無線充電器完全符合其承諾：無需使用電源線即可為兼容電子設(shè)備的電池充電。只需將聽筒放在底座上并將其留在那里即可。

 

 

 

收縮之痛——高科技產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

高科技產(chǎn)業(yè)建立在復(fù)雜性之上。越來越多的性能和功能被集成到小型、輕型設(shè)備中。“由于復(fù)雜性，失敗的風(fēng)險更高，”SIMULIA 高科技行業(yè)流程總監(jiān) Jonathan Oakley 說道?！澳軌蚴紫全@得原型并首次投入使用非常重要。這比以往任何時候都更加重要，因為可能很難確定問題的原因，甚至解決問題?！?/span>

 

SIMULIA 全球高科技行業(yè)流程專家 Bryan Hurlbut 指出，從智能手表到虛擬現(xiàn)實 (VR) 和增強現(xiàn)實 (AR) 耳機等可穿戴設(shè)備給制造商帶來了巨大的壓力，要求他們尋找創(chuàng)新解決方案以最大限度地減小尺寸和重量。以滑雪智能手表為例，他說：“該設(shè)備知道我在山上，它會告訴我我的鍛煉率是多少，它會與每個纜車進行通信，告訴我我乘坐了多少次纜車以及做了什么我今天的垂直滑雪是。所有不同的天線（5G、藍牙、GPS）都會與您所處的環(huán)境進行交互，為您提供數(shù)據(jù)，而將所有這些天線封裝在一起并使其可靠地通信正是推動這些挑戰(zhàn)的原因?！?/span>

 

布萊恩特別指出，“電池可能是最大的單一空間消耗者之一，因此有必要從物理尺寸和性能角度進行優(yōu)化?！?nbsp;（有關(guān)更多信息，請參閱“為電子設(shè)備創(chuàng)新更好的電池”）

 

由于單個設(shè)備中有如此多的組件，因此在不同 KPI 之間找到最佳權(quán)衡可能是一項挑戰(zhàn)。提高一個子系統(tǒng)性能的更改很容易對另一個子系統(tǒng)產(chǎn)生負面影響，但不同組件和子系統(tǒng)之間的相互作用可能很難量化。盡管如此，快速轉(zhuǎn)變最佳設(shè)計以保持競爭力并更快地將產(chǎn)品推向市場仍然面臨著巨大的壓力。

 

全球高科技行業(yè)流程專家 David Johns 補充道：“設(shè)計能夠處理現(xiàn)代數(shù)據(jù)速率超高速的組件也面臨著技術(shù)挑戰(zhàn)?！?/span>

 

此外，復(fù)雜的設(shè)備需要復(fù)雜的全球供應(yīng)鏈。地緣政治緊張局勢和其他突發(fā)事件正在推高能源、運輸和材料成本，這意味著制造商必須盡可能降低成本。

 

什么是多物理場仿真？

仿真作為一種為設(shè)計提供信息、優(yōu)化性能以及識別和解決問題的方式在業(yè)界已得到廣泛認可。通過模擬設(shè)備的虛擬孿生，工程師可以分析設(shè)計的性能，而無需花費與構(gòu)建和測試物理原型相關(guān)的成本。

 

有許多不同類型的模擬涵蓋物理學(xué)的不同方面。其中一些包括：

l結(jié)構(gòu)模擬：應(yīng)力、應(yīng)變、變形和斷裂等結(jié)構(gòu)方面。示例用例：確保設(shè)備能夠承受跌落和沖擊。

l電磁模擬：設(shè)備內(nèi)部和周圍的磁場和電流。示例用例：優(yōu)化天線放置并減少干擾。

l流體模擬：空氣或水等流體的行為，包括傳熱。示例用例：設(shè)計空氣冷卻系統(tǒng)。

l振動聲學(xué)模擬：結(jié)構(gòu)的振動行為和聲音的傳播。示例用例：識別產(chǎn)生嗡嗡聲的組件中的共振。

 

許多場景將不同的物理領(lǐng)域結(jié)合在一起：SIMULIA 全球高科技行業(yè)高級專家 Jingsong Wang 舉了另一個振動電容器的例子：“電容器以 PCB 的諧振頻率振動 – 它很安靜，但你可以聽到它的嗡嗡聲。如果我們將共振移動幾赫茲，聲音就會停止。因此，諧振頻率對于阻止噪聲至關(guān)重要。為了對此進行建模，我們必須模擬電容器的電磁和壓電行為、PCB 的諧振模式以及輻射聲音。”

 

模擬振動電容器的工作流程，顯示了對多個物理學(xué)科的需求

 

即使學(xué)科之間沒有直接聯(lián)系，權(quán)衡也常常涉及平衡幾種不同類型分析的結(jié)果。David 以 USB 連接器為例：“一個關(guān)鍵方面是當(dāng)您將連接器部件推到一起時，插腳和彈簧會相遇。它們具有信號完整性的重要電磁設(shè)計方面——TDR、阻抗、S 參數(shù)等。但還有保持彈簧的結(jié)構(gòu)元件，該力需要恰到好處，以釋放在銷上滑動的彈簧，但又要提供足夠的保持力。

 

“如果從結(jié)構(gòu)角度改變某些東西，可能會對電磁學(xué)產(chǎn)生太大影響，反之亦然。因此，在這種情況下，物理現(xiàn)象不會耦合，但它們會獨立影響設(shè)計，并且需要進行一些權(quán)衡?！?nbsp;有關(guān)連接器設(shè)計 SIMULIA 解決方案的更多信息，請參閱“通過建模和仿真進行高速連接器設(shè)計”。

 

通過虛擬認證加快監(jiān)管審批速度

5G 手機上多個天線的模擬，用于 FCC 的虛擬 SAR 認證。

 

“任何輻射設(shè)備都必須符合每個地理區(qū)域的法規(guī)，并且在銷售之前必須通過認證來證明這一點，”喬納森解釋道。獲得認證的傳統(tǒng)方法包括向監(jiān)管機構(gòu)提供原型的測量數(shù)據(jù)。然而，復(fù)雜設(shè)備的測試方案可能既耗時又昂貴——典型 5G 手機中使用的波束形成系統(tǒng)可能會導(dǎo)致數(shù)百或數(shù)千種不同的場景進行測試，以確保干擾和比吸收率 (SAR)在任何情況下都不會超出限制。

 

“監(jiān)管機構(gòu)現(xiàn)在越來越多地接受虛擬認證的模擬結(jié)果，取代測試中的測量結(jié)果，”喬納森補充道?！盀榱双@得真實的認證結(jié)果，用戶需要模擬帶有所有天線的整個設(shè)備。” 要查看用于支持虛擬認證的模擬的真實示例，請參閱“5G 智能手機 FCC 認證的模擬”。

 

使用 MODSIM 在設(shè)計的任何階段獲取結(jié)果

統(tǒng)一建模和仿真（MODSIM）是在通用數(shù)據(jù)模型上結(jié)合建模和仿真的概念。借助 MODSIM，設(shè)計人員甚至可以在設(shè)計的概念階段訪問仿真數(shù)據(jù)，從而可以從開發(fā)的最早階段對其進行分析。

 

“MODSIM 允許您從構(gòu)思和需求一直到完整的虛擬原型，”Jonathan 解釋道?！爱?dāng)然，它還允許您進行互聯(lián)物理，因為物理模擬是在相同的數(shù)據(jù)集和相同的 CAD 幾何體上進行的。您可以同時處理所有物理問題，并確保實現(xiàn)最佳權(quán)衡?！?/span>

 

SIMULIA 產(chǎn)品可以集成到3D上的 MODSIM 工作流程中體驗平臺。這充當(dāng)整個團隊的“單一事實來源”。David 解釋說：“主要挑戰(zhàn)之一是開發(fā)過程本身效率低下。傳統(tǒng)上，公司使用非常手動的流程，通常通過電子郵件發(fā)送文件，每個分析師都可以開發(fā)不同的版本供自己使用。它很快就會失控，并且經(jīng)常對您正在處理的模型版本感到困惑，尤其是在多次設(shè)計迭代的情況下?！?nbsp;將所有模型和模擬數(shù)據(jù)保存在同一位置可確保每個人都使用相同的文件進行工作，并且模型的更新可以自動傳播到所有團隊。它還通過數(shù)字線程確保模型文件和模擬數(shù)據(jù)之間的可靠鏈接，從而確保可追溯性。

 

3D EXPERIENCE 平臺上的 USB-C 連接器模型，支持協(xié)作設(shè)計和 MODSIM

即使是跨多個公司、擁有復(fù)雜供應(yīng)鏈的全球團隊也可以與 MODSIM 無縫協(xié)作?？梢韵拗茖?shù)據(jù)的訪問以保護機密性和商業(yè)秘密，并且可以使用加密模型共享數(shù)據(jù)以進行集成分析，而不會泄露敏感的幾何形狀。

 

結(jié)論

為了在快速發(fā)展的高科技行業(yè)中保持競爭力，制造商需要更快地將創(chuàng)新的新產(chǎn)品推向市場，同時降低開發(fā)成本和風(fēng)險。統(tǒng)一建模和仿真 (MODSIM) 為設(shè)計人員和工程師提供所需的數(shù)據(jù)，讓他們即使在設(shè)計的最初階段也能做出明智的決策，從而加快開發(fā)速度。多物理場仿真可用于對涵蓋許多物理學(xué)科的復(fù)雜系統(tǒng)的行為進行建模，并幫助工程師在競爭的設(shè)計要求之間找到最佳權(quán)衡。

 

通過在設(shè)計流程中實施 MODSIM，制造商還可以簡化設(shè)計流程，以確保整個團隊正在使用最新的文件，并且對設(shè)計的任何更改都會自動傳播?？梢耘c合作伙伴共享文件，同時保持機密性并保護敏感知識產(chǎn)權(quán)。模型幾何形狀和仿真數(shù)據(jù)之間的可追溯性允許虛擬認證，減少物理測試的需要，并使法規(guī)合規(guī)性更快、成本更低。