能。從設計、修改到針對用戶的技術支持，學生學會了及時處理用戶在整個使用階段提出的問題和請求，以確保其擁有良好的用戶體驗，這同時對促進良好的合作伙伴關系有著重要的意義。