En esta edición especial de COMSOL News, encontrará información sobre algunos de los muchos proyectos biomédicos en los que se ha utilizado la simulación multifísica. Esta colección de historias muestra cómo la simulación, y el uso de aplicaciones de simulación, permite a los ingenieros de diseño, investigadores, científicos y estudiantes explorar y analizar diseños biomédicos; obtener una mejor comprensión de la física en juego; y crear productos, dispositivos y métodos mejores, innovadores y más fiables y seguros.
Los temas incluyen:
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Todos los productos del software COMSOL® se han sometido a mejoras en la estabilidad que se introducen en esta actualización. La siguiente lista contiene las mejoras más importantes en COMSOL ® versión 5.6 update 2 (incluidas las de update 1).
1 Novedades en la actualización 1
2 Novedades de la actualización 2
ACIS es una marca registrada de Spatial Corporation. Autodesk, el logotipo de Autodesk, AutoCAD e Inventor son marcas comerciales registradas o marcas comerciales de Autodesk, Inc. y/o sus subsidiarias y/o afiliadas en EE.UU. y/o en otros países. CATIA es una marca registrada de Dassault Systèmes o sus subsidiarias en los EE.UU. y/o en otros países. Debian es una marca comercial registrada de Software in the Public Interest, Inc. en los Estados Unidos. Linux es una marca registrada de Linus Torvalds en EE.UU. Y otros países. Microsoft, Excel y Windows son marcas comerciales registradas o marcas comerciales de Microsoft Corporation en los Estados Unidos y / o en otros países. macOS es una marca comercial de Apple Inc., en EE.UU. y otros países. MATLAB es una marca registrada de The MathWorks, Inc. NX es una marca comercial o una marca comercial registrada de Siemens Product Lifecycle Management Software Inc. o sus subsidiarias en los Estados Unidos y en otros países. Red Hat Enterprise Linux es una marca registrada de Red Hat, Inc. SOLIDWORKS es una marca registrada de Dassault Systèmes SolidWorks Corp. SUSE es una marca registrada de SUSE LLC.
Tate & Lyle es un líder mundial en la industria de alimentación y bebidas, validado por un largo e impresionante historial de "hacer que los alimentos sean extraordinarios" al convertir maíz, tapioca y otras materias primas en ingredientes que agregan sabor, textura y nutrientes a los alimentos. Uno de sus productos más reconocidos en los EE. UU. Es el edulcorante SPLENDA® Sucralose.
Cuando se encontraron con un desafío en el proceso de refinación de azúcares de maíz, Tate & Lyle recurrió al software de Minitab para obtener ayuda.
Cuando Adam Russell comenzó a trabajar como Cinturón Negro Maestro de Operaciones Globales en Tate & Lyle, se le presentó un desafío: mantener constante el tamaño de las partículas de sus azúcares de maíz.
“Una de las características críticas para la calidad de un proceso de cristalización es la distribución del tamaño de partículas”, dijo Russell. "¿Por qué narices importa esto? Bueno, cuando desarrollamos estos productos para consumidores hace 20 a 30 años, estos querían que los azúcares de maíz tuvieran el mismo sabor y textura que el azúcar de mesa normal o el azúcar de caña. Tienes que acertar dentro de una determinada distribución de tamaño de partícula para que esa situación sea cierta".
Tate & Lyle se enfrentaba a una lucha con esas partículas que caían fuera del rango aceptable y no podían identificar el motivo. La compañía tenía una lista de factores que tradicionalmente habían determinado que impactaban en la variación del tamaño de las partículas:
Y la lista continúa.

Versión simplificada del mapa de procesos que Tate & Lyle creó en Companion por Minitab (ahora Minitab Engage TM). En el proceso de cristalización del azúcar de maíz, el jarabe se alimenta desde una refinería, luego se cristaliza (lo que lleva muchos días), luego se centrifuga, se seca y se coloca en bolsas para los clientes.
Empezaron utilizando Companion by Minitab (ahora Minitab Engage™) para crear un mapa de proceso que mostraba una vista de alto nivel del proceso de cristalización (obtenga más información sobre los mapas de proceso). No obtenían de manera fiable una distribución de tamaño de partícula ajustada, por lo que querían comprender qué estaba causando la variación y cómo controlarla.
“Todo se mide en una planta química”, dijo Russell. “Cada posible punto tiene un transmisor que proporciona información a un histórico de datos. Eso es genial, pero crea el desafío que tenemos tanta información que no sabemos qué hacer con ella".
Para comprender visualmente los datos del tamaño de partícula, Russell y su equipo utilizaron Minitab Statistical Software para crear la gráfica Xbarra que se muestra a continuación.
Sin embargo, muchas de las relaciones entre las variables no eran lineales, por lo que resultó difícil identificar el impacto de una sobre otra. Además, se desconocía el tamaño de partícula hasta que se colocaba en la bolsa para los consumidores porque se encontraba en una etapa de secado en forma de gel entre líquido y sólido, conocida como "suspensión".
Existen más de 1000 entradas posibles para un modelo como este. Los modelos de regresión múltiple por sí solos no pueden dar lugar a respuestas.

El indicador clave de proceso fue el coeficiente de variación (CV) del producto terminado, que se muestra aquí en una gráfica Xbarra creada con Minitab Statistical Software.
Con numerosos predictores interactuando entre sí de formas infinitas y complejas, necesitaban un enfoque organizado para identificar qué predictores impactaban más en la distribución del tamaño de partículas. Necesitaban TreeNet en Salford Predictive Modeler (SPM) (y ahora también en el módulo de analítica predictiva de Minitab).
“Solo utilizando técnicas de modelado tradicionales, era difícil”, dijo Russell. “Fue muy difícil para nosotros entender las relaciones entre las variables y los resultados. Afortunadamente, TreeNet de Minitab hizo que fuera muy simple para nosotros enfocarnos en los predictores clave y poder diseñar estrategias para poder lidiar con ellos de manera efectiva. Creo que Minitab y el algoritmo TreeNet pueden funcionar juntos de manera muy eficaz. Ciertamente, SPM no reemplaza a Minitab ni a otros programas estadísticos, pero cuando los usamos juntos, creo que podemos responder lo antes posible".
Russell usó la configuración predeterminada en TreeNet y ajustó el número de árboles. Cuando empezó a depurar los predictores, empezó a comprender el efecto que tenían contra un test de valor R cuadrado.

Este modelo para el control del tamaño de partículas tiene solo 8 predictores, pero explica aproximadamente la mitad de la variación en la muestra de prueba.
Para encontrar el verdadero significado detrás de estas variables críticas, Russell utilizó la gráfica de dependencia parcial de SPM (ahora también disponible en el módulo de analítica predictiva de Minitab). Ciertas variables caían en las ubicaciones con más pendiente de la curva de dependencia parcial, lo que revelaba su importancia. Sin la curva de dependencia parcial de SPM, nunca se habría encontrado la importancia de estas variables.
Luego utilizó un enfoque sencillo y escalonado. Sacó las variables una a una y observó para ver qué pasaba con R-cuadrado. No cambió significativamente hasta que sacó la cuarta variable más importante. Llevó esta variable al equipo de fabricación y pidió más información al respecto.
Russell redujo rápidamente más de 1.000 predictores a solo 8 utilizando la clasificación de importancia de variables de SPM. Y esos 8 predictores fueron responsables de casi la mitad de la variación solo en las muestras de prueba.
Usando la función de "afeitado desde arriba" de SPM, Russell pudo ver rápidamente que una variable tenía un efecto significativamente mayor en R-cuadrado que cualquiera de las otras variables. Resultó que esta era la variable asociada con la corriente de alimentación al sistema de cristalización, pero su impacto en el producto final no se entendió claramente hasta que Russell creó un modelo SPM.
Luego, con las gráficas de dependencia parcial de SPM, Russell pudo ver por qué esta variable era tan importante en la falta de fiabilidad del tamaño de partículas. Los gráficos de dependencia parcial de SPM mostraron cómo esta variable probablemente cambiaría en respuesta a los cambios en el lugar en el que se "ejecutaban en la curva de distribución".
"Estamos en la parte más empinada de esta curva de distribución", dijo Russell. “En los días de suerte, el coeficiente de variación será bajo, pero en los días de mala suerte, el coeficiente de variación será alto. Sin SPM, nunca lo hubiera sabido".
Satisfecho de que se había cumplido el objetivo, Russell encontró algunas formas de reducir la variación en el tamaño final de los cristales de azúcar de maíz y ayudar a los fabricantes de alimentos a utilizar esos ingredientes para mejorar sus productos para los consumidores.
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EL RETO PRODUCTOS UTILIZADOS CÓMO AYUDÓ MINITAB RESULTADOS Descubrieron que 8 predictores eran responsables de casi la mitad de la variación. Durante los períodos de retraso en el proceso, los operadores de la planta pudieron cambiar el predictor según los factores de oferta y demanda. Armados con esta información, Tate & Lyle encontraron formas de reducir la variación en el tamaño de las partículas. |
*Este estudio de caso de usuario se creó con Companion de Minitab y SPM, antes de la introducción de Minitab Engage y el módulo de Analítica Predictiva de Minitab en 2021.
Esta semana ha comenzado el periodo de preinscripción de la tercera edición del Máster Universitario Simulación Numérica en Ciencia e Ingeniería en COMSOL Multiphysics® (MUCOM) (curso 2021-2022) y finalizará el 25 de septiembre de 2021.
El máster MUCOM ofrece una formación fundamental y completa sobre simulación numérica y optimización aplicadas. MUCOM forma al alumno en la utilización del software COMSOL Multiphysics®, cubriendo todos los puntos de vista, tanto teóricos como prácticos. Este máster presenta una excelente oportunidad de formación sobre una herramienta de uso común en la industria, y conecta directamente con la actividad profesional actual en Ciencias e Ingenierías, aportando al mismo tiempo unos conocimientos de innegable valor en cualquier currículo académico. Es una formación que prepara al estudiante para desarrollar proyectos de simulación de I+D+i en multitud de industrias y centros de investigación.
MUCOM es un Título Propio de la Universidad de Málaga, completamente online y bajo la dirección académica del Dr. Emilio Ruiz Reina. En el que colaboran la Universidad Complutense de Madrid, la Universitat Politècnica de Catalunya, el Instituto Carlos I de Física Teórica y Computacional, COMSOL y Addlink Software Científico, distribuidor oficial de COMSOL Multiphysics para España y Portugal.
La calidad del máster se pudo comprobar en la presentación de los Trabajos Fin de Máster (TFM) que han realizaron los egresados de la edición 2019-2020 y que publicamos en este vídeo. Otros motivos que queremos destacar sobre este máster son:
Los circuitos resonantes son muy utilizados en muchas aplicaciones de ingeniería electromagnética:
osciladores, amplificadores sintonizados, filtros, medidores de frecuencia, etc. pudiendo encontrarlos en hornos de microondas, radares, o en estaciones de telefonía móvil.
Las aplicaciones pueden realizarse en gamas muy diferentes de frecuencia desde baja frecuencia a las microondas y de muy alta frecuencia, siendo la tecnología la que diferencia a estos circuitos resonantes en las diferentes bandas.
Brianne Cristopher nos explica en su artículo del blog de COMSOL cómo se puede utilizar COMSOL para diseñarlos en la nueva infraestructura 5G para filtrar las diferentes frecuencias y evitar interferencias, teniendo en cuenta sus posibles variaciones estructurales debido a fuentes de calor, etc.
Las funciones cuadráticas son una potente construcción de modelado en programación matemática y aparecen en diversas disciplinas como estadística, aprendizaje automático (regresión Lasso), finanzas (optimización de carteras), ingeniería (OPF) y teoría de control. En Mark 27.1 de la Biblioteca NAG, NAG introdujo dos nuevas incorporaciones a la NAG Optimization Modelling Suite para ayudar a los usuarios a definir fácilmente funciones objetivo cuadráticas y/o restricciones, integrarlas sin problemas con otras restricciones y resolver los problemas resultantes utilizando solucionadores compatibles sin necesidad de una reformulación o ningún esfuerzo adicional.
Igual que con todas las nuevas versiones, animamos a los usuarios de nag library a actualizar a la última Mark para acceder a las nuevas mejoras de contenido y rendimiento. La nueva funcionalidad Mark 27.1 también está disponible en la Biblioteca NAG para Python.
Si no tiene acceso a la Biblioteca NAG y quiere probar la nueva funcionalidad, le ofrecemos pruebas completas de los productos.
La actualización 20.2 supone la incorporación a Minitab Statistical Software de las siguientes funcionalidades:
Además, esta es la primera versión de Minitab compatible con el módulo Predictive Analytics de Minitab, un módulo opcional que ofrece los algoritmos basados en árboles TreeNet (potenciación estocástica de gradientes) y Random Forest (bosques aleatorios) para análisis predictivo avanzado en clasificación y en regresión.
A diferencia de las actualizaciones de las revisiones anteriores, para poder disfrutar de Minitab 20.2 el coordinador de licencias debe activar el acceso a esta revisión.
Los pasos que debe llevar a cabo son:
Es importante tener presente que, en cualquier momento, podemos comprobar la versión y revisión de Minitab que tenemos instalada.