Optimiza el rendimiento: Requerimientos computacionales para el uso eficiente de COMSOL Multiphysics
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COMSOL Multiphysics es una herramienta de simulación multifísica que permite a ingenieros y científicos modelar una amplia variedad de fenómenos físicos. Desde la mecánica de fluidos hasta la transferencia de calor y el electromagnetismo, COMSOL ofrece un entorno integrado para resolver ecuaciones diferenciales acopladas y entender el comportamiento de sistemas complejos. Para aprovechar al máximo las capacidades de COMSOL y garantizar un rendimiento eficiente, es esencial contar con una infraestructura computacional adecuada. Aquí, exploramos los requerimientos computacionales clave para el buen uso de COMSOL Multiphysics:
1. Potencia de procesamiento
COMSOL Multiphysics es intensivo en cálculos y se beneficia de una potencia de procesamiento significativa. Un procesador multinúcleo de última generación es esencial para acelerar la simulación y reducir los tiempos de cálculo. Se recomienda un procesador con arquitectura de 64 bits y al menos cuatro núcleos para un rendimiento óptimo.
Se destaca que COMSOL no utiliza la tecnología Hyper-Threading para sus cálculos paralelos [1], sino que se basa en la paralelización a través de múltiples núcleos físicos en un procesador multicore. Por lo tanto, COMSOL asigna tareas específicas a cada núcleo físico disponible, sin hacer uso de los hilos lógicos extras generados por el Hyper-Threading para realizar cálculos adicionales. Esta consideración es importante al seleccionar la CPU para utilizar con COMSOL. De manera concreta COMSOL no se beneficia del Hyper-Threading y utilizará únicamente tantos hilos como núcleos físicos de CPU haya en el sistema. Por lo tanto, si el Hyper-Threading está activo, el Administrador de tareas de Windows mostrará como máximo un 50% de utilización de CPU para el proceso de COMSOL, lo cual es normal y no indica una baja utilización de la CPU. Se recomienda tener el Hyper-Threading activado para permitir que otras aplicaciones en ejecución simultánea puedan aprovecharlo.
Un aspecto relevante para considerar es la escalabilidad de los núcleos. Esto se refiere a cómo el tiempo de cálculo disminuye a medida que se agregan más núcleos de procesador a la simulación. En COMSOL, la escalabilidad de los núcleos depende en gran medida de la naturaleza del modelo y de la manera en que está formulado. Algunos modelos se pueden dividir fácilmente en tareas independientes que pueden ser asignadas a diferentes núcleos, lo que resulta en una mejora lineal en el tiempo de cálculo a medida que se añaden más núcleos. Esto se conoce como escalabilidad ideal. No obstante, en la práctica, la escalabilidad ideal rara vez se alcanza debido a varios factores, como la comunicación entre los núcleos, la sobrecarga de administración de tareas y la naturaleza acoplada de muchos problemas físicos. Por lo tanto, la escalabilidad de los núcleos en COMSOL puede ser subóptima en algunos casos [2]. Para maximizar la escalabilidad de los núcleos en COMSOL, se recomienda:
- Descomposición de dominios: Dividir el modelo en subdominios que puedan ser resueltos de forma independiente.
- Paralelización de tareas: Utilizar las capacidades de paralelización de COMSOL para distribuir las tareas de simulación entre múltiples núcleos.
- Optimización del modelo: Simplificar el modelo siempre que sea posible y reducir la cantidad de acoplamientos entre diferentes físicas para minimizar la comunicación entre los núcleos.
- Hardware adecuado: Asegurarse de tener un hardware compatible con la paralelización, incluyendo un procesador multicore y suficiente memoria RAM para manejar la carga de trabajo distribuida.
Algunas características adicionales con respecto a los núcleos [2]:
- Un mayor número de núcleos puede permitir un barrido por lotes (batch sweep). Esto significa paralelizar un barrido paramétrico para que se ejecuten 2 o más simulaciones simultáneamente.
- Más núcleos en el procesador permiten ejecutar más hilos paralelos simultáneamente, conocido como multithreading. COMSOL aprovecha automáticamente todos los núcleos disponibles, pero usar demasiados puede ralentizar, especialmente para modelos pequeños. En general, sistemas con seis u ocho núcleos son buenos, aunque más pueden ser mejores, especialmente al ejecutar varios modelos en paralelo o al usar PARDISO [3].
Es importante destacar que la potencia de un procesador no solo depende del modelo (como un i7), sino también de otros factores como la arquitectura del dispositivo en el que está instalado. Por ejemplo, tener un procesador i7 en un portátil no garantiza el mismo rendimiento que un i7 en una torre de escritorio. Muchos usuarios pueden experimentar lentitud en COMSOL a pesar de tener un i7 en su portátil debido a diferencias en la potencia bruta de la CPU y otras especificaciones del sistema. Por lo tanto, es crucial considerar no solo el modelo del procesador, sino también otros aspectos del hardware al evaluar el rendimiento de COMSOL en diferentes dispositivos. Una forma aproximada de comparar CPUs es mediante la puntuación de benchmarks, como Cinebench R23. Una puntuación más alta indica una mayor potencia de cálculo bruto [4].
2. Memoria RAM
La capacidad de la memoria RAM es crítica para manejar modelos complejos. A medida que aumenta la complejidad del modelo, se requiere más memoria RAM para almacenar la información temporal durante la simulación. Se recomienda tener al menos 16 GB de RAM o más, aunque modelos más grandes pueden beneficiarse de capacidades superiores. En sí 32 GB sería más apropiado como límite inferior.
Dado que COMSOL es una aplicación intensiva en datos, es recomendable utilizar RAM de alta velocidad y baja latencia. Las versiones más recientes de Double Data Rate o abreviado DDR (DDR4 o DDR5) suelen ser una buena opción, ya que ofrecen velocidades de transferencia más altas en comparación con las generaciones anteriores (DDR3, DDR2).
Si la placa base lo permite, se recomienda utilizar configuraciones de memoria de doble, triple o cuádruple canal para mejorar el rendimiento, ya que conllevan un aumento del ancho de banda de la memoria y la capacidad de transferencia de datos entre la CPU y la RAM [5]. En la Figura 1 se muestra un caso como ejemplo donde se usa un ordenador con una única CPU de cuatro canales de memoria, con dos ranuras por canal, para un total de 8 ranuras DIMM abiertas. El enfoque óptimo para mejorar el rendimiento de este ordenador es llenar los ocho slots con un módulo DIMM de 8 GB cada uno. Aunque esto impide futuras expansiones, ofrece el mejor rendimiento inicial. Una alternativa casi óptima es colocar un módulo de 16 GB por canal de memoria, permitiendo duplicar la memoria instalada más adelante. Sin embargo, si la capacidad de ampliación es prioritaria, se puede optar por un solo módulo de 64 GB, aunque esto puede ralentizar el rendimiento. Es importante consultar con el proveedor de hardware para determinar la mejor configuración de memoria.
Figura 1: Esquema de la configuración de memoria (reproducido según [2]).
En el contexto de los requisitos computacionales para COMSOL Multiphysics, un aspecto que está relacionado es el de los grados de libertad (DoF). Los DoF son las variables independientes necesarias para describir un modelo físico. A medida que aumenta la complejidad del modelo, también lo hace el número de grados de libertad, lo que influye en los requisitos de memoria, procesamiento y capacidad de la tarjeta gráfica. La gestión adecuada de los grados de libertad es crucial para optimizar el rendimiento y garantizar simulaciones precisas y eficientes [6]. El número de grados de libertad #DoF se puede escribir en términos del número de nodos (#nodos) y el número de variables dependientes (#Variables Dependientes).
#DoF = (# nodos) * (# Variables Dependientes)
En relación con los requisitos de memoria a medida que el tamaño del modelo aumenta, expresado en #DoF, y considerando la memoria virtual y física, los autores en [5] lo ejemplifican. Primero se debe considerar la memoria virtual, la cual, es la solicitada al sistema operativo. Por otra parte, la memoria física es la RAM utilizada. A medida que el modelo crece, parte de los datos puede almacenarse en el disco duro cuando la RAM se agota. Se señala que añadir más memoria permitiría manejar modelos más grandes, y se sugiere una extrapolación lineal para prever los requisitos de memoria (Figura 2a). Por otra parte, con el fin de ilustrar el tiempo requerido para encontrar una solución, se reporta que para un modelo de transferencia de calor en sólidos y usando un ordenador con 32 GB de RAM el tiempo de solución muestra dos regiones distintas (Figura 2b). Se realiza un ajuste con un polinomio de segundo orden a la región donde la cantidad de memoria virtual necesaria es menor que la RAM instalada (comportamiento lineal). Otro polinomio de segundo orden se ajusta a los datos restantes, donde la memoria virtual es mayor que la RAM instalada. Esto muestra una pendiente más pronunciada, ya que en este régimen lleva más tiempo acceder a los datos del modelo almacenados en la memoria virtual [5].
Figura 2: Extraídas de [5]. (a) Memoria virtual (azul) y memoria física (naranja) necesaria en función del tamaño del problema expresado en millones de DOFs. (b) El tiempo de solución frente al #DoF muestra una pendiente más pronunciada cuando el tamaño del problema es mayor que la RAM disponible.
3. Tarjeta gráfica
Aunque COMSOL es principalmente una herramienta basada en cálculos numéricos, una tarjeta gráfica dedicada puede mejorar la visualización de resultados y la interacción con el entorno de trabajo. Una GPU con soporte para OpenGL acelerará la renderización de gráficos y facilitará la navegación en modelos 3D. Para la versión 6.2, COMSOL es compatible con OpenGL 2.1 o superior. Para utilizar todas las funciones de renderizado disponibles cuando se establece Optimize for quality en las preferencias de Gráficos, se recomienda tener una memoria gráfica de 2 GB o más.
COMSOL puede funcionar con una amplia variedad de tarjetas gráficas, incluyendo las integradas en la placa base (como las Intel HD Graphics) y las tarjetas gráficas dedicadas de diferentes fabricantes como AMD y NVIDIA [7]. Es importante tener en cuenta que, aunque COMSOL puede funcionar con dicha variedad de tarjetas gráficas, el rendimiento y la calidad de los gráficos pueden variar según el modelo y las especificaciones de la tarjeta. En general, se recomienda utilizar una tarjeta gráfica que cumpla con los requisitos mínimos de COMSOL y que tenga suficiente potencia de procesamiento para proporcionar una experiencia de usuario fluida, especialmente al trabajar con modelos complejos o realizar tareas intensivas en gráficos en 3D.
4. Almacenamiento en disco
El espacio de almacenamiento en disco es crucial para guardar modelos, resultados y archivos temporales generados. Un disco de estado sólido (SSD) no solo mejora la velocidad de carga del software, sino que también acelera la lectura/escritura de datos tras las simulaciones. Por ejemplo, se podría utilizar un SSD NVMe m.2 el cual es una unidad de almacenamiento ultrarrápida que permite escribir y leer información a velocidades elevadas. No obstante, un SSD de formato tradicional como 2.5 puede ser suficiente para un buen funcionamiento [5].
COMSOL Multiphysics utiliza la técnica Out of Core Memory cuando los modelos que se están simulando son demasiado grandes para que quepan completamente en la memoria RAM disponible en el sistema. Esto puede ocurrir cuando se trabaja con modelos extremadamente complejos que contienen una gran cantidad de datos, como geometrías detalladas, mallas finas o simulaciones con alta resolución temporal, y un gran número de DoF. Cuando un modelo supera la capacidad de la memoria RAM disponible, COMSOL Multiphysics implementa automáticamente la técnica Out of Core Memory. Esto significa que parte de los datos del modelo se almacenan en el disco duro en lugar de cargarlos completamente en la memoria RAM. Durante la simulación, COMSOL accede a estos datos almacenados en el disco según sea necesario, transfiriendo bloques de datos entre la RAM y el disco según el flujo de la simulación. El uso de Out of Core Memory permite a COMSOL manejar modelos más grandes de lo que sería posible si dependiera únicamente de la memoria RAM disponible. Aunque el acceso a los datos en el disco es generalmente más lento que el acceso a los datos en la RAM, esta técnica permite realizar simulaciones de alta fidelidad en modelos complejos que de otro modo serían demasiado grandes para procesar en la memoria RAM disponible en el sistema.
5. Sistema Operativo
COMSOL es compatible con varios sistemas operativos, incluyendo Windows, Linux y macOS. La elección del sistema operativo dependerá en gran medida de las preferencias del usuario y de la disponibilidad de controladores para el hardware específico [7].
La versión mínima requerida para COMSOL Multiphysics 6.2 en diferentes sistemas operativos es la siguiente:
- Para Windows: Windows 10
- Para macOS: macOS 10.15 Catalina
- Para Linux: Distribuciones de Linux compatibles con glibc 2.17 o superior
Le recomendamos que consulte los requisitos del sistema en el momento de la adquisición de COMSOL para conocer la versión mínima para la versión vigente [7].
Módulo de importación de CAD, de Diseño y Constructor de Aplicaciones
La importación de archivos en los formatos de archivo NX y SOLIDWORKS está disponible únicamente en el sistema operativo Windows o Linux compatible con procesadores Intel de 64 bits. La importación de archivos en los formatos de archivo AutoCAD e Inventor está disponible únicamente en un sistema operativo Windows compatible. La importación de archivos en los formatos de archivo ACIS 2024 1.0 y SOLIDWORKS 2024 está disponible únicamente en un sistema operativo Windows compatible. Asimismo, el Constructor de Aplicaciones sólo es compatible con el sistema operativo Windows [8].
La importación de archivos CATIA V5 solo está disponible para Windows 10 y Windows 11. LiveLink para MATLAB es compatible con MATLAB R2023a y R2023b en todos los sistemas operativos compatibles, mientras que LiveLink para Simulink es compatible con Simulink R2023a y R2023b en los mismos sistemas operativos. Algunos requisitos adicionales de programas como xterm, csh y XQuartz pueden ser necesarios para sistemas Linux y macOS1 [8].
6. Licencia y configuración de la red
La licencia en red incluye ciertas ventajas frente a las licencias de máquina única, como son la posibilidad de instalar el software en todos los ordenadores de una red local, la disponibilidad del trabajo en remoto, la posibilidad de utilizar COMSOL en modo cliente-servidor y el uso de COMSOL en un clúster de ordenadores. Vamos a fijarnos en esta última ventaja: COMSOL permite los cálculos en paralelo en sistemas de memoria distribuida siempre y cuando se disponga de una licencia en red y se utilicen sistemas operativos de clúster [9].
6.1 Licencia de tipo flotante
Para un rendimiento óptimo en entornos de red, es crucial configurar adecuadamente la licencia de COMSOL y la conexión de red. La licencia debe ser accesible para todos los nodos que participan en simulaciones paralelas. La licencia del tipo flotante es esencial en este contexto, permitiendo el acceso a COMSOL desde múltiples nodos o computadoras dentro de una red. Esta licencia, alojada en un servidor central, puede ser compartida entre usuarios o computadoras según sea necesario.
Para configurar una licencia flotante de COMSOL, se necesita un servidor de licencias accesible para todos los nodos participantes en las simulaciones paralelas. Este servidor actúa como un punto centralizado de autorización, supervisando el acceso y la disponibilidad de las licencias en la red [1].
6.2 Memoria distribuida
COMSOL permite realizar simulaciones paralelas con múltiples ordenadores, distribuyendo la carga de trabajo entre nodos para superar limitaciones de memoria. COMSOL ofrece herramientas como MPI o Sockets para optimizar la comunicación.
6.3 Optimización de la configuración de red
Una configuración adecuada de la red es esencial para garantizar una comunicación eficiente entre los nodos y aprovechar al máximo la memoria distribuida en COMSOL. Esto incluye utilizar una infraestructura robusta, conexiones de alta velocidad, una topología eficiente, configuraciones de firewall apropiadas y la selección de protocolos y parámetros optimizados. Estas mejores prácticas mejoran el rendimiento y la escalabilidad de las simulaciones en COMSOL Multiphysics [10].
7. Actualizaciones y parches
Mantener el software actualizado es fundamental para aprovechar nuevas características y mejoras de rendimiento. COMSOL regularmente lanza actualizaciones y parches que corrigen errores y optimizan la eficiencia del software. Con ello se puede garantizar la compatibilidad con sistemas operativos y hardware actualizados, recibir soporte técnico y asistencia, mantener la seguridad y estabilidad del software mediante parches de seguridad, y permanecer al día con el ciclo de desarrollo del software, lo que permite a los usuarios mantenerse competitivos y aprovechar las innovaciones en el campo de la simulación y el modelado. El servicio de mantenimiento de COMSOL da derecho a recibir estas mejoras y servicios. El primer año del servicio viene incluido con la compra del software. Los siguientes años es opcional pero altamente recomendable.
8. Resumen
- Potencia de procesamiento
- Se recomienda un procesador multinúcleo de última generación con al menos 4 núcleos.
- COMSOL no se beneficia del Hyper-Threading, por lo que es importante seleccionar un procesador con múltiples núcleos físicos.
- Se debe optimizar la escalabilidad de los núcleos dividiendo el modelo en subdominios y paralelizando tareas.
- Memoria RAM
- Se recomienda un mínimo de 16 GB de RAM, pero para modelos complejos se sugiere 32 GB o más.
- Se recomienda utilizar configuraciones de memoria de doble, triple o cuádruple canal para mejorar el rendimiento.
- Tarjeta gráfica
- o Se sugiere una tarjeta gráfica dedicada compatible con OpenGL para una mejor visualización y navegación en modelos 3D.
- Almacenamiento en disco
- o Se recomienda un disco de estado sólido (SSD) para mejorar la velocidad de carga del software y la eficiencia en la lectura/escritura de datos.
- Sistema Operativo
- COMSOL 6.2 es compatible con:
- Window 10 o superior
- Linux: Distribuciones de Linux compatibles con glibc 2.17 o superior
- MacOS: macOS 10.15 Catalina o superior
- COMSOL 6.2 es compatible con:
- Licencia y configuracion de red
- Se necesita una licencia de tipo flotante para poder trabajar en modo clúster, accesible para todos los nodos que participan en las simulaciones paralelas.
- La configuración de la red debe ser optimizada para garantizar una comunicación eficiente entre los nodos.
- Actualizaciones y parches
- Mantener COMSOL actualizado garantiza aprovechar nuevas características y mejoras de rendimiento, así como recibir soporte técnico y parches de seguridad.
Conclusiones
Este artículo detalla los requisitos computacionales esenciales para utilizar eficazmente COMSOL Multiphysics en diversas aplicaciones de simulación multifísica. Se enfoca en la potencia de procesamiento, la memoria RAM, la tarjeta gráfica, el almacenamiento en disco, el sistema operativo y la configuración de red. Se destaca la importancia de contar con un procesador multinúcleo de última generación y una cantidad adecuada de RAM para manejar modelos complejos. Se recomienda una tarjeta gráfica dedicada y se menciona la técnica "Out of Core Memory" para modelos grandes. Se enfatiza en la licencia de tipo flotante y la configuración de red para entornos de red y cálculos con memoria distribuida. Finalmente, se subraya la importancia de mantener el software actualizado para aprovechar nuevas características y garantizar la compatibilidad con sistemas operativos y hardware actualizados, esenciales para maximizar la eficiencia y el rendimiento al utilizar COMSOL Multiphysics en la simulación de fenómenos físicos complejos.
Referencias
[1] Base de conocimiento de COMSOL: COMSOL and Multithreading
[2] Base de conocimiento de COMSOL: What hardware do you recommend for COMSOL Multiphysics®
[3] Blog de COMSOL: Solutions to Linear Systems of Equations: Direct and Iterative Solvers
[4] Cinebench R23 Scores (Nanoreview.net)
[5] Blog de COMSOL: How Large of a Model Can You Solve with COMSOL®?
[6] Web Addlink: Grados de libertad en un modelo de COMSOL Multiphysics
[7] System Requirements: COMSOL Multiphysics® Version 6.2
[8] System Requirements: Interfacing Products for Version 6.2
[9] Base de conocimiento de COMSOL: Running COMSOL® in Parallel on Clusters
[10] Base de conocimiento de COMSOL: Selecting Hardware for Clusters
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Minitab, LLC, líder del mercado en análisis de datos, análisis predictivo y mejora de procesos, ha anunciado el próximo lanzamiento de una versión nueva y mejorada de Minitab Statistical Software a finales de marzo. Esta nueva versión ampliará la inteligencia artificial fiable, basada en reglas, para permitir la automatización para visualizaciones y análisis de datos mejores, más rápidos y más fáciles.
Como siempre, la última versión de Minitab incluye capacidades nuevas y mejoradas. Al añadir la primera distribución de capacidad automatizada patentada, Minitab revolucionará la forma en que los profesionales analizan los procesos. Las visualizaciones automatizadas y mejoradas proporcionarán potentes formas adicionales para que los clientes exploren e interactúen con los datos de forma interactiva. La adición de un nuevo análisis de estudio Gage utilizando el método EMP garantizará que los sistemas de medición sean precisos, y el test de 1 proporción se ha ampliado para mejorar la precisión y la idoneidad de los resultados, particularmente en aplicaciones de control de calidad donde la proporción de defectos suele ser pequeña.
Jeff Slovin, presidente y director ejecutivo de Minitab, dijo: “Durante más de 50 años, Minitab ha estado a la vanguardia del análisis de datos, aprovechando la potencia del aprendizaje automático y la IA basada en reglas para brindar resultados fiables y precisos. Estas nuevas innovaciones permitirán a las organizaciones resolver problemas de forma más rápida y sencilla que nunca, sin comprometer la calidad y la confiabilidad. Continuaremos invirtiendo para ofrecer a nuestros clientes las mejores Solutions Analytics™ de su clase que generen un valor comercial significativo”.
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Usuario de ChemOffice/ChemDraw, ¿te has enterado?
Como ya sabrás, PerkinElmer y Revvity son ahora dos empresas separadas. Como parte de esta transformación, Revvity Signals debe eliminar todas las versiones de software que hacen referencia a "PerkinElmer" para su distribución.
Esta publicación sirve como notificación para descargar y almacenar todas las versiones de la marca PerkinElmer de la plataforma flexnet de descarga.
Después del 25 de marzo de 2024, todas las versiones de PerkinElmer ChemOffice y ChemDraw ya no estarán disponibles para descargar desde el centro de descargas Flexnet.
Solo las versiones que hagan referencia a Revvity estarán disponibles para su descarga. Si ha comprado una versión perpetua del software que no es la última versión o incluso tiene una suscripción activa a una versión anterior del software, el instalador físico no estará disponible para descargar desde el centro de descarga de Revvity después del 25 de marzo de 2024.
Descargue y conserve los instaladores antiguos ahora antes de que sean eliminados de los centros de descarga.
El servicio de atención al cliente no podrá proporcionar acceso a instaladores antiguos después del 25 de marzo de 2024, según los acuerdos legales entre PerkinElmer y Revvity.
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Aquí hay siete herramientas de mejora de la calidad que vemos en acción una y otra vez. La mayoría de estas herramientas de calidad existen desde hace tiempo, pero eso ciertamente no les quita nada su valor.
Lo mejor de estas herramientas es que son muy sencillas de usar y trabajar con ellas rápidamente en Minitab Statistical Software o Engage, pero, por supuesto, pueden utilizarse otros métodos, o incluso lápiz y papel.
1. DIAGRAMA DE ESPINA DE PESCADO
Los diagramas de espina de pescado, o diagramas de causa y efecto, ayudan a generar ideas sobre las posibles causas de un problema y a ver las relaciones entre las posibles causas. La espina de pescado a continuación identifica las posibles causas del retraso en los resultados de laboratorio:
En un diagrama de espina de pescado, el problema o efecto central está en el extremo derecho. Las afinidades, que son categorías de causas, se ramifican desde la columna vertebral del efecto central. Las causas de la lluvia de ideas se derivan de las afinidades.
2. GRÁFICA DE CONTROL
Los gráficos de control se utilizan para monitorizar la estabilidad de los procesos y pueden convertir datos ordenados por tiempo para una característica particular (como el peso del producto o el tiempo de espera en un centro de llamadas) en una imagen fácil de entender. Estos gráficos indican cuando hay puntos fuera de control o cambios inusuales en un proceso.
3. HISTOGRAMA
Puede utilizarse un histograma para evaluar la forma y la tendencia central de los datos, y para evaluar si estos datos siguen o no una distribución específica, como la distribución normal.
Las barras representan el número de observaciones que caen dentro de intervalos consecutivos. Como cada barra representa muchas observaciones, un histograma es más útil cuando se tiene una gran cantidad de datos.
4. MAPA DE PROCESOS
Se puede utilizar un mapa de procesos, a veces denominado diagrama de flujo, para ayudarle a modelar su proceso y comprender y comunicar todas las actividades del proceso, las relaciones entre las entradas y salidas del proceso y los puntos de decisión clave.
Engage facilita la construcción de diagramas de flujo detallados o de alto nivel, y también hay una funcionalidad para asignar variables a cada forma y luego compartirlas con otras herramientas que esté utilizando en Engage.
5. DIAGRAMA DE PARETO
Los diagramas de Pareto pueden ayudar a priorizar los problemas de calidad y separar los "pocos problemas vitales" de los "muchos triviales" al trazar las frecuencias y los porcentajes correspondientes de una variable categórica, lo que le muestra dónde concentrar los esfuerzos y recursos.
6. GRÁFICOS DE EJECUCIÓN
Puede utilizar un gráfico de ejecución o gráfica de corridas, para mostrar cómo cambian los datos de su proceso a lo largo del tiempo, lo que puede revelar evidencia de variación de causa especial que crea patrones reconocibles.
El gráfico de ejecución de Minitab traza las observaciones individuales en el orden en que fueron recopiladas y traza una línea de referencia horizontal en la mediana. Minitab también realiza dos pruebas que brindan información sobre la variación no aleatoria debida a tendencias, oscilaciones, mezclas y agrupaciones: patrones que sugieren que la variación observada se debe a causas especiales.
7. DIAGRAMA DE DISPERSIÓN
Puede utilizarse un diagrama de dispersión para ilustrar la relación entre dos variables comparando una con la otra. Los diagramas de dispersión también son útiles para trazar una variable a lo largo del tiempo.
¿Qué herramientas de calidad guardas en tu bolsillo trasero?
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Resumen:Documentar y compartir cálculos de diseño es una parte muy importante de las tareas de los ingenieros. Los ingenieros comienzan sus carreras utilizando Excel para cálculos, como un medio rápido para resolver y documentar ecuaciones básicas. Pero después de usarlo durante algún tiempo, descubren que tienen limitaciones al presentar matemáticas avanzadas, y a menudo requieren soluciones alternativas y puede llevar mucho tiempo detectar errores. Los ingenieros necesitan un software de cálculo fácil de usar que facilite la creación y actualización de hojas de trabajo de diseño, y muchos consideran Maple Flow como una alternativa al formato de hoja de cálculo. Este documento muestra cuatro áreas clave en las que los ingenieros pueden mejorar su productividad y flujo de trabajo cambiando a Maple Flow desde Excel. Maple Flow destaca como un software de cálculo alineado con la forma en que los ingenieros abordan los diseños. Con Maple Flow, puede capturar su proceso de pensamiento, minimizar los errores que provocan retrasos, controlar el aumento de los costes y evitar resultados inesperados. |
Muchos ingenieros comienzan su carrera con acceso a Excel®. Es muy fácil abrir una hoja de trabajo y comenzar a introducir algunos valores. Un cálculo rápido aquí, añada un multiplicador allí, cambie este valor porque tiene nueva información y tal vez rehaga el cálculo con este número para ver cómo se verían los resultados. Los números parecen buenos, así que procede a construir un prototipo.
Mientras tanto, la hoja de cálculo se comparte con otro equipo, donde alguien añade algunas líneas más, cambia algunos de los valores originales e introduce una serie de errores imposibles de rastrear. Unos meses después, nadie sabe de dónde provinieron las cifras, pero los equipos del proyecto han estado basando meses de trabajo de diseño en los resultados de estos cálculos erróneos.
Las fórmulas crípticas, junto con la falta de visibilidad sobre de dónde provienen los datos y cómo se resuelven las ecuaciones, dejan lugar a errores que tienen consecuencias indeseables e incluso desastrosas.
La alta probabilidad de errores en las hojas de cálculo
En 2015, una investigación sobre el riesgo de errores en hojas de cálculo operativas y comerciales¹ mostró que para hojas de cálculo complejas (aquellas con más de 100 celdas con fórmulas), la probabilidad promedio de que una celda en particular tenga un error es del 3,9%, pero esto rápidamente se extiende en cascada a través de múltiples pestañas y páginas con el efecto de que en promedio el 94% de los documentos estudiados tenían al menos un error.
El informe también analizó los tipos de errores que ocurrían al trabajar con hojas de cálculo. En un estudio, se encontró que un promedio del 45% de los errores estaban relacionados con las matemáticas subyacentes, como un error en el uso de una ecuación, mientras que el 23% de los errores estaban relacionados con la forma mecánica de introducir los valores en Excel, por ejemplo, utilizando referencias de celda incorrectas o copiando y pegando en el lugar equivocado. Estos errores se vuelven más comunes por la forma en que las fórmulas de Excel se ocultan a la vista. Esto muestra la importancia de verificar los cálculos contributivos como parte de un proceso de revisión de documentos de calidad.
La alternativa moderna a las hojas de cálculo
El hecho es que, si bien Excel tiene sus usos, simplemente no está diseñado para cálculos matemáticos avanzados y su documentación de respaldo. Los ingenieros y científicos necesitan sistemas matemáticos interactivos que les permitan escribir ecuaciones que describan problemas utilizando notación matemática estándar, como por ejemplo, 
o 
y luego resolver estos problemas trabajando con las ecuaciones de forma natural.
Maple Flow es uno de los mejores ejemplos de un sistema matemático interactivo diseñado específicamente para desarrollar, documentar y resolver cálculos de ingeniería. Aprovechando el motor matemático avanzado de Maple, Maple Flow tiene acceso a una amplia gama de resolvedores que cubren todas las áreas principales de las matemáticas de ingeniería en un entorno de documentación técnica que combina texto, cálculos, imágenes, gráficos y más en un solo documento. Dado que Maple Flow está diseñado para cálculos matemáticos avanzados y permite a los ingenieros capturar el flujo de trabajo del diseño, así como los resultados, Maple Flow ofrece muchos beneficios que Excel no puede abarcar.
Este documento revisa cuatro áreas clave en las que los ingenieros pueden mejorar su productividad y flujo de trabajo utilizando Maple Flow en lugar de Excel.
1) CAPACIDADES MATEMÁTICAS INTEGRALES
La herramienta ideal para proyectos de ingeniería es aquella que puede manejar cálculos complejos en una amplia gama de áreas temáticas.
Excel es, en esencia, una herramienta empresarial que ha evolucionado para manejar algunos cálculos no comerciales. Su biblioteca de funciones ahora incluye muchas funciones matemáticas y de ingeniería, pero no puede manejar funciones avanzadas como el cálculo ni proporcionar gráficos de funciones directamente. Para trazar la gráfica de una función o evaluar puntos o gradientes en una curva trazada, los datos subyacentes se deben ordenar en tablas que luego se pueden usar para crear trazados y gráficos. Excel también ofrece macros de aplicaciones visuales básicas (VBA) que permiten a los usuarios crear funciones personalizadas y automatizar tareas realizadas con frecuencia. Sin embargo, las macros funcionan manipulando hojas de cálculo, lo que no es una forma natural de abordar la resolución de problemas.
Maple Flow tiene más de 5000 funciones que cubren prácticamente todas las áreas de las matemáticas, incluido el cálculo, las ecuaciones diferenciales, la estadística, el álgebra lineal y las transformaciones. Admite cálculos numéricos y cálculos simbólicos de alta precisión. Con los cálculos simbólicos, los usuarios pueden evaluar expresiones sin asignar valores a las variables. Maple Flow proporciona herramientas para la resolución de problemas numéricos y algebraicos a gran escala, y utiliza los algoritmos líderes en el mundo del motor de cálculo Maple para resolver problemas que están más allá del alcance de cualquier otro sistema de software.
Maple Flow también incluye un lenguaje de programación con todas las funciones que se puede utilizar para crear scripts, programas y aplicaciones completas. Diseñado para cálculos matemáticos, incluye estructuras de datos matemáticos, operaciones y funciones integradas específicamente para manipular objetos y ecuaciones matemáticas, lo que lo hace ideal para cálculos de ingeniería avanzados.
2) NOTACIÓN MATEMÁTICA NATURAL
Los ingenieros quieren describir los problemas en términos de ecuaciones utilizando variables, constantes y operandos, y luego resolver esos problemas de manera lógica. Una herramienta eficaz debe tener la capacidad de ayudar a los usuarios en la forma en que quieren trabajar.
Excel no admite la notación matemática estándar. Una expresión como ((B12+2*$A$1)/A12)*2.1328 no representa las matemáticas en la forma en que los ingenieros expresan sus problemas, ni Excel permite a los ingenieros manipular ecuaciones de forma natural. No hay flujo en cómo se resuelven las ecuaciones y hay que saltar de celda en celda para ver dónde se realiza un cálculo y dónde se utiliza el resultado. La función de ecuaciones de Excel muestra ecuaciones en un formato plano, parecido a una imagen, y requiere que las actualizaciones se realicen a mano.
La notación matemática natural ayuda a presentar y resolver ecuaciones diferenciales y cálculo avanzado.
Con el lienzo de formato libre de Maple Flow, los ingenieros pueden escribir ecuaciones y fórmulas de forma intuitiva y legible utilizando notación matemática estándar. Maple Flow permite resolver el problema de forma natural, con cada paso claramente visible y bien documentado. Esto es particularmente útil al presentar y resolver ecuaciones diferenciales y utilizar cálculo avanzado. En Maple Flow, puede verse de dónde provienen los valores de entrada y dónde se utilizan los resultados, lo que permite actualizar y manipular fácilmente las matemáticas en los documentos.
Maple Flow permite a los ingenieros resolver problemas matemáticos de la misma manera que lo harían cuando los resuelven a mano, aunque mucho más rápido, sin errores y con muchos resolvedores y herramientas de análisis que superan con creces lo que se puede hacer manualmente.
3) SISTEMAS DE UNIDADES
Los cálculos de ingeniería implican valores que tienen unidades, que denotan masa, velocidad, resistencia, densidad, etc. Las herramientas utilizadas para los cálculos de ingeniería deben ser lo suficientemente robustas como para reconocer y manejar correctamente las unidades a fin de realizar cálculos correctos.
Excel no está diseñado para cálculos científicos y no maneja unidades de manera intuitiva. No se pueden realizar cálculos con números en Excel que incluyan unidades, y cualquier referencia de unidad debe agregarse por separado, ocupando una celda vecina. Solo puedes convertir un número en una celda de una unidad a otra usando una llamada de función, como =CONVERTIR(C5, "ft", "m").
Por defecto, Excel evalúa expresiones trigonométricas mediante el uso de radianes, lo que puede confundir a los usuarios que esperan introducir grados.
Un área común de confusión en Excel es cómo su valor predeterminado es evaluar expresiones trigonométricas como seno, coseno y tangente mediante el uso de radianes, mientras que muchos proyectos de ingeniería estructural hacen referencia a valores de ángulos medidos en grados.
Maple Flow permite que los cálculos utilicen una combinación de unidades SI e imperiales.
Maple Flow, por otro lado, permite a los ingenieros realizar cálculos inteligentes que incluyen unidades y puede convertir unidades fácilmente de una unidad a otra. Con un menú de unidades SI e imperiales, también brinda soporte para el uso de unidades, verificando opciones incompatibles y manejando la manipulación de unidades para asignar la unidad correcta a un cálculo resultante. Por ejemplo, si se considera la ecuación F=ma. En Maple Flow, se puede multiplicar una masa determinada por una aceleración, y Maple Flow obtendrá el resultado predeterminado en Newtons. Esto es imposible en Excel.
4) PROCESO DE REVISIÓN DE LOS CÁLCULOS DE DISEÑO
Las hojas de cálculo de ingeniería son más que la suma de sus operaciones aritméticas. Muestran propiedades, suposiciones y requisitos, se pueden hacer para que muestren las aprobaciones de los revisores y vinculan el diseño con los resultados del diseño solicitados. Cuando las crea y aprueba un ingeniero profesional, las hojas de cálculo de ingeniería también pueden comunicar el cumplimiento de estándares reconocidos internacionalmente, como Eurocódigos, IBC/IRC o JIS.
Tener un proceso de revisión sólido puede verificar las suposiciones y reducir el riesgo para la empresa.
Tener un proceso de revisión interna sólido es crucial para el éxito de una empresa de ingeniería. Permite a los ingenieros verificar suposiciones, reproducir cálculos y comprender de dónde provienen los resultados. Dado que la claridad y la precisión son vitales para los cálculos de ingeniería avanzados, un entorno que sólo proporciona resultados hace sólo una pequeña parte del trabajo.
Excel está diseñado principalmente para aplicaciones empresariales, por lo que se priorizan los resultados finales mientras que los cálculos están ocultos. Las celdas de una hoja de cálculo ocultan fórmulas y referencias de celdas, lo que requiere pasos adicionales para verificar su precisión. Si bien las funciones integradas de verificación de errores de Excel a menudo resaltan la sintaxis deficiente de la fórmula, Excel no resaltará la referencia de celda incorrecta por accidente y sigue siendo una posibilidad grave, que requiere mucho tiempo para encontrarla y corregirla.
Las fórmulas y referencias de celda ingresadas en una celda están ocultas de forma predeterminada en Excel.
De manera similar, Excel no proporciona una forma clara de agregar notas y comentarios a un flujo de trabajo. Sin la opción de contexto adicional a partir de las anotaciones, el lector puede tener dificultades para determinar de dónde provienen las entradas y por qué se utilizan ciertos valores. Excel admite agregar comentarios a una celda, pero no son fácilmente identificables. El revisor se ve obligado a buscar un triángulo rojo en la esquina de una celda para saber que hay un comentario y luego pasar el cursor sobre él para leerlo. El comentario en sí no puede incluir más que expresiones matemáticas muy básicas compuestas por caracteres disponibles en un teclado estándar. Simplemente no es una buena manera de transmitir requisitos importantes del proyecto o información general.
Maple Flow es una plataforma de gestión de cálculos y su formato de documentación flexible proporciona un entorno rico en el que crear un historial de trabajo completo de un proyecto. Sus notas, comentarios, visualizaciones y cálculos se conservan en un solo documento. Los revisores pueden ver fácilmente de dónde provienen los aportes, qué suposiciones se han hecho y comprender por qué se tomaron ciertas acciones. Estos documentos están "en vivo", por lo que si las suposiciones cambian, se pueden hacer ajustes a los parámetros y fórmulas y los resultados se volverán a calcular dentro del documento original. El documento Maple Flow proporciona un registro de auditoría abierto que reduce el riesgo de errores y retrasos costosos, y sirve como registro de toda la actividad del proyecto.
La plataforma Maple Flow también ayuda a retener el conocimiento organizacional. Al documentar el flujo de trabajo completo de un proyecto, el conocimiento adquirido en el transcurso de un proyecto se captura en un documento vivo al que se puede hacer referencia en una fecha futura. Esto protege a la empresa cuando los empleados se van o cuando surgen preguntas del proyecto sobre por qué se hicieron las cosas de una manera particular.
Maple Flow permite a los ingenieros documentar y desarrollar cálculos junto con material de referencia relacionado.
5) CONCLUSIÓN
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A medida que crece el impulso por la innovación, las empresas se ven presionadas a ofrecer mejores productos en menos tiempo y a un coste menor. Como resultado, es más importante que nunca que los ingenieros utilicen herramientas que hagan bien el trabajo la primera vez. Si bien Excel es bueno para proyectos que involucran una gran cantidad de datos, simplemente no puede manejar el alcance de los cálculos matemáticos necesarios para proyectos de ingeniería avanzada. No estamos sugiriendo que se abandonen las hojas de cálculo, pero los equipos de ingeniería también necesitan un sistema matemático interactivo robusto y potente dedicado a desarrollar y actualizar los cálculos de diseño; en otras palabras, los equipos de ingeniería necesitan Maple Flow. |
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Maple Flow se destaca como un software de cálculo alineado con la forma en que los ingenieros abordan los diseños. Con Maple Flow, se puede capturar su proceso de pensamiento, minimizar los errores que provocan retrasos, controlar el aumento de los costes y evitar resultados inesperados. Así como no saldríamos a cortar el césped con unas tijeras, no debe permitirse que el uso de software inadecuado ponga en peligro el éxito de los proyectos de ingeniería.
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¡Únete a nosotros en la Iberian COMSOL Multiphysics Conference, que tendrá lugar el próximo 28 de junio en Málaga!
La conferencia tendrá lugar el viernes 28 de junio en el edificio del Rectorado de la Universidad de Málaga
Qué esperar
- Discusiones estimulantes sobre simulación multifísica
- Oportunidades de formación
- Perspectivas y experiencias profesionales
- Networking con otros expertos y entusiastasa de COMSOL y la simulación multifísica
Sobre la conferencia
Iberian COMSOL Multiphysics Conference 2024 es un evento imprescindible para investigadores y profesionales apasionados por el modelado multifísico en sus diversas disciplinas. Ya seas del ámbito académico o industrial, esta conferencia te ofece una plataforma para explorar las últimas tendencias y avances en diferentes campos y conocer los dearrollos realizados por colegas de otras empresas y/o ámbitos de investigación y desarrollo.
Organizadores
Organizada por la Universidad de Málaga en colaboración con nuestra empresa Addlink Software Científico y COMSOL, esta conferencia promete ser una reunión fructífera de mentes dedicadas a avanzar en la tecnología de simulación.
Convocatoria de presentaciones
¿Estás trabajando en proyectos innovadores que involucren modelado y simulación multiísica? Te invitamos a presentar tu trabajo en la conferencia. Las presentaciones plenarias, mini-cursos y ponencias de los usuarios destacarán el uso innovador de COMSOL Multiphysics en numerosas áreas de la ciencia y la ingeniería.
Fechas importantes
- 1 marzo 2024: Apertura de recepción de resúmenes y apertura de registro
- 17 mayo 2024: Cierre de recepción de resúmenes
- 21 junio 2024: Cierre de registro
- 28 junio 2024: de 9h a 21h - Día de la conferencia
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