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體驗(yàn)時(shí)代的仿真
體驗(yàn)時(shí)代的仿真

體驗(yàn)時(shí)代的仿真

體驗(yàn)經(jīng)濟(jì)正推進(jìn)著設(shè)計(jì)與工程領(lǐng)域的模式轉(zhuǎn)變,您將如何利用仿真技術(shù)推動(dòng)創(chuàng)新?
打造成功體驗(yàn)
打造成功體驗(yàn)

一個(gè)企業(yè)要想打造創(chuàng)新型體驗(yàn),就必須利用靈活、迭代的方法開(kāi)展工作,在協(xié)作的環(huán)境中發(fā)揮創(chuàng)意、妥善利用知識(shí)。這就需要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程中時(shí)時(shí)處處充分利用仿真技術(shù),做到靈活性和直觀性并存,一絲不茍且富有意義。必須在整個(gè)研發(fā)周期之中貫徹使用仿真,同時(shí)支持?jǐn)?shù)據(jù)、專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)在整個(gè)企業(yè)中的分享,而不僅限于工程部門。傳統(tǒng)工作流程使得仿真技術(shù)僅限于少數(shù)專家使用,這種現(xiàn)狀應(yīng)當(dāng)加以改變。為了在開(kāi)發(fā)流程早期階段就更好地發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品要求,機(jī)構(gòu)需要新的流程和工具,不僅如此,還要向更廣泛的人員開(kāi)放關(guān)鍵仿真任務(wù),同時(shí)獲取仿真的輸入并分享結(jié)果。此外,仿真實(shí)踐應(yīng)建立在支持可持續(xù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)上,幫助企業(yè)不斷發(fā)展體驗(yàn),而非僅僅實(shí)施一次性的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。


由仿真主導(dǎo)的創(chuàng)新并非只靠為設(shè)計(jì)工程師簡(jiǎn)化一流的分析工具就能實(shí)現(xiàn),而是需要進(jìn)一步推進(jìn)戰(zhàn)略性變革,讓整個(gè)機(jī)構(gòu)的利益相關(guān)方,包括市場(chǎng)營(yíng)銷和生產(chǎn)等不同部門共同推動(dòng)滿足需求,利用仿真技術(shù)來(lái)更好地提升產(chǎn)品體驗(yàn)。這有助于降低風(fēng)險(xiǎn),促進(jìn)決策,并最終有助于推出性能更出色的產(chǎn)品。


工程企業(yè)應(yīng)接納產(chǎn)品總體體驗(yàn)比產(chǎn)品本身特性更加關(guān)鍵的理念。采用仿真技術(shù)主導(dǎo)創(chuàng)新的實(shí)踐是推動(dòng)企業(yè)變革、在客戶體驗(yàn)至上的世界新秩序中高效競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵一步。

整體化方法
為了滿足體驗(yàn)時(shí)代的客戶期望,市場(chǎng)需求、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、仿真、測(cè)試和生產(chǎn)等各環(huán)節(jié)必須攜手并進(jìn)。然而,仿真作為相對(duì)獨(dú)立的專業(yè)學(xué)科或者作為設(shè)計(jì)人員使用的簡(jiǎn)單工具套件,還無(wú)法獨(dú)立推進(jìn)新一代創(chuàng)新。我們需要全面的工作方法來(lái)推進(jìn)協(xié)作、可視性和知識(shí)管理,為仿真產(chǎn)品在真實(shí)世界中的性能提供必要的計(jì)算功能,從而打造最佳產(chǎn)品體驗(yàn),幫助企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。

面向具體行業(yè)的仿真
仿真技術(shù)作為3DEXPERIENCE平臺(tái)的組成部分,一旦在應(yīng)用中與特定行業(yè)的需求形成契合,就能夠促進(jìn)企業(yè)中的關(guān)鍵利益相關(guān)方參與其中提供必要的輸入,并得到需要的仿真結(jié)果。此外,平臺(tái)支持仿真協(xié)同開(kāi)發(fā),能幫助工程師針對(duì)一系列參數(shù)驗(yàn)證和測(cè)試設(shè)計(jì)方案,同時(shí)讓制造工程師評(píng)估具體迭代是否能高效投產(chǎn),實(shí)現(xiàn)最優(yōu)成本。

仿真主導(dǎo)創(chuàng)新
平臺(tái)化方法還有一個(gè)優(yōu)勢(shì),就是能實(shí)現(xiàn)快速的魯棒性設(shè)計(jì)設(shè)計(jì),這是仿真驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新的關(guān)鍵組成部分。這種規(guī)模的仿真能幫助企業(yè)在探索未知領(lǐng)域時(shí)降低不確定性和風(fēng)險(xiǎn)。
由于仿真技術(shù)成為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)平臺(tái)不可分割的組成部分,公司能獲得重要信息,盡可能減少大規(guī)模測(cè)試需求,從而有助于降低成本,避免進(jìn)度遲緩,并打造知識(shí)管理分享的環(huán)境,促進(jìn)新一代創(chuàng)新人員的學(xué)習(xí)。必須串聯(lián)起人員、創(chuàng)意和數(shù)據(jù)之間的各個(gè)點(diǎn),幫助企業(yè)提高客戶忠誠(chéng)度,加強(qiáng)溝通協(xié)作,帶來(lái)客戶最需要的體驗(yàn)類型。只有平臺(tái)才能做到這一點(diǎn)。

達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE作為一款業(yè)務(wù)體驗(yàn)平臺(tái),為創(chuàng)新人員在整個(gè)企業(yè)從市場(chǎng)到銷售到工程開(kāi)發(fā)的各個(gè)層面上開(kāi)展協(xié)作提供了軟件解決方案,有助于打造差異化消費(fèi)者體驗(yàn),滿足航空、消費(fèi)包裝商品、能源、高科技、生命科學(xué)、交通運(yùn)輸?shù)榷喾N不同行業(yè)的需求。它在企業(yè)內(nèi)部以及云端上的協(xié)作化互動(dòng)環(huán)境中為3D設(shè)計(jì)、仿真優(yōu)化、制造、社交互動(dòng)和數(shù)據(jù)智能提
供了高可靠性功能。

整體化方法
仿真真實(shí)世界的行為
仿真真實(shí)世界的行為
仿真一直在聯(lián)想ThinkPad筆記本電腦設(shè)計(jì)中扮演重要角色,而有限元素分析(FEA)等工具則用于常見(jiàn)的測(cè)試環(huán)節(jié),以分析特定設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)備摔落、靜態(tài)壓力、主板壓力和惡劣震蕩等情況的應(yīng)對(duì)能力。
時(shí)光快進(jìn)10年,仿真技術(shù)仍用于各種核心產(chǎn)品特性測(cè)試,同時(shí)也用來(lái)探索筆記本電腦使用的整體體驗(yàn),包括鍵盤響應(yīng)性乃至應(yīng)對(duì)移動(dòng)辦公各種復(fù)雜條件的情況。
聯(lián)想位于北京的創(chuàng)新設(shè)計(jì)中心(IDC)的高級(jí)經(jīng)理辛志峰(音)博士指出:“筆記本電腦面臨這種負(fù)載和壓力考驗(yàn),它們要在不同地方工作。”該中心負(fù)責(zé)新型筆記本電腦設(shè)計(jì)的仿真測(cè)試。

為了設(shè)計(jì)創(chuàng)新型筆記本電腦,滿足用戶整體體驗(yàn)要求,辛博士的團(tuán)隊(duì)在ThinkPad X300和T400的整個(gè)設(shè)計(jì)工作中采用Abaqus FEA。工程師早期采用Abaqus確認(rèn)產(chǎn)品強(qiáng)度,評(píng)估不同設(shè)計(jì)迭代,并發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題領(lǐng)域加以改進(jìn)。


舉一個(gè)例子來(lái)說(shuō)。FEA用于提高ThinkPad在典型使用條件下的結(jié)構(gòu)可靠性,同時(shí)滿足用戶單手拿著筆記本電腦時(shí)輕便的要求。在不影響強(qiáng)度和剛度前提下減少重量,仿真對(duì)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)至關(guān)重要,工程師能用仿真技術(shù)證實(shí)采用不同蓋板材料的可行性,比方說(shuō)是否用鋁制蓋板替換碳纖維加強(qiáng)型塑料蓋板。
按鍵感覺(jué)對(duì)整體用戶體驗(yàn)至關(guān)重要,F(xiàn)EA在加強(qiáng)筆記本電腦鍵盤設(shè)計(jì)方面也發(fā)揮了作用。團(tuán)隊(duì)通過(guò)非線性仿真建模按鍵壓力對(duì)弧形橡膠彈簧的壓力影響,從而減少了產(chǎn)品厚度,讓設(shè)計(jì)變得更薄,同時(shí)保持原有的按鍵觸感。

辛博士指出:“感覺(jué)聽(tīng)起來(lái)比較模糊,但有了FEA,感覺(jué)也是可以量化的。在所有案例中,仿真技術(shù)都與物理測(cè)試中的真實(shí)世界行為密切相關(guān)。”

堆疊封裝(FiPoP)的熱仿真
隨著消費(fèi)者要求手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等設(shè)備提供更多存儲(chǔ)容量和計(jì)算功能,制造商必須在印制電路板(PCB)有限的空間內(nèi)集成更多科技。采用創(chuàng)新封裝技術(shù),實(shí)現(xiàn)縱向或三維堆疊,就能滿足上述目標(biāo)要求。
要進(jìn)一步降低這種堆疊封裝解決方案的尺寸、厚度和成本,可采用扇入堆疊封裝(FiPoP)技術(shù)。FiPoP有助于進(jìn)一步提高器件集成,同時(shí)滿足典型手持設(shè)備的可靠性要求。
不過(guò),F(xiàn)iPoP由于堆疊散熱經(jīng)常出現(xiàn)故障問(wèn)題。受空間和成本限制,為散熱提供熱通道是保持焊點(diǎn)溫度的唯一途徑。鑒于上述,在開(kāi)發(fā)移動(dòng)手持設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備時(shí),設(shè)計(jì)人員必須高度關(guān)注芯片封裝高效散熱通道的問(wèn)題。硅片熱流進(jìn)入環(huán)境有兩種主要機(jī)制:

1. 通過(guò)上下封裝硅片的連接、底板和PCB焊球傳導(dǎo)熱量。
2. 通過(guò)安裝在封裝頂部、側(cè)邊的芯片傳導(dǎo)。
熱量從封裝通過(guò)對(duì)流輻射傳導(dǎo)到周邊。圣何塞州立大學(xué)的研究生在教授指導(dǎo)下研究本問(wèn)題,用Abaqus/CAE進(jìn)行測(cè)試封裝建模。選擇Abaqus是因為它能創(chuàng)建微米級(jí)精密部件,這是涉及通孔、銅線和引腳的封裝建模所必需的。Abaqus采用了表面間接觸法來(lái)定義電子/熱力/IO路徑。Abaqus/ CAE中的接觸檢測(cè)工具集能自動(dòng)生成所有必需的表面接觸,非常便于定義
模型中的大量熱接觸。
仿真預(yù)測(cè)FiPoP底部封裝的熱阻將隨熱通孔和封裝下放置焊球數(shù)量的提升而下降。根據(jù)預(yù)期,整個(gè)封裝熱阻會(huì)隨著芯片尺寸下降而提升。

體驗(yàn)性能
消費(fèi)者需要智能互聯(lián)電子產(chǎn)品,而且要實(shí)現(xiàn)直觀化的操控,從而滿足工作需求和感官要求。不妨設(shè)想一下這樣一部洗衣機(jī),其具有足夠的智能,能優(yōu)化能耗和洗衣粉使用,能計(jì)算洗滌重量并檢測(cè)所洗的衣物是什么。它工作非常安靜,能放在任何地方。由于支持互聯(lián),因此消費(fèi)者能通過(guò)移動(dòng)設(shè)備隨時(shí)隨地控制洗衣機(jī)的工作。
這就是達(dá)索系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的PURE MOTION洗衣機(jī)樣機(jī)的愿景理念。要打造這樣一部創(chuàng)新型系統(tǒng),就需要在豐富經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上開(kāi)展設(shè)計(jì)、仿真和測(cè)試,需要平臺(tái)在設(shè)計(jì)流程中的每個(gè)階段支持全球協(xié)作,包括概念、設(shè)計(jì)乃至最終上市維護(hù)。

達(dá)索系統(tǒng)基于3DEXPERIENCE平臺(tái)的多專業(yè)協(xié)同研發(fā)行業(yè)解決方案體驗(yàn)為高科技企業(yè)提供了結(jié)構(gòu)清晰的集成、協(xié)作化開(kāi)發(fā),確保所有工程師都100%了解產(chǎn)品需求及同事工作狀態(tài)。它能夠加速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)進(jìn)度,最大限度降低工程設(shè)計(jì)成本,同時(shí)改善產(chǎn)品開(kāi)發(fā)功能。
它還有助于產(chǎn)品測(cè)試與仿真,使其成為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程中不可或缺的組成部分。準(zhǔn)確的多領(lǐng)域系統(tǒng)模型能在概念設(shè)計(jì)階段早期進(jìn)行創(chuàng)建,從而評(píng)估性能目標(biāo)。
通過(guò)3D多物理仿真,則能在打造最終確認(rèn)所需的物理原型之前對(duì)不同元件做進(jìn)一步的微調(diào)。
使用壽命長(zhǎng)久?
為評(píng)估洗衣機(jī)能否滿足工作壽命要求,我們用有限元素分析來(lái)預(yù)測(cè)負(fù)載不平衡導(dǎo)致的組件壓力問(wèn)題。仿真能考慮到轉(zhuǎn)速、非線性材料接觸導(dǎo)致意料外摩擦的情況。
壓力分析結(jié)果則用來(lái)分析長(zhǎng)期反復(fù)承壓下洗衣機(jī)門附近橡膠密封圈的耐用性。設(shè)計(jì)人員和工程師能協(xié)同開(kāi)展仿真并獲得結(jié)果,再進(jìn)行改進(jìn),從而降低數(shù)千次洗滌操作后的漏水幾率。
更安靜的體驗(yàn)
洗衣機(jī)工作噪聲大,這會(huì)導(dǎo)致消費(fèi)者體驗(yàn)不佳。我們可用貼近真實(shí)結(jié)果的仿真來(lái)分析并降低噪聲,減少洗衣機(jī)工作帶來(lái)的震動(dòng)。利用仿真模板,設(shè)計(jì)工程師能通過(guò)Design of Experiments技術(shù)評(píng)估各種不同的懸掛參數(shù),包括彈簧硬度和減震系數(shù)及其對(duì)系統(tǒng)整體頻率響應(yīng)的影響。考慮到上述因素,我們就能優(yōu)化不同負(fù)載和旋轉(zhuǎn)條件下的洗衣機(jī)懸掛特性。我們還能對(duì)洗衣機(jī)面板的按鍵強(qiáng)度進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。仿真優(yōu)化結(jié)果可用來(lái)打造更安靜的洗衣體驗(yàn)。
數(shù)字仿真的優(yōu)勢(shì)
提高耐用性和可靠性:仿真長(zhǎng)期高負(fù)載和負(fù)載不平衡導(dǎo)致的潛在組件故障。
減少噪聲和振動(dòng):用噪聲排放研究了解并改進(jìn)頻率響應(yīng)。
進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化: 探索設(shè)計(jì)空間,發(fā)現(xiàn)滿足性能標(biāo)準(zhǔn)要求的最佳設(shè)計(jì)。
減少產(chǎn)品損壞:分析存儲(chǔ)運(yùn)輸階段意外碰撞造成的封裝和產(chǎn)品損壞。


體驗(yàn)性能
通過(guò)仿真實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新
通過(guò)仿真實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新
打造世界級(jí)的洗衣機(jī)或任何滿足未來(lái)需求的產(chǎn)品都需要世界級(jí)的工程設(shè)計(jì)和業(yè)務(wù)平臺(tái),該平臺(tái)要在生命流程每個(gè)階段支持關(guān)鍵的開(kāi)發(fā)工作。
由于數(shù)字仿真應(yīng)用集成于3DEXPERIENCE平臺(tái),企業(yè)能確保所有工程師都100%了解消費(fèi)者需求、性能要求和每個(gè)開(kāi)發(fā)階段中各部門的工作狀態(tài)。
早期仿真有助于設(shè)計(jì)仿真協(xié)同,讓各團(tuán)隊(duì)進(jìn)行更多可能性迭代,考慮到更多的選擇方案,這是過(guò)去傳統(tǒng)的專家經(jīng)驗(yàn)型驗(yàn)證方法所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
通過(guò)協(xié)同仿真和一體化仿真工作流程,相關(guān)技術(shù)會(huì)產(chǎn)生更高的復(fù)雜性,這就讓工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)采用統(tǒng)一信息源開(kāi)展協(xié)作并滿足性能要求變得更加重要。
從設(shè)計(jì)到制造采用仿真技術(shù)來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案,這比利用實(shí)物樣機(jī)測(cè)試速度更快,成本更低,也有助于各部門都能就可制造性和上市策略等問(wèn)題做出關(guān)鍵決策,甚至能根據(jù)經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)的結(jié)果而非假定來(lái)分析可維護(hù)性問(wèn)題。
將貼近真實(shí)結(jié)果的仿真作為3DEXPERIENCE平臺(tái)的組成部分,公司不僅能推出采用最新技術(shù)特性的最出色產(chǎn)品,還能帶來(lái)贏得市場(chǎng)成功的體驗(yàn),更好地吸引客戶,使企業(yè)獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)
勢(shì)。

達(dá)索系統(tǒng)SIMULIA?仿真應(yīng)用以其旗艦級(jí)Abaqus有限元素分析(FEA)技術(shù)而聞名,而近年來(lái)公司進(jìn)一步擴(kuò)展產(chǎn)品組合,包括:
? 面向FEA和多物理分析的Abaqus
? 面向流程一體化和設(shè)計(jì)的Isight
? 面向仿真流程和數(shù)據(jù)管理的SLM
? 面向結(jié)構(gòu)和流體優(yōu)化的Tosca
? 面向疲勞和耐用性的fe-safe
?面向注塑仿真和注塑成型分析的Simpoe-Mol
? 面向多體動(dòng)力學(xué)仿真的SIMPACK
SIMULIA積極集成有關(guān)高可靠性技術(shù)到3DEXPERIENCE平臺(tái)中,該平臺(tái)則為所有仿真用戶提供突破性功能以提高效率和協(xié)作,滿足高性能可視化、批處理和基于規(guī)則的計(jì)算、協(xié)作組裝、結(jié)果分析和流程數(shù)據(jù)管理等要求。

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