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電子工業(yè)
ANSYS在高新電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用 ANSYS解決方案促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展 高速高帶寬通信系統(tǒng)設(shè)計
ANSYS在高新電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用

隨著社會的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步,人們對電子產(chǎn)品提出了更高的要求:精確、穩(wěn)定、輕巧、保密、可靠,而運(yùn)用ANSYS技術(shù),可以幫助企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品的性能分析設(shè)計、尋找產(chǎn)品缺陷、縮短研發(fā)周期、建立自主技術(shù),提高產(chǎn)品在市場上的競爭力。

      

 

ANSYS解決方案促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展

我們周圍的電子設(shè)備層出不窮,而過去那些我們所熟悉的產(chǎn)品也已經(jīng)具備更新奇、更智能的功能。隨著物聯(lián)網(wǎng)日益擴(kuò)展,ANSYS提供的全面仿真功能有助于在眾多方面實現(xiàn)產(chǎn)品性能的最優(yōu)化。


商業(yè)媒體有關(guān)全球物聯(lián)網(wǎng)(IoT)將持續(xù)呈現(xiàn)爆炸式增長的報道鋪天蓋地,而且有大量證據(jù)證明相關(guān)預(yù)測。我們身邊的手機(jī)、平板電腦及其它設(shè)備讓我們保持全天候聯(lián)網(wǎng)。智能功能讓汽車、無人機(jī)、醫(yī)療設(shè)備和工業(yè)設(shè)備互聯(lián)互通。不過,IoT遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是指設(shè)備的智能功能。在更高速的網(wǎng)絡(luò)以及日新月異的計算與數(shù)據(jù)中心技術(shù)的推動下,數(shù)據(jù)分析技術(shù)將助力實現(xiàn)IoT的全部價值。

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對中小型企業(yè)而言,IoT顯然是一個令人振奮的商機(jī)。然而,IoT經(jīng)濟(jì)的成功取決于企業(yè)持續(xù)創(chuàng)新產(chǎn)品的能力。為了在創(chuàng)新方面脫穎而出,產(chǎn)品研發(fā)與工程團(tuán)隊日益需要解決與通信系統(tǒng)設(shè)計、傳感器設(shè)計和產(chǎn)品可靠性相關(guān)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

在這種飛速發(fā)展的環(huán)境中,仿真軟件有助于盡快把最新產(chǎn)品模型或新一代功能帶給客戶,因而成為了企業(yè)獲得寶貴競爭優(yōu)勢的重要戰(zhàn)略工具。產(chǎn)品設(shè)計人員借助工程仿真技術(shù)能夠在設(shè)計周期盡早、盡快找出并經(jīng)濟(jì)高效地解決一切功能缺陷,如:不實際的功耗需求或錯誤的天線設(shè)計。

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為了有助于推動IoT的指數(shù)級增長,ANSYS現(xiàn)已研發(fā)出業(yè)界最綜合全面的仿真解決方案,能夠提高電子設(shè)備以及目前具備智能功能的傳統(tǒng)產(chǎn)品的性能及可靠性。從利用ANSYS Mechanical確認(rèn)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)完整性到利用ANSYSSCADE驗證嵌入式軟件的性能,產(chǎn)品研發(fā)人員可利用ANSYS仿真軟件的強(qiáng)大功能解決IoT相關(guān)的各種設(shè)計問題。

基于仿真的智能設(shè)計

ANSYS仿真軟件產(chǎn)品的多物理場、多域功能對設(shè)計當(dāng)今的智能互聯(lián)產(chǎn)品尤為重要。由于這些產(chǎn)品功能復(fù)雜,智能產(chǎn)品研發(fā)團(tuán)隊需要極高的可靠性、準(zhǔn)確性、魯棒性和創(chuàng)新性。同時,這些團(tuán)隊還面臨著保持低成本和加快產(chǎn)品發(fā)布的巨大壓力。為了實現(xiàn)上述目標(biāo),企業(yè)既不能在設(shè)計上各自為政,也不能依賴傳統(tǒng)的構(gòu)建-測試方法。

目前仿真不但是競爭所需,而且也顯著提高了競爭的公平性,從而使小企業(yè)有機(jī)會與地位穩(wěn)固的市場領(lǐng)導(dǎo)者展開競爭。利用仿真技術(shù),只需少數(shù)幾名工程師就能夠快速、低成本實現(xiàn)眾多產(chǎn)品理念的虛擬原型設(shè)計和改進(jìn)。他們跨越傳統(tǒng)工程學(xué)科邊界、轉(zhuǎn)而利用多域和多物理場分析的能力,與企業(yè)的創(chuàng)新精神完美契合。

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IOT工程:五大關(guān)鍵挑戰(zhàn)

雖然每款智能產(chǎn)品都有自身的設(shè)計挑戰(zhàn),但物聯(lián)網(wǎng)呈指數(shù)級增長,這意味著正在出現(xiàn)一些共同的設(shè)計要求。例如,新一代智能產(chǎn)品通常必須比前一代產(chǎn)品尺寸更小、重量更輕而且更節(jié)能。IoT的興起帶來五大工程挑戰(zhàn)。IoT的巨大商機(jī)正在為眾多現(xiàn)有市場巨頭引來新的競爭對手。Aberdeen Group的資料表明,IoT經(jīng)濟(jì)中的贏家和輸家取決于其成功解決這五大設(shè)計挑戰(zhàn)的能力。

尺寸、重量、功耗以及冷卻(SWAP-C)

無論是設(shè)計飛機(jī)、汽車還是智能手機(jī),工程師一般都需要對IoT產(chǎn)品進(jìn)行尺寸、重量、功率和冷卻優(yōu)化——這一系列要求通常稱為“SWAP-C”。由于消費(fèi)者需要更強(qiáng)大的功能(包括無處不在的連接性、感應(yīng)等),工程師不得不增加更多的電子組件。高密度電子產(chǎn)品在尺寸、重量、能耗和熱積聚等方面為產(chǎn)品研發(fā)帶來了新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)產(chǎn)品往往每隔一段時期都必須進(jìn)行全面的重新構(gòu)思和重新設(shè)計。例如,隨著現(xiàn)代助聽器轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈鼜?qiáng)大功能、可以通過智能手機(jī)聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備之后,其設(shè)計內(nèi)容擴(kuò)展到包含柔性印刷電路板(PCB)、電池、接收器與天線,而且很多時候還包含拾音線圈。其中柔性PCB又包括60多個不同的組件和集成電路。工程師必須在優(yōu)化性能的同時在有限空間內(nèi)集成所有這些組件。這就要求依靠仿真技術(shù)快速、低成本做出設(shè)計權(quán)衡。

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感應(yīng)與連接性

當(dāng)今的產(chǎn)品之所以稱之為“智能”是因為它們能夠感應(yīng)所處環(huán)境、能夠與其他電子產(chǎn)品通信,能夠?qū)崿F(xiàn)更快速、更明智的決策與成果。例如,現(xiàn)代汽車配備眾多感應(yīng)和通信技術(shù),以提高駕駛員的安全性、聯(lián)網(wǎng)能力和決策明智性。這是一個龐大而又不斷增長的市場;事實上,到2020年,市場收入有望從目前的84億美元增長到300億美元。當(dāng)今汽車中智能功能多到讓人瞠目結(jié)舌。例如,自適應(yīng)巡航定速技術(shù)結(jié)合保險杠中嵌入的雷達(dá)傳感器使車輛能夠相互保持安全距離。盲點監(jiān)視器和車道偏離告警系統(tǒng)可以幫助駕駛員防止碰撞?,F(xiàn)代車輛甚至能夠監(jiān)控并報告交通狀況,利用全球定位系統(tǒng)(GPS)功能通知其他駕駛員并建議選擇其它路線。與前幾代汽車設(shè)計工程師不同,當(dāng)今的汽車設(shè)計工程師需要考慮電磁干擾、信號完整性、不間斷連接性以及可能影響電子產(chǎn)品性能的其他復(fù)雜問題。仿真技術(shù)允許從產(chǎn)品研發(fā)最早階段最大化可靠性并確保魯棒性設(shè)計。

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可靠性與安全性

隨著智能產(chǎn)品激增以及我們?nèi)找嬉蕾囁鼈冞M(jìn)行關(guān)鍵決策,安全性和可靠性成為更加重要的產(chǎn)品設(shè)計考慮因素。雖然IoT在催生龐大收入,但是這些收入還不足以覆蓋維護(hù)、維修、保修費(fèi)用或市場增長不足產(chǎn)生的成本。另外,汽車、航空航天和醫(yī)療等行業(yè)的眾多產(chǎn)品是在安全攸關(guān)的環(huán)境中運(yùn)行。由于事關(guān)生死,這些產(chǎn)品必須達(dá)到最高的可靠性與安全性標(biāo)準(zhǔn)。IoT中一個經(jīng)常被忽視、但非常關(guān)鍵的方面是嵌入式控制與顯示軟件,其對于集成型機(jī)電系統(tǒng)(負(fù)責(zé)引導(dǎo)聯(lián)網(wǎng)車輛和飛機(jī))的運(yùn)行必不可少。工程師需要對支持這些系統(tǒng)的數(shù)千萬行安全關(guān)鍵型軟件代碼進(jìn)行驗證,這一點非常重要。仿真和建模功能可以快速、自動生成涉及人類安全時所需要的完美代碼。

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集成

隨著智能聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的復(fù)雜性與日俱增,工程師已將設(shè)計過程劃分為更小的階段,使其更便于控制。雖然組件級自下而上的設(shè)計方法可以非常全面地驗證零部件,但是實際將組件組裝成系統(tǒng)時會出現(xiàn)嚴(yán)重的后期設(shè)計問題。當(dāng)設(shè)計師倉促趕在產(chǎn)品發(fā)布期限內(nèi)完成設(shè)計,研發(fā)后期才發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)級缺陷,這會導(dǎo)致過度設(shè)計、成本超支和設(shè)計權(quán)衡失當(dāng)。例如,為無線運(yùn)動手環(huán)設(shè)計的天線在作為單獨組件進(jìn)行分析時可能運(yùn)行良好。但是,一旦安裝到實際手環(huán)上,當(dāng)受到手環(huán)彎曲、存在生物傳感器天線或者固定手環(huán)用的金屬扣等實際因素的不利影響,天線就可能無法像預(yù)期的那樣運(yùn)行。仿真能夠在無風(fēng)險的低成本虛擬環(huán)境中幫助預(yù)測系統(tǒng)級性能問題。

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耐用性

雖然微小到經(jīng)常無法看見,但是無數(shù)傳感器和微處理器構(gòu)成了IoT的骨干。這些不辭辛苦的電子元器件負(fù)責(zé)全天候收集和共享有用信息。它們不僅需要在最佳條件下可靠運(yùn)行,而且還必須能夠經(jīng)受變幻莫測的惡劣環(huán)境。例如石油天然氣產(chǎn)業(yè)鉆頭末端、噴氣發(fā)動機(jī)高溫區(qū)域或者受到敵對電磁環(huán)境干擾的軍用無人車輛中的傳感系統(tǒng)。一個典型的例子是,F(xiàn)acebook “Aquila” 項目研發(fā)的最新太陽能無人機(jī)將利用激光為發(fā)展中地區(qū)的偏遠(yuǎn)區(qū)域提供互聯(lián)網(wǎng)接入——其一次飛行長達(dá)三個月。采用物理測試實際上不可能研究此類極端運(yùn)行情況,因此仿真技術(shù)對于推出可靠型創(chuàng)新產(chǎn)品至關(guān)重要。雖然并非所有產(chǎn)品都需要忍受極端條件,但是每個產(chǎn)品都必須接受耐用性驗證。摔過智能手機(jī)的人都理解日常使用的嚴(yán)格要求。


綜合仿真平臺的重要性


正如物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)改變了我們的日常生活,智能設(shè)備也革新了基本產(chǎn)品研發(fā)流程。由于這些產(chǎn)品具有多功能性,因此其設(shè)計需要來自多個學(xué)科的工程師輸入信息。由于跨學(xué)科團(tuán)隊組建后會打破傳統(tǒng)工程職能之間的障礙,因此工程師現(xiàn)在需要能夠跨多個部門和學(xué)科運(yùn)行的通用工具。

ANSYS一直是提供廣泛而全面的多功能工程仿真工具的先驅(qū),這些工具能夠在通用的工作環(huán)境中或仿真平臺上將一系列獨立的功能應(yīng)用連接在一起。目前ANSYS既能提供業(yè)界領(lǐng)先的獨立應(yīng)用仿真功能,又可提供交付集成式IoT產(chǎn)品研發(fā)解決方案所需的綜合平臺。

除了促進(jìn)不同學(xué)科之間的合作與協(xié)作之外,共享仿真平臺還能夠帶來諸多顯而易見的優(yōu)勢。研究表明,那些把仿真驅(qū)動產(chǎn)品研發(fā)功能整合到單個平臺的產(chǎn)品研發(fā)團(tuán)隊,可以使完成新產(chǎn)品推出目標(biāo)的概率提升33%。另外,與分散獨立研發(fā)的團(tuán)隊相比,他們可以將產(chǎn)品研發(fā)時間縮短7倍,成本降低2.5倍。這些關(guān)鍵指標(biāo)決定了在當(dāng)今快速發(fā)展、疾風(fēng)驟雨、競爭激烈的商業(yè)環(huán)境中的成敗。

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高速高帶寬通信系統(tǒng)設(shè)計

全新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)需要創(chuàng)新方法來設(shè)計速度更快、吞吐量更大的通信系統(tǒng)。設(shè)計上述系統(tǒng)的工程師也面臨著尺寸、重量、功耗和上市時間等挑戰(zhàn)。

利用ANSYS仿真軟件,工程師能通過多物理場方法來應(yīng)對上述挑戰(zhàn)。他們能并行執(zhí)行傳統(tǒng)的順序任務(wù),并研究不同組件和子系統(tǒng)之間的相互作用。研發(fā)團(tuán)隊采用耦合的多物理場軟件來分析信號完整性、電源完整性、熱性能以及EMI/ENC。

這種方法不僅可提高產(chǎn)品可靠性,有助于在深入了解信息的基礎(chǔ)上推動創(chuàng)新,同時能夠減少物理測試次數(shù),避免后期出現(xiàn)故障,以及縮短開發(fā)時間和降低開發(fā)成本。


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