Open Source FEA vs. Ansys - Realny przykłady adopcji w przemyśle

Open source FEA software (oprogramowanie do analizy metodą elementów skończonych z otwartym kodem) tradycyjnie kojarzono ze środowiskami akademickimi i badawczymi. Jednak ostatnie trendy wskazują na znaczącą adopcję tego rozwiązania w szerokim spektrum branż, w tym w energetyce, lotnictwie, elektronice i budownictwie – gdzie organizacje wykorzystują open source FEA (finite element analysis) do rozwiązywania złożonych wyzwań inżynierskich, unikając jednocześnie kosztów i ograniczeń związanych z licencjonowaniem Ansys i innych komercyjnych rozwiązań FEA.

Ten materiał jest kontynuacją mojego poprzedniego artykułu  Open source FEA jak przystępna alternatywa dla Ansys i Nastran (Linkedin Pulse kopia)  i przedstawia znaczące przykłady adopcji przemysłowych open source FEA, podkreślając jej rosnący wpływ i strategiczne korzyści dla przedsiębiorstw każdej wielkości.

Simvia (EDF): Salome, Code_Aster, Code_Saturne, Telemac

Électricité de France (EDF) odegrało kluczową rolę w rozwoju narzędzi FEA typu open source, udostępniając swoje platformy na licencjach open source od 2005 r. W 2024 r. EDF utworzyło Simvia jako oddzielną jednostkę biznesową w celu dalszego rozwijania i komercjalizacji tych rozwiązań. Simvia Code_Aster members community obejmuje teraz nie tylko podobne firmy energetyczne z innych krajów (takie jak Hydro Quebec i Andritz Hydro), ale także wiodące firmy z innych sektorów, w tym Airbus Group, Rolex, Valeo, Egis Group i Holcim Group.

Podczas restrukturyzacji Simvia w odrębną jednostkę biznesową opublikowano zbiór przykładów implementacji , które ilustrują szeroki zakres zastosowań przemysłowych ich oprogramowania.

Holcim Group (LafargeHolcim), międzynarodowa korporacja produkująca materiały budowlane, wykorzystuje Code_Aster do prognozowania temperatury twardniejącego betonu w masywnych konstrukcjach, zapewniając spełnienie kryteriów termicznych dla trwałości.

YuanSuan (Chiny), firma powiązana z EDF, używa Telemac modules do wieloskalowych symulacji stabilności morskich farm wiatrowych, w szczególności do oceny erozji wokół fundamentów palowych wywołanej przez tajfuny oraz walidacji wpływu sztormowych fal uderzeniowych na erozję dna morskiego.

Phimeca (Francja) wykorzystuje Salome do optymalizacji kształtu części wyposażenia, takie jak minimalizacji masy zaworów przy zachowaniu wytrzymałości.

Blast Solutions et Associés (Francja) wykorzystują Salome do generowania środkowej powierzchni i projektowania sejsmicznego drzwi konstrukcyjnych, integrując zaawansowane modelowanie numeryczne w celu zbadania ekstremalnych obciążeń dynamicznych, takich jak eksplozje i trzęsienia ziemi.

Następujące trzy przykłady użycia Simvii reprezentują bardzo małe firmy, w niektórych przypadkach tylko z paru ekspertów, wykonujących FEA dla swoich klientów - licencjonowanie open source jest szczególnie transformacyjne dla małych przedsiębiorstw.

Scope Ingenieria (Argentyna) przeprowadziła analizę termoelastyczną głowic wtryskiwaczy silników rakietowych używając Code_Aster, badając naprężenia termiczne i mechaniczne w ekstremalnych warunkach.

Elastic-Simulations (Austria) wykorzystuje Code_Aster do symulacji dynamicznej odpowiedzi komponentu elektronicznego (w tym printed circuit board assemblies) na wstrząs mechaniczny.

Open Visions (Niemcy) wykorzystuje Code_Aster do kontroli tolerancji modułu SDR laptopa symulując siły wkładania w obudowę ze stopu magnezu, aby upewnić się, że wymiana modułu przebiegnie płynnie i zapobiegnie uszkodzeniom w przypadku nieprawidłowego montażu.

OpenFOAM

OpenFOAM znacznie rozszerzył swoje możliwości i zastosowanie od czasu jego premiery w 2004 roku i obecnie cieszy się solidnym wsparciem kilku międzynarodowych korporacji, zwłaszcza w inżynierii procesowej i chemicznej od takich liderów branży jak BASF SE i Bayer AG. Wiele z tych korporacji uczestniczy również w komitecie sterującym OpenFOAM. Wybitne przykładami są: include:

General Motors szczegółowo opisała cały proces adopcji OpenFOAM w półgodzinnej prezentacji swojego menedżera rozwoju CAE "OpenFOAM Adoption by General Motors"  "OpenFOAM Adoption by General Motors" (the GM's presentation starts at 1:05:00 of "Part 2" video on this page  - wyjaśniono tam wyzwania, działania i różne przypadki użycia w integracji OpenFOAM w procesy analizy.

Volkswagen Group extensively applies OpenFOAM simulations in a wide range of engineering applications across all its brands - Volkswagen, Audi, Scania, and others. For example, they use OpenFOAM to analyze and refine the aerodynamic performance of vehicles, simulate aerodynamic noise, under-hood airflow, and climate control systems.

Evonik Industries AG wykorzystuje OpenFOAM do walidacji CFD w symulacjach zachowania cieczy w kolbach do wytrząsania, prognozując parametry inżynierskie dla optymalizacji geometrii bioreaktorów.

Orion Engineered Carbons wykorzystuje OpenFOAM do symulacji reakcji chemicznych w celu optymalizacji procesów produkcyjnych w reaktorach przepływowych, korzystając z obliczeń w chmurze do obsługi dużych obciążeń obliczeniowych.

Wärtsilä wdrożyła OpenFOAM-based AATE  framework (Advanced Analysis Tool for Engines) przeznaczone do przeprowadzania symulacji CFD silników spalinowych na skalę przemysłową z wykorzystaniem dostosowanych aplikacji symulacyjnych.

Chciałbym również pokazać TotalSim (UK, US) nie tylko ze względu na obszerną kolekcję przykładów wdrożenia OpenFOAM na ich webstronach, ale także jako przykład implementacji obsługi użytkowników OpenFOAM i aplikacji symulacyjnych dla konkretnych branż  (taka rola w ekosystemie OpenFOAM nieco przypomina mi rolę Cadfem w ekosystemie Ansys). 

Elmer

Elmer przemysłowa adaptacja obejmuje współpracę z największymi firmami technologicznymi, które również znacząco przyczyniły się do jego rozwoju.

Nokia współpracowała z zespołem Elmer w celu zbadania i zaprojektowania części telefonów komórkowych. Współpraca ta przyczyniła się do powstania modułów akustycznych, które następnie zostały wydane jako open source: Elmer in Acoustics

ABB Group zintegrowała Elmer do symulacji elektromagnetycznej i wielofizycznej silników elektrycznych, przedstawiła przypadki testowania silników z wykorzystaniem Elmer, a także włączyła Elmer do swojego procesu projektowania i analizy.

Radwag (Polska) wykorzystał moduł mikrofalowy Elmer do optymalizacji geometrii laboratoryjnych mikrofalowych analizatorów wilgotności do oceny poziomu wilgotności w materiałach. Prezentacja pokazuje również, w jaki sposób narzędzia open source, takie jak Elmer, umożliwiają takim małym i średnim przedsiębiorstwom udział w globalnym rynku high-tech produktów.

FreeFEM

Airthium SAS (Francja) korzysta z FreeFEM do analiz swojego systemu magazynowania energii, w tym do symulacji kontaktu mechanicznego dla różnych typów deformacji.

DENSO  (Japonia), drugi największy na świecie dostawca części samochodowych, używa FreeFEM do symulacji układów cieplnych, szczególnie w rozwoju wymienników ciepła pojazdów elektrycznych, a także w celu ulepszenia procesu lutowania, aby zapewnić łączenie części w celu zwiększenia niezawodności. DENSO współpracowało również przy adaptacji FreeFEM w chmurze , a także jego użyteczności, opracowując intuicyjny interfejs oparty na Tanatloc GUI dla FreeFEM i GMSH.

CalculiX

MTU Aero Engines (Niemcy) - CalculiX został stworzony, aby pomóc inżynierom MTU modelować i symulować komponenty silników odrzutowych, takie jak sprężarki i turbiny, umożliwiając szczegółową ocenę ich wytrzymałości strukturalnej i wydajności.

Zgodność CalculiX z formatami danych Abaqus ułatwia wdrożenie przemysłowe, a społeczność inżynierów otrzymuje pozytywne opinie dotyczące jego użyteczności w projektach komercyjnych. Code_Aster forum zawiera również dobre recenzje o względnej łatwości korzystania z Calculix. W dyskusji na forum CalculiX Would you use CalculiX for commercial work?  wielu użytkowników wspomniało o używaniu go do projektów komercyjnych, ale tylko jeden podał wystarczające szczegóły dotyczące swojego przypadku - EXDIN Solutions (Polska) wykorzystuje CalculiX do analizy strukturalnej urządzeń wysokociśnieniowych i konstrukcji ramowych.

Open Source FEA dla zdalnej i hybrydowej modeli pracy

Open-source nie tylko zapewnia dostępność FEA dla małych firm i indywidualnych ekspertów, ale także otwiera nowe możliwości wdrażania hybrydowych modeli pracy oraz umożliwia takie modele pracy in CAD/CAE workflows nieograniczonych barierami licencyjnymi. W tym kontekście chciałbym również podkreślić takie podejście do projektów CAD/CAE, którego potencjał wydaje się  jeszcze nie w pełni wykorzystany w przypadku open source FEA.

Jako doświadczony freelancer (przepracowałem ponad 10 000 godzin nad projektami Upwork), czasami monitoruję nowe projekty FEA w Upwork i wydaje się, że w ostatnich latach, pomimo rosnącej liczby projektów FEA, liczba projektów związanych z open source FEA jest nadal bardzo skromna w porównaniu do projektów Upwork związanych z Ansys. Jednocześnie budżet takich projektów często wydaje się niewystarczający, aby zrekompensować koszty licencjonowania ANSYS. Sugeruje to znaczny niewykorzystany potencjał szerszej adopcji open source FEA, szczególnie w tym obszarze.

As an experienced freelancer (I worked more than 10,000 workhours on Upwork projects) I periodically monitor new FEA projects, and it seems that in recent years, despite the growing volume of FEA projects on Upwork, the amount of projects related to open source FEA tools is still seems too modest as compared to  Upwork projects related to Ansys  - at the same time, budgets of such projects often seems insufficient to compensate Ansys hefty licensing costs. This suggests significant untapped potential for broader adoption open source FEA tools, especially in this area.

Powyższe przykłady pokazują, że open source FEA narzędzia ewoluowały od ciekawostek akademickich do podstawowych elementów procesów inżynierii przemysłowej w różnych sektorach – napędzane ich sprawdzonymi możliwościami i zaletami:

• Efektywność kosztowa: FEA typu open source eliminuje bariery finansowe związane z licencjami na oprogramowanie własnościowe, umożliw*iając małym firmom i indywidualnym ekspertom dostęp do zaawansowanych możliwości symulacji.
  
  
• Dostosowywanie i elastyczność: FEA typu open source zapewnia głęboką personalizację, umożliwiając organizacjom dostosowywanie przepływów pracy symulacji do określonych wymagań inżynieryjnych i integrację z innymi narzędziami cyfrowymi.
  
  
• Społeczność i współpraca: Aktywne społeczności użytkowników i programistów napędzają ciągłe doskonalenie, dzielenie się wiedzą i szybką adaptację do pojawiających się wyzwań.
  
  
• Niezależność od dostawców: Użytkownicy zachowują pełną kontrolę nad swoimi środowiskami symulacji, zmniejszając zależność od pojedynczych dostawców i wspierając długoterminową stabilność.