體驗時(shí)代的仿真
體驗時(shí)代的仿真

體驗時(shí)代的仿真

體驗經(jīng)濟正推進(jìn)著(zhù)設計與工程領(lǐng)域的模式轉變,您將如何利用仿真技術(shù)推動(dòng)創(chuàng )新?
打造成功體驗
打造成功體驗

一個(gè)企業(yè)要想打造創(chuàng )新型體驗,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。這就需要在產(chǎn)品設計流程中時(shí)時(shí)處處充分利用仿真技術(shù),做到靈活性和直觀(guān)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)支持數據、專(zhuān)業(yè)知識和經(jīng)驗在整個(gè)企業(yè)中的分享,而不僅限于工程部門(mén)。傳統工作流程使得仿真技術(shù)僅限于少數專(zhuān)家使用,這種現狀應當加以改變。為了在開(kāi)發(fā)流程早期階段就更好地發(fā)現產(chǎn)品要求,機構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果。此外,仿真實(shí)踐應建立在支持可持續創(chuàng )新的基礎上,幫助企業(yè)不斷發(fā)展體驗,而非僅僅實(shí)施一次性的產(chǎn)品設計。


由仿真主導的創(chuàng )新并非只靠為設計工程師簡(jiǎn)化一流的分析工具就能實(shí)現,而是需要進(jìn)一步推進(jìn)戰略性變革,讓整個(gè)機構的利益相關(guān)方,包括市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)和生產(chǎn)等不同部門(mén)共同推動(dòng)滿(mǎn)足需求,利用仿真技術(shù)來(lái)更好地提升產(chǎn)品體驗。這有助于降低風(fēng)險,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)應接納產(chǎn)品總體體驗比產(chǎn)品本身特性更加關(guān)鍵的理念。采用仿真技術(shù)主導創(chuàng )新的實(shí)踐是推動(dòng)企業(yè)變革、在客戶(hù)體驗至上的世界新秩序中高效競爭的關(guān)鍵一步。

整體化方法
為了滿(mǎn)足體驗時(shí)代的客戶(hù)期望,市場(chǎng)需求、產(chǎn)品設計、仿真、測試和生產(chǎn)等各環(huán)節必須攜手并進(jìn)。然而,仿真作為相對獨立的專(zhuān)業(yè)學(xué)科或者作為設計人員使用的簡(jiǎn)單工具套件,還無(wú)法獨立推進(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、可視性和知識管理,為仿真產(chǎn)品在真實(shí)世界中的性能提供必要的計算功能,從而打造最佳產(chǎn)品體驗,幫助企業(yè)在競爭中脫穎而出。

面向具體行業(yè)的仿真
仿真技術(shù)作為3DEXPERIENCE平臺的組成部分,一旦在應用中與特定行業(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果。此外,平臺支持仿真協(xié)同開(kāi)發(fā),能幫助工程師針對一系列參數驗證和測試設計方案,同時(shí)讓制造工程師評估具體迭代是否能高效投產(chǎn),實(shí)現最優(yōu)成本。

仿真主導創(chuàng )新
平臺化方法還有一個(gè)優(yōu)勢,就是能實(shí)現快速的魯棒性設計設計,這是仿真驅動(dòng)創(chuàng )新的關(guān)鍵組成部分。這種規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。
由于仿真技術(shù)成為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)平臺不可分割的組成部分,公司能獲得重要信息,盡可能減少大規模測試需求,從而有助于降低成本,避免進(jìn)度遲緩,并打造知識管理分享的環(huán)境,促進(jìn)新一代創(chuàng )新人員的學(xué)習。必須串聯(lián)起人員、創(chuàng )意和數據之間的各個(gè)點(diǎn),幫助企業(yè)提高客戶(hù)忠誠度,加強溝通協(xié)作,帶來(lái)客戶(hù)最需要的體驗類(lèi)型。只有平臺才能做到這一點(diǎn)。

達索系統3DEXPERIENCE作為一款業(yè)務(wù)體驗平臺,為創(chuàng )新人員在整個(gè)企業(yè)從市場(chǎng)到銷(xiāo)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者體驗,滿(mǎn)足航空、消費包裝商品、能源、高科技、生命科學(xué)、交通運輸等多種不同行業(yè)的需求。它在企業(yè)內部以及云端上的協(xié)作化互動(dòng)環(huán)境中為3D設計、仿真優(yōu)化、制造、社交互動(dòng)和數據智能提
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筆記本電腦設計中扮演重要角色,而有限元素分析(FEA)等工具則用于常見(jiàn)的測試環(huán)節,以分析特定設計對設備摔落、靜態(tài)壓力、主板壓力和惡劣震蕩等情況的應對能力。
時(shí)光快進(jìn)10年,仿真技術(shù)仍用于各種核心產(chǎn)品特性測試,同時(shí)也用來(lái)探索筆記本電腦使用的整體體驗,包括鍵盤(pán)響應性乃至應對移動(dòng)辦公各種復雜條件的情況。
聯(lián)想位于北京的創(chuàng )新設計中心(IDC)的高級經(jīng)理辛志峰(音)博士指出:“筆記本電腦面臨這種負載和壓力考驗,它們要在不同地方工作?!痹撝行呢撠熜滦凸P記本電腦設計的仿真測試。

為了設計創(chuàng )新型筆記本電腦,滿(mǎn)足用戶(hù)整體體驗要求,辛博士的團隊在ThinkPad X300和T400的整個(gè)設計工作中采用Abaqus FEA。工程師早期采用Abaqus確認產(chǎn)品強度,評估不同設計迭代,并發(fā)現潛在問(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構可靠性,同時(shí)滿(mǎn)足用戶(hù)單手拿著(zhù)筆記本電腦時(shí)輕便的要求。在不影響強度和剛度前提下減少重量,仿真對實(shí)現這一目標至關(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型塑料蓋板。
按鍵感覺(jué)對整體用戶(hù)體驗至關(guān)重要,FEA在加強筆記本電腦鍵盤(pán)設計方面也發(fā)揮了作用。團隊通過(guò)非線(xiàn)性仿真建模按鍵壓力對弧形橡膠彈簧的壓力影響,從而減少了產(chǎn)品厚度,讓設計變得更薄,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)都與物理測試中的真實(shí)世界行為密切相關(guān)?!?/span>

堆疊封裝(FiPoP)的熱仿真
隨著(zhù)消費者要求手機、平板電腦、筆記本電腦等設備提供更多存儲容量和計算功能,制造商必須在印制電路板(PCB)有限的空間內集成更多科技。采用創(chuàng )新封裝技術(shù),實(shí)現縱向或三維堆疊,就能滿(mǎn)足上述目標要求。
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(mǎn)足典型手持設備的可靠性要求。
不過(guò),FiPoP由于堆疊散熱經(jīng)常出現故障問(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)手持設備和醫療設備時(shí),設計人員必須高度關(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)境有兩種主要機制:

1. 通過(guò)上下封裝硅片的連接、底板和PCB焊球傳導熱量。
2. 通過(guò)安裝在封裝頂部、側邊的芯片傳導。
熱量從封裝通過(guò)對流輻射傳導到周邊。圣何塞州立大學(xué)的研究生在教授指導下研究本問(wèn)題,用Abaqus/CAE進(jìn)行測試封裝建模。選擇Abaqus是因為它能創(chuàng )建微米級精密部件,這是涉及通孔、銅線(xiàn)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。
仿真預測FiPoP底部封裝的熱阻將隨熱通孔和封裝下放置焊球數量的提升而下降。根據預期,整個(gè)封裝熱阻會(huì )隨著(zhù)芯片尺寸下降而提升。

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

達索系統基于3DEXPERIENCE平臺的多專(zhuān)業(yè)協(xié)同研發(fā)行業(yè)解決方案體驗為高科技企業(yè)提供了結構清晰的集成、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計成本,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。準確的多領(lǐng)域系統模型能在概念設計階段早期進(jìn)行創(chuàng )建,從而評估性能目標。
通過(guò)3D多物理仿真,則能在打造最終確認所需的物理原型之前對不同元件做進(jìn)一步的微調。
使用壽命長(cháng)久?
為評估洗衣機能否滿(mǎn)足工作壽命要求,我們用有限元素分析來(lái)預測負載不平衡導致的組件壓力問(wèn)題。仿真能考慮到轉速、非線(xiàn)性材料接觸導致意料外摩擦的情況。
壓力分析結果則用來(lái)分析長(cháng)期反復承壓下洗衣機門(mén)附近橡膠密封圈的耐用性。設計人員和工程師能協(xié)同開(kāi)展仿真并獲得結果,再進(jìn)行改進(jìn),從而降低數千次洗滌操作后的漏水幾率。
更安靜的體驗
洗衣機工作噪聲大,這會(huì )導致消費者體驗不佳。我們可用貼近真實(shí)結果的仿真來(lái)分析并降低噪聲,減少洗衣機工作帶來(lái)的震動(dòng)。利用仿真模板,設計工程師能通過(guò)Design of Experiments技術(shù)評估各種不同的懸掛參數,包括彈簧硬度和減震系數及其對系統整體頻率響應的影響??紤]到上述因素,我們就能優(yōu)化不同負載和旋轉條件下的洗衣機懸掛特性。我們還能對洗衣機面板的按鍵強度進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。仿真優(yōu)化結果可用來(lái)打造更安靜的洗衣體驗。
數字仿真的優(yōu)勢
提高耐用性和可靠性:仿真長(cháng)期高負載和負載不平衡導致的潛在組件故障。
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。
進(jìn)行設計優(yōu)化: 探索設計空間,發(fā)現滿(mǎn)足性能標準要求的最佳設計。
減少產(chǎn)品損壞:分析存儲運輸階段意外碰撞造成的封裝和產(chǎn)品損壞。


體驗性能
通過(guò)仿真實(shí)現創(chuàng  )新
通過(guò)仿真實(shí)現創(chuàng )新
打造世界級的洗衣機或任何滿(mǎn)足未來(lái)需求的產(chǎn)品都需要世界級的工程設計和業(yè)務(wù)平臺,該平臺要在生命流程每個(gè)階段支持關(guān)鍵的開(kāi)發(fā)工作。
由于數字仿真應用集成于3DEXPERIENCE平臺,企業(yè)能確保所有工程師都100%了解消費者需求、性能要求和每個(gè)開(kāi)發(fā)階段中各部門(mén)的工作狀態(tài)。
早期仿真有助于設計仿真協(xié)同,讓各團隊進(jìn)行更多可能性迭代,考慮到更多的選擇方案,這是過(guò)去傳統的專(zhuān)家經(jīng)驗型驗證方法所無(wú)法實(shí)現的。
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)生更高的復雜性,這就讓工程設計團隊采用統一信息源開(kāi)展協(xié)作并滿(mǎn)足性能要求變得更加重要。
從設計到制造采用仿真技術(shù)來(lái)驗證設計方案,這比利用實(shí)物樣機測試速度更快,成本更低,也有助于各部門(mén)都能就可制造性和上市策略等問(wèn)題做出關(guān)鍵決策,甚至能根據經(jīng)實(shí)踐檢驗的結果而非假定來(lái)分析可維護性問(wèn)題。
將貼近真實(shí)結果的仿真作為3DEXPERIENCE平臺的組成部分,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(yíng)得市場(chǎng)成功的體驗,更好地吸引客戶(hù),使企業(yè)獲得競爭優(yōu)
勢。

達索系統SIMULIA?仿真應用以其旗艦級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計的Isight
? 面向仿真流程和數據管理的SLM
? 面向結構和流體優(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平臺中,該平臺則為所有仿真用戶(hù)提供突破性功能以提高效率和協(xié)作,滿(mǎn)足高性能可視化、批處理和基于規則的計算、協(xié)作組裝、結果分析和流程數據管理等要求。

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