体验时代的仿真
体验时代的仿真

体验时代的仿真

体验经济正推进着设计与工程领域的模式转变,您将如何利用仿真技术推动创新?
打造成功体验
打造成功体验

一个企业要想打造创新型体验,就必须利用灵活、迭代的方法开展工作,在协作的环境中发挥创意、妥善利用知识。这就需要在产品设计流程中时时处处充分利用仿真技术,做到灵活性和直观性并存,一丝不苟且富有意义。必须在整个研发周期之中贯彻使用仿真,同时支持数据、专业知识和经验在整个企业中的分享,而不仅限于工程部门。传统工作流程使得仿真技术仅限于少数专家使用,这种现状应当加以改变。为了在开发流程早期阶段就更好地发现产品要求,机构需要新的流程和工具,不仅如此,还要向更广泛的人员开放关键仿真任务,同时获取仿真的输入并分享结果。此外,仿真实践应建立在支持可持续创新的基础上,帮助企业不断发展体验,而非仅仅实施一次性的产品设计。


由仿真主导的创新并非只靠为设计工程师简化一流的分析工具就能实现,而是需要进一步推进战略性变革,让整个机构的利益相关方,包括市场营销和生产等不同部门共同推动满足需求,利用仿真技术来更好地提升产品体验。这有助于降低风险,促进决策,并最终有助于推出性能更出色的产品。


工程企业应接纳产品总体体验比产品本身特性更加关键的理念。采用仿真技术主导创新的实践是推动企业变革、在客户体验至上的世界新秩序中高效竞争的关键一步。

整体化方法
为了满足体验时代的客户期望,市场需求、产品设计、仿真、测试和生产等各环节必须携手并进。然而,仿真作为相对独立的专业学科或者作为设计人员使用的简单工具套件,还无法独立推进新一代创新。我们需要全面的工作方法来推进协作、可视性和知识管理,为仿真产品在真实世界中的性能提供必要的计算功能,从而打造最佳产品体验,帮助企业在竞争中脱颖而出。

面向具体行业的仿真
仿真技术作为3DEXPERIENCE平台的组成部分,一旦在应用中与特定行业的需求形成契合,就能够促进企业中的关键利益相关方参与其中提供必要的输入,并得到需要的仿真结果。此外,平台支持仿真协同开发,能帮助工程师针对一系列参数验证和测试设计方案,同时让制造工程师评估具体迭代是否能高效投产,实现最优成本。

仿真主导创新
平台化方法还有一个优势,就是能实现快速的鲁棒性设计设计,这是仿真驱动创新的关键组成部分。这种规模的仿真能帮助企业在探索未知领域时降低不确定性和风险。
由于仿真技术成为产品开发平台不可分割的组成部分,公司能获得重要信息,尽可能减少大规模测试需求,从而有助于降低成本,避免进度迟缓,并打造知识管理分享的环境,促进新一代创新人员的学习。必须串联起人员、创意和数据之间的各个点,帮助企业提高客户忠诚度,加强沟通协作,带来客户最需要的体验类型。只有平台才能做到这一点。

达索系统3DEXPERIENCE作为一款业务体验平台,为创新人员在整个企业从市场到销售到工程开发的各个层面上开展协作提供了软件解决方案,有助于打造差异化消费者体验,满足航空、消费包装商品、能源、高科技、生命科学、交通运输等多种不同行业的需求。它在企业内部以及云端上的协作化互动环境中为3D设计、仿真优化、制造、社交互动和数据智能提
供了高可靠性功能。

整体化方法
仿真真实世界的行为
仿真真实世界的行为
仿真一直在联想ThinkPad笔记本电脑设计中扮演重要角色,而有限元素分析(FEA)等工具则用于常见的测试环节,以分析特定设计对设备摔落、静态压力、主板压力和恶劣震荡等情况的应对能力。
时光快进10年,仿真技术仍用于各种核心产品特性测试,同时也用来探索笔记本电脑使用的整体体验,包括键盘响应性乃至应对移动办公各种复杂条件的情况。
联想位于北京的创新设计中心(IDC)的高级经理辛志峰(音)博士指出:“笔记本电脑面临这种负载和压力考验,它们要在不同地方工作。”该中心负责新型笔记本电脑设计的仿真测试。

为了设计创新型笔记本电脑,满足用户整体体验要求,辛博士的团队在ThinkPad X300和T400的整个设计工作中采用Abaqus FEA。工程师早期采用Abaqus确认产品强度,评估不同设计迭代,并发现潜在问题领域加以改进。


举一个例子来说。FEA用于提高ThinkPad在典型使用条件下的结构可靠性,同时满足用户单手拿着笔记本电脑时轻便的要求。在不影响强度和刚度前提下减少重量,仿真对实现这一目标至关重要,工程师能用仿真技术证实采用不同盖板材料的可行性,比方说是否用铝制盖板替换碳纤维加强型塑料盖板。
按键感觉对整体用户体验至关重要,FEA在加强笔记本电脑键盘设计方面也发挥了作用。团队通过非线性仿真建模按键压力对弧形橡胶弹簧的压力影响,从而减少了产品厚度,让设计变得更薄,同时保持原有的按键触感。

辛博士指出:“感觉听起来比较模糊,但有了FEA,感觉也是可以量化的。在所有案例中,仿真技术都与物理测试中的真实世界行为密切相关。”

堆叠封装(FiPoP)的热仿真
随着消费者要求手机、平板电脑、笔记本电脑等设备提供更多存储容量和计算功能,制造商必须在印制电路板(PCB)有限的空间内集成更多科技。采用创新封装技术,实现纵向或三维堆叠,就能满足上述目标要求。
要进一步降低这种堆叠封装解决方案的尺寸、厚度和成本,可采用扇入堆叠封装(FiPoP)技术。FiPoP有助于进一步提高器件集成,同时满足典型手持设备的可靠性要求。
不过,FiPoP由于堆叠散热经常出现故障问题。受空间和成本限制,为散热提供热通道是保持焊点温度的唯一途径。鉴于上述,在开发移动手持设备和医疗设备时,设计人员必须高度关注芯片封装高效散热通道的问题。硅片热流进入环境有两种主要机制:

1. 通过上下封装硅片的连接、底板和PCB焊球传导热量。
2. 通过安装在封装顶部、侧边的芯片传导。
热量从封装通过对流辐射传导到周边。圣何塞州立大学的研究生在教授指导下研究本问题,用Abaqus/CAE进行测试封装建模。选择Abaqus是因为它能创建微米级精密部件,这是涉及通孔、铜线和引脚的封装建模所必需的。Abaqus采用了表面间接触法来定义电子/热力/IO路径。Abaqus/ CAE中的接触检测工具集能自动生成所有必需的表面接触,非常便于定义
模型中的大量热接触。
仿真预测FiPoP底部封装的热阻将随热通孔和封装下放置焊球数量的提升而下降。根据预期,整个封装热阻会随着芯片尺寸下降而提升。

体验性能
消费者需要智能互联电子产品,而且要实现直观化的操控,从而满足工作需求和感官要求。不妨设想一下这样一部洗衣机,其具有足够的智能,能优化能耗和洗衣粉使用,能计算洗涤重量并检测所洗的衣物是什么。它工作非常安静,能放在任何地方。由于支持互联,因此消费者能通过移动设备随时随地控制洗衣机的工作。
这就是达索系统开发的PURE MOTION洗衣机样机的愿景理念。要打造这样一部创新型系统,就需要在丰富经验基础上开展设计、仿真和测试,需要平台在设计流程中的每个阶段支持全球协作,包括概念、设计乃至最终上市维护。

达索系统基于3DEXPERIENCE平台的多专业协同研发行业解决方案体验为高科技企业提供了结构清晰的集成、协作化开发,确保所有工程师都100%了解产品需求及同事工作状态。它能够加速产品开发进度,最大限度降低工程设计成本,同时改善产品开发功能。
它还有助于产品测试与仿真,使其成为产品开发流程中不可或缺的组成部分。准确的多领域系统模型能在概念设计阶段早期进行创建,从而评估性能目标。
通过3D多物理仿真,则能在打造最终确认所需的物理原型之前对不同元件做进一步的微调。
使用寿命长久?
为评估洗衣机能否满足工作寿命要求,我们用有限元素分析来预测负载不平衡导致的组件压力问题。仿真能考虑到转速、非线性材料接触导致意料外摩擦的情况。
压力分析结果则用来分析长期反复承压下洗衣机门附近橡胶密封圈的耐用性。设计人员和工程师能协同开展仿真并获得结果,再进行改进,从而降低数千次洗涤操作后的漏水几率。
更安静的体验
洗衣机工作噪声大,这会导致消费者体验不佳。我们可用贴近真实结果的仿真来分析并降低噪声,减少洗衣机工作带来的震动。利用仿真模板,设计工程师能通过Design of Experiments技术评估各种不同的悬挂参数,包括弹簧硬度和减震系数及其对系统整体频率响应的影响。考虑到上述因素,我们就能优化不同负载和旋转条件下的洗衣机悬挂特性。我们还能对洗衣机面板的按键强度进行进一步的优化。仿真优化结果可用来打造更安静的洗衣体验。
数字仿真的优势
提高耐用性和可靠性:仿真长期高负载和负载不平衡导致的潜在组件故障。
减少噪声和振动:用噪声排放研究了解并改进频率响应。
进行设计优化: 探索设计空间,发现满足性能标准要求的最佳设计。
减少产品损坏:分析存储运输阶段意外碰撞造成的封装和产品损坏。


体验性能
通过仿真实现创新
通过仿真实现创新
打造世界级的洗衣机或任何满足未来需求的产品都需要世界级的工程设计和业务平台,该平台要在生命流程每个阶段支持关键的开发工作。
由于数字仿真应用集成于3DEXPERIENCE平台,企业能确保所有工程师都100%了解消费者需求、性能要求和每个开发阶段中各部门的工作状态。
早期仿真有助于设计仿真协同,让各团队进行更多可能性迭代,考虑到更多的选择方案,这是过去传统的专家经验型验证方法所无法实现的。
通过协同仿真和一体化仿真工作流程,相关技术会产生更高的复杂性,这就让工程设计团队采用统一信息源开展协作并满足性能要求变得更加重要。
从设计到制造采用仿真技术来验证设计方案,这比利用实物样机测试速度更快,成本更低,也有助于各部门都能就可制造性和上市策略等问题做出关键决策,甚至能根据经实践检验的结果而非假定来分析可维护性问题。
将贴近真实结果的仿真作为3DEXPERIENCE平台的组成部分,公司不仅能推出采用最新技术特性的最出色产品,还能带来赢得市场成功的体验,更好地吸引客户,使企业获得竞争优
势。

达索系统SIMULIA®仿真应用以其旗舰级Abaqus有限元素分析(FEA)技术而闻名,而近年来公司进一步扩展产品组合,包括:
• 面向FEA和多物理分析的Abaqus
• 面向流程一体化和设计的Isight
• 面向仿真流程和数据管理的SLM
• 面向结构和流体优化的Tosca
• 面向疲劳和耐用性的fe-safe
•面向注塑仿真和注塑成型分析的Simpoe-Mol
• 面向多体动力学仿真的SIMPACK
SIMULIA积极集成有关高可靠性技术到3DEXPERIENCE平台中,该平台则为所有仿真用户提供突破性功能以提高效率和协作,满足高性能可视化、批处理和基于规则的计算、协作组装、结果分析和流程数据管理等要求。

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